WO2009156208A1 - Kraftstoffinjektor mit zweiteiligem magnetanker - Google Patents

Kraftstoffinjektor mit zweiteiligem magnetanker Download PDF

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WO2009156208A1
WO2009156208A1 PCT/EP2009/055019 EP2009055019W WO2009156208A1 WO 2009156208 A1 WO2009156208 A1 WO 2009156208A1 EP 2009055019 W EP2009055019 W EP 2009055019W WO 2009156208 A1 WO2009156208 A1 WO 2009156208A1
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fuel injector
anchor
armature
valve
control chamber
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PCT/EP2009/055019
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French (fr)
Inventor
Andreas Rettich
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift

Definitions

  • both pressure-controlled and stroke-controlled injection systems can be used.
  • fuel injection systems so-called accumulator injection systems are used in the pump-nozzle units, pump-line-nozzle units.
  • high pressure fuel eg, fuel at over 1000 bar
  • common rail injectors make it possible in an advantageous manner to adapt the injection pressure to the load and the speed of the internal combustion engine.
  • the following invention relates in particular to common rail fuel injectors, but in principle can also be used for other types of fuel injectors.
  • an actuator is generally used for opening the fuel injector, that is to say for starting the injection process, and for subsequently closing the fuel injector.
  • an actuator is generally used for opening the fuel injector, that is to say for starting the injection process, and for subsequently closing the fuel injector.
  • magnetic actuators or piezoactuators can be used here, the invention described below starting from the use of magnetic actuators.
  • a problem with such fuel injectors is the bouncing of the solenoid valve anchor when closing the valve. Due to this bounce, the minimum time interval between switching operations is typically limited to 200 to 250 ⁇ s. This is due in particular to the fact that even slight changes in the bounce behavior over the runtime can lead to a significant injection quantity drift if the armature closing bounce is not completed when a follow-up injection, for example the second injection, is triggered. In many cases, however, spray intervals, ie distances between individual switching operations of the hydraulic valve, of about 100 microseconds are required.
  • a fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, which at least largely avoids the disadvantages of known fuel injectors described above.
  • the fuel injector can be used in particular for use in accumulator injection systems, in particular in self-igniting internal combustion engines, although other uses are also conceivable.
  • the described fuel injector can be considerably reduced by means of the proposed fuel injector, which can lead to spray intervals of less than 200 ⁇ s.
  • the advantages of pressure balanced hydraulic valves can be maintained.
  • a basic idea of the present invention is that armature closing bouncing can be prevented by decoupling the anchor bolt and the anchor plate.
  • the advantages of a pressure balanced valve can be further optimized, and in particular very small temporal spray clearances can be realized.
  • the invention can be combined with respect to the production, including assembly with fuel injectors with one-piece anchor, so that, for example, the fuel f ⁇ njektor invention with multi-part anchor can be offered as an option on customer request.
  • the manufacture of the armature is significantly simplified compared to conventional armature.
  • the decoupling of the anchor bolt and the anchor plate separates makes material optimizations. Different materials can be used for the anchor bolt and the anchor plate.
  • the anchor plate with respect to the magnetic properties and the geometry can be optimally designed, as well as the separately formed anchor bolt can be optimized, for example, optimal closure properties and the lowest possible wear.
  • no consideration must be given to wear on the valve seat with regard to the selection of materials and the geometric design of the anchor plate.
  • both material and geometry can be reduced for minimal wear and optimum sealing properties.
  • eliminates the need for the use of a spring plate since, for example, setting rings for an elevation can be used as a measure group.
  • the assembly of the proposed fuel injector can be carried out using an armature designed as an assembly.
  • this assembly can comprise an anchor plate, an anchor sleeve, an adjusting ring, in particular a sickle disc.
  • This assembly can be preassembled outside the actual assembly of the fuel injector, for example, and delivered as a ready-preassembled assembly to the assembly of the actual fuel injector.
  • the fuel injector comprises an injection valve member movably mounted in an injector body of the fuel injector for closing or releasing at least one injection opening.
  • the injection valve member may be designed in one or more members.
  • the proposed fuel injector comprises at least one hydraulic valve, which is set up to control a stroke of the injection valve via at least one control chamber.
  • the hydraulic valve can be designed as a pressure-balanced valve, that is, as a valve to which even in the closed state, no high pressure of the fuel, so for example, no rail pressure acts. This can be done, for example, in that the hydraulic valve does not provide any hydraulic surface acting on the fuel in an opening or closing direction of the hydraulic valve, for example, no surface or surface component aligned perpendicular to the opening of a drainage bore to be closed.
  • the hydraulic valve has at least one magnetic actuator with at least one magnetic coil and at least one magnet armature.
  • the magnet armature in turn comprises at least one armature plate interacting with the magnet actuator and at least one movably mounted relative to the armature plate and controlling a pressure in the control chamber Anchor bolt on.
  • This anchor bolt is preferably designed to release or close at least one outlet throttle of the control chamber, in accordance with the control of the magnetic actuator.
  • An anchor bolt is thus to be understood as a fundamentally arbitrarily shaped closing element, which can be designed, for example, as an elongate closing element with an arbitrary cross-section, for example in the form of a solid bolt. Also, a hollow cross-section may be present, which is explained in more detail below using the example of a preferred sleeve shape.
  • the anchor bolt can be acted upon in particular by means of a valve spring element, for example a helical valve spring, with a force acting in a closing direction of the hydraulic valve first force.
  • the armature plate in turn can be acted upon in particular by means of at least one armature spring element, for example a helical armature spring, with a second force acting counter to the closing direction. In this case, this second force is preferably lower than the first force.
  • the anchor bolt for example, be stored within the anchor plate or the anchor plate surrounding, so that the anchor bolt and the anchor plate relative to each other in the closing direction are displaced.
  • the anchor bolt is preferably mounted relative to the anchor plate such that a movement of the anchor plate in an opening direction against the closing direction, at least from a certain minimum stroke, entrains the anchor bolt, so that the hydraulic valve opens. This can be done for example via appropriate shoulders and / or other entrainment devices on the anchor bolt and / or on the anchor plate.
  • the anchor bolt may in particular be designed sleeve-shaped and thus comprise an anchor sleeve or be designed as an anchor sleeve.
  • the anchor sleeve is preferably mounted in the axial direction sliding on the anchor plate, in particular within the anchor plate.
  • the sleeve shape of the anchor bolt in the form of an anchor sleeve is particularly advantageous for the design of a pressure balanced hydraulic valve, measure the above definition, since an anchor sleeve can be used to provide as possible no hydraulic surface against the closing direction of the fuel. All hydraulic forces on the anchor sleeve can then act in the radial direction without affecting a position of the anchor sleeve in the axial direction or exert a hydraulic force on this anchor sleeve.
  • an anchor sleeve it is possible to receive a pressure pin for the hydraulic sealing of the interior of the anchor sleeve within the anchor sleeve, on the control chamber side facing the cavity within the anchor sleeve.
  • the inner space of the anchor sleeve can be configured in particular cylindrical, in particular as a circular cylinder and / or as a polygonal cylinder.
  • the outer diameter of the pressure pin can be adapted to the inner diameter or the inner dimensions of this inner space, so that the pressure pin is mounted, for example, sliding and sealing within the interior of the anchor sleeve.
  • the pressure pin, the anchor sleeve and a valve piece with an outlet throttle of the control chamber can then limit a valve space, wherein hydraulic forces act only on the pressure pin by the high pressure of the fuel within this valve space, but not on the anchor sleeve. In this way, a pressure balance can also be generated.
  • the fuel injector comprises a valve piece, within which at least one outlet throttle of the control chamber is accommodated.
  • an outlet throttle can generally be understood to mean an opening to the control chamber which, when the hydraulic valve is open, limits or controls the outflow of the fuel from the control chamber to a low-pressure drain.
  • valve piece has a, at least in the closed state of the hydraulic valve, projecting into the anchor sleeve approach, in particular a cylindrical approach.
  • This approach can be adapted from its cross-section at least in sections on the inner dimensions of the interior of the anchor sleeve, so at least in sections, for example, in turn, have a circular cross-section, a polygonal cross-section or the like.
  • the approach of the valve piece can also serve as a guide for the anchor sleeve, preferably a sealing guide is selected.
  • An orifice of the outlet throttle of the control chamber can be accommodated in particular in the approach.
  • This mouth can be arranged, for example, at a remote from the control chamber end of the approach.
  • the at least one orifice may also be received in a peripheral constriction of the neck.
  • the approach may initially comprise a first guide section, then the said constriction with the at least one mouth, and then a further guide section.
  • the at least one guide section can be adapted from its outer diameter preferably to the inner diameter of the interior of the anchor sleeve, so for example, in turn, have said circular and / or polygonal cross-section.
  • an interchangeable shim in particular a sickle disc.
  • Such a shim which can be stored, for example, in different thicknesses, can be used to allow adjustment of the overstroke of the hydraulic valve. Under an overstroke is here after switching off the Magnetaktors, a distance referred to which, after the anchor bolt has reached its seat and thus its closed position, the anchor plate still further moves due to their own inertia.
  • a corresponding overstroke can be provided, in particular an adjustable overstroke.
  • This overstroke stop can also be set up as an exchangeable overstroke stop, for example once again in the form of a replaceable disc or a ring.
  • This overstroke stop can basically be provided between any part of the fuel injector, in particular the injector body, and the anchor plate.
  • the armature plate on its side facing away from the magnetic actuator side a guide extension, for example a cylindrical sleeve-shaped guide extension, wherein the fuel injector has a guide for receiving this guide extension.
  • the at least one overstroke stop can be arranged between this guide and the guide extension.
  • this guide which, for example, part of a valve piece, in which the above-described outlet throttle of the control chamber is added, may be, and the guide extension.
  • the at least one overstroke stop can be arranged.
  • it can be accommodated in the form of a replaceable disk between the guide and the guide extension.
  • Figure 1 is a sectional view of a first embodiment of a fuel injector according to the invention
  • Figure 2 is a plan view of an anchor plate of the embodiment of Figure 1; and Figure 3 is a sectional view of a section of a second exemplary embodiment of a erf ⁇ ndungsnostien Kraftstoff ⁇ njektors.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a Kraftstoff ⁇ njek- sector 110 according to the invention in a sectional view with a cutting direction parallel to an injector axis 112 in a partial view is shown.
  • the fuel injector 110 includes an injector body 114, which is shown only in a rudimentary manner in FIG.
  • an injection valve member 116 is slidably mounted in the axial direction, of which only one valve piston 118 is shown in the sectional illustration according to FIG.
  • the injection valve member 116 may be formed one or more members and serves to open or close at least one injection port, which is not shown in Figure 1.
  • valve piston 118 At its upper end, the valve piston 118 is mounted in a sleeve extension 120 of a valve piece 122, so that a control chamber 124 is formed between the upper side of the valve piston 118 and the valve piece 122.
  • This control chamber can be acted upon by high-pressure fuel via an inlet throttle 126, so that the pressure in the control chamber 124 controls a position of the valve piston 118 and thus a position of the injection valve member 116.
  • the valve piece 122 furthermore has an at least partially cylindrically configured valve body 128, which is supported on the injector body 114 downwards, that is to say in a closing direction of the injection valve member 116.
  • a conical sealing shoulder 130 and, subsequent to the sealing shoulder 130, a cylindrical projection 132 of the valve body 128 are first received on this valve body 128.
  • a discharge throttle 134 of the control chamber 124 is arranged.
  • This drain throttle 134 comprises, starting from the control chamber 124, first an axial bore 136, followed by in this embodiment two obliquely to the injector 112 extending throttle bores 138.
  • These throttle bores 138 each open into Mün- fertilize 140, which in a peripheral constriction 142 of the approach 132 are provided. Above the constriction 142, the projection 132 is widened again and has a guide section 144.
  • the control chamber 124 can be connected to a low-pressure drain (not shown in FIG. 1) so that a pressure in the control chamber 124 and therefore a position of the injection valve member 116 can be controlled by opening or closing the drain throttle 134 ,
  • a hydraulic valve 146 is provided in the fuel injector 110, which is designed as a solenoid valve.
  • the hydraulic valve 146 includes a magnetic actuator 148 having a solenoid 150 and a magnetic core 152 which are arranged axially symmetrically.
  • Magnetic actuator 154 further comprises a magnetic armature 154.
  • Magnetic armature 154 is acted upon by a force in the closing direction by means of a valve spring 158 mounted in a central cavity 156 of magnetic core 152.
  • the armature 154 is acted upon by an armature spring 160, which is supported on the valve body 128 with a force opposite to the closing direction.
  • the armature 154 is designed in two parts in the illustrated embodiment and includes an anchor plate 162 and an anchor bolt 164th
  • the armature plate 162 At its end facing the magnetic core 152, the armature plate 162 has an armature plate 166 in the form of an axially symmetrical annular disk. In the closing direction, a cylinder sleeve-shaped guide extension 168 adjoins this anchor plate 166.
  • the armature plate 162 cooperates with the magnetic coil 150 and can accordingly be made of a material optimized for magnetic actuation.
  • the anchor bolt 164 is slidably mounted in this embodiment.
  • This anchor bolt 164 has an anchor sleeve 170 in the illustrated embodiment.
  • This anchor sleeve 170 comprises a cylindrical inner space 172, in which the guide portion 144 of the projection 132 is slidably and sealingly mounted.
  • the anchor sleeve 170 has a sealing edge 174, which rests in the closed state of the hydraulic valve 146 shown in Figure 1 on the sealing shoulder 130 of the valve member 122 and forms a sealing seat.
  • the outlet throttle 134 is closed, so that in the control chamber 124 high pressure is applied and the injection valve member 116 is pressed in its not shown in Figure 1 valve seat and closes the at least one injection port.
  • the hydraulic valve 146 shown in Figure 1 is designed as a pressure-balanced valve, as can act on the hydraulic valve 146, in particular the anchor bolt 164, in the axial direction no hydraulic forces.
  • the pressure, which is out the control chamber 124 via the flow restrictor 134 transmits into the constriction 142 can act only in the radial direction on the inner walls of the anchor sleeve 170.
  • the magnetic core 152 facing end of the anchor bolt 164 has a shim 176 which is inserted into a circumferential groove of the anchor sleeve 170.
  • This shim 176 is configured in the illustrated embodiment, for example, as a sickle plate 178, as can be seen for example from a plan view of the armature 154 in FIG.
  • the residual air gap disk 184 is not shown in this figure.
  • the armature sleeve 170 has at its lower end, as shown in Figure 1, a shoulder 180 which limits the movement of the armature plate 162 down and which thus acts as an overstroke stop 182.
  • the armature sleeve 170 can first be inserted from below into the guide extension 168, whereupon the sickle disk 178 can be pushed into the groove in the armature sleeve 170 at the upper end.
  • the valve spring 158 is supported in the illustrated embodiment on the sickle disc 178, but may alternatively be supported on other parts of the anchor bolt 164, for example, the anchor sleeve 170.
  • the armature spring 160 is supported at its upper end on the armature plate 166.
  • the sliding support of the anchor sleeve 170 in the anchor plate 162 allows for relative movement between the anchor plate 162 and the anchor bolt 164, which is bounded upwardly by the sickle disc 178 and down through the shoulder 180.
  • a residual air gap disk 184 in the form of one or more annular disks may be provided on the upper side of the armature disk 166, which can set a gap between the magnetic core 152 and the magnetic armature 154.
  • the residual air gap between the magnetic core 152 and the magnet armature 154 may also be designed as an air gap.
  • a stop for the anchor bolt 164 or the anchor sleeve 170 of the anchor bolt 164 also take place in a different form than by the use of a disc.
  • the solenoid actuator 148 is turned off or the magnetic force is reduced, so that, driven by the valve spring 158, the anchor bolt 164 is pressed back into his seat and again in the control chamber 124 can build up a high pressure.
  • the injection valve member 116 then closes again.
  • the residual air gap disc 184 may preferably be clamped under the sickle disc 178 so that the residual air disc 184 may be held in a defined position by the sickle disc 178.
  • the anchor plate 162 is held between the injections by means of the armature spring 160 in a defined position or brought into such a defined position.
  • the spring force of the armature spring 160 should be chosen as small as possible, preferably at a maximum of 3 to 4 Newtons.
  • This route is also referred to as an overstroke and is designated by a in FIG.
  • Further sizes x (thickness of the sickle plate 178), z (axial length of the anchor plate 162) and y (distance between the upper edge of the sickle plate 178 and underside of the anchor plate 162) are also defined in FIG.
  • the overstroke a is limited by the overstroke stop 182, which in this case is formed by the shoulder 180 at the top of a collar 186 of the anchor sleeve 170.
  • the excess stroke a should preferably not be greater than 10 microns. If, in individual cases, the tolerances of the individual parts of the dimensions relevant for the overstroke a are greater than the overtravel tolerance requires, it is possible to set the excess stroke a via an adjusting ring (measuring groups). In this case, prior to assembly, the dimensions indicated by y and z in Figure 1 must be measured and then a corresponding dial 176 (dimension x in Figure 1) selected.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a fuel injector 110 according to the invention.
  • the fuel injector 110 comprises an injector body 114, in which an injection valve member 116 is mounted with a valve piston 118.
  • a control chamber 124 is formed in a valve piece 122, which can be acted upon by an inlet throttle 126 with high pressure.
  • the hydraulic valve 146 is basically similar to the hydraulic valve 146 shown in FIG. In this case, in the representation according to FIG. 3, the magnetic actuator 148 is shown only partially, with only part of the magnetic core 152 being depicted.
  • the magnetic coil 150 which may for example be configured analogously to FIG. 1, is not shown in FIG.
  • the magnetic actuator 148 in the exemplary embodiment according to FIG. 3 comprises a magnet armature 154 with an armature plate 162 and an armature bolt 164.
  • the armature plate 162 is again configured with an armature plate 166 and a guide extension 168.
  • the guide extension 168 has at its lower end a constriction 190, which is cylindrical and corresponds to the inner diameter of the guide 188 from its outer diameter forth. The guide extension 168 is thus guided in the guide 188 of the valve piece 122.
  • the anchor sleeve 170 is in turn designed tubular and has at its lower end a seat edge 192, for example, a biting edge, a flat seat or a conical seat which is seated in the closed state shown in Figure 3 on a sealing seat 194 in the interior of the guide 188 of the valve seat 122 and a mouth 140 of the outlet throttle 134 seals.
  • a seat edge 192 for example, a biting edge, a flat seat or a conical seat which is seated in the closed state shown in Figure 3 on a sealing seat 194 in the interior of the guide 188 of the valve seat 122 and a mouth 140 of the outlet throttle 134 seals.
  • a cylindrical pressure pin 196 is received in the embodiment shown in Figure 1.
  • This cylindrical pressure pin is supported at its upper end on the magnetic core 152 or another part of the magnetic actuator 148. From its outer diameter, the pressure pin 196 corresponds to the inner diameter of the tubular anchor sleeve 170, so that the anchor sleeve 170 is slidably mounted on this pressure pin 196, the pressure pin 196, however, ensures a pressure-tight seal of the control chamber 124. Due to the hydraulic pressure in the control chamber 124, which transmits through the outlet throttle 134 on the pressure pin 196, this pressure pin 196 is pressed up against the magnetic core 152.
  • this covenant can be may be configured as a dial 176 or a sickle disc 178 and may, for example, in turn, positively connected to the anchor sleeve 170.
  • the collar can also be designed in other ways, for example as part of the anchor sleeve 170 itself. Under the sickle plate 178, a residual air gap disc 184 can again be arranged.
  • the mode of operation of the fuel injector 110 according to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 3 largely corresponds to the mode of operation of the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • the hydraulic valve 146 used is a pressure-balanced valve, since no hydraulic forces act on the armature 154 in the axial direction.
  • the magnetic actuator 148 is energized, the armature plate 162 is attracted by the magnetic coil 150 and moved upward. Due to the collar in the form of the sickle plate 178 on the anchor bolt 164 and the anchor bolt 164 is pulled by the anchor plate 162 with up.
  • the entrapment of the residual air gap disc 184 again serves to hold it in a defined position.
  • the anchor plate 162 is guided in the described upward movement by the guide 188 on the guide extension 168.
  • the anchor plate 162 is positioned in a defined position.
  • the spring force of the armature spring 160 should be as small as possible, for example, again at a maximum of 3 to 4 Newtons.
  • the solenoid actuator 148 can be switched off or switched to a lower current.
  • the valve spring 158 pushes the anchor bolt 164 back into its seat. Once the anchor bolt has reached the seat, the mouth 140 is closed, and the control chamber 124 is again acted upon by the inlet throttle 126 with high pressure, so that the injection valve member 116 back down moves and closes the at least one injection port.
  • This overstroke a is limited by an overstroke stop 182.
  • This overstroke stop 182 is formed by the upper edge of the guide 188 in the illustrated embodiment.
  • the constriction 190 of the guide extension 168 of the anchor plate 162 may be provided with an exchangeable overstroke stop 182 in the form of an adjusting ring 200, as indicated in FIG.
  • This adjusting ring 200 may in particular be configured as a replaceable adjusting ring, so that the overstroke stop 182 may be configured as a replaceable overstroke stop 182.
  • Other embodiments of the overstroke stop 182 are conceivable, for example in that the shoulder 180 is not formed on the guide extension 168 of the anchor plate 162, but for example on the guide 188.
  • the excess lift a should preferably again be no greater than 10 microns.
  • the minimum overtravel a is limited by the maximum wear or the resulting anchor stroke drift in the valve seat.
  • the wear or the Ankerhubdrift is less than 4 microns, so that the lower limit of the excess stroke a can be about 5 microns.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (110) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere für den Einsatz in Speichereinspritzsystemen. Der Kraftstoffinjektor (110) umfasst mindestens ein in einem Injektorkörper (114) des Kraftstoffinjektors (110) bewegbar gelagertes Einspritzventilglied (116) zum Verschließen oder Freigeben mindestens einer Einspritzöffnung. Weiterhin umfasst der Kraftstoffinjektor (110) mindestens ein hydraulisches Ventil (146), wobei das hydraulische Ventil (146) eingerichtet ist, um über mindestens einen Steuerraum (124) einen Hub des Einspritzventilgliedes (116) zu steuern. Das hydraulische Ventil (146) weist einen Magnetaktor (148) mit mindestens einer Magnetspule (150) und mindestens einem Magnetanker (154) auf. Der Magnetanker (154) weist mindestens eine mit dem Magnetaktor (148) zusammenwirkende Ankerplatte (162) und mindestens einen relativ zu der Ankerplatte (162) beweglich gelagerten und einen Druck in dem Steuerraum (124) steuernden Ankerbolzen (164) auf.

Description

19. Juni 2008
Beschreibung
Titel
Kraftstoffinjektor mit zweiteiligem Magnetanker
Stand der Technik
Zur Versorgung von Brennräumen von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen, mit Kraftstoff können sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme kommen in die Pumpe-Düse-Einheiten, Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten auch so genannte Speichereinspritzsysteme zum Einsatz. Bei Speichereinspritzsystemen (Common-Rail- Systemen) wird ein unter einem Hochdruck stehender Kraftstoff (beispielsweise Kraftstoff bei über 1000 bar) durch einen Hochdruckspeicher an einen Kraftstoffinjektor bereitgestellt. Common-Rail-Injektoren ermöglichen es in vorteilhafter Weise, den Einspritzdruck an die Last und die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Die folgende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Common-Rail-Rraftstoffinjektoren, ist jedoch grundsätzlich auch für andere Arten von Kraftstoffinjektoren einsetzbar.
Bei üblichen Common-Rail-Injektoren wird in der Regel ein Aktor zum Öffnen des Kraftstoffinjektors, das heißt zum Starten des Einspritzvorgangs, und zum anschließenden Schließen des Kraftstoffinjektors eingesetzt. Beispielsweise lassen sich hier Magnetaktoren oder Piezoaktoren einsetzen, wobei die im folgenden beschriebene Erfindung von der Verwendung von Magnetaktoren ausgeht.
Bei derartigen Kraftstoffinjektoren mit hydraulischen Ventilen mit Magnetaktoren wird insbesondere eine Druckausgeglichenheit der hydraulischen Ventile angestrebt. Dies bedeutet, dass die Schließkraft der hydraulischen Ventile, also die Kraft, mittels derer die hydraulischen Ventile einen Druck in einem Steuerraum des Kraftstoffinjektors abdichten, vom System- bzw. Raildruck unabhängig ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die abdichtende Wir- kung der hydraulischen Ventile nicht gegen den anstehenden Druck aufgebracht werden muss. Bei kleineren Hüben lassen sich damit insbesondere große Ventilquerschnitte darstellen. Mit derartig druckausgeglichenen Magnetventilen lassen sich deutliche Verbesserungen bezüglich der Mehrfacheinspritzung erreichen. Insbesondere die sehr kleinen Magnetventilhübe, welche beispielsweise um ca. 50 % kleiner sein können als beispielsweise die Hübe von Kraftstoffinjektoren mit vergleichbaren Kugel ventilen, erhöhen die Stabilität von Kraftstoffinjektoren mit druckausgeglichenen hydraulischen Magnetventilen deutlich.
Eine Problematik bei derartigen Kraftstoffinjektoren stellt jedoch das Prellen des Magnetventilankers beim Schließen des Ventils dar. Aufgrund dieses Prellens wird der zeitliche Mindestabstand zwischen Schaltvorgängen typischerweise auf 200 bis 250 μs begrenzt. Dies ist insbesondere dadurch bedingt, dass über der Laufzeit bereits geringe Änderungen im Prellverhalten zu einer deutlichen Einspritzmengendrift führen können, wenn das Anker- schließprellen bei einer Ansteuerung einer Folgeeinspritzung, beispielsweise der zweiten Einspritzung, nicht abgeschlossen ist. In vielen Fällen werden jedoch Spritzabstände, das heißt Abstände zwischen einzelnen Schaltvorgängen des hydraulischen Ventils, von ca. 100 μs gefordert.
Offenbarung der Erfindung
Es wird daher ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welcher die oben beschriebenen Nachteile bekannter Kraftstoffinjektoren zumindest weitgehend vermeidet. Der Kraftstoffinjektor ist insbesondere für den Einsatz in Speichereinspritzsystemen, insbesondere in selbstzündenden Brennkraftmaschinen, einsetzbar, wobei jedoch auch andere Einsatzzwecke denkbar sind. Insbesondere lassen sich mittels des vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors die beschriebenen An- kerschließprellungen erheblich reduzieren, was zu Spritzabständen von weniger als 200 μs führen kann. Gleichzeitig können die Vorteile druckausgeglichener hydraulischer Ventile beibehalten werden.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein Ankerschließprellen durch eine Entkopplung von Ankerbolzen und Ankerplatte verhindert werden kann. Dadurch können die Vorteile eines druckausgeglichenen Ventils weiter optimiert werden, und insbesondere können sehr kleine zeitliche Spritzabstände realisiert werden. Die Erfindung kann bezüglich der Fertigung einschließlich einer Montage mit Kraftstoffinjektoren mit einteiligem Anker kombiniert werden, so dass beispielsweise der erfindungsgemäße Kraftstof- fϊnjektor mit mehrteiligem Anker als Option auf Kundenwunsch angeboten werden kann.
Die Fertigung des Ankers ist im Vergleich zu herkömmlichen Magnetankern deutlich vereinfacht. Zudem lassen sich durch die Entkopplung von Ankerbolzen und Ankerplatte ge- trennt Werkstoffoptimierungen vornehmen. Für den Ankerbolzen und die Ankerplatte können unterschiedliche Materialien eingesetzt werden. So kann beispielsweise die Ankerplatte bezüglich der magnetischen Eigenschaften und der Geometrie optimal ausgestaltet werden, ebenso wie der getrennt davon ausgebildete Ankerbolzen beispielsweise auf optimale Schließeigenschaften und möglichst geringen Verschleiß optimiert werden kann. So muss insbesondere keine Rücksicht auf einen Verschleiß am Ventilsitz genommen werden hinsichtlich der Materialauswahl und der geometrischen Ausgestaltung der Ankerplatte. Für den Ankerbolzen hingegen lassen sich sowohl Werkstoff als auch Geometrie für einen minimalen Verschleiß und optimale Dichteigenschaften verringern. Weiterhin entfällt die Not- wendigkeit der Verwendung eines Federtellers, da stattdessen beispielsweise Einstellringe für eine Überhöhung als Maßgruppe verwendet werden können.
Die Montage des vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors kann unter Verwendung eines als Baugruppe ausgestalteten Ankers erfolgen. So kann diese Baugruppe beispielsweise, wie unten näher ausgeführt wird, eine Ankerplatte, eine Ankerhülse, einen Einstellring, insbesondere eine Sichelscheibe, umfassen. Diese Baugruppe kann außerhalb der eigentlichen Montage des Kraftstoffinjektors beispielsweise vormontiert werden und als fertig vormontierte Baugruppe an die Montage des eigentlichen Kraftstoffinjektors geliefert werden.
Zur Umsetzung des oben beschriebenen Erfindungsgedankens umfasst der Kraftstoffinjektor einen in einem Injektorkörper des Kraftstoffinjektors bewegbar gelagertes Einspritzventilglied zum Verschließen oder Freigeben mindestens einer Einspritzöffnung. Das Einspritzventilglied kann eingliedrig oder mehrgliedrig ausgestaltet sein.
Weiterhin umfasst der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor mindestens ein hydraulisches Ventil, welches eingerichtet ist, um über mindestens einen Steuerraum einen Hub des Einspritzventils zu steuern. Dabei kann, wie oben beschrieben, das hydraulische Ventil als druckausgeglichenes Ventil ausgestaltet sein, das heißt als Ventil, auf welches auch im geschlossenen Zustand kein Hochdruck des Kraftstoffs, also beispielsweise kein Raildruck, wirkt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das hydraulische Ventil keine in einer Öffnungsoder Schließrichtung des hydraulischen Ventils wirkende hydraulische Fläche an den Kraftstoff bereitstellt, beispielsweise keine senkrecht zur zu verschließenden Öffnung einer Ablaufbohrung ausgerichtete Fläche oder Flächenkomponente.
Das hydraulische Ventil weist mindestens einen Magnetaktor mit mindestens einer Magnetspule und mindestens einem Magnetanker auf. Der Magnetanker seinerseits umfasst mindestens eine mit dem Magnetaktor zusammenwirkende Ankerplatte und mindestens einen relativ zu der Ankerplatte beweglich gelagerten und einen Druck in dem Steuerraum steuernden Ankerbolzen auf. Dieser Ankerbolzen ist vorzugsweise eingerichtet, um, entsprechend der Steuerung des Magnetaktors, mindestens eine Ablaufdrossel des Steuerraums freizugeben oder zu verschließen. Unter einem Ankerbolzen ist somit ein grundsätzlich beliebig geformtes Schließelement zu verstehen, welches beispielsweise als langgestrecktes Schließelement mit einem beliebigen Querschnitt ausgestaltet sein kann, beispielsweise in Form eines soliden Bolzens. Auch ein hohler Querschnitt kann vorliegen, was unten am Beispiel einer bevorzugten Hülsenform näher ausgeführt wird.
Der Ankerbolzen kann insbesondere mittels eines Ventilfederelements, beispielsweise einer spiralförmigen Ventilfeder, mit einer in einer Schließrichtung des hydraulischen Ventils wirkenden ersten Kraft beaufschlagt werden. Die Ankerplatte ihrerseits kann insbesondere mittels mindestens eines Ankerfederelements, beispielsweise einer spiralförmigen Ankerfeder, mit einer zweiten, entgegen der Schließrichtung wirkenden Kraft beaufschlagt werden. Dabei ist diese zweite Kraft vorzugsweise geringer als die erste Kraft.
Der Ankerbolzen kann beispielsweise innerhalb der Ankerplatte oder die Ankerplatte umgebend gelagert sein, so dass der Ankerbolzen und die Ankerplatte relativ zueinander in Schließrichtung verschiebbar sind. Dabei ist vorzugsweise der Ankerbolzen derart relativ zur Ankerplatte gelagert, dass eine Bewegung der Ankerplatte in einer Öffnungsrichtung entgegen der Schließrichtung, zumindest ab einem gewissen Mindesthub, den Ankerbolzen mitnimmt, so dass das hydraulische Ventil öffnet. Dies kann beispielsweise über entsprechende Schultern und/oder andere Mitnahmevorrichtungen am Ankerbolzen und/oder an der Ankerplatte erfolgen.
Der Ankerbolzen kann insbesondere hülsenförmig ausgestaltet sein und somit eine Ankerhülse umfassen oder als Ankerhülse ausgestaltet sein. Dabei ist die Ankerhülse vorzugsweise in der axialen Richtung gleitend an der Ankerplatte, insbesondere innerhalb der Ankerplatte, gelagert. Die Hülsenform des Ankerbolzens in Form einer Ankerhülse ist insbesondere von Vorteil für die Ausgestaltung eines druckausgeglichenen hydraulichen Ventils, ge- maß der obigen Definition, da eine Ankerhülse genutzt werden kann, um möglichst keine hydraulische Fläche entgegen der Schließrichtung an den Kraftstoff bereitzustellen. Sämtliche hydraulischen Kräfte auf die Ankerhülse können dann in radialer Richtung wirken, ohne eine Stellung der Ankerhülse in axialer Richtung zu beeinflussen bzw. eine hydraulische Kraft auf diese Ankerhülse auszuüben.
Wenn eine Ankerhülse verwendet wird, so ist es möglich, innerhalb der Ankerhülse, auf der dem Steuerraum zugewandten Seite des Hohlraums innerhalb der Ankerhülse, einen Druckstift zur hydraulischen Abdichtung des Innenraums der Ankerhülse aufzunehmen. Der In- nenraum der Ankerhülse kann insbesondere zylinderförmig ausgestaltet sein, insbesondere als Kreiszylinder und/oder als polygonaler Zylinder. Der Außendurchmesser des Druckstifts kann auf den Innendurchmesser bzw. die Innenmaße dieses Innenraums angepasst sein, so dass der Druckstift beispielsweise gleitend und abdichtend innerhalb des Innenraums der Ankerhülse gelagert ist. Der Druckstift, die Ankerhülse und ein Ventilstück mit einer Ablaufdrossel des Steuerraums können dann einen Ventilraum begrenzen, wobei hydraulische Kräfte durch den Hochdruck des Kraftstoffs innerhalb dieses Ventilraums lediglich auf den Druckstift wirken, nicht jedoch auf die Ankerhülse. Auf diese Weise kann ebenfalls eine Druckausgeglichenheit erzeugt werden.
Ebenfalls bei Verwendung einer Ankerhülse ist es bevorzugt, wenn der Kraftstoffinjektor ein Ventilstück umfasst, innerhalb dessen mindestens eine Ablaufdrossel des Steuerraums aufgenommen ist. Unter einer Ablaufdrossel kann dabei allgemein eine Öffnung hin zum Steuerraum verstanden werden, welche, bei geöffnetem hydraulischem Ventil, den Abfluss des Kraftstoffs aus dem Steuerraum hin zu einem Niederdruckablauf begrenzt bzw. steuert.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Ventilstück einen, zumindest im geschlossenen Zustand des hydraulischen Ventils, in die Ankerhülse hineinragenden Ansatz aufweist, insbesondere einen zylindrischen Ansatz. Dieser Ansatz kann von seinem Querschnitt her zu- mindest abschnittsweise auf die Innenabmessungen des Innenraums der Ankerhülse angepasst sein, kann also zumindest abschnittsweise beispielsweise wiederum einen kreisförmigen Querschnitt, einen polygonalen Querschnitt oder ähnliches aufweisen. Auf diese Weise kann der Ansatz des Ventilstücks gleichzeitig als Führung für die Ankerhülse dienen, wobei vorzugsweise eine abdichtende Führung gewählt wird.
Eine Mündung der Ablaufdrossel des Steuerraums kann insbesondere in dem Ansatz aufgenommen sein. Diese Mündung kann beispielsweise an einem vom Steuerraum abgewandten Ende des Ansatzes angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine Mündung jedoch auch in einer umfangsseitigen Einschnürung des Ansatzes aufgenommen sein. So kann der Ansatz beispielsweise zunächst einen ersten Führungsabschnitt aufweisen, dann die genannte Einschnürung mit der mindestens einen Mündung, und anschließend einen weiteren Führungsabschnitt. Der mindestens eine Führungsabschnitt kann dabei von seinem Außendurchmesser vorzugsweise an den Innendurchmesser des Innenraums der Ankerhülse angepasst sein, also beispielsweise wiederum den genannten kreisförmigen und/oder polygonalen Querschnitt aufweisen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die Ausgestaltung der Einstellmöglichkeiten der Hübe und Wege des hydraulischen Ventils. So ist es besonders bevorzugt, wenn der Ankerbolzen an einer dem Steuerraum abgewandten Seite zumindest teilweise von einer auswechselbaren Einstellscheibe, insbesondere einer Sichelscheibe, umgeben ist. Eine derartige Einstellscheibe, welche beispielsweise in unterschiedlichen Dicken bevorratet werden kann, kann genutzt werden, um eine Einstellung des Überhubs des hydraulischen Ventils zu ermöglichen. Unter einem Überhub wird dabei nach Abschalten des Magnetaktors, eine Strecke bezeichnet, um welche sich, nachdem der Ankerbolzen seinen Sitz und damit seine Schließstellung erreicht hat, die Ankerplatte aufgrund ihrer eigenen Trägheit noch weiter bewegt.
Auch auf der gegenüberliegenden, dem Steuerraum zuweisenden Seite, kann ein entsprechender Überhubanschlag vorgesehen sein, insbesondere ein einstellbarer Überhubanschlag. Auch dieser Überhubanschlag kann wiederum als auswechselbarer Überhubanschlag eingerichtet sein, beispielsweise wiederum in Form einer austauschbaren Scheibe oder eines Rings. Dieser Überhubanschlag kann grundsätzlich zwischen einem beliebigen Teil des Kraftstoffinjektors, insbesondere des Injektorkörpers, und der Ankerplatte vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Ankerplatte an ihrer von dem Magnetaktor abgewandten Seite einen Führungsfortsatz, beispielsweise einem zylinderhülsenförmigen Führungsfortsatz, aufweist, wobei der Kraftstoffinjektor eine Führung zur Aufnahme dieses Führungsfortsatzes aufweist. Zwischen dieser Führung, welche beispielsweise Bestandteil eines Ventilstücks, in dem die oben beschriebene Ablaufdrossel des Steuerraums aufgenommen ist, sein kann, und dem Führungsfortsatz kann der mindestens eine Überhubanschlag angeordnet sein. Beispielsweise kann dieser, wie oben beschrieben, in Form einer auswechselbaren Scheibe zwischen der Führung und dem Führungsfortsatz aufgenommen sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors;
Figur 2 eine Draufsicht auf eine Ankerplatte des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1; und Figur 3 eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines zweiten Ausfuhrungsbeispiels eines erfϊndungsgemäßen Kraftstoffϊnjektors.
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffϊnjek- tors 110 in Schnittdarstellung mit einer Schnittrichtung parallel zu einer Injektorachse 112 in einer Teildarstellung gezeigt. Der Kraftstoffinjektor 110 umfasst einen Injektorkörper 114, welcher in Figur 1 lediglich ansatzweise gezeigt ist. In dem Injektorkörper 114 ist in axialer Richtung ein Einspritzventilglied 116 gleitend gelagert, von welchem in der aus- schnittsweisen Darstellung gemäß Figur 1 lediglich ein Ventilkolben 118 gezeigt ist. Das Einspritzventilglied 116 kann ein- oder mehrgliedrig ausgebildet sein und dient zum Öffnen oder Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung, welche in Figur 1 nicht dargestellt ist.
An seinem oberen Ende ist der Ventilkolben 118 in einem Hülsenansatz 120 eines Ventilstücks 122 gelagert, so dass sich zwischen der Oberseite des Ventilkolbens 118 und dem Ventilstück 122 ein Steuerraum 124 ausbildet. Dieser Steuerraum ist über eine Zulauf dros- sel 126 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagbar, so dass der Druck in dem Steuerraum 124 eine Stellung des Ventilkolbens 118 und damit eine Stellung des Einspritzventilgliedes 116 steuert.
Das Ventilstück 122 weist weiterhin einen zumindest teilweise zylindrisch ausgestalteten Ventilstückkörper 128 auf, welcher sich auf dem Injektorkörper 114 nach unten, das heißt in einer Schließrichtung des Einspritzventilglieds 116, abstützt. Auf diesem Ventilstückkörper 128 ist zunächst eine konische Dichtschulter 130 und, anschließend an die Dichtschulter 130, ein zylindrischer Ansatz 132 des Ventilstückkörpers 128 aufgenommen.
In dem Ventilstück 122 ist eine Ablaufdrossel 134 des Steuerraums 124 angeordnet. Diese Ablauf drossel 134 umfasst, ausgehend vom Steuerraum 124, zunächst eine axiale Bohrung 136, gefolgt von in diesem Ausführungsbeispiel zwei schräg zur Injektorachse 112 verlaufenden Drosselbohrungen 138. Diese Drosselbohrungen 138 münden jeweils in Mün- düngen 140, welche in einer umfangsseitigen Einschnürung 142 des Ansatzes 132 vorgesehen sind. Oberhalb der Einschnürung 142 ist der Ansatz 132 wieder aufgeweitet und weist einen Führungsabschnitt 144 auf.
Über die Ablaufdrossel 134 lässt sich der Steuerraum 124 mit einem (in Figur 1 nicht darge- stellten) Niederdruckablauf verbinden, so dass über ein Öffnen bzw. Verschließen der Ablaufdrossel 134 ein Druck in dem Steuerraum 124 und damit eine Stellung des Einspritzventilglieds 116 gesteuert werden kann. Zum Öffnen bzw. Verschließen der Mündung 140 der Ablaufdrossel 134 ist in dem Kraftstoffinjektor 110 ein hydraulisches Ventil 146 vorgesehen, welches als Magnetventil ausgestaltet ist. Das hydraulische Ventil 146 umfasst ein Magnetaktor 148 mit einer Magnetspule 150 und einem Magnetkern 152, welche axialsymmetrisch angeordnet sind.
Weiterhin umfasst der Magnetaktor 148 einen Magnetanker 154. Der Magnetanker 154 wird mittels einer in einem zentralen Hohlraum 156 des Magnetkerns 152 gelagerten Ventilfeder 158 mit einer Kraft in Schließrichtung beaufschlagt. In Gegenrichtung wird der Magnetanker 154 über eine Ankerfeder 160, welche sich am Ventilstückkörper 128 abstützt, mit einer Kraft entgegen der Schließrichtung beaufschlagt.
Der Magnetanker 154 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgestaltet und umfasst eine Ankerplatte 162 und einen Ankerbolzen 164.
Die Ankerplatte 162 weist an ihrem dem Magnetkern 152 zuweisenden Ende einen Ankerteller 166 in Form einer axialsymmetrischen Kreisringscheibe auf. In Schließrichtung schließt sich an diesen Ankerteller 166 ein zylinderhülsenförmiger Führungsfortsatz 168 an. Die Ankerplatte 162 wirkt mit der Magnetspule 150 zusammen und kann dementsprechend aus einem für eine Magnetaktuation optimierten Material hergestellt werden.
Innerhalb des Führungsfortsatzes 168 ist in diesem Ausführungsbeispiel der Ankerbolzen 164 gleitend gelagert. Dieser Ankerbolzen 164 weist in dem dargestellten Ausführungs- beispiel eine Ankerhülse 170 auf. Diese Ankerhülse 170 umfasst einen zylindrischen Innenraum 172, in welchem der Führungsabschnitt 144 des Ansatzes 132 gleitend und abdichtend gelagert ist.
An ihrem unteren Ende weist die Ankerhülse 170 eine Dichtkante 174 auf, welche in dem in Figur 1 dargestellten geschlossenen Zustand des hydraulischen Ventils 146 auf der Dichtschulter 130 des Ventilstücks 122 aufsitzt und einen Dichtsitz bildet. Auf diese Weise wird in dem in Figur 1 dargestellten geschlossenen Zustand durch die Ankerhülse 170 die Ablaufdrossel 134 verschlossen, so dass im Steuerraum 124 Hochdruck anliegt und das Einspritzventilglied 116 in seinen in Figur 1 nicht dargestellten Ventilsitz gepresst wird und die mindestens eine Einspritzöffnung verschließt.
Dabei ist das in Figur 1 gezeigte hydraulische Ventil 146 als druckausgeglichenes Ventil ausgestaltet, da auf das hydraulische Ventil 146, insbesondere den Ankerbolzen 164, in a- xialer Richtung keine hydraulischen Kräfte wirken können. Der Druck, welcher sich aus dem Steuerraum 124 über die Ablauf drossel 134 in die Einschnürung 142 überträgt, kann lediglich in radialer Richtung auf die Innenwände der Ankerhülse 170 wirken.
An seinem oberen, dem Magnetkern 152 zuweisenden Ende weist der Ankerbolzen 164 eine Einstellscheibe 176 auf, welche in eine Umfangsnut der Ankerhülse 170 eingefügt ist. Diese Einstellscheibe 176 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise als Sichelscheibe 178 ausgestaltet, wie beispielsweise aus einer Draufsicht auf den Magnetanker 154 in Figur 2 hervorgeht. Die Restluftspaltscheibe 184 ist in dieser Figur nicht dargestellt. Die Ankerhülse 170 weist an ihrem unteren Ende, wie in Figur 1 ersichtlich, eine Schulter 180 auf, welche die Bewegung der Ankerplatte 162 nach unten begrenzt und welche somit als Überhubanschlag 182 wirkt. Zur Montage des Magnetankers 154 kann die Ankerhülse 170 zunächst von unten in die den Führungsfortsatz 168 eingeschoben werden, woraufhin am oberen Ende die Sichelscheibe 178 in die Nut in der Ankerhülse 170 eingeschoben werden kann. Die Ventilfeder 158 ist dabei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Sichel- scheibe 178 abgestützt, kann jedoch alternativ auch auf anderen Teilen des Ankerbolzens 164, beispielsweise der Ankerhülse 170, abgestützt sein.
Die Ankerfeder 160 ist an ihrem oberen Ende auf dem Ankerteller 166 abgestützt. Auch eine andere Art der Abstützung ist jedoch möglich. Die gleitende Lagerung der Ankerhül- se 170 in der Ankerplatte 162 ermöglicht eine Relativbewegung zwischen Ankerplatte 162 und dem Ankerbolzen 164, welche nach oben durch die Sichelscheibe 178 und nach unten durch die Schulter 180 begrenzt wird. Weiterhin kann auf der Oberseite des Ankertellers 166 noch eine Restluftspaltscheibe 184 in Form einer oder mehrerer Kreisringscheiben vorgesehen sein, welche einen Spalt zwischen dem Magnetkern 152 und dem Magnetan- ker 154 einstellen kann. Alternativ oder zusätzlich zu der Einstellung über die Restluftspaltscheibe 184 kann der Restluftspalt zwischen dem Magnetkern 152 und dem Magnetanker 154 auch als Luftspalt ausgestaltet sein. So kann beispielsweise ein Anschlag für den Ankerbolzen 164 bzw. die Ankerhülse 170 des Ankerbolzens 164 auch in anderer Form als durch die Verwendung einer Scheibe erfolgen.
Wird das hydraulische Ventil 146 betätigt, so liegt Magnetkraft an dem Magnetaktor 148 an. Die Ankerplatte 162 wird durch die Magnetspule 152 in Figur 1 nach oben angezogen. Die Sichelscheibe 178, welche formschlüssig mit dem Ankerbolzen 164 verbunden ist, wirkt als Mitnehmer und sorgt dafür, dass die Ankerhülse 170 von der Ankerplatte 162 mit nach oben gezogen wird. Auf diese Weise wird die Dichtkante 174 aus ihrem Sitz auf der Dichtschulter 130 gehoben, so dass Druck aus dem Steuerraum 124 über die Ablaufdrossel 134 in den Niederdruckablauf entweichen kann und sich das Einspritzventilglied 116 in Figur 1 nach oben bewegen kann, um die Einspritzöffnungen freizugeben. Um das Einspritzventil- glied 116 und damit den Kraftstoffϊnjektor 110 erneut zu schließen, wird der Magnetaktor 148 abgeschaltet oder die Magnetkraft verringert, so dass, getrieben durch die Ventilfeder 158, der Ankerbolzen 164 wieder in seinen Sitz gepresst wird und sich im Steuerraum 124 erneut ein Hochdruck aufbauen kann. Das Einspritzventilglied 116 schließt dann wieder.
Die Restluftspaltscheibe 184 kann vorzugsweise unter der Sichelscheibe 178 eingeklemmter werden, so dass die Restluftspaltscheibe 184 durch die Sichelscheibe 178 in einer definierten Lage gehalten werden kann. Die Ankerplatte 162 wird zwischen den Einspritzungen mittels der Ankerfeder 160 in einer definierten Lage gehalten bzw. in eine derartige definierte Lage gebracht. Die Federkraft der Ankerfeder 160 soll dabei möglichst klein gewählt werden, vorzugsweise bei maximal 3 bis 4 Newton. Nachdem der Magnetaktor 148 abgeschaltet bzw. in seiner Magnetkraft heruntergeschaltet ist, drückt die Ventilfeder 158 den Ankerbolzen 164, wie oben beschrieben, wieder in seinen Sitz. Sobald der Ankerbolzen 164 seinen Sitz erreicht hat, wird die Ankerplatte 162 aufgrund ihrer Trägheit sich weiter nach unten bewegen. Dieser Weg wird auch als Überhub bezeichnet und ist in Figur 1 mit a bezeichnet. Weitere Größen x (Dicke der Sichelscheibe 178), z (axiale Länge der Ankerplatte 162) und y (Abstand zwischen Oberkante der Sichelscheibe 178 und Unterseite der Ankerplatte 162) sind ebenfalls in Figur 1 definiert. Somit gilt, dass sich die Dicke x der Sichelscheibe 178 aus den Größen a, y und z zu x=a-y+z berechnet.
Der Überhub a wird durch den Überhubanschlag 182 begrenzt, welcher in diesem Fall durch die Schulter 180 an der Oberseite eines Bundes 186 der Ankerhülse 170 ausgebildet ist. Der Überhub a soll vorzugsweise nicht größer als 10 μm sein. Sollten in Einzelfällen die Toleranzen der Einzelteile der für den Überhub a relevanten Maße größer sein als es die Über- hubtoleranz erfordert, so besteht die Möglichkeit, den Überhub a über einen Einstellring (Maßgruppen) einzustellen. In diesem Fall müssen vor der Montage die mit y und z bezeichneten Maße in Figur 1 gemessen werden und dann eine entsprechende Einstellscheibe 176 (Maß x in Figur 1) ausgewählt werden.
In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 110 dargestellt. Der Aufbau und die Funktionsweise des Kraftstoffinjektors 110 entsprechen zunächst weitgehend dem Aufbau und der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 , so dass weitgehend auf die obige Beschreibung verwiesen werden kann. Wiederum umfasst der Kraftstoffinjektor 110 einen Injektorkörper 114, in welchem ein Einspritzventilglied 116 mit einem Ventilkolben 118 gelagert ist. Oberhalb des Ventilkolbens 118 ist in einem Ventilstück 122 wiederum ein Steuerraum 124 ausgebildet, welcher über eine Zulaufdrossel 126 mit Hochdruck beaufschlagbar ist. Über eine Ablaufdrossel 134 in dem Ventilstück 122 ist der Steuerraum 124 wiederum druckentlastbar, wobei die Ablaufdrossel 134 in dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, im Gegensatz zum Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 1, lediglich eine axiale Bohrung 136 umfasst. Diese axiale Bohrung 136 mündet im Innenraum einer zylinderhülsenförmigen Führung 188 des Ventilstücks 122 und ist durch das hydraulische Ventil 146 verschließbar bzw. freigebbar.
Das hydraulische Ventil 146 ist grundsätzlich ähnlich zu dem in Figur 1 dargestellten hydraulischen Ventil 146 dargestellt. Dabei ist in der Darstellung gemäß Figur 3 der Magnetaktor 148 lediglich teilweise dargestellt, wobei lediglich ein Teil des Magnetkerns 152 abgebildet ist. Die Magnetspule 150, welche beispielsweise analog zu Figur 1 ausgestaltet sein kann, ist in Figur 1 nicht gezeigt.
Wiederum umfasst der Magnetaktor 148 in dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 3 einen Magnetanker 154 mit einer Ankerplatte 162 und einem Ankerbolzen 164. Die Ankerplatte 162 ist wieder mit einem Ankerteller 166 und einem Führungsfortsatz 168 ausgestaltet. Der Führungsfortsatz 168 weist an seinem unteren Ende eine Verengung 190 auf, welche zylindrisch ausgestaltet ist und von ihrem Außendurchmesser her dem Innendurchmesser der Führung 188 entspricht. Der Führungsfortsatz 168 ist somit in der Führung 188 des Ventilstücks 122 geführt.
Im zylindrischen Innenraum der Ankerplatte 162 ist der Ankerbolzen 164 abdichtend und in axialer Richtung bewegbar gelagert. Die Ankerhülse 170 ist wiederum rohrförmig ausgestaltet und weist an ihrem unteren Ende eine Sitzkante 192 auf, beispielsweise eine Beißkante, einen Flachsitz oder einen Kegelsitz, welche in dem in Figur 3 gezeigten geschlossenen Zustand auf einem Dichtsitz 194 im Inneren der Führung 188 des Ventilsitzes 122 aufsitzt und eine Mündung 140 der Ablaufdrossel 134 abdichtet.
Im Inneren der rohrförmigen Ankerhülse 170 ist in dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein zylindrischer Druckstift 196 aufgenommen. Dieser zylindrische Druckstift stützt sich an seinem oberen Ende auf dem Magnetkern 152 oder einem anderen Teil des Magnetaktors 148 ab. Von seinem Außendurchmesser her entspricht der Druckstift 196 dem Innendurchmesser der rohrförmigen Ankerhülse 170, so dass die Ankerhülse 170 gleitend auf diesen Druckstift 196 gelagert ist, der Druckstift 196 jedoch eine druckdichte Abdichtung des Steuerraums 124 gewährleistet. Durch den hydraulischen Druck im Steuerraum 124, welcher sich durch die Ablaufdrossel 134 auf den Druckstift 196 überträgt, wird dieser Druckstift 196 nach oben gegen den Magnetkern 152 gedrückt.
Wiederum weist der Ankerbolzen 164 an seinem oberen, dem Steuerraum 124 abgewandten Ende einen Mitnehmer in Form eines Bundes auf. Dieser Bund kann beispielsweise wieder- um als Einstellscheibe 176 oder als Sichelscheibe 178 ausgestaltet sein und kann beispielsweise wiederum kraftschlüssig mit der Ankerhülse 170 verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Bund auch auf andere Weise ausgestaltet sein, beispielsweise als Bestandteil der Ankerhülse 170 selbst. Unter der Sichelscheibe 178 kann wiederum eine Restluft- spaltscheibe 184 angeordnet sein.
Die Funktionsweise des Kraftstoffinjektors 110 gemäß dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1. Wiederum handelt es sich bei dem eingesetzten hydraulischen Ventil 146 um ein druckausgeglichenes Ventil, da keine hydraulischen Kräfte in axialer Richtung auf den Magnetanker 154 wirken. Sobald der Magnetaktor 148 bestromt wird, wird die Ankerplatte 162 durch die Magnetspule 150 angezogen und nach oben bewegt. Durch den Bund in Form der Sichelscheibe 178 an dem Ankerbolzen 164 wird auch der Ankerbolzen 164 von der Ankerplatte 162 mit nach oben gezogen. Die Einklemmung der Restluftspaltscheibe 184 dient wiederum dazu, diese in einer definierten Position zu halten.
Die Ankerplatte 162 wird bei der beschriebenen Aufwärtsbewegung durch die Führung 188 an dem Führungsfortsatz 168 geführt. Mittels der Ankerfeder 160 wird die Ankerplatte 162 in einer definierten Lage positioniert. Wiederum sollte die Federkraft der Ankerfeder 160 so klein wie möglich gewählt werden, beispielsweise wiederum bei maximal 3 bis 4 Newton. Durch diese Aufwärtsbewegung des Ankerbolzens 164 wird die Mündung 140 freigegeben und der Steuerraum 124 wird druckentlastet, so dass sich das Einspritzventilglied 116 nach oben bewegen kann und die mindestens eine Einspritzöffnung freigeben kann.
Zur Beendigung des Einspritzvorgangs kann der Magnetaktor 148 abgeschaltet oder in eine geringere Bestromung geschaltet werden. Dadurch drückt die Ventilfeder 158 den Ankerbolzen 164 wieder in seinen Sitz. Sobald der Ankerbolzen den Sitz erreicht hat, wird die Mündung 140 verschlossen, und der Steuerraum 124 wird wieder über die Zulaufdrossel 126 mit Hochdruck beaufschlagt, so dass sich das Einspritzventilglied 116 wieder nach unten bewegt und die mindestens eine Einspritzöffnung verschließt.
Sobald der Ankerbolzen 164 seinen Sitz erreicht hat, wird wiederum die Ankerplatte 162 aufgrund ihrer Trägheit sich weiter nach unten bewegen, so dass wiederum ein Überhub a entsteht.
Dieser Überhub a wird durch einen Überhubanschlag 182 begrenzt. Dieser Überhubanschlag 182 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Oberkante der Führung 188 ausgebildet. Optional kann jedoch zwischen der Führung 188 und einer Schulter 198 am Ende der Verengung 190 des Führungsfortsatzes 168 der Ankerplatte 162 ein auswechselbarer Überhubanschlag 182 in Form eines Einstellrings 200 vorgesehen sein, wie dies in Figur 3 angedeutet ist. Dieser Einstellring 200 kann insbesondere als auswechselbarer Einstellring ausgestaltet sein, so dass der Überhubanschlag 182 als auswechselbarerer Überhubanschlag 182 ausgestaltet sein kann. Auch andere Ausgestaltungen des Überhubanschlags 182 sind denkbar, beispielsweise indem die Schulter 180 nicht an dem Führungsfortsatz 168 der Ankerplatte 162 ausgebildet wird, sondern beispielsweise an der Führung 188. Auch andere Arten des Überhubsanschlags oder Kombinationen derartiger Überhubanschläge sind denkbar. Insgesamt sollte der Überhub a vorzugsweise wiederum nicht größer als 10 μm sein. Der minimale Überhub a wird durch den maximalen Verschleiß bzw. die dadurch entstehende Ankerhubdrift im Ventilsitz begrenzt. Typischerweise liegt der Verschleiß bzw. die Ankerhubdrift bei weniger als 4 μm, womit die Untergrenze des Überhubs a bei ca. 5 μm liegen kann.
Für die bevorzugten Toleranzen kann wiederum auf das obige Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 beschrieben werden. Es sollten die Toleranzen der Einzelteile der für den Überhub a relevanten Maße im Einzelfall wiederum größer sein als erforderlich, so besteht wiederum die Möglichkeit, den Überhub a über einen zusätzlichen Einstellring, wie beispielsweise den Einstellring 182, 200, einzustellen. In diesem Fall müssten vor der Montage wiederum die in Figur 3 mit y und z bezeichneten Maße gemessen werden, so dass der Einstellring 200 mit dem Maß x entsprechend ausgewählt werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffϊnjektor (110) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere für den Einsatz in Speichereinspritzsystemen, umfassend mindestens ein in einem Injektorkörper (114) des Kraftstoffinjektors (110) bewegbar gelagertes Einspritzventilglied (116) zum Verschließen oder Freigeben mindestens einer Einspritzöffnung, weiterhin umfassend mindestens ein hydraulisches Ventil (146), wobei das hydraulische Ventil (146) eingerichtet ist, um über mindestens einen Steuerraum (124) einen Hub des Einspritzventilgliedes (116) zu steuern, wobei das hydraulische Ventil (146) einen Magnetaktor (148) mit mindestens einer Magnetspule (150) und mindestens einem Magnetanker (154) umfasst, wobei der Magnetanker (154) mindestens eine mit dem Magnetaktor (148) zusammenwirkende Ankerplatte (162) und mindestens einen relativ zu der Ankerplatte (162) beweglich gelagerten und einen Druck in dem Steuerraum (124) steuernden Ankerbolzen (164) umfasst.
2. Kraftstoffinjektor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Ankerbolzen (164) mittels eines Ventilfederelements (158) mit einer in einer Schließrichtung wirkenden ersten Kraft beaufschlagt wird, wobei die Ankerplatte (162) mittels eines Ankerfederelements (160) mit einer zweiten, entgegen der Schließrichtung wirkenden Kraft be- aufschlagt wird, wobei die zweite Kraft geringer ist als die erste Kraft.
3. Kraftstoffinjektor (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ankerbolzen (164) eine Ankerhülse (170) umfasst, wobei die Ankerhülse (170) in der axialen Richtung gleitend an der Ankerplatte (162), insbesondere innerhalb der Ankerplatte (162), gelagert ist.
4. Kraftstoffinjektor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in der Ankerhülse (170) ein gleitend gelagerter Druckstift (196) zur hydraulischen Abdichtung der Ankerhülse (170) auf der dem Steuerraum (124) abgewandten Seite aufgenommen ist.
5. Kraftstoffinjektor (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Ventilstück (122), wobei das Ventilstück (122) eine Ablaufdrossel (134) des Steuerraums (124) umfasst, wobei das Ventilstück (122) einen in die Ankerhülse (170) hineinragenden Ansatz (132), insbesondere einen zumindest abschnittsweise zy- lindrischen Ansatz (132), aufweist.
6. Kraftstoffinjektor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Mündung (140) der Ablaufdrossel (134) in dem Ansatz (132) aufgenommen ist.
7. Kraftstoffϊnjektor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Mündung (140) in einer umfangsseitigen Einschnürung (142) des Ansatzes (132) aufgenommen ist.
8. Kraftstoffϊnjektor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Ansatz (132) auf der dem Steuerraum (124) abgewandten Seite der Einschnürung (142) eine Führungsabschnitt (144) umfasst, wobei der Außendurchmesser des Führungsabschnitts (144) an den Innendurchmesser der Ankerhülse (170) angepasst ist.
9. Kraftstoffinjektor (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ankerbolzen (164) an einer dem Steuerraum (124) abgewandten Seite zumindest teilweise von einer auswechselbaren Einstellscheibe (176), insbesondere einer Sichelscheibe (178), umgeben ist, um eine Einstellung eines Überhubs des hydraulischen Ventils (146) zu ermö glichen.
10. Kraftstoffinjektor (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der dem Magnetaktor (148) abgewandten Seite der Ankerplatte (162) ein Überhubanschlag (182), insbesondere ein auswechselbarer Überhubanschlag (182), zur Begrenzung eines Überhubs des hydraulischen Ventils (146) vorgesehen ist.
11. Kraftstoffinjektor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ankerplatte (162) an ihrer von dem Magnetaktor (148) abgewandten Seite einen Führungsfortsatz (168) aufweist, wobei der Kraftstoffinjektor (110) eine Führung (188) zur Aufnahme des Führungsfortsatzes (168) aufweist, wobei zwischen der Führung (188) und dem
Führungsfortsatz (168) der mindestens eine Überhubanschlag (182) angeordnet ist.
12. Kraftstoffinjektor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Führung (188) als Teil eines Ventilstücks (122) ausgebildet ist, wobei das Ventilstück (122) mindes- tens eine Ablaufdrossel (134) des Steuerraums (124) umfasst.
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