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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Ein Kraftstoffinjektor der vorstehend genannten Art ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2010 002 646 A1 bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor umfasst eine Aktoreinheit mit einem Stellglied zur direkten oder indirekten Betätigung einer Düsennadel, wobei das Stellglied im Betrieb des Kraftstoffinjektors mit Hochdruck beaufschlagt ist. Bei der Aktoreinheit kann es sich insbesondere um einen Magnetaktor mit einer ringförmigen Magnetspule handeln, die radial außen in Bezug auf einen hubbeweglichen Anker als Stellglied angeordnet ist. In diesem Fall gilt es die Magnetspule gegenüber dem Hochdruckbereich abzudichten. Zur Abdichtung wird ein ringförmiger Dichtkörper vorgeschlagen, der innerhalb der Magnetspule zwischen zwei Gehäuseteilen des Injektors angeordnet und mit diesen über eine Spannmutter axial verspannt ist. Zur Aufnahme des hubbeweglichen Ankers weist ein Gehäuseteil eine zentrale Bohrung auf, über welche im Betrieb des Kraftstoffinjektors wenigstens einer Einspritzöffnung unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt wird. Die zentrale Bohrung des Gehäuseteils bildet demnach einen Strömungspfad des einzuspritzenden Kraftstoffs aus.
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Bei Magnetaktoren der vorstehend genannten Art besteht die Gefahr eines hydraulischen und/oder magnetischen Klebens des Ankers an einer einen oberen Hubanschlag ausbildenden Polfläche des Magnetaktors. Derartige Klebeeffekte können zwar zur Senkung der Ansteuerenergie genutzt werden, da sie jedoch kaum steuerbar und damit nicht reproduzierbar sind, führen sie in der Regel zu einer unerwünschten Erhöhung der Mengenstreuung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, Klebeeffekte zu verhindern, um die Mengenstreuung zu reduzieren. Insbesondere soll ein direkt steuerbarer Kraftstoffinjektor mit einem Magnetaktor und einem mit dem Magnetaktor zusammenwirkenden Anker angegeben werden, der ein im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit verbessertes Schließverhalten aufweist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird der Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst einen Magnetaktor zur direkten Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel sowie einen hubbeweglichen Anker, der in einem Strömungspfad des einzuspritzenden Kraftstoffs angeordnet und zumindest abschnittsweise von einer ringförmigen Magnetspule des Magnetaktors umgeben ist. Das heißt, dass der Magnetaktor nach dem Tauchankerprinzip ausgelegt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Anker Strömungskanäle besitzt, die zur Realisierung einer vom Ankerhub abhängigen Drosselstelle zwischen dem Anker und einem Innenpol radial versetzt in Bezug auf einen im Innenpol ausgebildeten Zulaufkanal angeordnet sind. Der einzuspritzende Kraftstoff erfährt demzufolge eine Strömungsumlenkung, wenn er über den Strömungspfad wenigstens einer Einspritzöffnung des Kraftstoffinjektors zugeführt wird.
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Die Strömungsumlenkung hat zur Folge, dass der Kraftstoff der Drosselstelle zugeführt wird, die sich in Abhängigkeit vom Hub des Ankers zwischen dem Anker und dem Innenpol ausbildet. Denn mit zunehmendem Hub des Ankers verringert sich der axiale Abstand des Ankers zum Innenpol, so dass es zur Drosselung der Kraftstoffströmung in diesem Bereich kommt. Die Drosselung wiederum bewirkt einen ansteigenden hydraulischen Druck stromaufwärts der Drosselstelle, so dass der Anker mit einer hydraulischen Schließkraft beaufschlagt wird. Die Drosselstelle bildet demnach eine ankerhubabhängige Schließdrossel aus, die einem hydraulischen und/oder magnetischen Kleben des Ankers am Innenpol entgegen wirkt und auf diese Weise ein reproduzierbares Schließen des Kraftstoffinjektors sicherstellt.
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Bevorzugt ist der radiale Versatz der im Anker ausgebildeten Strömungskanäle in Bezug auf den im Innenpol ausgebildeten Zulaufkanal derart gewählt, dass es keine Überdeckung gibt. Diese Maßnahme wirkt der Ausbildung von Strömungs-Nebenpfaden zur Umgehung der ankerhubabhängigen Drosselstelle entgegen. Der einzuspritzende Kraftstoff wird somit zwingend der ankerhubabhängigen Drosselstelle zugeführt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Anker eine Stirnfläche, die einer Stirnfläche des Innenpols an einem Arbeitsluftspalt gegenüber liegt, so dass die Stirnflächen die vom Ankerhub abhängige Drosselstelle ausbildend zusammenwirken. Die Stirnfläche des Ankers ist vorzugsweise planeben ausgeführt, so dass dieser einfach zu fertigen ist. Die Stirnfläche des Innenpols kann ebenfalls planeben ausgeführt sein. Der Arbeitsluftspalt zwischen dem Anker und dem Innenpol bildet dann die ankerhubabhängige Drosselstelle aus.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Anker und der Innenpol eine gemeinsame Längsachse A aufweisen. Das heißt, dass der Innenpol und der Anker koaxial bzw. „inline“ angeordnet sind. Der Zulaufkanal des Innenpols ist vorzugsweise mittig und die Strömungskanäle des Ankers sind vorzugsweise außermittig in Bezug auf die gemeinsame Längsachse A angeordnet. Die mittige Anordnung des Zulaufkanals, gewährleistet eine über den Umfang gleichmäßige Druckbelastung, wenn dieser im Betrieb des Injektors mit Hochdruck beaufschlagt wird. Der aus dem Zulaufkanal strömende Kraftstoff wird dann nach radial außen umgelenkt und den außermittig angeordneten Strömungskanälen des Ankers zugeführt.
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Die im Anker ausgebildeten Strömungskanäle umfassen vorzugsweise wenigstens eine außenumfangseitige Abflachung, eine Nut, einen Schlitz und/oder eine Bohrung. In Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung der Strömungskanäle kann demnach die Lage der Strömungskanäle variieren. Beispielsweise können sie außenumfangseitig und/oder innerhalb des Ankers angeordnet sein. Die verschiedenen Ausgestaltungen können zudem frei kombiniert werden, so dass beispielsweise Strömungskanäle in Form von Nuten und Bohrungen vorhanden sind. Der Strömungsquerschnitte der Strömungskanäle sollten ausreichend groß ausgelegt werden, um stromabwärts der ankerhubabhängigen Drosselstelle eine möglichst ungedrosselte Kraftstoffströmung zu ermöglichen.
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Vorteilhafterweise sind die im Anker ausgebildeten Strömungskanäle im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet. Dadurch ist nicht nur eine gleichmäßige Durchströmung des Ankers, sondern ferner eine gleichmäßige Beaufschlagung der dem Innenpol zugewandten Stirnfläche des Ankers mit der hydraulischen Schließkraft gewährleistet. Beispielsweise können als Strömungskanäle dienende Schlitze kreuz- oder sternförmig angeordnet sein. Analog gilt dies für außenumfangseitig angeordnete Nuten.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Teil der im Anker ausgebildeten Strömungskanäle einen Nebenluftspalt erweitert. Dies ist der Fall, wenn beispielsweise ein Teil der Strömungskanäle als außenumfangseitige Abflachung oder Nut ausgestaltet ist. Aber auch schlitzförmige Strömungskanäle können den Nebenluftspalt erweitern, wenn sie bis an die Außenumfangsfläche des Ankers herangeführt sind. Der Nebenluftspalt wird zwischen dem Anker und einem Polkörper ausgebildet und sollte zur Erzielung einer hohen Magnetkraft möglichst klein ausgelegt sein. Da der Anker im Betrieb des Kraftstoffinjektors von Kraftstoff umströmt ist, bildet auch der Nebenluftspalt einen Strömungspfad aus. Die Erweiterungen des Nebenluftspalts gewährleisten eine weitgehend ungedrosselte Kraftstoffströmung durch den Nebenluftspalt. Die den Nebenluftspalt begrenzenden Innenumfangsflächen des Polkörpers können demnach an der Ausbildung der Strömungskanäle beteiligt sein. Dies gilt insbesondere, wenn der Anker Abflachungen oder Nuten zur Ausbildung von Strömungskanälen besitzt.
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Weiterhin bevorzugt besitzt der Anker einen axial angesetzten Führungsbolzen, der vorzugsweise in einer Führungsbohrung eines Körperbauteils des Kraftstoffinjektors axial verschiebbar geführt ist. Der Führungsbolzen stellt die Führung des hubbeweglichen Ankers sicher.
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Die Führungsbohrung ist vorzugsweise Teil des Strömungspfades des einzuspritzenden Kraftstoffs, wobei im Führungsbolzen ausgebildete Strömungskanäle in Form von Abflachungen, Nuten und/oder Schlitzen die Fortsetzung des Strömungspfads im Bereich der Führung sicherstellen. Alternativ oder ergänzend können parallel zur Führungsbohrung verlaufende Strömungskanäle im Körperbauteil ausgebildet sein, das den Führungsbolzen aufnimmt.
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Der Innenpol kann wahlweise durch einen separaten Innenpolkörper oder einen Endabschnitt eines Injektorkörpers ausgebildet werden. Im letztgenannten Fall greift vorzugsweise der Endabschnitt des Injektorkörpers in die ringförmige Magnetspule ein. Ein separater Innenpolkörper ist dann verzichtbar.
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Innerhalb der ringförmigen Magnetspule ist vorzugsweise ein ringförmiger Trennkörper zur magnetischen Trennung des Innenpols von einem Außenpol angeordnet. Der Außenpol wird dabei vorzugsweise von dem Körperbauteil ausgebildet, das die Führungsbohrung zur Aufnahme des Führungsbolzens besitzt. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Magnetkörper handeln. Auf diese Weise wird eine einfach zu fertigende und kompakte Anordnung eines Magnetaktors zur direkten Steuerung des Kraftstoffinjektors erreicht.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform im Bereich des Magnetaktors,
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2 eine perspektivische Darstellung des Ankers des Magnetaktors des Kraftstoffinjektors der 1,
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3 eine perspektivische Darstellung eines modifizierten Ankers und
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4 eine perspektivische Darstellung eines weiteren modifizierten Ankers.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der in der 1 dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst einen Magnetaktor 1 zur direkten Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel (nicht dargestellt). Der Magnetaktor 1 wirkt hierbei mit einem hubbeweglichen Anker 2 zusammen, der als Tauchanker ausgelegt ist. Das heißt, dass der Anker 2 zumindest abschnittsweise von einer ringförmigen Magnetspule 4 des Magnetaktors 1 umgeben ist und sich im Wesentlichen innerhalb der Magnetspule 4 bewegt. Die Magnetspule 4 ist vorliegend auf einen Endabschnitt eines Injektorkörpers 16 aufgesetzt, in dem eine zentrale Bohrung zur Aufnahme eines als Innenpol 7 dienenden Körpers ausgebildet ist. Der Innenpol 7 wird von einem mittig angeordneten Zulaufkanal 8 durchsetzt, der in einen Druckraum 21 mündet, in dem der Anker 2 aufgenommen ist. Die dem Anker 2 zugewandte Stirnfläche 10 des Innenpols 7 dient zugleich als oberer Hubanschlag für den Anker 2.
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Zur magnetischen Trennung des Innenpols 7 von einem Außenpol 18, der vorliegend von einem Körperbauteil 14 ausgebildet wird, ist innerhalb der Magnetspule 4 ein ringförmiger Trennkörper 17 angeordnet. Der Trennkörper 17 und das Körperbauteil 14 begrenzen gemeinsam den Druckraum 21 in radialer Richtung. Der Druckraum 21 ist Teil eines Strömungspfads 3 des einzuspritzenden Kraftstoffs, so dass der Anker 2 im Betrieb des Kraftstoffinjektors mit Hochdruck beaufschlagt ist.
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Der innerhalb der Magnetspule 4 angeordnete ringförmige Trennkörper 17 bewirkt zugleich eine Abdichtung der Magnetspule 4 gegenüber dem mit Hochdruck beaufschlagten Druckraum 21. Zur Realisierung einer ausreichend hohen Dichtkraft sind der Injektorkörper 16, der Trennkörper 17 und das Körperbauteil 14 mittels einer außenliegenden Düsenspannmutter 19 axial verspannt.
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Im Körperbauteil 14 ist ferner eine Führungsbohrung 13 ausgebildet, in welcher ein mit dem Anker 2 verbundener Führungsbolzen 12 zur Führung des Ankers 2 aufgenommen ist. Über wenigstens eine außenumfangseitige Nut, die einen Strömungskanal 15 ausbildet, ist die Verbindung des Druckraums 21 mit einem weiteren Druckraum (nicht dargestellt) gewährleistet, so dass der einzuspritzende Kraftstoff über den Strömungspfad 3 zu der wenigstens einen Einspritzöffnung gelangt.
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Weitere Strömungskanäle 5 in Form von Schlitzen 5.1 (siehe 2) sind im Anker 2 ausgebildet. Die Schlitze 5.1 sind außermittig in Bezug auf eine Längsachse A und damit radial versetzt in Bezug auf den Zulaufkanal 8 des Innenpols 7 angeordnet. Das heißt, dass die Strömungskanäle 5 keine Überdeckung mit dem Zulaufkanal 8 aufweisen. Der über den Zulaufkanal 8 in den Druckraum 21 strömende Kraftstoff erfährt somit vor Erreichen der Strömungskanäle 5 eine Umlenkung, wobei er einen zwischen der Stirnfläche 10 des Innenpols 7 und einer Stirnfläche 9 des Ankers 2 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 11 durchströmt (siehe den Strömungspfad 3 andeutende Pfeile in der 1). Da sich der Arbeitsluftspalt 11 mit zunehmendem Hub des Ankers 2 verringert, bildet sich mit zunehmendem Hub des Ankers 2 eine ankerhubabhängige Drosselstelle 6 zwischen dem Anker 2 und dem Innenpol 7 aus. Diese führt zu einer den Anker 2 beaufschlagenden hydraulischen Schließkraft, die einem hydraulischen und/oder magnetischen Kleben des Ankers 2 am Innenpol 7 entgegen wirkt. Die schnelle Rückstellung des Ankers und damit das sichere Schließen des Kraftstoffinjektors sind somit reproduzierbar.
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Zur Ausbildung der Strömungskanäle 5 kann der Anker 2 alternativ oder ergänzend wenigstens eine Bohrung 5.2 aufweisen. Mögliche Ausgestaltungen sind in den 3 und 4 dargestellt. Der Vorteil der Schlitze 5.1 ist darin zu sehen, dass sie einen Nebenluftspalt 20, der zwischen dem Anker 2 und dem Körperbauteil 14 ausgebildet wird, erweitern. Dadurch ist eine weitgehend ungedrosselte Kraftstoffströmung stromabwärts der ankerhubabhängigen Drosselstelle 6 sichergestellt.
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Weitere Modifikationen des Ankers 2 sind möglich, die insbesondere die Form, die Anzahl und die Anordnung der Strömungskanäle 5 betreffen und hier nicht abschließend dargestellt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010002646 A1 [0002]
