DE102015209505A1 - fuel injector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (1) einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Düsennadel (2), die zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung (3) in einer Hochdruckbohrung (4) eines Düsenkörpers (5) hubbeweglich aufgenommen ist, ferner umfassend eine ringförmige Magnetspule (6) zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker (7), der über einen Ankerschaft (8) mit der Düsennadel (2) hydraulisch koppelbar ist. Erfindungsgemäß besitzt eine der Düsennadel (2) zugewandte Stirnfläche (A1, A2) des Ankerschafts (8) oder eines mit dem Ankerschaft (8) verbundenen Kontaktelements (9) mindestens eine Erhebung (10) zur Kontaktierung einer den unteren Hubanschlag für den Anker (7) ausbildenden Anschlagfläche (11), so dass die Stirnfläche (A1, A2) mit der Anschlagfläche (11) einen Quetschspalt (12) ausbildend zusammenwirkt.The invention relates to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber (1) of an internal combustion engine, comprising a nozzle needle (2) which is received for lifting and closing at least one injection port (3) in a high-pressure bore (4) of a nozzle body (5) , further comprising an annular magnetic coil (6) for acting on a liftable armature (7), which is hydraulically coupled via an armature shaft (8) with the nozzle needle (2). According to the invention, one of the nozzle needle (2) facing end face (A1, A2) of the armature shaft (8) or a contact element (9) connected to the armature shaft (8) has at least one elevation (10) for contacting a lower stroke stop for the armature (7 ) forming stop surface (11), so that the end face (A1, A2) with the stop surface (11) cooperating forming a nip (12).
Description
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine having the features of the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Aus der Offenlegungsschrift
Bei Kraftstoffinjektoren der vorstehend genannten Art sind die Schließkräfte vergleichsweise gering. Dies hat zur Folge, dass der Anker beim Schließen zum Prellen neigt. Das heißt, dass er nach dem Anschlagen an dem Einspritzventilglied zurückschwingt und der Kontakt zum Einspritzventilglied verloren geht, so dass dieses nicht vollständig zurückgestellt wird. Dies wiederum führt zu Mengenabweichungen, die es zu vermeiden gilt. Besonders nachteilig wirkt sich das Prellen des Ankers bei Mehrfacheinspritzungen aus, das heißt bei Einspritzungen, die in unterschiedlichen Zeitabständen aufeinander folgen.In fuel injectors of the type mentioned above, the closing forces are comparatively low. This has the consequence that the anchor tends to bounce when closing. This means that it swings back after striking the injection valve member and the contact with the injection valve member is lost, so that it is not completely reset. This in turn leads to quantity deviations, which must be avoided. The bouncing of the armature is particularly disadvantageous in the case of multiple injections, that is to say in the case of injections which follow one another at different time intervals.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Krafstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine anzugeben, der gegenüber dem Stand der Technik ein stabileres Schließverhalten und somit eine höhere Einspritzgenauigkeit besitzt.Based on the above-mentioned prior art, the present invention seeks to provide a Krafstoffinjektor for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, which has over the prior art, a more stable closing behavior and thus a higher injection accuracy.
Zur Lösung der Aufgabe wird der Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.To achieve the object of the fuel injector with the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst eine Düsennadel, die zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung in einer Hochdruckbohrung eines Düsenkörpers hubbeweglich aufgenommen ist. Ferner umfasst der Kraftstoffinjektor eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker, der über einen Ankerschaft mit der Düsennadel hydraulisch koppelbar ist. Erfindungsgemäß besitzt eine der Düsennadel zugewandte Stirnfläche des Ankerschafts oder eines mit dem Ankerschaft verbundenen Kontaktelements mindestens eine Erhebung zur Kontaktierung einer den unteren Hubanschlag für den Anker ausbildenden Anschlagfläche, so dass die Stirnfläche mit der Anschlagfläche einen Quetschspalt ausbildend zusammenwirkt.The fuel injector proposed for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises a nozzle needle, which is received in a liftable manner for releasing and closing at least one injection opening in a high-pressure bore of a nozzle body. Furthermore, the fuel injector comprises an annular magnetic coil for acting on a liftable armature, which is hydraulically coupled via an armature shaft with the nozzle needle. According to the invention, one of the nozzle needle facing end face of the armature shaft or connected to the armature shaft contact element has at least one elevation for contacting a lower stroke stop for the armature forming abutment surface, so that the end face cooperates with the stop surface forming a nip.
Die Ausbildung eines Quetschspalts bewirkt eine Dämpfung der Ankerbewegung kurz vor Erreichen der den unteren Hubanschlag ausbildenden Anschlagfläche. Denn im Bereich des Quetschspalts bildet sich ein dämpfendes Fluidkissen aus. Die Dämpfung der Ankerbewegung führt zu einer verringerten kinetischen Energie beim Aufschlagen des Ankers auf der Anschlagfläche, so dass die Prellneigung des Ankers geringer ist. Dies wirkt sich insbesondere als Vorteil bei Mehrfacheinspritzungen aus, da der Anker bereits vor Einleitung einer nachfolgenden Einspritzung wieder seine Ausgangslage eingenommen hat.The formation of a squeezing gap causes a damping of the armature movement shortly before reaching the lower stroke stop forming abutment surface. Because in the area of the squeezing gap forms a damping fluid cushion. The damping of the armature movement leads to a reduced kinetic energy when striking the armature on the stop surface, so that the bounce of the armature is lower. This in particular has the advantage of multiple injections, since the armature has already returned to its starting position before initiating a subsequent injection.
Die Erhebung der Stirnfläche des Ankerschafts bzw. des mit dem Ankerschaft verbundenen Kontaktelements weist den Vorteil auf, dass die Kontaktfläche des Ankers mit der als unterer Hubanschlag dienenden Anschlagfläche reduziert wird. Dies wirkt hydraulischen Klebeeffekten entgegen, so dass die erforderliche Öffnungskraft bzw. der zum Öffnen erforderliche Energiebedarf weitgehend unverändert bleibt.The elevation of the end face of the armature shaft or the contact element connected to the armature shaft has the advantage that the contact surface of the armature is reduced with the abutment surface serving as a lower stroke stop. This counteracts hydraulic adhesive effects, so that the required opening force or the energy required for opening remains largely unchanged.
Besitzt die der Düsennadel zugewandte Stirnfläche des Ankerschafts oder des mit dem Ankerschaft verbundenen Kontaktelements eine einzige Erhebung, ist diese bevorzugt zentral, das heißt mittig in Bezug auf die jeweilige Stirnfläche, angeordnet. Diese Maßnahme verhindert, dass beim Anschlagen bzw. Kontaktieren der Anschlagfläche Querkräfte auf den Anker einwirken.If the end face of the armature shaft facing the nozzle needle or the contact element connected to the armature shaft has a single projection, this is preferably arranged centrally, that is to say centrally with respect to the respective end face. This measure prevents when striking or contacting the abutment surface transverse forces acting on the armature.
Alternativ können auch mehrere Erhebungen zur Kontaktierung der den unteren Hubanschlag ausbildenden Anschlagfläche vorgesehen sein, die dann bevorzugt dezentral angeordnet sind. Vorzugsweise sind die mehreren dezentralen Erhebungen in gleichem Winkelabstand zueinander und/oder in gleichem radialen Abstand bezogen auf die Mitte der jeweiligen Stirnfläche angeordnet. Auch diese Maßnahmen dienen – jeweils allein oder in Kombination – der Vermeidung von auf den Anker einwirkenden Querkräften. Denn die mehreren Erhebungen bewirken eine möglichst gleichmäßige Kraftverteilung.Alternatively, it is also possible to provide a plurality of elevations for contacting the stop surface forming the lower stroke stop, which are then preferably arranged in a decentralized manner. Preferably, the plurality of decentralized elevations are arranged at the same angular distance from one another and / or at the same radial distance relative to the center of the respective end face. These measures also serve - in each case alone or in combination - to avoid lateral forces acting on the armature. Because the several surveys cause a uniform distribution of force.
Die die mindestens eine Erhebung aufweisende Stirnfläche des Ankerschafts oder eines mit dem Ankerschaft verbundenen Kontaktelements ist vorzugsweise eben ausgeführt. Vorteilhafterweise ist sie im Wesentlichen parallel zur Anschlagfläche ausgerichtet, mit der sie einen Quetschspalt ausbildend zusammenwirkt.The at least one elevation having end face of the armature shaft or a contact element connected to the armature shaft is preferably made flat. Advantageously, it is aligned substantially parallel to the stop surface, with which it cooperates forming a nip.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die den unteren Hubanschlag für den Anker ausbildende Anschlagfläche eine Stirnfläche der Düsennadel. Das heißt, dass die Düsennadel zugleich als unterer Hubanschlag für den Anker dient. Alternativ kann die Anschlagfläche auch eine Stirnfläche eines in die Düsennadel eingesetzten Anschlagelements sein. In diesem Fall bildet das Anschlagelement den unteren Hubanschlag für den Anker aus. Durch Vorsehen eines separaten Anschlagelements kann die Ausrichtung der Anschlagfläche in Bezug auf den Anker optimiert werden. Die Ausrichtung kann einmalig bei der Montage erfolgen, um beispielsweise Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen auszugleichen.According to a preferred embodiment of the invention, the abutment surface forming the lower stroke stop for the armature is an end face of the nozzle needle. This means that the nozzle needle also serves as a lower stroke stop for the anchor. Alternatively, the stop surface may also be an end face of a stop element inserted into the nozzle needle. In this case, the stop element forms the lower stroke stop for the anchor. By providing a separate stop member, the alignment of the stop surface with respect to the anchor can be optimized. The alignment can be done once during assembly, for example, to compensate for manufacturing and / or assembly tolerances.
Um ein automatisches Ausrichten der Anschlagfläche in Bezug auf den Anker bei jedem Anschlagen zu ermöglichen, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass das in die Stirnfläche der Düsennadel eingesetzte Anschlagelement teilkugelförmig ausgebildet und in eine vorzugsweise teilkugelförmige Ausnehmung der Düsennadel eingesetzt ist. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, dass die Anschlagfläche gegenüber einer (gedachten) Radialebene kippbar ist und sich bei exzentrischer Belastung automatisch ausrichtet. Das heißt, dass in diesem Fall die Stirnfläche des Ankerschafts oder des mit dem Ankerschaft verbundenen Kontaktelements idealerweise mehrere dezentral angeordnete Erhebungen besitzt.In order to enable automatic alignment of the stop surface with respect to the anchor at each impact, the invention proposes that the stop element inserted into the end face of the nozzle needle is formed partially spherical and inserted into a preferably part-spherical recess of the nozzle needle. This measure ensures that the stop surface is tiltable with respect to a (imaginary) radial plane and automatically aligns with eccentric load. That is, in this case, the end face of the armature shaft or the contact element connected to the armature shaft ideally has a plurality of decentrally arranged elevations.
Anstelle einer teilkugelförmigen Ausnehmung kann die Düsennadel auch eine kegelförmige Ausnehmung zur Aufnahme des Anschlagelements besitzen, welche ebenfalls ein automatisches Ausrichten ermöglicht. Bevorzugt ist jedoch die Innenkontur der Ausnehmung der Außenkontur des Anschlagelements angepasst, damit die Kontaktfläche zwischen dem Anschlagelement und der Düsennadel möglichst groß ist. Denn dann wirkt im Kontaktbereich eine Haltekraft, die das Anschlagelement in Kontakt mit der Düsennadel hält.Instead of a part-spherical recess, the nozzle needle may also have a conical recess for receiving the stop element, which also allows automatic alignment. Preferably, however, the inner contour of the recess of the outer contour of the stop element is adapted so that the contact area between the stop element and the nozzle needle is as large as possible. Because then acts in the contact area, a holding force that holds the stop element in contact with the nozzle needle.
Durch das automatische Ausrichten der den unteren Hubanschlag für den Anker ausbildenden Anschlagfläche in Bezug auf den Anker können exemplarische Einflüsse auf die angestrebte Dämpfungswirkung weitgehend ausgeschlossen werden.By automatically aligning the lower stroke stop for the anchor forming stop surface with respect to the anchor exemplary influences on the desired damping effect can be largely excluded.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Anker in Richtung der Düsennadel von der Federkraft einer Ankerfeder beaufschlagt ist, die einerseits gehäuseseitig und andererseits an einem mit dem Ankerschaft des Ankers verbundenen Federteller abgestützt ist. Die zur Rückstellung vorgesehene Ankerfeder kann auf diese Weise – in Schließrichtung gesehen – möglichst weit vorne am Anker bzw. Ankerschaft angeordnet werden, so dass die Gefahr eines Verkippens des Ankers reduziert wird. Der Federteller erleichtert die Montage des Kraftstoffinjektors, da er vorzugsweise erst nach dem Einsetzen des Ankers in ein Körperbauteil des Kraftstoffinjektors und Aufsetzen der Ankerfeder auf den Ankerschaft mit dem Ankerschaft des Ankers verbunden wird. Die Verbindung kann in einfacher Weise mittels Aufpressen erfolgen.Furthermore, it is proposed that the armature in the direction of the nozzle needle is acted upon by the spring force of an armature spring which is supported on the housing side on the one hand and on the spring plate connected to the armature shaft of the armature on the other hand. The provision for resetting anchor spring can be arranged in this way - as seen in the closing direction - as far forward on the armature or armature shaft, so that the risk of tilting of the armature is reduced. The spring plate facilitates the assembly of the fuel injector, since it is preferably connected only after the insertion of the armature in a body member of the fuel injector and placing the armature spring on the armature shaft with the armature shaft of the armature. The connection can be made in a simple manner by means of pressing.
Bevorzugt durchsetzt der Ankerschaft eine Kopplerplatte, die am Düsenkörper abgestützt und in Richtung des Düsenkörpers von der Federkraft einer Kopplerfeder beaufschlagt ist. Die Kopplerplatte dient der Begrenzung eines Kopplerraums, der ferner vom Ankerschaft, von der Düsennadel und einer die Düsennadel bereichsweise umgebenden Dichthülse begrenzt wird. Über den Kopplerraum ist der Ankerschaft mit der Düsennadel hydraulisch gekoppelt bzw. koppelbar, so dass in Abhängigkeit vom Größenverhältnis der den Kopplerraum begrenzenden Flächen eine Verstärkung der Aktorkraft beim Öffnen bewirkbar ist, um beispielsweise die anfänglich hohe erforderliche Öffnungskraft bereit zu stellen. Die Abstützung der Kopplerplatte am Düsenkörper sollte in der Weise erfolgen, dass sie in radialer Richtung verschiebbar gegenüber dem Düsenkörper gelagert ist, um ggf. einen Achsversatz zwischen dem Ankerschaft und der Düsennadel auszugleichen.Preferably, the armature shaft passes through a coupler plate which is supported on the nozzle body and acted upon in the direction of the nozzle body by the spring force of a coupler spring. The coupler plate is used to limit a coupler space, which is further limited by the armature shaft, the nozzle needle and the nozzle needle surrounding partially sealing sleeve. The armature shaft can be coupled or coupled hydraulically to the nozzle needle via the coupler space, so that, depending on the size ratio of the surfaces delimiting the coupler space, it is possible to increase the actuator force during opening in order, for example, to provide the initially high opening force required. The support of the coupler plate on the nozzle body should be made in such a way that it is mounted displaceably in the radial direction relative to the nozzle body in order to compensate, if necessary, an axial offset between the armature shaft and the nozzle needle.
Bevorzugt ist die Düsennadel in Schließrichtung von der Federkraft einer Düsenfeder beaufschlagt. Die Düsenfeder unterstützt den Schließvorgang. Vorzugsweise ist die Düsenfeder einerseits an der Düsennadel und andererseits an der Dichthülse abgestützt, so dass die Federkraft der Düsenfeder die Dichthülse gegen die Kopplerplatte axial vorspannt. Die axiale Vorspannung stellt die Dichtwirkung der Dichthülse sicher, so dass eine wirksame Trennung des Kopplerraums von der Hochdruckbohrung erzielt wird.Preferably, the nozzle needle is acted upon in the closing direction by the spring force of a nozzle spring. The nozzle spring supports the closing process. Preferably, the nozzle spring is supported on the one hand on the nozzle needle and on the other hand on the sealing sleeve, so that the spring force of the nozzle spring axially biases the sealing sleeve against the coupler plate. The axial preload provides the sealing effect of Sealing sleeve securely, so that an effective separation of the coupler space is achieved by the high-pressure bore.
Als oberer Hubanschlag für den Anker dient vorzugsweise eine Anschlagfläche, die von einem Innenpolkörper ausgebildet wird. Der Innenpolkörper ist Teil eines die Magnetspule umfassenden Magnetkreises, wobei die Anordnung radial innenliegend in Bezug auf die ringförmige Magnetspule erfolgt. Auf diese Weise kann ein Magnetkreis geschaffen werden, der sich über den gesamten Außendurchmesser des Kraftstoffinjektors erstreckt, so dass hohe Magnetkräfte erzielbar sind. Der Anker ist in diesem Fall als Tauchanker ausgebildet.As the upper stroke stop for the anchor is preferably a stop surface, which is formed by a Innenpolkörper. The inner pole body is part of a magnetic circuit comprising the magnetic coil, wherein the arrangement takes place radially inwardly with respect to the annular magnetic coil. In this way, a magnetic circuit can be created, which extends over the entire outer diameter of the fuel injector, so that high magnetic forces can be achieved. The anchor is designed in this case as a plunger anchor.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass im Innenpolkörper eine zentrale Bohrung als Kraftstoffzulaufkanal ausgebildet ist. Der Zulauf von Kraftstoff erfolgt demnach zentral, so dass der Kraftstoffinjektor gleichmäßig von Hochdruck beaufschlagt ist. Der Kraftstoffzulaufkanal mündet weiterhin bevorzugt in einen Ankerraum, in dem der Anker zumindest bereichsweise ausgenommen ist. Der Ankerraum ist somit Teil des Zulaufs und somit ebenfalls von Hochdruck beaufschlagt.In a further development of the invention, it is proposed that a central bore is designed as a fuel inlet channel in the inner pole body. The supply of fuel is therefore centrally, so that the fuel injector is uniformly acted upon by high pressure. The fuel inlet channel also opens preferably into an armature space, in which the armature is at least partially excluded. The armature space is thus part of the inlet and thus also subjected to high pressure.
Um den Zulauf von Kraftstoff in Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung sicherzustellen, ist bevorzugt der Ankerraum über einen Verbindungskanal mit einem Hochdruckraum verbunden. Im Hochdruckraum ist vorzugsweise die Kopplerplatte aufgenommen, wobei weiterhin vorzugsweise der Hochdruckraum über mindestens eine in der Kopplerplatte ausgebildete Durchströmöffnung mit der Hochdruckbohrung verbunden ist.In order to ensure the inflow of fuel in the direction of the at least one injection opening, the armature space is preferably connected via a connecting channel to a high-pressure chamber. In the high-pressure chamber, the coupler plate is preferably accommodated, wherein furthermore preferably the high-pressure chamber is connected to the high-pressure bore via at least one flow opening formed in the coupler plate.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Der in den
Die Betätigung der Düsennadel
Wird die Magnetspule
Zum Beenden der Einspritzung wird die Bestromung der Magnetspule
Das in die Düsennadel
Durch die Erhebungen
Die Reduzierung des Kontaktbereichs auf die Kontaktflächen AK der drei Erhebungen
Die Kontaktfläche des Anschlagelements
Eine Abwandlung der Ausführungsform der
Eine weitere Abwandlung ist der
Es versteht sich von selbst, dass die Abwandlung gemäß der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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