EP3559438B1 - Kraftstoffinjektor und dessen verwendung - Google Patents

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EP3559438B1
EP3559438B1 EP17798174.3A EP17798174A EP3559438B1 EP 3559438 B1 EP3559438 B1 EP 3559438B1 EP 17798174 A EP17798174 A EP 17798174A EP 3559438 B1 EP3559438 B1 EP 3559438B1
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EP
European Patent Office
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magnet armature
valve piece
fuel injector
magnet
armature
Prior art date
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Active
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EP17798174.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3559438A1 (de
Inventor
Lorenz Zerle
Oezguer Tuerker
Stefan Betz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-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
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other 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
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
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    • F02M63/0017—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using electromagnetic operating means
    • F02M63/0021—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using electromagnetic operating means characterised by the arrangement of mobile armatures
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    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0071—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059 characterised by guiding or centering means in valves including the absence of any guiding means, e.g. "flying arrangements"
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member
    • F02M63/008—Hollow valve members, e.g. members internally guided

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to the use of a fuel injector according to the invention.
  • a fuel injector with the features of the preamble of claim 1 is from EP 2 129 903 B1 known to the applicant.
  • the known fuel injector has a magnet armature which is hat-shaped in cross section and which is used to control the outflow of fuel from a control chamber of a valve piece.
  • the movement of an injection member (nozzle needle), which in turn is used to open or release at least one injection opening in the injector housing, is controlled in a known manner by blocking or releasing a drain hole in the valve piece connected to the control chamber.
  • the known magnet armature has a through-hole into which a pin-shaped extension of the valve piece protrudes, the extension serving to support the magnet armature radially.
  • the magnet armature in the area of its through-hole on the side facing the valve piece has a seat edge which, together with an inclined sealing surface running radially around a longitudinal axis of the valve piece, forms a sealing seat in the lowered position of the magnet armature, thereby preventing the drain to prevent fuel from leaving the control room.
  • the area of the radial guide surface of the valve piece for the magnet armature, which is formed on the extension has the same radial distance in relation to the longitudinal axis as the sealing edge on the magnet armature. This has the consequence that the area of the valve piece, which is used for the radial mounting of the magnet armature, is exposed to the pressure of the control chamber and thus high or system pressure.
  • Another fuel injector is from the EP 2 749 799 A1 known.
  • An essential criterion for the accuracy of the metering of the fuel quantity is the achievement of a specific stroke of the magnet armature or of the valve member closing the control chamber.
  • the (maximum) armature stroke is dependent on the dimensioning and tolerance of various components, especially at the start of operation of a fuel injector, on the component temperatures. Components that are subjected to system or high pressure, especially in the area of the sealing of the drain hole from the control chamber, are exposed to greater heating than areas of components that are relatively far away from this area, since the fuel injector installed in the engine block is in the area of its Injector housing still has a relatively low temperature.
  • the different degrees of heating of the components relevant for the armature stroke have the consequence that if the armature heats up or expands to a greater extent than the components surrounding the armature, the (maximum) armature stroke is shortened or less than in a state in which the for the armature stroke essential components have at least almost the same temperature.
  • This has the consequence that - viewed over the operating time of the fuel injector - armature lifts of different heights are achieved with the same current supply to a magnet coil serving for the lifting movement of the magnet armature, the difference being a few micrometers.
  • the armature stroke must be increased by a so-called lead value to compensate for the temperature effects.
  • the fuel injector according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it always has at least almost the same armature stroke almost independently of the temperature, that is to say in particular also at the start of the start-up of the fuel injector.
  • this means that the area of the radial guidance of the magnet armature is spaced relatively far from the sealing area, which is under system pressure.
  • the invention makes use of the fact that the (temperature-dependent) linear expansion of the armature turns out to be smaller, the more compact or shorter the armature in Is formed in the direction of its longitudinal axis. Therefore, according to the invention, the magnet armature has a disk-shaped section extending radially around the longitudinal axis, on the outer circumference of which the guide section protruding in the direction of the valve piece is arranged, the inner wall of which interacts with a guide area on the valve piece.
  • the magnet armature which is approximately cup-shaped in cross section, can either be configured as a two-part magnet armature or as a one-piece magnet armature.
  • the radially circumferential section in the form of a guide sleeve can optionally be made of an amagnetic material or metal.
  • the connection between the guide sleeve and the central, disk-shaped section can in particular be made by a welded connection in the form of a laser weld seam.
  • a one-piece, i.e. monolithic, design of the magnet armature makes it possible to manufacture it as a sintered component, since this enables relatively inexpensive manufacture.
  • valve piece which enables the possibility of an axially particularly short magnet armature and an axially relatively long valve piece in the guide area for the magnet armature, provides that the valve piece has at least one, preferably has a plurality of outflow bores arranged at equal angular distances from one another, which has / have an outlet in the area of the guide surface of the valve piece, the outlet connecting the outlet bore for the control chamber to a low-pressure area when the valve member is raised.
  • outflow bores are arranged at an inclined angle with respect to the longitudinal axis, such that the sealing surface on the extension of the valve piece is at a greater distance from the control chamber in relation to the longitudinal axis than the outlets of the outflow bores.
  • magnet armature which makes it possible to position the sealing seat between the magnet armature and the valve piece more axially in the direction of the control chamber, provides that the magnet armature has a pin-shaped or sleeve-shaped protruding in the direction of the valve piece in a central area having the first extension, on whose end face facing the valve piece the sealing edge is formed, and that the first extension dips into a recess of the valve piece at least when the magnet armature is lowered.
  • a further structurally preferred embodiment of the magnet armature provides that it has in a central area a pin-shaped or sleeve-shaped second extension projecting in the direction of the magnet coil or magnet core, which axially into a through opening of a magnet core with little radial play immersed. Immersing the The second extension into the through-opening of the magnet core has the advantage that the relatively long axially guide reduces leakage losses that typically arise from an armature bolt axially penetrating the magnet armature.
  • the at least one outlet of the outflow bore opens in the area of the magnet armature and that the magnet armature has at least one passage opening which is arranged in overlap with the outlet.
  • the outlet of the at least one outflow bore opens out on the side facing away from the magnet coil below the magnet armature.
  • the magnet armature at least in the overlap area with the end face of the valve piece facing the magnet armature has at least one passage.
  • the background to this is that it is desirable after the end of the current flow, ie to form the sealing seat between the Magnet armature and the valve piece to enable the fastest possible closing movement.
  • this assumes that there is no fuel between the end face of the valve piece facing the disk-shaped section of the magnet armature and the disk-shaped section of the magnet armature, which would otherwise lead to hydraulic damping of the magnet armature closing movement. This attenuation can be prevented or reduced by the mentioned passage on the magnet armature.
  • the number and size of the passages can be adapted to the desired damping behavior of the magnet armature.
  • the invention encompasses the use of a fuel injector according to the invention for compression-ignition internal combustion engines as described so far, the fuel injector being designed to work at a system pressure of more than 2000 bar.
  • the fuel injector 100 shown in the figures is used to inject fuel into the combustion chamber, not shown, of a compression-ignition internal combustion engine.
  • the fuel injector 100 is part of a so-called common rail injection system, which preferably has a system pressure of more than 2000 bar.
  • the fuel injector 100 has an injector housing 11 into which a pressure port 12 can be screwed.
  • the pressure port 12 is connected to a fuel supply line, not shown, and is used to supply a high-pressure chamber 13 with fuel that is under high pressure or under system pressure.
  • the high pressure chamber 13 is formed in a recess 14 of the injector housing 11, in which a valve piece 15 is also inserted.
  • the valve piece 15 has a recess extending from an end face of the valve piece 15 in the form of a blind hole-shaped bore 17 in which a nozzle needle 20 serving as an injection member 19 is arranged so as to be movable along a longitudinal axis 22.
  • the nozzle needle 20 is used in a known manner to open or close at least one injection opening formed in the injector housing 11, via which the fuel can be discharged from the high-pressure chamber 13 into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the position shown for the nozzle needle 20 is in its lowered position that closes the at least one injection opening.
  • the outflow bore 26 has a section having a smaller flow cross section for forming an outflow throttle 29.
  • the control chamber 25 can be filled from the high-pressure chamber 13 by means of at least one inlet bore 30.
  • valve piece 15 is seated axially with a section 31 of enlarged diameter on a stepped shoulder 32 of the recess 14 in the injector housing 11 and is axially against the shoulder 32 by means of a clamping nut 34 tense.
  • valve piece 15 On the side of section 31 facing away from control chamber 25, valve piece 15 has an approximately pin-shaped extension 35, on whose side facing away from control chamber 25 the drain hole 26 opens.
  • a conically arranged sealing surface 38 that runs radially around the longitudinal axis 22 is provided on the valve piece 15 near the mouth area 37 of the drain hole 26 ( Figs. 2 and 3 ).
  • the sealing surface 38 acts, as in particular based on the Fig. 3 can be seen, together with a sealing edge 42 which is embodied on a magnet armature 40 serving as a valve member and likewise encompasses radially around the longitudinal axis 22.
  • the magnet armature 40 can be raised and lowered in the direction of the longitudinal axis 22. In the position of the armature 40 shown in the figures, it has its lower position facing the valve piece 15, in which the sealing edge 42 interacts with the sealing surface 38 to form a sealing seat 43 in order to prevent fuel from flowing out of the control chamber 25.
  • the area of the sealing surface 38 on the valve piece 15 is formed within a recess 45 on the valve piece 15, the recess 45 having a radially circumferential edge 47.
  • a plurality of outflow bores 48 preferably arranged at equal angular distances from one another, are provided, which are arranged at an inclined angle a, for example between 25 ° and 60 °, with respect to a perpendicular to the longitudinal axis 22.
  • the outflow bores 48 start from the area of the inner wall 49 of the recess 45 and open in the area of a radially circumferential guide area 50 on the extension 35 of the valve piece 15 in the area of an outlet 52 each the mouth area 37 of the drain hole 26, the recess 45 and the drain holes 48 in the low-pressure area 28 of the fuel injector 100.
  • the magnet armature 40 has an approximately disk-shaped section 54 which runs radially around the longitudinal axis 22 and which is surrounded by a radially circumferential, in Direction to the control chamber 25 projecting guide section 56 is limited.
  • the guide section 56 interacts with its inner wall 58 with the guide region 50 on the extension 35, in such a way that a radial guide for the magnet armature 40 is formed between the extension 35 and the guide section 56.
  • the guide section 56 of the magnet armature 40 preferably has several passage openings 60 arranged in the manner of elongated holes in the circumferential direction of the guide section 56, which are preferably arranged at non-uniform angular distances from one another around the longitudinal axis 22, in order to be independent of the angular position of the magnet armature 40 in relation to the longitudinal axis 22 always to be arranged in overlap with the outlets 52 of the outflow bores 48.
  • the passages 60 have a height such that, regardless of the axial position of the magnet armature 40 in relation to the longitudinal axis 22, an overlap between the outlets 52 and the passages 60 is achieved. The radial guidance of the magnet armature 40 thus takes place both in an axial area above the passages 60 and in an axial area (in each case with reference to the longitudinal axis 22) below the passages 60.
  • the plate-shaped section of the magnet armature 40 also has a plurality of further passages 62, preferably arranged at uniform angular intervals around the longitudinal axis 22, in the form of slots protruding radially away from the longitudinal axis 22. These slots extend up to the edge of the disk-shaped section of the magnet armature 40 and beyond that somewhat in the direction of the radially circumferential guide region 50 of the magnet armature 40 Fig.
  • the (lower) end face 64 of the magnet armature 40 facing the valve piece 15 is arranged in the closed position of the magnet armature 40 with the formation of only a small axial gap 65 to the end face 66 in the region of the edge 47 of the valve piece 15.
  • the armature 40 also has a first extension 68 on the side facing the valve piece 15, which protrudes axially into the recess 45 of the valve piece 15, the sealing edge 42 being formed on the first extension 68.
  • the sealing edge 42 has a distance a from the longitudinal axis 22 which is smaller than the distance A of the inner wall 58 from the Longitudinal axis 22 ( Fig. 3 ).
  • the magnet armature 40 has a second extension 70 on the side facing away from the valve piece 15, the two extensions 68, 70 being penetrated by a through-hole 72, one in the Fig. 1 recognizable anchor bolt 73 surrounded radially.
  • the armature bolt 73 is arranged in the area of a through opening 75 of a magnet core 76.
  • the second extension 70 of the magnet armature 40 dips axially into the through opening 75 of the magnet core 76.
  • a compression spring 78 radially surrounding the armature bolt 73 is supported on the second extension 70, which acts on the magnet armature 40 by spring force and acts on it in the direction of its closed position.
  • the magnet armature 40 interacts with a magnet coil 80 which is arranged in the area of the magnet core in a recess extending radially around the longitudinal axis 22 and which can be electrically contacted via connection pins 81, 82 or can be supplied with a supply voltage.
  • the magnet coil 80 When the magnet coil 80 is energized, the magnet armature 40 is raised from its closed position counter to the spring force of the compression spring 78 in order to allow pressure media to flow out of the control chamber 25. In this case, the magnet armature 40 rests axially against the magnet core 76 with a residual air gap disk (not shown) in between, whereby the maximum armature stroke of the magnet armature 40 is limited.
  • Fig. 4 is an opposite of the Figs. 2 and 3 modified armature 40a shown.
  • the magnet armature 40a differs from the magnet armature 40 in that it is either made shorter in relation to its axial extent or length, ie has an axially shorter guide section 56, or that the outlets 52 of the outflow bores 48 are below a lower end edge 84 of Guide portion 56 are arranged. As a result, it is not necessary for the magnet armature 40a to have passages 60.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors.
  • Ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der EP 2 129 903 B1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor weist einen im Querschnitt hutförmigen Magnetanker auf, der zur Steuerung des Abflusses von Kraftstoff aus einem Steuerraum eines Ventilstücks dient. Über das Sperren bzw. Freigeben einer mit dem Steuerraum verbundenen Ablaufbohrung im Ventilstück wird in bekannter Art und Weise die Bewegung eines Einspritzglieds (Düsennadel) gesteuert, die wiederum zum Öffnen bzw. Freigeben wenigstens einer Einspritzöffnung im Injektorgehäuse dient. Der bekannte Magnetanker weist eine Durchgangsbohrung auf, in die ein stiftförmiger Fortsatz des Ventilstücks hineinragt, wobei der Fortsatz der radialen Lagerung des Magnetankers dient. Weiterhin weist der Magnetanker im Bereich seiner Durchgangsbohrung auf der dem Ventilstück zugewandten Seite eine Sitzkante auf, die zusammen mit einer an dem Ventilstück um eine Längsachse des Ventilstücks radial umlaufenden, schräg angeordneten Dichtfläche in der abgesenkten Stellung des Magnetankers einen Dichtsitz ausbildet, um dadurch den Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum zu verhindern. Wesentlich dabei ist, dass der Bereich der radialen Führungsfläche des Ventilstücks für den Magnetanker, die an dem Fortsatz ausgebildet ist, in Bezug zur Längsachse denselben radialen Abstand aufweist wie die Dichtkante am Magnetanker. Dies hat zur Folge, dass der Bereich des Ventilstücks, der zur radialen Lagerung des Magnetankers dient, dem Druck des Steuerraums, und somit Hoch- bzw. Systemdruck ausgesetzt ist. Ein weiterer Kraftstoffinjektor ist aus der EP 2 749 799 A1 bekannt.
  • Ein für die Genauigkeit der Zumessung der Kraftstoffmenge wesentliches Kriterium ist das Erreichen eines bestimmten Hubs des Magnetankers bzw. des den Steuerraum verschließenden Ventilglieds. Der (maximale) Ankerhub ist neben der Dimensionierung bzw. Toleranz verschiedener Bauteile insbesondere zu Beginn des Betriebs eines Kraftstoffinjektors von den Bauteiletemperaturen abhängig. So sind Bauteile, die mit System- bzw. Hochdruck beaufschlagt sind, insbesondere im Bereich der Abdichtung der Ablaufbohrung aus dem Steuerraum, einer stärkeren Erwärmung ausgesetzt als von diesem Bereich relativ weit entfernte Bereiche von Bauteilen, da der in dem Motorblock eingebaute Kraftstoffinjektor im Bereich seines Injektorgehäuses noch eine relativ geringe Temperatur aufweist. Die unterschiedlich starke Erwärmung der für den Ankerhub maßgeblichen Bauteile hat zur Folge, dass bei einer stärkeren Erwärmung bzw. Ausdehnung des Magnetankers gegenüber den den Magnetanker umgebenden Bauteilen sich der (maximale) Ankerhub verkürzt bzw. geringer ausfällt im Vergleich zu einem Zustand, bei dem die für den Ankerhub wesentlichen Bauteile zumindest nahezu dieselbe Temperatur aufweisen. Dies hat zur Folge, dass - über die Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors betrachtet - bei gleicher Bestromung einer für die Hubbewegung des Magentankers dienenden Magnetspule unterschiedlich hohe Ankerhübe erzielt werden, wobei die Differenz einige Mikrometer beträgt. Dies hat zur Folge, dass bei üblichen Konstruktionen der Ankerhub zum Ausgleich der Temperatureffekte um einen sogenannten Vorhaltewert erhöht werden muss.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass er nahezu temperaturunabhängig, d.h. insbesondere auch zu Beginn der Inbetriebnahme des Kraftstoffinjektors, stets zumindest nahezu denselben Ankerhub aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Dichtkante am Magnetanker (die der Ausbildung eines Dichtsitzes mit einer Dichtfläche am Ventilstück dient) von der Längsachse des Magnetankers einen kleineren Abstand aufweist als die der Führung des Magnetankers dienende Führungsabschnitt am Magnetanker. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass der Bereich der radialen Führung des Magnetankers von dem Dichtbereich, welcher unter Systemdruck steht, relativ weit beabstandet ist. Dies hat zur Folge, dass der der radialen Führung des Magnetankers am Ventilstück dienende Abschnitt des Magnetankers sich relativ langsam bzw. nahezu zeitgleich und um denselben Betrag erwärmt, wie die den Magnetanker radial umgebenden weiteren Bauteile, die einen Einfluss auf den Ankerhub ausüben. Es wird ermöglicht, dass die für den Ankerhub relevanten Bauteile bzw. Abschnitte sich axial gleich längen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Neben der Erkenntnis, dass die Längenänderung des Magnetankers von dem Ort der Radialführung des Magnetankers in Bezug zu seiner Dichtkante abhängt, macht es sich die Erfindung zunutze, dass die (temperaturabhängige) Längenausdehnung des Magnetankers umso geringer ausfällt, desto kompakter bzw. kürzer der Magnetanker in Richtung seiner Längsachse ausgebildet ist. Daher weist der Magnetanker erfindungsgemäß einen radial um die Längsachse umlaufenden, scheibenförmigen Abschnitt auf, an dessen Außenumfang der in Richtung zum Ventilstück ragende Führungsabschnitt angeordnet ist, dessen Innenwand mit einem Führungsbereich am Ventilstück zusammenwirkt. Der im Querschnitt in etwa topfförmig ausgebildete Magnetanker kann entweder als zweiteilig ausgebildeter Magnetanker oder als einstückig ausgebildeter Magnetanker ausgebildet sein. Bei der Ausbildung als zweiteiliger Magnetanker kann darüber hinaus der radial umlaufende Abschnitt in Form einer Führungshülse optional aus einem amagnetischen Werkstoff bzw. Metall ausgebildet sein. Die Verbindung zwischen der Führungshülse und dem zentralen, scheibenförmigen Abschnitt kann insbesondere durch eine Schweißverbindung in Form einer Laserschweißnaht erfolgen. Demgegenüber bietet sich bei einer einstückigen, d.h. monolithischen Ausbildung des Magnetankers dessen Fertigung als Sinterbauteil an, da damit eine relativ kostengünstige Herstellung ermöglicht wird.
  • Eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung des Ventilstücks, die die Möglichkeit eines axial besonders kurz zu bauenden Magnetankers sowie eines axial relativ langen Ventilstücks im Führungsbereich für den Magnetanker ermöglicht, sieht vor, dass das Ventilstück wenigstens eine, vorzugsweise mehrere, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Abströmbohrungen aufweist, die im Bereich der Führungsfläche des Ventilstücks einen Auslass aufweist/aufweisen, wobei der Auslass die Ablaufbohrung für den Steuerraum bei angehobenem Ventilglied mit einem Niederdruckbereich verbindet. Das Vorsehen mehrerer, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordneter (einen gleichen Strömungsquerschnitt aufweisender) Abströmbohrungen hat den Vorteil, dass zum einen die Drosselverluste minimiert werden, da insgesamt gesehen ein relativ großer Strömungsquerschnitt in Richtung des Niederdruckbereichs bei abgehobenem Ventilglied bzw. Magnetanker zur Verfügung steht, und dass zum anderen auf den Magnetanker keine Quer- bzw. Kippkräfte erzeugt werden, was die Führung des Magentankers vereinfacht bzw. optimiert.
  • In konstruktiv bevorzugter Weiterbildung derartiger Abströmbohrungen sind diese gegenüber der Längsachse in einem schrägen Winkel angeordnet, derart, dass die Dichtfläche am Fortsatz des Ventilstücks in Bezug auf die Längsachse einen größeren Abstand zum Steuerraum aufweist als die Auslässe der Abströmbohrungen. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die Abströmbohrungen am Ventilstück unterhalb des Bereichs der Dichtfläche münden. Dadurch wird oberhalb mit der Dichtfläche ein relativ langer axialer Führungsbereich an dem Magnetanker erzielt.
  • Eine weitere konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung des Magnetankers, die es ermöglicht, den Dichtsitz zwischen dem Magnetanker und dem Ventilstück mehr in Richtung des Steuerraums axial zu positionieren, sieht vor, dass der Magnetanker in einem zentralen Bereich ein in Richtung zum Ventilstück ragenden, stift- oder hülsenförmigen ersten Fortsatz aufweist, an dessen dem Ventilstück zugewandten Stirnseite die Dichtkante ausgebildet ist, und dass der erste Fortsatz zumindest bei abgesenktem Magnetanker in eine Vertiefung des Ventilstücks eintaucht.
  • Zusätzlich oder alternativ sieht es eine weitere konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung des Magnetankers vor, dass dieser in einem zentralen Bereich einen in Richtung zur Magnetspule bzw. zum Magnetkern ragenden, stift- oder hülsenförmigen zweiten Fortsatz aufweist, der in eine Durchgangsöffnung eines Magnetkerns mit geringem radialen Spiel axial eintaucht. Das Eintauchen des zweiten Fortsatzes in die Durchgangsöffnung des Magnetkerns hat den Vorteil, dass durch die axial relativ lange Führung Leckageverluste verringert werden, die typischerweise durch einen den Magnetanker axial durchsetzenden Ankerbolzen entstehen.
  • Um einerseits die axiale Führungslänge des radial umlaufenden Abschnitts am Magnetanker im Bereich des Fortsatzes des Ventilstücks zu maximieren und ein Klemmen bzw. Kippen des Magnetankers zu verhindern, und um andererseits den Fortsatz in seiner axialen Länge relativ kurz gestalten zu können, ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Auslass der Abströmbohrung im Bereich des Magnetankers mündet und dass der Magnetanker wenigstens eine Durchlassöffnung aufweist, die in Überdeckung mit dem Auslass angeordnet ist. Hierzu wird ergänzend erläutert, dass es in der Praxis sinnvoll ist, mehrere, in ungleichförmigen Winkelabständen zueinander angeordnete Durchlassöffnungen an dem radial umlaufenden Abschnitt des Magnetankers auszubilden, wobei diese in einer quer zur Längsachse verlaufenden Richtung, d.h. in Umfangsrichtung, eine größere Erstreckung aufweisen als die Auslasse der Abströmbohrungen. Dadurch ist es möglich, dass sich der Magnetanker auf dem Fortsatz des Ventilstücks drehen kann und unabhängig von seiner Drehwinkellage auf dem Fortsatz beispielsweise wenigstens zwei, auf gegenüberliegenden Seiten angeordnete Auslässe von Abströmbohrungen über die Durchlassöffnungen am Magnetanker druckentlastbar sind bzw. über die Durchlassöffnungen Kraftstoff in den Niederdruckbereich abströmen kann.
  • Alternativ ist es jedoch auch zur Vereinfachung der Konstruktion des Magnetankers denkbar, dass der Auslass der wenigstens einen Abströmbohrung auf der der Magnetspule abgewandten Seite unterhalb des Magnetankers mündet.
  • Da der radial umlaufende (flache) Abschnitt des Magnetankers in der Schließstellung zumindest nahezu in Kontakt mit der ihm zugewandten Stirnfläche des Fortsatzes des Ventilstücks angeordnet ist, ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn der Magnetanker zumindest im Überdeckungsbereich mit der dem Magnetanker zugewandten Stirnseite des Ventilstücks wenigstens einen Durchlass aufweist. Hintergrund hierfür ist, dass es wünschenswert ist, nach dem Ende der Bestromung, d.h. zum Ausbilden des Dichtsitzes zwischen dem Magnetanker und dem Ventilstück, eine möglichst rasche Schließbewegung ermöglichen zu können. Dies setzt jedoch voraus, dass sich zwischen der dem scheibenförmigen Abschnitt des Magnetankers zugewandten Stirnfläche des Ventilstücks und dem scheibenförmigen Abschnitt des Magnetankers kein Kraftstoff befindet, der ansonsten zu einer hydraulischen Dämpfung der Magnetankerschließbewegung führen würde. Diese Dämpfung lässt sich durch den angesprochenen Durchlass am Magnetanker verhindern bzw. reduzieren. Dabei kann die Anzahl und Größe der Durchlässe dem gewünschten Dämpfungsverhalten des Magnetankers angepasst werden.
  • Zuletzt umfasst die Erfindung auf die Verwendung eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors für selbstzündende Brennkraftmaschinen, wobei der Kraftstoffinjektor dazu ausgebildet ist, bei einem Systemdruck von mehr als 2000bar zu arbeiten.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in:
    • Fig. 1
    einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors in einem Längsschnitt,
    Fig. 2
    ein Ventilstück mit seinem damit zusammenwirkenden Magnetanker in einer perspektivischen Halbschnittdarstellung, wobei der Magnetanker eine kürzere axiale Längs aufweist als der bei dem Kraftstoffinjektor gemäß der Fig. 1 verwendete Magnetanker,
    Fig. 3
    ein Detail der Fig. 2 in einem Teillängsschnitt und
    Fig. 4
    einen modifizierten Magnetanker in einer perspektivischen Halbschnittdarstellung entsprechend der Fig. 2, wie er bei dem Kraftstoffinjektor gemäß der Fig. 1 verwendet wird.
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Der in den Figuren gezeigte Kraftstoffinjektor 100 dient dem Einspritzen von Kraftstoff in den nicht gezeigten Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Insbesondere ist der Kraftstoffinjektor 100 Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems, das vorzugsweise einen Systemdruck von mehr als 2000bar aufweist.
  • Der Kraftstoffinjektor 100 weist ein Injektorgehäuse 11 auf, in das ein Druckstutzen 12 einschraubbar ist. Der Druckstutzen 12 ist mit einer nicht gezeigten Kraftstoffversorgungsleitung verbunden und dient der Versorgung eines Hochdruckraums 13 mit unter Hochdruck bzw. unter Systemdruck stehendem Kraftstoff. Der Hochdruckraum 13 ist in einer Ausnehmung 14 des Injektorgehäuses 11 ausgebildet, in der auch ein Ventilstück 15 eingesetzt ist. Das Ventilstück 15 weist eine von einer Stirnseite des Ventilstücks 15 ausgehende Ausnehmung in Form einer sacklochförmigen Bohrung 17 auf, in der eine als Einspritzglied 19 dienende Düsennadel 20 entlang einer Längsachse 22 hubbeweglich angeordnet ist. Die Düsennadel 20 dient in bekannter Art und Weise dem Freigeben bzw. Verschließen wenigstens einer im Injektorgehäuse 11 ausgebildeten Einspritzöffnung, über die der Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 13 in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben werden kann. In der in der Fig. 1 dargestellten Stellung der Düsennadel 20 befindet sich diese in ihrer abgesenkten, die wenigstens eine Einspritzöffnung verschließenden Position.
  • Die Bohrung 17 begrenzt zusammen mit der einen Stirnseite der Düsennadel 20 in dem Ventilstück 15 einen Steuerraum 25, der über eine vom Grund der Bohrung 17 ausgehende Ablaufbohrung 26, die konzentrisch zur Längsachse 22 angeordnet ist, in einen Niederdruckbereich 28 des Injektorgehäuses 11 bzw. des Kraftstoffinjektors 100 druckentlastbar ist. Beispielhaft weist die Ablaufbohrung 26 einen einen geringeren Strömungsquerschnitt aufweisenden Abschnitt zur Ausbildung einer Abströmdrossel 29 auf. Der Steuerraum 25 ist mittels wenigstens einer Zulaufbohrung 30 aus dem Hochdruckraum 13 befüllbar.
  • Das Ventilstück 15 sitzt mit einem im Durchmesser vergrößerten Abschnitt 31 an einem stufenförmigen Absatz 32 der Ausnehmung 14 in dem Injektorgehäuse 11 axial an und ist mittels einer Spannmutter 34 axial gegen den Absatz 32 verspannt. Auf der dem Steuerraum 25 abgewandten Seite des Abschnitts 31 weist das Ventilstück 15 einen in etwa stiftförmigen Fortsatz 35 auf, an dessen dem Steuerraum 25 abgewandten Seite die Ablaufbohrung 26 mündet.
  • Zur Steuerung des Abflusses von Kraftstoff aus dem Steuerraum 25 in den Niederdruckbereich 28 des Kraftstoffinjektors 100 ist es erforderlich, die Ablaufbohrung 26 auf der dem Steuerraum 25 abgewandten Seite dicht zu verschließen bzw. zu öffnen. Hierzu ist an dem Ventilstück 15 nahe des Mündungsbereichs 37 der Ablaufbohrung 26 eine um die Längsachse 22 radial umlaufende, konisch angeordnete Dichtfläche 38 vorgesehen (Fig. 2 und 3). Die Dichtfläche 38 wirkt, wie insbesondere anhand der Fig. 3 erkennbar ist, mit einer an einem als Ventilglied dienenden Magnetanker 40 ausgebildeten, ebenfalls radial um die Längsachse 22 umlaufenden Dichtkante 42 zusammen. Der Magnetanker 40 ist in Richtung der Längsachse 22 heb- und senkbar. In der in den Figuren dargestellten Stellung des Magnetankers 40 weist dieser seine untere, dem Ventilstück 15 zugewandte Position auf, bei der die Dichtkante 42 mit der Dichtfläche 38 zur Ausbildung eines Dichtsitzes 43 zusammenwirkt, um ein Abströmen von Kraftstoff aus dem Steuerraum 25 zu vermeiden.
  • Der Bereich der Dichtfläche 38 am Ventilstück 15 ist innerhalb einer Vertiefung 45 am Ventilstück 15 ausgebildet, wobei die Vertiefung 45 einen radial umlaufenden Rand 47 aufweist. Im Bereich des Rands 47 sind mehrere, vorzugsweise in gleichgroßen Winkelabständen zueinander angeordnete Abströmbohrungen 48 vorgesehen, die in Bezug zu einer Senkrechten zur Längsachse 22 in einem schrägen Winkel a, welcher beispielsweise zwischen 25° und 60° beträgt, angeordnet sind. Die Abströmbohrungen 48 gehen vom Bereich der Innenwand 49 der Vertiefung 45 aus und münden im Bereich eines radial umlaufenden Führungsbereichs 50 an dem Fortsatz 35 des Ventilstücks 15 im Bereich jeweils eines Auslasses 52. Bei von der Dichtfläche 38 angehobenem Magnetanker 40 wird somit eine hydraulische Verbindung zwischen dem Mündungsbereich 37 der Ablaufbohrung 26, der Vertiefung 45 und den Abströmbohrungen 48 in dem Niederdruckbereich 28 des Kraftstoffinjektors 100 ausgebildet.
  • Der Magnetanker 40 weist einen um die Längsachse 22 radial umlaufenden, in etwa scheibenförmigen Abschnitt 54 auf, der von einer radial umlaufenden, in Richtung zum Steuerraum 25 ragenden Führungsabschnitt 56 begrenzt ist. Der Führungsabschnitt 56 wirkt mit seiner Innenwand 58 mit dem Führungsbereich 50 an dem Fortsatz 35 zusammen, derart, dass zwischen dem Fortsatz 35 und dem Führungsabschnitt 56 eine radiale Führung für den Magnetanker 40 ausgebildet ist. In Höhe der Auslässe 52 der Abströmbohrungen 48 weist der Führungsabschnitt 56 des Magnetankers 40 vorzugsweise mehrere, in Art von Langlöchern in Umfangsrichtung des Führungsabschnitts 56 angeordneter Durchlassöffnungen 60 auf, die vorzugsweise in ungleichförmigen Winkelabständen zueinander um die Längsachse 22 angeordnet sind, um unabhängig von der Drehwinkelposition des Magnetankers 40 in Bezug zur Längsachse 22 stets in Überdeckung mit den Auslässen 52 der Abströmbohrungen 48 angeordnet zu sein. Weiterhin weisen die Durchlässe 60 eine derartige Höhe auf, dass unabhängig von der axialen Position des Magnetankers 40 in Bezug zur Längsachse 22 eine Überdeckung zwischen den Auslässen 52 und den Durchlässen 60 erzielt ist. Die radiale Führung des Magnetankers 40 findet somit sowohl in einem axialen Bereich oberhalb der Durchlässe 60 als auch in einem axialen Bereich (jeweils bezogen auf die Längsachse 22) unterhalb der Durchlässe 60 statt.
  • Wie insbesondere anhand der Fig. 2 darüber hinaus erkennbar ist, weist der plattenförmige Abschnitt des Magnetankers 40 darüber hinaus mehrere, vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen um die Längsachse 22 angeordnete weitere Durchlässe 62 in Form von radial von der Längsachse 22 wegragenden Schlitzen auf. Diese Schlitze erstrecken sich bis zum Rand des scheibenförmigen Abschnitts des Magnetankers 40 sowie darüber hinaus etwas in Richtung des radial umlaufenden Führungsbereichs 50 des Magnetankers 40. Wie insbesondere anhand der Fig. 3 erkennbar ist, ist die dem Ventilstück 15 zugewandte (untere) Stirnfläche 64 des Magnetankers 40 in der Schließstellung des Magnetankers 40 unter Ausbildung eines lediglich geringen Axialspalts 65 zur Stirnfläche 66 im Bereich des Rands 47 des Ventilstücks 15 angeordnet.
  • Der Magnetanker 40 weist darüber hinaus auf der dem Ventilstück 15 zugewandten Seite einen ersten Fortsatz 68 auf, der in die Vertiefung 45 des Ventilstücks 15 axial hineinragt, wobei an dem ersten Fortsatz 68 die Dichtkante 42 ausgebildet ist. Die Dichtkante 42 weist von der Längsachse 22 einen Abstand a auf, der kleiner ist als der Abstand A der Innenwand 58 von der Längsachse 22 (Fig. 3). Weiterhin weist der Magnetanker 40 auf der dem Ventilstück 15 abgewandten Seite einen zweiten Fortsatz 70 auf, wobei die beiden Fortsätze 68, 70 von einer Durchgangsbohrung 72 durchsetzt sind, die einen in der Fig. 1 erkennbaren Ankerbolzen 73 radial umgeben. Der Ankerbolzen 73 ist im Bereich einer Durchgangsöffnung 75 eines Magnetkerns 76 angeordnet. Dabei taucht der zweite Fortsatz 70 des Magnetankers 40 axial in die Durchgangsöffnung 75 des Magnetkerns 76 ein. Auf der dem ersten Fortsatz 68 abgewandten Oberseite des zweiten Fortsatzes 70 stützt sich an dem zweiten Fortsatz 70 eine den Ankerbolzen 73 radial umgebende Druckfeder 78 ab, die den Magnetanker 40 durch Federkraft beaufschlagt und diesen in Richtung seiner Schließstellung kraftbeaufschlagt.
  • Der Magnetanker 40 wirkt mit einer im Bereich des Magnetkerns in einer radial um die Längsachse 22 umlaufenden Vertiefung angeordneten Magnetspule 80 zusammen, die über Anschlusspins 81, 82 elektrisch kontaktierbar bzw. mit einer Versorgungsspannung versorgbar ist. Bei einer Bestromung der Magnetspule 80 wird der Magnetanker 40 entgegen der Federkraft der Druckfeder 78 aus seiner Schließstellung angehoben, um einen Abfluss von Druckmitteln aus dem Steuerraum 25 zu ermöglichen. Dabei liegt der Magnetanker 40, unter axialer Zwischenlage einer nicht dargestellten Restluftspaltscheibe, axial an dem Magnetkern 76 an, wodurch der maximale Ankerhub des Magnetankers 40 begrenzt ist.
  • Bei einem Anheben des Magnetankers 40 aus seiner Schließstellung und einem Abströmen von Kraftstoff aus dem Steuerraum 25 in Richtung des Niederdruckbereichs 28 des Kraftstoffinjektors 100 erfolgt, in bekannter Art und Weise, ein stärkeres Eintauchen der Düsennadel 20 in den Steuerraum 25, wodurch die wenigstens eine am Kraftstoffinjektor 100 ausgebildete Einspritzöffnung freigegeben wird.
  • In der Fig. 4 ist ein gegenüber den Fig. 2 und 3 modifizierter Magnetanker 40a dargestellt. Der Magnetanker 40a unterscheidet sich von dem Magnetanker 40 dadurch, dass dieser in Bezug auf seine axiale Erstreckung bzw. Länge entweder kürzer ausgebildet ist, d.h. einen axial kürzer ausgebildeten Führungsabschnitt 56 aufweist, bzw. dass die Auslässe 52 der Abströmbohrungen 48 unterhalb einer unteren Stirnkante 84 des Führungsabschnitts 56 angeordnet sind. Dadurch ist es nicht erforderlich, dass der Magnetanker 40a Durchlässe 60 aufweist.

Claims (9)

  1. Kraftstoffinjektor (100), mit einem Injektorgehäuse (11), in dem ein Einspritzglied (19) hubbeweglich geführt ist, mit einem Ventilstück (15), in dem eine Ausnehmung (17) ausgebildet ist, die zusammen mit dem Einspritzglied (19) einen Steuerraum (25) begrenzt, der über eine Ablaufbohrung (26) in einen Niederdruckbereich (28) des Injektorgehäuses (11) druckentlastbar ist, wobei die Ablaufbohrung (26) von einem als Magnetanker (40; 40a) zumindest mittelbar ausgebildeten Ventilglied mittels einer Dichtkante (42) im Bereich einer am Ventilstück (15) ausgebildeten Dichtfläche (38) freigebbar bzw. verschließbar ist, und wobei der mit einer Magnetspule (80) zusammenwirkende Magnetanker (40; 40a) entlang einer Längsachse (22) verschiebbar und von einem Fortsatz (35) des Ventilstücks (15) an einem radial umlaufenden Führungsbereich (50) des Ventilstücks (15) radial geführt ist, wobei der Abstand (a) der Dichtkante (42) am Magnetanker (40; 40a) von der Längsachse (22) kleiner ist als der Abstand (A) eines mit dem Führungsbereich (50) am Ventilstück (15) zusammenwirkenden Führungsabschnitts (56; 56a) des Magnetankers (40; 40a) von der Längsachse (22),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Magnetanker (40; 40a) einen radial um die Längsachse (22) umlaufenden, scheibenförmigen Abschnitt (54) aufweist, an dessen Außenumfang der in Richtung zum Ventilstück (15) ragende Führungsabschnitt (56; 56a) angeordnet ist, dessen Innenwand (58) mit dem Führungsbereich (50) am Ventilstück (15) zusammenwirkt.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Ventilstück (15) wenigstens eine, vorzugsweise mehrere, in gleichmäßigen Winkelabständen um die Längsachse (22) angeordnete Abströmbohrungen (48) aufweist, die im Bereich des Führungsbereichs (50) des Ventilstücks (15) ein Auslass (52) aufweist, wobei der Auslass (52) die Ablaufbohrung (26) für den Steuerraum (25) bei angehobenem Ventilglied mit dem Niederdruckbereich (28) verbindet.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die wenigstens eine Abströmbohrung (48) gegenüber der Längsachse (22) in einem schrägen Winkel (α) angeordnet ist, derart, dass die Dichtfläche (38) in Bezug auf die Längsachse (22) einen größeren Abstand zum Steuerraum (25) aufweist als der Auslass (52).
  4. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Magnetanker (40; 40a) in einem zentralen Bereich einen in Richtung zum Ventilstück (15) ragenden, stift- oder hülsenförmigen ersten Fortsatz (68) aufweist, an dessen dem Ventilstück (15) zugewandter Stirnseite die Dichtkante (42) ausgebildet ist, und dass der erste Fortsatz (68) zumindest bei abgesenktem Magnetanker (40; 40a) in eine Vertiefung (45) des Ventilstücks (15) eintaucht.
  5. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Magnetanker (40; 40a) in einem zentralen Bereich einen in Richtung zur Magnetspule (80) ragenden, stift- oder hülsenförmigen zweiten Fortsatz (70) aufweist, der in eine Durchgangsöffnung (75) eines Magnetkerns (76) mit geringem radialen Spiel axial eintaucht.
  6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Auslass (52) der wenigstens einen Abströmbohrung (48) auf der der Magnetspule (80) abgewandten Seite unterhalb des Magnetankers (40; 40a) mündet.
  7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Auslass (52) der wenigstens einen Abströmbohrung (48) im Bereich des Magnetankers (40) mündet, und dass der Magnetanker (40) wenigstens eine Durchlassöffnung (60) aufweist, die in Überdeckung mit dem Auslass (52) angeordnet ist.
  8. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Magnetanker (40; 40a) zumindest im Überdeckungsbereich mit einer dem Magnetanker (40; 40a) zugewandten Stirnseite des Ventilstücks (15) wenigstens einen Durchlass (62) aufweist.
  9. Verwendung eines Kraftstoffinjektors (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für selbstzündende Brennkraftmaschinen, wobei der Kraftstoffinjektor (100) dazu ausgebildet ist, bei einem Systemdruck von mehr als 2000 bar zu arbeiten.
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