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DE102013224960A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

Kraftstoffinjektor Download PDF

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Publication number
DE102013224960A1
DE102013224960A1 DE102013224960.8A DE102013224960A DE102013224960A1 DE 102013224960 A1 DE102013224960 A1 DE 102013224960A1 DE 102013224960 A DE102013224960 A DE 102013224960A DE 102013224960 A1 DE102013224960 A1 DE 102013224960A1
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DE
Germany
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anchor
fuel injector
nozzle needle
spring
injector according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102013224960.8A
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English (en)
Inventor
Michael Kurz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of DE102013224960A1 publication Critical patent/DE102013224960A1/de
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0664Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/40Fuel-injection apparatus with fuel accumulators, e.g. a fuel injector having an integrated fuel accumulator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Düsennadel (1), die in einer Hochdruckbohrung (2) eines Düsenkörpers (3) zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung (4) hubbeweglich aufgenommen und in Richtung eines Dichtsitzes (5) von der Federkraft einer Feder (6) beaufschlagt ist, sowie einen Magnetaktor (7) mit einer Magnetspule (8) zur direkten Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel (1), wobei die Magnetspule (8) mit einer Ankeranordnung (9) zusammenwirkt, die eine in einem Ankerraum (10) angeordnete Ankerplatte (9.1) und einen fest mit der Ankerplatte (9.1) verbundenen Ankerbolzen (9.2) zur Kopplung mit der Düsennadel (1) umfasst. Erfindungsgemäß besitzt der Ankerbolzen (9.2) wenigstens einen Bundbereich (11, 12), der zur axialen Begrenzung des Ankerraums (10) oder eines mit dem Ankerraum (10) hydraulisch verbundenen Hochdruckraums (15) in einem Körperbauteil (13) oder einer Hülse (14) aufgenommen ist, wobei der Ankerraum (10) und/oder der Hochdruckraum (15) über eine Drossel (16) mit einem weiteren Hochdruckraum (17) verbunden ist bzw. sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind Kraftstoffinjektoren für Kraftstoffeinspritzsysteme, insbesondere Common-Rail-Einspritzsysteme, bekannt, die über einen Magnetaktor direkt steuerbar sind. Der Magnetaktor wirkt dabei in der Regel mit einem hubbeweglichen Anker zusammen, der über eine mechanische oder hydraulische Kopplungseinrichtung mit einer hubbeweglichen Düsennadel koppelbar ist, über deren Hubbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung freigebbar oder verschließbar ist. Die Kopplungseinrichtung ist dabei häufig derart ausgelegt, dass über die Kopplung zugleich eine Kraftverstärkung bewirkt wird, um die zum Öffnen der Düsennadel erforderliche Öffnungskraft bereitzustellen.
  • Ein Kraftstoffinjektor der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 002 758 A1 hervor.
  • Derartige Kraftstoffinjektoren weisen oftmals den Nachteil auf, dass sie sich als instabil beim Schließen erweisen. Das instabile Verhalten wird dabei insbesondere durch hydraulische und/oder magnetische Klebeeffekte hervorgerufen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor mit einem Magnetaktor zur direkten Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel anzugeben, bei dem Instabilitäten beim Schließen nicht oder zumindest in deutlich verringertem Maße auftreten.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst eine Düsennadel, die in einer Hochdruckbohrung eines Düsenkörpers zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung hubbeweglich aufgenommen und in Richtung eines Dichtsitzes von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist, sowie einen Magnetaktor mit einer Magnetspule zur direkten Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel. Die Magnetspule wirkt dabei mit einer Ankeranordnung zusammen, die eine in einem Ankerraum angeordnete Ankerplatte und einen fest mit der Ankerplatte verbundenen Ankerbolzen zur Kopplung mit der Düsennadel umfasst. Erfindungsgemäß besitzt der Ankerbolzen wenigstens einen Bundbereich, der zur axialen Begrenzung des Ankerraums oder eines mit dem Ankerraum hydraulisch verbundenen Hochdruckraums in einem Körperbauteil oder einer Hülse aufgenommen ist, wobei der Ankerraum und/oder der Hochdruckraum über eine Drossel mit einem weiteren Hochdruckraum verbunden ist bzw. sind.
  • Aufgrund der Verbindung des Ankerraums mit wenigstens einem Hochdruckraum herrscht im Betrieb des Kraftstoffinjektors im Ankerraum Hochdruck. Der Ankerraum bildet demnach ebenfalls einen Hochdruckraum aus. Vorzugsweise dienen der Ankerraum und der wenigstens eine weitere Hochdruckraum als Strömungspfad für den einzuspritzenden Kraftstoff. Die im Bereich der Hochdruckräume ausgebildete Drossel bewirkt, dass bei geöffneter Düsennadel mehr Kraftstoff über die wenigstens eine Einspritzöffnung abfließt, als über die Drossel nachzuströmen vermag. Die Folge ist ein Druckabfall stromabwärts der Drossel. Der Druckabfall führt zu einer in Schließrichtung auf die Ankeranordnung wirkenden hydraulischen Druckkraft, die auf die mit der Ankeranordnung gekoppelte Düsennadel übertragen wird. Die zusätzliche Schließkraft stabilisiert das Schließverhalten der Düsennadel.
  • Bei geschlossener Düsennadel herrscht in den verbundenen Hochdruckräumen des Kraftstoffinjektors der gleiche Druck, welcher bei einem Kraftstoffinjektor für ein Common-Rail-Einspritzsystem dem Raildruck entspricht. Das heißt, dass in dieser Schaltstellung keine zusätzliche Schließkraft aufgebaut wird, gegen welche beim Öffnen der Düsennadel gearbeitet werden muss. Die zum Öffnen der Düsennadel erforderliche Kraft bleibt demnach gleich. Die zusätzliche Schließkraft baut sich erst nach dem Öffnen der Düsennadel mit einer zeitlichen Verzögerung auf. Der Zeitversatz zwischen Einspritzbeginn und Aufbau der zusätzlichen Schießkraft kann dabei über den Drosselquerschnitt und eine entsprechende Größenabstimmung der Hochdruckräume festgelegt werden. Vorzugsweise erfolgt die Festlegung in der Weise, dass sich die zusätzliche Schließkraft erst unmittelbar vor dem vollständigen Öffnen der Düsennadel aufbaut. Denn zu diesem Zeitpunkt ist die Schließkraft aufgrund von hydraulischen Klebeeffekten im Spalt zwischen der Ankerplatte und einem Innenpol am geringsten und die Magnetkraft – aufgrund des verbleibenden geringen Restluftspalts zwischen der Ankerplatte und dem Innenpol – am höchsten. Zusätzliche Anpassungen am Magnetaktor müssen nicht vorgenommen werden.
  • Der Bundbereich des Ankerbolzens kann ferner zur Dämpfung der Bewegung der Ankeranordnung eingesetzt werden. Der über die Drossel entlastbare Hochdruckraum dient in diesem Fall als Dämpfungsvolumen. Denn die Drossel verzögert den Abfluss von Kraftstoff aus dem Hochdruckraum, so dass ein Druck aufgebaut wird, der die Bewegung der Ankeranordnung abbremst. Durch die Nutzung des Hochdruckraums als Dämpfungsvolumen kann somit Ankerprellern entgegen gewirkt werden.
  • Vorzugsweise bilden der Ankerraum und die weiteren Hochdruckräume einen Strömungspfad für den einzuspritzenden Kraftstoff aus. Der einzuspritzende Kraftstoff wird somit in jedem Fall über die Drossel geführt, um den gewünschten Druckabfall nach dem Öffnen der Düsennadel zu bewirken.
  • Weiterhin vorzugsweise folgen auf den Ankerraum wenigstens zwei weitere Hochdruckräume, wobei der Ankerraum über wenigstens einen Verbindungskanal mit einem ersten Hochdruckraum verbunden ist, der wiederum über die Drossel mit dem weiteren Hochdruckraum verbunden ist. Der Verbindungskanal ist dabei vorzugsweise im Körperbauteil oder in einem Bundbereich des Ankerbolzens ausgebildet.
  • In einem Bundbereich des Ankerbolzens ist vorzugsweise auch die Drossel ausgebildet. Beispielsweise kann die Drossel als Drosselbohrung in einem Bundbereich des Ankerbolzens ausgebildet sein. Sofern der Verbindungskanal zur Verbindung des Ankerraums mit einem Hochdruckraum ebenfalls in einem Bundbereich ausgebildet ist, erfolgt die Ausbildung von Drossel und Verbindungskanal in unterschiedlichen Bundbereichen, wobei die Drossel bevorzugt dem Verbindungskanal nachgeschaltet ist.
  • Sofern der Bundbereich des Ankerbolzens in einer Hülse aufgenommen ist begrenzt diese einen Hochdruckraum in radialer Richtung. Die Hülse ist dabei bevorzugt in Richtung des Körperbauteils oder des Düsenkörpers von der Federkraft einer Feder beaufschlagt. Die Hülse wird über die Federkraft der Feder in Anlage mit dem Körperbauteil bzw. dem Düsenkörper gehalten, so dass der hierin ausgebildete Hochdruckraum möglichst fluiddicht vom Raum getrennt ist, der die Hülse umgibt, wobei es sich insbesondere um den weiteren Hochdruckraum handeln kann. Die fluiddichte Trennung verhindert eine Umgehung der Drossel, so dass der Strömungspfad des einzuspritzenden Kraftstoffs zwingend über die Drossel führt. Zur Abstützung der Feder an der Hülse kann diese mit einem Federteller verbunden sein oder einen solchen selbst ausbilden.
  • Vorteilhafterweise ist die Düsennadel mit der Ankeranordnung über eine Kopplungseinrichtung gekoppelt, die einen ein hydraulisches Kopplervolumen begrenzenden Kopplerkörper umfasst. Die Düsennadel und die Ankeranordnung sind demnach hydraulisch gekoppelt. Eine hydraulische Kopplung ist einfach zu realisieren und im Vergleich zu einer mechanischen Kopplung verschleißarm zu betreiben.
  • Der Kopplerkörper der Kopplungseinrichtung ist vorzugsweise am Düsenkörper abgestützt und in Richtung des Düsenkörpers unmittelbar oder mittelbar über die Hülse von der Federkraft der Feder beaufschlagt, welche bereits die Hülse in Richtung des Körperbauteils oder des Düsenkörpers belastet. Dies setzt voraus, dass eine Hülse zur radialen Begrenzung eines Hochdruckraums überhaupt zum Einsatz kommt. Ist dies nicht der Fall, kann die Federkraft der Feder allein dazu genutzt werden, den Kopplerkörper in Anlage mit dem Düsenkörper zu halten.
  • Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das hydraulische Kopplervolumen ferner von einer hydraulischen Wirkfläche A1 der Düsennadel und einer hydraulischen Wirkfläche A2 des Ankerbolzens begrenzt wird, wobei sich die beiden hydraulischen Wirkflächen am Kopplervolumen gegenüber liegen. Die Wirkfläche A1 der Düsennadel ist dabei bevorzugt größer als die Wirkfläche A2 des Ankerbolzens gewählt, um über die Kopplung zugleich eine Kraftverstärkung zu bewirken.
  • Zur Begrenzung des hydraulischen Kopplervolumens ist bevorzugt ein die Wirkfläche A1 ausbildender Endabschnitt der Düsennadel in einer Dichthülse aufgenommen, die am Kopplerkörper abgestützt ist. Die Dichthülse dient demnach der radialen Begrenzung des hydraulischen Kopplervolumens. Die Abstützung der Dichthülse am Kopplerkörper ist vorzugsweise dergestalt, dass sie eine Verschiebung der Dichthülse relativ zum Kopplerkörper zulässt. Auf diese Weise kann über die Dichthülse ein etwaiger Achsversatz ausgeglichen werden. Weiterhin vorzugsweise ist die Dichthülse in Richtung des Kopplerkörpers von der Federkraft einer Feder beaufschlagt, um die erforderliche Dichtkraft zur Abdichtung des hydraulischen Kopplervolumens gegenüber der Hochdruckbohrung und/oder einem Hochdruckraum aufzubringen. Als Feder kann eine Feder eingesetzt werden, deren Federkraft zugleich die Düsennadel in Schließrichtung beaufschlagt.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass ein die Wirkfläche A2 ausbildender Endabschnitt des Ankerbolzens in einer Bohrung des Kopplerkörpers aufgenommen ist. In diesem Fall ist der Ankerbolzen in der Bohrung des Kopplerkörpers geführt.
  • Bevorzugt ist im Kopplerkörper wenigstens ein Verbindungskanal zur Verbindung wenigstens eines Hochdruckraums mit der Hochdruckbohrung des Düsenkörpers ausgebildet. Auf diese Weise ist der Anschluss der Hochdruckbohrung an den Strömungspfad sichergestellt. Der Verbindungskanal kann in Form einer Bohrung, einer Nut oder eines Anschliffs in einem Außenumfangsbereich des Ankerbolzens ausgebildet sein.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ankerplatte zumindest abschnittsweise von der Magnetspule umgeben ist, wobei vorzugsweise zwischen der Magnetspule und der Ankerplatte ein ringförmiger Trennkörper aus einem amagnetischen Material zur magnetischen Trennung der Magnetspule von einem Innenpolkörper eingesetzt ist. Das heißt, dass sich die Ankerplatte – gleich einem Tauchanker – innerhalb der Magnetspule bewegt. Auf diese Weise kann ein größerer Ankerhub realisiert werden.
  • Des Weiteren bevorzugt besitzt der Innenpolkörper einen zentralen Zulaufkanal, der vorzugsweise in den Ankerraum mündet. Über den Zulaufkanal ist der Anschluss des Ankerraums und der nachfolgenden Hochdruckräume an eine Hochdruckquelle sichergestellt.
  • Ferner bevorzugt ist die Ankeranordnung in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung von der Federkraft einer Feder beaufschlagt. Die Feder dient der Rückstellung der Ankeranordnung in ihre Ausgangslage, wenn die Bestromung der Magnetspule beendet wird. Unterstützt wird die Feder dabei von der zusätzlich auf die Ankeranordnung wirkende hydraulische Schließkraft, die über den Druckabfall stromabwärts der Drossel erzielt wird. Die Feder ist vorzugsweise an einem Bundbereich des Ankerbolzens oder an einem mit dem Ankerbolzen verbundenen Federteller abgestützt.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
  • 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
  • 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform und
  • 3 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Der in der 1 dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst einen Magnetaktor 7 zur direkten Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel 1, die in einer Hochdruckbohrung 2 eines Düsenkörpers 3 zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung 4 hubbeweglich geführt ist. In Richtung eines Dichtsitzes 5 ist die Düsennadel 1 von der Federkraft einer Feder 6 beaufschlagt. Der Magnetaktor 7 weist zur direkten Nadelsteuerung eine ringförmige Magnetspule 8 sowie eine mit der Magnetspule 8 zusammenwirkende Ankeranordnung 9 auf, die eine Ankerplatte 9.1 und einen Ankerbolzen 9.2 umfasst, der mit der Ankerplatte 9.1 fest verbunden ist. Die Ankerplatte 9.1 ist in einem Ankerraum 10 aufgenommen, der radial außen von einem Körperbauteil 13 und einem ringförmigen Trennkörper 24 begrenzt wird. Der ringförmige Trennkörper 24 besteht aus einem amagnetischen Material und dient der magnetischen Trennung der Magnetspule 8 von einem Innenpolkörper 25, der in den ringförmigen Trennkörper 24 von oben eingreift und den Ankerraum 10 nach oben begrenzt. Über einen mittig angeordneten Zulaufkanal 26 im Innenpolkörper 25 ist der Ankerraum 10 an eine Hochdruckquelle (nicht dargestellt) angeschlossen.
  • Der an die Ankerplatte 9.1 angesetzte Ankerbolzen 9.2 durchsetzt das Körperbauteil 13, das neben dem Ankerraum 10 einen Hochdruckraum 15 ausbildet, der mit dem Ankerraum 10 über einen Verbindungskanal 18 verbunden ist und somit Teil eines Strömungspfads des einzuspritzenden Kraftstoffs ist. Innerhalb des Hochdruckraums 15 ist ein weiterer Hochdruckraum 17 ausgebildet, der in radialer Richtung von einer Hülse 14 und in axialer Richtung von einem Bundbereich 12 des Ankerbolzens 9.2 sowie einem Kopplerkörper 20.2 einer Kopplungseinrichtung 20 begrenzt wird.
  • Die Kopplungseinrichtung 20 dient der hydraulischen Kopplung der Düsennadel 1 mit der Ankeranordnung 9 und umfasst neben dem Kopplerkörper 20.2 ein hydraulisches Kopplervolumen 20.1, das von dem Kopplerkörper 20.2, der Düsennadel 1, dem Ankerbolzen 9.2 und einer Dichthülse 21 begrenzt wird. Am hydraulischen Kopplervolumen 20.1 liegen sich die Stirnflächen von Düsennadel 1 und Ankerbolzen 9.2 gegenüber, die somit hydraulische Wirkflächen A1 und A2 ausbilden. Um neben der Kopplung zugleich eine Kraftübersetzung zu erzielen, ist vorliegend die Wirkfläche A1 der Düsennadel 1 größer als die Wirkfläche A2 des Ankerbolzens 9.2 gewählt. Der die Wirkfläche A1 ausbildende Endabschnitt der Düsennadel 1 ist in der Dichthülse 21 geführt, während der die Wirkfläche A2 ausbildende Endabschnitt des Ankerbolzens 9.2 in einer Bohrung 22 des Kopplerkörpers 20.2 aufgenommen ist. Der Kopplerkörper 20.2 wird – wie auch die Hülse 14 – in Richtung des Düsenkörpers 3 von der Federkraft einer Feder 19 beaufschlagt. Die Feder 19 ist hierzu an der Hülse 14 abgestützt und diese am Kopplerkörper 20.2. Dadurch ist – im jeweiligen Kontaktbereich – eine Abdichtung des Kopplervolumens 20.1 gegenüber der Hochdruckbohrung 2 sowie des Hochdruckraums 17 gegenüber dem Hochdruckraum 15 sichergestellt.
  • Der Hochdruckraum 15 ist über eine im Bundbereich 12 des Ankerbolzens 9.2 ausgebildete Drossel 16 mit dem Hochdruckraum 17 verbunden. Der einzuspritzende Kraftstoff strömt demnach vom Hochdruckraum 15 über die Drossel 16 in den Hochdruckraum 17. Von dort gelangt der Kraftstoff über Verbindungskanäle 23, die im Kopplerkörper 20.2 als Schrägbohrungen ausgeführt sind, in die Hochdruckbohrung 2 und damit zu den Einspritzöffnungen 4, wenn die Düsennadel 1 öffnet.
  • Die Düsennadel 1 öffnet, wenn die Magnetspule 8 bestromt wird und das sich dabei aufbauende Magnetfeld die Ankerplatte 9.1 und den Ankerbolzen 9.2 in Richtung des Innenpolkörpers 25 zieht, um einen zwischen der Ankerplatte 9.1 und dem Innenpolkörper 25 ausgebildeten Arbeitsluftspalt s zu schließen. Dabei vergrößert sich zunächst das hydraulische Kopplervolumen 20.1, so dass ein Druckabfall bewirkt wird, der es der Düsennadel 1 ermöglicht zu öffnen. Das heißt, dass die Düsennadel 1 der Bewegung der Ankeranordnung 9 entsprechend dem Flächenverhältnis der hydraulischen Wirkflächen A1 und A2 folgt und die Einspritzöffnungen 4 freigibt.
  • In Offenstellung der Düsennadel 1 fließt mehr Kraftstoff über die Einspritzöffnungen 4 ab, als über die im Strömungspfad vorgesehene Drossel 16 nachströmen kann. Im Hochdruckraum 17 und in der Hochdruckbohrung 2 fällt somit der Druck ab, was dazu führt, dass der Bundbereich 12 des Ankerbolzens 9.2 über den höheren Druck im Hochdruckraum 15 mit einer hydraulischen Schließkraft beaufschlagt wird, die ergänzend zu der Federkraft einer am Bundbereich 12 abgestützten Feder 27 hinzutritt und der Rückstellung der Ankeranordnung 9 dient. Die zusätzliche hydraulische Schließkraft führt zu einer Verbesserung, insbesondere einer Stabilisierung des Schließverhaltens der Düsennadel 1, da die zusätzliche Schließkraft über die Kopplungseinrichtung 20 auf die Düsennadel 1 übertragen wird. Ferner wird über den Bundbereich 12 eine dämpfende Wirkung auf die Ankeranordnung 9 erzielt, die vor allem beim Schließen von Vorteil ist.
  • Zum Schließen der Düsennadel 1 wird die Bestromung der Magnetspule 8 beendet, so dass die Federkraft der Feder 27 in Verbindung mit der hydraulischen Schließkraft die Rückstellung der Ankeranordnung 9 bewirken. Dies hat einen Druckanstieg im hydraulischen Kopplervolumen 20.1 zur Folge, welcher dazu führt, dass die Düsennadel 1 in den Dichtsitz 5 zurückfährt und die Einspritzöffnungen 4 wieder verschließt.
  • Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der 2 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der der 1 im Wesentlichen dadurch, dass die Hülse 14 zur radialen Begrenzung des Hochdruckraums 15 innerhalb des Hochdruckraums 17 nicht am Kopplerkörper 20.2, sondern unmittelbar am Körperbauteil 13 abgestützt ist. Die Feder 19 ist zwischen der Hülse 14 und dem Kopplerkörper 20.2 angeordnet. Der Strömungspfad des einzuspritzenden Kraftstoffs führt demnach vom Ankerraum 10 über den Verbindungskanal 18 in den Hochdruckraum 15, von wo aus er über die Drossel 16 in den Hochdruckraum 17 gelangt. Ein im Kopplerkörper 20.2 ausgebildeter Verbindungskanal 23 stellt die Verbindung des Hochdruckraums 17 mit der Hochdruckbohrung 2 sicher. Im Unterschied zur Ausführungsform der 1 befindet sich stromabwärts der Drossel 16 ein größeres Volumen, bestehend im Wesentlichen aus dem Hochdruckraum 17 und der Hochdruckbohrung 2, was eine Abstimmung dahingehend ermöglicht, dass ein größtmöglicher Zeitraum zwischen Einspritzbeginn und Aufbau der zusätzlichen hydraulischen Schließkraft geschaffen wird. Die Funktionsweise gleicht im Übrigen der der Ausführungsform der 1, so dass hierauf verwiesen werden kann.
  • Eine dritte bevorzugte Ausführungsform ist in der 3 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird auf den Einsatz einer Hülse 14 vollständig verzichtet. Der Hochdruckraum 15 wird stattdessen zwischen dem Ankerraum 10 und dem Hochdruckraum 17 innerhalb einer Führungsbohrung des Körperbauteils 13 ausgebildet, über welche der Ankerbolzen 9.2 hubbeweglich geführt ist. Der Ankerbolzen 9.2 weist hierzu zwei Bundbereiche 11, 12 auf, die zueinander in einem axialen Abstand angeordnet sind. Zwischen den beiden Bundbereichen 11, 12 liegt der Hochdruckraum 15. Zur Verbindung mit dem Ankerraum 10 weist der Bundbereich 11 einen Verbindungskanal 18 auf, während die Verbindung mit dem Hochdruckraum 17 über eine Drossel 16 hergestellt ist. Diese Ausführungsform besitzt den Vorteil einer einfachen Montage, da gegenüber den Ausführungsformen der 1 und 2 die Ankerplatte 9.1 und der Ankerbolzen 9.2 als ein Teil in das Körperbauteil 13 eingesetzt werden können. Nach dem Einsetzen wird die Feder 27 aufgeschoben und ein Federteller 28 zur Abstützung der Feder 27 aufgepresst. Die Ausführungsform der 3 weist – wie die Ausführungsform der 2 – ein im Vergleich zur Ausführungsform der 1 vergrößertes Volumen hinter der Drossel 16 auf, so dass diesbezüglich die gleichen Vorteile gelten.
  • Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass der in der 3 dargestellte Bundbereich 11 des Ankerbolzens 9.2 auch entfallen kann. Der Ankerraum 10 und der Hochdruckraum 15 bilden in diesem Fall ein zusammenhängendes Volumen aus, das über die im Bundbereich 12 des Ankerbolzens 9.2 ausgebildete Drossel 16 mit dem Hochdruckraum 17 verbunden ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007002758 A1 [0003]

Claims (13)

  1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Düsennadel (1), die in einer Hochdruckbohrung (2) eines Düsenkörpers (3) zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung (4) hubbeweglich aufgenommen und in Richtung eines Dichtsitzes (5) von der Federkraft einer Feder (6) beaufschlagt ist, sowie einen Magnetaktor (7) mit einer Magnetspule (8) zur direkten Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel (1), wobei die Magnetspule (8) mit einer Ankeranordnung (9) zusammenwirkt, die eine in einem Ankerraum (10) angeordnete Ankerplatte (9.1) und einen fest mit der Ankerplatte (9.1) verbundenen Ankerbolzen (9.2) zur Kopplung mit der Düsennadel (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerbolzen (9.2) wenigstens einen Bundbereich (11, 12) besitzt, der zur axialen Begrenzung des Ankerraums (10) oder eines mit dem Ankerraum (10) hydraulisch verbundenen Hochdruckraums (15) in einem Körperbauteil (13) oder einer Hülse (14) aufgenommen ist, wobei der Ankerraum (10) und/oder der Hochdruckraum (15) über eine Drossel (16) mit einem weiteren Hochdruckraum (17) verbunden ist bzw. sind.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerraum (10) und die Hochdruckräume (15, 17) einen Strömungspfad für den einzuspritzenden Kraftstoff ausbilden.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerraum (10) über wenigstens einen Verbindungskanal (18), der vorzugsweise im Körperbauteil (13) oder im Bundbereich (11) des Ankerbolzens (9.2) ausgebildet ist, mit dem Hochdruckraum (15) verbunden ist.
  4. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (16) im Bundbereich (12) des Ankerbolzens (9.2) ausgebildet ist.
  5. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Bundbereich (12) des Ankerbolzens (9.2) aufnehmende Hülse (14) den Hochdruckraum (15) oder den weiteren Hochdruckraum (17) in radialer Richtung begrenzt, wobei vorzugsweise die Hülse (14) in Richtung des Körperbauteils (13) oder des Düsenkörpers (3) von der Federkraft einer Feder (19) beaufschlagt ist.
  6. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (1) mit der Ankeranordnung (9) über eine Kopplungseinrichtung (20) gekoppelt ist, die einen ein hydraulisches Kopplervolumen (20.1) begrenzenden Kopplerkörper (20.2) umfasst, der vorzugsweise am Düsenkörper (3) abgestützt und in Richtung des Düsenkörpers (3) unmittelbar oder mittelbar über die Hülse (14) von der Federkraft der Feder (19) beaufschlagt ist.
  7. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Kopplervolumen (20.1) ferner von einer hydraulischen Wirkfläche (A1) der Düsennadel (1) und einer hydraulischen Wirkfläche (A2) des Ankerbolzens (9.2) begrenzt wird, die sich am Kopplervolumen (20.1) gegenüber liegen, wobei vorzugsweise die Wirkfläche (A1) der Düsennadel (1) größer als die Wirkfläche (A2) des Ankerbolzens (9.2) gewählt ist, um über die Kopplung zugleich eine Kraftverstärkung zu bewirken.
  8. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Wirkfläche (A1) ausbildender Endabschnitt der Düsennadel (1) in einer Dichthülse (21) aufgenommen ist, die zur radialen Begrenzung des hydraulischen Kopplervolumens (20.1) am Kopplerkörper (20.2) abgestützt und vorzugsweise in Richtung des Kopplerkörpers (20.2) von der Federkraft der Feder (6) beaufschlagt ist.
  9. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Wirkfläche (A2) ausbildender Endabschnitt des Ankerbolzens (9.2) in einer Bohrung (22) des Kopplerkörpers (20.2) aufgenommen ist.
  10. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopplerkörper (20.2) wenigstens ein Verbindungskanal (23) zur Verbindung wenigstens eines Hochdruckraums (15, 17) mit der Hochdruckbohrung (2) des Düsenkörpers (3) ausgebildet ist.
  11. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (9.1) zumindest abschnittsweise von der Magnetspule (8) umgeben ist, wobei vorzugsweise zwischen der Magnetspule (8) und der Ankerplatte (9.1) ein ringförmiger Trennkörper (24) aus einem amagnetischen Material zur magnetischen Trennung der Magnetspule (8) von einem Innenpolkörper (25) eingesetzt ist.
  12. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenpolkörper (25) einen zentralen Zulaufkanal (26) besitzt, der vorzugsweise in den Ankerraum (10) mündet.
  13. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankeranordnung (9) in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung (4) von der Federkraft einer Feder (27) beaufschlagt ist, die vorzugsweise an einem Bundbereich (12) des Ankerbolzens (9.2) oder an einem mit dem Ankerbolzen (9.2) verbundenen Federteller (28) abgestützt ist.
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