EP3384149A1

EP3384149A1 - Kraftstoffinjektor mit steuerventil

Info

Publication number: EP3384149A1
Application number: EP16788726.4A
Authority: EP
Inventors: Lars Olems; Dominik WURST; Helmut Clauss; Oezguer Tuerker; Christian Faltin; Michael WALDENMAIER; Thomas Nierychlo; Fabian FISCHER
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2036-11-02
Also published as: EP3384149B1; CN108291509A; KR102623972B1; WO2017092955A1; CN108291509B; DE102015224177A1; KR20180090842A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor (100) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Der Kraftstoffinjektor (100) umfasst ein Steuerventil (1) und ein Einspritzventilglied (11). Das Einspritzventilglied (11) begrenzt einen Steuerraum (15) und ist längsbeweglich in dem Kraftstoffinjektor (11) geführt. Das Einspritzventilglied (11) öffnet und sperrt durch seine Bewegung zumindest eine Einspritzöffnung (13) in den Brennraum. Das Steuerventil (1) steuert den Druck in dem Steuerraum (15). Das Steuerventil (1) umfasst eine Magnetbaugruppe (2), einen Anker (5), ein Ventilstück (4) und einen an dem Ventilstück (4) ausgebildeten Ventilsitz (7). Der Anker (5) umfasst eine Ankerplatte (50), welche von der Magnetbaugruppe (2) ansteuerbar ist. Der Anker (5) wirkt zumindest mittelbar mit dem Ventilsitz (7) zum Entlasten des Steuerraums (15) zusammen. Ein Kronenring (20) ist zwischen dem Ventilstück (4) und der Magnetbaugruppe (2) verspannt.

Description

Beschreibung

Titel

Kraftstoffinjektor mit Steuerventil Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den

Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor ein

Steuerventil aufweist.

Stand der Technik

Kraftstoffinjektoren mit Steuerventilen sind vielfach aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 196 50 865 A1 . Der bekannte Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfasst ein Steuerventil und ein Einspritzventilglied. Das Einspritzventilglied begrenzt einen Steuerraum und ist längsbeweglich in dem Kraftstoffinjektor geführt. Das Einspritzventilglied öffnet und sperrt durch seine Bewegung zumindest eine Einspritzöffnung in den Brennraum. Das Steuerventil steuert den Druck in dem Steuerraum und umfasst eine

Magnetbaugruppe, einen Anker, ein Ventilstück und einen an dem Ventilstück ausgebildeten Ventilsitz. Eine an dem Anker angeordnete Ankerplatte ist von der Magnetbaugruppe ansteuerbar. Der Anker wirkt zumindest mittelbar mit dem Ventilsitz zum Entlasten des Steuerraums zusammen.

Der bekannte Kraftstoffstoffinjektor weist eine vergleichsweise aufwändige Ankerhubeinstellung auf. Der Ankerhub ist dabei der Weg zwischen

Schließstellung und maximaler Öffnungsstellung, also der axiale Abstand zwischen dem Ventilsitz und der Magnetbaugruppe reduziert um die dazwischen angeordneten Bauteile des Ankers einschließlich eines optionalen

Schließkörpers. Dadurch kommt es zum einen in einer Serienfertigung während der Montage des Kraftstoffinjektors zu toleranzbedingten hohen Streuungen des Ankerhubs. Zum anderen kommt es während des Betriebs aufgrund von

Temperaturlasten zu Wärmeausdehnungen, die eine Änderung des Ankerhubs mit der Temperatur zur Folge haben. Die Funktion des gesamten

Kraftstoffeinspritzventils ist dadurch über der Betriebstemperatur nicht mehr robust.

Offenbarung der Erfindung

Demgegenüber ist der Ankerhub des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors über die Betriebstemperatur nahezu konstant. Weiterhin sind an der

Ankerhubeinstellung vergleichsweise wenig Bauteile beteiligt, so dass der Toleranzfehler des Ankerhubs während der Montage minimiert ist. Die

Funktionalität des gesamten Kraftstoff! njektors ist dadurch verbessert und robuster gestaltet.

Dazu umfasst der Kraftstoffinjektor ein Steuerventil und ein Einspritzventilglied. Das Einspritzventilglied begrenzt einen Steuerraum und ist längsbeweglich in dem Kraftstoff! njektor geführt. Das Einspritzventilglied öffnet und sperrt durch seine Bewegung zumindest eine Einspritzöffnung in den Brennraum. Das Steuerventil steuert den Druck in dem Steuerraum. Das Steuerventil umfasst eine Magnetbaugruppe, einen Anker, ein Ventilstück und einen an dem

Ventilstück ausgebildeten Ventilsitz. Der Anker umfasst eine Ankerplatte, wobei die Ankerplatte von der Magnetbaugruppe ansteuerbar ist. Der Anker wirkt zumindest mittelbar mit dem Ventilsitz zum Entlasten des Steuerraums zusammen. Ein Kronenring ist zwischen dem Ventilstück und der

Magnetbaugruppe verspannt. Der Kronenring definiert somit, gegebenenfalls zusammen mit weiteren

Bauteilen, den Abstand zwischen dem Ventilstück mit dem Ventilsitz einerseits und der Magnetbaugruppe andererseits. Die beiden Fixpositionen für den Ankerhub sind dadurch auf einfache Art und Weise festgelegt und

dementsprechend Toleranzschwankungen minimiert. Für die Änderung des Ankerhubs über den Betriebstemperaturen müssen so vorwiegend lediglich die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Anker und Kronenring berücksichtigt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist an dem Ventilstück eine zylindrische Mantelfläche ausgebildet. Der Kronenring ist auf dieser Mantelfläche koaxial zu dem Ventilsitz positioniert. Durch die Koaxialität ist der Kronenring optimal zu dem Ventilstück und dem Ventilsitz ausgerichtet, dementsprechend ist der Kraftfluss sehr homogen, so dass es zu keinen Verkippungen bzw.

Schiefstellungen der verspannten Bauteile kommt. Die Rotationssymmetrie kann so weitestgehend erhalten werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist an dem Kronenring eine zylindrische Führungsfläche ausgebildet. Der Anker ist längsbeweglich in dieser

Führungsfläche geführt. Dadurch kommt dem Kronenring eine weitere Funktion zu: er richtet den Anker radial aus bzw. positioniert ihn koaxial zum Ventilsitz. So sind die Schließfunktion des Steuerventils und seine Lebensdauer optimiert; es kommt zu keinen Funktionsstörungen oder Schiefständen des Steuerventils. Ein Schiefstand des Ankers bedeutet in der Regel erhöhten Verschleiß des

Steuerventils.

In vorteilhaften Ausführungen ist eine Ankerhubeinstellscheibe zwischen dem Kronenring und dem Ventilstück verspannt. Die Ankerhubeinstellscheibe ist einfacher zu fertigen als der Kronenring. Daher kann die Ankerhubeinstellscheibe auch einfacher mit unterschiedlichen Scheibendicken gefertigt werden, welche dann je nach Toleranzkette der beteiligten Bauteile zur Einstellung des

Ankerhubs gezielt verbaut werden. Der Kronenring kann demzufolge

kostengünstig in nur einer einzigen Höhe gefertigt werden. In einer alternativen Ausführung ist die Ankerhubeinstellscheibe zwischen dem Kronenring und der Magnetbaugruppe verspannt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umgibt der Kronenring den Anker außen. Dadurch umgreift der Kronenring den Anker quasi. Der Anker kann so geometrisch unverändert bleiben; die auf den Anker bzw. die Ankerplatte wirkende elektromagnetische Kraft wird somit durch den Kronenring nicht beeinflusst. In einer vorteilhaften alternativen Ausführung ist in der Ankerplatte eine

Plattennut ausgebildet. Der Kronenring weist eine Krone auf, wobei die Krone durch die Plattennut ragt. Dadurch ist das Steuerventil - speziell im Bereich Anker und Kronenring - sehr bauraumsparend ausgeführt. Eine Umgreifung des Ankers ist nicht erforderlich. Vorzugsweise erfüllt der Kronenring dabei auch die

Funktion einer Verdrehsicherung, das heißt eine Rotation der Ankerplatte bzw. des Ankers um seine Längsachse wird verhindert.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist in der Krone eine Lagerausnehmung ausgebildet. In der Lagerausnehmung ist ein Wälzkörper gelagert, wobei der

Wälzkörper mit der Plattennut zusammenwirkt. Vorzugsweise ist der Wälzkörper dabei kugelförmig gestaltet. Die Ankerplatte bzw. der Anker rollt somit während des Öffnens und Schließens des Steuerventils auf dem Wälzkörper ab. Die auftretende Reibung ist aufgrund der theoretischen Punktauflage minimal und über die Lebensdauer konstant. Die Verdrehsicherung ist dadurch sehr reibungsarm und energiesparend ausgeführt.

Vorteilhafterweise ist der Wälzkörper aus einem amagnetischen Material, vorzugsweise einer Keramik, ausgeführt. Dadurch unterliegt der Wälzkörper keinen durch die Magnetbaugruppe hervorgerufenen elektromagnetischen

Kräften.

In vorteilhaften Ausführungen ist zwischen der Magnetbaugruppe und der Ankerplatte eine Restluftspaltscheibe angeordnet. Dadurch wird ein sogenanntes Verkleben zwischen der Ankerplatte und der Magnetbaugruppe in maximaler

Öffnungsstellung, also bei maximalem Ankerhub, vermieden. Vorzugsweise ist die Restluftspaltscheibe dabei nicht magnetisch.

In vorteilhaften Ausführungen weist das Material des Kronenrings einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als das Material des Ankers. Vorzugsweise ist der Kronenring den Anker zumindest teilweise radial umgebend angeordnet.

Der Anker unterliegt demzufolge im Betrieb einer größeren Temperaturlast aufgrund des schnell abströmenden und unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs.

Durch den größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kronenrings werden bezüglich der auftretenden Längenänderungen die unterschiedlichen Temperaturlasten kompensiert. Die im Steuerventil auftretenden thermischen Spannungen werden dadurch minimiert.

Vorteilhafterweise ist das Material des Kronenrings amagnetisch. Vorzugsweise ist der Kronenring aus einem austenitischem Sinterstahl oder einer Keramik gefertigt. Dadurch beeinflusst der Kronenring das Magnetfeld der

Magnetbaugruppe nicht negativ. Die magnetische Kraft auf die Ankerplatte wird somit nicht verfälscht.

In vorteilhaften Ausführungen ist die Magnetbaugruppe mittels einer Spannfeder mit dem Kronenring verspannt. Dies ist eine sehr einfache und effiziente Verspannung. Auf zusätzliche aufwändige Schraubverbindungen im Inneren des Kraftstoffinjektors kann dadurch verzichtet werden.

In vorteilhaften Weiterbildungen ist die Magnetbaugruppe von zumindest einem Kontaktstift elektrisch kontaktierbar. Weiterhin weist der zumindest eine

Kontaktstift einen Schiebersitz auf. Dadurch kann die Magnetbaugruppe in der Montage axial variabel positioniert werden, ohne dass die elektrische

Kontaktierung dabei verloren geht.

In vorteilhaften Ausführungen ist der Anker von einer Feder in Richtung des Ventilsitzes beaufschlagt. Dies ist zum einen eine einfache und kostengünstige Ausführung, um den Anker bzw. den Schließkörper gegen den Ventilsitz in Schließstellung zu drücken. Zum anderen erfolgt der Schließvorgang des Steuerventils so sehr schnell und effizient.

In vorteilhaften Weiterbildungen ragt ein Ankerbolzen durch den Anker. Dadurch kann die hydraulisch resultierende Kraft auf den Anker in axialer Richtung verringert oder sogar auf Null gesetzt werden. Somit kann ein druck- bzw.

kraftausgeglichenes Steuerventil realisiert werden. Dementsprechend können beispielsweise die Magnetbaugruppe und die Feder verkleinert werden, da zur Bewegung des Ankers nur mehr geringere Kräfte erforderlich sind.

Vorzugsweise weisen der Ankerbolzen und der Ventilsitz nahezu den gleichen Durchmesser auf. Dadurch ist ein druck- bzw. kraftausgeglichenes Steuerventil realisiert. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender

beschrieben.

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffinjektors aus dem Stand der Technik,

Figur 2 ein erfindungsgemäßes Steuerventil im Längsschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,

Figur 3 den Schnitt A-A der Figur 2 durch das Steuerventil des

Kraftstoffinjektors,

Figur 4 ein erfindungsgemäßes Steuerventil im Längsschnitt in einer weiteren Ausführungsform, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,

Figur 5 ein erfindungsgemäßes Steuerventil im Längsschnitt in noch einer weiteren Ausführungsform, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,

Figur 6 ein erfindungsgemäßes Steuerventil im Längsschnitt in noch einer weiteren Ausführungsform, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,

Figur 7a ein erfindungsgemäßes Steuerventil in perspektivischer Ansicht mit geschnittenem Anker in noch einer weiteren Ausführungsform, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,

Figur 7b die Draufsicht auf die Ausführungsform der Figur 7a, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Figur 8a ein erfindungsgemäßes Steuerventil im Schnitt in noch einer weiteren Ausführungsform, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,

Figur 8b die Draufsicht auf die Ausführungsform der Figur 8a, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

Beschreibung

Fig.1 ist in schematischer Weise ein Kraftstoffinjektor 100 zu entnehmen, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Mit dem Kraftstoff! njektor 100 wird Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Der

Kraftstoff! njektor 100 umfasst einen Haltekörper 10 und ein Steuerventil 1 mit einer Magnetbaugruppe 2 und einem darin angeordneten Magnetkern 3. Über das Steuerventil 1 ist ein beweglich im Haltekörper 10 aufgenommenes

Einspritzventilglied 1 1 betätigbar.

Das Einspritzventilglied 1 1 - im Allgemeinen nadeiförmig ausgebildet - gibt an einem brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 100 an einem

Düsenkörper 12 ausgebildete Einspritzöffnungen 13 in den Brennraum der Brennkraftmaschine frei oder verschließt diese, so dass Kraftstoff bei Bedarf in den Brennraum eingespritzt werden kann. Der Düsenkörper 12 ist durch eine Spannmutter 14 mit dem Haltekörper 10 mediendicht verschraubt.

Das Steuerventil 1 umfasst ein Ventilstück 4, das in den Haltekörper 10 eingebaut ist und einen Steuerraum 15 zur Betätigung des Einspritzventilgliedes 1 1 aufweist, dessen Öffnen bzw. Verschließen durch das Steuerventil 1 gesteuert wird. Das Steuerventil 1 steuert so den Druck in dem Steuerraum 15. Die Funktionsweise des Kraftstoffinjektors 100 ist dabei so, dass sich bei einer Druckreduzierung im Steuerraum 15 das Einspritzventilglied 1 1 in den

Steuerraum 15 schiebt und damit die Einspritzöffnungen 13 frei gibt und dass bei einer Druckerhöhung im Steuerraum 15 dieser hydraulische Druck das

Einspritzventilglied 1 1 in Richtung des Brennraums drückt und dadurch die Einspritzöffnungen 13 verschlossen werden.

Generell kann dabei das Einspritzventilglied 1 1 auch mehrteilig ausgeführt sein. Fig.2 zeigt ein erfindungsgemäßes Steuerventil 1 im Längsschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Am unteren Rand der Fig.2 ist noch das in dem Ventilstück 4 geführte Einspritzventilglied 1 1 zu sehen, welches durch die Druckänderung im Steuerraum 15 in axialer Richtung des Kraftstoffinjektors 100 bewegt wird. Das Ventilstück 4 ist dabei in dem Haltekörper 10 verspannt. Der Steuerraum 15 ist durch eine in dem Ventilstück 4 ausgebildete Ablaufdrossel 16 mit einem Ventilraum 17 verbunden. Der Ventilraum 17 ist durch das Steuerventil 1 mit einem Niederdruckraum 18 verbindbar, wobei der Niederdruckraum 18 in ein nichtdargestelltes Rücklaufsystem des Kraftstoffinjektors 100 mündet.

Der Ventilraum 17 ist von dem Ventilstück 4, einem zumindest teilweise hülsenförmigen Anker 5 und einem Ankerbolzen 6 begrenzt. Der

Niederdruckraum 18 ist von dem Ventilstück 4 und dem Anker 5 begrenzt. Der Anker 5 wirkt mit einem an dem Ventilstück 4 ausgebildeten Ventilsitz 7 zusammen. Liegt der Anker 5 an dem Ventilsitz 7 an, dann ist eine hydraulische Verbindung von dem Ventilraum 17 zu dem Niederdruckraum 18 getrennt; ist der Anker 5 von dem Ventilsitz 7 abgehoben, dann ist die hydraulische Verbindung von dem Ventilraum 17 zu dem Niederdruckraum 18 geöffnet.

Der Ankerbolzen 6 ist zumindest teilweise in einer Bohrung des Ankers 5 angeordnet und führt so den Anker 5 längsbeweglich. Der Ankerbolzen 6 begrenzt weiterhin den Ventilraum 17 und dient somit einem Druckausgleich des Ankers 5. Demzufolge ist der Anker 5 zumindest in seinem dem Ventilraum 17 benachbarten Bereich hülsenförmig ausgeführt und kann so druck- bzw.

kraftausgeglichen gestaltet werden, indem der Ventilsitz 7 nahezu denselben Durchmesser aufweist wie der Ankerbolzen 6. Genaugenommen muss die Bohrung des Ankers 5, durch welche der Ankerbolzen 6 ragt, denselben

Durchmesser aufweisen wie der Ventilsitz 7. Dann ist die hydraulisch

resultierende Kraft auf den Anker 5 in axialer Richtung gleich Null. Das

Steuerventil 1 wird dann als kraftausgeglichen bzw. druckausgeglichen bezeichnet.

Die Längsbewegung des Ankers 5 kann alternativ auch von einem

Ventilstückhals 41 des Ventilstücks 4 geführt werden. Der Anker 5 ist von einer Feder 8 kraftbeaufschlagt und wird von dieser gegen den Ventilsitz 7 gedrückt. Optional ist dabei zwischen dem Anker 5 und der Feder 8 ein Auflagering 81 angeordnet, wobei der Auflagering 81 vorzugsweise der Einstellung der Kraft der Feder 8 dient. Die Magnetbaugruppe 2 mit dem darin angeordneten Magnetkern 3 ist an der dem Ventilraum 17

gegenüberliegenden Seite des Ankers 5 angeordnet und optional von einer nicht dargestellten Magnethülse umgeben. Bei Bestromung des Magnetkerns 3 durch Kontaktstifte 31 wird eine elektromagnetische Kraft auf eine Ankerplatte 50 des Ankers 5 ausgeübt, so dass der Anker 5 entgegen der Kraft der Feder 8 von dem Ventilsitz 7 abgehoben wird.

Die Magnetbaugruppe 2 stützt sich über einen Kronenring 20 und eine

Ankerhubeinstellscheibe 21 direkt auf dem Ventilstück 4 ab. Dazu ist an dem Ventilstück 4 eine Stirnfläche 40 ausgebildet, die mit der Ankerhubeinstellscheibe 21 zusammenwirkt. Der Kronenring 20 ist daran anschließend mit der

Magnetbaugruppe 2 verspannt, wobei zumindest eine Krone 29 an dem

Kronenring 20 ausgebildet bzw. angeordnet ist. Die Ankerplatte 50 weist zumindest eine Plattennut 54 auf, durch die in axialer Richtung die Krone 29 hindurchgeführt ist. Die Krone 29 wirkt so mit der Magnetbaugruppe 2 zusammen bzw. ist mit dieser verspannt.

Die Magnetbaugruppe 2 wiederum wird von einer Spannfeder 22 gegen die Krone 29 gedrückt. Die Spannfeder 22 kann dabei, wie in der Fig.2 dargestellt, als Tellerfeder ausgeführt sein, alternativ auch mit entgegengesetzter Wölbung. Die Spannfeder 22 kann jedoch auch als beliebige Feder ausgeführt sein, beispielsweise als Wellenfeder.

Ein Sicherungsring 24 dient als Montagehilfe, damit die Magnetbaugruppe 2 während der Montage nicht aus dem Kraftstoffinjektor 100 fällt. Eine

Restluftspaltscheibe 23 ist außenliegend zwischen der Magnetbaugruppe 2 und dem Anker 5 angeordnet und verhindert ein Haften des Ankers 5 an der

Magnetbaugruppe 2. Alternativ kann die Restluftspaltscheibe 23 auch innenliegend ausgeführt sein; dann wäre sie zwischen dem Innenpol der Magnetbaugruppe 2 und der Ankerplatte 50 angeordnet. Zur Einstellung des Ankerhubs, also des Weges, den der Anker 5 bei seinen Öffnungs- und Schließbewegungen zwischen dem Ventilsitz 7 und der

Restluftspaltscheibe 23 ausführen kann, wird den relevanten Maßen des Steuerventils 1 angepasst eine entsprechende Ankerhubeinstellscheibe 21 verwendet. In alternativen Ausführungen können der Kronenring 20 und die Ankerhubeinstellscheibe 21 auch einteilig ausgeführt sein; dementsprechend würde der Ankerhub dann über die axiale Länge des Kronenrings 20 eingestellt.

Der Kronenring 20 kann vorteilhaft als austenitisches Sinterteil ausgeführt werden, um den Magnetfluss der Magnetbaugrupee2 nicht zu beeinträchtigen. Alternativ ist auch ein keramisches Sinterteil einsetzbar.

Die Fig.3 zeigt den Schnitt A-A der Fig.2 durch das Steuerventil 1 . Der Anker 5 ist auf dem Ankerbolzen 6 längsbeweglich, also senkrecht zur Schnittebene, geführt. Die Ankerplatte 50 des Ankers 5 weist drei Ankerflügel 51 , 52, 53 auf, die jeweils eine Kreissegmentform haben. Zwischen je zwei Ankerflügeln ist jeweils eine Plattennut 54, 55, 56 der Ankerplatte 50 ausgebildet. Jeweils eine Krone 29 des Kronenrings 20 ist in jeweils einer Plattennut 54, 55, 56 angeordnet, so dass die drei Kronen 29 durch die Ankerplatte 50 hindurch ragen und so im montierten Zustand die Magnetbaugruppe 2 kontaktieren. In alternativen Ausführungen kann der Kronenring 20 eine beliebige Anzahl von Kronen 29 aufweisen.

Die Kronen 29 dienen in einer vorteilhaften Weiterbildung nicht nur der

Verspannung bzw. Positionierung der Magnetbaugruppe 2, sondern auch als Verdrehsicherung der Ankerplatte 50 bzw. des Ankers 5. Unnötige Rotation des Ankers 5 und damit auch zusätzlicher Verschleiß werden dadurch vermieden.

Fig.4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Steuerventils 1 im Längsschnitt, wobei im Folgenden nur auf die wesentlichen Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der Fig.2 eingegangen werden soll.

In der Ausführung der Fig.2 wird der Anker 5 von dem Ankerbolzen 6, oder alternativ von dem Ventilstückhals 41 , längsbeweglich geführt. Die Führung des Ankers 5 erfolgt in dem Ausführungsbeispiel der Fig.4 durch den Kronenring 20. Dazu ist an dem Ventilstück 4 ein Kragen 42 angeordnet, welcher innen den Ventilraum 17 begrenzt. Auf einer äußeren Mantelfläche 43 des Kragens 42 ist der Kronenring 20 über eine an ihm ausgebildete innere Positionierfläche 27 zumindest radial fixiert, so dass er vorzugsweise konzentrisch zu dem Ventilsitz 7 angeordnet ist. In alternativen Ausführungen können die Positionierfläche 27 jedoch auch außenliegend und somit die Mantelfläche 43 innenliegend sein. Der Kragen 42 ist im Vergleich zum Ventilstückhals 41 der Fig.2 kürzer ausgeführt, da er keine Führungsfunktion für den Anker 5 mehr hat.

Der Kronenring 20 ist den Anker 5 zumindest teilweise radial umgebend angeordnet. Der Kronenring 20 weist weiterhin eine innere Führungsfläche 28 auf, mit der der Anker 5 längsbeweglich geführt ist. In vorteilhaften Ausführungen sind die Positionierfläche 27 und die Führungsfläche 28 dieselbe innere

Mantelfläche des Kronenrings 20, wobei die Positionierfläche 27 und die

Führungsfläche 28 in axialer Richtung betrachtet übereinander angeordnet sind.

Weiterhin ist in dem Kronenring 20 zumindest eine Abiaufbohrung 26

ausgebildet, die Bestandteil des Niederdruckraums 18 ist und so den Ventilraum 17 mit dem Niederdrucksystem bzw. Rücklaufsystem des Kraftstoffinjektors 100 verbindet. Die Kontaktstifte 31 in der Ausführungsform der Fig.4 weisen einen Schiebersitz 31 a auf, durch welchen die axiale Länge des Kontaktstiftes 31 variabel gestaltet ist, so dass die Magnetbaugruppe 2 während des

Montageprozesses axial korrekt positioniert werden kann, ohne dass die elektrische Kontaktierung des Magnetkerns 3 unterbrochen wird.

Auch in der in Fig.4 dargestellten Ausführung können der Kronenring 20 und die Ankerhubeinstellscheibe 21 einteilig ausgeführt sein.

Fig.5 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerventils 1 im Längsschnitt, wobei im Folgenden nur auf die wesentlichen Unterschiede zu den Ausführungsbeispielen der Fig.2 und Fig.4 eingegangen werden soll.

Auch im Ausführungsbeispiel der Fig.5 erfolgt die Führung des Ankers 5 durch den Kronenring 20 bzw. durch die Führungsfläche 28 des Kronenrings 20. Dazu ist, analog zur Ausführung der Fig.4, die Positionierfläche 27 des Kronenrings 20 zumindest radial auf dem Kragen 42 des Ventilstücks 4 fixiert bzw. mit sehr geringem Spiel angeordnet.

In der Ausführung der Fig.5 ist die Krone 29 jedoch nicht durch eine Plattennut der Ankerplatte 50 hindurch geführt, sondern umgibt bzw. umgreift die

Ankerplatte 50 außen. Dadurch kann die Ankerplatte 50 ohne Nuten als kompletter Kreisring ausgeführt werden. Das radiale Maß der Krone 29 wird jedoch gegebenenfalls vergrößert. In der Krone 29 bzw. im Kronenring 20 sind Abströmlöcher 25 ausgebildet, die Bestandteil des Niederdruckraums 18 sind. Optional können die Abströmlöcher 25 auch entfallen, wenn die Strömungsspalte auf der Außenseite des Kronenrings 20 bzw. der Krone 29 einen ausreichenden Strömungsquerschnitt aufweisen.

Die Ankerhubeinstellscheibe 21 ist zwischen der Krone 29 und der

Magnetbaugruppe 2 verspannt. In allen Ausführungsbeispielen kann die

Ankerhubeinstellscheibe 21 jedoch entweder zwischen der Krone 29 und der Magnetbaugruppe 2 verspannt sein, oder zwischen dem Kronenring 20 und dem Ventilstück 4, oder zusammen mit dem Ventilstück 4 einteilig ausgeführt sein. Im Ausführungsbeispiel der Fig.5 ist ferner die Restluftspaltscheibe 23 am Innenpol der Magnetbaugruppe 2 zwischen dieser und der Ankerplatte 50 angeordnet, wobei die radiale Positionierung der Restluftspaltscheibe 23 für alle

Ausführungsformen frei wählbar ist.

Der Kraftstoffinjektor 100 des Ausführungsbeispiels der Fig.5 weist weiterhin eine Federeinstellscheibe 80 auf, die der Einstellung der Spannfeder 22 dient.

Dazu ist der Haltekörper 10 unter Zwischenlage der Federeinstellscheibe 80 durch eine Überwurfmutter 9a mit einem Haltekörperkopf 9 verschraubt. An dem Haltekörperkopf 9 ist eine Anschlagfläche 9b ausgebildet, an der sich

vorzugsweise sowohl die Feder 8 als auch die Spannfeder 22 und der

Ankerbolzen 6 abstützen.

Dadurch dass das Ventilstück 4 zum Haltekörper 10 fixiert ist, ist über Ventilstück 4, Haltekörper 10, Federeinstellscheibe 80 und Haltekörperkopf 9 die

Anschlagfläche 9b positioniert. Andererseits ist über das Ventilstück 4, den den Kronenring 20 und die Ankerhubeinstellscheibe 21 ein unterer Anschlag für die

Magnetbaugruppe 2 definiert. Ein oberer Abstand zwischen der Magnetbaugruppe 2 und der Anschlagfläche 9b wird nun durch die

Federeinstellscheibe 80 so eingestellt, dass dadurch auch die Kraft der

Spannfeder 80 eingestellt wird. Weiterhin wird die Kraft der Feder 8 mit Hilfe des Auflagerings 81 eingestellt. So kann bei unbestromtem Magnetkern 3, also bei Anlage des Ankers 5 an den Ventilsitz 7, die zwischen dem Anker 5 - bzw. dem Auflagering 81 - und der Anschlagfläche 9b verspannte Feder 8 hinsichtlich ihrer Federkraft bzw. ihres Federwegs sehr gut durch die Höhe des Auflagerings 81 eingestellt werden.

Fig.6 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Steuerventils 1 im Längsschnitt. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen weist die Ausführung der Fig.6 einen kugelförmigen Schließkörper 60 auf, der in einem Aufnahmestück 61 positioniert ist. Das Aufnahmestück 61 ist zwischen dem Anker 5 und dem Schließkörper 60 angeordnet und wird von dem Anker 5 kraftbeaufschlagt, wobei die

Führungsfläche 28 des Kronenrings 20 den Anker 5 längsbeweglich führt.

Aufgrund des kugelförmigen Schließkörpers 60 ist das Steuerventil 1 in dieser Ausführung nicht mehr kraftausgeglichen.

Die Bauteile Anker 5, Aufnahmestück 61 und Schließkörper 60 können dabei in alternativen Ausführungen auch ein- oder zweiteilig ausgeführt werden.

Der Kronenring 20 ist zwischen einem an dem Ventilstück 4 ausgebildeten Absatz 49 und der Magnetbaugruppe 2 verspannt, optional unter Zwischenlage der Ankerhubeinstellscheibe 21. Dabei ist die Mantelfläche 43 des Ventilstücks 4 innenliegend und die Positionierfläche 27 des Kronenrings 20 außenliegend ausgeführt. Der Kronenring 20 ist dadurch koaxial zu dem Ventilstück 4 und demzufolge koaxial zu dem Ventilsitz 7 positioniert. Analog zu den

vorangegangenen Beispielen können aber die Mantelfläche 43 auch

außenliegend und die Positionierfläche 27 innenliegend ausgeführt sein.

In der Darstellung der Fig.6 sind nur die wesentlichen Bereiche gezeigt; es ist jedoch selbstverständlich, dass der Haltekörperkopf 9 zumindest mittelbar mit dem Ventilstück 4 verbunden ist, so dass auch eine Verspannung des

Kronenrings 20 erfolgen kann. Der Kronenring 20 weist in dieser Ausführung zwei Kronen 29 auf, die durch zwei Plattennuten 54, 55 der Ankerplatte 5 ragen. Alternativ können jedoch beliebige Anzahlen von Kronen 29 und Plattennuten 54, 55, 56 verwendet werden.

Weiterhin kann der Kronenring 20 auch den Anker 5 außen umgebend gestaltet sein, wie in Fig.5 gezeigt.

Fig.7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Steuerventils 1 , wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Dabei zeigen die Fig.7a das Steuerventil 1 in perspektivischer Ansicht mit geschnittenem Anker 5 und die Fig.7b das Steuerventil 1 in Draufsicht auf die Ankerplatte 50.

Der Kronenring 20 der Ausführung der Fig.7a / Fig.7b weist vorteilhafterweise drei Kronen 29 auf, wobei prinzipiell eine beliebige Anzahl an Kronen 29 verwendet werden kann. Die Ankerplatte 50 weist eine entsprechende Anzahl von Plattennuten 54, 55, 56 auf, durch die in axialer Richtung die Kronen 29 hindurchgeführt sind. Die Kronen 29 wirken stirnseitig mit der nicht dargestellten Magnetbaugruppe 2 zusammen bzw. sind mit dieser verspannt.

In der Ausführungsform der Fig.7 sind in den Kronen 29 jeweils eine

Lagerausnehmung 59 ausgebildet. Die Lagerausnehmungen 59 sind

klammerförmig gestaltet, und zwar derart, dass sie in Umfangsrichtung des Kronenrings 20 und zur Magnetbaugruppe 2 geöffnet sind. Die

Lagerausnehmungen 59 dienen der Aufnahme von Wälzkörpern 58, die vorzugsweise kugelförmig ausgebildet sind; dadurch erfüllen die

Lagerausnehmungen 59 die Funktion von Lagerkäfigen. Die Wälzkörper 58 sind so dimensioniert und in den Lagerausnehmungen 59 positioniert, dass sie mit den Plattennuten 54, 55, 56 der Ankerplatte 50 zusammenwirken, und zwar in beiden Umfangsrichtungen, also tangential, so dass jeder Wälzkörper 58

Rotationskräfte in beiden Richtungen übertragen kann. Der Anker 5 wird demzufolge von den Wälzkörpern 58 nahezu reibungslos geführt.

Die Verdrehsicherung der Ankerplatte 50 bzw. des Ankers 5 ist somit sehr reibungsarm und verschleißarm ausgeführt, da der Anker 5 quasi über seine Plattennuten 54, 55, 56 auf den Wälzkörpern 58 abrollt. Vorzugsweise sind die Wälzkörper 58 aus einem amagnetischen Material, beispielsweise einer Keramik, hergestellt, damit sie nicht durch die

elektromagnetischen Kräfte der Magnetbaugruppe 2 beeinflusst werden. Die Fig.8 zeigt eine zur Fig.7 alternative Verdrehsicherung der Ankerplatte 50.

Dabei zeigen die Fig.8a das Steuerventil 1 in einem Längsschnitt im Bereich eines Wälzkörpers 58 und die Fig.8b das Steuerventil 1 in Draufsicht auf die Ankerplatte 50. Die Lagerausnehmungen 59 sind in der Ausführungsform der Fig.8 topfförmig gestaltet, mit jeweils einem in Umfangsrichtung des Ankers 5 offenen Ende. Ein Wälzkörper 58 ist in jeweils einer Lagerausnehmung 59 so positioniert, dass er an dem offenen Ende der Lagerausnehmung 59 mit einer Flanke der

entsprechenden Plattennut 54, 55, 56 zusammenwirkt. Dadurch wird die

Ankerplatte 50 an einer Plattennut 54, 55, 56 in einer Umfangsrichtung gelagert, jedoch nicht in der entgegengesetzt orientierten Umfangsrichtung. Daher ist zumindest ein weiterer Wälzkörper 58 erforderlich, der die Ankerplatte 50 auch in der entgegengesetzt orientierten Umfangsrichtung lagert. In den Ausführungsformen der Fig.8 sind somit mindestens zwei Kronen 29 mit jeweils einem darin angeordneten Wälzkörper 58 erforderlich, um eine

reibungsminimierte Verdrehsicherung sicherzustellen. Vorzugsweise weist der Kronenring dabei, anders als in den Fig.8a / Fig.8b dargestellt, eine gerade Anzahl von Kronen 29 auf, so dass die in den zugehörigen Lagerausnehmungen 59 angeordneten Wälzkörper 58 die Ankerplatte 50 jeweils paarweise in beiden

Umfangsrichtungen lagern.

Die Wälzkörper 58 werden in radialer Richtung von den Kronen 29 gelagert. Alternativ kann die radiale Richtung nach außen auch von einem weiteren Bauteil gelagert werden, beispielsweise von der Restluftspaltscheibe 23, wenn diese wie im Ausführungsbeispiel der Fig.6 angeordnet ist.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 100 ist wie folgt: Die Einspritzungen über die Einspritzöffnungen 13 in den Brennraum der

Brennkraftmaschine werden durch die Längsbewegung des ein- oder mehrteiligen Einspritzventilglieds 1 1 ausgeführt, dessen Längsbewegungen wiederum von dem Steuerventil 1 gesteuert werden, wobei das Steuerventil 1 von der Magnetbaugruppe 2 angesteuert wird. Das Einspritzventilglied 1 1 ist an seinem den Einspritzöffnungen 13 entgegengesetzten Ende im Ventilstück 4 längsbeweglich geführt und begrenzt dort den Steuerraum 15.

Bei Bestromung des Magnetkerns 3 übt die Magnetbaugruppe 2 eine anziehende Kraft auf den Anker 5 aus und bewegt diesen entgegen der Kraft der Feder 8 vom Ventilsitz 7 weg. Die hydraulische Verbindung von dem Ventilraum 17 zu dem Niederdruckraum 18 wird dadurch geöffnet und der Steuerraum 15 demzufolge entlastet. Die hydraulisch schließende Kraft im Steuerraum 15 auf das Einspritzventilglied 1 1 in Richtung der Einspritzöffnungen 13 verringert sich und das Einspritzventilglied 1 1 gibt die Einspritzöffnungen 13 frei, so dass der Kraftstoffinjektor 100 in den Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzt.

Zur Beendigung des Einspritzvorgangs wird die Bestromung des Magnetkerns 3 aufgehoben, so dass der Anker 5 von der Feder 8 gegen den Ventilsitz 7 gedrückt wird. Die hydraulische Verbindung vom Ventilraum 17 zum

Niederdruckraum 18 wird dadurch geschlossen und der Steuerraum 15 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff über eine nicht dargestellte Zulaufdrossel befüllt. Dadurch erhöht sich die hydraulisch schließende Kraft im Steuerraum 15 auf das Einspritzventilglied 1 1 in Richtung der Einspritzöffnungen 13 wieder und das Einspritzventilglied 1 1 verschließt die Einspritzöffnungen 13.

Erfindungsgemäß sind die Bauteile des Steuerventils 1 , die einen Einfluss auf den Hub des Ankers 5 haben, reduziert: durch Ventilstück 4, Kronenring 20 und gegebenenfalls Ankerhubeinstellscheibe 21 wird der axiale Abstand zwischen dem Ventilsitz 7 und der Magnetbaugruppe 2 definiert. Subtrahiert man davon die wirksame Länge des Ankers 5 und gegebenenfalls die Höhe der

Restluftspaltscheibe 23, so erhält man den maximal möglichen Ankerhub. Durch die Reduzierung der am Ankerhub beteiligten Bauteile sind die Druck- und Temperaturabhängigkeit des Ankerhubs reduziert; die beiden die axiale Länge bestimmenden Bauteile sind dabei der Anker 5 und der Kronenring 20. Bei durch den Ventilsitz 7 aus dem Steuerraum 15 abströmendem unter

Hochdruck stehendem Kraftstoff erwärmt sich der Anker 5 dynamisch schneller als der Kronenring 20. Dadurch wird vorteilhafterweise das Material des

Kronenrings 20 so gewählt, dass es einen größeren

Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt als das Material des Ankers 5. Dadurch kann der Ankerhubverlust, der durch die unterschiedlichen Temperaturgradienten am Anker 5 und am Kronenring 20 entsteht, durch den

Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kronenrings 20 kompensiert werden.

Vorteilhafterweise wird das Material des Kronenrings 20 weiterhin so gewählt, dass es den Magnetfluss der Magnetbaugruppe 2 nicht beeinträchtigt, beispielsweise aus austenitischem Stahl oder aus einer Keramik.

In vorteilhaften Weiterbildungen haben die durch die Ankerplatte 50 hindurch ragenden Kronen 29 des Kronenrings 20 auch eine Funktion zur

Verdrehsicherung der Ankerplatte 50 bzw. des Ankers 5. Durch den Einsatz von Wälzkörpern 58 kann diese Verdrehsicherung besonders reibungsarm gestaltet werden.

Claims

Ansprüche

1 . Kraftstoffinjektor (100) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum

einer Brennkraftmaschine, wobei der Kraftstoff! njektor (100) ein Steuerventil

(1 ) und ein Einspritzventilglied (1 1 ) umfasst, wobei das Einspritzventilglied (1 1 ) einen Steuerraum (15) begrenzt und längsbeweglich in dem

Kraftstoffinjektor (1 1 ) geführt ist und durch seine Bewegung zumindest eine Einspritzöffnung (13) in den Brennraum öffnet und sperrt, wobei das

Steuerventil (1 ) den Druck in dem Steuerraum (15) steuert, wobei das Steuerventil (1 ) eine Magnetbaugruppe (2), einen Anker (5), ein Ventilstück (4) und einen an dem Ventilstück (4) ausgebildeten Ventilsitz (7) umfasst, wobei der Anker (5) eine Ankerplatte (50) umfasst, wobei die Ankerplatte (50) von der Magnetbaugruppe (2) ansteuerbar ist, wobei der Anker (5) zumindest mittelbar mit dem Ventilsitz (7) zum Entlasten des Steuerraums (15) zusammenwirkt,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Kronenring (20) zwischen dem Ventilstück (4) und der Magnetbaugruppe

(2) verspannt ist.

2. Kraftstoff! njektor (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilstück (4) eine zylindrische Mantelfläche (43) ausgebildet ist, wobei der Kronenring (20) auf der Mantelfläche (43) koaxial zu dem Ventilsitz (7) positioniert ist.

3. Kraftstoff! njektor (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kronenring (20) eine zylindrische Führungsfläche (28) ausgebildet ist, wobei der Anker (5) längsbeweglich in der Führungsfläche (28) geführt ist.

4. Kraftstoff! njektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass eine Ankerhubeinstellscheibe (21 ) zwischen dem Kronenring (20) und dem Ventilstück (4) verspannt ist.

5. Kraftstoffinjektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ankerhubeinstellscheibe (21 ) zwischen dem Kronenring (20) und der Magnetbaugruppe (2) verspannt ist.

6. Kraftstoff! njektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

gekennzeichnet, dass der Kronenring (20) den Anker (5) außen umgibt.

7. Kraftstoff! njektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

gekennzeichnet, dass in der Ankerplatte (50) eine Plattennut (54) ausgebildet ist und dass der Kronenring (20) eine Krone (29) aufweist, wobei die Krone (29) durch die Plattennut (54) ragt.

8. Kraftstoffinjektor (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Krone (29) eine Lagerausnehmung (59) ausgebildet ist, wobei in der Lagerausnehmung (59) ein Wälzkörper (58) gelagert ist, wobei der

Wälzkörper (58) mit der Plattennut (54) zusammenwirkt.

9. Kraftstoff! njektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, dass zwischen der Magnetbaugruppe (2) und der

Ankerplatte (50) eine Restluftspaltscheibe (23) angeordnet ist.

10. Kraftstoff! njektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

gekennzeichnet, dass das Material des Kronenrings (29) einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material des Ankers (5).

1 1 . Kraftstoffinjektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch

gekennzeichnet, dass das Material des Kronenrings (29) amagnetisch ist, vorzugsweise ein austenitischer Sinterstahl oder eine Keramik.

12. Kraftstoffinjektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch

gekennzeichnet, dass die Magnetbaugruppe (2) mittels einer Spannfeder (22) mit dem Kronenring (20) verspannt ist.

13. Kraftstoffinjektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch

gekennzeichnet, dass die Magnetbaugruppe (2) von zumindest einem Kontaktstift (31 ) elektrisch kontaktierbar ist und dass der zumindest eine Kontaktstift (31 ) einen Schiebersitz (31 a) aufweist.

14. Kraftstoffinjektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (5) von einer Feder (8) in Richtung des

Ventilsitzes (7) beaufschlagt ist.

15. Kraftstoff! njektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ankerbolzen (6) durch den Anker (5) ragt.