WO2007065745A1 - Niederhaltung einer magnetgruppe in einem brennstoffinjektor - Google Patents

Niederhaltung einer magnetgruppe in einem brennstoffinjektor Download PDF

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WO2007065745A1
WO2007065745A1 PCT/EP2006/067194 EP2006067194W WO2007065745A1 WO 2007065745 A1 WO2007065745 A1 WO 2007065745A1 EP 2006067194 W EP2006067194 W EP 2006067194W WO 2007065745 A1 WO2007065745 A1 WO 2007065745A1
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Matthias Beck
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators

Definitions

  • Fuel injectors are used to supply fuel to the combustion chambers of internal combustion engines. These include an injection valve member which opens or closes at least one injection opening, via which the fuel is metered into the combustion chamber.
  • the injection valve member is actuated, for example, via a solenoid valve assembly or a piezo actuator.
  • the solenoid valve assembly is arranged on the end of the fuel injector opposite the at least one injection opening.
  • the solenoid valve assembly is connected to the injector housing, for example, by means of a union nut.
  • the residual air gap required for the operation of the solenoid valve assembly is set, for example, by spacer rings, which are accommodated between the solenoid valve assembly and the injector housing. Another option for setting the residual air gap is pairing between the valve needle and valve body.
  • the solenoid valve assembly In the case of fuel injectors in which the solenoid valve assembly is located within the injector housing, it cannot be screwed directly to the injector housing, since the height of the opening in the valve body in which the solenoid valve assembly is accommodated and the height of the solenoid valve assembly cannot be manufactured with sufficient accuracy by one Comply with defined hold-down force and thus ensure safe operation of the fuel injector.
  • the solenoid valve assembly In order to ensure safe operation of the solenoid valve assembly and thus the fuel injector, the solenoid valve assembly is pressed against the housing with the aid of a hold-down element which is accommodated between the solenoid valve assembly and the injector housing on the side facing away from the at least one injection nozzle.
  • Suitable hold-down elements are, for example, disc springs, spiral springs, corrugated rings, spring washers, O-rings or snap rings. Disclosure of the invention
  • a fuel injector designed according to the invention for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises an injection valve member which opens or closes at least one injection opening for injecting the fuel and which is controlled by a solenoid valve assembly.
  • the injection valve member and the solenoid valve assembly are accommodated in at least one housing part of an injector housing.
  • the solenoid valve assembly is supported by means of a hold-down element against a housing part which is arranged above the solenoid valve assembly, or against a cover which is connected to the housing part in which the solenoid valve assembly is accommodated, the hold-down element being arranged below the solenoid valve assembly.
  • the advantage of arranging the hold-down element below the solenoid valve assembly is that it can have a smaller diameter than the solenoid valve assembly. This avoids collisions with a prism, which is used to clamp the workpiece for machining. The space is restricted by the prism. When the hold-down element is located at the bottom, the solenoid valve assembly can be placed further upwards with the same overall height, which creates a larger installation space for the solenoid valve assembly. Another advantage is that the solenoid valve assembly can be manufactured independently of the fuel injector with the contact pins leading upwards with the hold-down element lying below.
  • a hold-down element which is arranged above the solenoid valve assembly, would destroy the welding of the contact pins, with which the solenoid valve assembly is supplied with current, due to the spring tension of the hold-down element designed as a plate spring.
  • sealing elements in the solenoid valve assembly can be checked for leaks before the fuel injector is fully assembled.
  • the hold-down element is a spring element. This makes it possible to compensate for manufacturing inaccuracies without having to use different hold-down elements or setting groups, depending on the exact dimension of the opening in the injector housing, which receives the solenoid valve assembly, and the solenoid valve assembly.
  • the spring element exerts a force on the solenoid valve assembly, with which it is placed against the injector housing.
  • spring elements are, for example, disc springs or spiral springs. However, any other spring element known to the person skilled in the art, which is designed as a compression spring, can also be used.
  • the solenoid valve assembly comprises a magnetic pot and a magnetic disk, the magnetic pot being supported on the magnetic disk and the magnetic disk being aligned in the direction of the at least one injection opening.
  • a coil is accommodated in the magnetic pot so that a magnetic field is created as soon as it is energized.
  • the magnetic disk is preferably made of easily magnetizable material, so that the magnetic field generated by the coil is thereby strengthened.
  • An armature which is generally designed as a submersible anchor and is firmly connected to the valve member of the solenoid valve assembly, is moved by the magnetic field. This releases or closes a valve seat. When the valve seat is released, fuel can run out of a control room, so that the pressure in the control room is reduced.
  • the injection valve member opens at least one injection opening each and fuel can flow into the combustion chamber.
  • the magnetic field is reduced and the valve member is seated.
  • the connection from the control room is closed.
  • Pressurized fuel flows into the control room via a fuel supply line.
  • the solenoid valve assembly is formed in two parts in a second embodiment.
  • the solenoid valve assembly comprises a magnet pot and an armature designed as a flat armature. A magnetic disk is not provided in this embodiment.
  • the fuel injector designed according to the invention can be used in self-igniting internal combustion engines both in high-pressure accumulator injection systems (common rail) and in pump-nozzle systems. In contrast to the common rail system, in which the injection of the fuel is triggered by releasing the valve seat, the injection is triggered in pump-nozzle systems by closing the valve seat.
  • a compensating element is additionally received between the hold-down element and the solenoid valve assembly. It is also possible to provide a washer between the solenoid valve assembly and the hold-down element in order to protect the magnetic material, generally a powder composite material with low mechanical strength, against edge loads which can be impressed by the hold-down element.
  • FIG. 1 shows a detail from a fuel injector with magnetic valve assemblies according to the prior art
  • Figure 2 is a schematic representation of a solenoid valve assembly according to the prior art
  • Figure 3 is a schematic representation of a recorded in a fuel injector
  • FIG. 4 shows a detail from a fuel injector with a solenoid valve assembly accommodated therein according to the invention.
  • FIG. 1 shows a detail from a fuel injector with a solenoid valve assembly accommodated therein according to the prior art.
  • a fuel injector 1 comprises a solenoid valve assembly 2, via which an injection valve member (not shown in FIG. 1) is controlled.
  • the solenoid valve assembly 2 comprises a magnetic pot 3, in which a coil 4 is received.
  • a magnetic disk 5 connects to the magnetic pot 3.
  • a central bore 6 is formed in the magnetic disk 5, in which a valve piston 7 is movably received.
  • the solenoid valve assembly 2 together with the valve piston 7 is received in a recess 8 in a central housing part 9 of the fuel injector 1.
  • a bore 10 extends from the recess 8 in the direction of the injection valve member.
  • the valve piston 7 is guided in the bore 10.
  • the bore 10 opens into a control chamber 11, which can be closed or released by placing an edge 13 on the valve piston 7 in a seat 12 or being lifted out of it.
  • a magnetic field is formed, which is amplified by the magnetic pot 3 and the magnetic disk 5.
  • An armature 14, which is firmly connected to the valve piston 7, is moved in the direction of the magnetic disk 5 by the magnetic field which is formed. As soon as the energization of the coil 4 is ended, the magnetic field also disappears.
  • valve piston 7 With the aid of a spring element 15, which is preferably a compression spring designed as a spiral spring, the valve piston 7 is lifted out of the seat 12 again.
  • the coil 4 is supplied with voltage via a plug connection 16, via which the fuel injector 1 is connected to the voltage network of the motor vehicle.
  • the magnetic pot 3 and the magnetic disk 5 are preferably made of a soft magnetic material with high saturation induction and preferably with high specific electrical resistance.
  • the recess 8 with the solenoid valve assembly 2 accommodated therein is closed by an upper housing part 17.
  • a hold-down element 19 is accommodated in the fuel injectors 1 known from the prior art between the solenoid valve assembly 2 and a lower end face 18 of the upper housing part 17.
  • the hold-down element 19 is a plate spring.
  • a lower housing part 20 adjoins the side of the central housing part 9 opposite the upper housing part 17.
  • the injection openings, not shown here, are formed in the lower housing part 20. Furthermore, the injection valve member, with which the at least one injection opening is closed or opened, is guided in the lower housing part 20.
  • a second control chamber 21 is formed in the lower housing part 20, in which a spring element 22 is accommodated, which is preferably a coil spring designed as a compression spring.
  • the spring element 22 acts on an upper end face of the injection valve member.
  • the lower housing part 20 is connected to the middle housing part 9 and the upper housing part 17 by means of a clamping nut 23.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a solenoid valve assembly as it is installed in a fuel injector according to the prior art.
  • the solenoid valve assembly 2 is accommodated in the recess 8 in the middle housing part 9, from which the bore 10 extends.
  • the solenoid valve assembly 2 comprises the magnetic pot 3 with the coil 4 (not shown here) and the magnetic disk 5 received therein.
  • the coil 4 When the coil 4 is energized, a magnetic field is formed, which is amplified by the magnetic pot 3 and the magnetic disk 5.
  • the armature 14 is moved in the direction of the magnetic disk 5 until the valve piston 7, to which the armature 14 is fastened without play, has the edge 13 in the seat 12.
  • the distance which arises between the magnetic disk 5 and a lower end face 27 of the armature 14 facing the magnetic disk 5 is referred to as the residual air gap 28.
  • the residual air gap 28 prevents the armature 14 from striking the magnetic disk 5. On the one hand, this could cause the armature 14 to bounce back and thus reopen the seat 12, which leads to the injection valve member re-opening the at least one injection opening and further fuel entering the combustion chamber of the internal combustion engine, as a result of which the combustion process is negative is influenced. On the other hand, it is possible that the bouncing back causes mechanical damage. As soon as the energization of the coil 4 is switched off and the solenoid valve is thus lifted, the valve piston 7 is lifted out of the seat 12 with the aid of the spring element 15 (not shown in FIG. 2). The path that the valve piston 7 can travel in the axial direction is limited by the upper housing part 17.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the middle housing part with the solenoid valve assembly accommodated therein according to the invention.
  • the magnetic valve assembly 2 which comprises the magnetic pot 3 and the magnetic disk 5, is accommodated in the recess 8 in the middle housing part 9.
  • a hold-down element 31 is received between an end face 32 of the recess 8 and the magnetic disk 5.
  • the hold-down element 31 is also a plate spring in the embodiment shown in FIG. 3. In addition to the plate, any other spring element known to the person skilled in the art as a compression spring can also be used.
  • the stroke 29 of the valve piston 7 is also limited in the solution according to the invention by the upper housing part 17.
  • the armature 14 in the solution according to the invention is attached further up to the valve piston 7 than is known from the prior art. This means that the distance between the armature 14 and the edge 13, which is located in the seat 12, is greater in the solution according to the invention than in known fuel injectors. If the distance between the armature 14 and the edge 13 is chosen to be the same size as in known fuel injectors, the inventive solution achieves a smaller distance between the valve seat 13 and the end face 32 of the recess 8 or the upper housing part 17, which results in a more compact one Construction of the fuel injector 1 leads.
  • An advantage of the solution according to the invention is that the solenoid valve assembly 2 together with the valve piston 7 can be preassembled in the middle housing part 9 in order to set the residual air gap 28 and stroke 29. It is also possible to manufacture the hold-down element 31 in a smaller diameter. As a result, the hold-down element 31 is not arranged on the outer edge of the solenoid valve assembly 2, but in a mechanically more favorable manner in the area of the center circle of the magnetic pot 3. Another advantage is that by arranging the hold-down element 31 below the solenoid valve assembly 2, the upper housing part 17 and its contacting with the coil and the contact pins 33 (shown in FIG. 4) are firmly connected, e.g. can be welded. In this way, a pre-assembled unit can be produced, which can then be connected to the lower housing part 20.
  • FIG. 4 shows a detail from a fuel injector with a solenoid valve assembly accommodated therein according to the invention.
  • the solenoid valve assembly 2 comprises the magnetic pot 3, with the coil 4 accommodated therein, and the magnetic disk 5. To generate the magnetic field, the coil 4 is supplied with current via contact pins 33.
  • a sealing element 35 is accommodated in the openings 34, through which the contact elements pins 33 are felt through.
  • the sealing element 35 is an O-ring.
  • any further sealing element known to the person skilled in the art can also be used.
  • a cover 36 is placed on the upper housing part 17.
  • the cover 36 is preferably made of plastic.
  • the cover 36 made of plastic is sprayed directly onto the upper housing part 17. In this way, a firm connection of the cover 36 to the upper housing part 17 is achieved, since the cover 36 then adapts exactly to the contour of the upper housing part 17. This also ensures a good seal against the environment.
  • a further sealing element 37 is accommodated between the upper housing part 17 and the middle housing part 9 for further sealing against the environment.
  • the sealing element 37 is preferably an O-ring, but any other sealing element known to the person skilled in the art can also be used.
  • the solenoid valve assembly 2 In order to hold the solenoid valve assembly 2 in place and to avoid movements in the solenoid valve assembly 2, it is pressed against the lower one with the aid of the hold-down element 31, which is arranged below the solenoid valve assembly 2 between the end face 32 of the recess 8 and the solenoid valve assembly 2 Face 18 of the upper housing part 17 pressed.
  • the spring force of the hold-down element 31, which is preferably designed as a plate spring, must be selected such that even when the valve piston 7 moves rapidly, the armature 14 is prevented from bouncing onto the magnetic disk 5.
  • the hold-down element 31 must also hold the solenoid valve assembly in position against the inertial forces that occur during a shaking movement.
  • a compensating element 38 between the hold-down element 31 and the magnetic disk 5.
  • the height 39 of the compensating element 38 depends on the desired spring force of the hold-down element 31 in the installed state.
  • the hold-down element 31 can also be any other spring element known to the person skilled in the art.
  • a coil spring designed as a compression spring is also suitable as a hold-down element 31.
  • corrugated rings, resilient washers, O-rings or snap rings are also suitable as hold-down elements 31.
  • connection of the lower housing part 20, not shown here, to the middle housing part 9 and the upper housing part 17 takes place in the fuel injector designed according to the invention, as already known from the prior art, preferably with a clamping nut 23, which is also not shown in FIG. 4 .
  • the connection of the housing parts 9, 17, 20 by screwing with screws is also possible.
  • at least one thread is preferably formed in the lower housing part 20 or in the upper housing part 17, while the remaining housing parts are provided with corresponding bores through which screws can be passed, which are then screwed into the thread.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Der Kraftstoffinjektor (1) umfasst ein Einspritzventilglied, welches mindestens eine Einspritzöffnung zum Einspritzen des Kraftstoffes freigibt oder verschließt und welches von einer Magnetventilbaugruppe (2) angesteuert wird, wobei das Einspritzventilglied und die Magnetventilbaugruppe (2) in einem mittleren Gehäuseteil (9) eines Injektorgehäuses aufgenommen sind und die Magnetventilbaugruppe (2) mittels eines Niederhalterelementes (31) gegen ein oberes Gehäuseteil (17) des Injektorgehäuses abgestützt ist. Das Niederhalterelement ist unterhalb der Magnetventilbaugruppe (2) angeordnet.

Description

Beschreibung
Titel
Niederhaltung einer Magnetgruppe in einem Brennstoffinjektor Stand der Technik
Zum Zuführen von Kraftstoff in Brennräume von Verbrennungskraftmaschinen werden Kraftstoffinjektoren eingesetzt. Diese umfassen ein Einspritzventilglied, welches mindestens eine Einspritzöffnung freigibt oder verschließt, über welche der Kraftstoff in den Brennraum zugemessen wird. Die Ansteuerung des Einspritzventilgliedes erfolgt dabei zum Beispiel über eine Magnetventilbaugruppe oder einen Piezoaktor. Bei Kraftstoffinjektoren mit Magnetventilbaugruppe, wie sie derzeit eingesetzt werden, ist die Magnetventilbaugruppe an dem der mindestens einen Einspritzöffnung gegenüberliegenden Ende des Kraftstoffinjektors angeordnet. Die Verbindung der Magnetventilbaugruppe mit dem Injektorgehäuse er- folgt dabei zum Beispiel mittels einer Überwurfmutter. Der für den Betrieb der Magnetventilbaugruppe erforderliche Restluftspalt wird dabei zum Beispiel durch Distanzringe eingestellt, die zwischen der Magnetventilbaugruppe und dem Injektorgehäuse aufgenommen sind. Eine weitere Möglichkeit zur Einstellung des Restluftspaltes ist das Paarungsschleifen zwischen Ventilnadel und Ventilkörper.
Bei Kraftstoffinjektoren, bei denen die Magnetventilbaugruppe innerhalb des Injektorgehäuses liegt, kann diese nicht direkt mit dem Injektorgehäuse verschraubt werden, da die Höhe der Öffnung im Ventilkörper, in der die Magnetventilbaugruppe aufgenommen ist und die Höhe der Magnetventilbaugruppe nicht hinreichend genau gefertigt werden können, um eine definierte Niederhaltekraft einzuhalten und damit einen sicheren Betrieb des Kraftstoffinjektors zu gewährleisten. Um einen sicheren Betrieb der Magnetventilbaugruppe und damit des Kraftstoffinjektors sicherzustellen, wird die Magnetventilbaugruppe mit Hilfe eines Niederhalteelementes, welches an der der mindestens einen Einspritzdüse abgewandten Seite zwischen der Magnetventilbaugruppe und dem Injektorgehäuse aufgenommen ist, gegen das Gehäuse gedrückt. Geeignete Niederhalteelemente sind zum Beispiel Tellerfedern, Spiralfedern, Wellringe, federnde Scheiben, O-Ringe oder Sprengringe. Offenbarung der Erfindung
Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine umfasst ein Einspritzventilglied, welches mindestens eine Einspritzöffnung zum Einspritzen des Kraftstoffes freigibt oder verschließt und welches von einer Magnetventilbaugruppe angesteuert wird. Das Einspritzventilglied und die Magnetventilbaugruppe sind in mindestens einem Gehäuseteil eines Injektorgehäuses aufgenommen. Die Magnetventilbaugruppe wird mittels eines Niederhalteelementes gegen ein Gehäuseteil, welches oberhalb der Magnetventilbaugruppe angeordnet ist, oder ge- gen einen Deckel, der mit dem Gehäuseteil, in dem die Magnetventilbaugruppe aufgenommen ist, verbunden ist, abgestützt, wobei das Niederhalteelement unterhalb der Magnetventilbaugruppe angeordnet ist.
„Oberhalb" im Sinne der Erfindung bedeutet auf der dem Ventilsitz gegenüberliegenden Seite der Magnetventilbaugruppe,„unterhalb" bedeutet zwischen Magnetventilbaugruppe und Ventilsitz.
Vorteil der Anordnung des Niederhalteelementes unterhalb der Magnetventilbaugruppe ist, dass dieses einen kleineren Durchmesser als die Magnetventilbaugruppe aufweisen kann. Hierdurch werden Kollisionen mit einem Prisma vermieden, welches eingesetzt wird, um das Werkstück zur Bearbeitung zu spannen. Durch das Prisma wird der Bauraum eingeschränkt. Bei unten liegendem Niederhalteelement kann die Magnetventilbaugruppe bei gleicher Gesamtbauhöhe weiter oben platziert werden, wodurch ein größerer Bauraum für die Magnetventilbaugruppe erzielt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Magnetventilbau- gruppe bei nach oben wegführenden Kontaktstiften bei unten liegendem Niederhalteelement unabhängig vom Kraftstoffinjektor gefertigt werden kann. Ein Niederhalteelement, welches oberhalb der Magnetventilbaugruppe angeordnet ist, würde aufgrund der Federspannung des als Tellerfeder ausgebildeten Niederhalteelementes die Schweißung der Kontaktstifte, mit denen die Magnetventilbaugruppe mit Strom versorgt wird, zerstören. Zudem ist es vorteilhaft, dass Dichtungselemente in der Magnetventilbaugruppe bereits auf Dichtheit überprüft werden können, bevor der Kraftstoffinjektor vollständig montiert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Niederhalteelement ein Federelement. Hierdurch ist es möglich, Fertigungsungenauigkeiten auszugleichen, ohne dass abhängig vom exakten Maß der Öffnung im Injektorgehäuse, die die Magnetventilbaugruppe aufnimmt, und der Magnetventilbaugruppe unterschiedliche Niederhalteelemente oder Einstellgruppen eingesetzt werden müssen. Zudem wird durch das Federelement eine Kraft auf die Magnetventilbaugruppe ausgeübt, mit der diese gegen das Injektorgehäuse gestellt wird. Bevorzugt als Federelemente sind zum Beispiel Tellerfedern oder Spiralfedern. Es ist jedoch auch jedes andere, dem Fachmann bekannte Federelement, welches als Druckfeder ausgebildet ist, einsetzbar. Die Magnetventilbaugruppe umfasst in einer ersten Ausführungsform einen Magnettopfund eine Magnetscheibe, wobei sich der Magnettopf auf der Magnetscheibe abstützt und die Magnetscheibe in Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung ausgerichtet ist. Im Magnettopf ist eine Spule aufgenommen, so dass ein Magnetfeld entsteht, sobald diese bestromt wird. Die Magnetscheibe ist vorzugsweise aus leicht magnetisierbarem Material, so dass das durch die Spule erzeugte Magnetfeld hierdurch verstärkt wird. Durch das Magnetfeld wird ein Anker, der im allgemeinen als Tauchanker ausgebildet und mit dem Ventilglied der Magnetventilbaugruppe fest verbunden ist, bewegt. Hierdurch wird ein Ventilsitz freigegeben oder verschlossen. Bei freigegebenem Ventilsitz kann Kraftstoff aus einem Steuerraum ablaufen, so dass der Druck im Steuerraum verringert wird. Hierdurch gibt das Einspritz- ventilglied je mindestens eine Einspritzöffnung frei und Kraftstoff kann in den Brennraum einströmen. Sobald die Bestromung der Spule beendet wird, baut sich das Magnetfeld ab und das Ventilglied stellt sich in seinen Sitz. Die Verbindung aus dem Steuerraum wird verschlossen. Über eine Kraftstoffzufuhrleitung strömt unter Druck stehender Kraftstoff in den Steuerraum. Hierdurch wird das Einspritzventilglied in seinen Sitz gestellt und die mindes- tens eine Einspritzöffnung verschlossen. Anstelle der dreiteiligen Magnetventilbaugruppe mit Magnettopf, Magnetscheibe und als Tauchanker ausgebildetem Anker ist es auch denkbar, dass die Magnetventilbaugruppe in einer zweiten Ausführungsform zweiteilig ausgebildet ist. In diesem Fall umfasst die Magnetventilbaugruppe einen Magnettopf und einen als Flachanker ausgebildeten Anker. Eine Magnetscheibe ist bei dieser Ausführungsform nicht vorgesehen.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Kraftstoffinjektor ist in selbstzündenden Brennkraftmaschinen sowohl bei Hochdruckspeichereinspritzsystemen (Common Rail) als auch bei Pumpe-Düse-Systemen einsetzbar. Im Unterschied zum Common Rail-System, bei dem die Ein- spritzung des Kraftstoffes durch Freigeben des Ventilsitzes ausgelöst wird, wird bei Pumpe- Düse-Systemen die Einspritzung durch Schließen des Ventilsitzes ausgelöst.
In einer Ausführungsform ist zusätzlich zwischen dem Niederhalteelement und der Magnetventilbaugruppe ein Ausgleichselement aufgenommen. Auch ist es möglich, zwischen der Magnetventilbaugruppe und dem Niederhalteelement eine Unterlegscheibe vorzusehen, um das Magnetmaterial, im allgemeinen ein Pulververbundwerkstoff mit geringer mechanischer Festigkeit, gegen auftretende Kantenbelastungen, die durch das Niederhalteelement aufgeprägt werden können, zu schützen. Zeichnung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben:
Es zeigt:
Figur 1 einen Ausschnitt aus einem Kraftstoffinjektor mit Magnetventilbaugruppen nach dem Stand der Technik,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Magnetventilbaugruppe nach dem Stand der
Technik,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer in einem Kraftstoffinjektor aufgenommenen
Magnetventilbaugruppe,
Figur 4 einen Ausschnitt aus einem Kraftstoffinjektor mit darin aufgenommener Magnetventilbaugruppe gemäß der Erfindung. Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Kraftstoffinjektor mit darin aufgenommener Magnetventilbaugruppe gemäß dem Stand der Technik. Ein Kraftstoffinjektor 1 umfasst eine Magnetventilbaugruppe 2, über welche ein in Figur 1 nicht dargestelltes Einspritzventilglied angesteuert wird. Die Magnetventilbaugruppe 2 umfasst einen Magnettopf 3, in welchem eine Spule 4 aufgenommen ist. An den Magnettopf 3 schließt sich eine Magnetscheibe 5 an. In der Magnetscheibe 5 ist eine zentrale Bohrung 6 ausgebildet, in welcher ein Ventilkolben 7 bewegbar aufgenommen ist.
Die Magnetventilbaugruppe 2 samt dem Ventilkolben 7 ist in einer Ausnehmung 8 in einem mittleren Gehäuseteil 9 des Kraftstoffinjektors 1 aufgenommen. Aus der Ausnehmung 8 erstreckt sich eine Bohrung 10 in Richtung des Einspritzventilgliedes. In der Bohrung 10 ist der Ventilkolben 7 geführt. Die Bohrung 10 öffnet sich in einen Steuerraum 11, welcher verschlossen oder freigegeben werden kann, indem eine Kante 13 am Ventilkolben 7 in einen Sitz 12 gestellt wird oder aus diesem gehoben wird. Bei bestromter Spule 4 bildet sich ein Magnetfeld aus, welches durch den Magnettopf 3 und die Magnetscheibe 5 verstärkt wird. Durch das sich ausbildende Magnetfeld wird ein Anker 14, der mit dem Ventilkolben 7 fest verbunden ist, in Richtung der Magnetscheibe 5 bewegt. Sobald die Bestromung der Spule 4 beendet wird hebt sich auch das Magnetfeld auf. Mit Hilfe eines Federelementes 15, bei dem es sich vorzugsweise um eine als Spiralfeder ausgebildete Druckfeder handelt, wird der Ventilkolben 7 wieder aus dem Sitz 12 gehoben. Die Spannungsversorgung der Spule 4 erfolgt dabei über eine Steckverbindung 16, über die der Kraftstoffinjektor 1 mit dem Spannungsnetz des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Der Magnettopf 3 und die Magnetscheibe 5 sind vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff mit hoher Sättigungsinduktion und vorzugsweise mit hohem spezifischen elektrischen Widerstand gefertigt.
Die Ausnehmung 8 mit der darin aufgenommenen Magnetventilbaugruppe 2 wird durch ein oberes Gehäuseteil 17 verschlossen. Um eine Bewegung der Magnetventilbaugruppe 2 in- nerhalb der Ausnehmung 8 zu verhindern, ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektoren 1 zwischen der Magnetventilbaugruppe 2 und einer unteren Stirnfläche 18 des oberen Gehäuseteiles 17 ein Niederhalteelement 19 aufgenommen. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist das Niederhalteelement 19 eine Tellerfeder. An der dem oberen Gehäuseteil 17 gegenüberliegenden Seite des mittleren Gehäuseteils 9 schließt sich ein unteres Gehäuseteil 20 an. Im unteren Gehäuseteil 20 sind die hier nicht dargestellten Einspritzöffnungen ausgebildet. Weiterhin wird im unteren Gehäuseteil 20 das Einspritzventilglied, mit welchem die mindestens eine Einspritzöffnung verschlossen oder freigegeben wird, geführt. Zur Steuerung des Einspritzventilgliedes ist im unteren Gehäuse- teil 20 ein zweiter Steuerraum 21 ausgebildet, in welchem ein Federelement 22 aufgenommen ist, welches vorzugsweise als eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder ist. Das Federelement 22 wirkt dabei auf eine obere Stirnfläche des Einspritzventilgliedes. Die Verbindung des unteren Gehäuseteiles 20 mit dem mittleren Gehäuseteil 9 und dem oberen Gehäuseteil 17 erfolgt mit Hilfe einer Spannmutter 23.
Um das Innere des Kraftstoffinjektors 1 gegen die Umgebung abzudichten ist in einer Nut 24 im oberen Gehäuseteil 17 ein Dichtungselement 25, vorzugsweise ein O-Ring, aufgenommen. Die Dichtungswirkung wird dadurch erzielt, dass das Dichtungselement 25 gegen eine Innenfläche 26 der Spannmutter 23 gepresst wird. Hierdurch wird vermieden, dass Feuchtigkeit oder Fremdkörper von außen in den Kraftstoffinjektor 1 eindringen können. Gleichzeitig wird vermieden, dass Kraftstoff aus dem Kraftstoffinjektor 1 an die Umgebung gelangt. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Magnetventilbaugruppe, wie sie nach dem Stand der Technik in einem Kraftstofrinjektor eingebaut wird.
In der Ausnehmung 8 im mittleren Gehäuseteil 9, aus welcher sich die Bohrung 10 er- streckt, ist die Magnetventilbaugruppe 2 aufgenommen. Die Magnetventilbaugruppe 2 um- fasst dabei den Magnettopf 3 mit der darin aufgenommenen, hier nicht dargestellten Spule 4 und die Magnetscheibe 5. Bei Bestromung der Spule 4 bildet sich ein Magnetfeld aus, welches durch den Magnettopf 3 und die Magnetscheibe 5 verstärkt wird. Hierdurch wird der Anker 14 in Richtung der Magnetscheibe 5 bewegt, bis der Ventilkolben 7, an dem der An- ker 14 spielfrei befestigt ist, mit der Kante 13 im Sitz 12 steht. Der Abstand, der sich dabei zwischen der Magnetscheibe 5 und einer der Magnetscheibe 5 zugewandten unteren Stirnfläche 27 des Ankers 14 einstellt, wird als Restluftspalt 28 bezeichnet. Durch den Restluftspalt 28 wird vermieden, dass der Anker 14 auf der Magnetscheibe 5 aufschlägt. Hierdurch könnte es zum einen zu einem Zurückprellen des Ankers 14 und damit einem erneuten Öff- nen des Sitzes 12 kommen, was dazu führt, dass das Einspritzventilglied die mindestens eine Einspritzöffnung erneut freigibt und weiterer Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine gelangt, wodurch der Verbrennungsprozess negativ beeinfiusst wird. Zum anderen ist es möglich, dass durch das Zurückprellen mechanische Beschädigungen auftreten. Sobald die Bestromung der Spule 4 abgeschaltet wird und damit das Magnetven- til aufgehoben wird, wird der Ventilkolben 7 mit Hilfe des in Figur 2 nicht dargestellten Federelementes 15 aus dem Sitz 12 gehoben. Der Weg, den der Ventilkolben 7 in axialer Richtung zurücklegen kann wird durch das obere Gehäuseteil 17 begrenzt. Dieser Weg, den der Ventilkolben 7 zwischen geöffneter und geschlossener Position zurücklegt ist der Hub 29. Um zu vermeiden, dass die Magnetventilbaugruppe 2 sich innerhalb der Ausnehmung 8 ver- schiebt, wird diese mit Hilfe des Niederhalteelementes 19, welches hier als Tellerfeder ausgebildet ist, an ihrer Position gehalten. Hierzu wirkt das Niederhalteelement 19 auf eine dem oberen Gehäuseteil 17 zugewandte Stirnfläche 30 des Magnettopfes 3 und die untere Stirnfläche 18 des oberen Gehäuseteils 17. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des mittleren Gehäuseteiles mit darin aufgenommener Magnetventilbaugruppe gemäß der Erfindung.
Auch bei der erfindungsgemäßen Lösung ist die Magnetventilbaugruppe 2, die den Magnettopf 3 und die Magnetscheibe 5 umfasst in der Ausnehmung 8 im mittleren Gehäuseteil 9 aufgenommen. Erfindungsgemäß ist ein Niederhalteelement 31 zwischen einer Stirnfläche 32 der Ausnehmung 8 und der Magnetscheibe 5 aufgenommen. Das Niederhalteelement 31 ist auch in der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform eine Tellerfeder. Neben der Teller- feder ist jedoch auch jedes andere, dem Fachmann bekannte als Druckfeder ausgebildete Federelement verwendbar.
Der Hub 29 des Ventilkolbens 7 wird auch bei der erfindungsgemäßen Lösung durch das obere Gehäuseteil 17 begrenzt. Um den Restluftspalt 28, durch den ein Rückprallen des Ventilkolbens 7 vermieden wird, einzustellen, ist der Anker 14 bei der erfindungsgemäßen Lösung weiter oben am Ventilkolben 7 befestigt als aus dem Stand der Technik bekannt. Das heißt, dass der Abstand zwischen dem Anker 14 und der Kante 13, welche im Sitz 12 steht, bei der erfindungsgemäßen Lösung größer ist als bei bekannten Kraftstoffinjektoren. Sofern der Abstand zwischen dem Anker 14 und der Kante 13 gleich groß gewählt wird, wie bei bekannten Kraftstoffinjektoren, wird durch die erfindungsgemäße Lösung ein geringerer Abstand zwischen Ventilsitz 13 und Stirnfläche 32 der Ausnehmung 8 bzw. dem oberen Gehäuseteil 17 erzielt, was zu einer kompakteren Bauweise des Kraftstoffinjektors 1 führt.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist es, dass zur Einstellung von Restluftspalt 28 und Hub 29 die Magnetventilbaugruppe 2 samt Ventilkolben 7 bereits im mittleren Gehäuseteil 9 vormontiert werden kann. Auch ist es möglich, das Niederhalteelement 31 in einem kleineren Durchmesser zu fertigen. Hierdurch wird das Niederhalteelement 31 nicht am äu- ßeren Rand auf die Magnetventilbaugruppe 2, sondern mechanisch günstiger im Bereich des Mittenkreises des Magnettopfes 3 angeordnet. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Anordnung des Niederhalteelementes 31 unterhalb der Magnetventilbaugruppe 2 das obere Gehäuseteil 17 und ihre Kontaktierung mit der Spule und den Kontaktstiften 33 (dargestellt in Figur 4) fest verbunden, z.B. geschweißt, werden können. Auf diese Weise lässt sich eine vormontierte Einheit herstellen, die dann mit dem unteren Gehäuseteil 20 verbunden werden kann.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt aus einem Kraftstoffinjektor mit erfindungsgemäß darin aufgenommener Magnetventilbaugruppe.
Die Magnetventilbaugruppe 2 umfasst den Magnettopf 3, mit darin aufgenommener Spule 4 und die Magnetscheibe 5. Zur Erzeugung des Magnetfeldes wird die Spule 4 über Kontaktstifte 33 mit Strom versorgt. Die Verbindung mit einer externen Spannungsquelle, die in Figur 4 nicht dargestellt ist, erfolgt dadurch, dass die Kontaktstifte 33 durch Öffnungen 34 im oberen Gehäuseteil 17 nach außen geführt werden. Um zu vermeiden, dass Feuchtigkeit oder andere Stoffe aus der Umgebung, die einen negativen Einfiuss auf die Funktion des Kraftstoffinjektors 1 haben können, in den Kraftstoffinjektor 1 gelangen können, ist in den Öffnungen 34 jeweils ein Dichtungselement 35 aufgenommen, durch welches die Kontakt- stifte 33 hindurchgefühlt werden. Das Dichtungselement 35 ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein O-Ring. Es ist aber auch jedes weitere, dem Fachmann bekannte Dichtungselement verwendbar. Zur weiteren Abdichtung gegen die Umgebung ist auf das obere Gehäuseteil 17 ein Deckel 36 aufgesetzt. Der Deckel 36 ist dabei vorzugsweise aus Kunst- stoff gefertigt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der aus Kunststoff gefertigte Deckel 36 direkt auf das obere Gehäuseteil 17 aufgespritzt. Hierdurch wird eine feste Verbindung des Deckels 36 mit dem oberen Gehäuseteil 17 erreicht, da sich der Deckel 36 dann der Kontur des oberen Gehäuseteils 17 genau anpasst. Hierdurch wird auch eine gute Abdichtung gegen die Umgebung erreicht. Zur weiteren Abdichtung gegen die Umgebung ist zwischen dem oberen Gehäuseteil 17 und dem mittleren Gehäuseteil 9 ein weiteres Dichtungselement 37 aufgenommen. Das Dichtungselement 37 ist vorzugsweise ein O-Ring, es ist aber auch jedes andere, dem Fachmann bekannte Dichtungselement einsetzbar.
Um die Magnetventilbaugruppe 2 an ihrem Platz zu halten und Bewegungen in der Magnet- ventilbaugruppe 2 zu vermeiden, wird diese mit Hilfe des Niederhalteelementes 31, welches unterhalb der Magnetventilbaugruppe 2 zwischen der Stirnfläche 32 der Ausnehmung 8 und der Magnetventilbaugruppe 2 angeordnet ist, gegen die untere Stirnfläche 18 des oberen Gehäuseteiles 17 gedrückt. Die Federkraft des vorzugsweise als Tellerfeder ausgebildeten Niederhalteelementes 31 muss so gewählt werden, dass auch bei schneller Bewegung des Ventilkolbens 7 ein Aufprellen des Ankers 14 auf die Magnetscheibe 5 vermieden wird. Zudem muss das Niederhalteelement 31 die Magnetventilbaugruppe auch gegen die Massenkräfte, die bei einer Schüttelbewegung auftreten, an ihrer Position halten. Um größere Fertigungsungenauigkeiten bei der Fertigung der Ausnehmung 8 auszugleichen, ist es möglich, zwischen dem Niederhalteelement 31 und der Magnetscheibe 5 ein Ausgleichselement 38 anzuordnen. Die Höhe 39 des Ausgleichselementes 38 richtet sich dabei nach der gewünschten Federkraft des Niederhalteelementes 31 im eingebauten Zustand. Neben der Ausbildung des Niederhalterelementes 31 als Tellerfeder kann das Niederhalterelement 31 auch jedes beliebige andere, dem Fachmann bekannte Federelement sein. So ist zum Beispiel auch eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder als Niederhalterelement 31 geeignet. Wei- terhin sind auch Wellringe, federnde Scheiben, O-Ringe oder Sprengringe als Niederhalterelement 31 geeignet.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung, bei der das Niederhalteelement 31 unterhalb der Magnetventilbaugruppe 2 angeordnet ist, ist, dass eine Steckerbaugruppe, die das obere Gehäuseteil 17 samt Deckel 36, die darin eingebauten und mit nach außen ragenden Kontakten verschweißten Kontaktstiften 33 und die Spule 4 umfassende Steckerbaugruppe separat gefertigt werden kann. Hierdurch ist es möglich, diese Baugruppe als Fremdbezugsteil zu beziehen und hierdurch Kosten zu sparen. Bei Anordnung des Nieder- halteelementes 31 oberhalb der Magnetventilbaugruppe, zwischen dem Magnettopf 3 und dem oberen Gehäuseteil 17, können sonst, wenn die Steckerbaugruppe separat gefertigt wird, die Schweißungen brechen, mit denen die Kontaktstifte 33 mit den nach außen ragenden Kontakten verbunden sind. Hierdurch wird die Steckerbaugruppe so beschädigt, dass ein Betrieb des Kraftstoffinjektors 1 nicht mehr möglich ist. Ein weiterer Vorteil, die Steckerbaugruppe separat zu fertigen ist, dass die Dichtungselemente separat auf ihre Dichtheit überprüft werden können. Hierdurch können Kosten bei der Qualitätssicherung eingespart werden. Die Verbindung des hier nicht dargestellten unteren Gehäuseteiles 20 mit dem mittleren Gehäuseteil 9 und dem oberen Gehäuseteil 17 erfolgt bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor ebenso, wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt, vorzugsweise mit einer Spannmutter 23, die in Figur 4 ebenfalls nicht dargestellt ist. Anstelle der Spannmutter 23 ist auch die Verbindung der Gehäuseteile 9, 17, 20 durch Verschraubung mit Schrauben möglich. In diesem Fall ist vorzugsweise im unteren Gehäuseteil 20 oder im oberen Gehäuseteil 17 mindestens ein Gewinde ausgebildet, während die übrigen Gehäuseteile mit entsprechenden Bohrungen versehen sind, durch welche jeweils Schrauben geführt werden können, die dann in das Gewinde eingeschraubt werden.

Claims

Patentansprüche 1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, ein Einspritzventilglied umfassend, welches mindestens eine Einspritzöffnung zum Einspritzen des Kraftstoffes freigibt oder verschließt und welches von einer Magnetventilbaugruppe (2) angesteuert wird, wobei das Einspritzventilglied und die Magnetventilbaugruppe (2) in mindestens einem Gehäuseteil (9) eines Injektor- gehäuses aufgenommen sind und die Magnetventilbaugruppe (2) mittels eines Niederhalterelementes (31) gegen ein Gehäuseteil, welches oberhalb der Magnetventilbaugruppe (2) angeordnet ist, oder gegen einen Deckel, der mit dem Gehäuseteil, in dem die Magnetventilbaugruppe aufgenommen ist, verbunden ist, abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederhalterelement (31) unterhalb der Magnetventilbaugrup- pe (2) angeordnet ist.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederhalterelement (31) ein Federelement ist.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine Tellerfeder ist.
4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder ist.
5. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetventilbaugruppe (2) einen Magnettopf (3) mit darin aufgenommener Spule (4) und eine Magnetscheibe (5) umfasst, wobei sich der Magnettopf (3) auf der Magnetscheibe (5) abstützt und die Magnetscheibe (5) in Richtung der mindestens einen Ein- spritzöffnung ausgerichtet ist.
6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Niederhalterelement (31) mit einer Seite gegen die Magnetscheibe (5) und mit der anderen Seite gegen das Injektorgehäuse abstützt.
7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Niederhalterelement (31) und der Magnetventilbaugruppe (2) ein Ausgleichselement (38) aufgenommen ist.
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