DE102014203642A1

DE102014203642A1 - fuel injector

Info

Publication number: DE102014203642A1
Application number: DE102014203642.9A
Authority: DE
Inventors: Holger Rapp; Wolfgang Stoecklein; Bernd Berghaenel; Marco Beier; Stefan Stein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-09-03
Also published as: CN106662060B; EP3111079B1; KR20160124126A; KR102225328B1; WO2015128127A1; CN106662060A; EP3111079A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10), insbesondere Common-Rail-Injektor für selbstzündende Brennkraftmaschinen, mit einem Injektorgehäuse (11), in dem in einem Niederdruckbereich (45) ein Sensorelement zur zumindest mittelbaren Erfassung eines in einem Hochdruckbereich (20) herrschenden Kraftstoffdrucks angeordnet ist, wobei das Sensorelement auf der dem Hochdruckbereich (20) abgewandten Seite an einem elastisch deformierbaren Dichtelement (69) anliegt, das einen Aufnahmeraum (66) für das Sensorelement abdichtet. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Sensorelement in Form eines Kraftsensors (75) mit wenigstens einem Dehnmesselement, ausgebildet ist, wobei der Kraftsensor (75) mit dem Dichtelement (69) verbunden ist.The invention relates to a fuel injector (10), in particular a common-rail injector for self-igniting internal combustion engines, with an injector housing (11) in which a sensor element for at least indirect detection of a fuel pressure prevailing in a high-pressure region (20) is arranged in a low-pressure region (45) is, wherein the sensor element on the high-pressure region (20) facing away from an elastically deformable sealing element (69) which seals a receiving space (66) for the sensor element. According to the invention, it is provided that the sensor element is designed in the form of a force sensor (75) with at least one strain-measuring element, wherein the force sensor (75) is connected to the sealing element (69).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a fuel injector according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 10 2010 044 012 A1 der Anmelderin bekannt. Bei dem bekannten Kraftstoffinjektor ist ein in Form eines Drucksensors ausgebildetes Sensorelement in einer sacklochähnlichen Ausnehmung einer Sensorplatte angeordnet, wobei der Drucksensor auf der der Sensorplatte abgewandten Seite in der Ausnehmung mittels einer insbesondere aus Metall bestehenden Membran, die ein Dichtelement ausbildet, abgedeckt bzw. geschützt ist. Das bekannte Dichtelement dient neben der Kraftübertragung eines mit einem Anker gekoppelten Übertragungselements der Vermeidung des Eintritts von Kraftstoff in die Ausnehmung. Nachteilig bei dem bekannten Kraftstoffinjektor ist es, dass durch die Ausbildung einer Anlagefläche für den Drucksensor in der Ausnehmung am Grund der Sensorplatte eine relativ aufwendige und somit kostenintensive Fertigung der Anlagefläche erforderlich ist, um eine erforderliche Ebenheit bzw. Rauhigkeit der Anlagefläche für den Drucksensor zu gewährleisten, da die Anlagefläche für ein Werkzeug nur sehr schwer zugänglich ist. Insbesondere wird hierbei erwähnt, dass die üblicherweise verwendeten Drucksensoren eine relativ hohe Ebenheit bzw. geringe Rauhigkeit der Anlagefläche für eine einwandfreie Funktion des Drucksensors benötigen. Such a fuel injector is from the DE 10 2010 044 012 A1 the applicant known. In the known fuel injector, a sensor element embodied in the form of a pressure sensor is arranged in a blind hole-like recess of a sensor plate, wherein the pressure sensor is covered or protected on the side facing away from the sensor plate in the recess by means of a membrane, in particular made of metal, which forms a sealing element , The known sealing element is used in addition to the power transmission of a coupled with an anchor transmission element of the prevention of the entry of fuel into the recess. A disadvantage of the known fuel injector is that a relatively complex and thus cost-intensive production of the contact surface is required by the formation of a contact surface for the pressure sensor in the recess at the bottom of the sensor plate to ensure a required flatness or roughness of the contact surface for the pressure sensor because the contact surface for a tool is very difficult to access. In particular, it is mentioned here that the pressure sensors commonly used require a relatively high flatness or low roughness of the contact surface for proper functioning of the pressure sensor.

Aus der nachveröffentlichten DE 10 2013 220 032 A1 der Anmelderin ist darüber hinaus ein weiterer, gattungsgemäßer Kraftstoffinjektor bekannt, bei dem der Aufnahmeraum zur Aufnahme des ebenfalls als Drucksensor ausgebildeten Sensorelements durch zwei, sich in Axialrichtung anschließende Bauteile gebildet wird, wobei das die Anlagefläche für den Drucksensor auf der dem Dichtelement abgewandten Seite ausbildende Bauteil an der Stirnseite relativ einfach vollflächig überarbeitet bzw. mit der entsprechenden Rauigkeit und Ebenheit herstellt werden kann. Jedoch ist durch die Verwendung zweier separater Bauteile ebenfalls eine relativ aufwendige Fertigung erforderlich.From the post-published DE 10 2013 220 032 A1 the Applicant is also known a further, generic fuel injector, wherein the receiving space for receiving the sensor element also formed as a pressure sensor element is formed by two axially adjacent components, wherein the contact surface for the pressure sensor on the side facing away from the sealing element forming component on the front side can be relatively easily revised over the entire surface or produced with the appropriate roughness and flatness. However, the use of two separate components also requires a relatively complex production.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine gegenüber dem Stand der Technik vereinfachte Konstruktion bei relativ einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Sensorelement in Form eines Kraftsensors mit wenigstens einem Dehnmesselement ausgebildet ist, und dass der Kraftsensor mit dem Dichtelement verbunden ist. Die Erfindung macht sich dabei die Idee zunutze, dass bei der Verwendung eines derartigen Dehnmesselements das Dehnmesselement auf der dem Dichtelement (Dichtmembran) gegenüberliegenden Seite nicht an einer Anlagefläche des Aufnahmeraums anliegen muss bzw. darf. Vielmehr ist für die einwandfreie Funktion des Dehnmesselements sogar ein axialer Abstand zwischen dem Dehnmesselement in dem Aufnahmeraum auf der dem Dichtelement abgewandten Seite erforderlich. Dadurch entfällt insbesondere eine besonders aufwendige Bearbeitung einer entsprechenden Anlagefläche bzw. die Notwendigkeit der Verwendung einer mehrteiligen Gehäusekonstruktion zur Ausbildung des Aufnahmeraums für das Sensorelement. Based on the illustrated prior art, the present invention seeks to further develop a fuel injector according to the preamble of claim 1 such that a comparison with the prior art simplified construction with relatively simple and inexpensive manufacturability is made possible. This object is achieved in a fuel injector with the features of claim 1, characterized in that the sensor element is designed in the form of a force sensor with at least one strain gauge, and that the force sensor is connected to the sealing element. The invention takes advantage of the idea that when using such a strain gauge the strain gauge on the sealing element (sealing membrane) opposite side does not have to abut against a contact surface of the receiving space or may. Rather, even an axial distance between the strain gauge in the receiving space on the side facing away from the sealing element is required for the proper functioning of the expansion. This eliminates in particular a particularly complex processing of a corresponding contact surface or the need to use a multi-part housing construction to form the receiving space for the sensor element.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Advantageous developments of the fuel injector according to the invention are listed in the subclaims.

Von besonderem Vorteil für die einwandfreie Funktion des Kraftstoffinjektors bzw. des Kraftsensors ist es, dass das wenigstens eine Dehnmesselement auf der dem Dichtelement gegenüberliegenden Seite mit Abstand zum Grund des sacklochartigen Aufnahmeraums angeordnet ist. Dabei ist gemeint, dass bei jeder im Betrieb auftretenden Verformung des Dichtelements, d.h. auch bei der größten anzunehmenden Verformung, das Dehnmesselement in dem Aufnahmeraum auf der dem Dichtelement gegenüberliegenden Seite den Grund des Aufnahmeraums nicht berührt bzw. kontaktiert.Of particular advantage for the proper functioning of the fuel injector or the force sensor is that the at least one strain gauge is arranged on the opposite side of the sealing element at a distance from the bottom of the blind hole-like receiving space. It is meant that any deformation of the sealing element occurring in operation, i. Even with the largest assumption of deformation, the strain gauge in the receiving space on the opposite side of the sealing element does not touch or contact the bottom of the receiving space.

In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung des Dehnmesselements ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine Dehnmesselement in Form eines Dehnmessstreifens ausgebildet ist.In a structurally preferred embodiment of the expansion measuring element, it is provided that the at least one strain gauge element is designed in the form of a strain gauge.

Ein genaueres Ergebnis der Kraftmessung sowie ein Ausgleich von Bauteiltoleranzen wird erzielt, wenn entweder zwei, um 90° zueinander versetzt angeordnete Dehnmessstreifen oder eine aus mehreren Dehnmessstreifen bestehende Dehnmessanordnung in Rosettenform vorgesehen ist. A more accurate result of the force measurement and a compensation of component tolerances is achieved if either two, arranged offset by 90 ° to each other strain gauges or a plurality of strain gauges existing strain gauge assembly is provided in rosette shape.

Eine besonders einfache und wirkungsvolle Abdichtung des Aufnahmeraums für den Kraftsensor wird erzielt, wenn das Dichtelement in Form einer scheibenförmigen Dichtmembran ausgebildet ist, die an einem radial umlaufenden Randbereich mit einem den Aufnahmeraum ausbildenden Trägerelement (Sensorplatte) verbunden ist. A particularly simple and effective sealing of the receiving space for the force sensor is achieved when the sealing element is designed in the form of a disc-shaped sealing membrane, which is connected to a radially surrounding edge region with a carrier space forming the receiving space (sensor plate).

Insbesondere wird eine zuverlässige und dichte Verbindung zwischen dem Dichtelement und dem Trägerelement (Sensorplatte) durch eine Schweißverbindung erzielt. Hierzu ist es vorgesehen, dass das Trägerelement und die Dichtmembran aus artgleichen, miteinander verschweißbaren Werkstoffen, insbesondere aus Metall, bestehen. In particular, a reliable and tight connection between the sealing element and the carrier element (sensor plate) by a Welded connection achieved. For this purpose, it is provided that the carrier element and the sealing membrane of the same type, mutually weldable materials, in particular of metal, exist.

Eine fertigungstechnisch besonders bevorzugte Verbindung zwischen dem Trägerelement und dem Dichtelement bzw. der Dichtmembran sieht vor, dass das Trägerelement auf der der Dichtmembran zugewandten Seite eine als Vertiefung ausgebildete, radial umlaufende Auflageschulter aufweist, an der die Dichtmembran axial anliegt, und dass die Verbindung zwischen der Dichtmembran und dem Trägerelement im Bereich der Auflageschulter erfolgt, vorzugsweise durch eine Laserstrahlschweißnaht.An especially preferred connection between the support element and the sealing element or the sealing membrane provides that the support element has a radially extending support shoulder on the side facing the sealing membrane, against which the sealing membrane bears axially, and that the connection between the Sealing membrane and the support element in the region of the support shoulder takes place, preferably by a laser beam weld.

Der Montageprozess einer derartigen Dichtmembran an der Auflageschulter lässt sich besonders einfach und genau durchführen, wenn der Außendurchmesser der Dichtmembran dem Durchmesser der Auflageschulter angepasst ist. Gemeint ist hierbei, dass der Außendurchmesser der Dichtmembran derartig bemessen ist, dass diese lediglich mit Montagespiel in die Vertiefung, die die Auflageschulter ausbildet, einsetzbar ist.The assembly process of such a sealing membrane on the support shoulder can be particularly simple and accurate perform when the outer diameter of the sealing membrane is adapted to the diameter of the support shoulder. What is meant here is that the outer diameter of the sealing membrane is dimensioned such that it can be used only with mounting clearance in the recess which forms the support shoulder.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Dichtelement aus Metall besteht, und dass das wenigstens eine Dehnmesselement in Dünnschichttechnik auf das Dichtelement aufgedampft ist. Eine derartige Ausbildung schafft eine besonders bei hohen Stückzahlen wirtschaftliche Fertigung des Kraftsensors und hat darüber hinaus den besonderen Vorteil, dass der Aufnahmeraum in seiner Baugröße bzw. Tiefe lediglich relativ flach ausgebildet und im Wesentlichen nur der Größe der Verformung des Dichtelements (Dichtmembran) angepasst sein muss. A further preferred embodiment of the invention provides that the sealing element consists of metal, and that the at least one strain gauge is vapor-deposited on the sealing element in thin-film technology. Such a design creates a particularly cost-effective production of the force sensor at high quantities and also has the particular advantage that the receiving space in its size or depth only relatively flat and substantially only the size of the deformation of the sealing element (sealing membrane) must be adjusted ,

Eine weitere konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Aufnahmeraum im Bereich eines Rücklaufstutzens angeordnet oder in einem Rücklaufstutzen ausgebildet ist.Another structurally preferred embodiment of the invention provides that the receiving space is arranged in the region of a return pipe or formed in a return pipe.

Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass an dem Dichtelement auf der dem wenigstens einen Dehnmesselement gegenüberliegenden Seite ein stiftförmiges Übertragungselement anliegt, das mit einem Magnetanker verbunden ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass über eine Bewegung des Magnetankers, die über das stiftförmige Element auf das Dichtelement (Dichtmembran) übertragen wird, auf eine Bewegung des Einspritzglieds (Düsennadel) geschlossen wird. In addition, it is provided that on the sealing element on the opposite side of the at least one Dehnmesselement a pin-shaped transmission element is applied, which is connected to a magnet armature. In other words, this means that a movement of the magnet armature, which is transmitted via the pin-shaped element on the sealing element (sealing membrane), a movement of the injection member (nozzle needle) is closed.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.

Diese zeigt in:This shows in:

1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor, 1 a longitudinal section through a fuel injector according to the invention,

2 einen Teilbereich des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors gemäß 1 in einer Zusammenbaudarstellung, ebenfalls im Längsschnitt und 2 a portion of the fuel injector according to the invention 1 in an assembly drawing, also in longitudinal section and

3 eine von mehreren möglichen Anordnungen von Dehnmessstreifen im Bereich eines als Dichtmembran ausgebildeten Membranelements zur Abdichtung eines Aufnahmeraums für einen Drucksensor in Draufsicht. 3 One of several possible arrangements of strain gauges in the region of a membrane element designed as a sealing membrane for sealing a receiving space for a pressure sensor in plan view.

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.

Der in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor 10 ist Bestandteil eines Common-Rails-Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein Injektorgehäuse 11 auf, das auf der dem nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Seite einen Düsenkörper 12 umfasst. Der zylindrisch ausgebildete Düsenkörper 12 weist eine Ausnehmung 13 auf, in der eine Düsennadel 15 entlang einer Längsachse 16 des Injektorgehäuses 11 auf- und abbeweglich angeordnet ist, um am Grund bzw. in der Wand des Düsenkörpers 12 ausgebildete Einspritzöffnungen 17 zu verschließen bzw. freizugeben. The Indian 1 illustrated fuel injector according to the invention 10 is part of a common rail injection system for injecting fuel into the combustion chamber, in particular a self-igniting internal combustion engine. The fuel injector 10 has an injector housing 11 on, on the non-illustrated combustion chamber of the internal combustion engine side facing a nozzle body 12 includes. The cylindrically shaped nozzle body 12 has a recess 13 on, in which a nozzle needle 15 along a longitudinal axis 16 of the injector housing 11 is arranged to move up and down to the bottom or in the wall of the nozzle body 12 trained injection ports 17 to close or release.

Die den Einspritzöffnungen 17 abgewandte Seite der Ausnehmung 13 des Düsenkörpers 12 ist von einem Ventilstück 18 verschlossen, so dass die Ausnehmung 13 einen Hochdruckraum 20 bzw. Hochdruckbereich für den Kraftstoff ausbildet. Der Hochdruckraum 20 ist über einen in dem Injektorgehäuse 11 ausgebildeten Versorgungskanal 21 und eine Kraftstoffversorgungsleitung 22 insbesondere mit einem als Rail ausgebildeten Speicherelement 23 verbunden, in dem sich unter Hochdruck stehender Kraftstoff (gemeint ist ein Kraftstoffdruck von beispielsweise 2000bar oder mehr) befindet, der zur Versorgung des Hochdruckraums 20 dient.The injection ports 17 opposite side of the recess 13 of the nozzle body 12 is from a valve piece 18 closed, leaving the recess 13 a high pressure room 20 or high-pressure area for the fuel is formed. The high pressure room 20 is about one in the Injektorgehäuse 11 trained supply channel 21 and a fuel supply line 22 in particular with a trained as a rail memory element 23 connected in which high-pressure fuel (meaning a fuel pressure of, for example, 2000 bar or more) is located, which is to supply the high-pressure chamber 20 serves.

Die Düsennadel 15 ist innerhalb des Hochdruckraums 20 auf der den Einspritzöffnungen 17 abgewandten Seite mit einem axialen Endbereich 25 radial in einer Ausnehmung des Ventilstücks 18 geführt, wobei von der Ausnehmung ein volumenveränderbarer Steuerraum 26 ausgebildet wird. Der Steuerraum 26 ist über eine Kraftstoffzuführbohrung mit darin angeordneter Zulaufdrossel 27 mit dem Hochdruckraum 20 verbunden. Im Hochdruckraum 20 weist die Düsennadel 15 einen Absatz 28 auf, gegen den sich eine Schließfeder 30 mit einer Stirnseite abstützt, während die dem Absatz 28 gegenüberliegende Stirnseite der Schließfeder 30 an der Unterseite 31 des Ventilstücks 18 anliegt. The nozzle needle 15 is inside the high pressure room 20 on the injection ports 17 opposite side with an axial end portion 25 radially in a recess of the valve piece 18 guided, wherein of the recess a volume variable control chamber 26 is trained. The control room 26 is via a Kraftstoffzuführbohrung with therein arranged inlet throttle 27 with the high pressure room 20 connected. In the high pressure room 20 has the nozzle needle 15 a paragraph 28 on, against which a closing spring 30 with a Front end supports while the paragraph 28 opposite end face of the closing spring 30 on the bottom 31 of the valve piece 18 is applied.

Der Düsenkörper 12 ist radial von einem hülsenförmigen Haltekörper 34 umfasst, der auf nicht dargestellte an sich bekannte Art und Weise beispielsweise mittels einer Düsenspannmutter mit dem Düsenkörper 12 druckdicht verbunden ist. Innerhalb des Haltekörpers 34 ist ein Sicherungsring 36 angeordnet, der über eine an dem Haltekörper 34 ausgebildete Gewindeverbindung das Ventilstück 18 axial gegen die dem Ventilstück 18 zugewandte Stirnfläche des Düsenkörpers 12 verspannt. Das Ventilstück 18 weist in der Längsachse 16 eine Ablaufbohrung 38 auf, in der eine Ablaufdrossel 39 angeordnet ist. Die Ablaufbohrung 38 mündet auf der dem Steuerraum 26 gegenüberliegenden Seite in einer konisch ausgebildeten Sitzfläche 41. Die Sitzfläche 41 wirkt mit einem Ventilelement in Form einer Ventilhülse 42 zusammen, die in der in der 1 dargestellten abgesenkten Stellung einen Dichtsitz mit der Sitzfläche 41 ausbildet. Die Ventilhülse 42 ist in einem Führungsstück 43 radial geführt und in Richtung der Längsachse 16 auf- und abbeweglich angeordnet. Das Führungsstück 43 umgibt die Ventilhülse 42 auf der dem Ventilstück 18 gewandten Seite mit radialem Abstand. Der Haltekörper 34 bildet einen Niederdruckraum 45 aus, der bei von der Sitzfläche 41 abgehobener Ventilhülse 42 über mehrere Ablaufbohrungen 46 und die Ablaufbohrung 38 hydraulisch mit dem Steuerraum 26 verbunden ist. The nozzle body 12 is radially from a sleeve-shaped holding body 34 comprises, in a manner not shown per se known manner, for example by means of a nozzle lock nut with the nozzle body 12 pressure-tight connected. Inside the holding body 34 is a circlip 36 arranged, which has one on the holding body 34 trained threaded connection the valve piece 18 axially against the valve piece 18 facing end face of the nozzle body 12 braced. The valve piece 18 points in the longitudinal axis 16 a drain hole 38 on, in which an outlet throttle 39 is arranged. The drain hole 38 flows into the control room 26 opposite side in a conically shaped seat 41 , The seat 41 acts with a valve element in the form of a valve sleeve 42 together in the in the 1 illustrated lowered position a sealing seat with the seat 41 formed. The valve sleeve 42 is in a leadership piece 43 guided radially and in the direction of the longitudinal axis 16 arranged up and down movable. The leader 43 surrounds the valve sleeve 42 on the valve piece 18 facing side with radial distance. The holding body 34 forms a low pressure room 45 out from the seat 41 lifted valve sleeve 42 over several drainage holes 46 and the drain hole 38 hydraulically with the control room 26 connected is.

Die dem Ventilstück 18 abgewandte Stirnseite der Ventilhülse 42 ist mit einer Ankerplatte 48 eines Magnetankers wirkverbunden angeordnet, die mit einer in einem Magnetkern 49 angeordneten Magnetspule 50 zusammenwirkt. Die Ankerplatte 48 weist eine Durchgangsbohrung 52 auf, die von einem stiftförmigen Übertragungselement 55 durchsetzt ist, das in einer Durchgangsbohrung 56 der Ventilhülse 42 zumindest im Wesentlichen leckagefrei geführt ist, und das in Richtung der Längsachse 16, abhängig von dem an der Stirnfläche 57 anliegenden Druck des Kraftstoffs, auf- und abbeweglich angeordnet ist.The valve piece 18 opposite end face of the valve sleeve 42 is with an anchor plate 48 a magnet armature operatively connected to one in a magnetic core 49 arranged magnetic coil 50 interacts. The anchor plate 48 has a through hole 52 on, by a pin-shaped transmission element 55 interspersed, that in a through hole 56 the valve sleeve 42 at least substantially leak-free, and that in the direction of the longitudinal axis 16 , depending on the front surface 57 applied pressure of the fuel, is arranged movable up and down.

Auf der der Ankerplatte 48 gegenüberliegenden Seite des Magnetkerns 49 ist dieser beispielhaft von der Federkraft einer Tellerfeder 58 kraftbeaufschlagt, die den Magnetkern 49 axial gegen eine radial umlaufende Schulter 59 des Haltekörpers 34 drückt. Der Magnetkern 49 weist eine Durchgangsbohrung 61 auf, in der eine weitere Schließfeder 62 angeordnet ist, die mit ihrer einen Stirnseite an der Ankerplatte 48, und mit ihrer anderen Stirnseite an einer Sensorplatte 65 anliegt, und die die Ankerplatte 48 sowie die mit der Ankerplatte 48 wirkverbundene Ventilhülse 42 in Richtung der Sitzfläche 41 kraftbeaufschlagt. On the anchor plate 48 opposite side of the magnetic core 49 this is an example of the spring force of a diaphragm spring 58 energized the magnetic core 49 axially against a radially circumferential shoulder 59 of the holding body 34 suppressed. The magnetic core 49 has a through hole 61 on, in which another closing spring 62 is arranged, with its one end face on the anchor plate 48 , and with its other end on a sensor plate 65 rests, and the anchor plate 48 as well as with the anchor plate 48 Actively connected valve sleeve 42 in the direction of the seat 41 with force.

Die sich auf der der Ankerplatte 48 gegenüberliegenden Seite des Magnetkerns 49 anschließende, aus Metall bestehende Sensorplatte 65 bildet ein Trägerelement aus, das sich ebenfalls im Niederdruckbereich bzw. im Niederdruckraum 45 befindet. Die Sensorplatte 65 weist konzentrisch zur Längsachse 16 eine sacklochförmige Ausnehmung 66 auf, die auf der der Ankerplatte 48 zugewandten Seite einen Bereich mit einem vergrößerten Durchmesser hat, der eine radial umlaufende Auflageschulter 68 ausbildet. Die einen Aufnahmeraum ausbildende Ausnehmung 66 ist mittels eines metallischen Dichtelements in Form einer (elastisch verformbaren) Dichtmembran 69 verschlossen, wie insbesondere anhand der 2 erkennbar ist. Hierbei ist der Durchmesser der kreisförmig ausgebildeten Dichtmembran 69 derart auf den (Innen-)Durchmesser der Ausnehmung 66 angepasst, dass die Dichtmembran 69 in die Ausnehmung 66 mit lediglich geringem radialem Montagespiel in dem Bereich des größeren Durchmessers der Ausnehmung 66 montierbar ist und axial an der Auflageschulter 68 aufliegt, wobei die der Ankerplatte 48 zugewandte Außenseite 71 der Dichtmembran 69 vorzugsweise bündig mit der Unterseite 72 der Sensorplatte 65 abschließt. Zur Ausbildung einer dichten Verbindung zwischen der Dichtmembran 69 und der Sensorplatte 65 ist die Dichtmembran 69 im Bereich der Auflageschulter 68 mittels einer radial umlaufenden Schweißnaht (nicht dargestellt), insbesondere mit einer Laserstrahlschweißnaht verbunden. Which is on the anchor plate 48 opposite side of the magnetic core 49 subsequent metal sensor plate 65 forms a carrier element, which is also in the low pressure region or in the low pressure space 45 located. The sensor plate 65 has concentric to the longitudinal axis 16 a blind hole-shaped recess 66 on top of the anchor plate 48 facing side has an area with an enlarged diameter, which has a radially encircling support shoulder 68 formed. The recess forming a receiving space 66 is by means of a metallic sealing element in the form of a (elastically deformable) sealing membrane 69 closed, in particular on the basis of 2 is recognizable. Here, the diameter of the circular sealing membrane 69 such on the (inner) diameter of the recess 66 adapted that the sealing membrane 69 into the recess 66 with only a small radial mounting clearance in the region of the larger diameter of the recess 66 is mountable and axially on the support shoulder 68 rests, wherein the anchor plate 48 facing outside 71 the sealing membrane 69 preferably flush with the underside 72 the sensor plate 65 concludes. To form a tight connection between the sealing membrane 69 and the sensor plate 65 is the sealing membrane 69 in the area of the support shoulder 68 by means of a radially circumferential weld (not shown), in particular connected to a laser beam weld.

Innerhalb der Ausnehmung 66 der Sensorplatte 65 ist ein Kraftsensor 75 angeordnet, der zur zumindest mittelbaren Erfassung des Drucks des Kraftstoffs im Hochdruckraum 20 bzw. zur Erfassung der Bewegung der Düsennadel 15 dient, die entweder unmittelbar mit der Dichtmembran 69 oder wie im Ausführungsbeispiel über das Übertragungselement 55 in Wirkverbindung mit der Dichtmembran 69 angeordnet ist. Inside the recess 66 the sensor plate 65 is a force sensor 75 arranged for at least indirectly detecting the pressure of the fuel in the high-pressure chamber 20 or for detecting the movement of the nozzle needle 15 which serves either directly with the sealing membrane 69 or as in the embodiment via the transmission element 55 in operative connection with the sealing membrane 69 is arranged.

Erfindungswesentlich ist die spezifische Anordnung bzw. Ausbildung des Kraftsensors 75 in der Ausnehmung 66 der Sensorplatte 65. Erfindungsgemäß ist es dabei vorgesehen, dass der Kraftsensor 75 aus wenigstens einem Dehnmesselement in Form eines Dehnmessstreifens 77 besteht. Der Dehnmessstreifen 77 ist dabei bevorzugt in Dünnschichttechnik auf die zugewandte Seite der Dichtmembran 69 an einer Anlagefläche der Dichtmembran 69 aufgedampft.Essential to the invention is the specific arrangement or design of the force sensor 75 in the recess 66 the sensor plate 65 , According to the invention, it is provided that the force sensor 75 from at least one strain gauge in the form of a strain gauge 77 consists. The strain gauge 77 is preferred in thin-film technology on the facing side of the sealing membrane 69 on a contact surface of the sealing membrane 69 evaporated.

Alternativ ist der wenigstens eine Dehnmessstreifen 77 auf sonstige geeignete Art und Weise, abhängig von der Ausführung des Dehnmessstreifens 77, mit der Dichtmembran 69 verbunden. Alternatively, the at least one strain gauge 77 in any other suitable manner, depending on the design of the strain gauge 77 , with the sealing membrane 69 connected.

Vorzugsweise ist der Kraftsensor 75 jedoch in Form zweier, um 90° (in Bezug zur Längsachse 16) zueinander versetzt angeordneter Dehnmessstreifen 77 ausgebildet oder aber, entsprechend der 3, in Form mehrerer, im dargestellten Ausführungsbeispiel in Form von drei, in ihrer Winkellage um die gemeinsame Längsachse 16 versetzt zueinander angeordneter Dehnmessstreifen 77a bis 77c in Rosettenform. Wesentlich ist darüber hinaus, dass die Ausnehmung 66 mit ihrem Grund 78 eine derartige Tiefe aufweist, dass selbst bei maximal angehobener Düsennadel 15 bzw. maximal angehobenem Übertragungselement 55 die dem Grund 78 zugewandten Flächen des bzw. der Dehnmessstreifen(s) 77, 77a bis 77c vorzugsweise noch nicht in Kontakt mit dem Grund 78 sind bzw. lediglich in einem derartigen Anlagekontakt, dass das Messergebnis der Dehnmessstreifen 77, 77a bis 77c, hervorgerufen durch die Verformung der Dichtmembran 69, nicht verfälscht wird. Preferably, the force sensor 75 however, in the form of two, by 90 ° (in relation to the longitudinal axis 16 ) mutually staggered strain gauges 77 trained or but, according to the 3 , in the form of several, in the illustrated embodiment in the form of three, in its angular position about the common longitudinal axis 16 mutually offset strain gauges 77a to 77c in rosette shape. It is essential, moreover, that the recess 66 with their reason 78 has such a depth that even at maximum raised nozzle needle 15 or maximum lifted transmission element 55 the reason 78 facing surfaces of the strain gauge (s) 77 . 77a to 77c preferably still not in contact with the ground 78 are or only in such a contact, that the measurement result of the strain gauges 77 . 77a to 77c , caused by the deformation of the sealing membrane 69 , is not distorted.

Auf der dem Magnetkern 49 gegenüberliegenden Seite der Sensorplatte 65 ist diese mit einem Rücklaufstutzen 80 verbunden. Der Rücklaufstutzen 80 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Teilen, einem plattenförmigen Gehäuseteil 81 und einem hülsenförmigen Stutzenelement 82, wobei das Gehäuseteil 81 und das Stutzenelement 82 durch eine ringförmig umlaufende Schweißnaht 83, insbesondere eine Laserschweißnaht, druck- und mediendicht miteinander verbunden sind. In dem Stutzenelement 82 ist konzentrisch zur Längsachse 16 eine Rücklaufbohrung 84 ausgebildet, die über eine Rücklaufleitung 85 Verbindung mit einem Rücklaufbehälter 86 (Kraftstofftank) hat. Sowohl in der Sensorplatte 65 als auch zumindest in dem Gehäuseteil 81 sind beispielsweise durch spanende Fertigungsverfahren ausgebildete Schlitze bzw. Durchbrüche 87, 88 zur Durchführung elektrischer Anschlussleitungen 91, 92 der Magnetspule 50 bzw. der Dehnmessstreifen 77, 77a bis 77c angeordnet. Die Anschlussleitungen 91, 92 sind elektrisch mit einem in der 1 nicht dargestellten Anschlussstecker verbunden, der beispielsweise als eine aus Kunststoff bestehende Umspritzung des Rücklaufstutzens 80 ausgebildet ist. On the magnetic core 49 opposite side of the sensor plate 65 this is with a return pipe 80 connected. The return pipe 80 consists in the illustrated embodiment of two parts, a plate-shaped housing part 81 and a sleeve-shaped nozzle element 82 , wherein the housing part 81 and the nozzle element 82 by an annular circumferential weld 83 , In particular, a laser weld, pressure and media density are connected together. In the nozzle element 82 is concentric to the longitudinal axis 16 a return bore 84 formed by a return line 85 Connection with a return tank 86 (Fuel tank) has. Both in the sensor plate 65 as well as at least in the housing part 81 For example, formed by machining manufacturing slots or breakthroughs 87 . 88 for the implementation of electrical connection cables 91 . 92 the solenoid 50 or the strain gauge 77 . 77a to 77c arranged. The connecting cables 91 . 92 are electric with one in the 1 not shown connector connected, for example, as an existing plastic encapsulation of the return pipe 80 is trained.

Die Sensorplatte 65 und das Gehäuseteil 81 sind von einem gemeinsamen, in Bezug zur Längsachse 16 schräg angeordneten Rücklaufkanal 93 durchsetzt, der einerseits Verbindung mit dem Niederdruckraum 45 des Injektorgehäuses 11, und andererseits mit der Rücklaufbohrung 84 im Stutzenelement 82 hat. The sensor plate 65 and the housing part 81 are of a common, in relation to the longitudinal axis 16 obliquely arranged return channel 93 interspersed, on the one hand connection with the low pressure space 45 of the injector housing 11 , and on the other hand with the return bore 84 in the nozzle element 82 Has.

An dem Gehäuseteil 81 ist an seinem Außenumfang eine radial umlaufende Halteschulter 95 ausgebildet, die in Wirkverbindung mit einer Überwurfmutter 96 angeordnet ist, welche wiederum über ein an der Überwurfmutter 96 ausgebildetes Innengewinde 97 mit einem dem Haltekörper 34 ausgebildeten Außengewinde 98 zusammenwirkt. Mittels der Überwurfmutter 96 lässt sich der aus der Sensorplatte 65 und dem Rücklaufstutzen 80 bestehende Bauteileverbund axial in Richtung des Magnetkerns 49 verspannen.On the housing part 81 is on its outer circumference a radially encircling retaining shoulder 95 formed, in operative connection with a union nut 96 is arranged, which in turn via a on the union nut 96 trained internal thread 97 with a holding body 34 trained external thread 98 interacts. By means of the union nut 96 can be removed from the sensor plate 65 and the return pipe 80 existing component assembly axially in the direction of the magnetic core 49 tense.

Die Funktionsweise des Kraftstoffinjektors 10 erfolgt auf an sich bekannte und daher im Folgenden lediglich kurz erläuterte Art und Weise: Bei nicht bestromter Magnetspule 50 wird die Düsennadel 15 von der Federkraft der Schließfeder 30 gegen einen in dem Düsenkörper 12 ausgebildeten Dichtsitz gedrückt, so dass die Einspritzöffnungen 17 verschlossen sind. Gleichzeitig wird die Ventilhülse 42 von der Federkraft der Schließfeder 62 gegen die Sitzfläche 41 gedrückt. Bei einer Bestromung des Elektromagneten 50 wird die Ankerplatte 48 in Richtung der Magnetspule 50 entgegen der Federkraft der Schließfeder 62 gezogen. Dabei hebt die Ventilhülse 42 von der Sitzfläche 41 ab, so dass in dem Steuerraum 26 befindlicher Kraftstoff über die Ablaufbohrung 38 in den Niederdruckraum 45, von dort über die Ablaufbohrungen 46 in die Rücklaufbohrung 84 gelangt und dadurch in den Rücklaufbehälter 86 zurückfließen kann. Durch den reduzierten Druck im Steuerraum 26 nimmt die auf die Düsennadel 15 wirkende Schließkraft ab, so dass diese von ihrem Dichtsitz am Düsenkörper 12 abhebt und die Einspritzöffnungen 17 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine freigibt. Wesentlich dabei ist, dass der in dem Steuerraum 26 herrschende Druck des Kraftstoffs über die Ablaufbohrung 38 immer an dem Übertragungselement 55 anliegt, welches seinerseits wiederum zumindest mittelbar mit dem Kraftsensor 75 bzw. dessen Dehnmessstreifen 77, 77a bis 77c wirkverbunden angeordnet ist. Dadurch erfasst der Kraftsensor 75 (über eine entsprechende Auswerteschaltung) stets den in dem Steuerraum 26 herrschenden Druck des Kraftstoffs, wodurch auf den Druck im Hochdruckraum 20 bzw. zumindest indirekt auf die Stellung der Düsennadel 15 geschlossen werden kann. The operation of the fuel injector 10 takes place in a known per se and therefore only briefly explained in the following manner: When magnet coil is not energized 50 becomes the nozzle needle 15 from the spring force of the closing spring 30 against one in the nozzle body 12 Pressed trained sealing seat, so that the injection openings 17 are closed. At the same time the valve sleeve 42 from the spring force of the closing spring 62 against the seat 41 pressed. When energizing the electromagnet 50 becomes the anchor plate 48 in the direction of the magnetic coil 50 against the spring force of the closing spring 62 drawn. This raises the valve sleeve 42 from the seat 41 off, leaving in the control room 26 located fuel through the drain hole 38 in the low pressure room 45 , from there via the drainage holes 46 in the return bore 84 passes and thereby into the return tank 86 can flow back. Due to the reduced pressure in the control room 26 takes the on the nozzle needle 15 acting closing force, so that these from their sealing seat on the nozzle body 12 takes off and the injection openings 17 for injecting fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine releases. It is essential that the in the control room 26 prevailing pressure of the fuel through the drain hole 38 always on the transmission element 55 in turn, which in turn, at least indirectly with the force sensor 75 or its strain gauges 77 . 77a to 77c is arranged operatively connected. As a result, the force sensor detects 75 (via a corresponding evaluation circuit) always in the control room 26 prevailing pressure of the fuel, reducing the pressure in the high-pressure chamber 20 or at least indirectly to the position of the nozzle needle 15 can be closed.

Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise auch denkbar, den Kraftsensor 75 bei direkt gesteuerten Kraftstoffinjektoren 10 einzusetzen, bei denen die Betätigung der Düsennadel 15 unmittelbar über einen mit der Düsennadel 15 verbundenen Anker eines Elektromagneten erfolgt. Weiterhin ist es denkbar, die Sensorplatte 65 als scheibenförmiges Einlegeteil auszubilden, das in einen Rücklaufstutzen 80 einlegbar ist. In diesem Fall ist das Gehäuseteil 81 mit einer entsprechenden Ausnehmung für die Sensorplatte 65 ausgebildet.The fuel injector described so far 10 can be modified or modified in many ways without departing from the spirit of the invention. For example, it is also conceivable to use the force sensor 75 with directly controlled fuel injectors 10 use in which the operation of the nozzle needle 15 directly over one with the nozzle needle 15 connected armature of an electromagnet takes place. Furthermore, it is conceivable, the sensor plate 65 form as a disk-shaped insert, which in a return pipe 80 can be inserted. In this case, the housing part 81 with a corresponding recess for the sensor plate 65 educated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010044012 A1 [0002]
DE 102013220032 A1 [0003]

Claims

Fuel injector ( 10 ), in particular common-rail injector for self-igniting internal combustion engines, with an injector housing ( 11 ), in which in a low pressure area ( 45 ) a sensor element for at least indirectly detecting one in a high-pressure region ( 20 ) is arranged, wherein the sensor element on the high pressure area ( 20 ) facing away from an elastically deformable sealing element ( 69 ) in operative connection with the sealing element ( 69 ) is arranged and wherein the sealing element ( 69 ) a recording room ( 66 ) seals for the sensor element, characterized in that the sensor element in the form of a force sensor ( 75 ) is formed with at least one strain gauge, and that the force sensor ( 75 ) with the sealing element ( 69 ) connected is.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the at least one strain gauge on the the sealing element ( 69 ) opposite side with distance to the ground ( 78 ) of the blind-hole-like receiving space ( 66 ) is arranged.

Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one strain gauge in the form of a strain gauge ( 77 ; 77a to 77c ) is trained.

Fuel injector according to claim 3, characterized in that two offset by 90 ° to each other arranged strain gauges ( 77 ) or multiple strain gauges ( 77a to 77c ) are provided in rosette form.

Fuel injector according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sealing element ( 69 ) is formed in the form of a disc-shaped sealing membrane, which at a radially peripheral edge region with a receiving space ( 66 ) forming carrier element ( 65 ) connected is.

Fuel injector according to claim 5, characterized in that the carrier element ( 65 ) and the sealing element ( 69 ) consist of similar, mutually weldable materials, in particular of metal.

Fuel injector according to claim 5 or 6, characterized in that the carrier element ( 65 ) on the sealing element ( 69 ) facing side formed as a recess, radially encircling support shoulder ( 68 ), on which the sealing element ( 69 ) axially abuts, and that the connection between the sealing element ( 69 ) and the carrier element ( 65 ) in the region of the support shoulder ( 68 ), preferably by a laser beam weld.

Fuel injector according to claim 7, characterized in that the outer diameter of the sealing element ( 69 ) the diameter of the support shoulder ( 68 ) is adjusted.

Fuel injector according to one of claims 1 to 8, characterized in that the sealing element ( 69 ) consists of metal and that the at least one strain gauge in thin-film technology on the sealing element ( 69 ) is evaporated.

Fuel injector according to one of claims 1 to 9, characterized in that the receiving space ( 66 ) in the region of a return pipe ( 80 ) or in a return pipe ( 80 ) is trained.

Fuel injector according to one of claims 1 to 10, characterized in that on the sealing element ( 69 ) on the at least one strain gauge opposite side of a pin-shaped transmission element ( 55 ), which is connected to a magnet armature ( 48 ) connected is.