EP4077905A1 - Kraftstoffinjektor zur einspritzung von kraftstoff - Google Patents

Kraftstoffinjektor zur einspritzung von kraftstoff

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EP4077905A1
EP4077905A1 EP20817298.1A EP20817298A EP4077905A1 EP 4077905 A1 EP4077905 A1 EP 4077905A1 EP 20817298 A EP20817298 A EP 20817298A EP 4077905 A1 EP4077905 A1 EP 4077905A1
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EP
European Patent Office
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control valve
fuel
armature
fuel injector
injector according
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EP20817298.1A
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Gerhard Girlinger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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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
    • 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
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • 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
    • 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
    • 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
    • F02M63/007—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"

Definitions

  • the invention relates to a fuel! Injector of the kind used for injecting fuel preferably into a combustion chamber of an internal combustion engine, the fuel being injected under high pressure.
  • Fuel injection valves such as those used for high-pressure injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, are known from EP 2 126 331 B1, for example.
  • a fuel injection valve has a housing in which a longitudinally displaceable nozzle needle is arranged, which opens and closes injection openings through its longitudinal movement, via which fuel can be injected into a combustion chamber under high pressure. Due to the high pressure, the fuel is finely atomized as it exits the injection openings, so that effective combustion can take place in the combustion chamber.
  • the nozzle needle is moved servo-hydraulically, which means that the pressure in a control chamber, which exerts a hydraulic closing pressure on the nozzle needle, is regulated by means of a control valve. If the control valve opens, the pressure in the control chamber is reduced and the nozzle needle moves into its open position. When the control valve is closed, the high pressure in the control chamber builds up again and the nozzle needle is pushed back into its closed position.
  • the control valve is designed, for example, as a solenoid valve and comprises an electromagnet, ie a coil with a magnetic core, which can be switched ge in rapid succession.
  • the control valve further comprises a magnet armature, which interacts with the electromagnet.
  • the electromagnet When the electromagnet is energized, the magnet armature is moved against the force of an armature spring, so that a drain opening is released through which fuel can flow out of the control chamber into a low-pressure chamber.
  • a closing element with a sealing surface is formed on the armature, with which the armature interacts with a STEU valve seat.
  • it is customary to guide the magnet armature in the housing so that the outlet throttle is closed tightly and reliably.
  • a magnet armature which has an angular error or an axial misalignment with respect to the control valve seat, tends to be asymmetrical or to form an air gap on the stop surface against which the armature rests when the electromagnet is energized.
  • leaks can occur at the control valve seat.
  • the asymmetrical contact with the stop surface leads to point contact and thus to increased friction and wear.
  • magnet armatures which have a shaft area, are guided in a bore or a sleeve.
  • the corresponding components that lead the armature in its longitudinal movement are complex and expensive to manufacture due to the small guide play, which makes the fuel injector expensive and complex to manufacture.
  • the fuel injector according to the invention has the advantage that the magnet armature can be used in a simple manner and without the use of precision components in the fuel! injector and thus a reliable function of the fuel! injector or the control valve is ensured with low manufacturing costs at the same time.
  • the fuel injector has a housing in which a longitudinally displaceable nozzle needle is arranged which, with a sealing surface, opens and closes one or more injection openings through which the fuel can be injected.
  • a control chamber that can be filled with fuel is formed in the housing and exerts a hydraulic force on the nozzle needle in its closing direction.
  • the Pressure in the control chamber can be influenced by the control valve opening and closing a hydraulic cal connection of the control chamber to a low-pressure chamber, the control valve comprising a magnet armature which cooperates with a control valve seat to open and close the hydraulic connection.
  • the armature is radially ge leads on its outside in the housing.
  • the armature has an outer side which is guided radially with a relatively large play in the housing. Further guidance of the armature is not necessary, since the guidance on the outside is sufficient to hold the armature in the desired radial position. Since the armature has a high degree of mobility within the housing, angular misalignments are automatically compensated for, the radial guide play being so large that the magnet armature jamming in the housing is reliably avoided.
  • a magnet armature is designed to be rotationally symmetrical, so that the function is ensured even when the magnet armature rotates within the housing.
  • the radial distance between the outer edge of the armature and the housing is dimensioned so that the armature cannot be moved by more than 0.1 mm perpendicular to its direction of movement in any direction. This guide play is sufficient to hold the armature on the one hand in its functional position.
  • a magnet armature is acted upon by an armature spring in the closing direction towards the control valve seat.
  • the STEU can be designed as a flat seat in an advantageous embodiment.
  • a flat seat is insensitive to radial displacement of the magnet armature, so that a good sealing function is guaranteed even if the magnet armature is slightly displaced in the radial direction within the guide tolerance.
  • the control valve seat is conical and the magnet armature has a spherical segment-shaped closing element which is centered in the closed position in the control valve seat. Any radial deviation from the center due to the relatively large radial guide play is compensated for by the centering in the conical control valve seat or the magnet armature is pushed back into its central position so that the function of the control valve is ensured.
  • the top of the magnet armature is flat.
  • the upper side faces the electromagnet, so that a flat resting on the electromagnet or on a corresponding contact surface can compensate for a possible angular misalignment between the stop surface and the upper side of the magnet armature.
  • the underside of the armature, which lies opposite the upper side can be flat and parallel to the upper side.
  • the maximum stroke of the armature is advantageously less than or equal to 0.1 mm, which on the one hand ensures sufficient drainage from the control chamber and, on the other hand, minimizes a possible misalignment of the armature in the housing.
  • Figure 1 is a longitudinal section through a fuel! injector as he comes out of the
  • FIG. 2 shows another fuel injector known from the prior art, only the area of the solenoid valve being shown here,
  • FIG 4 illustrations of misalignments of the magnet armature with the fuel known from the prior art! injector, Figure 5, 6 and 7 embodiments of the fuel according to the invention! injector or the control valve according to the invention.
  • FIG. 1 is a fuel! injector shown in longitudinal section, as is known from the prior art.
  • the fuel injector has a housing 1 which comprises a holding body 2 and a nozzle body 3 which bear against one another, wherein they are clamped against one another in a liquid-tight manner by a clamping device not shown in the drawing.
  • a pressure chamber 5 is formed which can be filled with fuel under high pressure.
  • the pressure chamber 5 is filled via a high-pressure channel 6 formed in the housing 1, which can be connected to a high-pressure fuel source.
  • the pressure chamber 5 is delimited on the lower side in the drawing, i.e.
  • the pressure chamber 5 is delimited by a valve piece 7 which is fixed by a valve tensioning screw 8 screwed into the housing 1.
  • the valve piece 7 has a receptacle for a piston-shaped, longitudinally displaceable nozzle needle 10 arranged in the pressure chamber 5.
  • a strange sealing surface 11 is formed, with which the nozzle needle 10 interacts with the nozzle seat 12 to open and close a flow cross-section.
  • the nozzle needle 10 and the valve piece 7 delimit a control chamber 20 which can be filled with fuel under high pressure via an inlet throttle 15. Due to the hydraulic pressure in the control chamber 20, a closing force directed in the direction of the nozzle seat 12 is exerted on the nozzle needle 10. The movement of the nozzle needle 10 takes place servo-hydraulically, ie by regulating the pressure in the control chamber 20.
  • an outlet throttle 16 is formed in the valve piece 7, which opens into a low-pressure chamber 21 in the holding body 2.
  • the low-pressure chamber 21 is always at a low fuel pressure via a return line, not shown, but is always completely filled with fuel.
  • the outlet throttle 16 is opened or closed by a control valve 22.
  • the control valve 22 comprises a magnet armature 23 on which an armature plate 24, a guide section 28 and a closing element 25 are formed.
  • the Mag netanker 23 extends through a bore 27 which be 8 in the Ventilspannschrau be formed.
  • An armature spring 34 exerts a closing force on the magnet armature 23 in the direction of a conical control valve seat 26 formed on the valve piece 7.
  • the closing element 25 is formed spherically in this embodiment, for example, and interacts with the conical control valve seat 26 to open and close the outlet throttle 16.
  • the electromagnet 30, which comprises a coil 31 and a magnetic core 32, is used to move the armature 23.
  • the electromagnet 30 If the electromagnet 30 is energized, it exerts a magnetic force of attraction on the magnet armature 23 and pulls it away from the control valve seat 26 against the force of the prestressed armature spring 34, so that the outlet throttle 16 opens and a connection between the control chamber 20 and the low-pressure chamber 21 will be produced. Fuel in the control chamber 20 then flows into the low-pressure chamber 21, so that the pressure in the control chamber 20 drops slightly and the valve needle 10, driven by the hydraulic pressure in the pressure chamber 5, is pushed away from the nozzle seat 12 and the connection is established between the pressure chamber 5 and the blind hole 14 or the injection openings 13 releases.
  • the energization of the electromagnet 30 is terminated and the armature spring 34 presses the magnet armature 23 back into its closed position, in which the closing element 25 closes the outlet throttle 16 again.
  • the fuel flowing in via the inlet throttle 15 into the control chamber 20 increases the pressure to the pressure level of the pressure chamber 5, so that the nozzle needle 10 is pushed back into its closed position.
  • FIG. 2 shows another fuel injector known from the prior art, only the area of the control valve being shown here in longitudinal section. The remaining areas of the fuel injector as shown in FIG 1.
  • the magnet armature 23 here has a guide section 28 which is closely guided in the bore 27 formed in the valve clamping screw 8.
  • the radial play in the bore 27 is selected to be very small in order to prevent misalignment or an angular misalignment of the magnet armature 23.
  • the Boh tion 27 and the guide section 28 must be made very precisely in order to ensure good guidance on the one hand and on the other hand not to provoke unnecessary wear, which would impair the service life of the control valve 22.
  • the control valve seat 26 is designed as a flat seat and accordingly the closing element 25 has a flat sealing surface with which it interacts with the flat control valve seat 26.
  • FIG. 5 a first embodiment of the control valve according to the invention is shown.
  • the magnet armature 23 is essentially plate-shaped and has a flat top side 123 facing the electromagnet 30. Opposite the flat upper side 123, a likewise flat underside 223 is formed on the magnet armature 23, which cooperates with the control valve seat 26 embodied as a flat seat.
  • the magnet armature 23 is guided on its outer side in a sleeve 17 which defines the distance between the electromagnet 30 or the magnet core 32 and the valve clamping screw 8.
  • the guide play d is relatively large compared to the guide in a bore, as in the embodiment shown in Figure 1, for example 0.1 mm or slightly less.
  • sufficient guidance of the magnet tanker 23 in the sleeve 17 is ensured and, on the other hand, the fuel can flow freely between the top 123 and the bottom 223 in order not to hinder the movement of the magnet armature 23.
  • provision can also be made for bores to be made in the magnet armature 23 which connect the upper side with the lower side.
  • FIG. 5 also shows an angular misalignment of the magnet armature 23 with respect to the longitudinal axis or the underside of the electromagnet 30, the angle being drawn significantly larger than it actually occurs for the sake of clarity.
  • the electromagnet 30 is switched on in this embodiment, the magnetic force pulls the armature 23 into contact with the Mag netkern 32 and lies flat against it.
  • a possible angular misalignment by the angle ⁇ is compensated for, since the magnet armature 23 always rests flat on the magnet core 32.
  • the armature spring 34 pushes the armature 23 back to the flat Steuerven tilsitz 26, wherein the angular misalignment can be compensated again.
  • the stroke h of the armature 23 is relatively small, for example 0.1 mm.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the control valve according to the invention.
  • the magnet armature 23 does not have a flat surface parallel to the upper side here, but a spherical closing element 25 which cooperates with a conical control valve seat 26, as already shown in FIG. Since the armature 23 in the sleeve 17 is a relative has large radial play, the armature 23 is centered by the closing element 25 so that it always returns to its central position without the need for further guide elements.
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment with a flat seat, that is to say that the closing element 25 ′ interacts with a flat control valve seat 26.
  • the closing element 25 ' is designed here as a cylindrical component, as a result of which the demands on the magnet armature with regard to wear are reduced.
  • the material of the magnet armature 23 can be optimized with regard to the magnetic properties with reduced requirements for mechanical stability and thus with greater freedom of design.
  • Further improvements can be achieved in that the sleeve 17, the closing element 25 'and the upper stroke stop are made of no or only slightly magnetizable rem material.
  • the upper stroke stop is implemented here in the form of a disk 36 which is clamped between the sleeve 17 and the magnetic core 32 and against which the armature plate 24 rests in the open position of the control valve.

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Abstract

Kraftstoffinjektor zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck, mit einem Gehäuse (1), in dem eine längsverschiebbare Düsennadel (10) angeordnet ist, die mit einer Dichtfläche (11) eine oder mehrere Einspritzöffnungen (13) öffnet und schließt, über die der Kraftstoff ausgespritzt werden kann. Ein mit Kraftstoff befüllbarer Steuerraum (20) übt eine hydraulische Kraft auf die Düsennadel (10) in deren Schließrichtung aus, wobei der Druck im Steuerraum (20) mit einem Steuerventil (22) beeinflusst werden kann, indem das Steuerventil (22) eine hydraulische Verbindung des Steuerraums (20) zu einem Niederdruckraum (21) öffnet und schließt. Das Steuerventil (22) umfasst einen Magnetanker (23), der mit einem Steuerventilsitz (26) zum Öffnen und Schließen der hydraulischen Verbindung zusammenwirkt, wobei der Magnetanker (23) an seiner Außenseite (33) im Gehäuse (1) radial geführt ist.

Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoffinjektor zur Einspritzung von Kraftstoff
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff! njektor, wie er zur Einspritzung von Kraft stoff vorzugsweise in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine Verwendung findet, wobei der Kraftstoff unter hohem Druck eingespritzt wird.
Stand der Technik
Kraftstoffeinspritzventile, wie sie zur Hochdruckeinspritzung von Kraftstoff in ei nen Brennraum einer Brennkraftmaschine Verwendung finden, sind beispielswei se aus EP 2 126 331 Bl bekannt. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse auf, in dem eine längsverschiebbare Düsennadel angeordnet ist, die durch ihre Längsbewegung Einspritzöffnungen öffnet und schließt, über die Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum eingespritzt werden kann. Durch den hohen Druck wird der Kraftstoff beim Austritt aus den Einspritzöffnun gen fein zerstäubt, so dass eine effektive Verbrennung im Brennraum stattfinden kann. Die Bewegung der Düsennadel erfolgt servo-hydraulisch, das heißt, dass der Druck in einem Steuerraum, der einen hydraulischen Schließdruck auf die Düsennadel ausübt, mittels eines Steuerventils reguliert wird. Öffnet das Steuer ventil, so wird der Druck im Steuerraum abgesenkt und die Düsennadel fährt in ihre Öffnungsstellung. Bei geschlossenem Steuerventil baut sich der hohe Druck im Steuerraum wieder auf, und die Düsennadel wird zurück in ihre Schließstel lung gedrückt.
Das Steuerventil ist beispielsweise als Magnetventil ausgebildet und umfasst ei nen Elektromagneten, also eine Spule mit Magnetkern, der in rascher Folge ge schaltet werden kann. Weiter umfasst das Steuerventil einen Magnetanker, der mit dem Elektromagneten zusammenwirkt. Bei Bestromung des Elektromagneten wird der Magnetanker entgegen der Kraft einer Ankerfeder bewegt, so dass eine Ablauföffnung freigegeben wird, durch die Kraftstoff aus dem Steuerraum in ei nen Niederdruckraum abfließen kann. Am Magnetanker ist dazu ein Schließele ment mit einer Dichtfläche ausgebildet, mit der der Magnetanker mit einem Steu erventilsitz zusammenwirkt. Dabei ist es für eine präzise Steuerung üblich, den Magnetanker im Gehäuse zu führen, damit die Ablaufdrossel dicht und zuverläs sig verschlossen wird. Ein Magnetanker, der einen Winkelfehler oder eine axiale Fehlstellung bezüglich des Steuerventilsitzes aufweist, neigt zu einer unsymmet rischen Anlage bzw. zur Ausbildung eines Luftspalts an der Anschlagfläche, an der der Anker bei bestromtem Elektromagneten anliegt. Darüber hinaus können am Steuerventilsitz Undichtigkeiten auftreten. Insbesondere die unsymmetrische Anlage an der Anschlagfläche führt zu einer Punktberührung und damit zu erhöh ter Reibung bzw. Verschleiß. Um dies zu verhindern, werden Magnetanker, die einen Schaftbereich aufweisen, in einer Bohrung oder einer Hülse geführt. Die entsprechenden Bauteile, die den Magnetanker bei seiner Längsbewegung füh ren, sind jedoch aufgrund des geringen Führungsspiels aufwendig und teuer in der Fertigung, was das Kraftstoffeinspritzventil insgesamt teuer und die Fertigung aufwendig macht.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor weist demgegenüber den Vorteil auf, dass der Magnetanker in einfacher Weise und ohne die Verwendung von Präzi sionsbauteilen im Kraftstoff! njektor geführt ist und damit eine zuverlässige Funk tion des Kraftstoff! njektors bzw. des Steuerventils sichergestellt wird bei gleich zeitig niedrigen Herstellungskosten. Dazu weist der Kraftstoffinjektor ein Gehäu se auf, in dem eine längsverschiebbare Düsennadel angeordnet ist, die mit einer Dichtfläche eine oder mehrere Einspritzöffnungen öffnet und schließt, über die der Kraftstoff ausgespritzt werden kann. Darüber hinaus ist im Gehäuse ein mit Kraftstoff befüllbarer Steuerraum ausgebildet, der eine hydraulische Kraft auf die Düsennadel in deren Schließrichtung ausübt. Mit einem Steuerventil kann der Druck im Steuerraum beeinflusst werden, indem das Steuerventil eine hydrauli sche Verbindung des Steuerraums zu einem Niederdruckraum öffnet und schließt, wobei das Steuerventil einen Magnetanker umfasst, der mit einem Steuerventilsitz zum Öffnen und Schließen der hydraulischen Verbindung zu sammenwirkt. Der Magnetanker ist an seiner Außenseite im Gehäuse radial ge führt.
Der Magnetanker weist eine Außenseite auf, die mit relativ großem Spiel im Ge häuse radial geführt ist. Eine weitere Führung des Magnetankers ist nicht not wendig, da die Führung an der Außenseite ausreicht, den Magnetanker in der gewünschten radialen Position zu halten. Da der Anker innerhalb des Gehäuses eine hohe Beweglichkeit aufweist, werden Winkelfehlstellungen automatisch ausgeglichen, wobei das radiale Führungsspiel so groß ist, dass ein Klemmen des Magnetankers im Gehäuse sicher vermieden wird.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Magnetanker rotationssymmet risch ausgebildet, so dass auch bei einer Drehung des Magnetankers innerhalb des Gehäuses die Funktion sichergestellt ist. Dabei ist der radiale Abstand zwi schen dem äußeren Rand des Magnetankers und dem Gehäuse so bemessen, dass der Magnetanker senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung in keiner Rich tung um mehr als 0,1 mm bewegbar ist. Dieses Führungsspiel reicht aus, um den Magnetanker einerseits in seiner Funktionsstellung zu halten. Andererseits ist sie so groß, dass zum einen ein Klemmen des Magnetanker innerhalb des Gehäu ses ausgeschlossen ist und zum anderen sichergestellt ist, dass der Kraftstoff zwischen der Ober- und Unterseite des Magnetankers zirkulieren kann, so dass die Bewegung des Magnetankers nicht durch Kraftstoff, der den Magnetanker stets umspült, nennenswert beeinflusst wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Magnetanker in Schließrichtung auf den Steuerventilsitz zu von einer Ankerfeder beaufschlagt. Dabei kann der Steu erventilsitz in vorteilhafter Ausgestaltung als Flachsitz ausgeführt sein. Ein Flach sitz ist unempfindlich gegenüber einer radialen Verschiebung des Magnetankers, so dass eine gute Dichtfunktion auch dann gewährleistet ist, wenn der Magnet anker innerhalb der Führungstoleranz in radialer Richtung leicht verschoben ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Steuerventilsitz konisch aus gebildet und der Magnetanker weist ein kugelabschnittförmiges Schließelement auf, das in Schließstellung im Steuerventilsitz zentriert wird. Eine eventuelle radi ale Abweichung von der Mitte aufgrund des relativ großen radialen Führungs spiels wird so durch die Zentrierung im konischen Steuerventilsitz ausgeglichen bzw. der Magnetanker wird wieder in seine mittige Stellung gedrückt, so dass die Funktion des Steuerventils sichergestellt bleibt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Oberseite des Magnetankers flach ausgebildet. Die Oberseite ist dem Elektromagneten zugewandt, so dass ein flaches Aufliegen auf dem Elektromagneten bzw. auf einer entsprechenden Anlagefläche eine eventuelle Winkelfehlstellung zwischen der Anschlagfläche und der Oberseite des Magnetankers ausgleichen kann. In vorteilhafter Weiter bildung kann auch die Unterseite des Magnetankers, die der Oberseite gegen überliegt, flach und parallel zur Oberseite ausgebildet sein. Der maximale Hub des Magnetankers ist dabei in vorteilhafter Weise kleiner oder gleich 0,1 mm, was zum einen einen ausreichenden Abfluss aus dem Steuerraum gewährleistet und zum anderen eine mögliche Schiefstellung des Magnetankers im Gehäuse minimiert.
Zeichnung
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemä ßen Kraftstoff! njektors gezeigt. Es zeigt
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Kraftstoff! njektor, wie er aus dem
Stand der Technik bekannt ist, wobei nur die wesentlichen Komponen ten dargestellt sind,
Figur 2 einen weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoff Injek tors, wobei hier nur der Bereich des Magnetventils dargestellt ist,
Figur 3 und
Figur 4 Illustrationen von Fehlstellungen des Magnetankers bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoff! njektor, Figur 5, 6 und 7 Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoff! njektors bzw. des erfindungsgemäßen Steuerventils.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein Kraftstoff! njektor im Längsschnitt dargestellt, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Kraftstoffinjektor weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Haltekörper 2 und einen Düsenkörper 3 umfasst, die aneinander anliegen, wobei sie durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Spannvorrichtung ge geneinander flüssigkeitsdicht verspannt sind. Im Haltekörper 2 und im Düsenkör per 3 ist ein Druckraum 5 ausgebildet, der mit Kraftstoff unter hohem Druck be- füllbar ist. Dabei erfolgt die Befüllung des Druckraums 5 über einen im Gehäuse 1 ausgebildeten Hochdruckkanal 6, der mit einer Kraftstoffhochdruckquelle ver bindbar ist. Der Druckraum 5 wird auf der in der Zeichnung unteren, d.h. einem Brennraum zugewandten Seite von einem konischen Düsensitz 12 begrenzt, an den sich ein Sackloch 14 anschließt, von dem mehrere Einspritzöffnungen 13 ausgehen. Auf der gegenüberliegenden Seite wird der Druckraum 5 von einem Ventilstück 7 begrenzt, das durch eine im Gehäuse 1 eingeschraubte Ventil spannschraube 8 fixiert ist. Das Ventilstück 7 weist eine Aufnahme für eine kol benförmige, längsverschiebbar im Druckraum 5 angeordnete Düsennadel 10 auf. An der Düsennadel 10 ist an ihrem dem Düsensitz 12 zugewandten Ende eine komische Dichtfläche 11 ausgebildet, mit der die Düsennadel 10 zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts mit dem Düsensitz 12 zusammenwirkt. Hebt die Düsennadel 10 vom Düsensitz 12 ab, so strömt Kraftstoff aus dem Druckraum 5 zwischen der Dichtfläche 11 und dem Düsensitz 12 hindurch zu ei ner oder mehreren Einspritzöffnungen 13 und wird durch diese ausgespritzt.
Die Düsennadel 10 und das Ventilstück 7 begrenzen einen Steuerraum 20, der über eine Zulaufdrossel 15 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Durch den hydraulischen Druck im Steuerraum 20 wird eine in Richtung auf den Düsen sitz 12 gerichtete Schließkraft auf die Düsennadel 10 ausgeübt. Die Bewegung der Düsennadel 10 erfolgt servo-hydraulisch, d.h. durch Regulierung des Drucks im Steuerraum 20. Dazu ist im Ventilstück 7 eine Ablaufdrossel 16 ausgebildet, die in einen Niederdruckraum 21 im Haltekörper 2 mündet. Der Niederdruckraum 21 ist dabei über eine nicht gezeigte Rücklaufleitung stets auf einem niedrigen Kraftstoffdruck, allerdings stets vollständig mit Kraftstoff befüllt.
Die Ablaufdrossel 16 wird durch ein Steuerventil 22 geöffnet oder geschlossen. Das Steuerventil 22 umfasst einen Magnetanker 23, an dem ein Ankerteller 24, ein Führungsabschnitt 28 und ein Schließelement 25 ausgebildet sind. Der Mag netanker 23 erstreckt sich durch eine Bohrung 27, die in der Ventilspannschrau be 8 ausgebildet ist. Durch eine Ankerfeder 34 wird eine Schließkraft auf den Magnetanker 23 in Richtung auf einen am Ventilstück 7 ausgebildeten, konischen Steuerventilsitz 26 ausgeübt. Das Schließelement 25 ist in diesem Ausführungs beispiel kugelförmig ausgebildet und wirkt mit dem konischen Steuerventilsitz 26 zum Öffnen und Schließen der Ablaufdrossel 16 zusammen. Zur Bewegung des Magnetankers 23 dient der Elektromagnet 30, der eine Spule 31 und einen Mag netkern 32 umfasst. Wird der Elektromagnet 30 bestromt, so übt er eine magneti sche Anziehungskraft auf den Magnetanker 23 aus und zieht diesen entgegen der Kraft der vorgespannten Ankerfeder 34 vom Steuerventilsitz 26 weg, so dass die Ablaufdrossel 16 geöffnet und eine Verbindung zwischen dem Steuerraum 20 und dem Niederdruckraum 21 hergestellt wird. Kraftstoff, der im Steuerraum 20 ansteht, fließt dann in den Niederdruckraum 21 ab, so dass der Druck im Steuer raum 20 etwas absinkt und die Ventilnadel 10, angetrieben durch den hydrauli schen Druck im Druckraum 5, vom Düsensitz 12 weggedrückt wird und die Ver bindung zwischen dem Druckraum 5 und dem Sackloch 14 bzw. den Einspritz öffnungen 13 freigibt. Soll die Kraftstoffeinspritzung beendet werden, so wird die Bestromung des Elektromagneten 30 beendet und die Ankerfeder 34 drückt den Magnetanker 23 zurück in seine Schließstellung, in der das Schließelement 25 die Ablaufdrossel 16 erneut verschließt. Der über die Zulaufdrossel 15 nachströ mende Kraftstoff in den Steuerraum 20 erhöht den Druck auf das Druckniveau des Druckraums 5, so dass die Düsennadel 10 zurück in ihre Schließstellung ge drückt wird.
Figur 2 zeigt einen weiteren, aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffin jektor, wobei hier nur der Bereich des Steuerventils im Längsschnitt dargestellt ist. Die übrigen Bereiche des Kraftstoffinjektors entsprechend der Darstellung der Figur 1. Der Magnetanker 23 weist hier einen Führungsabschnitt 28 auf, der in der in der Ventilspannschraube 8 ausgebildeten Bohrung 27 eng geführt ist. Das radiale Spiel in der Bohrung 27 ist dabei sehr klein gewählt, um eine Desachsie- rung oder eine Winkelfehlstellung des Magnetankers 23 zu verhindern. Die Boh rung 27 und der Führungsabschnitt 28 müssen sehr präzise gefertigt sein, um ei nerseits eine gute Führung zu gewährleisten und andererseits keinen unnötigen Verschleiß zu provozieren, was die Lebensdauer des Steuerventils 22 beein trächtigen würde. Der Steuerventilsitz 26 ist bei dem in Figur 2 gezeigten Aus führungsbeispiel als Flachsitz ausgebildet und entsprechend weist das Schlie ßelement 25 eine flache Dichtfläche auf, mit der es mit dem flachen Steuerventil sitz 26 zusammenwirkt.
In Figur 3 ist die Wirkung einer Winkelfehlstellung des Magnetankers 23 gezeigt. Kommt es aufgrund von Fertigungstoleranzen oder aufgrund von thermischen Dehnungen, die im Kraftstoff! njektor Vorkommen können, zu einer Winkelfehlstel lung des Magnetankers 23, so wird der Führungsabschnitt 28 in der Bohrung 27 mit einem Kippmoment beaufschlagt, was durch die Kräfte F und die entspre chenden Pfeile in der Figur 3 veranschaulicht ist. Eine solche Fehlstellung um einen Winkel a, der hier der Anschaulichkeit halber extrem vergrößert dargestellt ist, bewirkt eine einseitige Belastung des Führungsabschnitts 28 und damit eine punktförmige Berührung des Führungsabschnitts 28 der Bohrung 27. Dies führt an den entsprechenden Stellen zu erhöhtem Verschleiß und damit zu einer ver ringerten Lebensdauer des Steuerventils 22. Zur Abdichtung der Ablaufdrossel 16 ist hier ein in der Aufnahme drehbar gelagerte Schließelement 25 erforderlich. Eine ähnliche Situation kann auch bei einem kugelförmigen Schließelement 25 und bei einem konischen Steuerventilsitz 26 auftreten, wie in Figur 4 gezeigt.
Da die Position des kugelförmigen Dichtelements 25 durch den konischen Steu erventilsitz 26 festgelegt ist, muss zusätzlich zur Winkelabweichung auch ein Po sitionsausgleich zwischen der Ankerführung und dem Ventilsitz ermöglicht wer den, um die Dichtheit des Steuerventils sicherzustellen. Dies geschieht hier durch eine Trennebene zwischen dem Führungskörper 29 und dem Führungsabschnitt 28 des Magnetankers 23. In Figur 5 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerven tils dargestellt. Der Magnetanker 23 ist im Wesentlichen tellerförmig ausgebildet und weist eine flache Oberseite 123 auf, die dem Elektromagneten 30 zugewandt ist. Der flachen Oberseite 123 gegenüberliegend ist am Magnetanker 23 eine ebenfalls flache Unterseite 223 ausgebildet, die mit dem als Flachsitz ausgebilde ten Steuerventilsitz 26 zusammenwirkt. Der Magnetanker 23 ist an seiner Au ßenseite in einer Hülse 17 geführt, die den Abstand zwischen dem Elektromag neten 30 bzw. dem Magnetkern 32 und der Ventilspannschraube 8 festlegt. Das Führungsspiel d ist dabei gegenüber der Führung in einer Bohrung, wie bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, relativ groß, beispielsweise 0,1 mm oder etwas weniger. Damit ist einerseits eine ausreichende Führung des Magne tankers 23 in der Hülse 17 gewährleistet und andererseits kann so der Kraftstoff zwischen der Oberseite 123 und der Unterseite 223 frei fließen, um die Bewe gung des Magnetankers 23 nicht zu behindert. Zur weiteren Erleichterung dieses Kraftstoffflusses kann es auch vorgesehen sein, Bohrungen in den Magnetanker 23 einzubringen, die die Oberseite mit der Unterseite verbinden.
Figur 5 zeigt auch eine Winkelfehlstellung des Magnetankers 23 bzgl. der Längsachse bzw. der Unterseite des Elektromagneten 30, wobei der Winkel der Übersichtlichkeit halber deutlich größer gezeichnet ist, als er in Wirklichkeit vor kommt. Wird der Elektromagnet 30 bei diesem Ausführungsbeispiel eingeschal tet, so zieht die magnetische Kraft den Magnetanker 23 in Anlage an den Mag netkern 32 und liegt an diesem flach an. Eine eventuelle Winkelfehlstellung um den Winkel a, wie hier dargestellt, wird dabei ausgeglichen, da der Magnetanker 23 stets flach auf den Magnetkern 32 aufliegt. Bei Beendigung der Bestromung drückt die Ankerfeder 34 den Magnetanker 23 zurück an den flachen Steuerven tilsitz 26, wobei die Winkelfehlstellung erneut ausgeglichen werden kann. Der Hub h des Magnetankers 23 ist dabei relativ klein, beispielsweise 0,1 mm.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuer ventils dargestellt. Der Magnetanker 23 weist hier an seiner Unterseite keine zur Oberseite parallele, ebene Fläche auf, sondern ein kugelförmiges Schließele ment 25, das mit einem konischen Steuerventilsitz 26 zusammenwirkt, wie dies schon in Figur 1 gezeigt ist. Da der Magnetanker 23 in der Hülse 17 ein relativ großes radiales Spiel aufweist, wird der Magnetanker 23 durch das Schließele ment 25 zentriert, so dass er stets wieder in seine mittige Stellung zurückkehrt, ohne dass weitere Führungselemente notwendig sind. Figur 7 zeigt wie Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Flachsitz, d.h. dass das Schließelement 25' mit einem ebenen Steuerventilsitz 26 zusam menwirkt. Das Schließelement 25' ist hier als zylindrisches Bauteil ausgebildet , wodurch die Anforderungen an den Magnetanker hinsichtlich Verschleiß reduziert werden. Dadurch kann das Material des Magnetankers 23 hinsichtlich der mag- netischen Eigenschaften optimiert werden bei reduzierten Anforderungen an die mechanische Stabilität und damit mit größerer Gestaltungsfreiheit. Weitere Ver besserungen können dadurch erreicht werden, dass die Hülse 17, das Schließ element 25' und der obere Hubanschlag aus nicht oder nur gering magnetisierba rem Material gefertigt sind. Der obere Hubanschlag ist hier in Form einer Scheibe 36 realisiert, die zwischen der Hülse 17 und dem Magnetkern 32 eingeklemmt ist und an der der Ankerteller 24 in Öffnungsstellung des Steuerventils anliegt.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffinjektor zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck, mit ei nem Gehäuse (1), in dem eine längsverschiebbare Düsennadel (10) ange ordnet ist, die mit einer Dichtfläche (11) eine oder mehrere Einspritzöffnungen (13) öffnet und schließt, über die der Kraftstoff ausgespritzt werden kann, und mit einem mit Kraftstoff befüllbaren Steuerraum (20), der eine hydraulische Kraft auf die Düsennadel (10) in deren Schließrichtung ausübt, und mit einem Steuerventil (22), mit dem der Druck im Steuerraum (20) beeinflusst werden kann, indem das Steuerventil (22) eine hydraulische Verbindung des Steuer raums (20) zu einem Niederdruckraum (21) öffnet und schließt, wobei das Steuerventil (22) einen Magnetanker (23) mit einem Ankerteller (24) umfasst, wobei der Magnetanker (23) mit einem Steuerventilsitz (26) zum Öffnen und Schließen der hydraulischen Verbindung zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (23) nur an der Außensei te (33) des Ankertellers (24) im Gehäuse (1) radial geführt ist.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mag netanker (23) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem äußeren Rand (33) des Ankertellers (24) und dem Gehäuse (1) so bemessen ist, dass der Ankerteller (24) senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung in keiner Richtung um mehr als 0,15 mm (d) aus seiner Mittenlage auslenkbar ist.
4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mag netanker (23) in seiner Schließrichtung in Richtung auf den Steuerventilsitz (26) von einer Ankerfeder (34) beaufschlagt ist.
5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steu erventilsitz (26) als Flachsitz ausgeführt ist.
6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steu erventilsitz (26) konisch ausgebildet ist und der Magnetanker (23) ein kugel abschnittförmiges Schließelement (25) aufweist, das in Schließstellung im Steuerventilsitz (26) zentriert wird.
7. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Elektromagnet (30) zugewandte Oberseite (123) des Magnetankers (23) flach ausgebildet ist.
8. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die der Oberseite (123) gegenüberliegende, dem Steuerventilsitz (26) zugewandte Unterseite (223) des Magnetankers (23) flach und parallel zur Oberseite (123) ausgebildet ist.
9. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Hub (h) des Magnetankers (23) kleiner oder gleich
0,1 mm ist.
10. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (25') zylinderförmig ausgebildet ist.
11. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich net, dass einige oder alle Bauteile (7; 17; 36), die die Bewegung des Magne tankers (23) begrenzen, aus nicht oder nur gering magnetisierbarem Material bestehen.
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