EP4077905B1 - Kraftstoffinjektor zur einspritzung von kraftstoff - Google Patents
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- EP4077905B1 EP4077905B1 EP20817298.1A EP20817298A EP4077905B1 EP 4077905 B1 EP4077905 B1 EP 4077905B1 EP 20817298 A EP20817298 A EP 20817298A EP 4077905 B1 EP4077905 B1 EP 4077905B1
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- F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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- F02M63/0071—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059 characterised by guiding or centering means in valves including the absence of any guiding means, e.g. "flying arrangements"
Definitions
- the invention relates to a fuel injector as used for injecting fuel, preferably into a combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the fuel is injected under high pressure.
- Fuel injection valves such as those used for high-pressure injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, are made, for example, of EP 2 126 331 B1
- a fuel injection valve has a housing in which a longitudinally displaceable nozzle needle is arranged, which, through its longitudinal movement, opens and closes injection openings through which fuel can be injected into a combustion chamber under high pressure. Due to the high pressure, the fuel is finely atomized as it exits the injection openings, allowing effective combustion to take place in the combustion chamber.
- the movement of the nozzle needle is servo-hydraulically, meaning that the pressure in a control chamber, which exerts a hydraulic closing pressure on the nozzle needle, is regulated by a control valve.
- control valve When the control valve opens, the pressure in the control chamber is reduced, and the nozzle needle moves into its open position. When the control valve closes, the high pressure in the control chamber builds up again, and the nozzle needle is pushed back into its closed position.
- Other fuel injection valves are known, for example, from document DE 10 2010 000 244 A1 or from EP 2 749 800 A1 known.
- the control valve is designed, for example, as a solenoid valve and comprises an electromagnet, i.e. a coil with a magnetic core that can be switched in rapid succession.
- the control valve also comprises a magnet armature, which interacts with the electromagnet.
- the electromagnet When the electromagnet is energized, the armature is moved against the force of an armature spring, opening a drain opening through which fuel can flow from the control chamber into a low-pressure chamber.
- the armature has a closing element with a sealing surface that interacts with the armature and a control valve seat.
- a armature that has an angular error or an axial misalignment with respect to the control valve seat tends to have an asymmetrical contact or to form an air gap on the stop surface against which the armature rests when the electromagnet is energized.
- leaks can occur at the control valve seat.
- asymmetrical contact with the stop surface leads to point contact and thus to increased friction or wear.
- armatures that have a shaft area are guided in a bore or sleeve.
- the corresponding components that guide the magnet armature during its longitudinal movement are complex and expensive to manufacture due to the small guide clearance, which makes the fuel injection valve as a whole expensive and complex to manufacture.
- the fuel injector according to the invention has the advantage that the magnet armature is guided in the fuel injector in a simple manner and without the use of precision components, thus ensuring reliable function of the fuel injector or the control valve while simultaneously keeping manufacturing costs low.
- the fuel injector has a housing in which a longitudinally displaceable nozzle needle is arranged, which opens and closes one or more injection openings with a sealing surface, through which the fuel can be sprayed.
- a control chamber that can be filled with fuel and exerts a hydraulic force on the nozzle needle in its closing direction is formed in the housing. With a control valve, the Pressure in the control chamber can be influenced by the control valve opening and closing a hydraulic connection between the control chamber and a low-pressure chamber.
- the control valve comprises a magnet armature that interacts with a control valve seat to open and close the hydraulic connection.
- the magnet armature is guided radially on its outer side in the housing.
- a cylindrical closing element (25') is formed on the magnet armature and interacts with the flat control valve seat.
- the closing element is made of a non-magnetizable or only slightly magnetizable material.
- the outer surface of the armature is radially guided within the housing with relatively large clearance. No further guidance of the armature is necessary, as the guidance on the outer surface is sufficient to hold the armature in the desired radial position.
- the armature has a high degree of mobility within the housing, angular misalignments are automatically compensated for, with the radial guide clearance being so large that jamming of the armature in the housing is reliably prevented.
- the flat design of the control valve seat makes it insensitive to radial displacement of the armature, ensuring good sealing even if the armature is slightly displaced in the radial direction within the guide tolerance.
- a magnet armature is designed to be rotationally symmetrical, so that function is ensured even if the magnet armature rotates within the housing.
- the radial distance between the outer edge of the magnet armature and the housing is dimensioned such that the magnet armature cannot move by more than 0.1 mm in any direction perpendicular to its direction of movement.
- This guide play is sufficient to hold the magnet armature in its functional position.
- it is large enough to prevent the magnet armature from jamming within the housing and to ensure that the fuel can circulate between the top and bottom of the magnet armature, so that the movement of the magnet armature is not significantly influenced by fuel that is constantly flowing around the magnet armature.
- a magnetic armature is acted upon by an armature spring in the closing direction towards the control valve seat.
- the upper side of the magnet armature is flat.
- the upper side faces the electromagnet, so that a flat resting surface on the electromagnet or on a corresponding contact surface can compensate for any angular misalignment between the stop surface and the upper side of the magnet armature.
- the underside of the magnet armature which is opposite the upper side, can also be flat and parallel to the upper side.
- the maximum stroke of the magnet armature is advantageously less than or equal to 0.1 mm, which on the one hand ensures sufficient outflow from the control chamber and on the other hand minimizes any possible misalignment of the magnet armature in the housing.
- FIG. 1 1 shows a fuel injector in longitudinal section, as is known from the prior art.
- the fuel injector has a housing 1 which comprises a holding body 2 and a nozzle body 3 which bear against one another and are clamped against one another in a liquid-tight manner by a clamping device (not shown in the drawing).
- a pressure chamber 5 which can be filled with fuel under high pressure is formed in the holding body 2 and in the nozzle body 3.
- the pressure chamber 5 is filled via a high-pressure channel 6 formed in the housing 1, which can be connected to a high-pressure fuel source.
- the pressure chamber 5 is delimited on the lower side in the drawing, i.e.
- the pressure chamber 5 is delimited by a valve piece 7 which is fixed in place by a valve clamping screw 8 screwed into the housing 1.
- the valve piece 7 has a receptacle for a piston-shaped nozzle needle 10 arranged longitudinally displaceably in the pressure chamber 5.
- a circular sealing surface 11 is formed, with which the nozzle needle 10 interacts with the nozzle seat 12 to open and close a flow cross-section.
- the nozzle needle 10 and the valve piece 7 define a control chamber 20, which can be filled with fuel at high pressure via an inlet throttle 15.
- the hydraulic pressure in the control chamber 20 exerts a closing force on the nozzle needle 10 in the direction of the nozzle seat 12.
- the movement of the nozzle needle 10 is servo-hydraulically, i.e., by regulating the pressure in the control chamber 20.
- an outlet throttle 16 is formed in the valve piece 7, which opens into a low-pressure chamber 21 in the holding body 2.
- the low-pressure chamber 21 is always at a low fuel pressure via a return line (not shown), but is always completely filled with fuel.
- the outlet throttle 16 is opened or closed by a control valve 22.
- the control valve 22 comprises a magnet armature 23, on which an armature plate 24, a guide section 28, and a closing element 25 are formed.
- the magnet armature 23 extends through a bore 27 formed in the valve clamping screw 8.
- An armature spring 34 exerts a closing force on the magnet armature 23 in the direction of a conical control valve seat 26 formed on the valve piece 7.
- the closing element 25 is spherical and interacts with the conical control valve seat 26 to open and close the outlet throttle 16.
- the electromagnet 30, which comprises a coil 31 and a magnetic core 32, serves to move the magnet armature 23.
- the electromagnet 30 When the electromagnet 30 is energized, it exerts a magnetic force of attraction on the magnet armature 23 and pulls it away from the control valve seat 26 against the force of the preloaded armature spring 34, so that the outlet throttle 16 opens and a connection is established between the control chamber 20 and the low-pressure chamber 21. Fuel present in the control chamber 20 then flows into the low-pressure chamber 21, so that the pressure in the control chamber 20 drops slightly and the valve needle 10, driven by the hydraulic pressure in the pressure chamber 5, is pushed away from the nozzle seat 12, opening the connection between the pressure chamber 5 and the blind hole 14 or the injection openings 13.
- a closing element 25 rotatably mounted in the receptacle is required.
- a similar situation can also occur with a spherical closing element 25 and a conical control valve seat 26, as in Figure 4 shown. Since the position of the spherical sealing element 25 is determined by the conical control valve seat 26, in addition to the angular deviation, position compensation between the armature guide and the valve seat must also be enabled to ensure the tightness of the control valve. This is achieved here by a parting plane between the guide body 29 and the guide section 28 of the magnet armature 23.
- the magnet armature 23 is essentially plate-shaped and has a flat upper side 123 facing the electromagnet 30. Opposite the flat upper side 123, the magnet armature 23 has a likewise flat lower side 223, which interacts with the control valve seat 26, which is designed as a flat seat.
- the magnet armature 23 is guided on its outside in a sleeve 17, which determines the distance between the electromagnet 30 or the magnetic core 32 and the valve clamping screw 8.
- the guide play d is in this case opposite the guide in a bore, as in the case of the Figure 1 In the embodiment shown, the gap is relatively large, for example, 0.1 mm or slightly less.
- Figure 5 also shows an angular misalignment of the magnet armature 23 with respect to the longitudinal axis or the underside of the electromagnet 30, whereby the angle is drawn significantly larger than it actually is for the sake of clarity.
- the electromagnet 30 is switched on in this embodiment, the magnetic force pulls the magnet armature 23 into contact with the magnet core 32 and lies flat against it. Any angular misalignment by the angle ⁇ , as shown here, is compensated for because the magnet armature 23 always lies flat against the magnet core 32.
- the armature spring 34 presses the magnet armature 23 back onto the flat control valve seat 26, whereby the angular misalignment can be compensated for again.
- the stroke h of the magnet armature 23 is relatively small, for example 0.1 mm.
- FIG 6 Another embodiment of a control valve is shown, not according to the invention.
- the magnet armature 23 does not have a flat surface parallel to the top on its underside, but rather a spherical closing element 25 that interacts with a conical control valve seat 26, as already shown in Figure 1 is shown. Since the magnet armature 23 has a relatively large radial play in the sleeve 17, the magnet armature 23 is centered by the closing element 25 so that it always returns to its central position without the need for additional guide elements.
- Figure 7 shows an exemplary embodiment of a control valve according to the invention with a flat seat, i.e. the closing element 25' interacts with a flat control valve seat 26.
- the closing element 25' is designed here as a cylindrical component, which reduces the demands on the magnet armature with regard to wear. This allows the material of the magnet armature 23 to be optimized with regard to its magnetic properties, with reduced demands on mechanical stability and thus with greater design freedom. Further improvements can be achieved by manufacturing the sleeve 17, the closing element 25' and the upper stroke stop from a material that is not or only slightly magnetizable.
- the upper stroke stop is designed here in the form of a disk 36 that is clamped between the sleeve 17 and the magnet core 32 and against which the armature plate 24 rests when the control valve is in the open position.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, wie er zur Einspritzung von Kraftstoff vorzugsweise in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine Verwendung findet, wobei der Kraftstoff unter hohem Druck eingespritzt wird.
- Kraftstoffeinspritzventile, wie sie zur Hochdruckeinspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine Verwendung finden, sind beispielsweise aus
EP 2 126 331 B1 bekannt. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse auf, in dem eine längsverschiebbare Düsennadel angeordnet ist, die durch ihre Längsbewegung Einspritzöffnungen öffnet und schließt, über die Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum eingespritzt werden kann. Durch den hohen Druck wird der Kraftstoff beim Austritt aus den Einspritzöffnungen fein zerstäubt, so dass eine effektive Verbrennung im Brennraum stattfinden kann. Die Bewegung der Düsennadel erfolgt servo-hydraulisch, das heißt, dass der Druck in einem Steuerraum, der einen hydraulischen Schließdruck auf die Düsennadel ausübt, mittels eines Steuerventils reguliert wird. Öffnet das Steuerventil, so wird der Druck im Steuerraum abgesenkt und die Düsennadel fährt in ihre Öffnungsstellung. Bei geschlossenem Steuerventil baut sich der hohe Druck im Steuerraum wieder auf, und die Düsennadel wird zurück in ihre Schließstellung gedrückt. Weitere Kraftstoffeinspritzventile sind zum Beispiel aus DokumentDE 10 2010 000 244 A1 oder ausEP 2 749 800 A1 bekannt. - Das Steuerventil ist beispielsweise als Magnetventil ausgebildet und umfasst einen Elektromagneten, also eine Spule mit Magnetkern, der in rascher Folge geschaltet werden kann. Weiter umfasst das Steuerventil einen Magnetanker, der mit dem Elektromagneten zusammenwirkt. Bei Bestromung des Elektromagneten wird der Magnetanker entgegen der Kraft einer Ankerfeder bewegt, so dass eine Ablauföffnung freigegeben wird, durch die Kraftstoff aus dem Steuerraum in einen Niederdruckraum abfließen kann. Am Magnetanker ist dazu ein Schließelement mit einer Dichtfläche ausgebildet, mit der der Magnetanker mit einem Steuerventilsitz zusammenwirkt. Dabei ist es für eine präzise Steuerung üblich, den Magnetanker im Gehäuse zu führen, damit die Ablaufdrossel dicht und zuverlässig verschlossen wird. Ein Magnetanker, der einen Winkelfehler oder eine axiale Fehlstellung bezüglich des Steuerventilsitzes aufweist, neigt zu einer unsymmetrischen Anlage bzw. zur Ausbildung eines Luftspalts an der Anschlagfläche, an der der Anker bei bestromtem Elektromagneten anliegt. Darüber hinaus können am Steuerventilsitz Undichtigkeiten auftreten. Insbesondere die unsymmetrische Anlage an der Anschlagfläche führt zu einer Punktberührung und damit zu erhöhter Reibung bzw. Verschleiß. Um dies zu verhindern, werden Magnetanker, die einen Schaftbereich aufweisen, in einer Bohrung oder einer Hülse geführt. Die entsprechenden Bauteile, die den Magnetanker bei seiner Längsbewegung führen, sind jedoch aufgrund des geringen Führungsspiels aufwendig und teuer in der Fertigung, was das Kraftstoffeinspritzventil insgesamt teuer und die Fertigung aufwendig macht.
- Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor weist demgegenüber den Vorteil auf, dass der Magnetanker in einfacher Weise und ohne die Verwendung von Präzisionsbauteilen im Kraftstoffinjektor geführt ist und damit eine zuverlässige Funktion des Kraftstoffinjektors bzw. des Steuerventils sichergestellt wird bei gleichzeitig niedrigen Herstellungskosten. Dazu weist der Kraftstoffinjektor ein Gehäuse auf, in dem eine längsverschiebbare Düsennadel angeordnet ist, die mit einer Dichtfläche eine oder mehrere Einspritzöffnungen öffnet und schließt, über die der Kraftstoff ausgespritzt werden kann. Darüber hinaus ist im Gehäuse ein mit Kraftstoff befüllbarer Steuerraum ausgebildet, der eine hydraulische Kraft auf die Düsennadel in deren Schließrichtung ausübt. Mit einem Steuerventil kann der Druck im Steuerraum beeinflusst werden, indem das Steuerventil eine hydraulische Verbindung des Steuerraums zu einem Niederdruckraum öffnet und schließt, wobei das Steuerventil einen Magnetanker umfasst, der mit einem Steuerventilsitz zum Öffnen und Schließen der hydraulischen Verbindung zusammenwirkt. Der Magnetanker ist an seiner Außenseite im Gehäuse radial geführt. Am Magnetanker ist ein zylinderförmiges Schließelement (25') ausgebildet, das mit dem flachen Steuerventilsitz zusammenwirkt, wobei das Schließelement aus einem nicht oder nur gering magnetisierbaren Material gefertigt ist.
- Der Magnetanker weist eine Außenseite auf, die mit relativ großem Spiel im Gehäuse radial geführt ist. Eine weitere Führung des Magnetankers ist nicht notwendig, da die Führung an der Außenseite ausreicht, den Magnetanker in der gewünschten radialen Position zu halten. Da der Anker innerhalb des Gehäuses eine hohe Beweglichkeit aufweist, werden Winkelfehlstellungen automatisch ausgeglichen, wobei das radiale Führungsspiel so groß ist, dass ein Klemmen des Magnetankers im Gehäuse sicher vermieden wird. Durch die Ausbildung des Steuerventilsitzes als Flachsitz ist dieser unempfindlich gegenüber einer radialen Verschiebung des Magnetankers, so dass eine gute Dichtfunktion auch dann gewährleistet ist, wenn der Magnetanker innerhalb der Führungstoleranz in radialer Richtung leicht verschoben ist.
- In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Magnetanker rotationssymmetrisch ausgebildet, so dass auch bei einer Drehung des Magnetankers innerhalb des Gehäuses die Funktion sichergestellt ist. Dabei ist der radiale Abstand zwischen dem äußeren Rand des Magnetankers und dem Gehäuse so bemessen, dass der Magnetanker senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung in keiner Richtung um mehr als 0,1 mm bewegbar ist. Dieses Führungsspiel reicht aus, um den Magnetanker einerseits in seiner Funktionsstellung zu halten. Andererseits ist sie so groß, dass zum einen ein Klemmen des Magnetanker innerhalb des Gehäuses ausgeschlossen ist und zum anderen sichergestellt ist, dass der Kraftstoff zwischen der Ober- und Unterseite des Magnetankers zirkulieren kann, so dass die Bewegung des Magnetankers nicht durch Kraftstoff, der den Magnetanker stets umspült, nennenswert beeinflusst wird.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Magnetanker in Schließrichtung auf den Steuerventilsitz zu von einer Ankerfeder beaufschlagt.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Oberseite des Magnetankers flach ausgebildet. Die Oberseite ist dem Elektromagneten zugewandt, so dass ein flaches Aufliegen auf dem Elektromagneten bzw. auf einer entsprechenden Anlagefläche eine eventuelle Winkelfehlstellung zwischen der Anschlagfläche und der Oberseite des Magnetankers ausgleichen kann. In vorteilhafter Weiterbildung kann auch die Unterseite des Magnetankers, die der Oberseite gegenüberliegt, flach und parallel zur Oberseite ausgebildet sein. Der maximale Hub des Magnetankers ist dabei in vorteilhafter Weise kleiner oder gleich 0,1 mm, was zum einen einen ausreichenden Abfluss aus dem Steuerraum gewährleistet und zum anderen eine mögliche Schiefstellung des Magnetankers im Gehäuse minimiert.
- In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors gezeigt. Es zeigt
- Figur 1
- einen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, wobei nur die wesentlichen Komponenten dargestellt sind,
- Figur 2
- einen weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektors, wobei hier nur der Bereich des Magnetventils dargestellt ist,
- Figur 3
- und
- Figur 4
- Illustrationen von Fehlstellungen des Magnetankers bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektor,
- Figur 5 und 6
- zeigen nicht erfindungsgemäße Magnetventile zur funktionellen Illustration und
- Figur 7
- ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors bzw. des erfindungsgemäßen Steuerventils.
- In
Figur 1 ist ein Kraftstoffinjektor im Längsschnitt dargestellt, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Kraftstoffinjektor weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Haltekörper 2 und einen Düsenkörper 3 umfasst, die aneinander anliegen, wobei sie durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Spannvorrichtung gegeneinander flüssigkeitsdicht verspannt sind. Im Haltekörper 2 und im Düsenkörper 3 ist ein Druckraum 5 ausgebildet, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Dabei erfolgt die Befüllung des Druckraums 5 über einen im Gehäuse 1 ausgebildeten Hochdruckkanal 6, der mit einer Kraftstoffhochdruckquelle verbindbar ist. Der Druckraum 5 wird auf der in der Zeichnung unteren, d.h. einem Brennraum zugewandten Seite von einem konischen Düsensitz 12 begrenzt, an den sich ein Sackloch 14 anschließt, von dem mehrere Einspritzöffnungen 13 ausgehen. Auf der gegenüberliegenden Seite wird der Druckraum 5 von einem Ventilstück 7 begrenzt, das durch eine im Gehäuse 1 eingeschraubte Ventilspannschraube 8 fixiert ist. Das Ventilstück 7 weist eine Aufnahme für eine kolbenförmige, längsverschiebbar im Druckraum 5 angeordnete Düsennadel 10 auf. An der Düsennadel 10 ist an ihrem dem Düsensitz 12 zugewandten Ende eine komische Dichtfläche 11 ausgebildet, mit der die Düsennadel 10 zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts mit dem Düsensitz 12 zusammenwirkt. Hebt die Düsennadel 10 vom Düsensitz 12 ab, so strömt Kraftstoff aus dem Druckraum 5 zwischen der Dichtfläche 11 und dem Düsensitz 12 hindurch zu einer oder mehreren Einspritzöffnungen 13 und wird durch diese ausgespritzt. - Die Düsennadel 10 und das Ventilstück 7 begrenzen einen Steuerraum 20, der über eine Zulaufdrossel 15 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Durch den hydraulischen Druck im Steuerraum 20 wird eine in Richtung auf den Düsensitz 12 gerichtete Schließkraft auf die Düsennadel 10 ausgeübt. Die Bewegung der Düsennadel 10 erfolgt servo-hydraulisch, d.h. durch Regulierung des Drucks im Steuerraum 20. Dazu ist im Ventilstück 7 eine Ablaufdrossel 16 ausgebildet, die in einen Niederdruckraum 21 im Haltekörper 2 mündet. Der Niederdruckraum 21 ist dabei über eine nicht gezeigte Rücklaufleitung stets auf einem niedrigen Kraftstoffdruck, allerdings stets vollständig mit Kraftstoff befüllt.
- Die Ablaufdrossel 16 wird durch ein Steuerventil 22 geöffnet oder geschlossen. Das Steuerventil 22 umfasst einen Magnetanker 23, an dem ein Ankerteller 24, ein Führungsabschnitt 28 und ein Schließelement 25 ausgebildet sind. Der Magnetanker 23 erstreckt sich durch eine Bohrung 27, die in der Ventilspannschraube 8 ausgebildet ist. Durch eine Ankerfeder 34 wird eine Schließkraft auf den Magnetanker 23 in Richtung auf einen am Ventilstück 7 ausgebildeten, konischen Steuerventilsitz 26 ausgeübt. Das Schließelement 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgebildet und wirkt mit dem konischen Steuerventilsitz 26 zum Öffnen und Schließen der Ablaufdrossel 16 zusammen. Zur Bewegung des Magnetankers 23 dient der Elektromagnet 30, der eine Spule 31 und einen Magnetkern 32 umfasst. Wird der Elektromagnet 30 bestromt, so übt er eine magnetische Anziehungskraft auf den Magnetanker 23 aus und zieht diesen entgegen der Kraft der vorgespannten Ankerfeder 34 vom Steuerventilsitz 26 weg, so dass die Ablaufdrossel 16 geöffnet und eine Verbindung zwischen dem Steuerraum 20 und dem Niederdruckraum 21 hergestellt wird. Kraftstoff, der im Steuerraum 20 ansteht, fließt dann in den Niederdruckraum 21 ab, so dass der Druck im Steuerraum 20 etwas absinkt und die Ventilnadel 10, angetrieben durch den hydraulischen Druck im Druckraum 5, vom Düsensitz 12 weggedrückt wird und die Verbindung zwischen dem Druckraum 5 und dem Sackloch 14 bzw. den Einspritzöffnungen 13 freigibt. Soll die Kraftstoffeinspritzung beendet werden, so wird die Bestromung des Elektromagneten 30 beendet und die Ankerfeder 34 drückt den Magnetanker 23 zurück in seine Schließstellung, in der das Schließelement 25 die Ablaufdrossel 16 erneut verschließt. Der über die Zulaufdrossel 15 nachströmende Kraftstoff in den Steuerraum 20 erhöht den Druck auf das Druckniveau des Druckraums 5, so dass die Düsennadel 10 zurück in ihre Schließstellung gedrückt wird.
-
Figur 2 zeigt einen weiteren, aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektor, wobei hier nur der Bereich des Steuerventils im Längsschnitt dargestellt ist. Die übrigen Bereiche des Kraftstoffinjektors entsprechend der Darstellung derFigur 1 . Der Magnetanker 23 weist hier einen Führungsabschnitt 28 auf, der in der in der Ventilspannschraube 8 ausgebildeten Bohrung 27 eng geführt ist. Das radiale Spiel in der Bohrung 27 ist dabei sehr klein gewählt, um eine Desachsierung oder eine Winkelfehlstellung des Magnetankers 23 zu verhindern. Die Bohrung 27 und der Führungsabschnitt 28 müssen sehr präzise gefertigt sein, um einerseits eine gute Führung zu gewährleisten und andererseits keinen unnötigen Verschleiß zu provozieren, was die Lebensdauer des Steuerventils 22 beeinträchtigen würde. Der Steuerventilsitz 26 ist bei dem inFigur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel als Flachsitz ausgebildet und entsprechend weist das Schließelement 25 eine flache Dichtfläche auf, mit der es mit dem flachen Steuerventilsitz 26 zusammenwirkt. - In
Figur 3 ist die Wirkung einer Winkelfehlstellung des Magnetankers 23 gezeigt. Kommt es aufgrund von Fertigungstoleranzen oder aufgrund von thermischen Dehnungen, die im Kraftstoffinjektor vorkommen können, zu einer Winkelfehlstellung des Magnetankers 23, so wird der Führungsabschnitt 28 in der Bohrung 27 mit einem Kippmoment beaufschlagt, was durch die Kräfte F und die entsprechenden Pfeile in derFigur 3 veranschaulicht ist. Eine solche Fehlstellung um einen Winkel α, der hier der Anschaulichkeit halber extrem vergrößert dargestellt ist, bewirkt eine einseitige Belastung des Führungsabschnitts 28 und damit eine punktförmige Berührung des Führungsabschnitts 28 der Bohrung 27. Dies führt an den entsprechenden Stellen zu erhöhtem Verschleiß und damit zu einer verringerten Lebensdauer des Steuerventils 22. Zur Abdichtung der Ablaufdrossel 16 ist hier ein in der Aufnahme drehbar gelagerte Schließelement 25 erforderlich. Eine ähnliche Situation kann auch bei einem kugelförmigen Schließelement 25 und bei einem konischen Steuerventilsitz 26 auftreten, wie inFigur 4 gezeigt. Da die Position des kugelförmigen Dichtelements 25 durch den konischen Steuerventilsitz 26 festgelegt ist, muss zusätzlich zur Winkelabweichung auch ein Positionsausgleich zwischen der Ankerführung und dem Ventilsitz ermöglicht werden, um die Dichtheit des Steuerventils sicherzustellen. Dies geschieht hier durch eine Trennebene zwischen dem Führungskörper 29 und dem Führungsabschnitt 28 des Magnetankers 23. - In
Figur 5 ist ein nicht erfindungsgemäßes Steuerventil dargestellt. Der Magnetanker 23 ist im Wesentlichen tellerförmig ausgebildet und weist eine flache Oberseite 123 auf, die dem Elektromagneten 30 zugewandt ist. Der flachen Oberseite 123 gegenüberliegend ist am Magnetanker 23 eine ebenfalls flache Unterseite 223 ausgebildet, die mit dem als Flachsitz ausgebildeten Steuerventilsitz 26 zusammenwirkt. Der Magnetanker 23 ist an seiner Außenseite in einer Hülse 17 geführt, die den Abstand zwischen dem Elektromagneten 30 bzw. dem Magnetkern 32 und der Ventilspannschraube 8 festlegt. Das Führungsspiel d ist dabei gegenüber der Führung in einer Bohrung, wie bei dem inFigur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, relativ groß, beispielsweise 0,1 mm oder etwas weniger. Damit ist einerseits eine ausreichende Führung des Magnetankers 23 in der Hülse 17 gewährleistet und andererseits kann so der Kraftstoff zwischen der Oberseite 123 und der Unterseite 223 frei fließen, um die Bewegung des Magnetankers 23 nicht zu behindern. Zur weiteren Erleichterung dieses Kraftstoffflusses kann es auch vorgesehen sein, Bohrungen in den Magnetanker 23 einzubringen, die die Oberseite mit der Unterseite verbinden. -
Figur 5 zeigt auch eine Winkelfehlstellung des Magnetankers 23 bzgl. der Längsachse bzw. der Unterseite des Elektromagneten 30, wobei der Winkel der Übersichtlichkeit halber deutlich größer gezeichnet ist, als er in Wirklichkeit vorkommt. Wird der Elektromagnet 30 bei diesem Ausführungsbeispiel eingeschaltet, so zieht die magnetische Kraft den Magnetanker 23 in Anlage an den Magnetkern 32 und liegt an diesem flach an. Eine eventuelle Winkelfehlstellung um den Winkel α, wie hier dargestellt, wird dabei ausgeglichen, da der Magnetanker 23 stets flach auf den Magnetkern 32 aufliegt. Bei Beendigung der Bestromung drückt die Ankerfeder 34 den Magnetanker 23 zurück an den flachen Steuerventilsitz 26, wobei die Winkelfehlstellung erneut ausgeglichen werden kann. Der Hub h des Magnetankers 23 ist dabei relativ klein, beispielsweise 0,1 mm. - In
Figur 6 ist ein weiteres nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Steuerventils dargestellt. Der Magnetanker 23 weist hier an seiner Unterseite keine zur Oberseite parallele, ebene Fläche auf, sondern ein kugelförmiges Schließelement 25, das mit einem konischen Steuerventilsitz 26 zusammenwirkt, wie dies schon inFigur 1 gezeigt ist. Da der Magnetanker 23 in der Hülse 17 ein relativ großes radiales Spiel aufweist, wird der Magnetanker 23 durch das Schließelement 25 zentriert, so dass er stets wieder in seine mittige Stellung zurückkehrt, ohne dass weitere Führungselemente notwendig sind. -
Figur 7 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Steuerventils mit einem Flachsitz, d.h. dass das Schließelement 25' mit einem ebenen Steuerventilsitz 26 zusammenwirkt. Das Schließelement 25' ist hier als zylindrisches Bauteil ausgebildet , wodurch die Anforderungen an den Magnetanker hinsichtlich Verschleiß reduziert werden. Dadurch kann das Material des Magnetankers 23 hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften optimiert werden bei reduzierten Anforderungen an die mechanische Stabilität und damit mit größerer Gestaltungsfreiheit. Weitere Verbesserungen können dadurch erreicht werden, dass die Hülse 17, das Schließelement 25' und der obere Hubanschlag aus nicht oder nur gering magnetisierbarem Material gefertigt sind. Der obere Hubanschlag ist hier in Form einer Scheibe 36 realisiert, die zwischen der Hülse 17 und dem Magnetkern 32 eingeklemmt ist und an der der Ankerteller 24 in Öffnungsstellung des Steuerventils anliegt.
Claims (8)
- Kraftstoffinjektor zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck, mit einem Gehäuse (1), in dem eine längsverschiebbare Düsennadel (10) angeordnet ist, die mit einer Dichtfläche (11) eine oder mehrere Einspritzöffnungen (13) öffnet und schließt, über die der Kraftstoff ausgespritzt werden kann, und mit einem mit Kraftstoff befüllbaren Steuerraum (20), der eine hydraulische Kraft auf die Düsennadel (10) in deren Schließrichtung ausübt, und mit einem Steuerventil (22), mit dem der Druck im Steuerraum (20) beeinflusst werden kann, indem das Steuerventil (22) eine hydraulische Verbindung des Steuerraums (20) zu einem Niederdruckraum (21) öffnet und schließt, wobei das Steuerventil (22) einen Magnetanker (23) mit einem Ankerteller (24) umfasst, wobei der Magnetanker (23) mit einem Steuerventilsitz (26) zum Öffnen und Schließen der hydraulischen Verbindung zusammenwirkt, wobei der Magnetanker (23) nur an der Außenseite (33) des Ankertellers (24) im Gehäuse (1) radial geführt ist und,
der Kraftstoffinjektor ist dadurch gekennzeichnet, dass am Magnetanker (23) ein zylinderförmiges Schließelement (25') ausgebildet ist, wobei das Schließelement (25') mit dem Steuerventilsitz (26) zusammenwirkt und der Steuerventilsitz (26) als Flachsitz ausgeführt ist, und das Schließelement (25') aus einem nicht oder nur gering magnetisierbaren Material gefertigt ist. - Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (23) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
- Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem äußeren Rand (33) des Ankertellers (24) und dem Gehäuse (1) so bemessen ist, dass der Ankerteller (24) senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung in keiner Richtung um mehr als 0,15 mm (d) aus seiner Mittenlage auslenkbar ist.
- Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (23) in seiner Schließrichtung in Richtung auf den Steuerventilsitz (26) von einer Ankerfeder (34) beaufschlagt ist.
- Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Elektromagnet (30) zugewandte Oberseite (123) des Magnetankers (23) flach ausgebildet ist.
- Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die der Oberseite (123) gegenüberliegende, dem Steuerventilsitz (26) zugewandte Unterseite (223) des Magnetankers (23) flach und parallel zur Oberseite (123) ausgebildet ist.
- Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Hub (h) des Magnetankers (23) kleiner oder gleich 0,1 mm ist.
- Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einige oder alle Bauteile (7; 17; 36), die die Bewegung des Magnetankers (23) begrenzen, aus nicht oder nur gering magnetisierbarem Material bestehen.
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