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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Zylinderspulenmerkmale
von Kraftstoffinjektoren für Common-Rail-Kraftstoffsysteme
und insbesondere eine gekühlte Zylinderspulenbaugruppe (Solenoidbaugruppe)
mit leistungsverbessernden, platzsparenden Merkmalen.
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Hintergrund
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Common-Rail-Kraftstoffsysteme
haben sich als sehr vielversprechend erwiesen, da sie die Vielseitigkeit
aufweisen, die zum Verbessern der Leistung notwendig ist und dabei
auch unerwünschte Emissionen, insbesondere in Bezug auf
kompressionsgezündete Motoren, reduzieren. Da die Industrie immer
höhere Einspritzdrücke verlangt, treten mehr und
mehr Probleme auf. Eines dieser Probleme kann mit dem Erfordernis
einhergehen, einen internen elektrischen Aktuator, wie beispielsweise
eine Zylinderspule (Solenoid) oder ein Piezoelement, zu kühlen,
um den elektrischen Aktuator in einem Temperaturbereich zu halten,
der hohe Betätigungskräfte verbunden mit schnellen
Reaktionszeiten unterstützt. In manchen Anwendungsfällen,
insbesondere in jenen, die räumlich eingeengte elektrische
Aktuatoren aufweisen, kann das Aufrechterhalten und Verbessern der
Aktuatorleistung problematisch sein. Zum Beispiel müssen
in vielen Anwendungsfällen ein oder mehrere Aktuatoren
gänzlich in einem Injektorkörper enthalten sein,
und der elektrische Aktuator, insbesondere in dem Fall von Zylinderspulen,
muss für gewöhnlich zu einem gewissen Teil von
einem Isoliermaterial umgeben sein. Folglich kann in dem Fall von Zylinderspulenaktuatoren
das Aufrechterhalten oder Verbessern der (Magnet-)Flussübertragung
bei gleichzeitigem Reduzieren des Volumens des mit Isoliereigenschaften
verbundenen Materials, problematisch sein. Aus dem Stand der Technik
bekannte Zylinderspulenbaugruppen für Kraftstoffinjektoren beinhalten
typischerweise einen Polschuh, auf dem ein Kunststoffspulenträger
befestigt ist, der die Zylinderspulenwicklung trägt. Weil
die Wicklung typischerweise auf den Spulenträger aufgebracht
wird, bevor dieser an dem Polschuh befestigt wird, muss der Spulenträger
ausreichende Standfestigkeit aufweisen, um dem Wicklungsvorgang
standzuhalten. Das könnte dazu führen, dass mehr
Materialvolumen auf den Spulenträger aufgebracht ist, als
eigentlich für einen einwandfreien Betrieb, nachdem die
Zylinderspule eingebaut ist, benötigt würde.
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In
einem typischen Anwendungsfall eines Kraftstoffinjektors ist ein
Zylinderspulenaktuator zum Öffnen und Schließen
eines oder mehrerer Fluiddurchgänge mit einem Ventilelement
verbunden, um ein Kraftstoffeinspritzereignis zu vereinfachen. Zwei Arten
bzw. Typen von Zylinderspulen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Ein Typ wird als eine Dualpolzylinderspule bezeichnet und ist häufig
dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsränder des Ankers
einen größeren Durchmesser aufweisen als der Außendurchmesser
der Spulenwicklung. Der Anker bewegt sich zwischen einer Luftspalt-Startposition und
einer axialen Luftspalt-Endposition mit Bezug auf einen Stator.
Bei einem anderen Typ beinhaltet eine sogenannte Einzelpolzylinderspule
nicht nur einen Axialluftspalt, sondern auch einen Gleitluftspalt,
in dem sich der Anker bewegt. Ein solches Beispiel ist in Coltec
Industries Inc.s
U.S. Patent
4,984,549 für Mesenich gezeigt.
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Einzelpolzylinderspulen
werden häufig über ihren Ankerumfangsrand bestimmt,
der einen Gleitflussspalt mit einem Magnetflussführungselement aufweist,
und der Durchmesser des Ankers ist typischerweise kleiner als der
Innendurchmesser der Spulenwicklung. Ungeachtet des Zylinderspulentyps können
sich die Flussübertragungsfähigkeit der Zylinderspulenbaugruppe
und folglich die Geschwindigkeit und die Ansprechempfindlichkeit
des zugeordneten Ventils beträchtlich verschlechtern, wenn
die Temperaturen über einen gewissen Wert, der von der Zylinderspulenstruktur
und den verwendeten Materialien abhängt, steigen. Erhöhte
Temperaturen können auf eine Leckage im Inneren des Kraftstoffinjektors,
auf wiederholte Betätigungsereignisse und sogar auf einen
Temperaturübertritt von der Brennkammer des Motors auf
andere Kraftstoffinjektorbauteile zurückzuführen
sein.
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Ein
weiteres wichtiges Merkmal, das die Leistung von Zylinderspulen
beeinflusst, betrifft die Größe der Luftspalte,
die den sich bewegenden Anker von den stationären Magnetflussführungsbauteilen
der Zylinderspulenbaugruppe trennen. Obwohl kleinere Luftspalte
eine bessere Flussübertragung ermöglichen, können
geometrische Abweichungen in Bauteilen die Massenproduktion von
Zylinderspulenbaugruppen mit einheitlichen Luftspalten, die zu einem
gleichbleibenden Verhalten führen, illusorisch und unrealistisch
machen. Zum Beispiel erfordert das Beibehalten kleiner Luftspalte
häufig, dass der Anker in seiner Bewegung geführt
wird, wie beispielsweise über eine Befestigung an einem
Ventilelement, das sich in einer Führungsspielbohrung bewegt.
Allerdings können geometrische Toleranzaufbauten die realistischen
Luftspalte, die durch solch eine Strategie vorgesehen sind, beschränken.
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf eines oder mehrere der vorangehend
dargelegten Probleme gerichtet.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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In
einem Aspekt beinhaltet ein Kraftstoffinjektor einen Injektorkörper,
der einen Düsenauslass, einen Kühlmitteleinlass
und einen Ablauf festlegt. Eine Zylinderspulenbaugruppe ist im Inneren
des Injektorkörpers angeordnet und beinhaltet eine Statorbaugruppe,
die wenigstens einen Polschuh aufweist, das eine sich dort hindurch
erstreckende Kühlmitteldurchgangsverlängerung
festlegt. Ein Kühlmittelkanal beinhaltet den Kühlmitteldurchgang
und erstreckt sich zwischen dem Kühlmitteleinlass und dem
Ablauf.
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In
einem weiteren Aspekt beinhaltet ein Kraftstoffinjektor einen Injektorkörper,
der einen Düsenauslass festlegt und einen Flussführungsbereich beinhaltet.
Eine Einzelpolzylinderspulenbaugruppe ist in dem Injektorkörper
angeordnet und beinhaltet eine Statorbaugruppe, eine Ankerbaugruppe,
ein Flussringbauteil und den Flussführungsbereich des Injektorkörpers.
Die Ankerbaugruppe beinhaltet einen Schaft und einen Anker, der
eine Ankeroberseite und eine Ankerseitenfläche aufweist.
Eine Statorbaugruppe weist eine Statorbodenfläche auf,
die einen Innenpol und einen Außenpol beinhaltet. Ein Flussspalt
ist zwischen dem Außenpol der Statorbaugruppe und dem Flussführungsbereich
des Injektorkörpers festgelegt. Ein axialer Startluftspalt
ist zwischen der Ankeroberseite des Ankers und der Statorbodenfläche
der Statorbaugruppe festgelegt, wenn sich der Anker an einer ersten
Ankerposition befindet. Ein Gleitluftspalt ist zwischen der Ankerseitenfläche
und dem Flussringbauteil der Zylinderspulenbaugruppe festgelegt.
Der Flussspalt und der Gleitluftspalt sind kleiner als der axiale
Startluftspalt.
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In
noch einem weiteren Aspekt beinhaltet eine Statorbaugruppe für
eine Zylinderspule eine Isolierlage, die sich zwischen einem metallischen
Polschuh und einer Zylinderspulenwicklung befindet. Die Isolierlage
weist eine Dicke geringer als 400 Mikrometer auf.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Common-Rail-Kraftstoffsystems
gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung,
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2 ist
eine im Schnitt dargestellte schematische Seitenansicht eines Krafstoffinjektors
für das Kraftstoffsystem aus 1,
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3 ist
eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Statorbaugruppe
gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung,
und
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4 ist
eine vergrößerte im Schnitt dargestellte schematische
Seitenansicht der Zylinderspulenbaugruppe und der Steuerventilbereiche
des Kraftstoffinjektors, der in 2 gezeigt
ist.
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Detaillierte Beschreibung
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Mit
Bezug auf 1 beinhaltet ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 10 mehrere
Kraftstoffinjektoren 11, die für eine Direkteinspritzung
in einzelne Zylinder (nicht gezeigt) eines Verbrennungsmotors angeordnet
sind. Zum Beispiel zeigt 1 sechs Kraftstoffinjektoren 11,
die für eine Direkteinspritzung positioniert sind, dadurch
dass ein Düsenauslass 12 an jedem Kraftstoffinjektor 11 vorhanden
ist, der sich in einem einzelnen Zylinder (nicht gezeigt) eines
kompressionsgezündeten Motors befindet. Jeder Kraftstoffinjektor 11 beinhaltet auch
einen Hochdruckleitungseinlass 14, der mit einer gemeinsamen
Verteilerleiste (Common Rail) 26 über einen individuellen
Verzweigungsdurchgang 28, von denen nur einer gezeigt ist,
strömungsmäßig in Verbindung steht. Zusätzlich
beinhaltet jeder Kraftstoffinjektor 11 einen Kühlmitteleinlass,
der mit einer Kraftstofflkühlmittelleitung 20 strömungsmäßig
in Verbindung steht. Eine Niederdruckkraftstoffförderpumpe 18 fördert
Kraftstoff über eine Kraftstoffströmungsleitung 19 zu
der Kraftstoffkühlmittelleitung 20 und zu einer
Hochdruckpumpe 22, die der gemeinsamen Verteilerleiste 26 Hochdruckkraftstoff über
eine Hochdruckzufuhrleitung 24 zuführt. Jeder
Kraftstoffinjektor 11 beinhaltet auch einen Ablauf 17,
der mit dem Kraftstofftank 16 über eine Ablaufrückführleitung 30 strömungsmäßig
in Verbindung steht. Der Kraftstofförderpumpe 18 wird
Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 16 in üblicher
Art und Weise zugeführt.
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Das
Kraftstoffsystem 10 wird über eine elektronische
Steuereinheit 32 gesteuert, die die Form eines elektronischen
Steuermoduls mit Standartdesign annehmen kann und allgemein einen
Prozessor, wie beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit,
einen Speicher und einen Eingabe-/Ausgabeschaltkreis mit einschließt,
die die interne und die externe Kommunikation mit der elektronischen
Steuereinheit 32 vereinfachen. Die zentrale Verarbeitungseinheit steuert
den Betrieb des elektronischen Steuermoduls durch Ausführen
von Betriebsanweisungen, wie beispielsweise Programmierungscodes,
die in dem Speicher gespeichert sind, wobei Betriebsvorgänge intern
oder extern in das elektronische Steuermodul eingeleitet werden
können. Es kann ein Steuerschema verwendet werden, das
Ausgaben von Systemen oder Einrichtungen, wie beispielsweise Sensoren, Aktuatoren
oder Steuereinheiten, über den Eingabe-/Ausgabeschaltkreis
beobachtet, um Eingaben an verschiedene andere Systeme oder Einrichtungen
zu steuern. Zum Beispiel kann die elektronische Steuereinheit 32 mit
jedem der Kraftstoffinjektoren 11 über eine Verbindungsleitung 34,
die mit einem Zylinderspulenstecker 15 verbunden ist, in
steuernder Verbindung stehen. Zusätzlich wird der Druck
in der gemeinsamen Verteilerleiste 26 über eine
Verbindungsleitung 33 gesteuert, die (einen) geeignete(n)
elektrische(n) der Hochdruckpumpe 22 zugeordnete(n) Aktuator(en)
anschließt. Der Speicher der elektronischen Steuereinheit 32 kann
temporäre Speicherbereiche enthalten, wie beispielsweise
einen Cachespeicher, einen virtuellen Speicher oder einen Random
Access Speicher (RAM), oder permanente Speicherbereiche, wie beispielsweise
Read Only Speicher (ROM), Wechsellaufwerke, Netzwerk-/Internetspeicher,
Festplatten, Flash-Speicher, Speichersticks oder jede andere bekannte
flüchtige oder nicht-flüchtige Datenspeichereinrichtung,
die sich intern oder extern des elektronischen Steuermoduls befindet.
Alternativ oder zusätzlich kann die elektronische Steuereinheit 32 eine
geeignete Schalttechnik zum Durchführen einiger Funktionen
im Gegensatz zu einem Programmcode, der von einer zentralen Verarbeitungseinheit
ausgeführt wird, beinhalten.
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Mit
Bezug auf 2 und 4 beinhaltet
jeder Kraftstoffinjektor 11 einen Injektorkörper 40 und eine
Düsenkammer 41, die mit dem Düsenauslass 12,
der durch den Injektorkörper festgelegt ist, strömungsmäßig
in Verbindung steht, wenn ein Nadelventilelement 50 zu
einer geöffneten Position angehoben wird. Die Düsenkammer 41 steht
mit dem Hochdruckleitungseinlass 14 über einen
Innendurchgang (nicht gezeigt) durch den Injektorkörper 40 hindurch
strömungsmäßig in Verbindung. Das Nadelventilelement 50 ist
normalerweise durch eine Vorspannfeder 54 in Richtung einer
geschlossenen Position vorgespannt. Das Nadelventilelement 50 beinhaltet
eine hydraulische Öffnungsfläche 51,
die dem Fluiddruck in der Düsenkammer 41, die
immer mit der gemeinsamen Verteilerleiste 26 (1)
strömungsmäßig in Verbindung steht, ausgesetzt
ist und beinhaltet eine hydraulische Schließfläche 52,
die dem Fluiddruck in einer Nadelsteuerkammer 44 ausgesetzt
ist. Die Nadelsteuerkammer 44 kann mit der Düsenkammer 41 über
einen Durchgang, der nicht gezeigt ist, strömungsmäßig
in Verbindung stehen. Der Kraftstoffinjektor 11 beinhaltet
auch eine Zylinderspulenbaugruppe 70, die betriebsbereit
verbunden ist, um ein Steuerventilelement 60 zu bewegen. Wenn
die Zylinderspulenbaugruppe 70 nicht mit Energie beaufschlagt
wird (nicht erregt wird), spannt eine Vorspannfeder 76 eine
Ankerbaugruppe 72 zum Drücken eines Ventilelements 60 in
Richtung nach unten vor, um einen flachen Sitz 58 zu verschließen und
somit eine Druckentlastungsöffnung 59 zu verschließen.
Folglich, wenn die Zylinderspulenbaugruppe 70 nicht mit
Energie beaufschlagt wird, herrscht sowohl in der Düsenkammer 41 als
auch der Nadelsteuerkammer 44 der hohe Druck aus der Verteilerleiste 26 (1),
was dazu führt, dass das Nadelventilelement 50 in
Richtung seiner geschlossenen Position durch die Vorspannfeder 54 vorgespannt
ist. Wenn die Zylinderspulenbaugruppe 70 mit Energie beaufschlagt
wird (erregt wird), bewegt sich die Ankerbaugruppe 72 nach
oben, dass sich das Ventilelement 60 von dem flachen Sitz 58 weg
bewegen kann, um die Nadelsteuerkammer 44 mit dem Niederdruckablauf 17 über
die Druckentlastungsöffnung 59 und einen dazwischenliegenden
Fluiddurchgang, der in der Schnittzeichnung aus 2 nicht
zu sehen ist, strömungsmäßig zu verbinden.
Wenn der flache Sitz geöffnet ist, fällt der Druck
in der Nadelsteuerkammer 44 ab, dass die Hydraulikkraft,
die auf die hydraulische Öffnungsfläche 51 wirkt,
die Vorspannfeder 54 überwinden kann, um das Nadelventilelement 50 zum Öffnen
des Düsenauslasses 12 nach oben anzuheben, um
so ein Kraftstoffeinspritzereignis einzuleiten. Das Kraftstoffeinspritzereignis wird
durch die dann nicht (mehr) mit Energie beaufschlagte Zylinderspulenbaugruppe 70 beendet,
um das Ventilelement 60 wiederum zu drücken, um
den flachen Sitz 58 zu schließen und den hohen
Druck in der Nadelsteuerkammer 44 wiederherzustellen.
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In
der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei der
Zylinderspulenbaugruppe 71 um eine Einzelpolzylinderspulenbaugruppe,
die eine Statorbaugruppe 70 und eine Ankerbaugruppe 72 beinhaltet.
Allerdings werden die Fachleute verstehen, dass alternative Ausführungsformen
eine Dualpolzylinderspule als eine Alternative zu dem dargestellten
Aufbau aufweisen können, ohne von der vorliegenden Offenbarung
abzuweichen. Zur Erinnerung, eine alternative Dualpolzylinderspule
beinhaltet keinen Gleitluftspalt zwischen seinem Anker und dem Stator
und beinhaltet typischerweise keinen Flussring.
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Mit
Bezug nun auf 3 ist eine detaillierte Ansicht
der Statorbaugruppe 71 aus dem Kraftstoffinjektor 11 aus 2 gezeigt.
Die Statorbaugruppe 71 beinhaltet einen Innenpolschuh 80,
der einen Innenpolkühlmitteldurchgang 81 festlegt,
der sich vertikal dort hindurch erstreckt. Sollte der Innenpolschuh 80 aus
einem relativ weichen magnetischen Material hergestellt sein, könnte
er ein separates Statoranschlagbauteil 85, das in den Bodenbereich
des Polschuhs 80 eingepresst sein kann, beinhalten und auch
einen Bereich des zentralen Kühlmitteldurchgangs 81 festlegen.
Die Statorbaugruppe 71 beinhaltet auch eine Isolierlage 82,
die den Innenpolschuh 80 von einer Zylinderspulenwicklung 84 trennt.
Im Stand der Technik könnte die Isolierlage ein Kunststoffspulenträger
sein, auf den die Magnetspule gewickelt ist. Allerdings könnte
in der vorliegenden Offenbarung die Isolierlage 82 eine
relativ dünne Lage aus Kunststoff sein, die integral auf
den Innenpolschuh 80 aufgeformt ist. Folglich wird mit
der Aufformstrategie die Zylinderspulenwicklung 84 auf
die Isolierlage aufgewickelt, nachdem die Isolierlage auf den Innenpolschuh 80 aufgeformt
worden ist, so dass der Innenpolschuh die Strukturunterstützung
vorsieht, um dem Wicklungsvorgang standzuhalten. Alternativ könnte
die Isolierlage 82 eine Isolierschicht sein, die entweder
durch Aufschrumpfen eines dünnen Isolierschlauchs auf den
Innenpolschuh 80 oder möglicherweise durch Spritzauftragen
einer Isolierschicht auf das selbige hergestellt ist. Auf jeden
Fall, weil die Isolierlage 82 nur die Zylinderspulenwicklung von
dem Innenpolschuh 80 isoliert braucht, kann die Isolierlage
eine relativ dünne Dicke 83 aufweisen, die geringer
sein kann als 400 Mikrometer. Diese Strategie ermöglicht
es, im Gegensatz zu einer relativ dickwandigen Kunststoffspule,
wie sie im Stand der Technik vorgesehen ist, mehr Volumen der Statorbaugruppe 71 entweder
durch den Innenpolschuh 80 oder die elektrischen Wicklungen 84 zu
belegen. Die Statorbaugruppe 71 beinhaltet auch ein Paar
elektrischer Anschlüsse 86, von denen nur einer
gezeigt ist, die sich in einer Bohrung, die durch den Innenpolschuh 80 festgelegt
ist, befinden und von Isoliermaterial umgeben sind, während
sie mit der Zylinderspulenwicklung 84 elektrisch verbunden
sind. Die elektrischen Anschlüsse 86 sind mit
dem Zylinderspulenstecker 15 (2) über
elektrische Leiter (nicht dargestellt) auf herkömmliche
Art und Weise elektrisch verbunden. Die elektrischen Anschlüsse 86 können
die Form von Anschlussbuchsen annehmen, die den Zusammenbau des
Kraftstoffinjektors 11 besser ermöglichen und
erleichtern. In einer Version können die Isolierlagen,
die die Anschlüsse 86 von dem Polschuh 80 trennen,
aus demselben Material wie die Isolierlage 82 sein. Zum
Beispiel kann die Isolierlage, die die elektrischen Anschlüsse 86 umgibt,
aus Kunststoff sein, das in demselben Formprozess aufgeformt wird
wie dem zum Aufformen der Isolierlage 82 auf den Innenpolschuh 80.
Zum Beispiel kann der Innenpolschuh 80 als ein Kern in
einem Kunststoffformteil zusammen mit den Anschlüssen 86 verwendet
werden, wobei der Kunststoff in einem herkömmlichen Kunststoffaufformprozess
um diese Bauteile herum geformt wird. Folglich könnte das
Isoliermaterial 98, das die elektrischen Anschlüsse 86 umgibt,
dasselbe sein wie und könnte in demselben Verfahren aufgeformt
werden wie die Isolierlage 82. Nachdem die Zylinderspulenwicklung 84 auf die
Isolierlage 82 gewickelt ist, kann ein Außenpol 89 übergeschoben
werden, um die Spulenwicklung 84 zu umgeben. Der Außenpol 89 kann
aus einem magnetischen Material sein, ähnlich dem des Innenpolschuhs 80,
wie beispielsweise Siliziumeisen oder das magnetische Material,
das unter dem Namen SOMALOY verkauft wird. Obwohl nicht nötig,
kann der Außenpol 89 mehrere winklig beabstandete
Flächen 88 aufweisen, die die Oberflächen
kühlen, oder teilweise einen Außenpolkühlmitteldurchgang
festlegen, um das Strömen des Kühlfluids entlang
der Außenumfangsfläche der Statorbaugruppe 71 zu
vereinfachen.
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Mit
Bezug nun auf 4 ist die Statorbaugruppe 71 aus 3 eingebaut
in den Injektorkörper des Kraftstoffinjektors 11 gezeigt.
Im eingebauten Zustand beinhaltet die Zylinderspulenbaugruppe 70 stationäre
Bauteile und bewegliche Bauteile. Zu den stationären Bauteilen
zählen eine Statorbaugruppe 71, ein magnetisches
Flussringbauteil 87 und ein Flussführungsbereich 48 des
Injektorkörpers. Die beweglichen Bauteile beinhalten eine
Ankerbaugruppe 72, die einen magnetischen Anker 74 aufweist,
der auf einem relativ unmagnetischen Schaft 73 befestigt
ist, wie beispielsweise über eine Presssitzverbindung. Wenn
die Zylinderspulenbaugruppe 70 mit Energie beaufschlagt
wird (erregt wird), bewegt sich die Ankerbaugruppe 72 nach
oben, bis die Schaftanschlagfläche 75 des Schafts 73 mit
dem Statoranschlagbauteil 85 in Berührung kommt.
Dadurch dass ein relativ kleiner Flussspalt 96 zwischen
dem Außenpol 89 (3) und der
Innenwandfläche 43 des Injektorkörpers 40 vorgesehen
ist, kann der Flussführungsbereich 48 als Teil
der Einzelpolzylinderspulenbaugruppe 70 angesehen werden,
da er zum Führen eines Teils des Flusses, wie beispielsweise
des durch den Flussweg 105 gezeigten, fungiert. Folglich
wird der Flussführungsbereich 48 des Injektorkörpers 40 selbst
genutzt, um die magnetische Leistung der Zylinderspulenbaugruppe 70 zu
erhöhen. Der Flussspalt 96 kann die Größe
eines typischen Führungsspiels aufweisen. Die Zylinderspulenbaugruppe 70 beinhaltet
auch das Flussringbauteil 87, das auch ein relativ enges
Führungsspiel 99 mit Bezug auf die Innenwandfläche 43 aufweisen
kann, um so die Flussleitung zurück aus dem Flussführungsbereich 48 des Injektorkörpers
durch das Flussringbauteil 87, zurück durch den
Anker 74 in Richtung des Innenpolschuhs 80 besser
zu ermöglichen. Obwohl nicht notwendig, könnte
das Flussringbauteil 87 mehrere winklig beabstandete Kühlflächen
oder Flächen 95 aufweisen, die als Außenpolkühlmitteldurchgänge
angesehen werden könnten, um die Bildung eines Umfangsfluidkanals 102 für
ein Kühlfluid, das entlang des Außenumfangs der
Zylinderspulenbaugruppe 70 läuft, zu vereinfachen.
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Wenn
die Zylinderspulenbaugruppe 70 nicht mit Energie beaufschlagt
wird (nicht erregt wird), ist ein axialer Startluftspalt zwischen
einer Ankeroberseite 91 des Ankers 74 und einer
Statorbodenfläche 94 des Innenpolschuhs 80 festgelegt.
Dieser axiale Startluftspalt kann immer größer
sein als der Luftspalt 96 zwischen dem Außenpol 89 und
dem Injektorkörper 40 sowie der zweite Flussspalt 99 zwischen
dem Flussringbauteil 87 und dem Injektorkörper 40.
Wenn die Zylinderspulenbaugruppe 70 mit Energie beaufschlagt
wird und sich die Ankerbaugruppe 72 nach oben bewegt, verringert
sich der axiale Luftspalt zwischen der Ankeroberseite 91 und
der Statorbodenfläche 94, wird aber nicht komplett
entfernt. Mit anderen Worten wird der Schaft 73 mit dem
Statoranschlagbauteil 85 in Berührung kommen,
bevor der Anker 74 überhaupt den Innenpolschuh 80 berührt.
Der axiale Endluftspalt kann auch größer sein
als die Flussspalte 96 und 99, die den Außenpol 89 beziehungsweise das
Flussringbauteil 87 von dem Injektorkörper 40 trennen.
Die Bewegung der Ankerbaugruppe 70 kann durch ein Führungsspiel
geführt werden, das in dem Gleitluftspalt 97,
der die Ankerseitenfläche 92 von der Innenfläche
des Flussringbauteils 87 trennt, existiert. Das Ausmaß des
Führungsspiels 97 des Gleitluftspalts kann in
derselben Größenordnung liegen, wie die Ausmaße
der ersten und zweiten Flussspalte 96 und 99,
die vorangehend bestimmt wurden. Ein Ausmaß derselben Größenordnung
bedeutet, dass keiner der Spalte größer als zehn
Mal das Ausmaß der anderen Spalte ist. Alternativ kann
die Ankerbaugruppe 72 bei ihrer Bewegung über
eine Führungsspielwechselbeziehung zwischen dem Schaft 73 und
einem anderen Bereich des Injektorkörpers 40 geführt
werden, wie beispielsweise eine Führungsspielwechselbeziehung
mit der Ventilfederplatte 47, die als Teil des Injektorkörpers 40 anzusehen ist.
Es sollte beachtet werden, dass der Schaft 73 einen Schaftkühlmitteldurchgang 78 beinhalten
kann, der einen Teil des internen Kühlmittelkanals 101 bildet.
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Der
Injektorkörper 40 legt eine interne Kühlmittelzufuhrleitung 100 fest,
die mit dem Kühlmitteleinlass 13 strömungsmäßig
in Verbindung steht. Das Kühlfluid strömt durch
die interne Kühlmittelzufuhrleitung 100 und kann
zwei Wege durch und um die Zylinderspulenbaugruppe 70 herum
nehmen, um eine Kühlung derselbigen vorzusehen. Insbesondere kann
ein Teil des Kühlfluids durch den internen Kühlmittelkanal 101 hindurchlaufen,
wohingegen ein zweiter Teil des Kühlfluids auf der Außenfläche
der Zylinderspulenbaugruppe 70 über einen Umfangskühlmittelkanal 102 laufen
kann, der teilweise durch die Flächen 95 auf dem
Flussringbauteil 87 sowie die Flächen 88,
die auf der Außenfläche des Außenpols 89 ausgebildet
sind, definiert sein kann. Der interne Kühlmittel- und
Umfangskühlmittelkanal 101 und 102 laufen
in Richtung des Bodens des Flussringbauteils 87 in den
gemeinsamen Kühlmittelkanal 103 zusammen, der
den Strom in Richtung und aus dem Injektorkörper 40 richtet,
um sich aus dem Auslass 17 zu entleeren.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Offenbarung kann potenziell auf jeden Kraftstoffinjektor
angewendet werden, wird aber insbesondere auf Common- Rail-Kraftstoffinjektoren
angewendet werden, bei denen Kühlen ein Kernpunkt sein
kann und beengte Raumverhältnisse vorliegen. Der Kraftstoffinjektor 11 gemäß der
vorliegenden Offenbarung ist als einer gezeigt worden, der mehrere
Innovationen beinhaltet, aber ein Kraftstoffinjektor, der nur eine
dieser Innovationen aufweist, würde auch in den beabsichtigten
Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Beispielsweise weist
der Kraftstoffinjektor 11 eine innovative Statorbaugruppe auf,
wie in 3 gezeigt ist, könnte aber eine alternative
Statorbaugruppe aufweisen, ohne von der vorliegenden Offenbarung
abzuweichen. Zudem wurde in der vorliegenden Offenbarung gezeigt,
dass sowohl Innen- als auch Umfangskühlmittelkanäle
vorhanden sind, um eine Kühlfunktion zum Regulieren der
Temperatur der Zylinderspulenbaugruppe 70 aufrechtzuerhalten.
In manchen Anwendungsfällen kann Kühlen nicht
notwendig sein oder einer der Innen- und Außenkühlmittelkanäle 101 und 102 könnte entfernt
werden, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zusätzliche
oder alternativ angeordnete Kühlmitteldurchgänge
würden auch in den beabsichtigten Umfang der Offenbarung
fallen. Schließlich beinhaltet der Kraftstoffinjektor 11 eine
Innovation, die darauf basiert, dass der Injektorkörper beim
Führen des Flusses hilft, und folglich einen Teil der Zylinderspulenbaugruppe
bildet, wohingegen Kraftstoffinjektoren aus dem Stand der Technik
typischerweise ihre Zylinderspulenbaugruppen von einer magnetischen
Wechselbeziehung mit allem, was billigermaßen als der Injektorkörper
bezeichnet werden könnte, isolieren. In jenen Anwendungsfällen
mit weniger Platzbeschränkungen, könnte von der
Verwendung des Injektorkörpers zu Flussführungszwecken, sowie
von der platzsparenden Innovation in der Statorbaugruppe 71,
die eine relativ dünne Isolierlage zwischen der Spulenwicklung 84 und
dem Innenpolschuh 80 verwendet, abgesehen werden.
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Wenn
das Common-Rail-Kraftstoffsystem 10 in Betrieb ist, erzeugt
die Kraftstoffförderpumpe 18 genug Fluid, um die
Zufuhranforderungen der Hochdruckpumpe 22 (d. h. die Kraftstoffeinspritzanforderungen)
und die Kühlanforderungen der einzelnen Kraftstoffinjektoren 11 zu
erfüllen. Jeglicher Kraftstoff, der durch die Kraftstoffförderpumpe 18 über diese
Anforderungen hinaus gepumpt wird, wird typischerweise auf herkömmliche
Art und Weise zu dem Tank 16 zurückgeführt
(über eine Leitung, die nicht gezeigt ist). Folglich wird
das Kühlfluid weiterhin durch die einzelnen Kraftstoffinjektoren 11 strömen, ungeachtet
dessen, ob der Kraftstoffinjektor in Betrieb ist, um ein Kraftstoffeinspritzereignis
durchzuführen, oder während der relativ langen
Periode zwischen solchen Ereignissen. Insbesondere tritt das Kühlfluid
durch den Kühlmitteleinlass 13 ein, strömt durch
eine interne Kühlmittelzufuhrleitung 100, wo es aufgespaltet
wird, von dort strömt der Kühlkraftstoff durch
die Mitte der Zylinderspulenbaugruppe 70 über einen
internen Kühlmittelkanal 101 nach unten und auch
entlang der Außenfläche der Zylinderspulenbaugruppe 70 über
den Umfangskühlmittelkanal 102. Die Kühlfluidkanäle 101 und 102 münden
dann in den zusammengeführten Kühlmittelkanal 103 und
verlassen kurz darauf den Kraftstoffinjektor 11 über
den Ablauf 17, um über die Ablaufrückführleitung 30 in
den Tank 16 zurückzuströmen. Die Fachleute
werden verstehen, dass die Fließrate des Kühlfluids,
das durch die Kraftstoffinjektoren strömt, geradezu auf jede
gewünschte Höhe festgesetzt werden kann, um so
geeignete Temperaturregulierungsvorgaben, die mit dem Betrieb der
Zylinderspulenbaugruppe 70 einhergehen, zu erreichen. Erwähnt
werden sollte, dass die Kühlfunktion ohne die Verwendung
von Kraftstoff, der durch die Hochdruckpumpe 22 auf Einspritzdruckhöhen
angehoben wurde, durchgeführt wird. Folglich kann die Kühlfunktion
ohne Verschwendung von Energie, die nötig ist, um den Kraftstoff
für die Zufuhr zu der gemeinsamen Verteilerleiste 26 mit
Druck zu beaufschlagen, erreicht werden.
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Obwohl
der externe Kühlmittelkanal 102 gezeigt wurde,
dass er mit Flächen ausgeführt ist, die auf der
Außenfläche des Außenpols 89 und
des Flussringbauteils 87 ausgebildet sind, werden die Fachleute
verstehen, dass wechselnde Strategien verwendet werden könnten.
Beispielsweise könnten Nuten in die Innenwandflächen 43 des
Injektorkörpers 40 oder auf der Außenwandfläche
des Pols 89 und/oder des Flussringbauteils 87 oder
beiden eingebracht sein, um den Umfangskühlmittelkanal 102 aufzunehmen.
Zusätzlich können diese Nuten spiralförmig
oder vertikal verlaufen. Zudem könnten alternative Nuten
und/oder Flächen ausgebildet sein, die nicht in einer vertikalen
Orientierung auf den externen Oberflächen des Außenpols 88 sowie
des Flussringbauteils 87 verlaufen, ohne von der vorliegenden Offenbarung
abzuweichen.
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Die
Statorbaugruppe 71 ermöglicht, bezogen auf den
Stand der Technik, potenziell mehr Magnetkraft durch Erhöhen
der Dicke der Isoliermateriallage, die die Zylinderspulenwicklung 84 von
dem Innenpolschuh 80 trennt. Die vorliegende Offenbarung zieht
mehrere Verfahren zum Erreichen einer dünnen Isolierlage
in Betracht, die nur dick genug sein braucht, um den Isolierzweck
zu erreichen, und nicht relativ dick sein braucht, wie die Spulen
aus dem Stand der Technik, die eine ausreichende Standsicherheit
aufweisen müssen, um einem Wicklungsvorgang standzuhalten.
Mit anderen Worten denkt die vorliegende Offenbarung eine Situation
an, in der der Innenpolschuh 80 die Strukturunterstützung
für die Isolierlage 82 vorsieht, so dass die Wicklungsprozedur
ohne Zerstörung der Form der Isolierlage 82 durchgeführt
werden kann.
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Durch
Verwendung der relativ dünnen Isolierlage 82 kann
mehr der verfügbaren räumlichen Hülle
genutzt werden und mit magnetischem Material belegt werden, wie
beispielsweise dem Innenpolschuh 80, um die magnetische
Flussübertragungskapazität der Zylinderspulenbaugruppe 70 zu
erhöhen und möglicherweise ihre Antwortquote gegenüber
einem Zylinderbaugruppengegenstück, das einen Spulenträger
und eine Wicklungsstrategie aus dem Stand der Technik verwendet,
zu erhöhen.
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Eine
weitere Innovation, die in dem Kraftstoffinjektor 11 der
vorliegenden Offenbarung gezeigt ist, beinhaltet das Verwenden eines
Flussführungsbereichs 48 des Injektorkörpers 40 als
Teil der Zylinderspulenbaugruppe 70. Dies wird erreicht
durch Erzeugen von relativ schmalen Flussspalten 96 und 99 zwischen
dem Injektorkörper 40 und dem Außenpol 89 bzw.
dem Flussringbauteil 87, so dass der Flussweg um die Wicklung 84 herum
von dem Innenpolschuh 80, über den Luftspalt 96 durch
den Außenpol 89, durch den Flussführungsbereich 48 des
Injektorkörpers 40, zurück über
einen zweiten Flussspalt 99, durch das Flussringbauteil 87, über
den Gleitluftspalt 97 zwischen dem Anker 74 und
dem Flussringbauteil 87, durch den Anker 74 und über
den axialen Luftspalt, der die Ankeroberseite 91 von der
Statorbodenfläche 94 trennt, verläuft
und dann in den Innenpolschuh 80 zurückkehrt.
Diese Flussroute (Flusspfad) ist durch den Flussweg 105 gezeigt.
Obwohl der Injektorkörper 40 aus einem relativ
härteren metallischen Material hergestellt sein kann als
das typischerweise den weichen magnetischen Polschuhen zugeordnete,
kann die Extraflussführungskapazität, die durch
den Injektorkörper vorhanden ist, ferner die Flussführungskapazität
der Zylinderspulenbaugruppe 70 erhöhen, um ihre
Antwortgeschwindigkeit nochmals zu erhöhen oder beizubehalten,
sogar in einer relativ beengten Umgebung. In der dargestellten Ausführungsform
kann der mit Energie beaufschlagte und nicht mit Energie beaufschlagte Luftspalt
zwischen der Ankeroberseite 91 und der Bodenfläche 94 größer
sein als die Flussspalte 96 und 99 sowie der Gleitluftspalt 97.
Obwohl nicht notwendig, wird ein Großteil des magnetischen
Flusses direkt von dem Außenpol 89 zu dem Flussringbauteil anstatt über
den Flussführungsbereich 48 des Injektorkörpers 40 geführt.
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Es
sollte verstanden werden dass die obige Beschreibung lediglich zu
darstellenden Zwecken gedacht ist und nicht beabsichtigt, den Umfang
der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Art und Weise zu beschränken.
Folglich werden die Fachleute verstehen, dass weitere Aspekte der
Offenbarung aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und
der angehängten Ansprüche erhalten werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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