DE102012222076A1 - Fuel injector for injecting fuel into combustion chamber of internal combustion engine, has armature stroke-movably guided in hole of magnet body, and guide surfaces formed at armature and magnet body and limiting auxiliary air gap - Google Patents

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Abstract

The injector has a magnet actuator (7) directly or indirectly controlling a stroke movement of a nozzle needle (1). The magnet actuator includes an armature (9) i.e. plunger-type armature, which cooperates with an annular magnetic coil (8). The armature is stroke-movably guided in a hole (10) of a magnet body (11), which partially surrounds the armature. Guide surfaces (13, 14) are formed at the armature and the magnet body, and limit an auxiliary air gap (12). The nozzle needle is subjected with a spring force of a spring (6) in a direction of a sealing seat (5).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine having the features of the preamble of claim 1.

Der Kraftstoffinjektor umfasst eine Düsennadel, die in einer Hochdruckbohrung eines Düsenkörpers zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung hubbeweglich geführt und in Richtung eines Dichtsitzes von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Ferner umfasst der Kraftstoffinjektor einen Magnetaktor zur direkten oder indirekten Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel. Hierzu weist der Magnetaktor eine vorzugsweise ringförmige Magnetspule sowie einen mit der Magnetspule zusammenwirkenden Anker auf.The fuel injector comprises a nozzle needle, which is guided in a high-pressure bore of a nozzle body for releasing and closing at least one injection opening in a liftable manner and is acted upon in the direction of a sealing seat by the spring force of a spring. Furthermore, the fuel injector comprises a magnetic actuator for direct or indirect control of the lifting movement of the nozzle needle. For this purpose, the magnetic actuator has a preferably annular magnetic coil and an armature cooperating with the magnetic coil.

Stand der TechnikState of the art

Die Verwendung von Magnetaktoren zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel eines Kraftstoffinjektors ist allgemein bekannt. Dabei ist die Hubbewegung der Düsennadel indirekt über einen Servo-Steuerraum oder direkt Steuerbar. Bei der direkten Steuerung gilt es sicherzustellen, dass eine ausreichende Kraft zum Öffnen der Düsennadel bereitgestellt wird, da bei den derzeit geforderten Systemdrücken von bis zu 3000 bar sehr hohe Schaltkräfte an der Düsennadel auftreten.The use of magnetic actuators to control the lifting movement of the nozzle needle of a fuel injector is well known. The stroke movement of the nozzle needle is indirectly via a servo control chamber or directly controllable. In the case of direct control, it must be ensured that a sufficient force is provided for opening the nozzle needle, since at the currently required system pressures of up to 3000 bar, very high switching forces occur at the nozzle needle.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 002 758 A1 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, der einen Magnetaktor zur direkten Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel aufweist. Der Magnetaktor umfasst hierzu eine mit einem Anker zusammenwirkende Spule, die bei Aktivierung eine Magnetkraft erzeugt, durch welche der Anker in Richtung der Spule gezogen wird. Der Anker ist als Flachanker ausgeführt und über einen hydraulischen Koppler mit der Düsennadel gekoppelt, so dass die Düsennadel der Ankerbewegung folgt. Um die notwendige Düsenöffnungskraft bereitzustellen, ist der hydraulische Koppler derart ausgelegt, dass der Ankerhub untersetzt und die Magnetkraft übersetzt wird. Der hydraulische Koppler umfasst hierzu einen mechanisch mit dem Anker verbundenen Kopplerkolben, der mit seiner brennraumseitigen Stirnfläche einen Steuerraum begrenzt. Der Steuerraum wird ferner von einer brennraumfernen Stirnfläche der Düsennadel begrenzt, wobei zur Erzielung einer Kraftübersetzung die hydraulisch wirksame Stirnfläche der Düsennadel größer als die des Kopplerkolbens gewählt ist. Der mit dem Anker mechanisch verbundene Kopplerkolben ist in einem Körperbauteil des Injektors hubbeweglich geführt, so dass hierüber auch die Führung des Ankers bewirkt wird.From the publication DE 10 2007 002 758 A1 a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine is known which has a magnetic actuator for direct control of the lifting movement of a nozzle needle. The magnetic actuator for this purpose comprises a co-operating with an armature coil which generates a magnetic force when activated, through which the armature is pulled in the direction of the coil. The anchor is designed as a flat armature and coupled via a hydraulic coupler with the nozzle needle, so that the nozzle needle follows the armature movement. In order to provide the necessary nozzle opening force, the hydraulic coupler is designed such that the armature stroke is reduced and the magnetic force is translated. For this purpose, the hydraulic coupler comprises a coupling piston which is mechanically connected to the armature and which delimits a control space with its end surface facing the combustion chamber side. The control chamber is further limited by a combustion chamber remote end face of the nozzle needle, wherein the hydraulically effective end face of the nozzle needle is selected to be greater than that of the coupler piston to achieve a force transmission. The coupling piston mechanically connected to the armature is guided in a movable manner in a body component of the injector, so that the guidance of the armature is also effected via this.

Darüber hinaus sind Kraftstoffinjektoren mit einem Magnetaktor zur direkten oder indirekten Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel bekannt, bei denen der Anker als Tauchanker ausgebildet und über einen fest mit dem Anker verbundenen Führungsstift in einem Körperbauteil des Injektors geführt ist, so dass sich der gewünschte Nebenluftspalt zwischen dem Anker und einem Magnetkörper des Magnetkreises einstellt. Dies führt jedoch regelmäßig zu hohen Belastungen am Führungsstift und zu einem aufwendigen konstruktiven Aufbau.In addition, fuel injectors with a magnetic actuator for direct or indirect control of the lifting movement of the nozzle needle are known in which the armature is formed as a plunger and a fixedly connected to the anchor guide pin in a body component of the injector, so that the desired secondary air gap between the Anchor and a magnetic body of the magnetic circuit sets. However, this regularly leads to high loads on the guide pin and a complex structural design.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor mit einem Magnetaktor zur Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel anzugeben, mittels dessen eine ausreichend hohe Öffnungskraft selbst bei direkter Betätigung der Düsennadel bereitstellbar ist und der zugleich einfach aufgebaut ist.Based on the above-mentioned prior art, the present invention seeks to provide a fuel injector with a magnetic actuator for controlling the lifting movement of a nozzle needle, by means of which a sufficiently high opening force can be provided even with direct operation of the nozzle needle and is also simple.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.To solve the problem, a fuel injector with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst eine Düsennadel, die in einer Hochdruckbohrung eines Düsenkörpers zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung hubbeweglich geführt und in Richtung eines Dichtsitzes von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist, sowie einen Magnetaktor zur direkten oder indirekten Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel, wobei der Magnetaktor eine vorzugsweise ringförmige Magnetspule sowie einen mit der Magnetspule zusammenwirkenden Anker umfasst. Erfindungsgemäß ist der Anker als Tauchanker ausgebildet und in einer Bohrung eines Magnetkörpers, der den Anker zumindest teilweise umgibt, hubbeweglich geführt. Am Anker und am Magnetkörper sind hierzu Führungsflächen ausgebildet, die einen Nebenluftspalt begrenzen. Die Führung des Ankers erfolgt demnach nicht mittelbar über einen mit dem Anker verbundenen Führungsstift, sondern unmittelbar im Bereich des Nebenluftspalts, der zwischen dem Anker und dem Magnetkörper ausgebildet wird. Die den Nebenluftspalt begrenzenden Flächen dienen somit zugleich als Führungsflächen, was eine Entlastung eines ggf. mit dem Anker verbundenen Ankerstifts zur Betätigung der Düsennadel zur Folge hat. Dies setzt jedoch voraus, dass ein solcher überhaupt vorhanden ist. Da dieser keine Führungsfunktion mehr erfüllt, sondern nur noch den Anker mit der Düsennadel koppelt, kann die Kopplung bei Verzicht auf den Anker- bzw. Führungsstift auch auf andere Art bewirkt werden. Der vorgeschlagene Injektor weist demnach nicht nur einen einfachen Aufbau auf, sondern kann zudem mit unterschiedlichen Kopplungskonzepten realisiert werden, die zugleich eine Kraftübersetzung bewirken.The fuel injector proposed for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises a nozzle needle, which is guided in a high-pressure bore of a nozzle body for releasing and closing at least one injection opening and is acted upon in the direction of a sealing seat by the spring force of a spring, and a magnetic actuator for direct or indirect control of the lifting movement of the nozzle needle, wherein the magnetic actuator comprises a preferably annular magnetic coil and an armature cooperating with the magnetic coil. According to the invention, the armature is designed as a plunger anchor and guided in a bore of a magnetic body, which at least partially surrounds the armature, liftable. At the armature and the magnetic body for this purpose guide surfaces are formed, which limit a secondary air gap. The guide of the armature is therefore not indirectly via a guide pin connected to the armature, but directly in the region of the secondary air gap, which is formed between the armature and the magnetic body. The areas bounding the secondary air gap thus serve at the same time as guide surfaces, which results in a relief of an optionally connected to the anchor anchor pin for actuating the nozzle needle result. However, this presupposes that such a exists at all. Since this no longer fulfills a guiding function, but only couples the armature with the nozzle needle, the coupling can be effected in other ways, waiving the anchor or guide pin. The proposed injector points Accordingly, not only a simple structure, but can also be realized with different coupling concepts, which also cause a force translation.

Um die Querkräfte im Bereich des Nebenluftspalts zu begrenzen, wird ferner vorgeschlagen, dass wenigstens eine den Nebenluftspalt begrenzende Führungsfläche zumindest teilweise mit einer nichtmagnetischen Beschichtung versehen ist. D. h., dass wenigstens ein Teilbereich der Außenumfangsfläche des Ankers und/oder ein Teilbereich der die Führungsbohrung begrenzenden Innenumfangsfläche des Magnetkörpers mit einem nichtmagnetischen Werkstoff beschichtet ist bzw. sind.In order to limit the transverse forces in the region of the secondary air gap, it is also proposed that at least one guide surface delimiting the secondary air gap is at least partially provided with a non-magnetic coating. In other words, at least one partial area of the outer peripheral surface of the armature and / or a partial area of the inner peripheral surface of the magnetic body delimiting the guide bore are or are coated with a non-magnetic material.

Vorzugsweise besitzt die nichtmagnetische Beschichtung eine Schichtstärke von 10–100 µm.Preferably, the non-magnetic coating has a layer thickness of 10-100 microns.

Um den Magnetkörper von der Magnetspule und/oder einem Innenpolköper magnetisch zu trennen wird ferner vorgeschlagen, dass der Anker zumindest teilweise von einem ringförmigen nichtmagnetischen Trennkörper umgeben ist. In order to magnetically separate the magnetic body from the magnetic coil and / or a Innenpolköper is also proposed that the armature is at least partially surrounded by an annular non-magnetic separator.

Der Trennkörper liegt hierzu bevorzugt unmittelbar auf dem Magnetkörper auf, so dass sich die hierin ausgebildeten Bohrungen zur Aufnahme des Ankers konzentrisch zueinander liegen. Dabei kann der ringförmige Trennkörper einen Außendurchmesser besitzen, der im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Magnetkörpers ist oder kleiner. Im letztgenannten Fall ist der ringförmige Trennkörper bevorzugt innerhalb der Magnetspule angeordnet.For this purpose, the separating body preferably lies directly on the magnetic body, so that the bores formed therein for receiving the armature are concentric with one another. In this case, the annular separating body may have an outer diameter which is substantially equal to the outer diameter of the magnetic body or smaller. In the latter case, the annular separating body is preferably arranged inside the magnetic coil.

Vorteilhafterweise bildet ein Injektorkörper den Innenpolkörper aus. Dieser kann gestuft ausgeführt sein und ein als Innenpolkörper dienendes brennraumnahes Ende mit verringertem Außendurchmesser aufweisen, das außenumfangseitig die Magnetspule aufnimmt. Auf diese Weise wird eine kompakte Anordnung geschaffen, in welcher der Injektorkörper einen Teil des Magnetkreises bildet. Alternativ hierzu kann auch ein in den Injektorkörper eingesetzter Körper den Innenpolkörper ausbilden. Dies hat den Vorteil, dass die jeweiligen Materialeigenschaften den jeweiligen Funktionen der Körper angepasst werden können. So kann beispielsweise für den Injektorkörper ein Werkstoff mit hoher mechanischer Festigkeit gewählt werden, während für den Innenpolkörper ein Werkstoff gewählt wird, der gute magnetische Eigenschaften aufweist.Advantageously, an injector body forms the inner pole body. This can be designed to be stepped and have a serving as Innenpolkörper combustion chamber near end with reduced outer diameter, which receives the outer circumference of the magnetic coil. In this way, a compact arrangement is provided in which the injector body forms part of the magnetic circuit. Alternatively, a body inserted into the injector body can also form the inner pole body. This has the advantage that the respective material properties can be adapted to the respective functions of the body. Thus, for example, a material with high mechanical strength can be selected for the injector body, while a material is selected for the inner pole body, which has good magnetic properties.

Bevorzugt ist der Innenpolkörper, d. h. der Injektorkörper oder ein hierin eingesetzter separater Körper, von einer Bohrung durchsetzt, über welche zumindest mittelbar eine zentrale Zulaufbohrung mit der Hochdruckbohrung des Düsenkörpers verbindbar ist. Durch die zentrale Anordnung der Zulaufbohrung steigt die Hochdruckfestigkeit des Kraftstoffinjektors. Dies setzt jedoch voraus, dass auch der Innenpolkörper eine zentrale Bohrung besitzt. Ferner bevorzugt ist eine Bohrung im Anker vorgesehen, die beispielsweise schräg nach radial außen geführt ist, um den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff einem der Hochdruckbohrung des Düsenkörpers vorgelagerten Druckraum zuzuführen. Alternativ kann der Kraftstoffzulauf über wenigstens eine im Anker ausgebildete, außenumfangseitig angeordnete Längsnut sichergestellt werden.Preferably, the Innenpolkörper, d. H. the injector body or a separate body inserted therein is penetrated by a bore, via which at least indirectly a central inlet bore can be connected to the high-pressure bore of the nozzle body. Due to the central arrangement of the inlet bore increases the high pressure resistance of the fuel injector. However, this requires that the inner pole body also has a central bore. Further preferably, a bore is provided in the armature, which is for example guided obliquely radially outward to supply the fuel under high pressure to a pressure chamber upstream of the high-pressure bore of the nozzle body. Alternatively, the fuel feed can be ensured via at least one formed in the armature, the outer peripheral side arranged longitudinal groove.

Weiterhin bevorzugt ist der Anker in einem Hochdruckbereich des Kraftstoffinjektors angeordnet. Das heißt, dass im Betrieb des Kraftstoffinjektors der Anker von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff umgeben ist.Further preferably, the armature is arranged in a high-pressure region of the fuel injector. That is, during operation of the fuel injector, the armature is surrounded by high pressure fuel.

Um einen schnell schaltenden Kraftstoffinjektor bereitzustellen, der zudem wenig Bauraum erfordert, wird ferner vorgeschlagen, dass der Magnetaktor der direkten Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel dient. Der Magnetaktor wirkt hierzu mit hydraulischen und/oder mechanischen Mitteln zur Kraftverstärkung zusammen. Die Kraftverstärkung ermöglicht den Einsatz kleinvolumiger Aktoren mit vergleichsweise geringer Leistung. Dadurch kann der Bauraumbedarf weiter reduziert werden.In order to provide a fast switching fuel injector, which also requires little space, it is further proposed that the magnetic actuator of the direct control of the lifting movement of the nozzle needle is used. The magnetic actuator cooperates with hydraulic and / or mechanical means for power amplification. The power amplification allows the use of small-volume actuators with comparatively low power. As a result, the space requirement can be further reduced.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind hydraulische Mittel zur Kraftverstärkung vorgesehen. Diese umfassen vorzugsweise ein hydraulisches Kopplervolumen und einen das Kopplervolumen begrenzenden Kopplerkolben, der mit dem Anker verbunden und in Richtung des Dichtsitzes der Düsennadel von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Das hydraulische Kopplervolumen wird ferner von einer brennraumfernen Stirnfläche der Düsennadel begrenzt, wobei die Durchmesserverhältnisse der sich am hydraulischen Kopplervolumen gegenüber liegenden hydraulischen Wirkflächen derart gewählt ist, dass eine Kraftverstärkung bewirkt wird, wenn die Magnetspule aktiviert wird. D. h., dass die das hydraulische Kopplervolumen begrenzende Stirnfläche des Kopplerkolbens kleiner als die der Düsennadel gewählt ist. Die den Kopplerkolben beaufschlagende Feder dient vorzugsweise der Rückstellung des Kopplerkolbens sowie des hiermit verbundenen Ankers.According to a first preferred embodiment of the invention hydraulic power amplification means are provided. These preferably include a hydraulic coupler volume and a coupler piston delimiting the coupler piston, which is connected to the armature and is acted upon in the direction of the sealing seat of the nozzle needle by the spring force of a spring. The hydraulic coupler volume is further limited by a combustion chamber remote end face of the nozzle needle, wherein the diameter ratios of the active hydraulic surfaces on the hydraulic coupler volume is selected such that a force amplification is effected when the solenoid is activated. That is to say that the end face of the coupler piston delimiting the hydraulic coupler volume is selected to be smaller than that of the nozzle needle. The spring acting on the coupler piston preferably serves to return the coupler piston and the armature connected thereto.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mechanische Mittel zur Kraftverstärkung vorgesehen. Diese können beispielsweise ein Hebelelement umfassen, das quer zur Bewegungsrichtung der Düsennadel angeordnet, einerseits gehäuseseitig und andererseits am Anker abgestützt ist, so dass eine Hubbewegung des Ankers eine Verschwenkung des Hebelelementes und ein Anheben der hierauf abgestützten Düsennadel bewirkt. Auch auf diese Weise wird eine Kraftverstärkung bewirkt, welche ein Öffnen der Düsennadel bei direkter Betätigung sicherstellt.According to a further preferred embodiment of the invention, mechanical means for power amplification are provided. These may for example comprise a lever element which is arranged transversely to the direction of movement of the nozzle needle, on the one hand housing side and on the other hand supported on the armature, so that a lifting movement of the armature causes a pivoting of the lever element and lifting the nozzle needle supported thereon. Also in this way becomes one Force amplification causes, which ensures opening of the nozzle needle in direct operation.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors und 1 a schematic longitudinal section through a first preferred embodiment of a fuel injector according to the invention and

2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors. 2 a schematic longitudinal section through a second preferred embodiment of a fuel injector according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Der in der 1 dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst einen Magnetaktor 7 zur direkten Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel 1, die in einer Hochdruckbohrung 2 eines Düsenkörpers 3 zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung 4 hubbeweglich geführt ist. In Richtung eines Dichtsitzes 5 wird die Düsennadel 1 von der Federkraft einer Feder 6 beaufschlagt. Der Magnetaktor 7 weist zur direkten Nadelsteuerung eine Magnetspule 8 sowie einen mit der Magnetspule 8 zusammenwirkenden Anker 9 auf, welcher als Tauchanker ausgebildet ist. Der Anker 9 ist zumindest teilweise in einer Bohrung 10 eines Magnetkörpers 11 aufgenommen, so dass zwischen dem Anker 9 und dem Magnetkörper 11 ein Nebenluftspalt 12 ausgebildet wird. Die Bohrung 10 dient zugleich als Führungsbohrung, über welche der Anker 9 hubbeweglich geführt ist. Am Anker 9 und am Magnetkörper 11 sind hierzu Führungsflächen 13, 14 ausgebildet, die den Nebenluftspalt 12 begrenzen. Um im Bereich des Nebenluftspalts 12 auftretende Querkräfte zu begrenzen, weist wenigstens eine am Anker 9 oder am Magnetkörper 11 ausgebildete Führungsfläche 13, 14 zumindest in einem Teilbereich eine nichtmagnetische Beschichtung 15 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Anker 9 außenumfangseitig mit einer nichtmagnetischen Beschichtung versehen.The Indian 1 illustrated fuel injector includes a magnetic actuator 7 for direct control of the lifting movement of a nozzle needle 1 working in a high pressure bore 2 a nozzle body 3 for releasing and closing at least one injection opening 4 Hubbeweglich is guided. Towards a sealing seat 5 becomes the nozzle needle 1 from the spring force of a spring 6 applied. The magnetic actuator 7 has a magnetic coil for direct needle control 8th and one with the solenoid 8th interacting anchor 9 on, which is designed as a plunger anchor. The anchor 9 is at least partially in a hole 10 a magnetic body 11 taken so that between the anchor 9 and the magnetic body 11 a secondary air gap 12 is trained. The hole 10 also serves as a pilot hole, over which the anchor 9 Hubbeweglich is guided. At the anchor 9 and on the magnetic body 11 These are guide surfaces 13 . 14 formed, which is the secondary air gap 12 limit. In the area of the auxiliary air gap 12 limit occurring lateral forces, has at least one anchor 9 or on the magnetic body 11 trained guide surface 13 . 14 at least in a partial area a non-magnetic coating 15 on. In the illustrated embodiment, the anchor 9 On the outer circumference side provided with a non-magnetic coating.

Auf dem Magnetkörper 11 liegt ein ringförmiger Trennkörper 16 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff auf, welcher den Magnetkörper 11 von einem Innenpolkörper 17 magnetisch trennt. Der Innenpolkörper 17 ist in eine zentrale Zulaufbohrung 20 eines Injektorkörpers 18 eingepresst und weist eine Bohrung 19 auf, um die Zulaufbohrung 20 des Injektorkörpers 18 mit der Hochdruckbohrung 2 des Düsenkörpers 3 zu verbinden. Die Zulaufbohrung 20 ist zur Aufnahme des Innenpolkörpers 17 als Stufenbohrung ausgeführt. Zwischen dem Innenpolkörper 17 und dem Anker 9 bildet sich ein Arbeitsluftspalt 24 aus.On the magnetic body 11 is an annular separator 16 of a non-magnetic material, which the magnetic body 11 from a Innenpolkörper 17 separated magnetically. The inner pole body 17 is in a central inlet bore 20 an injector body 18 pressed in and has a hole 19 on to the inlet hole 20 of the injector body 18 with the high pressure bore 2 of the nozzle body 3 connect to. The inlet bore 20 is for receiving the Innenpolkörpers 17 designed as a stepped bore. Between the inner pole body 17 and the anchor 9 forms a working air gap 24 out.

Der Injektorkörper 18 weist im Bereich der Aufnahme des Innenpolkörpers 17 einen verringerten Außendurchmesser auf, auf den die Magnetspule aufgepresst ist. Der Innenpolkörper 17 und der Injektorkörper 18 kommen somit zumindest teilweise innerhalb der Magnetspule 8 zu liegen. Der ringförmige Trennkörper 16, der den Magnetkörper 11 vom Innenpolkörper 17 magentisch trennt, ist vollständig innerhalb der Magnetspule 8 angeordnet. Er begrenzt den Arbeitsluftspalt 24 in radialer Richtung.The injector body 18 points in the area of the reception of the Innenpolkörpers 17 a reduced outer diameter on which the magnetic coil is pressed. The inner pole body 17 and the injector body 18 thus come at least partially within the solenoid 8th to lie. The annular separator 16 which is the magnetic body 11 from the inner pole body 17 Magnetic separates is completely inside the magnetic coil 8th arranged. He limits the working air gap 24 in the radial direction.

Der Kraftstoffinjektor der 1 weist ferner hydraulische Mittel zur Kraftverstärkung auf. Die Mittel umfassen ein hydraulisches Kopplervolumen 21, das einerseits von einer brennraumabgewandten Stirnfläche der Düsennadel 1 und andererseits von der Stirnfläche eines Kopplerkolbens 22 begrenzt wird, der mit dem Anker 9 verbunden ist. Die Kraftverstärkung bzw. Übersetzung wird dadurch erreicht, dass die Stirnfläche des Kopplerkolbens 22 kleiner als die Stirnfläche der Düsennadel 1 gewählt ist. Der Kopplerkolben 22 ist hierzu in einem plattenförmigen Bauteil 25 aufgenommen, welches das hydraulische Kopplervolumen 21 nach oben begrenzt. Das die Stirnfläche aufweisende Ende der Düsennadel 1 ist in einer Dichthülse 26 aufgenommen, welche an dem plattenförmigen Bauteil 25 abgestützt ist und das hydraulische Kopplervolumen 21 in radialer Richtung begrenzt. Die Dichthülse 26 wird von der Federkraft der Feder 6 in Anlage mit dem plattenförmigen Bauteil 25 gehalten. Das plattenförmige Bauteil 25 wird von der Federkraft einer Feder 27 beaufschlagt, welche das plattenförmige Bauteil 25 in Anlage mit dem Düsenkörper 3 hält. Eine weitere Feder 28 ist zur Rückstellung des Kopplerkolbens 22 einschließlich des Ankers 9 vorgesehen. Der Anker 9 wird über die Federkraft der Feder 28 zudem in seiner Ruheposition gehalten.The fuel injector the 1 also has hydraulic power amplification means. The means comprise a hydraulic coupler volume 21 , on the one hand by a combustion chamber facing away from the end face of the nozzle needle 1 and on the other hand from the end face of a coupler piston 22 is limited with the anchor 9 connected is. The power gain or translation is achieved in that the end face of the coupler piston 22 smaller than the end face of the nozzle needle 1 is selected. The coupler piston 22 is for this purpose in a plate-shaped component 25 recorded, which is the hydraulic coupler volume 21 limited to the top. The end face having the nozzle needle 1 is in a sealing sleeve 26 received, which on the plate-shaped component 25 is supported and the hydraulic coupler volume 21 limited in the radial direction. The sealing sleeve 26 is determined by the spring force of the spring 6 in contact with the plate-shaped component 25 held. The plate-shaped component 25 is the spring force of a spring 27 acted upon, which is the plate-shaped component 25 in contact with the nozzle body 3 holds. Another spring 28 is to reset the coupler piston 22 including the anchor 9 intended. The anchor 9 is about the spring force of the spring 28 also kept in its rest position.

Bei einer Bestromung der Magnetspule 8 werden der Anker 9 und der mit dem Anker 9 verbundene Kopplerkolben 22 entgegen der Federkraft der Feder 28 in Richtung der Spule gezogen. Die Hubbewegung des Kopplerkolbens 22 bewirkt eine Volumenvergrößerung im hydraulischen Kopplervolumen 21, was einen Druckabfall und damit eine Absenkung eines auf die Düsennadel 1 wirkenden Schließdrucks zur Folge hat. Aufgrund der gewählten Größenverhältnisse der das Kopplervolumen 21 begrenzenden hydraulischen Wirkflächen wird zugleich eine Kraftverstärkung bewirkt, so dass der anfänglich hohe Schließdruck überwunden wird. Das heißt, dass die Düsennadel 1 vom Dichtsitz 5 abhebt. Mit vergleichsweise geringer Aktorkraft kann demnach das Anheben der Düsennadel 1 vom Dichtsitz 5 bewirkt werden. Die Hubbewegung der Düsennadel 1 gibt wenigstens eine Einspritzöffnung 4 frei, welche stromabwärts des Dichtsitzes 5 ausgebildet ist. Über die wenigstens eine Einspritzöffnung 4 wird dann unter hohem Druck stehender Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) eingespritzt.When energizing the magnetic coil 8th become the anchor 9 and the one with the anchor 9 connected coupler pistons 22 against the spring force of the spring 28 pulled in the direction of the coil. The lifting movement of the coupler piston 22 causes an increase in volume in the hydraulic coupler volume 21 , causing a pressure drop and thus a lowering of the nozzle needle 1 acting closing pressure result. Due to the chosen proportions of the coupler volume 21 limiting hydraulic active surfaces at the same time a force boost is effected, so that the initially high closing pressure is overcome. That means that the nozzle needle 1 from the seal seat 5 takes off. With comparatively low actuator force can therefore lifting the nozzle needle 1 from the seal seat 5 be effected. The lifting movement of the nozzle needle 1 gives at least one injection port 4 free, which downstream of the sealing seat 5 is trained. About the at least one injection opening 4 will then be under high pressure fuel injected into the combustion chamber of the internal combustion engine (not shown).

Um den Einspritzvorgang zu beenden, wird die Bestromung der Magnetspule 8 beendet, so dass die Federkraft der Feder 28 die Rückstellung des Kopplerkolbens 22 einschließlich des Ankers 9 bewirkt. Das hydraulische Kopplervolumen 21 verringert sich, so dass der Druck im hydraulischen Kopplervolumen 21 ansteigt und die Düsennadel 1 in Richtung des Dichtsitzes 5 mit einer Schließkraft beaufschlagt. Im Ruhezustand herrscht im hydraulischen Kopplervolumen 21 Raildruck. Der Magnetaktor 7 ist im Ruhezustand nicht bestromt.To stop the injection process, the energization of the solenoid coil 8th finished, leaving the spring force of the spring 28 the return of the coupler piston 22 including the anchor 9 causes. The hydraulic coupler volume 21 decreases so that the pressure in the hydraulic coupler volume 21 rises and the nozzle needle 1 in the direction of the sealing seat 5 acted upon by a closing force. At rest, prevails in the hydraulic coupler volume 21 Rail pressure. The magnetic actuator 7 is not energized at rest.

Der in der 2 dargestellte Kraftstoffinjektor unterscheidet sich von dem der 1 im Wesentlichen dadurch, dass mechanische Mittel zur Kraftverstärkung vorgesehen sind, wobei die mechanischen Mittel vorliegend ein Hebelelement 23 umfassen. Das Hebelelement 23 ist quer zur Längsachse der Düsennadel 1 angeordnet und an einem Ende an einem plattenförmigen Bauteil 25 und an seinem anderen Ende am Anker 9 abgestützt. Der Anker 9 weist hierzu einen seitlich angeordneten Arm 29 auf, welcher unter das Hebelelement 23 greift. Ewa mittig ist das brennraumabgewandte Ende der Düsennadel 1 am Hebelelement 23 abgestützt. Wird die Magnetspule 8 bestromt, bewegt sich der Anker 9 in Richtung der Magnetspule 8, so dass der unter das Hebelelement 23 greifende Arm 29 des Ankers 9 das Hebelelement 23 verschwenkt. Zugleich wird die Düsennadel 1 aus ihrem Dichtsitz 5 gehoben. Nach Beendigung der Bestromung der Magnetspule 8 drückt die Feder 6 die Düsennadel 1 zurück in den Dichtsitz 5, wobei sie das Hebelelement 23 mitnimmt. Über das Hebelelement 23 wiederum wird der Anker 9 rückgestellt. Indem ein mit dem Anker 9 verbundener Führungsstift in Form eines Ankerstifts oder Kopplerkolbens gänzlich fehlt, kommt der erfindungsgemäß vorgesehenen Führung des Ankers 9 im Bereich des Nebenluftspalts 12 eine besondere Bedeutung zu. Um Querkräfte zu vermeiden, weist auch hier die Außenumfangsfläche des Ankers 9 eine Beschichtung 15 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff auf.The Indian 2 illustrated fuel injector differs from that of 1 essentially in that mechanical means for power amplification are provided, wherein the mechanical means in the present case a lever element 23 include. The lever element 23 is transverse to the longitudinal axis of the nozzle needle 1 arranged and at one end to a plate-shaped component 25 and at the other end at anchor 9 supported. The anchor 9 has for this purpose a laterally arranged arm 29 on which under the lever element 23 attacks. Ewa in the middle is the end of the nozzle needle facing away from the combustion chamber 1 on the lever element 23 supported. Will the solenoid coil 8th energized, the anchor moves 9 in the direction of the magnetic coil 8th so that under the lever element 23 reaching arm 29 of the anchor 9 the lever element 23 pivoted. At the same time the nozzle needle 1 from her tight seat 5 lifted. After completion of the energization of the solenoid 8th pushes the spring 6 the nozzle needle 1 back to the sealing seat 5 where it is the lever element 23 entraining. About the lever element 23 turn, the anchor becomes 9 reset. By one with the anchor 9 connected guide pin in the form of an anchor pin or coupler piston is completely missing, comes the inventively provided leadership of the anchor 9 in the area of the secondary air gap 12 a special meaning too. In order to avoid lateral forces, here too, the outer peripheral surface of the anchor 9 a coating 15 made of a non-magnetic material.

Ein weiterer Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 1 besteht darin, dass im Ausführungsbeispiel der 2 kein separater Innenpolkörper 17 vorgesehen ist. Der Innenpolkörper 17 wird stattdessen vom Injektorkörper 18 ausgebildet. Ferner ist der ringförmige Trennkörper 16 zwischen dem Magnetkörper 11 und der Magnetspule 8 angeordnet. Bei diesen Unterschieden handelt es sich jedoch lediglich um fakultative Merkmale, welche nicht zwingend für die jeweils dargestellte Ausführungsform sind. Das heißt, dass sie untereinander kombinierbar bzw. austauschbar sind.Another difference over the embodiment of the 1 is that in the embodiment of the 2 no separate inner pole body 17 is provided. The inner pole body 17 instead is from the injector body 18 educated. Furthermore, the annular separating body 16 between the magnetic body 11 and the magnetic coil 8th arranged. However, these differences are only optional features which are not necessarily for the particular embodiment shown. This means that they can be combined with each other or interchangeable.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007002758 A1 [0004] DE 102007002758 A1 [0004]

Claims (10)

Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend eine Düsennadel (1), die in einer Hochdruckbohrung (2) eines Düsenkörpers (3) zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung (4) hubbeweglich geführt und in Richtung eines Dichtsitzes (5) von der Federkraft einer Feder (6) beaufschlagt ist, sowie einen Magnetaktor (7) zur direkten oder indirekten Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel (1), wobei der Magnetaktor (7) eine vorzugsweise ringförmige Magnetspule (8) sowie einen mit der Magnetspule (8) zusammenwirkenden Anker (9) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (9) als Tauchanker ausgebildet und in einer Bohrung (10) eines Magnetkörpers (11), der den Anker (9) zumindest teilweise umgibt, hubbeweglich geführt ist, wobei am Anker (9) und am Magnetkörper (11) Führungsflächen (13, 14) ausgebildet sind, die einen Nebenluftspalt (12) begrenzen.Fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprising a nozzle needle ( 1 ), which in a high-pressure bore ( 2 ) of a nozzle body ( 3 ) for releasing and closing at least one injection opening ( 4 ) and in the direction of a sealing seat ( 5 ) of the spring force of a spring ( 6 ) is acted upon, and a magnetic actuator ( 7 ) for direct or indirect control of the lifting movement of the nozzle needle ( 1 ), wherein the magnetic actuator ( 7 ) a preferably annular magnetic coil ( 8th ) and one with the magnetic coil ( 8th ) interacting anchors ( 9 ), characterized in that the armature ( 9 ) formed as a plunger anchor and in a bore ( 10 ) of a magnetic body ( 11 ), the anchor ( 9 ) at least partially surrounds, is guided Hubbeweglich, wherein at anchor ( 9 ) and on the magnetic body ( 11 ) Guide surfaces ( 13 . 14 ) are formed, which has a secondary air gap ( 12 ) limit. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine den Nebenluftspalt (12) begrenzende Führungsfläche (13, 14) zumindest teilweise mit einer nichtmagnetischen Beschichtung (15) versehen ist.Fuel injector according to claim 1, characterized in that at least one of the secondary air gap ( 12 ) limiting guide surface ( 13 . 14 ) at least partially with a non-magnetic coating ( 15 ) is provided. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmagnetische Beschichtung (15) eine Schichtstärke von 10–100 µm besitzt.Fuel injector according to claim 2, characterized in that the non-magnetic coating ( 15 ) has a layer thickness of 10-100 microns. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (9) zumindest teilweise von einem ringförmigen nichtmagnetischen Trennkörper (16) umgeben ist, der den Magnetkörper (11) von der Magnetspule (8) und/oder einem Innenpolkörper (17) magnetisch trennt. Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 9 ) at least partially by an annular non-magnetic separator ( 16 ) surrounding the magnetic body ( 11 ) from the magnetic coil ( 8th ) and / or an inner pole body ( 17 ) separates magnetically. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Injektorkörper (18) oder ein hierin eingesetzter Körper den Innenpolkörper (16) ausbildet.Fuel injector according to claim 4, characterized in that an injector body ( 18 ) or a body inserted therein the inner pole body ( 16 ) trains. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenpolkörper (16) von einer Bohrung (19) durchsetzt ist, über welche zumindest mittelbar eine zentrale Zulaufbohrung (20) mit der Hochdruckbohrung (2) des Düsenkörpers (3) verbindbar ist.Fuel injector according to claim 4 or 5, characterized in that the inner pole body ( 16 ) from a bore ( 19 ) is penetrated, via which at least indirectly a central inlet bore ( 20 ) with the high pressure bore ( 2 ) of the nozzle body ( 3 ) is connectable. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (9) in einem Hochdruckbereich des Kraftstoffinjektors angeordnet ist.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 9 ) is arranged in a high-pressure region of the fuel injector. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubbewegung der Düsennadel (1) über den Magnetaktor (7) direkt steuerbar ist und der Magnetaktor (7) mit hydraulischen und/oder mechanischen Mitteln zur Kraftverstärkung zusammenwirkt.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the lifting movement of the nozzle needle ( 1 ) via the magnetic actuator ( 7 ) is directly controllable and the magnetic actuator ( 7 ) cooperates with hydraulic and / or mechanical means for power amplification. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass hydraulische Mittel zur Kraftverstärkung vorgesehen sind, welche ein hydraulisches Kopplervolumen (21) und einen das Kopplervolumen (21) begrenzenden Kopplerkolben (22) umfassen, wobei der Kopplerkolben (22) mit dem Anker (9) verbunden ist und in Richtung des Dichtsitzes (5) von der Federkraft einer Feder (24) beaufschlagt ist.Fuel injector according to claim 7, characterized in that hydraulic means are provided for power amplification, which is a hydraulic coupler volume ( 21 ) and one the coupler volume ( 21 ) limiting coupler pistons ( 22 ), the coupler piston ( 22 ) with the anchor ( 9 ) and in the direction of the sealing seat ( 5 ) of the spring force of a spring ( 24 ) is acted upon. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mechanische Mittel zur Kraftverstärkung vorgesehen sind, welche ein Hebelelement (23) umfassen, wobei das Hebelelement (23) vorzugsweise quer zur Bewegungsrichtung der Düsennadel (1) angeordnet, einerseits gehäuseseitig und andererseits am Anker (9) abgestützt ist, so dass eine Hubbewegung des Ankers (9) eine Verschwenkung des Hebelelementes (23) und ein Anheben der hierauf abgestützten Düsennadel (1) bewirkt.Fuel injector according to claim 7, characterized in that mechanical means for power amplification are provided which a lever element ( 23 ), wherein the lever element ( 23 ) preferably transversely to the direction of movement of the nozzle needle ( 1 ), on the one hand housing side and on the other hand at the anchor ( 9 ) is supported, so that a lifting movement of the armature ( 9 ) a pivoting of the lever element ( 23 ) and raising the nozzle needle supported thereon ( 1 ) causes.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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