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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einem Magnetventil,
das einen mit einem Ventilglied verbundenen oder als Ventilglied
ausgebildeten Anker umfasst, wobei das Magnetventil in einem Injektorkörper
angeordnet ist, das zur Aufnahme eines plattenförmigen
Teils des Ankers einen Ankerplattenraum und zur Aufnahme des Ventilgliedes
einen Absteuerraum umfasst. Der Injektorkörper weist zudem wenigstens
eine radiale Bohrung als Niederdruckzulauf zur Kühlung
des Magnetventils auf. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem,
das wenigstens einen solchen Injektor umfasst.
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Das
Magnetventil eines solchen Kraftstoffinjektors dient der Steuerung
der Offen- oder Schließstellung einer Ventilnadel, über
welche die Kraftstoffzufuhr zum Brennraum einer Brennkraftmaschine steuerbar
ist. Der Kraftstoff wird unter hohem Druck eingespritzt, wobei der
Systemdruck bei 2000 bar und mehr liegen kann. Mit steigenden Systemdrücken
steigen auch die Anforderungen an die Funktionssicherheit und Haltbarkeit
der Magnetventile, da zur Steuerung der Offen- oder Schließstellung
der Ventilnadel eine bestimmte Menge Kraftstoff vom hohen Systemdruck
auf Niederdruck entspannt werden muss, wobei Wärme freigesetzt
wird, so dass die Temperaturbelastung steigt. Diese kann für
bestimmte Bauteile auf einen kritischen Wert ansteigen. Insbesondere
kann dies zu Materialproblemen führen. Beispielsweise kann
die Anlasstemperatur metallischer Werkstoffe überschritten
werden, so dass die Festigkeit eines Bauteils aus einem entsprechenden Werkstoff
herabgesetzt wird. Als temperaturkritischer Bereich ist beispielsweise
auch die aus Kunststoff bestehende Spulenumspritzung des Elektromagneten
des Magnetventils zu nennen. Aufgrund der hohen Temperaturen können
neben Materialproblemen aber auch chemische Prozesse in Gang gesetzt
werden, die beispielsweise eine unerwünschte Veränderung
der Kraftstoffeigenschaften, insbesondere in Bezug auf dessen Schmiereigenschaften,
bewirken können.
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Aus
der
DE 10 2007
011 789 A1 ist ein Kraftstoffinjektor für hohe
Einspritzdrücke mit einem Magnetventil bekannt, welcher
zur Kühlung temperaturkritischer Bereiche mit einem Niederdruckzulauf
ausgestattet ist, der über einen Spülpfad, der
durch einen Druckentlastungsraum führt, mit einem Niederdruckrücklauf
in Verbindung steht. Der Druckentlastungsraum dient der Aufnahme
einer von einem hohen Systemdruck auf Niederdruck entspannten und dadurch
stark erwärmten Kraftstoffsteuermenge, so dass die den
Druckentlastungsraum umgebenden Bauteile einer hohen Temperaturbelastung
ausgesetzt sind. Über den Zulauf und den Spülpfad
wird dem Druckentlastungsraum nunmehr kühler Kraftstoff
zugeführt, der sich im Druckentlastungsraum mit dem dort
vorhandenen, stark erwärmten Kraftstoff vermischt. Dadurch
wird eine Absenkung der Kraftstofftemperatur im Druckentlastungsraum
bewirkt, die zu einer geringeren Temperaturbelastung der Bauteile
und damit zu einer hohen Lebensdauer des Injektors führt.
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Bevorzugt
wird bei dem Kraftstoffinjektor der vorstehend genannten Druckschrift
eine Kühlung der den Druckentlastungsraum angrenzenden
Bauteile angestrebt. Der Niederdruckzulauf mündet daher vorzugsweise
direkt in den Druckentlastungsraum. Als Kraftstoffrücklauf
wird ein Niederdruckrücklauf im Kopfbereich des Injektors
genutzt, der über einen Spülpfad in Verbindung
mit dem Niederdruckzulauf steht. Der Spülpfad wird dabei
derart durch das Magnetventil geführt, dass der gesamte
Bereich des Magnetventils eine Kühlung erfährt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor
der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Kühlung
optimierbar ist. Insbesondere sollen bestimmte Bereiche und/oder
Bauteile in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperaturbelastung,
der sie ausgesetzt sind, und/oder in Abhängigkeit von ihrer
Belastbarkeit gezielt kühlbar sein. Ferner sollen die hierfür
erforderlichen konstruktiven Maßnahmen auf ein Minimum
reduziert werden.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird ein Kraftstoffinjektor mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem einer
Brennkraftmaschine mit einem solchen Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 10
vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor zeichnet sich
dadurch aus, dass wenigstens eine weitere Bohrung als Rücklauf
im Injektorkörper vorgesehen ist und der Rücklauf
mit wenigstens einem Niederdruckzulauf verbunden ist, der direkt
in den Ankerplattenraum und/oder den Absteuerraum mündet.
Auf diese Weise ist wenigstens ein aktiver Kühlstrom ausbildbar,
der eine Kühlung und zugleich eine Spülung im
Ankerplattenraum und/oder im Absteuerraum des Injektorkörpers
bewirkt. Denn der von außen als Kühlmedium zugeführte
Kraftstoff vermischt sich mit dem bereits vorhandenen erwärmten
Kraftstoff und wird über den Rücklauf als Teilstrom
wieder abgeführt. Erfindungswesentlich ist dabei, dass
die Anordnung und Verschaltung von wenigstens einem Zulauf und wenigstens
einem Rücklauf zur Erzeugung eines aktiven Kühlstroms
in Abhängigkeit von der Temperaturbelastbarkeit der jeweiligen
Bereiche des Injektorkörpers bzw. der hierin aufgenommenen Bauteile
erfolgen kann. Beispielsweise kann – je nach Anordnung
und Verschaltung wenigstens eines Zulaufs und wenigstens eines Rücklaufes – eine
Kühlung des Ankerplattenraumes und/oder des Absteuerraumes
bewirkt werden, die zudem optimal auf die jeweils erwünschte
Temperaturabsenkung eingestellt werden kann. Hierbei ist der Kühlstrom
oder sind die Kühlströme stets so geführt,
dass der Kraftstoff aus dem Absteuerraum nur über den Rücklauf
abfließt, um zu verhindern, dass die heiße Absteuermenge
in den Ankerplattenraum gelangt und dort den Elektromengenten zusätzlich
aufheizt.
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Stellt
beispielsweise lediglich der Ankerplattenraum einen temperaturkritischen
Bereich dar, wird ausschließlich der Ankerplattenraum aktiv
gekühlt. Der wenigstens eine Zulauf ist dann bevorzugt
derart angeordnet, dass kühler Kraftstoff direkt in den
Ankerplattenraum gelangt und nach Vermischung mit dem dortigen Kraftstoff
als Teilstrom aus dem Ankerplattenraum über einen Rücklauf
abgeführt wird. Das heißt, dass der wenigstens
eine Zulauf in den Ankerplattenraum mündet. Die Anordnung
des Rücklaufs erfolgt bevorzugt in der Weise, dass ein
aktiver Kühlstrom ausgebildet wird. Das heißt,
dass der Zulauf und der Rücklauf jeweils in Form einer
im Wesentlichen radialen Bohrung vorzugsweise axial beabstandet
zueinander und/oder gegenüberliegend angeordnet sind, so
dass der Kühlstrom möglichst durch das gesamte
Volumen des Ankerplattenraumes geführt wird. Ferner ist
sicherzustellen, dass der Zulaufdruck oberhalb des Rücklaufdruckes
liegt.
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Alternativ
kann der wenigstens eine Zulauf auch in den Absteuerraum münden,
wenn die Kraftstofftemperatur und damit die Temperaturbelastung der
hierin angeordneten oder angrenzenden Bauteile ausschließlich
in diesem Bereich gesenkt werden soll. Der Zulauf ist dann in der
zuvor beschriebenen Weise mit dem Rücklauf zu verbinden,
um einen aktiven Kühlstrom zu bewirken, der vorzugsweise
das gesamte Volumen des Absteuerraumes erfasst. Auch hierbei ist
sicherzustellen, dass der Zulaufdruck oberhalb des Rücklaufdruckes
liegt.
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Bevorzugt
ist demnach wenigstens eine als Rücklauf vorgesehene im
Wesentlichen radiale Bohrung im Bereich des Ankerplattenraumes und/oder des
Absteuerraumes vorgesehen. Das heißt, dass ein Teilstrom
der Kraftstoffmischung bestehend aus kühlem Kraftstoff
und erwärmten Kraftstoff direkt aus dem Ankerplattenraum
und/oder direkt aus dem Absteuerraum abgeführt werden kann.
Alternativ ist neben einer reinen Kühlung des Ankerplattenraumes oder
des Absteuerraumes aber auch eine Parallelschaltung der Kühlung
von Ankerplattenraum und Absteuerraum möglich. Hierzu müssen
beide Räume jeweils über einen eigenen Zulauf
und einen eigenen Rücklauf verfügen. Dies ermöglicht
die Ausbildung zweier separater Kühlströme zur
Kühlung und Spülung des Ankerplattenraumes sowie
des Absteuerraumes. Jeder Bereich kann somit optimal gekühlt werden.
Der Vorteil getrennter Zuläufe besteht darin, dass in einfacher
Weise unterschiedliche Kraftstoffdrücke eingestellt werden
können. Um die Leitungswege zu verringern, können
die beiden Zuläufe und/oder die beiden Rückläufe,
vorzugsweise innerhalb des Injektorkörpers, auch zusammengeführt und
mit einem vorhandenen Zulaufanschluss bzw. Rücklaufanschluss
des Kraftstoffinjektors verbunden werden. Werden mehrere Zuläufe über
eine gemeinsame Zuleitung am Injektor realisiert, kann über
einen Druckverteiler der Volumenstrom des als Kühlmedium
dienenden Kraftstoffs so aufgeteilt werden, dass jedem Bereich die
jeweils erforderliche Menge an kühlem Kraftstoff zugeführt
wird. Bei den Rückläufen verhält es sich
analog. Die Wahl einer parallelen Kühlstromverschaltung
erweist sich dann als günstig, wenn sowohl im Ankerplattenraum,
als auch im Absteuerraum eine Temperaturabsenkung erfolgen und dabei
die Kühlung optimal auf die jeweiligen Erfordernisse eingestellt
werden soll. Auch bei dieser Verschaltungsvariante ist darauf zu
achten, dass die Zulaufdrücke oberhalb der Rücklaufdrücke
liegen.
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Vorzugsweise
werden mehrere Zuläufe über eine sich innerhalb
des Injektorkörpers verzweigende gemeinsame Zuleitung realisiert.
Hierzu ist im Injektorkörper eine Bohrung vorgesehen, die
sich in wenigstens zwei Bohrungen zur Ausbildung wenigstens zwei
separater Zuläufe aufteilt. Dies setzt voraus, dass mindestens
eine der Bohrungen zumindest teilweise schräg verläuft,
da sonst eine Verzweigung nicht möglich wäre.
Insofern soll auch eine schräg verlaufende Bohrung noch
als „im Wesentlichen radial verlaufend” im Sinne
der Erfindung bezeichnet werden können. Zumindest schließt
der Erfindungsgedanke auch solche Bohrungen mit ein.
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Bei
einer entsprechenden Ausbildung der Rückläufe,
werden wenigstens zwei „im Wesentlichen radial verlaufende” Bohrungen,
von denen mindestens eine auch zumindest teilweise schräg
verlaufen kann, innerhalb des Injektorkörpers zu einer Bohrung
zusammengefasst.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der Ankerplattenraum
und der Absteuerraum durch eine Zwischenplatte getrennt, die eine
erste Bohrung zur Durchführung des Ventilgliedes und wenigstens
eine weitere Bohrung zur hydraulischen Verbindung des Ankerplattenraums
und des Absteuerraums besitzt. Durch die hydraulische Verbindung
ist eine Reihenschaltung der Kühlung von Ankerplattenraum
und Absteuerraum möglich, welche lediglich die Ausbildung
eines Zulaufes und eines Rücklaufes am Injektorkörper
erfordert. Dabei kann der Zulauf in den Ankerplattenraum oder den Absteuerraum
münden, der Rücklauf ist dann im Bereich des jeweils
anderen Raumes anzuordnen. Vorteilhafterweise liegt der Zulauf in
dem Bereich, der die geringste Temperaturbelastbarkeit aufweist,
da hier aufgrund des noch frischen Kraftstoffs als Kühlmedium
die größte Kühlwirkung erzielbar ist.
Mit zunehmender Vermischung sinkt diese Kühlwirkung, so dass über
eine gezielte Kühlstromführung durch den Injektorkörper
bedarfsgerecht gekühlt werden kann.
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Vorzugsweise
erfolgt die Anordnung von Zulauf und Rücklauf in der Weise,
dass der Kühlstrom durch das gesamte Volumen des Ankerplattenraumes
und des Absteuerraumes geführt wird. Die beiden im Wesentlichen
radialen Bohrungen zur Ausbildung des Zulaufes und des Rücklaufes
sind daher bevorzugt mit großem axialem Abstand und/oder
gegenüberliegend im Injektorköper angeordnet.
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Die
in der Zwischenplatte vorgesehene Bohrung zur hydraulischen Verbindung
des Ankerplattenraums und des Absteuerraums verläuft vorzugsweise axial,
da eine solche Bohrung am einfachsten herzustellen ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt das Ventilglied
des Magnetventils eine zentrale Bohrung und eine ringförmige
Dichtkante, deren Innendurchmesser dem Durchmesser der Bohrung entspricht.
Ein solches Ventilglied ist in Schließstellung druckausgeglichen,
da am Ventilglied keine axial wirksamen Druckkräfte anliegen. Die
zentrale Bohrung des Ventilgliedes dient zugleich der Führung
eines Druckstiftes, wobei im Führungsbereich austretender
Kraftstoff in den Ankerplattenraum gelangt und dort mit dem kühleren
Kraftstoff vermischt wird. Insoweit wird auch der Kraftstoff der Dauerleckage
am Druckausgleichselement einer Kühlung unterzogen.
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Weiterhin
bevorzugt wirkt das Ventilglied mit einem Ventilsitz in der Weise
zusammen, dass sich eine linienförmige Dichtkontur ergibt.
Eine linienförmige Dichtkontur weisen beispielsweise Kegel-Kugelsitze,
Kegel-Flachsitze und bestimmte Kegel-Kegelsitze auf. Eine entsprechende
Ausführung des Dichtsitzes wird unabhängig davon
bevorzugt, ob ein druckausgeglichenes Ventil Verwendung findet oder nicht.
Eine linienförmige Dichtkontur weist einen im Hinblick
auf die Dichtigkeit verbesserten Dichtsitz auf, da eine geringere
Druckkraft erforderlich ist, um das Ventilglied in dichtender Anlage
mit dem Ventilsitz zu halten.
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Um
die Rückstellung des Ventilgliedes zu bewirken, wird dieses
vorzugsweise von der Druckkraft einer Schließfeder beaufschlagt.
Aufgabe der Schließfeder ist es, das Ventilglied zurück
in den Ventilsitz zu drücken, wenn das Magnetventil zur
Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine
von einer Offenstellung in eine Schließstellung überführt
werden soll.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Magnetventil einen Elektromagneten, der zumindest teilweise ebenfalls
in dem Injektorkörper aufgenommen ist. Wird beispielsweise
kühler Kraftstoff als Kühlmedium dem Ankerplattenraum
zugeführt, bewirkt eine Absenkung der Kraftstofftemperatur
auch eine Kühlung des Elektromagneten. Damit erfahren auch
die besonders temperaturkritischen Bereiche/Bauteile des Magnetventils,
wie beispielsweise die Spulenumspritzung, der Spulenträger
und/oder die Drahtisolierung eine Kühlung.
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Im
Hinblick auf die bevorzugte Verwendung der Erfindung, nämlich
zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine,
wird darüber hinaus ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine
mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor
vorgeschlagen. Durch Einsatz eines solchen Kraftstoffinjektors in
einem Kraftstoffeinspritzsystem können Systemdrücke von
2000 bar und darüber realisiert werden, da aufgrund der
vorgesehenen aktiven Kühlung der temperaturkritischen Bereiche
Probleme hinsichtlich Material- bzw. Bauteilfestigkeit nicht zu
erwarten sind. Insbesondere kann die Kühlung durch Wahl
eines geeigneten Verschaltungsprinzips (reine Kühlung Ankerplattenraum,
reine Kühlung Absteuerraum, Parallel- oder Reihenschaltung
der Kühlung von Ankerplattenraum und Absteuerraum) den
jeweiligen Erfordernissen optimal angepasst werden.
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Da
Kraftstoffeinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen von
Kraftfahrzeugen regelmäßig mehrere Kraftstoffinjektoren
umfassen, kann die Zuleitung des als Kühlmedium vorgesehenen
Kraftstoffs in der Weise erfolgen, dass mehrere Kraftstoffinjektoren
nacheinander (Reihenschaltung) und/oder parallel mit Kraftstoff
zur Kühlung versorgt werden. Wobei eine parallele Schaltung
der Kraftstoffinjektoren im Hinblick auf die Zuleitung des Kühlmediums
trotz größerem Leitungsaufwand bevorzugt wird,
da auf diese Weise alle Kraftstoffinjektoren gleichermaßen
gekühlt werden können.
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Die
vorstehend im Zusammenhang mit der Erfindung genannten Vorteile
kommen insbesondere bei Servoventilen zum Tragen, da aufgrund des
Servoprinzips unter hohem Druck stehender Kraftstoff auf Niederdruck
entspannt werden muss, wodurch Wärme freigegeben wird,
die zu einer erhöhten Temperaturbelastung der Bauteile
des Ventiles führt. Mit steigendem Systemdruck ist eine
aktive Kühlung zudem unverzichtbar. Der erfindungsgemäße
Kraftstoffinjektor erweist sich jedoch nicht nur für Einspritzsysteme
als geeignet, die einen Systemdruck von 2000 bar überschreiten,
sondern auch für bestehende Systeme, bei denen der Systemdruck
unter 2000 bar liegt. Beispielsweise kann das Problem einer Überhitzung
auch bei Magnetventilen bestehen, die eine vielfach getaktete Einspritzung
mit kurzen Schaltzyklen bewirken sollen, da hierzu höhere
elektrische Ströme erforderlich sind. Zur Kühlung
der Magnetspule kann wenigstens ein Kühlstrom durch den Ankerplattenraum
geführt werden, da eine Verringerung der Kraftstofftemperatur
zu einer niedrigeren Temperaturbelastung der angrenzenden Bauteile führt.
Auf diese Weise kann auch ein temperaturbedingter Leistungsabfall
des Elektromagneten wirksam verhindert werden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Kraftstoffinjektors werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Diese zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße
Ausführungsform, bei der die Kühlung von Ankerplattenraum
und Absteuerraum in Reihe geschaltet ist,
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2 einen
Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße
Ausführungsform, die im Unterschied zur 1 ein
druckausgeglichenes Ventil aufweist,
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3 einen
Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform,
bei der eine reine Kühlung des Ankerplattenraumes vorgesehen
ist,
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4 einen
Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform,
die im Unterschied zur 3 ein druckausgeglichenes Ventil
aufweist,
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5 einen
Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform,
bei der eine reine Kühlung des Absteuerraums vorgesehen
ist,
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6 einen
Längsschnitt durch eine sechste Ausführungsform,
die im Unterschied zur 5 ein druckausgeglichenes Ventil
aufweist,
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7 einen
Längsschnitt durch eine siebte Ausführungsform,
bei der die Kühlung von Ankerplattenraum und Absteuerraum
parallel geschaltet ist und
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8 einen
Längsschnitt durch eine achte Ausführungsform,
die im Unterschied zur 7 ein druckausgeglichenes Ventil
aufweist.
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Die 1 bis 8 zeigen
jeweils in einer schematischen Darstellung lediglich einen Ausschnitt eines
erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, wobei der
Ausschnitt jeweils auf den Bereich eines Injektorkörpers 4 begrenzt
ist, in dem ein Magnetventil 1 zur Steuerung des Einspritzvorganges
angeordnet bzw. ausgebildet ist. Das Magnetventil 1 umfasst
einen Elektromagneten 18, der im Kopfbereich des Injektorkörpers 4 aufgenommen
ist und mit einem Anker 3 derart zusammenwirkt, dass bei
einer Bestromung des Elektromagneten 18 der Anker 3 entgegen
der Druckkraft einer Schließfeder 17 in Richtung
des Elektromagneten gezogen wird. Der Anker 3 bzw. ein plattenförmiger
Teil 5 des Ankers 3 ist mit einem zylinderförmigen
Ventilglied 2 verbunden, das mit einem im Injektorkörper 4 ausgebildeten
Ventilsitz 15 zusammenwirkt. Der Ventilsitz 15 weist
in dem dargestellten Beispiel eine Kegelform und die Dichtkante 14 am
Ventilglied 2 eine gerundete Form auf, wodurch sich eine
linienförmige Dichtkontur 16 ergibt. Die dargestellte
Dichtsitzgeometrie ist nicht zwingend. Vielmehr können
auch andere Dichtsitzgeometrien zur Verwirklichung einer linienförmigen
Dichtkontur gewählt werden.
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Wird
der Elektromagnet 18 bestromt und der Anker 3 bzw.
der plattenförmige Teil 5 des Ankers 3 entgegen
der Druckkraft der Feder 17 in Richtung des Elektromagneten 18 bewegt,
wird das mit dem plattenförmigen Teil 5 des Ankers 3 verbundene
Ventilglied 2 aus seinem Dichtsitz gehoben. Das Ventil öffnet
sich. In der Offenstellung des Ventils wird über eine Ablaufdrossel 19 eine
hydraulische Verbindung zwischen einem Steuerraum (nicht dargestellt)
und einem das Ventilglied 2 aufnehmenden Absteuerraum 7 hergestellt,
so dass eine unter hohem Druck stehende Kraftstoffmenge zur Steuerung
des Einspritzvorgangs aus dem Steuerraum in den Absteuerraum 7 abfließen
kann. Der Kraftstoff wird dabei vom hohen Systemdruck auf Niederdruck
entspannt, wobei Wärme freigesetzt wird. Aufgrund der erhöhten
Kraftstofftemperatur im Absteuerraum 7 steigt auch die
Temperaturbelastung der angrenzenden Bauteile.
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Im
dargestellten Beispiel ist der Absteuerraum 7 mit einem
Ankerplattenraum 6 hydraulisch verbunden. Hierzu ist in
einer Zwischenplatte 10 des Injektorkörpers 4,
die den Absteuerraum 7 vom Ankerplattenraum 6 trennt,
eine axiale Bohrung 12 angeordnet. Über die Bohrung 12 gelangt
stark erwärmter Kraftstoff aus dem Absteuerraum 7 in
den Ankerplattenraum 6, so dass auch hier die Temperaturbelastung
der angrenzenden Bauteile steigt. Zudem bringt der Elektromagnet
aufgrund der hohen elektrischen Ströme Wärme ein.
Der Bereich des Ankerplattenraumes 6 ist – in
Abhängigkeit von den verwendeten Werkstoffen – in
Bezug auf die Temperatur daher als besonders kritisch einzustufen.
Demnach gilt es in dem vorliegenden Beispiel insbesondere diesen
Bereich zu kühlen. Hierzu ist im Injektorkörper 4 eine
radiale Bohrung als Niederdruckzulauf 8 vorgesehen, die
in den Ankerplattenraum 6 mündet und den Ankerplattenraum 6 mit
kühlem Kraftstoff als Kühlmedium versorgt. Dieser
vermischt sich mit dem vorhandenen Kraftstoff und trägt
damit zur Absenkung der Kraftstofftemperatur und damit der Temperaturbelastung
der angrenzenden Bauteile bei. Um einen aktiven Kühlstrom
zu bewirken, ist der Zulauf 8 mit einem Rücklauf 9 verbunden, über
welchen eine bestimmte Kraftstoffteilmenge wieder abgeführt
wird. Dadurch wird der in dem Volumen befindliche Kraftstoff nicht
nur gekühlt, sondern auch ausgetauscht und somit das System
gespült. Dadurch, dass der Rücklauf 9 im
Bereich des Absteuerraumes 7 angeordnet ist und der Zulaufdruck
oberhalb des Rücklaufdruckes liegt, wird der Kühlstrom über
die axial verlaufende Verbindungsbohrung 12 in der Zwischenplatte 10 in
den Absteuerraum 7 geleitet. Die Anordnung der Anschlüsse
(Zulauf 8 und Rücklauf 9) bewirkt demnach
eine Reihenschaltung der Kühlung von Ankerplattenraum 6 und
Absteuerraum 7. Aufgrund der Reihenschaltung fällt
die Kühlung im Absteuerraum 7 geringer aus. Soll
der gegenteilige Effekt erzielt werden, da beispielsweise der Ventilsitz 15 einen
besonders temperaturkritischen Bereich darstellt, kann die Anordnung
von Zulauf 8 und Rücklauf 9 auch umgekehrt
erfolgen, so dass der Kühlstrom vom Absteuerraum 7 in
den Ankerplattenraum 6 geführt wird.
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Eine
Reihenschaltung der Kühlung ist auch in dem Ausführungsbeispiel
der 2 dargestellt. Auch hier gilt, dass der Niederdruckzulauf 8 alternativ in
den Absteuerraum 7 münden und der Rücklauf 9 im
Bereich des Ankerplattenraumes 6 angeordnet sein kann.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 1 ist
das Ventilglied 2 jedoch hohlzylindrisch ausgeführt
und läuft in einer ringförmigen Dichtkante 14 aus,
deren Innendurchmesser der zentralen Bohrung 13 des hohlzylindrischen
Ventilgliedes 2 entspricht. Das Ventilglied 2 ist
somit in Schließstellung druckausgeglichen, das heißt,
dass keine axialen Druckkräfte auf das Ventilglied 2 wirken.
In der zentralen Bohrung 13 ist ferner ein Druckstift 20 zur
Führung des Ventilgliedes 2 aufgenommen. Über
den Führungsbereich gelangt aufgrund einer Dauerleckage
eine gewisse Menge Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich des
Ankerplattenraumes 6, der sich dort jedoch mit dem vorhandenen
Kraftstoff bzw. dem Kühlstrom vermischt. Das Ventilglied 2 erfährt
eine weitere Führung im Bereich einer zentralen Bohrung 11 der
Zwischenplatte 10, die den Ankerplattenraum 6 vom
Absteuerraum 7 trennt.
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Bei
der Verschaltungsvariante der Ausführungsbeispiele der 1 und 2 sind
die radialen Bohrungen zur Ausbildung des Zulaufes 8 und
des Rücklaufes 9 in einem axialen Abstand zueinander auf
der gleichen Seite des Injektorkörpers 4 angeordnet.
Alternativ ist auch eine Anordnung möglich, bei welcher
der Zulauf 8 und der Rücklauf 9 sich
mit axialem Abstand zueinander gegenüberliegen. Durch die
konkrete Anordnung der Anschlüsse kann der Kühlstrom
aktiv geführt werden.
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Die 3 und 4 zeigen
jeweils ein Ausführungsbeispiel, bei dem allein der Ankerplattenraum 6 eine
Kühlung erfährt. Dies erweist sich dann als sinnvoll,
wenn die Temperaturbelastbarkeit der an den Absteuerraum 7 angrenzenden
Bauteile aufgrund der Werkstoffwahl ausreichend hoch ist. Zur Kühlung
des Ankerplattenraumes 6 ist dieser mit einem Zulauf 8 und
einem Rücklauf 9 ausgestattet, so dass ein Kühlstrom,
der gleichzeitig eine Spülung bewirkt, durch den Ankerplattenraum 6 geleitet
wird. Hierbei erfährt auch der Elektromagnet 18 bzw.
die temperaturempfindlichen Bauteile/Bereiche des Elektromagneten 18 eine
Kühlung. Das Ausführungsbeispiel der 4 unterscheidet
sich von dem der 3 wiederum dadurch, dass ein
druckausgeglichenes Ventilglied 2 entsprechend dem Ausführungsbeispiel
der 2 Einsatz findet. Insoweit gilt das zuvor Gesagte.
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Bei
den Ausführungsbeispielen der 5 und 6 wird
ausschließlich der Absteuerraum 7 gekühlt.
Hierzu ist im Injektorkörper 4 eine erste radiale
Bohrung als Zulauf 8und eine zweite radiale Bohrung als
Rücklauf 9 im Bereich des Absteuerraumes 7 angeordnet.
Dadurch, dass sich die beiden Bohrungen gegenüberliegen,
wird bei Einleitung kühleren Kraftstoffs ein aktiver Kühlstrom
bewirkt, der zu einer Absenkung der Kraftstofftemperatur im Absteuerraum 7 führt.
Das Ausführungsbeispiel der 6 unterscheidet
sich von dem der 5 dadurch, dass wiederum ein
druckausgeglichenes Ventilglied 2 Einsatz findet.
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Den 7 und 8 ist
ein weiteres Verschaltungsprinzip zu entnehmen, wobei sich auch hier
die beiden Ausführungsbeispiele lediglich dadurch unterscheiden,
dass in dem Beispiel der 8 ein druckausgeglichenes Ventilglied 2 Einsatz
findet. Das Verschaltungsprinzip ist dagegen gleich. Um eine auf
den jeweiligen Bereich bzw. die Werkstoffe der angrenzenden Bauteile
optimal eingestellte Kühlung zu bewirken, ist diese vorliegend
parallel geschaltet. Das heißt, dass zwei separate Kühlströme vorgesehen
sind. Sowohl der Ankerplattenraum 6 als auch der Absteuerraum 7 weisen
daher eine erste radiale Bohrung als Zulauf 8 und eine
zweite radiale Bohrung als Rücklauf 9 auf. Um
Leitungswege zu reduzieren, können die beiden Zuläufe
und/oder die beiden Rückläufe außerhalb
des Injektorkörpers 4 zusammengeführt
werden. Eine Einstellung der Kühlung kann in diesem Fall über
einen vorgeschalteten Druckverteiler bewirkt werden, der einen bestimmten Teilstrom
dem Zulauf 8 des Ankerplattenraumes 6 und einen
bestimmten Teilstrom dem Zulauf 8 des Absteuerraumes 7 zuführt.
Die zusammengeführten Rückläufe können
an einen Rücklauf (nicht dargestellt) des Kraftstoffinjektors
angeschlossen werden.
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Das
Zusammenführen der Anschlüsse ist auch bei den
Ausführungsbeispielen der 3 bis 6 möglich,
wenn, wie in den Zeichnungen dargestellt, der jeweils nicht gekühlte
Bereich dennoch über einen Rücklauf 9 zur
Abführung einer Leckagemenge und/oder einer Absteuermenge
verfügt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Beispielsweise können verschiedene
Dichtgeometrien verwendet werden, so dass die Ausbildung des Ventilgliedes 2 und
die des Injektorkörpers 4 von der jeweils dargestellten
Ausbildung abweicht. Wesentlich und damit unverzichtbar ist lediglich
das Vorhandensein wenigstens eines Zulaufes 8 und wenigstens
eines Rücklaufes 9, so dass Kraftstoff als Kühlmedium
zugeführt und als Teilstrom wieder abgeführt werden kann.
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Dadurch
wird eine Kühlung und zugleich eine Spülung der
jeweils an den Zulauf und an den Rücklauf angeschlossenen
Bereiche bewirkt. Zulauf und Rücklauf werden der Einfachheit
halber jeweils als radiale Bohrung ausgeführt. Des weiteren
kann wenigstens eine axiale Bohrung 12 in einer Zwischenplatte 10 des
Injektorkörpers 4 vorgesehen sein, um eine Reihenschaltung
der Kühlung beider Volumen zu ermöglichen.
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Die
Vorteile liegen auf der Hand. Die Kühlung kann gezielt
auf bestimmte Bereiche beschränkt und/oder auf die jeweiligen
Erfordernisse konkret eingestellt werden. Somit kann den spezifischen
Werkstoffeigenschaften der angrenzenden Bauteile Rechnung getragen
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007011789
A1 [0003]
