DE102010002646A1 - fuel injector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer in einer Bohrung (10) eines Gehäuseteils (1) hubbeweglich geführten Düsennadel (14) zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung (15) und einer Aktoreinheit (2) zur direkten oder indirekten Betätigung der Düsennadel (14), wobei die Aktoreinheit (2) ein Stellglied (3) umfasst, das im Betrieb des Kraftstoffinjektors mit Hochdruck beaufschlagt ist, Erfindungsgemäß ist ein Dichtkörper (4) zur hochdruckfesten Abdichtung wenigstens eines Antriebsteils (5) der Aktoreinheit (2) gegenüber dem Kraftstoff vorgesehen.The invention relates to a fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine Direct or indirect actuation of the nozzle needle (14), the actuator unit (2) comprising an actuator (3) which is acted upon by high pressure during operation of the fuel injector Actuator unit (2) provided with respect to the fuel.
Description
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.The invention relates to a fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine having the features of the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Ein Kraftstoffinjektor der vorstehend genannten Art geht beispielsweise aus der Druckschrift
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.If only low pressure is applied to the magnetic actuator receiving space, it must be ensured that the leakage from the high pressure area to the low pressure area is kept low. Because if the connection to a return line is required to remove the leakage quantity, the advantages of a direct and thus, as a rule, return-free needle control are essentially eliminated. In contrast, the arrangement of the magnetic actuator in the high pressure region has the disadvantage that the drive is exposed to the high pressure and thus a higher stress. If the magnetic actuator receiving space is to be sealed in order to reduce the load, the difficulty arises that in the region of the drive, as a rule, the smallest wall thicknesses exist which make a high-pressure-tight execution more difficult.
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.The present invention is therefore based on the object to provide a fuel injector, which helps to avoid the disadvantages mentioned above. In particular, the specified fuel injector is a direct, d. H. enable return-free needle control. Furthermore, the proposed fuel injector should prove to be very robust and simple and inexpensive to manufacture.
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.To achieve the above objects, a fuel injector having the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
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.For the direct or indirect actuation of a nozzle needle, the proposed fuel injector has an actuator unit with an actuating element which is subjected to high pressure during operation of the fuel injector. According to the invention, a sealing body is also provided for high-pressure-resistant sealing of at least one drive part of the actuator unit relative to the fuel. The sealing body thus separates the drive part from the actuating element, which remains arranged in the high-pressure region. The arrangement of the sealing body is thus between the drive part and the adjusting element, that is within the actuator unit. Due to this arrangement, the seal can be reduced, for example, to an inner diameter, which leads to a relief of the outside diameter forming and the actuator unit surrounding small wall thicknesses. On the other hand, the load on the actuator unit itself is reduced because at least one drive part of the actuator unit is sealed off from the fuel. The drive member is thus protected against chemical attack, as well as against flow forces and / or pressure pulsations, which may also constitute a burden. The arrangement of the sealing body within the actuator unit, also simplifies the electrical connection of the drive part, since the required electrical leads do not have to be guided by a seal. A separate sealing of the electrical leads or contacts can also be omitted. Accordingly, a fuel injector according to the invention is also simple and inexpensive to produce.
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.According to a preferred embodiment of the invention, the sealing body is annular. This specific embodiment proves to be particularly advantageous if the drive part and / or the actuating element are ring-shaped. The actuator can then be guided in a liftable manner, for example, within the sealing body. Alternatively or additionally, it is therefore also proposed that the sealing body is arranged coaxially with the actuator. By an annular design of the sealing body, which at least partially surrounds the actuator, can be particularly compact - realize - both in the axial direction and in the radial direction - fuel injectors.
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. Advantageously, the sealing body consists of a non-magnetic material. As a material, for example, offers a non-magnetic steel, a Cr-Ni-bonded carbide or a ceramic material. By choosing a non-magnetic material for forming the sealing body, for example, an influence of a magnetic circuit of a magnetic actuator is prevented. In this respect, this embodiment proves to be advantageous, in particular in the case of a magnetic actuator as an actuator unit. Since such includes a magnetic coil as a driving part and a magnetic armature as an adjusting element, the arrangement of the sealing body is preferably carried out between the magnetic coil and the lifting magnet armature.
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.According to a further preferred embodiment, the sealing body is inserted in a housing part, for example in the nozzle body, and / or in a further housing part connected to the housing part, high pressure-tight. In this way, an even more compact design can be achieved, in particular if the sealing body is completely integrated into the housing part. For high pressure-tight execution of the sealing body, for example, non-positively and / or positively connected to the at least one housing part, for example by pressing. Furthermore, a bonding of the sealing body with the housing part and / or a further housing part is possible.
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.If the arrangement of the sealing body in the contact region of a housing part with a further housing part, the sealing body can also ensure the sealing of the contact area. In that regard, the arrangement of the sealing body proves to be particularly advantageous in a contact region of two housing parts. The further housing part can be, for example, an injector body in which the actuator unit is at least partially accommodated. For this purpose, an actuator receiving space may be formed in the injector body and / or the nozzle body, which is closed in a high-pressure-tight manner via the sealing body. If the arrangement of the sealing body in wall thicknesses which limit the inner side of the Aktoraufnahmeraum, at the same time takes place a relief of the outer peripheral side wall thicknesses, since they are not subjected to high pressure.
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.Preferably, the actuator unit comprises a magnetic actuator with a magnetic coil as a drive part and a magnetic armature as an actuator. A correspondingly designed as a magnetic actuator actuator unit allows the display of large strokes to ensure, for example via a direct needle control the full opening stroke of the nozzle needle. Magnetic actuators are also compact and therefore particularly suitable for use in injectors, which should find use in confined space conditions. Furthermore, magnetic actuators are generally less expensive than piezo actuators, for example.
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.According to a further development measure, it is provided to form the magnetic armature of the magnetic actuator annular. An annular magnetic actuator builds only slightly in the radial direction, so that in this way particularly slim injector concepts are made possible. The inner diameter of such an annular magnet armature can also serve to receive a pressure-compensating bolt or pin or a force transmission element. Further, the high pressure fuel may be supplied through the inner diameter of the annular armature to the at least one injection port.
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.According to a further preferred embodiment, it is provided that the nozzle needle can be actuated directly via the actuator unit. The advantages resulting from a direct needle control have already been mentioned at the beginning. On the one hand, the connection to a return is unnecessary, on the other hand, the direct needle control proves to be less sluggish. Fuel injectors with a direct needle control can also be simple, which in turn has a favorable effect on the manufacturing cost.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigten:A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. These showed:
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung.Detailed description of the drawing.
Der Darstellung der
Der Düsenkörper
Dadurch, dass die Magnetspule
Um den Magnetkreis der als Magnetaktor ausgebildeten Aktoreinheit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |