EP2307698B1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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EP2307698B1
EP2307698B1 EP09769060.6A EP09769060A EP2307698B1 EP 2307698 B1 EP2307698 B1 EP 2307698B1 EP 09769060 A EP09769060 A EP 09769060A EP 2307698 B1 EP2307698 B1 EP 2307698B1
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EP
European Patent Office
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fuel
coil
fuel injector
magnet
valve
Prior art date
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Application number
EP09769060.6A
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English (en)
French (fr)
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EP2307698A1 (de
Inventor
Hans-Christoph Magel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2307698A1 publication Critical patent/EP2307698A1/de
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Publication of EP2307698B1 publication Critical patent/EP2307698B1/de
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M53/00Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
    • F02M53/04Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means
    • F02M53/043Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means with cooling means other than air cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/002Arrangement of leakage or drain conduits in or from injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2547/00Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/003Valve inserts containing control chamber and valve piston
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2700/00Supplying, feeding or preparing air, fuel, fuel air mixtures or auxiliary fluids for a combustion engine; Use of exhaust gas; Compressors for piston engines
    • F02M2700/07Nozzles and injectors with controllable fuel supply
    • F02M2700/077Injectors having cooling or heating means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/007Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0078Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member
    • F02M63/008Hollow valve members, e.g. members internally guided

Definitions

  • An injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine in which an injection valve member is actuated via a solenoid-operated control valve, is off EP-A 1 612 403 known.
  • a flow restrictor from a control room in the fuel return can be closed or released.
  • the control chamber is bounded on one side by a control piston with which an injection valve member is actuated which releases at least one injection opening into the combustion chamber of the internal combustion engine or closes it.
  • the outlet throttle is received in a body, which is provided on the side facing away from the control chamber with a tapered valve seat. In this valve seat, a closing element is adjustable, which is connected to the armature of the solenoid valve.
  • an edge is formed on the closing element, which is provided against a conically shaped seat.
  • the closing element moves on an axial rod, which is integrally connected to the body in which the drainage throttle is formed.
  • Hub-controlled fuel injectors are known, which are actuated via a solenoid valve.
  • the injection valve member is controlled by a servo control room.
  • the pressure in the control chamber of the fuel injector in turn is controlled by a solenoid valve.
  • Injektorabêt a solenoid valve is necessary, which has the shortest possible switching times, therefore high switching speeds.
  • the use a pressure compensated formed valve piston allows small spring forces, smaller magnetic forces to be generated by the electromagnet, and smaller valve strokes and thus shorter switching times. Due to the shorter valve switching times, the injection performance, in particular the multiple injection capability of the fuel injector, can be decisively improved.
  • solenoid valves with servo control the control amount of the servo loop and any leaks occurring at the guides produce quite high temperatures. These fuel quantities are relaxed by the high system pressure. This leads to a temperature load of the material of the fuel injector and thus material problems.
  • the magnetic coil is critical, since the coil temperature is increased compared to that of the fuel by the entry of electrical energy.
  • the currently used plastics for coil carriers and encapsulation are not suitable for higher temperatures, and the coil resistance increases with the temperature, so that the coil design difficult.
  • Injektorbauformen where the solenoid valve and the actuator are arranged in the head, thereby the permissible temperature range to which the actuators can be exposed, exceeded.
  • the heat dissipation through the injector by heat conduction is relatively low, heat dissipation can be done in the head region of the fuel injector at best by convection.
  • Fuel injection valves are known in which fuel is passed into the region of the electromagnet to dissipate the heat generated there.
  • the magnetic coil In currently used solenoid valves for controlling fuel injectors for self-igniting internal combustion engines, the magnetic coil is usually surrounded by a magnetic core to produce a sufficiently high magnetic force. As a result, the magnetic coil is thermally poorly connected and can only give off little heat energy. By contrast, the introduced electrical drive energy results in high coil temperatures which are above the temperature of the fuel.
  • the solenoid coil is not sealed in an annular recess of the magnetic core is inserted in the inventively proposed solenoid valve, but between the outer periphery of the annularly configured magnetic coil and the surrounding this recess in the interior of the magnetic core, an annular flow cross-section is left.
  • the annular flow cross-section allows an all-round flushing of the annular or toroidal magnetic coil. This allows not only the inner and outer peripheral surfaces, but also the upper and lower end side are flowed through by the diverted fuel.
  • bores may be provided in the anchor plate guided on an anchor bolt, which favor inflow of the discharged fuel in the direction of the low-pressure side return.
  • a collecting line forming flow cross sections are arranged in the magnetic core above the recess in the magnetic core, through which flows the diverted, heated by the solenoid fuel in the low-pressure side return.
  • the magnetic coil can be enclosed within an annular space of the magnetic core by a coil carrier, which in turn flows around the diverted quantity or amount of leakage.
  • a spacer can be arranged so that an all-round flow around the magnetic coil or the bobbin on the end faces and the Inner peripheral or outer peripheral surfaces is guaranteed.
  • the spacer causes advantageously in the magnetic core in the direction of the return to the low pressure region arranged openings are not closed by the magnetic coil, but a first annular flow path and a second annular flow path formed above a front side of the magnetic coil and formed in the magnetic core, with Abschkanälen in a cover aligned openings can be controlled in the low-pressure side return.
  • the single FIGURE shows a section through the inventively proposed fuel injector, the switching valve is designed as a solenoid valve, which comprises a magnetic group comprising a solenoid spooled by the abated fuel.
  • a fuel injector 10 is acted upon by a high-pressure line 12 with fuel under system pressure.
  • the high pressure line 12 in turn is acted upon by a high-pressure accumulator body (common rail) with fuel under system pressure.
  • the high-pressure storage body (common rail) in turn is acted upon by a high-pressure pump or other high-pressure delivery unit, so that the fuel stored in this is under a system pressure of 2000 bar and more.
  • fuel is supplied to an injector body 14 of the fuel injector 10 according to the drawing.
  • the fuel delivered via the high-pressure feed line 12 into the injector body 14 is stored in a storage volume 16.
  • a nozzle body 18 In the upper region of the fuel injector 10, this includes an actuator housing 20 in which a switching valve is received.
  • the switching valve is preferably a solenoid valve 22.
  • the injector body 14 of the fuel injector 10 comprises a valve piece 24.
  • a control chamber 28 is formed within the valve piece 24, a control chamber 28 is formed.
  • the control chamber 28 within the valve piece 24 comprises an inlet throttle 30 and at least one outlet throttle 32 formed in a drainage channel 34. It is ensured via the inlet throttle 30 that the control chamber 28 formed in the valve piece 24 is always supplied with fuel at system pressure.
  • a control amount in the direction of a low-pressure side return 84 is diverted from the control chamber 28.
  • the under system pressure in the control chamber 28 via the at least one inlet throttle 30 standing fuel pressurizes an end face of a preferably needle-shaped injection valve member 26.
  • This particular needle-shaped injection valve member 26 extends through the storage volume sixteenth
  • the valve piece 24 comprises at its upper plan side a valve seat 36 which may be formed as a plan seat, a conical seat or as a seat for a ball-shaped closing element.
  • the valve piece 24 is fastened in the injector body 24 via a valve clamping nut 40.
  • a closing spring 54 is located on the lower end face of the valve member 24, a closing spring 54 at. This is based on a collar 52 on the circumference of the preferably needle-shaped injection valve member 26 from.
  • the valve body 14 is connected to the nozzle body 18. The nozzle body 18 in turn is acted upon by the in the storage volume 16 of the injector body 14 pending, under system pressure fuel volume.
  • the fuel under system pressure flows through conical portions 56 formed on the circumference of the preferably needle-shaped injection valve member 26, which may be one or more contours 56, to an annular space 58 in the nozzle body 18. From the drawing shows that in the illustrated position of the injection valve member 26, a seat 60 of the preferably needle-shaped injection valve member 26 is closed at the combustion chamber end of the fuel injector 10. In the position of the preferably needle-shaped injection valve member 26 shown in the drawing, no fuel can be injected via at least one injection opening 62 into a combustion chamber of an internal combustion engine, preferably a self-igniting internal combustion engine.
  • the drawing also shows that on the plan side of the valve member 24, a guide body 48 is formed.
  • the guide body 48 carries a sleeve-shaped valve member 38.
  • the valve member 38 has on its lower end face on a biting edge, which cooperates with the valve seat 36 on the upper end side of the valve piece 24.
  • the guide 48 defines an annular space 46, which is connected via at least one opening with a running in the actuator housing 20 hydraulic space.
  • the switching valve or the solenoid valve 22 illustrated in the drawing is a pressure-compensated switching valve, since the sleeve-shaped valve member 38 with an anchor plate 90 formed thereon is guided on a pressure pin 50. From the drawing shows that the pressure balance of the switching valve, in particular the solenoid valve 22, enabling pressure pin 50 on a lower end side of a lid 86, via which the actuator housing 20 is closed, is attached.
  • the switching valve in particular designed as a solenoid valve 22, comprises a magnetic group 70.
  • the magnet group 70 in turn comprises a magnetic core 72, in which a magnetic coil 74 is arranged.
  • the magnetic coil 74 may be arranged to form a first flow path 80 and / or a second flow path 82 in the magnetic core 72.
  • the formation of the flow paths 80 and 82 which are preferably designed as annular channels, makes it advantageously possible to use deactivated fuel volume for cooling the magnetic coil 74 when opening the valve member 38 from the control chamber 28.
  • magnet coil 74 without a coil carrier 76 or enclosed by a coil carrier 76, in a correspondingly configured, that is formed with excess recess of the magnetic core 72 of the magnetic group 70 is inserted.
  • the execution of an oversize allows the formation of a ring cross-section having flow paths, such as the first flow path 80 and / or the second flow path 82, as shown in the drawing.
  • the magnet coil 74 or the combination of magnet coil 74 and coil support 76 can be fastened, for example, by at least one spacer 78 within the recess of the magnet core 72. This ensures that the diverted fuel flowing around the magnetic coil 74 or its coil support 76, the temperature of which is lowered, dissipates through openings 98 in the magnetic core 72.
  • a number of openings 78 which are aligned with return channels 76.
  • the return channels 76 are formed in an advantageous manner in the lid 86, which closes the actuator housing 20 of the fuel injector 10.
  • the fuel flowing around the bobbin 76 or the solenoid 74 directly, which is amount discharged from the control chamber 28, or a guide leak or the like, is collected in the lid 86 in a collecting space 94, from which the low-pressure side return 84 into the low-pressure side region of the fuel injection system flows.
  • an armature plate 90 of the magnet group 70 comprises at least one opening 88 formed as a bore. This means an improved flow of the lower end face of the bobbin 76 and the solenoid 74 directly, in the event that this is formed without bobbin 76.
  • the lower end face of the magnetic coil 74 and the bobbin 76 is directly flowed away from the diverted amount and thus cooled.
  • Opening 78 does not close, so that the first flow path 80 and the second flow path 82 has happened amount of fuel in the direction of the cover 86 formed in the return channels 96 flows.
  • the openings in the armature plate 90 of the Magnct group 70 may be formed as holes or as slots or the like in any, manufacturing technology but as simple as possible to manufacture geometry.
  • the cover 86, which closes the actuator housing 20, comprises a collecting space 94, from which the low-pressure side return 84 extends into the low-pressure region of the fuel injection system.
  • the openings 98 formed in the magnetic core 72 of the magnetic group 70 and formed above the coil carrier 76 or the magnetic coil 74 in the magnetic core 72 can also carry out the electrical cooling, in addition to removing dissipated quantities which cool the magnetic coil 74 or the coil carrier magnet coil combination 74, 76 Contacts of the solenoid 74 are used, for a corresponding seal to prevent the escape of fuel, care must be taken.
  • 10 coolant holes 92 are introduced in the injector 14 of the fuel injector.
  • the at least one cooling hole 92 extends through the injector body 14 below the valve member 24 to the nozzle body 18.
  • the at least one cooling hole 92 is formed such that it has a first branch, which extends through the Injector body 14 extends, beginning below the valve member 24 and above the nozzle body 18, but still merges in the injector body 14 in a returning branch.
  • the returning branch of the at least one cooling hole 92 can end either below the valve piece 24 or - as shown in FIG FIG. 1 shown - even still extend through the valve member 24 which is fixed with the valve clamping nut 40 in the injector 14.
  • the returning branch of the at least one cooling hole 92 opens at the plan side of the valve member 24 in the low-pressure chamber, is controlled in the amount of the annular space 46 above the valve seat 36.
  • the coil temperature of the magnetic coil 74 can advantageously be lowered convectively without any great effort.
  • the more controlled amount or guide leakage through the first flow path 80 and / or the second flow path 82 on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the bobbin 76 or a combination of magnetic coil 74 and bobbin 76 can be passed, the more effective cooling of the magnetic coil 74th can be reached.

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Description

    Stand der Technik
  • Ein Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem ein Einspritzventilglied über ein magnetbetriebenes Steuerventil angesteuert wird, ist aus EP-A 1 612 403 bekannt. Mit Hilfe des Steuerventils ist eine Ablaufdrossel aus einem Steuerraum in den Kraftstoffrücklauf verschließbar oder freigebbar. Der Steuerraum wird an einer Seite durch einen Steuerkolben begrenzt, mit welchem ein Einspritzventilglied angesteuert wird, das mindestens eine Einspritzöffnung in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine freigibt oder diese verschließt. Die Ablaufdrossel ist in einem Körper aufgenommen, welcher auf der dem Steuerraum abgewandten Seite mit einem sich verjüngenden Ventilsitz versehen ist. In diesen Ventilsitz ist ein Schließelement stellbar, das mit dem Anker des Magnetventils verbunden ist. Hierzu ist am Schließelement eine Kante ausgebildet, welche gegen einen konisch ausgeformten Sitz gestellt wird. Das Schließelement bewegt sich auf einer axialen Stange, welche mit dem Körper, in dem die Ablaufdrossel ausgebildet ist, einstückig verbunden ist. Damit das Ventil dicht schließt, ist es notwendig, hochpräzise Oberflächen herzustellen sowie eine hochgenaue Passung des Schließelementes vorzusehen, um zu vermeiden, dass das Schließelement verkantet, wodurch der Sitz nicht vollständig geschlossen wird und ein Druckverlust sowie eine Leckage entsteht.
  • Zum Einbringen von Kraftstoff in direkteinspritzende Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen, werden zur Zeit vermehrt hubgesteuerte Common-Rail-Einspritzsysteme eingesetzt. Der Vorteil dieser Systeme ist der Umstand, dass der Einspritzdruck an Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden kann. Bekannt sind hubgesteuerte Kraftstoffinjektoren, die über ein Magnetventil betätigt werden. Das Einspritzventilglied wird über einen Servosteuerraum gesteuert. Der Druck im Steuerraum des Kraftstoffinjektors wiederum wird über ein Magnetventil gesteuert. Für eine verbesserte Injektorabstimmung ist ein Magnetventil notwendig, welches möglichst kurze Schaltzeiten, demnach hohe Schaltgeschwindigkeiten aufweist. Der Einsatz eines druckausgeglichen ausgebildeten Ventilkolbens ermöglicht kleine Federkräfte, kleinere Magnetkräfte, die durch den Elektromagneten zu erzeugen sind, sowie kleinere Ventilhübe und somit kürzere Schaltzeiten. Durch die kürzeren Ventilschaltzeiten kann die Einspritzperformance, insbesondere die Mehrfacheinspritzfähigkeit des Kraftstoffinjektors, entscheidend verbessert werden. Bei Magnetventilen mit Servosteuerung erzeugen die Steuermenge des Servokreislaufes und eventuell an den Führungen auftretende Leckagen recht hohe Temperaturen. Diese Kraftstoffmengen werden vom hohen Systemdruck entspannt. Dies führt zu einer Temperaturbelastung des Materials des Kraftstoffinjektors und damit zu Materialproblemen. Kritisch ist dabei insbesondere die Magnetspule, da durch den Eintrag der elektrischen Energie die Spulentemperatur gegenüber derjenigen des Kraftstoffes erhöht wird. Bei Magnetventilen sind die derzeit verwendeten Kunststoffe für Spulenträger und Umspritzungen nicht für höhere Temperaturen geeignet, und der Spulenwiderstand nimmt mit der Temperatur zu, so dass sich die Spulenauslegung erschwert. Insbesondere bei Injektorbauformen, bei denen das Magnetventil und der Aktor im Kopf angeordnet sind, wird dadurch der zulässige Temperaturbereich, dem die Aktoren ausgesetzt werden können, überschritten. Im Kopfbereich ist die Wärmeabgabe über das Injektorgehäuse durch Wärmeleitung relativ gering, eine Wärmeabführung kann im Kopfbereich des Kraftstoffinjektors allenfalls durch Konvektion erfolgen.
  • Aus der DE 196 19 523 A1 und der JP 60-240865 A sind Kraftstoffeinspritzventile bekannt, bei denen Kraftstoff in den Bereich des Elektromagneten geleitet wird, um die dort entstehende Wärme abzuleiten.
  • Bei derzeit eingesetzten Magnetventilen zur Steuerung von Kraftstoffinjektoren für selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen ist die Magnetspule in der Regel von einem Magnetkern umgeben, um eine genügend hohe Magnetkraft zu erzeugen. Dadurch ist die Magnetspule jedoch thermisch schlecht angebunden und kann nur wenig Wärmeenergie abgeben. Durch die eingebrachte elektrische Ansteuerenergie hingegen entstehen hohe Spulentemperaturen, die über der Temperatur des Kraftstoffes liegen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Zur Reduzierung der Temperatur der Magnetspule, die in der Regel in den Magnetkern einer Magnetbaugruppe eingebettet ist, wird vorgeschlagen, die Rücklaufmenge eines Servoventils zumindest teilweise direkt an der Magnetspule vorbeizuführen. Dabei nimmt diese Rücklaufmenge Wärme von der Magnetspule auf, so dass die Temperatur der Magnetspule sinkt. Um dieses zu erreichen, wird zwischen dem Magnetkern und der Magnetspule ein dementsprechender Strömungsquerschnitt geschaffen, der zum Beispiel als Ringquerschnitt ausgebildet sein kann. Dieser Ringquerschnitt wird durch die Rücklaufmenge zumindest teilweise direkt durchströmt.
  • Im Gegensatz zu bisher eingesetzten Magnetventilkonzepten ist bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetventilbaugruppe die Magnetspule nicht abgedichtet in eine ringförmige Ausnehmung des Magnetkerns eingelassen, sondern zwischen dem Außenumfang der ringförmig konfigurierten Magnetspule und der diese umschließenden Ausnehmung im Inneren des Magnetkerns wird ein ringförmig verlaufender Strömungsquerschnitt belassen. Der ringförmig verlaufende Strömungsquerschnitt erlaubt eine allseitige Umspülung der ring- oder torusförmig ausgebildeten Magnetspule. Damit können nicht nur deren Innen-und Außenumfangsflächen, sondern auch deren obere und untere Stirnseite vom abgesteuerten Kraftstoff durchströmt werden. Um diese Umströmung der Magnetspule zu verbessern, können in der an einem Ankerbolzen geführten Ankerplatte Bohrungen vorgesehen sein, die ein Zuströmen des abgesteuerten Kraftstoffes in Richtung des niederdruckseitigen Rücklaufes begünstigen. In vorteilhafter Weise sind im Magnetkern eine Sammelleitung bildende Strömungsquerschnitte oberhalb der Ausnehmung im Magnetkern angeordnet, über welche der abgesteuerte, durch die Magnetspule erwärmte Kraftstoff in den niederdruckseitigen Rücklauf abströmt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist ein konvektiver Wärmetransport von der allseitig umströmten Magnetspule an den diese umströmenden abgesteuerten Kraftstoff, der in den niederdruckseitigen Rücklauf des Kraftstoffeinspritzsystems abströmt, gegeben.
  • In vorteilhafter Weise kann die Magnetspule innerhalb eines Ringraumes des Magnetkerns von einem Spulenträger umschlossen sein, der seinerseits von der abgesteuerten Menge oder von Leckagemenge umströmt ist. Des Weiteren kann in einer vorteilhaften Ausführungsvariante des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens in der Ausnehmung des Magnetkerns, in dem die Magnetspule gegebenenfalls mit Spulenträger angeordnet ist, ein Abstandhalter angeordnet werden, so dass eine allseitige Umströmung der Magnetspule bzw. des Spulenträgers an den Stirnseiten und den Innenumfangs- bzw. Außenumfangsflächen gewährleistet ist. Der Abstandhalter bewirkt in vorteilhafter Weise, dass im Magnetkern in Richtung des Rücklaufes zum Niederdruckbereich angeordnete Öffnungen durch die Magnetspule nicht verschlossen werden, sondern ein erster ringförmig ausgebildeter Strömungspfad und ein zweiter ringförmig ausgebildeter Strömungspfad oberhalb einer Stirnseite der Magnetspule zusammengeführt und über im Magnetkern ausgebildete, mit Absteuerkanälen in einem Deckel fluchtende Öffnungen in den niederdruckseitigen Rücklauf abgesteuert werden können.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Anhand der Zeichnung wird die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eingehender beschrieben.
  • Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor, dessen Schaltventil als Magnetventil ausgebildet ist, welches eine Magnetgruppe umfasst, die eine vom abgesteuerten Kraftstoff umspülte Magnetspule umfasst.
  • Ausführungsformen
  • Wie der Darstellung gemäß der Zeichnung entnommen werden kann, ist ein Kraftstoffinjektor 10 über eine Hochdruckleitung 12 mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt. Die Hochdruckleitung 12 ihrerseits wird über einen Hochdruckspeicherkörper (Common-Rail) mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt. Der Hochdruckspeicherkörper (Common-Rail) ist seinerseits über eine Hochdruckpumpe oder ein anderes Hochdruckförderaggregat beaufschlagt, so dass der in diesem bevorratete Kraftstoff unter einem Systemdruck von 2000 bar und mehr steht. Auf diesem Druckniveau, d.h. dem Systemdruckniveau, wird einem Injektorkörper 14 des Kraftstoffinjektors 10 gemäß der Zeichnung Kraftstoff zugeführt. Der über die Hochdruckzuleitung 12 in den Injektorkörper 14 geförderte Kraftstoff wird in einem Speichervolumen 16 bevorratet.
  • Unterhalb des Injektorkörpers 14 des Kraftstoffinjektors 10 befindet sich ein Düsenkörper 18. Im oberen Bereich des Kraftstoffinjektors 10 umfasst dieser ein Aktorgehäuse 20, in dem ein Schaltventil aufgenommen ist. Bei dem Schaltventil handelt es sich bevorzugt um ein Magnetventil 22. Des Weiteren umfasst der Injektorkörper 14 des Kraftstoffinjektors 10 ein Ventilstück 24. Innerhalb des Ventilstücks 24 ist ein Steuerraum 28 ausgebildet. Der Steuerraum 28 innerhalb des Ventilstücks 24 umfasst eine Zulaufdrossel 30 sowie mindestens eine in einem Ablaufkanal 34 ausgebildete Ablaufdrossel 32. Über die Zulaufdrossel 30 ist gewährleistet, dass der im Ventilstück 24 ausgebildete Steuerraum 28 stets mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt ist. Bei Betätigung des Schaltventils, insbesondere des Magnetventils 22, wird aus dem Steuerraum 28 eine Steuermenge in Richtung eines niederdruckseitigen Rücklaufes 84 abgesteuert. Der im Steuerraum 28 über die mindestens eine Zulaufdrossel 30 anstehende, unter Systemdruck stehende Kraftstoff beaufschlagt eine Stirnfläche eines bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 26. Dieses insbesondere nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 26 erstreckt sich durch das Speichervolumen 16.
  • Das Ventilstück 24 umfasst an seiner oberen Planseite einen Ventilsitz 36, der als Plansitz, als Kegelsitz oder als Sitz für ein kugelförmig ausgebildetes Schließelement ausgebildet sein kann. Das Ventilstück 24 ist über eine Ventilspannmutter 40 im Injektorkörper 24 befestigt. Wie aus der Zeichnung weiter hervorgeht, liegt an der unteren Stirnseite des Ventilstückes 24 eine Schließfeder 54 an. Diese stützt sich auf einem Bund 52 am Umfang des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 26 ab. Der Ventilkörper 14 ist mit dem Düsenkörpcr 18 verbunden. Der Düsenkörper 18 seinerseits ist über das im Speichervolumen 16 des Injektorkörpers 14 anstehende, unter Systemdruck stehende Kraftstoffvolumen beaufschlagt. Der unter Systemdruck stehende Kraftstoff strömt über am Umfang des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 26 ausgebildete Anschliffe 56, wobei es sich um einen oder mehrere Anschliffe 56 handeln kann, einem Ringraum 58 im Düsenkörper 18 zu. Aus der Zeichnung geht hervor, dass in der dargestellten Position des Einspritzventilgliedes 26 ein Sitz 60 des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 26 am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 10 verschlossen ist. In der in der Zeichnung dargestellten Position des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 26 kann kein Kraftstoff über mindestens eine Einspritzöffnung 62 in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, bevorzugt einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine, eingespritzt werden.
  • Die Zeichnung zeigt ferner, dass auf der Planseite des Ventilstücks 24 ein Führungskörper 48 ausgebildet ist. Der Führungskörper 48 führt ein hülsenförmig ausgebildetes Ventilglied 38. Das Ventilglied 38 weist an seiner unteren Stirnseite eine Beißkante auf, welche mit dem Ventilsitz 36 an der oberen Stirnseite des Ventilstücks 24 zusammenwirkt. Die Führung 48 begrenzt einen Ringraum 46, der über mindestens eine Öffnung mit einem im Aktorgehäuse 20 ausgeführten hydraulischen Raum in Verbindung steht. Des Weiteren handelt es sich bei dem in der Zeichnung dargestellten Schaltventil bzw. dem Magnetventil 22 um ein druckausgeglichenes Schaltventil, da das hülsenförmig ausgebildete Ventilglied 38 mit daran ausgebildeter Ankerplatte 90 an einem Druckstift 50 geführt ist. Aus der Zeichnung geht hervor, dass der die Druckausgeglichenheit des Schaltventils, insbesondere des Magnetventils 22, ermöglichende Druckstift 50 an einer unteren Stirnseite eines Deckels 86, über den das Aktorgehäuse 20 verschlossen ist, befestigt ist.
  • Die Zeichnung zeigt des Weiteren, dass das Schaltventil, insbesondere ausgebildet als Magnetventil 22, eine Magnetgruppe 70 umfasst. Die Magnetgruppe 70 ihrerseits umfasst einen Magnetkern 72, in dem eine Magnetspule 74 angeordnet ist. Die Magnetspule 74 kann unter Ausbildung eines ersten Strömungspfades 80 und/oder eines zweiten Strömungspfades 82 im Magnetkern 72 angeordnet sein. Die Ausbildung der bevorzugt als Ringkanäle ausgebildeten Strömungspfade 80 bzw. 82 ermöglicht es in vorteilhafter Weise, beim Öffnen des Ventilgliedes 38 aus dem Steuerraum 28 abgesteuertes Kraftstoffvolumen zur Kühlung der Magnetspule 74 einzusetzen. Dabei ist unerheblich, ob die Magnetspule 74 ohne einen Spulenträger 76 oder von einem Spulenträger 76 umschlossen, in eine dementsprechend konfigurierte, d.h. mit Übermaß ausgebildete Ausnehmung des Magnetkerns 72 der Magnetgruppe 70 eingelassen ist. Die Ausführung eines Übermaßes ermöglicht die Ausbildung einen Ringquerschnitt aufweisender Strömungspfade, wie des ersten Strömungspfades 80 und/oder des zweiten Strömungspfades 82, wie in der Zeichnung dargestellt. Die Magnetspule 74 bzw. die Kombination aus Magnetspule 74 und Spulenträger 76 kann zum Beispiel durch mindestens einen Abstandhalter 78 innerhalb der Ausnehmung des Magnetkerns 72 befestigt werden. Dadurch ist sichergestellt, dass der die Magnetspule 74 bzw. deren Spulenträger 76 umströmende, deren Temperatur senkende abgesteuerte Kraftstoff über Öffnungen 98 im Magnetkern 72 abströmt. In vorteilhafter Weise befindet sich am oberen Bereich des Magnetkerns 72 eine Anzahl von Öffnungen 78, die mit Rücklaufkanälen 76 fluchten. Die Rücklaufkanäle 76 sind in vorteilhafter Weise im Deckel 86 ausgebildet, der das Aktorgehäuse 20 des Kraftstoffinjektors 10 verschließt. Der den Spulenträger 76 bzw. die Magnetspule 74 unmittelbar umströmende Kraftstoff, bei dem es sich um aus dem Steuerraum 28 abgesteuerte Menge oder um Führungsleckage oder dergleichen handelt, wird im Deckel 86 in einem Sammelraum 94 gesammelt, von dem aus der niederdruckseitige Rücklauf 84 in den niederdruckseitigen Bereich des Kraftstoffeinspritzsystems abströmt.
  • Aus der Darstellung der Zeichnung geht hervor, dass die Rücklaufkanäle 76, die in den Sammelraum 94 des Deckels 86 münden, in vorteilhafter Weise mit den Öffnungen 98 an der Oberseite des Magnetkerns 82 fluchten.
  • Um die Kühlung der Magnetspule 74 bzw. der Kombination aus Magnetspule 74 und des Spulenträgers 76 weiter zu verbessern, ist in der Zeichnung dargestellt, dass eine Ankerplatte 90 der Magnetgruppe 70 mindestens eine als Bohrung ausgebildete Öffnung 88 umfasst. Dies bedeutet eine verbesserte Anströmung der unteren Stirnseite des Spulenträgers 76 bzw. der Magnetspule 74 unmittelbar, für den Fall, dass diese ohne Spulenträger 76 ausgebildet ist. Über die in der Ankerplatte 90 ausgebildete mindestens eine Öffnung 88 wird die untere Stirnseite der Magnetspule 74 bzw. des Spulenträgers 76 unmittelbar von der abgesteuerten Menge abgeströmt und somit gekühlt. Von der unteren Stirnseite des Spulenträgers 76 bzw. der Magnetspule 74 strömt die abgesteuerte, den Spulenträger 76 bzw. die Magnetspule 74 kühlende Absteuermenge entsprechend des ersten Strömungspfades 80 bzw. des zweiten Strömungspfades 82 an der Innenumfangsfläche bzw. Außenumfangsfläche des Spulenträgers 76 bzw. der Magnetspule 74 entlang. Die Kraftstoffströmungen kühlen somit den Spulenträger 76 bzw. die Magnetspule 74 sowohl an deren Innenumfangsfläche als auch an deren Außenumfangsfläche. Beide Strömungspfade 80 bzw. 82 vereinigen sich an der oberen Stirnseite des Spulenträgers 76 bzw. der Magnetspule 74. Durch den mindestens einen Abstandhalter 78 ist gewährleistet, dass die obere Stirnseite des Spulenträgers 76 bzw. der Magnetspule 74 die mindestens eine im Magnetkern 72 ausgebildete
  • Öffnung 78 nicht verschließt, so dass die den ersten Strömungspfad 80 bzw. den zweiten Strömungspfad 82 passiert habende Kraftstoffmenge in Richtung der im Deckel 86 ausgebildeten Rücklaufkanäle 96 abströmt. Die Öffnungen in der Ankerplatte 90 der Magnctgruppe 70 können als Bohrungen oder als Schlitze oder dergleichen in beliebiger, fertigungstechnisch jedoch möglichst einfach herzustellender Geometrie ausgebildet sein. Der Deckel 86, welcher das Aktorgehäuse 20 verschließt, umfasst einen Sammelraum 94, von dem aus der niederdruckseitige Rücklauf 84 in den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems verläuft.
  • Die im Magnetkern 72 der Magnetgruppe 70 ausgebildeten, oberhalb des Spulenträgers 76 bzw. der Magnetspule 74 im Magnetkern 72 ausgebildeten Öffnungen 98 können neben einer Abfuhr von abgesteuerter, die Magnetspule 74 bzw. die Spulenträger-Magnetspulenkombination 74, 76 kühlender Menge auch zur Durchführung der elektrischen Kontaktierungen der Magnetspule 74 genutzt werden, für eine entsprechende Abdichtung, um den Austritt von Kraftstoff zu vermeiden, ist Sorge zu tragen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsvariante sind im Injektorkörper 14 des Kraftstoffinjektors 10 Kühlbohrungen 92 eingebracht. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, erstreckt sich die mindestens eine Kühlbohrung 92 durch den Injektorkörper 14 unterhalb des Ventilstücks 24 bis an den Düsenkörper 18. In vorteilhafter Weise ist die mindestens eine Kühlbohrung 92 derart ausgebildet, dass diese einen ersten Ast aufweist, der sich durch den Injektorkörper 14 erstreckt, beginnend unterhalb des Ventilstückes 24 und oberhalb des Düsenkörpers 18, jedoch noch im Injektorkörper 14 in einen rücklaufenden Ast übergeht. Der rücklaufende Ast der mindestens einen Kühlbohrung 92 kann entweder unterhalb des Ventilstücks 24 enden oder sich - wie in der Darstellung gemäß Figur 1 dargestellt - auch noch durch das Ventilstück 24 erstrecken, das mit der Ventilspannmutter 40 im Injektorkörper 14 fixiert ist. Wie der Darstellung gemäß Figur 1 zu entnehmen ist, mündet der rücklaufende Ast der mindestens einen Kühlbohrung 92 an der Planseite des Ventilstücks 24 in den Niederdruckraum, in den Menge aus dem Ringraum 46 oberhalb des Ventilsitzes 36 abgesteuert wird.
  • Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise ohne großen Aufwand die Spulentemperatur der Magnetspule 74 konvektiv gesenkt werden. Je mehr abgesteuerte Menge bzw. Führungsleckage durch den ersten Strömungspfad 80 und/oder den zweiten Strömungspfad 82 an der Innenumfangsfläche bzw. der Außenumfangsfläche des Spulenträgers 76 bzw. einer Kombination aus Magnetspule 74 und Spulenträger 76 vorbeigeleitet werden kann, eine desto effektivere Kühlung der Magnetspule 74 kann erreicht werden.

Claims (8)

  1. Kraftstoffinjektor (10) für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Steuerraum (28), der mit unter einem Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist, der über ein Schaltventil, insbesondere ein Magnetventil (22), druckentlastbar ist, wobei das Magnetventil (22) eine Magnetgruppe (70) mit einem Magnetkern (72) und einer Magnetspule (74) umfasst, wobei die aus dem Steuerraum (34) in einen Rücklauf (84) abgesteuerte Menge die Magnetspule (74) zumindest teilweise umströmt und diese kühlt, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (74) in einer Ausnehmung des Magnetkerns (72) einen ersten und einen zweiten Strömungspfad (80, 82) für abgesteuerte Kraftstoffmenge bildend angeordnet ist.
  2. Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (72) eine Ausnehmung aufweist, die einen Ringquerschnitt darstellt, in den die Magnetspule (74) eingelassen und mittels mindestens eines Abstandhalters (78) fixiert ist.
  3. Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (72) zumindest eine Öffnung (98) oberhalb der Magnetspule (74) bzw. einer Kombination aus Spulenträger (76) und Magnetspule (74) aufweist.
  4. Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (98) mit mindestens einem Rücklaufkanal (96) eines Deckels (86) fluchtet, der einen Sammelraum (94) für abgesteuerte und/oder Leckagemenge umfasst.
  5. Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungspfad (80) und/oder der zweite Strömungspfad (82) als ringförmige Strömungskanäle ausgeführt sind.
  6. Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektorkörper (14) und/oder das Ventilstück (24) von zumindest einer Kühlbohrung (92) durchzogen sind.
  7. Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Anströmung der Magnetspule (74) die Magnetgruppe (70) eine Ankerplatte (90) umfasst, die mindestens eine Öffnung (88) aufweist.
  8. Kraftstoffinjektor (10) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (88) in der Ankerplatte (90) als Bohrungen oder Schlitze ausgeführt sind.
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