DE102013224960A1

DE102013224960A1 - fuel injector

Info

Publication number: DE102013224960A1
Application number: DE102013224960.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Kurz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2015-06-11

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.The invention relates to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising a nozzle needle (1) in a high pressure bore (2) of a nozzle body (3) for releasing and closing at least one injection port (4) taken in a liftable manner and in the direction of Seating seat (5) is acted upon by the spring force of a spring (6), and a magnetic actuator (7) with a magnetic coil (8) for direct control of the lifting movement of the nozzle needle (1), wherein the magnetic coil (8) with an armature assembly (9) cooperates, which in an anchor space (10) arranged anchor plate (9.1) and a fixed to the anchor plate (9.1) connected to the anchor bolt (9.2) for coupling with the nozzle needle (1). According to the invention, the anchor bolt (9.2) has at least one collar region (11, 12) which is axially delimited by the armature space (10) or a high-pressure space (15) hydraulically connected to the armature space (10) in a body component (13) or a sleeve (14 ), wherein the armature space (10) and / or the high-pressure chamber (15) via a throttle (16) with a further high-pressure chamber (17) is connected or are.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine having the features of the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

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.Fuel injectors for fuel injection systems, in particular common-rail injection systems, which are directly controllable via a magnetic actuator, are known from the prior art. As a rule, the magnetic actuator cooperates with a liftable armature, which can be coupled via a mechanical or hydraulic coupling device to a liftable nozzle needle, via the lifting movement of which at least one injection opening can be opened or closed. The coupling device is often designed such that on the same time a force gain is effected via the coupling in order to provide the opening force required to open the nozzle needle.

Ein Kraftstoffinjektor der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 002 758 A1 hervor.A fuel injector of the type mentioned above is an example of the published patent application DE 10 2007 002 758 A1 out.

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.Such fuel injectors often have the disadvantage that they prove to be unstable when closing. The unstable behavior is caused in particular by hydraulic and / or magnetic adhesive effects. The present invention is therefore based on the object of specifying a fuel injector with a magnetic actuator for direct control of the lifting movement of a nozzle needle, in which instabilities when closing do not occur or at least to a significantly reduced extent.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.To solve the problem, a fuel injector with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

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.The fuel injector proposed for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises a nozzle needle which is liftably received in a high-pressure bore of a nozzle body for releasing and closing at least one injection opening and acted upon in the direction of a sealing seat by the spring force of a spring, and a magnetic actuator with a magnetic coil for direct control of the lifting movement of the nozzle needle. The magnetic coil cooperates with an armature arrangement which comprises an armature plate arranged in an armature space and an anchor bolt fixedly connected to the armature plate for coupling to the nozzle needle. According to the invention, the anchor bolt has at least one collar region, which is accommodated for axially delimiting the armature space or a hydraulically connected to the armature space high-pressure chamber in a body component or a sleeve, wherein the armature space and / or the high-pressure chamber is connected via a throttle with another high-pressure chamber or are.

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.Due to the connection of the armature space with at least one high pressure chamber, high pressure prevails in the operation of the fuel injector in the armature space. The armature space thus also forms a high-pressure chamber. Preferably, the armature space and the at least one further high-pressure chamber serve as a flow path for the fuel to be injected. The throttle formed in the region of the high-pressure chambers causes more fuel to flow out via the at least one injection opening when the nozzle needle is open than it is able to follow via the throttle. The result is a pressure drop downstream of the throttle. The pressure drop leads to an acting in the closing direction of the armature assembly hydraulic pressure force which is transmitted to the coupled with the armature assembly nozzle needle. The additional closing force stabilizes the closing behavior of the nozzle needle.

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.When the nozzle needle is closed, the same pressure prevails in the connected high-pressure chambers of the fuel injector, which corresponds to the rail pressure in a fuel injector for a common-rail injection system. This means that in this switching position no additional closing force is built against which must be worked when opening the nozzle needle. The force required to open the nozzle needle remains the same. The additional closing force builds up after opening the nozzle needle with a time delay. The time offset between the start of injection and the structure of the additional shooting force can be determined via the throttle cross-section and a corresponding size adjustment of the high pressure spaces. Preferably, the determination is made in such a way that the additional closing force builds up just before the complete opening of the nozzle needle. Because at this time, the closing force due to hydraulic adhesive effects in the gap between the anchor plate and an inner pole is the lowest and the magnetic force - due to the remaining small residual air gap between the anchor plate and the inner pole - the highest. Additional adjustments to the magnetic actuator need not be made.

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.The collar portion of the anchor bolt may also be used to dampen the movement of the anchor assembly. The over the throttle relieved high-pressure chamber is used in this case Damping volume. Because the throttle delays the outflow of fuel from the high-pressure chamber, so that a pressure is built up, which slows down the movement of the armature assembly. By using the high-pressure chamber as a damping volume can thus be counteracted anchor bouncers.

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.Preferably, the armature space and the other high-pressure chambers form a flow path for the fuel to be injected. The fuel to be injected is thus guided in each case via the throttle to cause the desired pressure drop after opening the nozzle needle.

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.Further preferably follow on the armature space at least two further high-pressure chambers, wherein the armature space is connected via at least one connecting channel with a first high-pressure chamber, which in turn is connected via the throttle to the further high-pressure chamber. The connecting channel is preferably formed in the body component or in a collar region of the anchor bolt.

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.In a collar region of the anchor bolt, the throttle is preferably also formed. For example, the throttle may be formed as a throttle bore in a collar region of the anchor bolt. If the connecting channel for connecting the armature space with a high-pressure chamber is also formed in a collar region, the formation of throttle and connecting channel in different collar regions, wherein the throttle is preferably connected downstream of the connecting channel.

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.If the collar portion of the anchor bolt is received in a sleeve this limits a high-pressure chamber in the radial direction. The sleeve is preferably acted upon in the direction of the body component or the nozzle body by the spring force of a spring. The sleeve is held by the spring force of the spring in abutment with the body component or the nozzle body, so that the high pressure chamber formed therein is as fluid-tight as possible separated from the space surrounding the sleeve, which may in particular be the further high-pressure chamber. The fluid-tight separation prevents a bypass of the throttle, so that the flow path of the fuel to be injected necessarily passes through the throttle. To support the spring on the sleeve, it may be connected to a spring plate or form such a self.

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.Advantageously, the nozzle needle is coupled to the armature assembly via a coupling means comprising a coupler body defining a hydraulic coupler volume. The nozzle needle and the armature assembly are therefore hydraulically coupled. A hydraulic coupling is easy to implement and to operate in a low-wear compared to a mechanical coupling.

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.The coupler body of the coupling device is preferably supported on the nozzle body and acted upon in the direction of the nozzle body directly or indirectly via the sleeve of the spring force of the spring, which already loads the sleeve in the direction of the body component or the nozzle body. This requires that a sleeve for radial limitation of a high-pressure chamber is used at all. If this is not the case, the spring force of the spring alone can be used to hold the coupler body in contact with the nozzle body.

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.In addition, it is proposed that the hydraulic coupler volume is further limited by a hydraulic active surface A _{1 of} the nozzle needle and a hydraulic active surface A _{2 of} the anchor bolt, wherein the two hydraulic active surfaces are opposite to the coupler volume. The effective area A _{1 of} the nozzle needle is preferably larger than the effective area A _{2 of} the anchor bolt chosen to effect on the coupling at the same time a power gain.

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.In order to limit the hydraulic coupler volume, an end section of the nozzle needle forming the active surface A ₁ is preferably accommodated in a sealing sleeve, which is supported on the coupler body. The sealing sleeve thus serves the radial limitation of the hydraulic Kopplervolumens. The support of the sealing sleeve on the coupler body is preferably such that it allows a displacement of the sealing sleeve relative to the coupler body. In this way, a possible axial offset can be compensated via the sealing sleeve. Further preferably, the sealing sleeve is acted upon in the direction of the coupler body by the spring force of a spring in order to apply the required sealing force for sealing the hydraulic coupler volume with respect to the high-pressure bore and / or a high-pressure chamber. As a spring, a spring can be used, the spring force also acts on the nozzle needle in the closing direction.

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.It is also proposed that an end face of the anchor bolt forming the active surface A _{2 is} received in a bore of the coupler body. In this case, the anchor bolt is guided in the bore of the coupler body.

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.At least one connecting channel for connecting at least one high-pressure chamber to the high-pressure bore of the nozzle body is preferably formed in the coupler body. In this way, the connection of the high-pressure bore is ensured to the flow path. The connecting channel may be in the form of a bore, a groove or a Be cut in an outer peripheral region of the anchor bolt formed.

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.In a further development of the invention it is proposed that the armature plate is at least partially surrounded by the magnetic coil, wherein preferably between the magnetic coil and the armature plate, an annular separator made of an amagnetic material for magnetic separation of the magnetic coil is used by a Innenpolkörper. This means that the anchor plate - like a plunger armature - moves within the solenoid coil. In this way, a larger armature stroke can be realized.

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.Furthermore, the inner pole body preferably has a central inflow channel, which preferably opens into the armature space. About the inlet channel of the connection of the armature space and the subsequent high-pressure chambers is ensured to a high pressure source.

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.Further preferably, the armature arrangement is acted upon in the direction of the at least one injection opening by the spring force of a spring. The spring serves to return the armature assembly to its initial position when the energization of the solenoid is terminated. The spring is thereby assisted by the additional hydraulic closing force acting on the armature arrangement, which is achieved via the pressure drop downstream of the restrictor. The spring is preferably supported on a collar region of the anchor bolt or on a spring plate connected to the anchor bolt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, 1 a schematic longitudinal section through a fuel injector according to the invention according to a first preferred embodiment,

2 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform und 2 a schematic longitudinal section through a fuel injector according to the invention according to a second preferred embodiment and

3 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform. 3 a schematic longitudinal section through a fuel injector according to the invention according to a third preferred embodiment.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

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.The Indian 1 illustrated fuel injector includes a magnetic actuator 7 for direct control of the lifting movement of a nozzle needle 1 working in a high pressure bore 2 a nozzle body 3 for releasing and closing at least one injection opening 4 Hubbeweglich is guided. Towards a sealing seat 5 is the nozzle needle 1 from the spring force of a spring 6 applied. The magnetic actuator 7 has an annular solenoid coil for direct needle control 8th and one with the solenoid 8th cooperating armature arrangement 9 on that an anchor plate 9.1 and an anchor bolt 9.2 includes, with the anchor plate 9.1 is firmly connected. The anchor plate 9.1 is in an anchor room 10 taken up, the radially outward of a body component 13 and an annular separator 24 is limited. The annular separator 24 consists of a non-magnetic material and serves for the magnetic separation of the magnetic coil 8th from a Innenpolkörper 25 placed in the annular separator 24 engages from above and the anchor space 10 limited to the top. Via a centrally arranged inlet channel 26 in the inner pole body 25 is the anchor room 10 connected to a high pressure source (not shown).

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.The to the anchor plate 9.1 attached anchor bolts 9.2 intersperses the body component 13 next to the anchor room 10 a high pressure room 15 trains with the anchor space 10 via a connection channel 18 is connected and thus part of a flow path of the fuel to be injected. Inside the high pressure room 15 is another high pressure room 17 formed in the radial direction of a sleeve 14 and in the axial direction of a waistband area 12 of the anchor bolt 9.2 and a coupler body 20.2 a coupling device 20 is limited.

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.The coupling device 20 serves for the hydraulic coupling of the nozzle needle 1 with the anchor arrangement 9 and includes adjacent to the coupler body 20.2 a hydraulic coupler volume 20.1 that of the coupler body 20.2 , the nozzle needle 1 , the anchor bolt 9.2 and a sealing sleeve 21 is limited. At the hydraulic coupler volume 20.1 are the faces of nozzle needle 1 and anchor bolts 9.2 opposite, thus forming hydraulic active surfaces A ₁ and A ₂ . In order to achieve a force transmission in addition to the coupling at the same time, in the present case the effective area A _{1 of} the nozzle needle 1 larger than the effective area A _{2 of} the anchor bolt 9.2 selected. The effective area A ₁ forming end portion of the nozzle needle 1 is in the sealing sleeve 21 guided during the active surface A ₂ forming end portion of the anchor bolt 9.2 in a hole 22 of the coupler body 20.2 is included. The coupler body 20.2 will - as well as the sleeve 14 - in the direction of the nozzle body 3 from the spring force of a spring 19 applied. The feather 19 is this on the sleeve 14 supported and this on the coupler body 20.2 , This is - in the respective contact area - a seal of the coupler volume 20.1 opposite the high pressure bore 2 as well as the high pressure room 17 opposite the high pressure room 15 ensured.

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. The high pressure room 15 is about one in the fret area 12 of the anchor bolt 9.2 trained throttle 16 with the high pressure room 17 connected. The fuel to be injected thus flows from the high-pressure chamber 15 over the throttle 16 in the high pressure room 17 , From there, the fuel passes through connection channels 23 in the coupler body 20.2 are designed as inclined holes in the high pressure bore 2 and with it to the injection openings 4 if the nozzle needle 1 opens.

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.The nozzle needle 1 opens when the solenoid 8th is energized and the resulting magnetic field, the anchor plate 9.1 and the anchor bolt 9.2 in the direction of the inner pole body 25 pulls one between the anchor plate 9.1 and the inner pole body 25 trained working air gap s close. This initially increases the hydraulic coupler volume 20.1 so that a pressure drop is caused to the nozzle needle 1 allows to open. That means that the nozzle needle 1 the movement of the anchor assembly 9 according to the area ratio of the hydraulic active surfaces A ₁ and A ₂ follows and the injection openings 4 releases.

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.In open position of the nozzle needle 1 more fuel flows through the injection openings 4 than via the throttle provided in the flow path 16 can flow. In the high pressure room 17 and in the high pressure hole 2 Thus, the pressure drops, which causes the waistband area 12 of the anchor bolt 9.2 about the higher pressure in the high-pressure chamber 15 is acted upon by a hydraulic closing force, in addition to the spring force of a collar area 12 supported spring 27 addition and the provision of the anchor assembly 9 serves. The additional hydraulic closing force leads to an improvement, in particular a stabilization of the closing behavior of the nozzle needle 1 because the additional closing force on the coupling device 20 on the nozzle needle 1 is transmitted. Further, over the waistband area 12 a damping effect on the anchor assembly 9 achieved, which is especially beneficial when closing.

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.To close the nozzle needle 1 is the energization of the solenoid 8th finished, leaving the spring force of the spring 27 in conjunction with the hydraulic closing force the return of the armature assembly 9 cause. This has a pressure increase in the hydraulic coupler volume 20.1 As a result, which causes the nozzle needle 1 in the seal seat 5 returns and the injection openings 4 closes again.

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.A second preferred embodiment of the invention is in 2 shown. This is different from the one of 1 essentially in that the sleeve 14 for the radial limitation of the high pressure space 15 within the high pressure room 17 not on the coupler body 20.2 but directly on the body component 13 is supported. The feather 19 is between the sleeve 14 and the coupler body 20.2 arranged. The flow path of the fuel to be injected thus leads from the armature space 10 over the connection channel 18 in the high pressure room 15 from where he talks about the throttle 16 in the high pressure room 17 arrives. One in the coupler body 20.2 trained connection channel 23 represents the connection of the high-pressure chamber 17 with the high pressure bore 2 for sure. In contrast to the embodiment of 1 is located downstream of the throttle 16 a larger volume consisting essentially of the high pressure space 17 and the high pressure bore 2 , which allows a vote to be made to maximize the time between the start of injection and the buildup of additional hydraulic closing force. Incidentally, the operation is similar to that of the embodiment of FIG 1 , so that it can be referenced.

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.A third preferred embodiment is in 3 shown. In this embodiment, the use of a sleeve 14 completely omitted. The high pressure room 15 instead is between the anchor space 10 and the high pressure room 17 within a guide bore of the body component 13 formed, over which of the anchor bolts 9.2 Hubbeweglich is guided. The anchor bolt 9.2 has two waistband areas 11 . 12 on, which are arranged to each other at an axial distance. Between the two waistband areas 11 . 12 is the high pressure room 15 , To connect to the anchor room 10 indicates the waistband area 11 a connection channel 18 on while connecting to the high pressure room 17 via a throttle 16 is made. This embodiment has the advantage of easy installation, as compared to the embodiments of 1 and 2 the anchor plate 9.1 and the anchor bolt 9.2 as a part of the body component 13 can be used. After insertion, the spring 27 deferred and a spring plate 28 for supporting the spring 27 pressed. The embodiment of the 3 points - as the embodiment of the 2 A comparison with the embodiment of 1 increased volume behind the throttle 16 so that the same benefits apply in this regard.

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.In addition it is pointed out that in the 3 shown waistband area 11 of the anchor bolt 9.2 can also be omitted. The anchor room 10 and the high pressure room 15 In this case, they form a coherent volume that exceeds that in the waistband area 12 of the anchor bolt 9.2 trained throttle 16 with the high pressure room 17 connected is.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007002758 A1 [0003]

Claims

A fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising a nozzle needle ( 1 ), which in a high-pressure bore ( 2 ) of a nozzle body ( 3 ) for releasing and closing at least one injection opening ( 4 ) and in the direction of a sealing seat ( 5 ) of the spring force of a spring ( 6 ) is acted upon, and a magnetic actuator ( 7 ) with a magnetic coil ( 8th ) for direct control of the lifting movement of the nozzle needle ( 1 ), wherein the magnetic coil ( 8th ) with an anchor arrangement ( 9 ) interacting with one another in an anchor space ( 10 ) arranged anchor plate ( 9.1 ) and one fixed to the anchor plate ( 9.1 ) connected anchor bolts ( 9.2 ) for coupling with the nozzle needle ( 1 ), characterized in that the anchor bolt ( 9.2 ) at least one waistband area ( 11 . 12 ), which for the axial limitation of the armature space ( 10 ) or one with the anchor space ( 10 ) hydraulically connected high-pressure chamber ( 15 ) in a body component ( 13 ) or a sleeve ( 14 ), the armature space ( 10 ) and / or the high-pressure chamber ( 15 ) via a throttle ( 16 ) with another high-pressure chamber ( 17 ) is connected or are.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the armature space ( 10 ) and the high pressure spaces ( 15 . 17 ) form a flow path for the fuel to be injected.

Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that the armature space ( 10 ) via at least one connecting channel ( 18 ), preferably in the body component ( 13 ) or in the waistband area ( 11 ) of the anchor bolt ( 9.2 ) is formed, with the high-pressure chamber ( 15 ) connected is.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the throttle ( 16 ) in the waistband area ( 12 ) of the anchor bolt ( 9.2 ) is trained.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the collar region ( 12 ) of the anchor bolt ( 9.2 ) receiving sleeve ( 14 ) the high-pressure space ( 15 ) or the other high-pressure chamber ( 17 ) is limited in the radial direction, wherein preferably the sleeve ( 14 ) in the direction of the body component ( 13 ) or the nozzle body ( 3 ) of the spring force of a spring ( 19 ) is acted upon.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle needle ( 1 ) with the anchor arrangement ( 9 ) via a coupling device ( 20 ) having a hydraulic coupler volume ( 20.1 ) limiting coupler body ( 20.2 ), which preferably on the nozzle body ( 3 ) and in the direction of the nozzle body ( 3 ) directly or indirectly via the sleeve ( 14 ) of the spring force of the spring ( 19 ) is acted upon.

Fuel injector according to claim 6, characterized in that the hydraulic coupler volume ( 20.1 ) of a hydraulic active surface (A ₁ ) of the nozzle needle ( 1 ) and a hydraulic active surface (A ₂ ) of the anchor bolt ( 9.2 ), which depends on the coupler volume ( 20.1 ), wherein preferably the effective area (A ₁ ) of the nozzle needle ( 1 ) greater than the effective area (A ₂ ) of the anchor bolt ( 9.2 ) is selected in order to effect a force amplification via the coupling at the same time.

Fuel injector according to claim 6, characterized in that a the active surface (A ₁ ) forming end portion of the nozzle needle ( 1 ) in a sealing sleeve ( 21 ), which is used for the radial limitation of the hydraulic coupler volume ( 20.1 ) on the coupler body ( 20.2 ) and preferably in the direction of the coupler body ( 20.2 ) of the spring force of the spring ( 6 ) is acted upon.

Fuel injector according to claim 6 or 7, characterized in that a the active surface (A ₂ ) forming end portion of the anchor bolt ( 9.2 ) in a bore ( 22 ) of the coupler body ( 20.2 ) is recorded.

Fuel injector according to one of claims 6 to 9, characterized in that in the coupler body ( 20.2 ) at least one connecting channel ( 23 ) for connecting at least one high-pressure chamber ( 15 . 17 ) with the high pressure bore ( 2 ) of the nozzle body ( 3 ) is trained.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the anchor plate ( 9.1 ) at least in sections of the magnetic coil ( 8th ), preferably between the magnetic coil ( 8th ) and the anchor plate ( 9.1 ) an annular separating body ( 24 ) of an amagnetic material for magnetic separation of the magnetic coil ( 8th ) of an inner pole body ( 25 ) is used.

Fuel injector according to claim 11, characterized in that the inner pole body ( 25 ) a central inlet channel ( 26 ), preferably in the anchor space ( 10 ) opens.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the armature arrangement ( 9 ) in the direction of the at least one injection opening ( 4 ) of the spring force of a spring ( 27 ) is applied, preferably at a waistband area ( 12 ) of the anchor bolt ( 9.2 ) or on one with the anchor bolt ( 9.2 ) connected spring plate ( 28 ) is supported.