DE102013225096A1

DE102013225096A1 - Fuel injector, method for operating a fuel injector

Info

Publication number: DE102013225096A1
Application number: DE102013225096.7A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Die Erfindung betrifft einen 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 aufgenommen ist, sowie einen Magnetaktor (7) zur direkten Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel (1), wobei der Magnetaktor (7) eine Magnetspule (8) sowie einen mit der Magnetspule (8) zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker (9) umfasst, der über eine Kopplungseinrichtung (10) mit der Düsennadel (1) koppelbar ist. Erfindungsgemäß ist der Anker (9) mit einem Kopplerkolben (11) der Kopplungseinrichtung (10) verbunden, wobei die Verbindung eine Relativbewegung des Ankers (9) gegenüber dem Kopplerkolben (11) zur Realisierung eines Freihubs (h) des Ankers (9) vor dem Öffnen der Düsennadel (1) ermöglicht. Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftstoffinjektors angegeben.The invention relates to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprising a nozzle needle (1) which is received in a high-pressure bore (2) of a nozzle body (3) for releasing and closing at least one injection opening (4), and a magnetic actuator (7) for direct control of the lifting movement of the nozzle needle (1), wherein the magnetic actuator (7) comprises a magnetic coil (8) and cooperating with the magnetic coil (8) lifting armature (9) via a coupling device (10) with the Nozzle needle (1) can be coupled. According to the invention, the armature (9) is connected to a coupler piston (11) of the coupling device (10), wherein the connection is a relative movement of the armature (9) relative to the coupler piston (11) for realizing a Freihubs (h) of the armature (9) before the Opening the nozzle needle (1) allows. Furthermore, a method for operating such a fuel injector is specified.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftstoffinjektors.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. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a fuel injector.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind Kraftstoffinjektoren für Kraftstoffeinspritzsysteme, insbesondere Common-Rail-Einspritzsysteme, bekannt, die einen Piezoaktor oder einen Magnetaktor zur direkten Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel, über welche wenigstens eine Einspritzöffnung freigebbar und verschließbar ist, besitzen. Da – aufgrund der hohen Systemdrücke von bis zu 3000 bar – an der Düsennadel hohe Schaltkräfte anliegen, die Größe des Aktors aufgrund der Bauraumverhältnisse jedoch begrenzt ist, finden bei direkt gesteuerten Kraftstoffinjektoren regelmäßig mechanische oder hydraulische Übersetzer zur Verstärkung der Aktorkraft Einsatz. Der Übersetzer kann dabei einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein.Fuel injectors for fuel injection systems, in particular common-rail injection systems, are known from the prior art, which have a piezoactuator or a magnetic actuator for direct control of the lifting movement of a nozzle needle, via which at least one injection opening can be opened and closed. Since - due to the high system pressures of up to 3000 bar - abut on the nozzle needle high switching forces, the size of the actuator due to the space constraints is limited, found in direct-controlled fuel injectors regular mechanical or hydraulic translators to strengthen the actuator force use. The translator can be designed in one or more stages.

Ein Kraftstoffinjektor mit einem im Hochdruckbereich angeordneten Magnetaktor zur direkten Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel und einem hydraulischen Übersetzer zur Verstärkung der Aktorkraft geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 002 758 A1 hervor. Der hydraulische Übersetzer umfasst einen mit einem Anker fest verbundenen Kopplerkolben, der über ein hydraulisches Kopplervolumen mit der Düsennadel koppelbar ist. Hierzu liegen sich die Stirnflächen des Kopplerkolbens und der Düsennadel am Kopplervolumen gegenüber. Zur Erzielung einer Kraftübersetzung ist die hydraulisch wirksame Stirnfläche der Düsennadel größer als die des Kopplerkolbens gewählt.A fuel injector with a magnetic actuator arranged in the high-pressure region for the direct control of the lifting movement of a nozzle needle and a hydraulic translator for increasing the actuator force is an example of the published patent application DE 10 2007 002 758 A1 out. The hydraulic booster comprises a coupling piston fixedly connected to an armature, which can be coupled to the nozzle needle via a hydraulic coupler volume. For this purpose, the faces of the coupler piston and the nozzle needle are opposite to the coupler volume. To achieve a force transmission, the hydraulically effective end face of the nozzle needle is larger than that of the coupler piston chosen.

Bei der direkten Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel über einen Magnetaktor ist es möglich, das Stromsignal des Aktors zum Erkennen des Schließzeitpunktes der Düsennadel einzusetzen. Der Zeitpunkt des Öffnens der Düsennadel ist demgegenüber nicht erfassbar, da in Öffnungsrichtung die Bewegungsgeschwindigkeiten von Düsennadel und Anker stark voneinander abweichen können.In the direct control of the lifting movement of the nozzle needle via a magnetic actuator, it is possible to use the current signal of the actuator for detecting the closing time of the nozzle needle. The time of opening the nozzle needle is not detectable in contrast, since in the opening direction, the movement speeds of the nozzle needle and armature can differ greatly.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor mit einem Magnetaktor anzugeben, über den die Hubbewegung einer Düsennadel direkt steuerbar und der Öffnungszeitpunkt der Düsennadel detektierbar ist.Based on the above-mentioned prior art, the present invention seeks to provide a fuel injector with a magnetic actuator, via which the lifting movement of a nozzle needle directly controllable and the opening time of the nozzle needle is detectable.

Zur Lösung der Aufgabe werden ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftstoffinjektors vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.To solve the problem, a fuel injector with the features of claim 1 and a method for operating such a fuel injector are proposed. Advantageous developments of the invention are specified in the respective 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 aufgenommen ist, sowie einen Magnetaktor zur direkten Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel. Der Magnetaktor umfasst dabei eine Magnetspule sowie einen mit der Magnetspule zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker, der über eine Kopplungseinrichtung mit der Düsennadel koppelbar ist. Erfindungsgemäß ist der Anker mit einem Kopplerkolben der Kopplungseinrichtung verbunden, wobei die Verbindung eine Relativbewegung des Ankers gegenüber dem Kopplerkolben zur Realisierung eines Freihubs des Ankers vor dem Öffnen der Düsennadel ermöglicht. Der Freihub des Ankers ist somit dem Öffnungshub der Düsennadel vorgeschaltet, die erst dann öffnet, wenn der mit der Düsennadel gekoppelte Kopplerkolben der Hubbewegung des Ankers folgt. Dies ist der Fall, wenn der Anker seinen Freihub durchlaufen und einen Freihubanschlag am Kopplerkolben erreicht hat. Mit Erreichen des Freihubanschlags wird der Anker in seiner Bewegung abrupt abgebremst. Das heißt, dass sich seine Bewegungsgeschwindigkeit ändert. Diese Änderung ist im Ansteuersignal des Magnetaktors detektierbar, so dass der Magnetaktor das Erkennen des Öffnungszeitpunktes der Düsennadel ohne zusätzlichen Sensor ermöglicht. Dies führt zu einem vollständig mengenregelbaren Kraftstoffinjektor, bei dem sowohl der Einspritzbeginn als auch das Einspritzende geregelt werden können.The proposed for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine fuel injector includes a nozzle needle, which is received in a high-pressure bore of a nozzle body for releasing and closing at least one injection port liftable, and a magnetic actuator for direct control of the lifting movement of the nozzle needle. The magnetic actuator comprises a magnetic coil and a cooperating with the solenoid hubbeweglichen anchor which can be coupled via a coupling device with the nozzle needle. According to the invention, the armature is connected to a coupler piston of the coupling device, wherein the connection allows a relative movement of the armature relative to the coupler piston for realizing a free stroke of the armature before opening the nozzle needle. The free lift of the armature is thus connected upstream of the opening stroke of the nozzle needle, which opens only when the coupled with the nozzle needle coupler piston follows the lifting movement of the armature. This is the case when the anchor has passed its free lift and has reached a free lift stop on the coupler piston. When the free lift stop is reached, the armature is abruptly decelerated in its movement. This means that its movement speed changes. This change is detectable in the drive signal of the magnetic actuator, so that the magnetic actuator allows the detection of the opening time of the nozzle needle without additional sensor. This leads to a fully variable fuel injector, in which both the start of injection and the end of injection can be controlled.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Kopplerkolben eine erste Anschlagfläche ausgebildet, die mit einer am Anker ausgebildeten zweiten Anschlagfläche einen Freihubanschlag ausbildend zusammenwirkt. Gelangt die Anschlagfläche des Ankers in Anlage mit der Anschlagfläche des Kopplerkolbens, wird die Hubbewegung des Ankers abgebremst, ohne dass dieser jedoch zum Stillstand kommt. Der am Kopplerkolben anliegende Anker setzt seine Hubbewegung fort und nimmt dabei den Kopplerkolben mit, so dass die am Anker und am Kopplerkolben ausgebildeten Anschlagflächen ferner eine Mitnehmerfunktion erfüllen. Durch die Impulskraft beim Anschlagen des Ankers wird vorteilhafterweise zugleich eine Reduzierung der erforderlichen Aktorkraft zum Öffnen der Düsennadel erreicht. Auf diese Weise kann ein schnelles und exakt definiertes Öffnen der Düsennadel zur Reduzierung der Einspritztoleranzen bewirkt werden.According to a preferred embodiment of the invention, a first stop surface is formed on the coupler piston, which cooperates with a formed on the anchor second stop surface a free lift stop forming. If the stop surface of the armature comes into contact with the stop surface of the coupler piston, the lifting movement of the armature is braked, but this does not come to a standstill. The voltage applied to the coupler piston continues its lifting movement and thereby takes the coupler piston, so that the stop surfaces formed on the armature and the coupler piston further fulfill a driving function. By the impulse force when striking the armature is advantageously achieved at the same time a reduction of the required actuator force to open the nozzle needle. In this way, a fast and precisely defined opening of the nozzle needle to reduce the injection tolerances can be effected.

In Ruhestellung des Ankers definiert der axiale Abstand der beiden Anschlagflächen zueinander den Freihub des Ankers. In the rest position of the armature, the axial distance of the two stop surfaces to each other defines the free lift of the armature.

Vorteilhafterweise ist der Anker als Tauchanker ausgebildet. Das heißt, dass die Magnetspule des Magnetaktors ringförmig ausgebildet ist und den Anker zumindest abschnittsweise umgibt. Das Tauchankerprinzip ermöglicht im Vergleich zum Flachankerprinzip einen größeren Ankerhub, so dass ein Freihub des Ankers einfacher zu realisieren ist.Advantageously, the armature is designed as a plunger anchor. This means that the magnetic coil of the magnetic actuator is annular and surrounds the armature at least in sections. The plunger armature principle allows a larger armature stroke compared to the flat armature principle, so that a free lift of the armature is easier to implement.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Anker eine Ausnehmung besitzt, in welcher der Kopplerkolben zumindest abschnittsweise geführt ist. Um die zur Realisierung des Freihubs erforderliche Relativbewegung des Ankers gegenüber dem Kopplerkolben zuzulassen, ist die Ausnehmung in axialer Richtung vorzugsweise größer als ein hierin aufgenommener Abschnitt des Kopplerkolbens dimensioniert. Die Ausnehmung ist weiterhin vorzugsweise in einer der Düsennadel zugewandten Stirnfläche des Ankers ausgebildet und mittels einer Platte verschlossen, durch welche der Kopplerkolben hindurch geführt ist. Die Platte dient der Ausbildung der Anschlagfläche am Anker, die mit der Anschlagfläche am Kopplerkolben einen Freihubanschlag ausbildend zusammenwirkt. Zur Ausbildung des Freihubanschlags ist der Kopplerkolben bevorzugt derart gestaltet, dass ein Umfangsabschnitt die Platte des Ankers hintergreift. Das heißt, dass der axiale Abstand der am Kopplerkolben ausgebildeten Anschlagfläche zur Düsennadel bevorzugt größer als der Abstand der am Anker ausgebildeten Anschlagfläche zur Düsennadel ist.Alternatively or additionally, it is proposed that the armature has a recess in which the coupler piston is guided at least in sections. In order to permit the relative movement of the armature relative to the coupler piston, which is necessary for realizing the free stroke, the recess in the axial direction is preferably dimensioned larger than a section of the coupler piston accommodated therein. The recess is further preferably formed in one of the nozzle needle facing end face of the armature and closed by a plate through which the coupler piston is guided. The plate serves to form the stop surface on the armature, which cooperates with the stop surface on the coupler piston forming a free lift stop. To form the Freihubanschlags the coupler piston is preferably designed such that a peripheral portion engages behind the plate of the armature. This means that the axial distance of the stop surface formed on the coupler piston to the nozzle needle is preferably greater than the distance of the stop surface formed on the armature to the nozzle needle.

Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass am Anker und/oder am Kopplerkolben eine Feder zur Rückstellung des Ankers abgestützt ist. Die Rückstellung des Ankers über die Federkraft der Feder wird nach Beenden der Bestromung der Magnetspule des Magnetaktors bewirkt. Vorteilhafterweise nimmt dabei der Anker den Kopplerkolben mit. Der Kopplerkolben kann hierzu am Anker, beispielsweise am Boden einer den Kopplerkolben zumindest abschnittsweise aufnehmenden Ausnehmung des Ankers, abgestützt sein. Alternativ oder ergänzend kann der Kopplerkolben über die Federkraft einer weiteren Feder in seine Ausgangslage rückgestellt werden. Sofern eine Ausnehmung im Anker zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme des Kopplerkolbens vorgesehen ist, ist in dieser Ausnehmung vorzugsweise auch die der Rückstellung des Ankers dienende Feder aufgenommen.As a further development measure, it is proposed that a spring is supported on the armature and / or on the coupler piston for returning the armature. The provision of the armature via the spring force of the spring is effected after termination of the energization of the magnetic coil of the magnetic actuator. Advantageously, the anchor takes with the coupler piston. For this purpose, the coupler piston can be supported on the armature, for example, at the bottom of a recess of the armature that at least partially receives the coupler piston. Alternatively or additionally, the coupler piston can be reset by the spring force of another spring to its original position. If a recess is provided in the armature for at least partially receiving the coupler piston, the spring serving to return the armature is preferably also received in this recess.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Kopplerkolben als Stufenkolben ausgebildet. Eine erste Stufe dient dabei vorzugsweise der Ausbildung der Anschlagfläche, die mit der am Anker ausgebildeten Anschlagfläche den Freihubanschlag ausbildend zusammenwirkt. Ferner kann eine zweite Stufe vorgesehen sein, die der Abstützung der Feder zur Rückstellung des Ankers dient. Die Ausgestaltung des Kopplerkolbens als Stufenkolben ist dabei bevorzugt derart gewählt, dass der Außendurchmesser des Kopplerkolbens mit jeder Stufe, die weiter von der Düsennadel entfernt liegt, zunimmt.According to a preferred embodiment of the invention, the coupler piston is designed as a stepped piston. A first stage preferably serves to form the abutment surface, which cooperates with the abutment surface formed on the armature to form the freewheel stop. Further, a second stage may be provided which serves to support the spring for returning the armature. The design of the coupler piston as a stepped piston is preferably selected such that the outer diameter of the coupler piston increases with each stage, which is farther away from the nozzle needle.

Vorteilhafterweise ist bzw. sind der Anker und/oder der Kopplerkolben zumindest abschnittsweise in einer Bohrung eines Magnetkörpers aufgenommen, die im Betrieb des Kraftstoffinjektors von Hochdruck beaufschlagt ist. Das heißt, dass der Anker und/oder der Kopplerkolben von Hochdruck umgeben ist bzw. sind. Die Einspritzmenge wird demnach am Anker bzw. am Kopplerkolben vorbei zu der wenigstens einen Einspritzöffnung geführt. Ein zusätzlich vorgesehener axial und/oder schräg verlaufender Strömungskanal im Anker kann dabei für einen ungedrosselten Kraftstoffzulauf sorgen. Ein weiterer Strömungskanal kann im Magnetkörper ausgebildet sein.Advantageously, the armature and / or the coupler piston is at least partially accommodated in a bore of a magnetic body, which is subjected to high pressure during operation of the fuel injector. That is, the armature and / or the coupler piston is surrounded by high pressure. The injection quantity is therefore conducted past the armature or on the coupler piston to the at least one injection opening. An additionally provided axially and / or obliquely running flow channel in the armature can thereby provide an unthrottled fuel feed. Another flow channel may be formed in the magnet body.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Kopplerkolben der Kopplungseinrichtung über ein hydraulisches Kopplervolumen mit der Düsennadel koppelbar ist. Bei der Kopplungseinrichtung handelt es sich demnach um einen hydraulischen Koppler. Vorzugsweise ist das hydraulische Kopplervolumen der Kopplungseinrichtung in wenigstens zwei Kopplerräume unterteilt, die über einen Strömungskanal hydraulisch verbunden sind. Der Strömungskanal ist vorzugsweise in einem plattenförmigen Körperbauteil zur Unterteilung des hydraulischen Kopplervolumens ausgebildet.Furthermore, it is proposed that the coupler piston of the coupling device can be coupled to the nozzle needle via a hydraulic coupler volume. The coupling device is therefore a hydraulic coupler. Preferably, the hydraulic coupler volume of the coupling device is divided into at least two coupler spaces, which are hydraulically connected via a flow channel. The flow channel is preferably formed in a plate-shaped body component for subdividing the hydraulic coupler volume.

Bevorzugt besitzt der Kopplerkolben ein düsennadelseitiges Ende, das in einer Dichthülse aufgenommen ist. Die Dichthülse ist dabei vorzugsweise an einem plattenförmigen Körperbauteil zur Unterteilung des hydraulischen Kopplervolumens abgestützt. Die Abstützung des Kopplerkolbens am plattenförmigen Körperbauteil über die Dichthülse ermöglicht den Ausgleich eines etwaigen Achsversatzes zwischen dem Kopplerkolben und der Düsennadel im Wege einer radialen Verschiebung der Dichthülse gegenüber dem plattenförmigen Körperbauteil. Die Dichthülse begrenzt zudem das hydraulische Kopplervolumen in radialer Richtung.Preferably, the coupler piston has a nozzle needle side end, which is received in a sealing sleeve. The sealing sleeve is preferably supported on a plate-shaped body member for subdividing the hydraulic Kopplervolumens. The support of the coupler piston on the plate-shaped body member via the sealing sleeve allows the compensation of any axial offset between the coupler piston and the nozzle needle by way of a radial displacement of the sealing sleeve relative to the plate-shaped body member. The sealing sleeve also limits the hydraulic coupler volume in the radial direction.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass ein dem Kopplerkolben zugewandtes Ende der Düsennadel in einer Dichthülse aufgenommen ist. Die Dichthülse ist dabei vorzugsweise an einem plattenförmigen Körperbauteil zur Unterteilung des hydraulischen Kopplervolumens abgestützt. Hinsichtlich der Funktion der Dichthülse gilt das bereits zuvor Gesagte.Alternatively or additionally, it is proposed that a coupler piston facing the end of the nozzle needle is received in a sealing sleeve. The sealing sleeve is preferably supported on a plate-shaped body member for subdividing the hydraulic Kopplervolumens. With regard to the function of the sealing sleeve, what has already been said applies.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren wird erfindungsgemäß die Bewegung des Ankers über ein Ansteuersignal erfasst und zum Erkennen des Öffnungszeitpunkts der Düsennadel eingesetzt. Da bei dem vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor die Geschwindigkeit des Ankers im Zeitpunkt des Öffnens der Düsennadel aufgrund des Erreichens eines Freihubanschlages abrupt abnimmt, kann das Ansteuersignal des Magnetaktors zum Erfassen dieses Zeitpunkts eingesetzt werden. Dies macht die Verwendung eines separaten Sensors entbehrlich. Ferner können hierüber sowohl der Einspritzbeginn als auch das Einspritzende geregelt werden. Das heißt, dass über das vorgeschlagene Verfahren eine vollständige Regelung der Einspritzmenge möglich ist. To solve the object mentioned above, a method for operating a fuel injector according to the invention is also proposed. In this method, the movement of the armature is detected according to the invention via a drive signal and used to detect the opening time of the nozzle needle. In the proposed fuel injector, since the speed of the armature at the time of opening the nozzle needle abruptly decreases due to reaching a free lift stroke, the drive signal of the magnetic actuator can be used to detect this time. This makes the use of a separate sensor dispensable. Furthermore, both the start of injection and the end of injection can be regulated. This means that a complete regulation of the injection quantity is possible via the proposed method.

Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Zeitpunkt des Anschlagens des Ankers am Kopplerkolben der Kopplungseinrichtung erfasst und zum Erkennen des Öffnungszeitpunkts der Düsennadel eingesetzt. Da der Anker beim Anschlagen abrupt abgebremst wird, kann das Anschlagen im Ansteuersignal des Magnetaktors detektiert werden.Preferably, in the method according to the invention, the time of impact of the anchor on the coupler piston of the coupling device is detected and used to detect the opening time of the nozzle needle. Since the anchor is abruptly decelerated when striking, the impact can be detected in the drive signal of the magnetic actuator.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor.A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. This shows a schematic longitudinal section through a fuel injector according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

Der in der Figur 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 ist die Düsennadel 1 von der Federkraft einer Feder 6 beaufschlagt. Der Magnetaktor 7 weist zur direkten Nadelsteuerung eine ringförmige Magnetspule 8 sowie einen mit der Magnetspule 8 zusammenwirkenden Anker 9 auf, welcher vorliegend als Tauchanker ausgebildet ist. Der Anker 9 ist zumindest teilweise in einer Bohrung 18 eines Magnetkörpers 19 aufgenommen, die spulenseitig von einem ringförmigen Trennkörper 26 aus einem amagnetischen Material begrenzt wird. In die Magnetspule 8 und in den Trennkörper 26 greift ein als Innenpolkörper dienender Abschnitt eines Injektorkörpers 27 ein, der die Bohrung 18 in axialer Richtung begrenzt.The fuel injector shown in the figure comprises 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 is the nozzle needle 1 from the spring force of a spring 6 applied. The magnetic actuator 7 has an annular solenoid coil for direct needle control 8th and one with the solenoid 8th interacting anchor 9 on, which in the present case is designed as a plunger anchor. The anchor 9 is at least partially in a hole 18 a magnetic body 19 taken, the coil side of an annular separator 26 is limited from an amagnetic material. Into the solenoid 8th and in the separating body 26 engages as Innenpolkörper serving portion of an injector body 27 one, the bore 18 limited in the axial direction.

Im Injektorkörper 27 ist ein zentraler Zulaufkanal 28 für den einzuspritzenden Kraftstoff ausgebildet, der in die Bohrung 18 mündet. Der Anker 9 ist somit von Hochdruck umgeben.In the injector body 27 is a central inlet channel 28 formed for the fuel to be injected into the bore 18 empties. The anchor 9 is thus surrounded by high pressure.

Zur Verstärkung der Aktorkraft weist der dargestellte Kraftstoffinjektor eine Kopplungseinrichtung 10 auf, über welche die Düsennadel 1 mit dem Anker 9 hydraulisch koppelbar ist. Die Kopplungseinrichtung 10 umfasst einen Kopplerkolben 11 und ein hydraulisches Kopplervolumen 21, das durch ein plattenförmiges Körperbauteil 22 in einen ersten Kopplerraum 21.1 und einen zweiten Kopplerraum 21.2 unterteilt wird. Das plattenförmige Körperbauteil 22 ist zwischen dem Düsenkörper 3 und dem Magnetkörper 19 eingelegt und mittels einer Düsenspannmutter 29 mit diesen und dem Injektorkörper 27 axial verspannt. Zur hydraulischen Verbindung der beiden Kopplerräume 21.1, 21.2 ist im plattenförmigen Körperbauteil 22 ein Strömungskanal 23 vorgesehen, so dass die beiden Kopplerräume 21.1, 21.2 und der Strömungskanal 23 das hydraulische Kopplervolumen 21 ausbilden. In axialer Richtung wird das hydraulische Kopplervolumen 21 durch den Kopplerkolben 11 und die Düsennadel 1 begrenzt. Der Kopplerkolben 11 und die Düsennadel 1 weisen hierzu jeweils einen in einer Dichthülse 20, 24 aufgenommenen Endabschnitt auf. Jeweils eine Dichthülse 20, 24 liegt an einer Seite des plattenförmigen Körperbauteils 22 an. Die den Endabschnitt der Düsennadel 1 aufnehmende Dichthülse 24 wird über die Federkraft der Feder 6, welche die Düsennadel 1 in Richtung des Dichtsitzes 5 beaufschlagt, an das plattenförmige Körperbauteil 22 gedrückt. Analog wird die Dichthülse 20 über die Federkraft einer Feder 25, die hierzu einerseits an einem mit der Dichthülse 20 verbundenen Federteller und andererseits am Magnetkörper 19 abgestützt ist, in Anlage mit dem plattenförmigen Körperbauteil 22 gehalten.To increase the actuator force, the fuel injector shown has a coupling device 10 on, over which the nozzle needle 1 with the anchor 9 hydraulically coupled. The coupling device 10 includes a coupler piston 11 and a hydraulic coupler volume 21 through a plate-shaped body component 22 in a first coupler room 21.1 and a second coupler room 21.2 is divided. The plate-shaped body component 22 is between the nozzle body 3 and the magnetic body 19 inserted and by means of a nozzle retaining nut 29 with these and the injector body 27 axially braced. For hydraulic connection of the two coupler spaces 21.1 . 21.2 is in the plate-shaped body component 22 a flow channel 23 provided so that the two coupler spaces 21.1 . 21.2 and the flow channel 23 the hydraulic coupler volume 21 form. In the axial direction, the hydraulic coupler volume 21 through the coupler piston 11 and the nozzle needle 1 limited. The coupler piston 11 and the nozzle needle 1 each have one in a sealing sleeve 20 . 24 recorded end portion. In each case a sealing sleeve 20 . 24 lies on one side of the plate-shaped body component 22 at. The end portion of the nozzle needle 1 receiving sealing sleeve 24 is about the spring force of the spring 6 which the nozzle needle 1 in the direction of the sealing seat 5 acted upon, the plate-shaped body component 22 pressed. Analog is the sealing sleeve 20 about the spring force of a spring 25 , on the one hand on the one hand with the sealing sleeve 20 connected spring plate and on the other hand on the magnetic body 19 supported in abutment with the plate-shaped body component 22 held.

An seinem der Düsennadel 1 abgewandten Ende ist der Kopplerkolben 11 in einer Ausnehmung 14 des Ankers 9 aufgenommen. Das Ende ist gestuft ausgeführt, so dass eine erste Stufe 16 zur Ausbildung einer Anschlagfläche 12 und eine zweite Stufe 17 zur Abstützung einer Feder 15 ausgebildet werden, welche innerhalb der Ausnehmung 14 zu liegen kommen. Im Bereich eines verringerten Außendurchmessers ist der Kopplerkolben 11 durch eine die Ausnehmung 14 verschließende Platte des Ankers 9 geführt, wobei die Platte eine der Anschlagfläche 12 des Kopplerkolbens 11 gegenüber liegende Anschlagfläche 13 ausbildet. Der axiale Abstand zwischen den beiden Anschlagflächen 12, 13 definiert dabei einen Freihub h des Ankers 9, den dieser zu Beginn seines Hubes durchläuft.At his the nozzle needle 1 opposite end is the coupler piston 11 in a recess 14 of the anchor 9 added. The end is stepped, making a first step 16 for forming a stop surface 12 and a second stage 17 for supporting a spring 15 be formed, which within the recess 14 to come to rest. In the range of a reduced outer diameter is the coupler piston 11 through a recess 14 closing plate of the anchor 9 guided, wherein the plate one of the stop surface 12 of the coupler piston 11 opposite stop surface 13 formed. The axial distance between the two stop surfaces 12 . 13 defines a free stroke h of the anchor 9 which he goes through at the beginning of his stroke.

Die Funktionsweise des in der Figur dargestellten Kraftstoffinjektors ist wie folgt:
Zur Einleitung eines Einspritzvorgangs wird die Magnetspule 8 des Magnetaktors 7 bestromt. Das sich dadurch aufbauende Magnetfeld zieht den Anker 9 nach oben in Richtung der Magnetspule 8. Zu Beginn seines Hubes durchläuft der Anker 9 einen Freihub h, wobei der Anker 9 eine Beschleunigung erfährt. Nach Durchlaufen des Freihubs h schlägt der Anker 9 mit seiner Anschlagfläche 13 an der Anschlagfläche 12 des Kopplerkolbens 11 an. Dabei wird die Bewegung des Ankers 9 zwar abgebremst, aber nicht gestoppt. Der Anker 9 setzt seinen Hub fort und nimmt dabei den Kopplerkolben 11 mit. Die Düsennadel 1 folgt dem Hub des Kopplerkolbens 11, da diese über das hydraulische Kopplervolumen 21 mit dem Kopplerkolben 11 gekoppelt ist. Das heißt, dass die Düsennadel 1 von ihrem Dichtsitz 5 abhebt und die Einspritzöffnungen 4 freigibt. Die Einspritzung beginnt.The operation of the fuel injector shown in the figure is as follows:
To initiate an injection process, the solenoid is 8th of the magnetic actuator 7 energized. The resulting magnetic field pulls the anchor 9 upwards in the direction of the magnetic coil 8th , At the beginning of its stroke, the anchor passes through 9 a free-lift h, where the anchor 9 experiencing an acceleration. After passing through the Freihubs h hitting the anchor 9 with its stop surface 13 at the stop surface 12 of the coupler piston 11 at. This will be the movement of the anchor 9 Although slowed down, but not stopped. The anchor 9 continues its stroke, taking the coupler piston 11 With. The nozzle needle 1 follows the stroke of the coupler piston 11 as these are beyond the hydraulic coupler volume 21 with the coupler piston 11 is coupled. That means that the nozzle needle 1 from her tight seat 5 takes off and the injection openings 4 releases. The injection begins.

Das Anschlagen des Ankers 9 am Kopplerkolben 11 und das Öffnen der Düsennadel 1 fallen zeitlich zusammen. Da der Zeitpunkt des Anschlagens des Ankers 9 am Kopplerkolben 11 ein verändertes Stromsignal bei der Ansteuerung des Magnetaktors 7 bewirkt und somit erfassbar ist, kann hierüber ferner der Öffnungszeitpunkt der Düsennadel 1 bestimmt werden. Ferner kann über die Impulskraft des Ankers 9 beim Anschlagen die erforderliche Öffnungskraft zum Öffnen der Düsennadel 1 reduziert werden, so dass ein schnelles und präzises Öffnen der Düsennadel 1 erreicht wird. Einspritztoleranzen können auf diesem Wege gering gehalten werden.The striking of the anchor 9 on the coupler piston 11 and opening the nozzle needle 1 coincide in time. Since the time of striking the anchor 9 on the coupler piston 11 an altered current signal when driving the Magnetaktors 7 causes and thus can be detected, this can also be the opening time of the nozzle needle 1 be determined. Furthermore, the momentum of the armature can be determined 9 when striking the required opening force to open the nozzle needle 1 be reduced, allowing a quick and precise opening of the nozzle needle 1 is reached. Injection tolerances can be kept low in this way.

Zudem ist die Kopplungseinrichtung 10 vorliegend derart ausgelegt, dass über die Kopplung zugleich eine Kraftverstärkung erzielt wird. Der Kopplerkolben 11 weist hierzu eine das hydraulische Kopplervolumen 21 begrenzende Stirnfläche auf, die deutlich kleiner als die ihr am Kopplervolumen 21 gegenüber liegende Stirnfläche der Düsennadel 1 ist.In addition, the coupling device 10 in the present case designed such that on the same time a power gain is achieved via the coupling. The coupler piston 11 this has a hydraulic coupler volume 21 limiting frontal area, which is significantly smaller than theirs at the coupler volume 21 opposite end face of the nozzle needle 1 is.

Zur Unterbrechung der Einspritzung wird die Bestromung der Magnetspule 8 beendet. Dies hat die Rückstelllung des Ankers 9 über die Federkraft der Feder 15 zur Folge. Der Anker 9 – unterstützt von der Federkraft einer Feder 30 – drückt dabei den Kopplerkolben 11 nach unten, was schließlich zum Schließen der Düsennadel 1 führt.To interrupt the injection, the energization of the solenoid 8th completed. This has the reset of the anchor 9 about the spring force of the spring 15 result. The anchor 9 - supported by the spring force of a spring 30 - presses the coupler piston 11 down, eventually closing the nozzle needle 1 leads.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007002758 A1 [0003]

Claims

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 ) is received liftable, and a magnetic actuator ( 7 ) for direct control of the lifting movement of the nozzle needle ( 1 ), wherein the magnetic actuator ( 7 ) a magnetic coil ( 8th ) and one with the magnetic coil ( 8th ) cooperating lifting armature ( 9 ), which is connected via a coupling device ( 10 ) with the nozzle needle ( 1 ), characterized in that the armature ( 9 ) with a coupler piston ( 11 ) of the coupling device ( 10 ), wherein the connection is a relative movement of the armature ( 9 ) relative to the coupler piston ( 11 ) for realizing a free lift (h) of the anchor ( 9 ) before opening the nozzle needle ( 1 ).

Fuel injector according to claim 1, characterized in that on the coupler piston ( 11 ) a first stop surface ( 12 ) formed with an anchor ( 9 ) formed second stop surface ( 13 ) cooperates forming a free lift stop, wherein in the rest position of the anchor ( 9 ) the axial distance of the two stop surfaces ( 12 . 13 ) to each other the free lift (h) of the armature ( 9 ) Are defined.

Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that the armature ( 9 ) is designed as a plunger anchor and / or a recess ( 14 ), in which the coupler piston ( 11 ) is performed at least in sections.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that at the anchor ( 9 ) and / or on the coupler piston ( 11 ) a feather ( 15 ) for the return of the anchor ( 9 ) is supported.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the coupler piston ( 11 ) is designed as a stepped piston, preferably a first stage ( 16 ) the formation of the stop surface ( 12 ) and a second stage ( 17 ) the support of the spring ( 15 ) serves.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 9 ) and / or the coupler piston ( 11 ) at least in sections in a bore ( 18 ) of a magnetic body ( 19 ) is received, which is acted upon by the high pressure in the operation of the fuel injector.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the coupler piston ( 11 ) of the coupling device ( 10 ) via a hydraulic coupler volume ( 21 ) with the nozzle needle ( 1 ), wherein preferably the hydraulic coupler volume ( 21 ) in at least two coupler spaces ( 21.1 . 21.2 ), which via a flow channel ( 23 ) are hydraulically connected.

Fuel injector according to claim 7, characterized in that the coupler piston ( 11 ) has a nozzle needle side end which in a sealing sleeve ( 20 ), which is preferably attached to a plate-shaped body component ( 22 ) for subdividing the hydraulic coupler volume ( 21 ) is supported.

Fuel injector according to claim 7 or 8, characterized in that a the coupler piston ( 11 ) facing the end of the nozzle needle ( 1 ) in a sealing sleeve ( 24 ), which is preferably attached to a plate-shaped body component ( 22 ) for subdividing the hydraulic coupler volume ( 21 ) is supported.

Method for operating a fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the movement of the armature ( 9 ) detected via a drive signal and for detecting the opening time of the nozzle needle ( 1 ) is used.

A method according to claim 10, characterized in that the time of striking the armature ( 9 ) on the coupler piston ( 11 ) of the coupling device ( 10 ) and for detecting the opening time of the nozzle needle ( 1 ) is used.