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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Ein solcher Kraftstoffinjektor weist eine Düsennadel zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung auf, welche in einer Bohrung eines Düsenkörpers des Kraftstoffinjektors hubbeweglich geführt ist. Ferner weist ein solcher Kraftstoffinjektor eine Aktoreinheit zur direkten oder indirekten Betätigung der Düsennadel auf. Die Aktoreinheit umfasst ein Stellglied, dass im Betrieb des Kraftstoffinjektors mit Hochdruck beaufschlagt ist.
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Stand der Technik
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Ein Kraftstoffinjektor der vorstehend genannten Art geht beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2007 002 758 A1 hervor. Zur direkten Ansteuerung einer Düsennadel weist dieser einen Magnetaktor auf, welcher in einem Magnetaktoraufnahmeraum aufgenommen ist. Der Magnetaktoraufnahmeraum kann mit Niederdruck oder mit Hochdruck beaufschlagt sein, wobei im Falle der Hochdruckbeaufschlagung der Aktorraum gleichzeitig als Dämpfungs- und Speichervolumen dienen kann. Bei einer Integration des Magnetstellers im Hochdruck werden Abdichtungsmaßnahmen vorgeschlagen, um die Magnetspule und die elektrischen Kontakte der Hochdruckbeaufschlagung zu entziehen. Die Spule kann hierzu beispielsweise in Epoxidharz eingegossen sein.
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Wird der Magnetaktoraufnahmeraum lediglich mit Niederdruck beaufschlagt, ist dafür Sorge zu tragen, dass die Leckage vom Hockdruckbereich in den Niederdruckbereich gering gehalten wird. Denn ist zum Abführen der Leckagemenge der Anschluss an einen Rücklauf erforderlich, werden die Vorteile einer direkten und damit in der Regel rücklauffreien Nadelsteuerung im Wesentlichen aufgehoben. Demgegenüber weist die Anordnung des Magnetaktors im Hochdruckbereich den Nachteil auf, dass der Antrieb dem Hochdruck und damit einer höheren Beanspruchung ausgesetzt ist. Soll zur Verringerung der Belastung der Magnetaktoraufnahmeraum abgedichtet ausgeführt werden, ergibt sich die Schwierigkeit, dass im Bereich des Antriebs in der Regel die kleinsten Wandstärken vorliegen, die eine hochdruckdichte Ausführung erschweren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Kraftstoffinjektor anzugeben, welcher die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden verhilft. Insbesondere soll der angegebene Kraftstoffinjektor eine direkte, d. h. rücklauffreie Nadelsteuerung ermöglichen. Ferner soll sich der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor als sehr robust sowie einfach und kostengünstig in der Herstellung erweisen.
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Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgaben wird ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor weist zur direkten oder indirekten Betätigung einer Düsennadel eine Aktoreinheit mit einem Stellelement auf, das im Betrieb des Kraftstoffinjektors mit Hochdruck beaufschlagt ist. Erfindungsgemäß ist ferner ein Dichtkörper zur hochdruckfesten Abdichtung wenigstens eines Antriebsteils der Aktoreinheit gegenüber dem Kraftstoff vorgesehen ist. Der Dichtkörper trennt somit das Antriebsteil vom Stellelement, das im Hochdruckbereich angeordnet bleibt. Die Anordnung des Dichtkörpers erfolgt demnach zwischen dem Antriebsteil und dem Stellelement, das heißt innerhalb der Aktoreinheit. Aufgrund dieser Anordnung kann die Abdichtung beispielsweise auf einen Innendurchmesser reduziert werden, der zu einer Entlastung der den Außendurchmesser bildenden und die Aktoreinheit umgebenden geringen Wandstärken führt. Zum Anderen wird die Belastung der Aktoreinheit selbst herabgesetzt, da zumindest ein Antriebsteil der Aktoreinheit gegenüber dem Kraftstoff abgedichtet ist. Das Antriebsteil ist somit sowohl vor chemischen Angriffen, als auch vor Strömungskräften und/oder Druckpulsationen geschützt, die ebenfalls eine Belastung darstellen können. Die Anordnung des Dichtkörpers innerhalb der Aktoreinheit, vereinfacht zudem den elektrischen Anschluss des Antriebsteils, da die erforderlichen elektrischen Zuleitungen nicht durch eine Abdichtung geführt werden müssen. Eine separate Abdichtung der elektrischen Zuleitungen bzw. Kontakte kann ebenfalls entfallen. Demzufolge ist ein erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor auch einfach und kostengünstig herstellbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Dichtkörper ringförmig ausgebildet. Diese konkrete Ausführungsform erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn auch das Antriebsteil und/oder das Stellelement ringförmig ausgebildet sind. Das Stellelement kann dann beispielsweise innerhalb des Dichtkörpers hubbeweglich geführt werden. Alternativ oder ergänzend wird daher ferner vorgeschlagen, dass der Dichtkörper koaxial zum Stellglied angeordnet ist. Durch eine ringförmige Ausbildung des Dichtkörpers, welcher zumindest teilweise das Stellglied umgibt, lassen sich besonders kompaktbauende – sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung – Kraftstoffinjektoren realisieren.
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Vorteilhafterweise besteht der Dichtkörper aus einem nichtmagnetischen Werkstoff. Als Werkstoff bietet sich beispielsweise ein nichtmagnetischer Stahl, ein Cr-Ni-gebundenes Hartmetall oder ein keramischer Werkstoff an. Indem ein nichtmagnetischer Werkstoff zur Ausbildung des Dichtkörpers gewählt wird, wird beispielsweise eine Beeinflussung eines Magnetkreises eines Magnetaktors verhindert. Insofern erweist sich diese Ausführungsform insbesondere bei einem Magnetaktor als Aktoreinheit als vorteilhaft. Da ein solcher eine Magnetspule als Antriebsteil und einen Magnetanker als Stellelement umfasst, erfolgt die Anordnung des Dichtkörpers vorzugsweise zwischen der Magnetspule und dem hubbeweglichen Magnetanker.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtkörper in ein Gehäuseteil, beispielsweise in den Düsenkörper, und/oder in ein mit dem Gehäuseteil verbundenes weiteres Gehäuseteil, hochdruckdicht eingesetzt. Auf diese Weise kann eine noch kompaktere Bauform erzielt werden, insbesondere, wenn der Dichtkörper vollständig in das Gehäuseteil integriert wird. Zur hochdruckdichten Ausführung kann der Dichtkörper beispielsweise kraft- und/oder formschlüssig mit dem wenigstens einen Gehäuseteil verbunden werden, beispielsweise durch Einpressen. Ferner ist auch eine Verklebung des Dichtkörpers mit dem Gehäuseteil und/oder einem weiteren Gehäuseteil möglich.
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Erfolgt die Anordnung des Dichtkörpers im Kontaktbereich eines Gehäuseteils mit einem weiteren Gehäuseteil, kann der Dichtkörper zugleich die Abdichtung des Kontaktbereiches gewährleisten. Insoweit erweist sich die Anordnung des Dichtkörpers in einem Kontaktbereich zweier Gehäuseteile als besonders vorteilhaft. Das weitere Gehäuseteil kann beispielsweise ein Injektorkörper sein, in welchem die Aktoreinheit zumindest teilweise aufgenommen ist. Hierzu kann im Injektorkörper und/oder dem Düsenkörper ein Aktoraufnahmeraum ausgebildet sein, der über den Dichtkörper hochdruckdicht verschlossen ist. Erfolgt die Anordnung des Dichtkörpers in Wandstärken, die den Aktoraufnahmeraum innenumfangseitig begrenzen, findet zugleich eine Entlastung der außenumfangseitigen Wandstärken statt, da diese nicht mit Hochdruck beaufschlagt werden.
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Bevorzugt umfasst die Aktoreinheit einen Magnetaktor mit einer Magnetspule als Antriebsteil und einem Magnetanker als Stellglied. Eine dementsprechend als Magnetaktor ausgebildete Aktoreinheit ermöglicht die Darstellung großer Hübe, um beispielsweise über eine direkte Nadelsteuerung den vollständigen Öffnungshub der Düsennadel zu gewährleisten. Magnetaktoren sind zudem kompaktbauend und demnach insbesondere für den Einsatz in Injektoren geeignet, die in beengten Bauraumverhältnissen Einsatz finden sollen. Ferner sind Magnetaktoren in der Regel kostengünstiger als beispielsweise Piezoaktoren.
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Gemäß einer weiterbildenden Maßnahme ist vorgesehen, den Magnetanker des Magnetaktors ringförmig auszubilden. Ein ringförmiger Magnetaktor baut in radialer Richtung nur gering auf, so dass hierdurch besonders schlanke Injektorkonzepte ermöglicht werden. Der Innendurchmesser eines solchen ringförmigen Magnetankers kann zudem der Aufnahme eines druckausgleichenden Bolzens oder Stifts oder eines Kraftübertragungselementes dienen. Des Weiteren kann der unter hohem Druck stehende Kraftstoff durch den Innendurchmesser des ringförmigen Magnetankers der wenigstens einen Einspritzöffnung zugeführt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Düsennadel über die Aktoreinheit direkt betätigbar ist. Die sich aus einer direkten Nadelsteuerung ergebenen Vorteile wurden eingangs bereits genannt. Zum einen ist der Anschluss an einen Rücklauf entbehrlich, zum anderen erweist sich die direkte Nadelsteuerung als weniger träge. Kraftstoffinjektoren mit einer direkten Nadelsteuerung können zudem einfach aufgebaut sein, was sich wiederum günstig auf die Herstellungskosten auswirkt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigten:
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1 einen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Stand der Technik und
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2 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor im Bereich der Aktoreinheit.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch einen bekannten Kraftstoffinjektor mit einem Magnetaktor als Aktoreinheit 2 zur Betätigung einer Düsennadel 14, die in einer Bohrung 10 eines Düsenkörpers 1 zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung 15 hubbeweglich geführt ist. Der Düsenkörper 1 ist vorliegend zweiteilig ausgeführt und über eine Spannhülse 9 mit einem weiteren Gehäuseteil 6, vorliegend einem Injektorkörper verbunden. Im Kontaktbereich zwischen dem Düsenkörper 1 und dem Injektorkörper ist ein sich über beide Gehäuseteile 1, 6 erstreckender Aktoraufnahmeraum 7 ausgebildet, in welchem die als Antriebsteil 5 der Aktoreinheit 2 dienende Magnetspule 8 aufgenommen ist. Die Aktoreinheit 2 weist ferner einen vorliegend als Tauchanker ausgeführten Magnetanker 11 als Stellglied 3 auf, wobei das Stellglied 3 mit einem bolzenförmigen Übertragungselement 12 zur Betätigung der Düsennadel 14 zusammenwirkt. Das Übertragungselement 12 ist hierzu einerseits an der Düsennadel 14, andererseits über eine Feder 13 an dem Gehäuseteil 6 abgestützt.
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Der Darstellung der 2 ist ebenfalls ein Düsenkörper 1 sowie ein hieran angesetzter Injektorkörper als weiteres Gehäuseteil 6 zu entnehmen. Im Kontaktbereich ist ein Aktoraufnahmeraum 7 ausgebildet, der sich über beide Gehäuseteile 1, 6 erstreckt. Der Aktoraufnahmeraum 7 dient auch hier der Aufnahme einer Magnetspule 8 eines als Aktoreinheit 2 vorgesehenen Magnetaktors. Mittels einer Spannhülse 9 werden beide Gehäuseteils 1, 6 gegeneinander verspannt.
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Der Düsenkörper 1 wird von einer zentralen Bohrung 10 durchsetzt, in welcher ein ringförmiger Magnetanker 11 als Stellglied 3 hubbeweglich aufgenommen ist. Der Außendurchmesser des Magnetankers 11 ist hierzu geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der zentralen Bohrung 10 gewählt. Der ringförmige Magnetanker 11 nimmt ein bolzenförmiges Übertragungselement 12 auf, das über eine Feder 13 gehäuseseitig abgestützt ist. Aufgrund der Anordnung des Magnetankers 11 innerhalb der zentralen Bohrung 10 wird der Magnetanker 11 im Betrieb des Kraftstoffinjektors mit Hochdruck beaufschlagt. Denn über die zentrale Bohrung 10 wird zugleich der unter hohem Druck stehende Kraftstoff wenigstens einer Einspritzöffnung 15 des Kraftstoffinjektors zugeführt (beispielsweise entsprechend 1). Dabei gilt es sicherzustellen, dass die zentrale Bohrung 10 nach außen hin hochdruckfest abgedichtet ist. Als kritische Stellen erweisen sich insbesondere die Kontaktbereiche zweier angrenzender Gehäuseteile 1, 6, so dass hier eine Abdichtung vorzugnehmen ist. Eine abdichtende Maßnahme kann darin bestehen, dass die Gehäuseteile 1, 6 über eine Spannhülse 9 gegeneinander verspannt werden. Erfindungsgemäß ist zur hochdruckfesten Abdichtung ferner ein Dichtkörper 4 vorgesehen, der die Magnetspule 8 als Antriebsteil 5 der Aktoreinheit 2 vor einer Hochdruckbeaufschlagung schützt. Zugleich dichtet der Dichtkörper 4 die Hochdruckbohrung 10 nach außen hin ab, da der Dichtkörper 4 im Kontaktbereich zwischen dem Düsenkörper 1 und dem Injektorkörper angeordnet ist.
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Dadurch, dass die Magnetspule 8 in den Aktoraufnahmeraum 7 vor dem Fügen der beiden Gehäsueteile 1, 6 in einfacher Weise eingesetzt werden kann, wird die Montage des Injektors vereinfacht. Beim Fügen kann auch gleich der Dichtkörper 4 mit eingelegt werden, der den Aktoraufnahmeraum 7 gegenüber der zentralen Bohrung 10 abdichtet.
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Um den Magnetkreis der als Magnetaktor ausgebildeten Aktoreinheit 2 nicht zu beeinflussen, ist der Dichtkörper 4 aus einem nicht-metallischen Werkstoff ausgebildet. Der Dichtkörper 4 ist zudem derart in den Düsenkörper 1 eingesetzt, dass der Dichtkörper 4 flächenbündig mit der zentralen Bohrung 10 begrenzenden Innenwandung des Düsenkörpers 1 abschließt. Der Bewegungsraum des Magnetankers 11 wird demnach nicht eingeschränkt. Die ringförmige Ausbildung der Spule 8, des Dichtkörpers 4 sowie des Ankers 11 ermöglicht eine konzentrische Anordnung der Bauteile, durch welche der Kraftstoffinjektor weder in axialer Richtung noch in radialer Richtung einen größeren Bauraum erfordert. Die dargestellte Ausführungsform erlaubt somit die Ausführung eines besonders kompaktbauenden Kraftstoffinjektors mit direkter Nadelsteuerung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007002758 A1 [0002]
