WO2007128604A1 - Magnetventil mit selbstzentrierendem ankerbolzen - Google Patents

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WO2007128604A1
WO2007128604A1 PCT/EP2007/052204 EP2007052204W WO2007128604A1 WO 2007128604 A1 WO2007128604 A1 WO 2007128604A1 EP 2007052204 W EP2007052204 W EP 2007052204W WO 2007128604 A1 WO2007128604 A1 WO 2007128604A1
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    • F02M63/0043—Two-way valves

Definitions

  • DE 196 50 865 A1 describes a solenoid valve for controlling the fuel pressure in a control chamber of an injection valve, such as a common rail high-pressure injection system.
  • the fuel pressure in the control chamber controls a stroke movement of a valve piston with which an injection opening of the injection valve is opened or closed.
  • the solenoid valve comprises an electromagnet, a movable armature and a valve member moved with the armature and acted upon by a valve closing spring in the closing direction, which cooperates with the valve seat of the solenoid valve and thus controls the fuel drain from the control chamber.
  • the anchor plate in turn can tilt on the anchor bolt, so that the total tilt of the assembly anchor bolt / anchor plate can be determined in relation to, for example, the injector main axis as the sum of the leadership games.
  • the anchor plate has a defined overstroke on the armature guide, which removes the kinetic energy of the armature movement from the system after the electromagnet is turned off.
  • the anchor bolt When the valve ball hits its seat, the anchor bolt is stopped in its movement.
  • the armature plate can still move relative to the valve pin by an overstroke (ballistic operating phase) before it hits the overstroke stop.
  • an overstroke ballistic operating phase
  • valve spring exerting a closing force on the anchor bolt introduces lateral force components into the assembly of anchor plate and anchor bolt. Due to the guiding play between the armature guide and the anchor bolt, this leads to a tilting of the anchor bolt in the armature guide. In the case of a strong transversal force introduction, this tilting can also be present in the upper position of the anchor bolt when the electromagnet is energized, since an anchor bolt stop can rest on one side. This part of the set armature stroke, ie the movement of the anchor bolt during operation, not fully utilized. This leads to a lower injection quantity of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the map of the fuel injector is greatly affected by the friction infiltrations within the fuel injector. It is therefore important to Strive to ensure as constant as possible friction conditions over the life of the injector.
  • a tilting action is produced by a valve spring acting from above on the armature bolt, which is based on the transverse force components already mentioned above.
  • the lateral force components produce lateral forces which can lead to smoothing effects or other changes in the relatively moving surfaces within the armature assembly over the running time of the fuel injector.
  • the friction conditions are changed, which in turn changes the characteristics of a fully ballistic operated fuel injector.
  • the force application point of the valve spring of the solenoid valve is displaced in such a way that a smaller tilting effect results on the anchor bolt of the armature assembly.
  • the change of the force application point of the valve spring results in a better alignment of the valve spring within the armature assembly, since the installation position of the valve spring is no longer dependent on the positioning of the magnetic core in the injector of the fuel injector, but only by the pairing anchor bolt and armature guide of the armature assembly ,
  • the present invention proposed laying of the force application point of the valve spring on the fuel injector the possibility of dispensing with a dial, with the previously known solutions, the valve spring force was set de.
  • the use of a shim is necessary because the bias of the valve spring depends on many production parameters. The compensation of the tolerances of the manufacturing parameters takes place during the assembly of the fuel injector by the use of just this shim.
  • the valve spring is displaced from the through hole of the magnetic core of the solenoid valve, which on the one hand can achieve a reduction in the diameter of the through hole, since this no longer has to be dimensioned according to the outer diameter of the valve spring;
  • the volume of the magnetic core can be increased, which in turn can achieve an increase in the achievable magnetic force. If greater forces can be generated via the magnetic core of the solenoid valve for actuating a fuel injector, then a higher system pressure can also be controlled in the case of high-pressure accumulator injection systems (common rail) in the range between 1800 and 2000 bar.
  • the armature guide is clamped in the injector body of the fuel injector such that its guide section extends to the closing element, which opens or closes an outlet throttle of a pressure-relieved control chamber.
  • the guide section of the armature guide forms, on the one hand, a stop for the valve spring and, on the other hand, a stop for an overstroke spring, which pretensions the armature plate movable relative to the armature pin against a sickle disk.
  • valve spring which preferably rests against the annular surface of the armature guide, is supported on an annular surface on the lower side of the anchor bolt, on which a closing element guide is received for guiding a closing element that can be embodied in a spherical manner.
  • the armature guide is firmly fixed with its annular surface in the injector body of the fuel injector.
  • the valve spring enclosing the guide section of the armature guide is independent of the mounting position of the magnetic core relative to the armature guide and annular surface of the anchor bolt and is therefore independent of manufacturing tolerances, apart from the manufacturing tolerance between the outer peripheral surface of the anchor bolt and diameter of the passage point of the armature guide.
  • FIG. 1 shows a section through a fuel injector with a solenoid valve according to the prior art
  • Figure 2 shows the proposed invention displacement of the valve spring for self-centering of the anchor bolt.
  • Figure 1 shows a fuel injector with a solenoid valve and an armature assembly according to the prior art.
  • a fuel injector 10 as shown in Figure 1 comprises an injector body 12 in which a solenoid valve 14 is received. Above the solenoid valve 14 is a lid 16 in which a low-pressure side return 18 is executed. The lid 16 is sealed by a seal 20 against a magnet sleeve 22. The magnetic sleeve 22 fixes both the cover 16 and a magnetic core 26 of the solenoid valve 14. The magnet sleeve 22 is fixed by means of a clamping nut 24 with the injector body 12 of the fuel injector 10 by applying a defined tightening torque.
  • valve spring 32 In a through hole 28 of the magnetic core 26 is a valve spring 32.
  • the valve spring 32 is supported on the one hand on the lid 16 and on the other hand on an anchor bolt 44 of an armature assembly.
  • an armature plate 40 At armature bolt 44, an armature plate 40 is received relatively movable to the anchor bolt 44, which is secured on the one hand by a locking washer 36 which is enclosed by a locking sleeve 34, on the anchor bolt 44 and on the other hand acted upon by an overstroke spring 42.
  • the overstroke spring 42 encloses a guide section of the anchor plate 44 and an anchor bolt guide 46.
  • the anchor bolt guide 46 is in turn fixed in the injector body 12 of the fuel injector 10 via a clamping nut.
  • Holes 48 are made on the armature guide 46 in order to allow the return flow from the control chamber 60 of the injector body 12 to be directed toward the low-pressure side in the cover 16.
  • the anchor bolt 44 comprises a closing element guide 50 which lies below the armature guide 46.
  • the closing element guide 50 encloses a ball-shaped closing element 52 in FIG. 1 partially.
  • an outlet throttle 58 of a control chamber 60 is opened or closed.
  • the control chamber 60 in the fuel injector 10 is delimited by a valve piece 56 in which the outlet throttle 58 is designed for pressure relief of the control chamber 60.
  • the control chamber 60 is bounded on the one hand by the valve piece 56 and on the other hand by an end face of a preferably needle-shaped injection valve member 62.
  • the control chamber 60 is formed by a valve 56 formed in the inlet restrictor 64 under system pressure Fuel supplied.
  • the injector body 12 of the fuel injector 10 is acted upon by a high-pressure port 66 with a high-pressure source, not shown in FIG. 1, such as a high-pressure reservoir (common rail) with fuel under system pressure.
  • the solenoid valve 14 shown in Figure 1 comprises a two-part armature assembly. This means that the armature plate 40 with respect to the anchor bolt 44 is a relative to this movable separate component.
  • the armature plate 40 is attracted by the magnetic coil 30.
  • the armature plate 40 is connected via the locking washer 36 and the surrounding this locking sleeve 34 with the anchor bolt 44 and is also pulled up when energizing the solenoid 30.
  • the closing element 52 is moved out of its seat 54 and the outlet throttle 58 in the valve piece 56 is opened.
  • the control chamber 60 is pressure-relieved and that preferably needle-shaped injection valve 62 moves upwards and releases injection openings formed at the combustion chamber end of the fuel injector 10.
  • the closing element 52 To close the closing element 52, the energization of the solenoid 30 of the solenoid valve 14 is interrupted, so that the armature plate 40 drops from the electroless coil 30. The armature plate 40 and the anchor bolt 44 are pressed by the valve core 32 enclosed by the magnetic core 26 down. As a result, the closing element 52 is again pressed into its seat 54 and the pressure relief of the control chamber 60 by closing the drain throttle 58 finished.
  • the anchor bolt 44 presses the closure member 52 into its seat 54 after closing by the valve spring 32, the anchor plate 40 is able to move and sweep in relation to it due to its greater travel, the overstroke, against the cups. While the stroke of the anchor bolt 44 is on the order of about 40 microns, the stroke including the overstroke of the anchor plate 40 is between 50 and 70 microns. After closing the anchor bolt 44, the armature plate 40 reverberates until it is urged by the overstroke spring 42 to its upper stop, i. the lock washer 36 is applied.
  • FIG. 2 shows the solution according to the invention with a displaced point of application of the valve spring.
  • the illustration according to FIG. 2 shows that the armature guide 46 is fixed at a clamping point 70 between the magnetic sleeve 22, which encloses the magnetic core 26 and a support 72 on the injector body 12.
  • the armature guide 46 comprises a Ringfikiee 80, which has a first end face 82 and second end face 84.
  • the anchor bolt 44 is enclosed by the guide portion of the armature guide 46 and movable relative thereto.
  • the Valve member 56 is fixed by means of a clamping nut 46 in the interior of the injector body 12 of the fuel injector 10.
  • the seat 54 for the closing element 52 is formed on the valve piece 56.
  • the closing element 52 is partially enclosed by the closing element guide 50.
  • the closing element guide 50 in turn is located on an annular surface 78 on the valve piece 56 facing the end of the anchor bolt 44th
  • valve spring 32 is according to the invention proposed solution on the second end face 84 of the annular surface 80 of the armature guide 46 and the annular surface 78 on the anchor bolt 44 above the closing element guide 50th
  • the annular surface 80 comprises the bores 48 already described in connection with FIG. 1, in order to ensure an outflow of the control quantity diverted via the opened outlet throttle 58 in the direction of the low-pressure-side return 18 through the through-bore 28 of the magnetic core 26.
  • the overstroke spring 42 which urges the armature plate 40 which is movable relative to the anchor bolt 44 and presses against the securing disk 36, is supported on the first end face 82 of the annular surface 80 of the armature guide 46. This is preferably fixed using a first adjusting disk 74 in the region of the clamping point 70 with respect to its position in the injector body 12 of the fuel injector 10.
  • the force application point of the valve spring 32 in the lower region of the anchor bolt 44 based on the axial extent in the injector body 10, moved.
  • the positioning of the valve spring 32 offers the advantage that the valve spring 32 aligns itself centering and is independent of the installation tolerance of the magnetic core 26 and of the production tolerance of the through bore 28 (see FIG.
  • the valve spring 32 acts on the top of the annular surface 78 at the lower end of the anchor bolt 44, so that the force application point is compared to the solution according to Figure 1 by the axial length of the anchor bolt 44 laid down.
  • valve spring 32 This leads, on the one hand, to more stable friction conditions within the armature assembly 40, 44, 46 and, on the other hand, to an improved alignment of the valve spring 32 within the armature assembly 40, 44, 46.
  • the installation position of the valve spring 32 is no longer dependent on the positioning according to the proposed solution of the magnetic core 26 in the fuel injector, but only on the tolerance between the anchor bolt 44 and the armature guide 46th Following the solution proposed according to the invention shown in FIG. 2, the force introduction point of the valve spring 32 is laid on the lower end of the anchor bolt 44 in the region of its annular surface 78.
  • the armature stroke can be adjusted by the first adjusting washer 74 in the region of the clamping point 70 between the annular surface 80 of the armature guide 46 and the support 72 on the injector body 12.
  • the remaining air gap between the armature plate 40 and the magnetic core 26 enclosed by the magnet sleeve 22 can be adjusted via a further, second adjusting washer 75.
  • the second shim 75 is preferably located between the upper end surface of the annular surface 80 and the magnet sleeve 22.
  • the spring force generated by the valve spring 32 is the distance of the contact surfaces of the valve spring 32, ie from the distance of the second end face 84 of the annular surface 80 of the armature guide 46 Top of the annular surface 78 in the lower end of the anchor bolt 44 dependent.
  • an adjustment of the valve spring force by the interposition of the dial 74 can be omitted. In general, however, it should be noted that an adjustment of the spring force of the valve spring 32 is made.
  • the tolerance with respect to the force applied by the valve spring 32 spring force is between + - 1 micron.
  • the tolerance chain consists of the tolerance of the armature stroke of + - 5 microns, the manufacturing tolerance of the armature plate 40 of + - 15 microns and the manufacturing tolerance of the valve spring 32 of + - 50 microns together. The result is a summed tolerance of + - 70 ⁇ m.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffinjektor (10) mit einem Magnetventil (14) zur Betätigung eines Schließelementes (52). Über das Schließelement (52) erfolgt eine Druck- entlastung eines ein Einspritzventilglied (62) beaufschlagenden Steuerraumes (60). Das Magnetventil (14) umfasst einen Ankerbolzen (44), an dem eine Ankerplatte (40) bewegbar aufgenommen ist. Der Ankerbolzen (44) ist von einer Ankerführung (46) geführt. Der Ankerbolzen (44) ist von einer Ventilfeder (32) des Magnetventils (14) beaufschlagt. Die Ventilfeder (32) ist zwischen dem Ankerbolzen (44) und der Ankerführung (46) aufgenommen.

Description

Beschreibung
Titel
Magnetventil mit selbstzentrierendem Ankerbolzen
Stand der Technik
DE 196 50 865 Al beschreibt ein Magnetventil zur Steuerung des Kraftstoffdruckes in einem Steuerraum eines Einspritzventiles, so zum Beispiel eines Common-Rail- Hochdruckeinspritzsystemes. Über den Kraftstoffdruck im Steuerraum wird eine Hubbewe- gung eines Ventilkolbens gesteuert, mit dem eine Einspritzöffnung des Einspritzventils geöffnet oder geschlossen wird. Das Magnetventil umfasst einen Elektromagneten, einen beweglichen Anker und ein mit dem Anker bewegtes und von einer Ventilschließfeder in Schließrichtung beaufschlagtes Ventilglied, dass mit dem Ventilsitz des Magnetventils zusammenwirkt und so den Kraftstoffabfluss aus dem Steuerraum steuert.
Es ist eine Common-Rail-Injektor mit einem zweiteiligen Anker bekannt, der durch ein Magnetventil angezogen wird. Der Anker übt im stromlosen Falle des Magnetventils eine Schließkraft auf eine Ventilkugel aus. Wird der Elektromagnet des Magnetventiles bestromt, bewegt sich der Anker um den Ankerhub nach oben, die Schließkraft auf die Ven- tilkugel wird 0 und ein Abströmventil öffnet. Eine Ankerführung, die fest im Injektorkörper des Kraftstoffinjektors verschraubt ist, nimmt den Ankerbolzen auf. Auf dem Ankerbolzen wird die Ankerplatte geführt, die ihrerseits vom Elektromagneten angezogen wird. Der Ankerbolzen kann aufgrund des Führungsspiels der Ankerführung kippen. Die Ankerplatte ihrerseits kann auf dem Ankerbolzen verkippen, so dass sich die Gesamtverkippung der Baugruppe Ankerbolzen/Ankerplatte in Bezug zum Beispiel auf die Injektorhauptachse als Summe der Führungsspiele bestimmen lässt. Die Ankerplatte hat einen definierten Überhub- anschlag auf der Ankerführung, der die kinetische Energie der Bewegung des Ankers nach dem Abschalten des Elektromagneten aus dem System nimmt. Wenn die Ventilkugel in ihren Sitz trifft, wird der Ankerbolzen in seiner Bewegung gestoppt. Die Ankerplatte kann relativ zum Ventilbolzen sich noch um einen Überhub weiterbewegen (ballistische Betriebsphase), bevor sie auf den Überhubanschlag auftrifft. Somit muss nur ein Teil der kinetischen Energie aus der Bewegung des Ankerbolzen im Ventilsitz abgebaut werden. Der Teil der kinetischen Energie aus der Ankerplatte wird im Injektorkörper abgebaut. Bei derzeitigen Serienprodukten tritt das Problem auf, dass die eine Schließkraft auf den Ankerbolzen ausübende Ventilfeder Querkraftanteile in die Baugruppe aus Ankerplatte und Ankerbolzen einleitet. Bedingt durch das Führungsspiel zwischen der Ankerführung und dem Ankerbolzen führt dies zu einer Verkippung des Ankerbolzens in der Ankerführung. Bei starker Querkrafteinleitung kann diese Verkippung auch in der oberen Position des Ankerbolzens bei bestromten Elektromagneten vorhanden sein, da ein Ankerbolzenanschlag einseitig anliegen kann. Damit wird ein Teil des eingestellten Ankerhubes, d.h. die Bewegung des Ankerbolzens im Betrieb, nicht vollständig ausgenutzt. Dies führt zu einer gerin- geren Einspritzmenge von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Hinzu kommt die Reibung des Ankerbolzens in der Ankerführung, die ebenfalls die Bewegung des Ankerbolzens beeinfiusst. Diese Reibung nimmt mit größerem Kippwinkel zu, da der Hebelarm der auslösenden Kraft ebenfalls zunimmt. Der Angriffspunkt der Ventilfeder hat einen relativ großen Abstand zum oberen Ende der Ankerführung. Dadurch entstehen am oberen und am unteren Ende der Ankerführung sehr hohe punktuell wirkende Kräfte auf den Ankerbolzen, welche dessen Auslenkung und somit die Reibung verstärken und somit die Bewegung des Ankerbolzens relativ zur Ankerführung verlangsamen können. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Ankerbolzen bewegt, d.h. die Geschwindigkeit des Öffnens und des Schließens des Schließelementes hat einen sehr großen Einfiuss auf die in dem Brennraum der Verbrennungskaftmaschine eingebrachte Einspritzmenge.
Um diesem Problem Herr zu werden, wurde das Führungsspiel in Versuchen eingeschränkt, mit dem Ziel, den Kippwinkel zu verringern. Eine Einschränkung des Führungsspieles innerhalb der Ankerbaugruppe wiederum führt dazu, dass der Ankerbolzen keine gleich blei- bende Position im Betrieb beibehält, sondern von Einspritzung zu Einspritzung eine andere Lage einnehmen kann. Damit gehen wechselnde Reibungen zwischen Ankerbolzen und Ankerführung und somit bleibt es bei einer Streuung der Einspritzmengen. Des weiteren hat sich herausgestellt, dass sich durch die zuvor beschriebene Gesamtverkippung der Ankerplatte und des Ankerbolzens um den Kippwinkel relativ zur Injektorhauptachse eine Kollisi- on zwischen Ankerplatte und Magnetkern bei kleinen, verbleibendem Restluftspalt zwischen Ankerplatte und Magnetkern auftreten kann und andererseits bei gleichmäßigem Restluftspalt auch eine ungleichmäßig am Umfang verteilte Magnetkraft auftritt. Diese verstärkt die zufällig auftretenden Reibkräfte und hat damit einen Einfiuss auf die mit dem Kraftstoffinjektor realisierten Einspritzmengen von Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungs- kraftmaschine.
Bei vollballistischen Injektorkonzepten wird das Kennfeld des Kraftstoffinjektors stark durch die Reibungseinfiüsse innerhalb des Kraftstoffinjektors beeinfiusst. Daher ist es anzu- streben, möglichst gleich bleibende Reibungsverhältnisse über die Lebensdauer des Injektors sicher zu stellen. Bei den bisherigen Konstruktionen der Ankerbaugruppe wird durch eine von oben auf den Ankerbolzen wirkende Ventilfeder eine Kippwirkung erzeugt, welche auf den obenstehend bereits erwähnten Querkraftanteile beruht. Durch die Querkraftanteile ent- stehen seitliche Kräfte, die über die Laufzeit des Kraftstoffinjektors zu Glättungseffekten oder anderen Änderungen der relativ zueinander bewegten Oberflächen innerhalb der Ankerbaugruppe führen können. Dadurch werden die Reibungsverhältnisse verändert, wodurch sich wiederum das Kennfeld eines vollballistisch betriebenen Kraftstoffinjektors verändert.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend wird der Kraftangriffspunkt der Ventilfeder des Magnetventiles so verlagert, dass sich eine geringere Kippwirkung auf den Ankerbolzen der Ankerbaugruppe ergibt. Dies führt zu einer Selbstzentrierung des Anker- bolzens und damit zu gleich bleibenden Reibungsverhältnissen in der Ankerbaugruppe. Zum anderen ergibt die Änderung des Kraftangriffspunktes der Ventilfeder eine bessere Ausrichtung der Ventilfeder innerhalb der Ankerbaugruppe, da die Einbaulage der Ventilfeder nicht mehr von der Positionierung des Magnetkerns im Injektorkörper des Kraftstoffinjektors abhängig ist, sondern nur noch von der Paarung Ankerbolzen und Ankerführung der Anker- baugruppe.
Des weiteren ergibt sich durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verlegung des Kraftangriffspunktes der Ventilfeder am Kraftstoffinjektor die Möglichkeit des Verzichts auf eine Einstellscheibe, mit der bei bisher bekannten Lösungen die Ventilfederkraft eingestellt wur- de. Bei den bisher eingesetzten Injektoren ist die Verwendung einer Einstellscheibe notwendig, da die Vorspannung der Ventilfeder von sehr vielen Fertigungsparametern abhängt. Der Ausgleich der Toleranzen der Fertigungsparameter erfolgt bei der Montage des Kraftstoffinjektors durch die Verwendung eben dieser Einstellscheibe. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die Ventilfeder aus der Durchgangsbohrung des Magnetkerns des Magnetventils verlagert, wodurch sich einerseits eine Verringerung des Durchmessers der Durchgangsbohrung erreichen lässt, da diese nunmehr nicht mehr entsprechend des Außendurchmessers der Ventilfeder dimensioniert werden muss; andererseits kann das Volumen des Magnetkerns erhöht werden, wodurch sich wiederum eine Steigerung der erzielbaren Magnetkraft erreichen lässt. Können über den Magnetkern des Magnetventils zur Betäti- gung eines Kraftstoffinjektors größere Kräfte erzeugt werden, so kann auch ein höherer Systemdruck im Falle von Hochdruckspeichereinspritzsystemen (Common-Rail) im Bereich zwischen 1800 und 2000 bar beherrscht werden. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung eines selbstzyndrierenden Ankerbolzens wird die Ankerführung derart im Injektorkörper des Kraftstoffinjektors verspannt, dass sich deren Führungsabschnitt zum Schließelement erstreckt, welches eine Ablaufdrossel eines druckentlastbaren Steuerraums öffnet oder verschließt. Der Führungsabschnitt der Anker- führung bildet einerseits einen Anschlag für die Ventilfeder und andererseits einen Anschlag für eine Überhubfeder, welche die relativ zum Ankerbolzen bewegbare Ankerplatte gegen eine Sichelscheibe vorspannt. Die Ventilfeder, die sich bevorzugt an der Ringfläche der An- kerführung abstützt, stützt sich andererseits wiederum an einer Ringfläche an der unteren Seite des Ankerbolzens ab, an welchem eine Schließelementführung zur Führung eines z.B. kugelförmig ausbildbaren Schließelementes aufgenommen ist.
Die Ankerführung wird mit ihrer Ringfläche fest im Injektorkörper des Kraftstoffinjektors fixiert. Die dem Führungsabschnitt der Ankerführung umschließende Ventilfeder richtet sich unabhängig von der Einbaulage des Magnetkerns relativ zur Ankerführung und Ringfläche des Ankerbolzens aus und ist somit von Fertigungstoleranzen, abgesehen von der Fertigungstoleranz zwischen Außenumfangsfläche des Ankerbolzens und Durchmesser der Durchgangspunkt der Ankerführung unabhängig. Im Vergleich zu den bisherigen Lösung aus dem Stande der Technik (vgl. Figur 1) ergibt sich bezogen auf die Injektorhauptachse durch den Kraftangriffspunkt der Ventilfeder an der Unterseite der Ringfläche der Anker- führung eine wesentlich geringere Einleitung von Querkraftanteilen auf den Ankerbolzen, im Idealfalle betragen die durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eingeleiteten Querkraftanteile 0.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 einen Schnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einem Magnetventil gemäß des Standes der Technik
Figur 2 die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verlagerung der Ventilfeder zur Selbstzentrierung des Ankerbolzens.
Ausführungsvarianten Figur 1 zeigt einen Kraftstoffinjektor mit einem Magnetventil und einer Ankerbaugruppe gemäß des Standes der Technik.
Ein Kraftstoffinjektor 10 gemäß der Darstellung in Figur 1 umfasst einen Injektorkörper 12, in dem ein Magnetventil 14 aufgenommen ist. Oberhalb des Magnetventiles 14 befindet sich ein Deckel 16, in dem ein niederdruckseitiger Rücklauf 18 ausgeführt ist. Der Deckel 16 ist mittels einer Dichtung 20 gegen eine Magnethülse 22 abgedichtet. Die Magnethülse 22 fixiert sowohl den Deckel 16 als auch einen Magnetkern 26 des Magnetventiles 14. Die Mag- nethülse 22 wird mittels einer Spannmutter 24 mit dem Injektorkörper 12 des Kraftstoffinjektors 10 unter Aufbringung eines definierten Anzugsdrehmomentes fixiert.
In einer Durchgangsbohrung 28 des Magnetkerns 26 befindet sich eine Ventilfeder 32. Die Ventilfeder 32 stützt sich einerseits am Deckel 16 und andererseits an einem Ankerbolzen 44 einer Ankerbaugruppe ab. Am Ankerbolzen 44 ist eine Ankerplatte 40 relativ bewegbar zum Ankerbolzen 44 aufgenommen, die einerseits durch eine Sicherungsscheibe 36, die von einer Sicherungshülse 34 umschlossen ist, am Ankerbolzen 44 gesichert ist und andererseits durch eine Überhubfeder 42 beaufschlagt ist. Die Überhubfeder 42 umschließt einen Füh- rungsabschnitt der Ankerplatte 44 sowie eine Ankerbolzenführung 46. Die Ankerbolzenfüh- rung 46 ist ihrerseits über eine Spannmutter im Injektorkörper 12 des Kraftstoffinjektors 10 fixiert. An der Ankerführung 46 sind Bohrungen 48 ausgeführt, um ein abströmen der aus einem Steuerraum 60 des Injektorkörpers 12 abgesteuerten Steuermenge in Richtung auf der Niederdruckseite den Rücklauf 18 im Deckel 16 zu ermöglichen.
Der Ankerbolzen 44 umfasst eine Schließelementführung 50, die unterhalb der Ankerführung 46 liegt. Die Schließelementführung 50 umschließ ein in Figur 1 kugelförmig ausgebildetes Schließelement 52 teilweise. Mittels des am Ankerbolzen 44 aufgenommenen Schließelementes 52 wird eine Ablaufdrossel 58 eines Steuerraumes 60 geöffnet oder geschlossen. Der Steuerraum 60 im Kraftstoffinjektor 10 ist durch eine Ventilstück 56 begrenzt, in dem die Ablaufdrossel 58 zur Druckentlastung des Steuerraumes 60 ausgebildet ist. Das Ventilstück 56 bildet einen Sitz 54 für das Schließelement 52. Der Steuerraum 60 ist einerseits durch das Ventilstück 56 begrenzt und andererseits durch eine Stirnseite eines bevorzugt nadeiförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 62. Der Steuerraum 60 wird durch eine im Ventilstück 56 ausgebildete Zulaufdrossel 64 mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff versorgt. Der Injektorkörper 12 des Kraftstoffinjektors 10 ist über einen Hochdruckan- schluss 66 mit einer in Figur 1 nicht dargestellten Hochdruckquelle wie z.B. einem Hochdruckspeicherraum (Common-Rail) mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Das in Figur 1 dargestellte Magnetventil 14 umfasst eine zweiteilige Ankerbaugruppe. Dies bedeutet, dass die Ankerplatte 40 in Bezug auf den Ankerbolzen 44 ein relativ zu diesem bewegbares separates Bauteil darstellt. Beim Öffnen des Schließelementes 52 durch Bestro- mung der Magnetspule 30 des Magnetventiles 14 wird die Ankerplatte 40 durch die Magnetspule 30 angezogen. Die Ankerplatte 40 ist über die Sicherungsscheibe 36 und die diese umschließende Sicherungshülse 34 mit dem Ankerbolzen 44 verbunden und wird bei Bestromung der Magnetspule 30 ebenfalls nach oben gezogen. Dadurch wird das Schließelement 52 aus seinem Sitz 54 bewegt und die Ablaufdrossel 58 im Ventilstück 56 geöffnet. Dadurch wird der Steuerraum 60 druckentlastet und dass bevorzugt nadeiförmig ausgebildete Einspritzventil 62 fährt nach oben und gibt am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 10 ausgebildete Einspritzöffnungen frei.
Zum Schließen des Schließelementes 52 wird die Bestromung der Magnetspule 30 des Magnetventils 14 unterbrochen, so dass die Ankerplatte 40 von der stromlosen Magnetspule 30 abfällt. Die Ankerplatte 40 und der Ankerbolzen 44 werden durch die vom Magnetkern 26 umschlossene Ventilfeder 32 nach unten gedrückt. Dadurch wird auch das Schließelement 52 wieder in seinen Sitz 54 gedrückt und die Druckentlastung des Steuerraumes 60 durch Verschließen der Ablauf drossel 58 beendet.
Während der Ankerbolzen 44 nach dem Schließen durch die Ventilfeder 32 das Schließelement 52 in seinen Sitz 54 drückt, vermag sich die Ankerplatte 40 wegen ihres größeren Weges, des Überhubes, gegen die Becher ausgelegte Überhubfeder 42 zu bewegen und in Bezug auf diese durchzuschwingen. Während der Hubweg des Ankerbolzens 44 in der Grö- ßenordnung von etwa 40μm liegt, liegt der Hubweg einschließlich des Überhubes der Ankerplatte 40 zwischen 50 und 70 μm. Nach dem Schließen des Ankerbolzens 44 findet ein Nachschwingen der Ankerplatte 40 statt, bis diese durch die Überhubfeder 42 an ihren oberen Anschlag, d.h. die Sicherungsscheibe 36 angelegt wird.
Der Darstellung gemäß Figur 2 ist die erfindungsgemäße Lösung mit einem verlagerten Angriffspunkt der Ventilfeder zu entnehmen.
Der Darstellung gemäß Figur 2 lässt sich entnehmen, dass die Ankerführung 46 an einer Einspannstelle 70 zwischen der Magnethülse 22, die den Magnetkern 26 umschließt und einer Auflage 72 am Injektorkörper 12 fixiert wird. Die Ankerführung 46 umfasst eine Ringfiäche 80, die eine erste Stirnseite 82 und zweite Stirnseite 84 aufweist. Der Ankerbolzen 44 ist vom Führungsabschnitt der Ankerführung 46 umschlossen und relativ zu diesem bewegbar. Aus der Darstellung gemäß Figur 2 lässt sich des weiteren entnehmen, dass das Ventilstück 56 mittels einer Spannmutter 46 im Inneren des Injektorkörpers 12 des Kraftstoffinjektors 10 fixiert ist. Analog zur Darstellung gemäß Figur 1 ist am Ventilstück 56 der Sitz 54 für das Schließelement 52 ausgebildet. Das Schließelement 52 ist teilweise von der Schließelementführung 50 umschlossen. Die Schließelementführung 50 ihrerseits befindet sich an einer Ringfläche 78 am den Ventilstück 56 zuweisenden Ende des Ankerbolzens 44 .
Im Unterschied zu der in Figur 1 dargelegten Lösung gemäß des Standes der Technik befindet sich die Ventilfeder 32 nach der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung an der zwei- ten Stirnseite 84 der Ringfläche 80 der Ankerführung 46 und der Ringfläche 78 am Ankerbolzen 44 oberhalb der Schließelementführung 50.
Die Ringfläche 80 umfasst die bereits im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Bohrungen 48, um einen Abfluss der über die geöffnete Ablaufdrossel 58 abgesteuerten Steuer- menge in Richtung des niederdruckseitigen Rücklaufes 18 durch die Durchgangsbohrung 28 des Magnetkerns 26 zu gewährleisten. Bei der erfindungsgemäßen Lösung stützt sich die Überhubfeder 42, die die relativ zum Ankerbolzen 44 bewegbare Ankerplatte 40 beaufschlagt und gegen die Sicherungsscheibe 36 drängt, an der ersten Stirnfläche 82 der Ringfläche 80 der Ankerführung 46 ab. Diese wird bevorzugt unter Verwendung einer 1. Ein- Stellscheibe 74 im Bereich der Einspannstelle 70 bezüglich ihrer Lage im Injektorkörper 12 des Kraftstoffinjektors 10 fixiert. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird der Kraftangriffspunkt der Ventilfeder 32 in den unteren Bereich des Ankerbolzens 44, bezogen auf dessen Axialerstreckung im Injektorkörper 10, verschoben. Die Positionierung der Ventilfeder 32 bietet den Vorteil, dass sich die Ventilfeder 32 selbst zentrierend ausrich- tet und unabhängig von der Einbautoleranz des Magnetkerns 26 und von der Fertigungstoleranz der in diesem ausgeführten Durchgangsbohrung 28 (vgl. Figur 1) ist. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wirkt die Ventilfeder 32 auf die Oberseite der Ringfläche 78 am unteren Ende des Ankerbolzens 44, so dass der Kraftangriffspunkt im Vergleich zur Lösung gemäß Figur 1 um die Axiallänge des Ankerbolzens 44 nach unten verlegt wird. Durch diese Lösung kann eine drastische Reduzierung der Einleitung von Querkraftanteilen in die Ankerbaugruppe aus Ankerbolzen 44 und Ankerführung 46 erreicht werden. Dies führt zum einen zu stabileren Reibungsverhältnissen innerhalb der Ankerbaugruppe 40, 44, 46 und zum anderen zu einer verbesserten Ausrichtung der Ventilfeder 32 innerhalb der Ankerbaugruppe 40, 44, 46. Die Einbaulage der Ventilfeder 32 ist der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend nicht mehr von der Positionierung des Magnetkernes 26 im Kraftstoffinjektor abhängig, sondern lediglich noch von der Toleranz zwischen dem Ankerbolzen 44 und der Ankerführung 46. Der in Figur 2 dargestellten erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend ist die Krafteinleitungsstelle der Ventilfeder 32 an das untere Ende des Ankerbolzens 44 im Bereich von dessen Ringfläche 78 verlegt. Der Ankerhub kann durch die 1. Einstellscheibe 74 im Bereich der Einspannstelle 70 zwischen der Ringfläche 80 der Ankerführung 46 und der Auflage 72 am Injektorkörper 12 eingestellt werden. Über eine weitere, 2. Einstellscheibe 75 kann der Restluftspalt zwischen der Ankerplatte 40 und dem von der Magnethülse 22 umschlossenen Magnetkern 26 eingestellt werden. Die 2. Einstellscheibe 75 befindet sich bevorzugt zwischen der oberen Stirnfläche der Ringfläche 80 und der Magnethülse 22. Die durch die Ventilfeder 32 erzeugte Federkraft ist vom Abstand der Aufstandsflächen der Ventilfeder 32, d.h. vom Abstand der zweiten Stirnfläche 84 der Ringfläche 80 der Ankerführung 46 zur Oberseite der Ringfläche 78 im unteren Ende des Ankerbolzens 44 abhängig. Sind die Fertigungstoleranzen genau genug, kann eine Einstellung der Ventilfederkraft durch die Zwischenschaltung der Einstellscheibe 74 entfallen. In der Regel ist jedoch zu beachten, dass eine Einstellung der Federkraft der Ventilfeder 32 vorgenommen wird. Die Toleranz bzgl. der durch die Ventilfeder 32 aufgebrachten Federkraft liegt zwischen +- 1 μm. Die Toleranzkette setzt sich aus der Toleranz der Ankerhubes von +- 5 μm, der Fertigungstoleranz der Ankerplatte 40 von +- 15 μm und der Fertigungstoleranz der Ventilfeder 32 von +- 50 μm zusammen. Addiert ergibt sich eine summierte Toleranz von +- 70μm. Bei einer angenommenen Federsteifigkeit der Ventilfeder 32 von C = 50 N pro mm und einer addierten Toleranz von +-70 μm ergibt sich eine Toleranz der Federkraft von +- 5 N, die durch Wahl einer geeigneten Einstellscheibe 74 zu kompensieren ist.
Die in Figur 2 dargestellte, die relativ zum Ankerbolzen 44 bewegbare Ankerplatte 40 beaufschlagende Überhubfeder 42 befindet sich unterhalb der Ankerplatte 40 und positioniert diese gegenüber der unteren Stirnfläche des Magnetkernes 26, der wiederum die in Figur 2 nicht dargestellte Magnetspule 30 umschließt. Die Einstellung des Überhubes der Ankerplatte 40 kann mit identischen Einstellscheiben erfolgen wie sie bei der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung gemäß Figur 1 eingesetzt werden.
Die Einstellung des Restluftspaltes zwischen der oberen Stirnseite der Ankerplatte 40 und der dieser zuweisenden Stirnseite des Magnetkerns 26, welche die Magnetspule 30 umschließt erfolgt im Prinzip auf bekannte Weise.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffinjektor (10) mit einem Magnetventil (14) zur Betätigung eines Schließelements (52) zur Druckentlastung eines ein Einspritzventilglied (62) beaufschlagenden Steuerraums (60), mit einer an einem Ankerbolzen (44) bewegbar aufgenommenen Ankerplatte (40) sowie einer Ankerführung (46), wobei der Ankerbolzen (44) von einer Ventilfeder (32) des Magnetventils (14) beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (32) zwischen dem Ankerbolzen (44) und der Ankerführung (48) aufgenommen ist.
2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (32) sich an einer Ringfläche (80) der Ankerführung (46) und an eine Ringfläche (78) des Ankerbolzens (44) abstützt.
3. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerführung (46) einen Führungsabschnitt enthält, der einem Ventilstück (46) zuweist.
4. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerführung (46) an einer Einspannstelle (70) zwischen einer Magnethülse (22) und einem Injektor- körper (12) befestigt ist.
5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerhub des Ankerbolzens (44) an der Einspannstelle (70) über mindestens eine Einstellscheibe (74) definiert ist.
6. Kraftstsoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (40) durch eine Überhub feder (42) beaufschlagt ist, die sich auf einer 1. Stirnfläche (82) der Ringfläche (80) der Ankerführung (46) abstützt.
7. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (32) selbstzentrierend am Führungsabschnitt der Ankerführung (46) aufgenommen ist.
8. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ringfläche (78) des Ankerbolzens (44) als Stützfläche für die Ventilfeder (32) dient und eine Schließelementführung (50) aufnimmt.
9. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetkern (26) des Magnetventils (14) eine Durchgangsbohrung (28) aufweist, die einen trichter- förmigen Einlaufbereich aufweist, über die eine aus dem Steuerraum (60) abgesteuerte Steuermenge einem niederdruckseitigen Rücklauf (18) zuströmt.
10. Verwendung eines Kraftstoffinjektors 10, gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 in einem Hochdruckspeichereinspritzsystem, insbesondere für selbstzündende
Verbrennungskraftmaschinen.
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