-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Zylinderspulenmerkmale von Kraftstoffinjektoren für Common-Rail-Kraftstoffsysteme und insbesondere eine gekühlte Zylinderspulenbaugruppe (Solenoidbaugruppe) mit leistungsverbessernden, platzsparenden Merkmalen.
-
Hintergrund
-
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.
-
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 f ür Mesenich gezeigt. 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.
-
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.
-
Die vorliegende Offenbarung ist auf eines oder mehrere der vorangehend dargelegten Probleme gerichtet.
-
-
Zusammenfassung der Offenbarung
-
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.
-
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.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine schematische Darstellung eines Common-Rail-Kraftstoffsystems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung,
- 2 ist eine im Schnitt dargestellte schematische Seitenansicht eines Krafstoffinjektors für das Kraftstoffsystem aus 1,
- 3 ist eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Statorbaugruppe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung, und
- 4 ist eine vergrößerte im Schnitt dargestellte schematische Seitenansicht der Zylinderspulenbaugruppe und der Steuerventilbereiche des Kraftstoffinjektors, der in 2 gezeigt ist.
-
Detaillierte Beschreibung
-
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 Kraftstoffkühlmittelleitung 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 Kraftstoffförderpumpe 18 wird Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 16 in üblicher Art und Weise zugeführt.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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
-
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.
-
Gewerbliche Anwendbarkeit
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.