WO2018114111A1 - Kraftstoffinjektor und dessen verwendung - Google Patents

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WO2018114111A1
WO2018114111A1 PCT/EP2017/078285 EP2017078285W WO2018114111A1 WO 2018114111 A1 WO2018114111 A1 WO 2018114111A1 EP 2017078285 W EP2017078285 W EP 2017078285W WO 2018114111 A1 WO2018114111 A1 WO 2018114111A1
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armature
valve piece
fuel injector
longitudinal axis
region
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PCT/EP2017/078285
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Lorenz Zerle
Oezguer Tuerker
Stefan Betz
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member
    • F02M63/008—Hollow valve members, e.g. members internally guided

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of
  • Claim 1 Furthermore, the invention relates to the use of a
  • a fuel! Njektor with the features of the preamble of claim 1 is known from EP 2 129 903 B1 of the Applicant.
  • Fuel injector has a cross-sectionally hat-shaped armature, which serves to control the outflow of fuel from a control chamber of a valve piece. About the blocking or releasing a connected to the control chamber Abiaufbohrung in the valve piece, the movement of an injection member (nozzle needle) is controlled in a known manner, which in turn serves to open or release at least one injection port in the injector.
  • the known magnet armature has a through hole into which protrudes a pin-shaped extension of the valve piece, wherein the extension of the radial bearing of the magnet armature is used.
  • the magnet armature in the region of its through hole on the side facing the valve piece on a seat edge, which forms a sealing seat together with a valve member about a longitudinal axis of the valve member radially encircling, obliquely arranged sealing surface in the lowered position of the armature, thereby sealing the drain to prevent fuel from the control room.
  • the area of the radial guide surface of the valve piece for the magnet armature, which is formed on the extension, with respect to the longitudinal axis has the same radial distance as the sealing edge on the magnet armature. This has the consequence that the area of the valve piece, which serves for the radial mounting of the armature, the pressure of the control chamber, and thus high or
  • System pressure is exposed.
  • An essential criterion for the accuracy of the metering of the amount of fuel is the achievement of a certain stroke of the magnet armature or of the valve member closing the control chamber.
  • the (maximum) armature stroke is in addition to the dimensioning or tolerance of different components, especially at the beginning of the operation of a fuel injector of the component temperatures dependent. So are components that are subjected to system or high pressure, especially in the field of sealing the Abiaufbohrung from the
  • the (maximum) armature stroke is shorter or less precipitated compared to a state in which the for the
  • Ankerhub essential components have at least nearly the same temperature. This has the consequence that - over the operating time of the
  • the fuel injector according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it almost independent of temperature, ie in particular at the beginning of the commissioning of the fuel! Njektors, always at least almost the same anchor stroke.
  • This is inventively achieved in that the sealing edge on the armature (which serves to form a sealing seat with a sealing surface on the valve piece) from the longitudinal axis of the magnet armature has a smaller distance than the leadership of the magnet armature serving guide portion on the armature.
  • this means that the area of the radial guidance of the magnet armature is relatively widely spaced from the sealing area, which is under system pressure.
  • the invention makes use of the invention in an advantageous embodiment in addition that the (temperature-dependent) linear expansion of the magnet armature is the lower, the more compact or shorter the magnet armature in
  • the magnet armature In Direction of its longitudinal axis is formed. Therefore, it provides a preferred structural embodiment of the magnet armature, that this has a radially around the longitudinal axis rotating, disc-shaped portion is arranged on the outer periphery of the protruding toward the valve piece guide portion whose inner wall cooperates with a guide portion on the valve piece.
  • Such, in cross-section in approximately cup-shaped trained magnet armature can be formed either as a two-part designed armature, or as integrally formed armature.
  • Section in the form of a guide sleeve optionally be formed of non-magnetic material or metal.
  • the connection between the guide sleeve and the central disc-shaped section can be effected in particular in the form of a welded joint by means of a laser weld.
  • Magnetankers its production as a sintered component, since it allows a relatively inexpensive production.
  • valve piece which allows the possibility of an axially particularly short magnet armature and an axially relatively long valve piece in the guide region for the armature, provides that the valve piece at least one, preferably several, arranged at regular angular intervals to each other
  • Outflow has bores, which has an outlet in the region of the guide surface of the valve piece, wherein the outlet connects the Abiaufbohrung for the control chamber with raised valve member with a low pressure region.
  • Magnetic armature is available, and that on the other hand on the armature no transverse or tilting forces are generated, which simplifies or optimizes the management of the magneto-tanker.
  • outflow holes they are arranged opposite the longitudinal axis at an oblique angle, such that the sealing surface on the extension of the valve piece with respect to the longitudinal axis has a greater distance from the control chamber than the outlets of
  • Another structurally preferred embodiment of the armature which makes it possible to position the sealing seat between the magnet armature and the valve piece more in the direction of the control chamber axially, provides that the
  • Magnetic armature in a central region in the direction of the valve piece projecting, pin or sleeve-shaped first extension, on whose the valve piece facing end side, the sealing edge is formed, and that the first extension, at least when the armature is immersed in a recess of the valve piece.
  • Embodiment of the magnet armature that this has in a central region in the direction of the magnetic coil or the magnetic core projecting, pin or sleeve-shaped second extension, which in a through hole of a
  • Magnet core dips axially with little radial play.
  • the immersion of the second extension into the through hole of the magnetic core has the advantage that leakage losses are reduced by the axially relatively long guide, which typically arise through an armature axially penetrating anchor bolt.
  • the at least one outlet of the outflow opening opens in the region of the magnet armature and that the magnet armature at least one
  • passage opening which is arranged in register with the outlet.
  • Circumferential direction have a greater extent than the outlet of the outflow holes. This makes it possible that the armature can rotate on the extension of the valve piece and regardless of his
  • the rotational angle position on the extension for example, at least two outlets arranged on opposite sides of outflow holes via the passage openings on the armature can be relieved of pressure or via the passage openings fuel can flow into the low pressure region.
  • Magnetic anchor conceivable that the outlet of the at least one outflow opening opens on the side facing away from the magnetic coil below the magnet armature. Since the radially encircling (flat) portion of the armature in the
  • the magnet armature has at least one passage at least in the overlapping area with the end face of the valve piece facing the armature armature.
  • the invention comprises the use of a fuel according to the invention described so far! Njectors for self-igniting internal combustion engines, whereby the fuel! Njektor is designed to work at a system pressure of more than 2000bar.
  • Fig. 1 shows a portion of a fuel injector according to the invention in one
  • Fig. 2 shows a valve piece with its cooperating armature in a perspective half-sectional view, wherein the armature has a shorter axial longitudinal than that of the fuel! Njektor according to the Fig. 1 used armature,
  • Fig. 3 shows a detail of Fig. 2 in a partial longitudinal section
  • Fig. 4 shows a modified armature in a perspective
  • the same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.
  • the fuel injector 100 shown in the figures is used for injecting fuel into the combustion chamber, not shown, of a self-igniting
  • the fuel injector 100 is part of a so-called common-rail injection system, preferably a
  • the fuel injector 100 has an injector 1 1, in a
  • Pressure port 12 is screwed.
  • the pressure port 12 is connected to a fuel supply line, not shown, and serves to supply a high-pressure chamber 13 with standing under high pressure or under system pressure fuel.
  • the high pressure chamber 13 is formed in a recess 14 of the injector housing 1 1, in which a valve member 15 is inserted.
  • the valve piece 15 has one of an end face of the valve piece 15th
  • a nozzle needle 20 serving as an injection member 19 is arranged to be liftable along a longitudinal axis 22.
  • the nozzle needle 20 is used in a known manner to release or closing at least one injection port formed in the injector 1 1 injection port through which the fuel from the
  • High-pressure chamber 13 can be discharged into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • this is in its lowered, the at least one injection port closing position.
  • the bore 17 is limited together with the one end face of the nozzle needle 20 in the valve member 15 a control chamber 25, which is arranged on a bottom of the bore 17 Abiaufbohrung 26 which is arranged concentrically to the longitudinal axis 22 in a low pressure region 28 of the injector 1 and the fuel! Njektors 100 relieved of pressure.
  • control chamber 25 can be filled by means of at least one inlet bore 30 from the high-pressure chamber 13.
  • valve member 15 is seated with an enlarged diameter portion 31 at a stepped shoulder 32 of the recess 14 in the injector 1 1 axially and is by means of a clamping nut 34 axially against the shoulder 32nd braced.
  • the valve member 15 On the side facing away from the control chamber 25 of the section 31, the valve member 15 has an approximately pin-shaped extension 35, at the side remote from the control chamber 25, the Abiaufbohrung 26 opens.
  • Mouth region 37 of the Abiaufbohrung 26 a about the longitudinal axis 22 radially surrounding, conically arranged sealing surface 38 is provided (Fig. 2 and 3).
  • the sealing surface 38 cooperates with a sealing edge 42, which is likewise formed radially on the longitudinal axis 22 and formed on a magnet armature 40 serving as a valve member.
  • the armature 40 can be raised and lowered in the direction of the longitudinal axis 22. In the position of the magnet armature 40 shown in the figures, this has its lower, the valve piece 15 facing position in which the sealing edge 42 cooperates with the sealing surface 38 to form a sealing seat 43 to prevent leakage of fuel from the control chamber 25.
  • the area of the sealing surface 38 on the valve piece 15 is formed within a recess 45 on the valve piece 15, wherein the recess 45 has a radially encircling edge 47.
  • a plurality of outflow bores 48 which are preferably arranged at equal angular intervals relative to one another, are provided, which are arranged at an oblique angle a, which is for example between 25 ° and 60 °, with respect to a perpendicular to the longitudinal axis 22.
  • the outflow holes 48 extend from the region of the inner wall 49 of the recess 45 and open in the region of a radially encircling guide portion 50 on the extension 35 of the valve member 15 in the region of each outlet 52.
  • the magnet armature 40 has a about the longitudinal axis 22 radially encircling, approximately disc-shaped portion 54 which from a radially encircling, in Direction to the control chamber 25 projecting guide portion 56 is limited.
  • the guide section 56 cooperates with its inner wall 58 with the guide region 50 on the extension 35, such that a radial guide for the magnet armature 40 is formed between the extension 35 and the guide section 56.
  • Guide portion 56 of the armature 40 preferably a plurality of, arranged in the manner of slots in the circumferential direction of the guide portion 56 through openings 60, preferably in non-uniform
  • Angular distances to each other about the longitudinal axis 22 are arranged to be independent of the rotational angular position of the armature 40 in relation to
  • Magnet armature 40 with respect to the longitudinal axis 22 an overlap between the outlets 52 and the passages 60 is achieved.
  • Magnetic armature 40 thus takes place both in an axial region above the passages 60 and in an axial region (in each case relative to the longitudinal axis 22) below the passages 60.
  • the plate-shaped section of the magnet armature 40 moreover has a plurality of further passages 62 arranged at regular angular intervals about the longitudinal axis 22 in the form of slots projecting radially from the longitudinal axis 22. These slots extend to the edge of the disk-shaped portion of the magnet armature 40 and beyond something in the direction of the radially encircling guide portion 50 of the armature 40.
  • the valve piece 15 facing (lower) end face 64 of Magnet armature 40 is arranged in the closed position of the armature 40 to form a small axial gap 65 to the end face 66 in the region of the edge 47 of the valve member 15.
  • the magnet armature 40 moreover has, on the side facing the valve piece 15, a first extension 68 which projects axially into the recess 45 of the valve piece 15, the sealing edge 42 being formed on the first extension 68.
  • the sealing edge 42 has from the longitudinal axis 22 a
  • Anchor bolt 73 is in the region of a through hole 75 of a magnetic core
  • the second extension 70 of the magnet armature 40 dips axially into the passage opening 75 of the magnet core 76.
  • On the first extension 68 facing away from the top of the second extension 70 is supported on the second extension 70 from the anchor bolt 73 radially surrounding compression spring 78, which acts on the armature 40 by spring force and this force in the direction of its closed position.
  • the magnet armature 40 cooperates with a magnetic coil 80 arranged in the region of the magnet core in a recess running radially around the longitudinal axis 22, which can be electrically contacted via connection pins 81, 82 or with a magnet coil 80
  • the armature 40 is axially under the axial interposition of a residual air gap disc, not shown, on the
  • Magnetic core 76 whereby the maximum armature stroke of the armature 40 is limited.
  • FIG. 4 shows a magnet armature 40a modified with respect to FIGS. 2 and 3.
  • the armature 40a differs from the armature 40 in that it is either shorter in axial length or length, i. an axially shorter

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (100), mit einem Injektorgehäuse (11), in dem ein Einspritzglied (19) hubbeweglich geführt ist, mit einem Ventilstück (15), in dem eine Ausnehmung (17) ausgebildet ist, die zusammen mit dem Einspritzglied (19) einen Steuerraum (25) begrenzt, der über eine Ablaufbohrung (26) in einen Niederdruckbereich (28) des Injektorgehäuses (11) druckentlastbar ist, wobei die Ablaufbohrung (26) von einem als Magnetanker (40; 40a) zumindest mittelbar ausgebildeten Ventilglied mittels einer Dichtkante (42) im Bereich einer am Ventilstück (15) ausgebildeten Dichtfläche (38) freigebbar bzw. verschließbar ist, und wobei der mit einer Magnetspule (80) zusammenwirkende Magnetanker (40; 40a) entlang einer Längsachse (22) verschiebbar und von einem Fortsatz (35) des Ventilstücks (15) an einem radial umlaufenden Führungsbereich (50) des Ventilstücks (15) radial geführt ist.

Description

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

Claims

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