DE102012209229A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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Andreas Stimmeder
Johannes Schmid
David Holzer
Bernd Reinsch
Helmut Sattmann
Dieter Deutsch
Joachim Fleuren
Andreas Buergel
Jochen Rager
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Abstract

Kraftstoffinjektor, aufweisend einen einen Magnetkern 6 und eine Spule 7 beinhaltenden Elektromagneten 2, der weiterhin einen auf einem Ankerbolzen 8 geführten Anker 9 aufweist, wobei der Ankerbolzen 8 in einer in dem Elektromagneten 2 hineinragenden Führungshülse 11 geführt ist, weiterhin aufweisend einen Injektorkörper 4 mit zumindest einer in den Injektorkörper 4 eingelassenen Einspritzöffnung beherrscht von einer Injektornadel 5. Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor bereitgestellt, der hinsichtlich seiner Funktion bezüglich der Schaltzeiten des Kraftstoffinjektors und der erzeugbaren Kräfte in dem Kraftstoffinjektor bei gleichzeitiger Vereinfachung einer Führungshülse für einen Ankerbolzen verbessert ist. Erreicht wird dies dadurch, dass die Führungshülse 11 in den Magnetkern 6 integriert und formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Magnetkern 6 verbunden ist. Dazu weist die Führungshülse 11 endseitige Aufweitungen 16 auf, die die Führungshülse 11 in dem Magnetkern 6 festlegen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor aufweisend einen einen Magnetkern und eine Spule beinhaltenden Elektromagneten, der weiterhin einen auf einen Ankerbolzen geführten Anker aufweist, wobei der Ankerbolzen in einer in den Elektromagneten hineinragenden Führungshülse geführt ist, weiterhin aufweisend einen Injektorkörper mit zumindest einer in den Injektorkörper eingelassenen Einspritzöffnung beherrscht von einer Injektornadel.
  • Stand der Technik
  • Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 10 2008 040 589 A1 bekannt. Dieser Kraftstoffinjektor weist eine in einen Magnetkern eines Elektromagneten hineinreichende Führungshülse auf, die unter Bildung eines Ringspaltes in den Magnetkern eingesetzt und mit diesem verschweißt ist. In der Führungshülse ist ein mit einem Anker verbundener Ankerbolzen geführt. In die Führungshülse ist in einem Bereich benachbart zu dem Anker ein hydraulischer Dämpfungsraum eingelassen, der mit dem Anker bzw. dem Ankerbolzen zusammenwirkt. Durch diesen hydraulischen mit Kraftstoff gefüllten Dämpfungsraum wird die Bewegung der Ankerbaugruppe gedämpft, wodurch insbesondere ein Prellen eines von dem Elektromagneten betätigten Ventilglieds zumindest vermindert wird.
  • Ein weiterer Kraftstoffinjektor mit einer Führungshülse für einen Ankerbolzen ist aus der DE 35 16 337 A1 bekannt. Diese Führungshülse ist aus einem nicht magnetisierbaren Material hergestellt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor bereitzustellen, der hinsichtlich seiner Funktion bezüglich der Schaltzeiten des Kraftstoffinjektors und der erzeugbaren Kräfte bei gleichzeitiger Vereinfachung einer Führungshülse für einen Ankerbolzen verbessert ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Führungshülse in den Magnetkern integriert und formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Magnetkern verbunden ist. Dabei ist die formschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung, die beispielsweise nach Art einer Nietverbindung ausgestaltet ist, erfindungswesentlich. Diese Ausgestaltung vereinfacht insbesondere den Fertigungsprozess der Magnethülse, da die Führungshülse direkt in den Magnetkern integriert ist und die Magnethülse keine Führungsfunktion und somit keine unterschiedlichen Härteanforderungen mehr aufweist.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Führungshülse ringspaltfrei in den Magnetkern eingesetzt. Durch diese Ausgestaltung kann die Innenpolfläche des Magnetkerns durch den entfallenden umlaufenden Spalt vergrößert werden. Dadurch wird die Wirksamkeit des Elektromagneten bezüglich seiner Schaltzeiten und der erzeugbaren Kräfte verbessert.
  • In Weiterbildung der Erfindung weist die Führungshülse endseitige Aufweitungen auf. Diese endseitigen Aufweitungen stellen die formschlüssige Verbindung mit dem Magnetkern dar. Dabei können diese Aufweitungen nach dem Einsetzen der Führungshülse in den Magnetkern beispielsweise nach Art einer Nietverbindung in die Führungshülse eingearbeitet werden, wobei entsprechende Aussparungen zur Materialaufnahme in den Magnetkern bei dessen Herstellung eingelassen werden können.
  • Je nach dem verwendeten Werkstoff für die Führungshülse können die Aufweitungen aber auch schon bei der Herstellung der Führungshülse in diese eingearbeitet werden, wobei dann der Magnetkern um die Führungshülse herum vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gespritzt wird. Dieses Metallspritzen ist unter dem Begriff MIM(Metal Injection Molding) bekannt. Dabei wird ein mit einem Binder versetztes Metallpulver um die Führungshülse herum gespritzt und der so hergestellte Verbund anschließend in einem Ofen gesintert. Die Führungshülse kann dabei im Grünzustand oder in einem vorgesinterten oder in einem vollständig gesinterten Zustand vorliegen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Magnetkern, der vorzugsweise weichmagnetisch ausgebildet ist, zumindest einen radialen Schlitz auf. Dadurch werden Wirbelströme in dem Führungsbereich vermieden und somit auch die Funktionalität des Kraftstoffinjektors verbessert.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist der Werkstoff der Führungshülse ein nicht magnetischer und nicht elektrisch leitfähiger Werkstoff. Dadurch werden Streuflüsse über den Ankerbolzen vermieden. Streuflüsse werden vermieden, wenn der Werkstoff nicht magnetisch ist, hierzu muss er aber nicht zwingend nicht elektrisch leitfähig sein. Der oder die radialen Schlitze in dem Magnetkern können mit dem Material der Führungshülse ausgefüllt sein. Diese Ausgestaltung ist insbesondere darstellbar, wenn der Magnetkern um die Führungshülse herum gespritzt wird. Weiterhin ermöglicht diese Ausgestaltung eine vereinfachte Führungshülse, die insbesondere ohne einen Ringspalt zur Erhöhung der Funktionalität des Elektromagneten in den Magnetkern eingesetzt ist oder wobei der Magnetkern ohne Ringspalt um die Führungshülse herum gespritzt ist. Durch den Verzicht auf den Ringspalt kann beispielsweise die Polfläche des Magnetkerns vergrößert werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Führungshülse aus einem nicht magnetischen und elektrisch leitfähigen Werkstoff hergestellt. Auch bei dieser Ausgestaltung erfolgt eine Unterdrückung der Streuflüsse. Diese Ausgestaltung ermöglicht wie die vorgenannte Ausgestaltung eine vereinfachte Führungshülse, die insbesondere ohne einen Ringspalt zur Erhöhung der Funktionalität des Elektromagneten in den Magnetkern eingesetzt ist.
  • In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Werkstoff der Führungshülse magnetisch und elektrisch leitfähig ist. In diesem Falle ist eine Isolation gegenüber dem Magnetkern erforderlich, wobei diese Isolation durch eine isolierende Zwischenschicht oder einen Ringspalt zwischen der Führungshülse und dem Magnetkern hergestellt beziehungsweise sichergestellt sein kann. Auch diese Ausführung ermöglicht eine vereinfachte Führungshülse.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist der Werkstoff der Führungshülse ein Keramikwerkstoff. Ein Keramikwerkstoff weist eine hohe Härte und damit eine besondere Eignung zur Herstellung einer Führungshülse auf. Da ein Keramikwerkstoff nachträglich schwer bearbeitet werden kann, wird um die aus Keramik hergestellte Führungshülse der Magnetkern beispielsweise herum gespritzt. Für die entsprechende Fertigung gibt es mehrere Möglichkeiten: 1) Es wird ein Grünteil (Spritzling in Form des Magnetkerns) auf ein fertig gesintertes Keramikteil in Form der Führungshülse aufgesintert. 2) Es wird ein Grünteil (Spritzling in Form des Magnetkerns) auf ein vorgesintertes Keramikteil in Form der Führungshülse aufgesintert 3) Es werden zwei gespritzte Grünteile (Spritzling in Form des Magnetkerns und ein Keramikteil in Form der Führungshülse) entweder simultan oder sequentiell gesintert. Die so gefertigten Bestandteile des Kraftstoffinjektors werden dann mit den weiteren Bestandteilen, beispielsweise der Spule, dem Ankerbolzen, dem Anker und dem Injektorkörper mit der Injektornadel komplettiert. Dabei ist der so aufgebaute Kraftstoffinjektor gegenüber einem herkömmlich ausgestalteten Kraftstoffinjektor mit einer mit dem Magnetkern verschweißten Führungshülse vereinfacht.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Werkstoff der Führungshülse ein austenitischer Stahl. Ein austenitischer Stahl ist ebenfalls gut geeignet und vermindert auch Streuflüsse, da dieser auch nicht magnetisch ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 eine Schnittdarstellung des erfindungsrelevanten Bereichs eines Kraftstoffinjektors,
  • 2 eine Ausschnittsvergrößerung aus 1,
  • 3 eine Detailansicht gemäß 2 und
  • 4 eine perspektivische Ansicht eines um eine Führungshülse herum gespritzten Magnetkern.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsrelevanten Bereichs eines Kraftstoffinjektors, der für die Einspritzung von Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, in einen Brennraum einer insbesondere selbstzündenden Brennkraftmaschine ausgelegt ist. Das zugehörige Einspritzsystem ist vorzugsweise als Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet und weist ein Kraftstofffördersystem unter Anderem bestehend aus einer Niederdruckpumpe und einer Hochdruckpumpe auf, von dem Kraftstoff aus einem Tank in einen Hochdruckspeicher gefördert wird. Der Hochdruckspeicher ist mit dem Kraftstoffinjektor verbunden, der aus dem Hochdruckspeicher bedarfsweise Kraftstoff zur Einspritzung in den Brennraum entnimmt.
  • Der Kraftstoffinjektor weist ein Injektorgehäuse 1 auf, in den ein Aktor in Form eines Elektromagneten 2, ein von dem Elektromagneten 2 betätigtes Ventil 3 und ein Injektorkörper 4 mit einer Injektornadel 5 eingebaut sind. Der Elektromagnet 2 weist einen einteiligen oder mehrteiligen Magnetkern 6 auf, in dem zumindest eine Spule 7 angeordnet ist. Wird die Spule 7 bestromt, wird ein Magnetfeld aufgebaut und ein auf einem Ankerbolzen 8 geführter Anker 9 wird zu dem Magnetkern 6 gegen die Kraft einer Druckfeder 10 bewegt. Die Druckfeder 10 ist in einer Magnethülse 18 aus gehärtetem oder nicht gehärteten (insbesondere wenn die Führungshülse nicht führen muss) Stahl angeordnet. Der Ankerbolzen 8 ist in einer Führungshülse 11 geführt. Die Führungshülse 11 und deren Zusammenwirken mit dem Magnetkern 6 wird nachfolgend in der Ausschnittsvergrößerung der 2 näher erläutert.
  • Der Ankerbolzen 8 wirkt mit dem Ventil 3 zusammen, das im Wesentlichen eine Ventilkugel 12, die auf einem Ventilsitz 13 aufsitzt, aufweist. Ist der Elektromagnet 2 nicht bestromt, sitzt die Ventilkugel 12 in dem Ventilsitz 13 und eine Strömungsverbindung zwischen einem in dem Injektorkörper 4 benachbart zu einem Ende der Injektornadel 5 angeordneten Steuerraum 14 zu einem Absteuerraum 15 ist unterbunden. Der Absteuerraum 15 ist über eine Absteuerleitung mit dem Niederdrucksystem beziehungsweise dem Tank des Einspritzsystems verbunden, während der Steuerraum 14 über einen nicht dargestellten Zulaufkanal mit einer Zulaufdrossel mit dem Hochdruckspeicher des Einspritzsystems verbunden ist. In diesem Schaltzustand herrscht in dem Steuerraum Hochdruck und die Injektornadel verschließt nicht dargestellte Einspritzöffnungen in dem Injektorkörper 4, durch die in geöffneten Zustand Kraftstoff in den zugeordneten Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
  • Ist der Elektromagnet 2 bestromt, wird über den Anker 9 der Ankerbolzen 8 von der Ventilkugel 12 wegbewegt und ermöglicht somit die Freigabe der von der Ventilkugel 12 und dem Ventilsitz 13 beherrschten Strömungsverbindung von dem Steuerraum 14 in den Absteuerraum 15. Dadurch sinkt der Kraftstoffdruck in dem Steuerraum 14 und die Injektornadel 5 wird in Richtung zu dem Steuerraum 14 bewegt. Dadurch werden die Einspritzöffnungen in dem Injektorkörper 4 am gegenüberliegenden Ende der Injektornadel 5 freigegeben und durch diese strömt der aus dem Hochdruckspeicher zugeführte unter Hochdruck stehende Kraftstoff und wird in den zugeordneten Brennraum eingespritzt.
  • Die in 2 dargestellte Ausschnittsvergrößerung des Kraftstoffinjektors zeigt den Bereich des Magnetkerns 6 mit der darin angeordneten und mit dem Magnetkern 6 formschlüssig verbundenen Führungshülse 11. Die Führungshülse 11 weist an ihren beiden gegenüberliegenden Enden Aufweitungen 16 (siehe auch die Ausschnittsvergrößerung der 3) auf, mit denen die Führungshülse 11 formschlüssig in dem Magnetkern 6 gehalten ist. Auf einer Seite der Führungshülse 11 kann die Aufweitung 16 vor einer Einführung der Führungshülse 11 in den Magnetkern 6 in die Führungshülse 11 eingearbeitet werden und die gegenüberliegende Aufweitung 16 wird dann nach der Einführung der Führungshülse 11 in den Magnetkern 6 angebracht, wenn das Material der Führungshülse 11 aus einem verformbaren Werkstoff, beispielsweise aus einem austenitischen Stahl, hergestellt ist. Selbstverständlich können auch beide Aufweitungen 16 nach einer Einführung in den Magnetkern 6 in die Führungshülse 11 eingearbeitet werden.
  • Ist das Material der Führungshülse dagegen ein nicht verformbarer Werkstoff, beispielsweise Keramik, müssen die gegenüberliegenden Aufweitungen schon bei der Herstellung der Führungshülse 11 angebracht beziehungsweise gefertigt werden. In diesem Falle wird der Magnetkern 6 um die Führungshülse 11 herum gespritzt und anschließend nach dem Spritzvorgang die so vorgefertigten Komponenten in einem Ofen gesintert. Ein solches Verfahren ist unter dem Begriff MIM (metal injection molding) bekannt.
  • 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Magnetkern 6, der um eine Führungshülse 11 aus beispielsweise einem keramischen Material herum gespritzt ist. Der Magnetkern 6 weist radiale Schlitze 17 auf, die mit dem Material der Führungshülse 11 ausgefüllt sind, beziehungsweise der Magnetkern 6 wird um die entsprechend mit Vorsprüngen gefertigte Führungshülse 11 herum gespritzt. Entsprechende Materialzugaben werden bei der Herstellung der Führungshülse 11 aus Keramik berücksichtigt und zugegeben. Weiterhin ist in den Magnetkern 6 eine Ausnehmung 19 zur Aufnahme der Spule 7 eingelassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008040589 A1 [0002]
    • DE 3516337 A1 [0003]

Claims (14)

  1. Kraftstoffinjektor, aufweisend einen einen Magnetkern (6) und eine Spule (7) beinhaltenden Elektromagneten (2), der weiterhin einen auf einem Ankerbolzen (8) geführten Anker (9) aufweist, wobei der Ankerbolzen (8) in einer in dem Elektromagneten (2) hineinragenden Führungshülse (11) geführt ist, weiterhin aufweisend einen Injektorkörper (4) mit zumindest einer in den Injektorkörper (4) eingelassenen Einspritzöffnung beherrscht von einer Injektornadel (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (11) in den Magnetkern (6) integriert und formschlüssig mit dem Magnetkern (6) verbunden ist.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (11) endseitige Aufweitungen (16) aufweist.
  3. Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (11) ringspaltfrei in den Magnetkern (6) eingesetzt ist.
  4. Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (6) zumindest einen radialen Schlitz 17 aufweist.
  5. Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Führungshülse (11) nicht magnetisch und nicht elektrisch leitfähig ist.
  6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Führungshülse (11) nicht magnetisch und elektrisch leitfähig ist.
  7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Führungshülse (11) magnetisch und elektrisch leitfähig ist.
  8. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Führungshülse (11) magnetisch und nicht elektrisch leitfähig, beispielsweise Ferrite, ist.
  9. Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Führungshülse (11) ein Keramikwerkstoff ist.
  10. Kraftstoffinjektor nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Führungshülse (11) austenitischer Stahl ist.
  11. Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (6) um die Führungshülse (11) herum gespritzt ist.
  12. Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spritzling in Form des Magnetkerns (6) auf ein fertig gesintertes Keramikteil in Form der Führungshülse (11) aufgesintert ist.
  13. Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spritzling in Form des Magnetkerns (6) auf ein vorgesintertes Keramikteil in Form der Führungshülse (11) aufgesintert ist.
  14. Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gespritzte Spritzlinge in Form des Magnetkerns (6) und eines Keramikteils in Form der Führungshülse (11) entweder simultan oder sequentiell gesintert sind.
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