DE102013222563A1 - fuel injector - Google Patents

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 geführt ist, sowie einen Magnetaktor (5) mit einer Magnetspule (6) zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel (1), wobei die Magnetspule (6) mit einem Anker (7) zusammenwirkt, der über einen Kolben (8) hubbeweglich geführt ist. Erfindungsgemäß ist am Anker (7), am Kolben (8) oder an einem weiteren Bauteil (11) des Kraftstoffinjektors eine Schaltkante (12) ausgebildet, die innerhalb eines Strömungspfads (15) des einzuspritzenden Kraftstoffs angeordnet ist und bei einem Hub des Ankers (7) und/oder des Kolbens (8) eine Drosselung der Kraftstoffströmung und damit einhergehend einen Druckabfall an der Schaltkante (12) bewirkt, so dass in Abhängigkeit vom Hub des Ankers (7) und/oder des Kolbens (8) eine auf den Anker (7) und/oder den Kolben (8) wirkende hydraulische Druckkraft realisiert wird, die der Magnetkraft des Magnetaktors (5) entgegen gesetzt ist.The invention relates to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising a nozzle needle (1) which is guided in a high-pressure bore (2) of a nozzle body (3) for releasing and closing at least one injection opening (4), and a Magnetic actuator (5) with a magnetic coil (6) for controlling the lifting movement of the nozzle needle (1), wherein the magnetic coil (6) cooperates with an armature (7) which is guided in a liftable manner via a piston (8). According to the invention, a switching edge (12) is formed on the armature (7), the piston (8) or on a further component (11) of the fuel injector, which is arranged within a flow path (15) of the fuel to be injected and at a stroke of the armature (7 ) and / or the piston (8) causes a throttling of the fuel flow and concomitantly a pressure drop at the switching edge (12), so that depending on the stroke of the armature (7) and / or the piston (8) one on the armature ( 7) and / or the piston (8) acting hydraulic pressure force is realized, which is opposite to the magnetic force of the magnetic actuator (5).

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

Die Verwendung von Magnetaktoren zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel eines Kraftstoffinjektors ist allgemein bekannt. Dabei ist die Hubbewegung der Düsennadel indirekt über einen Servo-Steuerraum oder direkt Steuerbar. Bei der direkten Steuerung gilt es sicherzustellen, dass eine ausreichende Kraft zum Öffnen der Düsennadel bereitgestellt wird, da bei den derzeit geforderten Systemdrücken von bis zu 3000 bar sehr hohe Schaltkräfte an der Düsennadel auftreten. Bei bekannten direkt gesteuerten Injektoren wird daher oftmals die Aktorkraft mittels einer Kraftübersetzungseinrichtung erhöht.The use of magnetic actuators to control the lifting movement of the nozzle needle of a fuel injector is well known. The stroke movement of the nozzle needle is indirectly via a servo control chamber or directly controllable. In the case of direct control, it must be ensured that a sufficient force is provided for opening the nozzle needle, since at the currently required system pressures of up to 3000 bar, very high switching forces occur at the nozzle needle. In known directly controlled injectors therefore often the actuator force is increased by means of a force transmission device.

Ein Kraftstoffinjektor mit einem Magnetaktor zur direkten Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel sowie einer Kraftübersetzungseinrichtung geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 002 758 A1 hervor. Der Magnetaktor umfasst eine ringförmige Magnetspule und einen mit der Magnetspule zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker, der über einen hydraulischen Koppler mit der Düsennadel koppelbar ist. Der hydraulische Koppler besitzt ein hydraulisches Kopplervolumen, das einerseits von einem fest mit dem Anker verbundenen Kopplerkolben und andererseits von der Düsennadel begrenzt wird. Die hydraulisch wirksamen Flächen am Kolben und an der Düsennadel sind dabei derart dimensioniert, dass über die hydraulische Kopplung zugleich eine Kraftverstärkung bewirkt wird.A fuel injector with a magnetic actuator for direct control of the lifting movement of a nozzle needle and a force transmission device is an example of the published patent application DE 10 2007 002 758 A1 out. The magnetic actuator comprises an annular magnet coil and a lifting armature cooperating with the magnet coil, which can be coupled via a hydraulic coupler with the nozzle needle. The hydraulic coupler has a hydraulic coupler volume bounded on the one hand by a coupler piston fixedly connected to the armature and on the other hand by the nozzle needle. The hydraulically effective surfaces on the piston and on the nozzle needle are dimensioned such that at the same time a force amplification is effected via the hydraulic coupling.

Die hubbeweglichen Bauteile, wie beispielsweise die Düsennadel, der Kopplerkolben und/oder der Anker, sind bei dem bekannten Kraftstoffinjektor im Hochdruckbereich des Injektors angeordnet, d. h. sie werden von Kraftstoff umströmt. Im Bereich eines am Magnetaktor ausgebildeten Hubanschlages kann es daher zu einem starken hydraulischen Kleben des Ankers am Magnetaktor kommen, insbesondere wenn ein Quetschspalt ausgebildet und/oder ein mechanischer Kontakt des Ankers zum Magnetaktor hergestellt wird. In der Folge wird das Schließen der Düsennadel verzögert, was zu einem steilen Mengenkennfeld und/oder hohen Einspritztoleranzen führt.The liftable components, such as the nozzle needle, the coupler piston and / or the armature are arranged in the known fuel injector in the high pressure region of the injector, d. H. they are surrounded by fuel. In the area of a stroke stop formed on the magnetic actuator, therefore, a strong hydraulic adhesion of the armature to the magnetic actuator can occur, in particular if a nip is formed and / or a mechanical contact of the armature to the magnet actuator is produced. As a result, the closing of the nozzle needle is delayed, resulting in a steep quantity map and / or high injection tolerances.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor der eingangs genannten Art anzugeben, dessen hubbeweglicher Anker weniger stark zum hydraulischen Kleben neigt.The present invention is therefore an object of the invention to provide a fuel injector of the type mentioned, the lifting armature less prone to hydraulic bonding.

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 geführt ist, sowie einen Magnetaktor mit einer Magnetspule zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel, wobei die Magnetspule mit einem Anker zusammenwirkt, der über einen Kolben hubbeweglich geführt ist. Erfindungsgemäß ist am Anker, am Kolben oder an einem weitere Bauteil des Kraftstoffinjektors eine Schaltkante ausgebildet, die innerhalb eines Strömungspfades des einzuspritzenden Kraftstoffs angeordnet ist und bei einem Hub des Ankers und/oder des Kolbens eine Drosselung der Kraftstoffströmung und damit einhergehend einen Druckabfall an der Schaltkante bewirkt, so dass in Abhängigkeit vom Hub des Ankers und/oder des Kolbens eine auf den Anker und/oder den Kolben wirkende hydraulische Druckkraft realisiert wird, die der Magnetkraft des Magnetaktors entgegen gesetzt ist.The fuel injector proposed for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises a nozzle needle, which is guided in a high-pressure bore of a nozzle body for releasing and closing at least one injection port, and a magnetic actuator with a magnetic coil for controlling the lifting movement of the nozzle needle, wherein the magnetic coil An armature cooperates, which is guided by a piston liftable. According to the invention, a switching edge is formed on the armature, on the piston or on another component of the fuel injector, which is arranged within a flow path of the fuel to be injected and at a stroke of the armature and / or the piston throttling the fuel flow and concomitantly a pressure drop across the switching edge causes, so that in response to the stroke of the armature and / or the piston acting on the armature and / or the piston hydraulic pressure force is realized, which is opposite to the magnetic force of the magnetic actuator.

Die über den Druckabfall an der Schaltkante bewirkte hydraulische Druckkraft, die der Magnetkraft entgegen gesetzt ist, führt idealerweise zu einem Kräftegleichgewicht am Anker und damit zur Ausbildung eines hydraulischen Hubanschlags, der den Anker in seiner Bewegung verharren lässt, bevor er an einer Anschlagfläche auftrifft. Das heißt, dass der Anker nicht in Kontakt mit einer Anschlagfläche gelangt. Aufgrund des fehlenden Kontakts des Ankers mit einer solchen Anschlagfläche werden unerwünschte hydraulische Klebeeffekte auf ein Minimum reduziert.The over the pressure drop at the switching edge caused hydraulic pressure force, which is opposite to the magnetic force, ideally leads to an equilibrium of forces at the anchor and thus to form a hydraulic stroke stop, which leaves the anchor in its movement, before it hits a stop surface. This means that the armature does not come into contact with a stop surface. Due to the lack of contact of the anchor with such a stop surface unwanted hydraulic adhesive effects are reduced to a minimum.

Die auf den Anker und/oder den Kolben wirkende hydraulische Druckkraft stellt eine Gegenkraft zur Magnetkraft des Magnetaktors dar. Über diese Gegenkraft kann Einfluss auf den Hub des Ankers genommen werden. Insbesondere kann in einer bestimmten Phase des Ankerhubes das zur Ausbildung des hydraulischen Hubanschlags notwendige Kräftegleichgewicht hergestellt werden. Der fehlende Kontakt des Ankers mit einer Anschlagfläche verringert nicht nur die Gefahr eines hydraulischen Klebens des Ankers an dieser Fläche, sondern verringert ferner den Verschleiß, da Preller vermieden werden, die beim Auftreffen des Ankers an der Anschlagfläche entstehen.The hydraulic pressure acting on the armature and / or the piston represents a counterforce to the magnetic force of the magnetic actuator. This counterforce can be used to influence the stroke of the armature. In particular, in a certain phase of the armature stroke necessary for the formation of the hydraulic stroke stop balance of power can be produced. The lack of contact of the armature with a stop surface not only reduces the risk of hydraulic sticking of the armature to this surface, but also reduces the wear, since buffers are avoided, which arise when the anchor hits the stop surface.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Anker oder der Kolben eine den Strömungspfad begrenzende Außenkontur, die mit einer Innenkontur des weiteren Bauteils die Schaltkante ausbildend zusammenwirkt. Das heißt, dass die Innenkontur des weiteren Bauteils ebenfalls den Strömungspfad begrenzt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Schaltkante innerhalb des Strömungspfades des einzuspritzenden Kraftstoffs zu liegen kommt und im Betrieb des Kraftstoffinjektors von Kraftstoff unter Hochdruck umströmt wird.According to a preferred embodiment of the invention, the armature or the piston has an outer contour bounding the flow path, which cooperates with an inner contour of the further component to form the switching edge. This means that the inner contour of the further component also limits the flow path. This ensures that the switching edge comes to lie within the flow path of the fuel to be injected and is surrounded by fuel under high pressure during operation of the fuel injector.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schaltkante über eine außenumfangseitig am Anker oder am Kolben angeordnete Stufe ausgebildet. Vorzugsweise ist die Stufe ringförmig ausgebildet und erstreckt sich über den gesamten Außenumfang des Ankers bzw. des Kolbens. Hierzu weist der Anker bzw. der Kolben eine gestufte Außenkontur auf. Darüber hinaus kann sich die Stufe lediglich über einen Teil des Außenumfangs des Ankers oder des Kolbens, d. h. über einen bestimmten Winkelbereich, erstrecken. Die außenumfangseitig am Anker oder am Kolben ausgebildete Stufe wirkt vorzugsweise mit einer weiteren Stufe, die im weiteren Bauteil ausgebildet ist, einen Axialspalt ausbildend zusammen. Der Anker oder der Kolben ist hierzu – zumindest abschnittsweise – im weiteren Bauteil aufgenommen.According to a further preferred embodiment of the invention, the switching edge is formed via an outer peripheral side arranged on the armature or on the piston stage. Preferably, the step is annular and extends over the entire outer circumference of the armature or the piston. For this purpose, the armature or the piston has a stepped outer contour. Moreover, the step can only over part of the outer circumference of the armature or the piston, d. H. over a certain angular range, extend. The outside circumference formed at the armature or on the piston stage preferably cooperates with a further stage, which is formed in the further component, forming an axial gap together. The armature or the piston is this - at least in sections - added in another component.

Zur Ausbildung des Axialspalts ist es nicht zwingend erforderlich, dass sich die beiden Stufen exakt am Axialspalt gegenüber liegen müssen. Sie können auch in radialer Richtung versetzt zueinander sein. Wichtig ist lediglich, dass zwischen den beiden Stufen ein axialer Abstand verbleibt. Bei einer Hubbewegung des Ankers und/oder des Kolbens verändert sich der axiale Abstand bzw. der Axialspalt wird kleiner. Da der Axialspalt im Betrieb des Kraftstoffinjektors von Kraftstoff durchströmt wird, führt die Drosselung in diesem Bereich zur Ausbildung eines hydraulischen Hubanschlags, der die Bewegung des Ankers abbremst, bevor dieser einen mechanischen Hubanschlag erreicht.For the formation of the axial gap, it is not absolutely necessary that the two stages must lie exactly opposite to the axial gap. You can also be offset in the radial direction to each other. It is only important that an axial distance remains between the two stages. During a stroke movement of the armature and / or the piston, the axial distance or the axial gap is smaller. As fuel flows through the axial gap during operation of the fuel injector, throttling in this region results in the formation of a hydraulic stroke stop, which decelerates the movement of the armature before it reaches a mechanical stroke stop.

Vorzugsweise ist die Stufe, die im weiteren Bauteil ausgebildet ist, im Bereich eines Ankerraums und/oder einer Ankerführung angeordnet. Bei dem Bauteil kann es sich daher insbesondere um ein Körperbauteil des Kraftstoffinjektors handeln, beispielsweise um einen Haltekörper oder einen Magnetkörper.The step formed in the further component is preferably arranged in the region of an armature space and / or an armature guide. The component can therefore be, in particular, a body component of the fuel injector, for example a holding body or a magnetic body.

Weiterhin bevorzugt wird die Schaltkante von einer Außenumfangsfläche des Ankers oder des Kolbens begrenzt, die mit einer Innenumfangsfläche des weiteren Bauteils einen Radialspalt ausbildend zusammenwirkt. Über den Radialspalt wird ebenfalls eine Drosselung und damit ein Druckabfall an der Schaltkante zur Realsierung einer auf den Anker und/oder den Kolben wirkenden hydraulischen Druckkraft bewirkt.Further preferably, the switching edge is bounded by an outer peripheral surface of the armature or the piston, which cooperates with an inner peripheral surface of the further component forming a radial gap. About the radial gap throttling and thus a pressure drop across the switching edge for realizing a force acting on the armature and / or the piston hydraulic pressure force is also effected.

Die Größe des Radialspalts beträgt dabei vorzugsweise 5 µm bis 50 µm, weiterhin vorzugsweise 10 µm bis 20 µm. Ein Radialspalt größer als 5 µm lässt sich fertigungstechnisch noch einfach und kostengünstig herstellen. Im Hinblick auf die hydraulische Abstimmung ist der Radialspalt kleiner als 50 µm zu wählen.The size of the radial gap is preferably 5 .mu.m to 50 .mu.m, more preferably 10 .mu.m to 20 .mu.m. A radial gap greater than 5 microns can be produced easily and inexpensively manufacturing technology. With regard to the hydraulic tuning, the radial gap should be less than 50 μm.

Die Spaltbildung in Form eines Axial- und/oder Radialspalts im Strömungspfad des Kraftstoffs führt zur Drosselung der Kraftstoffströmung und damit zum Druckabfall an der Schaltkante, deren angrenzende Flächen an der Spaltbildung mitwirken. Über den Strömungspfad wird die Verbindung eines Kraftstoffzulaufs mit der wenigstens einen Einspritzöffnung hergestellt. Die Einspritzmenge wird demnach an der Schaltkante vorbei geführt. Bestandteil des Strömungspfads kann ein Strömungskanal sein, der durch einen Anschliff und/oder eine Nut am Außenumfang des Ankers oder des Kolbens ausgebildet wird. Ferner kann der Strömungspfad ringförmig ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Strömungspfad über einen Nebenluftspalt führen.The gap formation in the form of an axial and / or radial gap in the flow path of the fuel leads to the throttling of the fuel flow and thus to the pressure drop at the switching edge, whose adjacent surfaces participate in the formation of the gap. The connection of a fuel inlet to the at least one injection opening is established via the flow path. The injection quantity is therefore guided past the switching edge. Part of the flow path may be a flow channel which is formed by a bevel and / or a groove on the outer circumference of the armature or the piston. Furthermore, the flow path may be annular. For example, the flow path can lead via a secondary air gap.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass im Anker, im Kolben und/oder im weiteren Bauteil wenigstens ein Strömungskanal als Bypass-Strömungspfad für den Kraftstoff ausgebildet ist. Der Bypass-Strömungspfad verbessert die hydraulische Abstimmung, indem er eine Strömungsverbindung der wenigstens einen Einspritzöffnung mit dem Kraftstoffzulauf sicherstellt. Der Bypass-Strömungspfad führt ferner zu einer stabilen Auslegung, da der Anker bei Erreichen des hydraulischen Hubanschlags weniger zu Schwingungen angeregt wird. Der den Bypass-Strömungspfad ausbildende Strömungskanal ist vorzugsweise parallel zum Strömungskanal geführt, der den Hauptströmungspfad ausbildet und vorzugsweise durch die Außenkontur des Ankers und/oder des Kolbens begrenzt wird.In a further development of the invention, it is proposed that at least one flow channel is formed in the armature, in the piston and / or in the further component as a bypass flow path for the fuel. The bypass flow path improves the hydraulic balance by ensuring a flow connection of the at least one injection port to the fuel inlet. The bypass flow path also leads to a stable design, since the armature is less excited to vibrate when reaching the hydraulic stroke stop. The flow channel forming the bypass flow path is preferably guided parallel to the flow channel, which forms the main flow path and is preferably delimited by the outer contour of the armature and / or the piston.

Im weiteren Strömungskanal, der als Bypass-Strömungspfad dient, ist vorzugsweise eine Drossel ausgebildet. Dadurch kann die hydraulische Abstimmung weiter optimiert werden.In another flow channel, which serves as a bypass flow path, a throttle is preferably formed. As a result, the hydraulic tuning can be further optimized.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Anker als Tauchanker ausgebildet. In der Ausbildung als Tauchanker kann über den Anker ein größerer Ankerhub realisiert werden. Ferner kann ein Nebenluftspalt zwischen dem Anker und den Bauteilen des Magnetaktors zur Ausbildung eines ringförmigen Strömungspfades genutzt werden.According to a preferred embodiment of the invention, the armature is designed as a plunger anchor. In the training as a plunger anchor can be realized via the anchor a larger anchor stroke. Furthermore, a secondary air gap between the armature and the components of the magnetic actuator can be used to form an annular flow path.

Vorteilhafterweise ist der Kolben über ein hydraulisches Kopplervolumen mit der Düsennadel gekoppelt. Die hydraulische Kopplung ermöglicht eine direkte Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel mittels des Magnetaktors.Advantageously, the piston is coupled via a hydraulic coupler volume with the nozzle needle. The hydraulic coupling allows direct control of the lifting movement of the nozzle needle by means of the magnetic actuator.

Ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Düsennadel eine das hydraulische Kopplervolumen begrenzende hydraulische Wirkfläche besitzt, die größer als eine das Kopplervolumen begrenzende hydraulische Wirkfläche des Kolbens ist. Auf diese Weise wird über die hydraulische Kopplung zugleich eine Kraftverstärkung erreicht, wobei die Übersetzung vorzugsweise 3 bis 6 beträgt. In addition, it is proposed that the nozzle needle has a hydraulic active surface bounding the hydraulic coupler volume which is greater than a hydraulic effective area of the piston delimiting the coupler volume. In this way, at the same time a power gain is achieved via the hydraulic coupling, wherein the translation is preferably 3 to 6.

Insbesondere bei Einsatz eines als Tauchanker ausgebildeten Ankers ist die Magnetspule bevorzugt ringförmig ausgebildet und umgreift einen als Innenpol dienenden Endabschnitt eines Injektorkörpers, so dass zwischen dem Injektorkörper und dem Anker ein Arbeitsluftspalt ausgebildet wird. Auf einen separaten Innenpolkörper kann in diesem Fall verzichtet werden, so dass eine kompakt bauende Anordnung erzielt wird.In particular, when using an armature designed as a plunger anchor, the magnetic coil is preferably annular and surrounds a serving as an inner pole end portion of an injector, so that between the injector and the armature a working air gap is formed. In this case, a separate inner pole body can be dispensed with, so that a compactly constructed arrangement is achieved.

Weiterhin bevorzugt besitzt der Injektorkörper eine an eine Kraftstoffhochdruckquelle anschließbare zentrale Bohrung, die in den Arbeitsluftspalt mündet. Die zentrale Bohrung ist somit Teil des Strömungspfades des Kraftstoffs, über den der wenigstens einen Einspritzöffnung unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt wird. Durch die zentrale Anordnung der Bohrung wird der Injektorkörper über den Umfang gleichmäßig mit Hochdruck beaufschlagt.Further preferably, the injector body has a connectable to a high-pressure fuel source central bore, which opens into the working air gap. The central bore is thus part of the flow path of the fuel, via which the at least one injection port under high pressure fuel is supplied. Due to the central arrangement of the bore, the injector body is uniformly pressurized over the circumference with high pressure.

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 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, 1 a schematic longitudinal section through a first preferred embodiment of a fuel injector according to the invention,

2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, 2 a schematic longitudinal section through a second preferred embodiment of a fuel injector according to the invention,

3 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors und 3 a schematic longitudinal section through a third preferred embodiment of a fuel injector according to the invention and

4 einen schematischen Längsschnitt durch eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors. 4 a schematic longitudinal section through a fourth preferred embodiment of a fuel injector according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Der in der 1 dargestellte Kraftstoffinjektor weist einen Magnetaktor 5 zur direkten Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel 1 auf, die in einer Hochdruckbohrung 2 eines Düsenkörpers 3 zum Freigeben und Verschließen mehrerer Einspritzöffnungen 4 hubbeweglich geführt ist. Der Magnetaktor 5 umfasst eine Magnetspule 6 sowie einen mit der Magnetspule 6 zusammenwirkenden Anker 7, welcher als Tauchanker ausgebildet ist. Der Tauchanker ist zumindest teilweise von einem weiteren Bauteil 11 in Form eines Magnetkörpers und einem ringförmigen Trennkörper 25 umgeben, welcher der magnetischen Trennung des Magnetkörpers 11 von einem Innenpol 21 des Magnetkreises dient. Der Innenpol 21 wird vorliegend von einem in die Magnetspule 6 und in den Trennkörper 25 eingreifenden Endabschnitt eines Injektorkörpers 22 ausgebildet. Der Injektorkörper 22, die Magnetspule 6, der Magnetkörper 11 und der Düsenkörper 3 sind mittels einer Spannmutter 26 axial verspannt, wobei zwischen dem Magnetkörper 11 und dem Düsenkörper 3 noch ein Zwischenkörper 27 eingesetzt ist. Über die Spannmutter 26 wird eine Axialkraft auf die Körperbauteile des Injektors ausgeübt, die zugleich als Dichtkraft dient und den Injektor nach außen abdichtet.The Indian 1 shown fuel injector has a magnetic actuator 5 for direct control of the lifting movement of a nozzle needle 1 on that in a high pressure bore 2 a nozzle body 3 for releasing and closing a plurality of injection openings 4 Hubbeweglich is guided. The magnetic actuator 5 includes a magnetic coil 6 and one with the solenoid 6 interacting anchor 7 , which is designed as a dip anchor. The plunger is at least partially of another component 11 in the form of a magnetic body and an annular separator 25 surrounded, which is the magnetic separation of the magnetic body 11 from a pole 21 of the magnetic circuit is used. The inner pole 21 is present from one to the solenoid 6 and in the separating body 25 engaging end portion of an injector body 22 educated. The injector body 22 , the magnetic coil 6 , the magnetic body 11 and the nozzle body 3 are by means of a clamping nut 26 axially braced, being between the magnetic body 11 and the nozzle body 3 another intermediate body 27 is used. About the clamping nut 26 an axial force is exerted on the body components of the injector, which also serves as a sealing force and seals the injector to the outside.

Der Injektorkörper 22 wird von einer zentralen Bohrung 24 durchsetzt, die mit einer Kraftstoffhochdruckquelle (nicht dargestellt) verbindbar ist. Die Bohrung 24 mündet in einen Ankerraum 28, der in dem Bauteil 11 ausgebildet ist und der Aufnahme des Ankers 7 dient. Im Bauteil 11 ist ferner ein Druckraum 29 ausgebildet, der mit dem Ankerraum 28 über einen Strömungspfad 15 verbunden ist. Der Strömungspfad 15 ist im Bereich einer Ankerführung 30 in einem mit dem Anker 7 fest verbundenen Kolben 8 ausgebildet, der der Führung des Ankers 7 dient. Vom Druckraum 29 aus gelangt der Kraftstoff über eine Bohrung 31 des Zwischenkörpers 27 in die Hochdruckbohrung 2 des Düsenkörpers 3.The injector body 22 is from a central hole 24 interspersed, which is connectable to a high-pressure fuel source (not shown). The hole 24 flows into an anchorage 28 who is in the component 11 is formed and the inclusion of the anchor 7 serves. In the component 11 is also a pressure room 29 trained, with the anchor space 28 via a flow path 15 connected is. The flow path 15 is in the range of an anchor guide 30 in one with the anchor 7 firmly connected pistons 8th trained, the leadership of the anchor 7 serves. From the pressure room 29 From the fuel comes through a hole 31 of the intermediate body 27 into the high pressure hole 2 of the nozzle body 3 ,

Um die Einspritzung vorzunehmen, muss die Düsennadel 1 geöffnet werden. Hierzu wird die Magnetspule 6 des Magnetaktors 5 bestromt, so dass ein Magnetfeld aufgebaut wird, das dazu führt, dass sich der Anker 7 einschließlich des Kolbens 8 in Richtung des Innenpols 21 bewegt, um einen zwischen dem Innenpol 21 und dem Anker 7 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 23 zu schließen. Der im Arbeitsluftspalt 23 vorhandene Kraftstoff wird dabei über eine im Anker 7 ausgebildete schräg verlaufende Bohrung 32 in den unteren Teil des Ankerraums 28 geführt. Der Hub des Ankers 7 bewirkt einen Druckabfall in einem hydraulischen Kopplervolumen 18, über welches der Anker 7 mit der Düsennadel 1 gekoppelt ist. Das hydraulische Kopplervolumen 18 wird hierzu einerseits von einer hydraulischen Wirkfläche 19 der Düsennadel 1 und andererseits von einer hydraulischen Wirkfläche 20 des Kolbens 8 begrenzt. Um eine Verstärkung der Aktorkraft zu bewirken, ist die hydraulische Wirkfläche 20 des Kolbens 8 kleiner als die hydraulische Wirkfläche 19 der Düsennadel 1 gewählt. Der Druckabfall im Kopplervolumen 18 ermöglicht das Öffnen der Düsennadel 1.To make the injection, the nozzle needle must 1 be opened. For this purpose, the magnetic coil 6 of the magnetic actuator 5 energized, so that a magnetic field is built up, which causes the armature 7 including the piston 8th in the direction of the inner pole 21 moves one between the inner pole 21 and the anchor 7 trained working air gap 23 close. The in the working air gap 23 Existing fuel is about one in the anchor 7 trained oblique bore 32 in the lower part of the anchor space 28 guided. The stroke of the anchor 7 causes a pressure drop in a hydraulic coupler volume 18 over which the anchor 7 with the nozzle needle 1 is coupled. The hydraulic coupler volume 18 This is on the one hand by a hydraulic active surface 19 the nozzle needle 1 and on the other hand of a hydraulic active surface 20 of the piston 8th limited. In order to increase the actuator force, the effective hydraulic surface is 20 of the piston 8th smaller than the hydraulic effective area 19 the nozzle needle 1 selected. The pressure drop in the coupler volume 18 allows opening of the nozzle needle 1 ,

Um die Einspritzung zu beenden, wird die Bestromung der Magnetspule 6 unterbrochen. Der Anker 7 und der Kolben 8 werden dann über die Federkraft einer Feder 33 in ihre Ausgangslage zurück gestellt. Dies hat zur Folge, dass der Druck im Kopplervolumen 18 wieder ansteigt und die Düsennadel 1 schließt.To stop the injection, the energization of the solenoid coil 6 interrupted. The anchor 7 and the piston 8th then be over the Spring force of a spring 33 returned to their original position. This has the consequence that the pressure in the coupler volume 18 rises again and the nozzle needle 1 closes.

Der Schließvorgang wird von einer Feder 34 unterstützt, die einerseits an der Düsennadel 1 und andererseits an einer Dichthülse 35 abgestützt ist, welche ein Teilvolumen des hydraulischen Kopplervolumens 18 in radialer Richtung begrenzt und gegenüber der Hochdruckbohrung 2 abdichtet.The closing process is by a spring 34 supported, on the one hand at the nozzle needle 1 and on the other hand on a sealing sleeve 35 is supported, which is a partial volume of the hydraulic coupler volume 18 limited in the radial direction and opposite the high pressure bore 2 seals.

Der Schließvorgang wird vorliegend ferner dadurch unterstützt, dass am Anker 7 bzw. am Kolben 8 ein Kräftegleichgewicht herrscht, bevor die Bestromung der Magnetspule 6 beendet wird. Das Kräftegleichgewicht wird durch eine hydraulische Druckkraft hergestellt, welche den Kolben 8 im Bereich einer hydraulisch wirksamen Stufe 9 in Schließrichtung beaufschlagt. Die hydraulische Druckkraft stellt somit eine Gegenkraft zur Magnetkraft des Magnetaktors 5 dar. Fällt die Magnetkraft mit Beendigung der Bestromung der Magnetspule 6 weg, wirkt die hydraulische Druckkraft als zusätzliche Schließkraft.The closing process is presently further supported by the fact that the anchor 7 or on the piston 8th an equilibrium of forces prevails before the energization of the magnetic coil 6 is ended. The balance of forces is produced by a hydraulic pressure force, which the piston 8th in the range of a hydraulically effective stage 9 acted upon in the closing direction. The hydraulic pressure force thus provides a counterforce to the magnetic force of the magnetic actuator 5 represents the magnetic force with termination of the energization of the solenoid 6 away, the hydraulic pressure force acts as an additional closing force.

Bei der Herstellung des Kräftegleichgewichts wirkt die am Kolben 8 ausgebildete hydraulisch wirksame Stufe 9 mit einer Stufe 10 zusammen, die im Bereich der Ankerführung 30 im Bauteil 11 ausgebildet ist. Zwischen den Stufen 9, 10 wird ein Axialspalt S₁ ausgebildet, dessen Größe in Abhängigkeit von der axialen Lage des Ankers 7 bzw. des Kolbens 8 variiert. Mit zunehmendem Hub des Ankers 7 bzw. des Kolbens 8 nimmt die Größe des Axialspalts S₁ ab. Zugleich bildet die hydraulisch wirksame Stufe 9 im Verschneidungsbereich mit einer Außenumfangsfläche 13 des Kolbens 8 eine Schaltkante 12 aus, an der sich mit zunehmendem Hub des Ankers 7 bzw. des Kolbens 8 ein Druckabfall einstellt. Der Druckabfall bewirkt die für das Kräftegleichgewicht erforderliche Gegenkraft. Die Lage der Schaltkante in radialer Richtung ist dabei derart gewählt, dass die Außenumfangsfläche 13 des Kolbens 8 und eine Innenumfangsfläche 14 des Körperbauteils 11 einen Radialspalt S₂ begrenzen.In the production of the balance of power acts on the piston 8th trained hydraulic effective stage 9 with a step 10 together, in the area of the anchor guide 30 in the component 11 is trained. Between the steps 9 . 10 an axial gap S _{1 is} formed, the size of which depends on the axial position of the armature 7 or of the piston 8th varied. With increasing stroke of the anchor 7 or of the piston 8th decreases the size of the axial gap S ₁ . At the same time forms the hydraulically effective stage 9 in the intersection area with an outer peripheral surface 13 of the piston 8th a switching edge 12 off, with the increasing stroke of the anchor 7 or of the piston 8th a pressure drop sets. The pressure drop causes the counterforce required for the equilibrium of forces. The position of the switching edge in the radial direction is chosen such that the outer peripheral surface 13 of the piston 8th and an inner peripheral surface 14 of the body component 11 limit a radial gap S ₂ .

Das sich am Anker 7 bzw. am Kolben 8 einstellende Kräftegleichgewicht führt zu einem reduzierten Ankerhub und damit zur Ausbildung eines hydraulischen Hubanschlags. Die Bewegung des Ankers 7 wird hydraulisch gestoppt, bevor dieser einen mechanischen Hubanschlag erreicht. Dies wiederum hat zur Folge, dass hydraulische Klebeeffekte wirksam vermieden werden.At the anchor 7 or on the piston 8th adjusting force equilibrium leads to a reduced armature stroke and thus to the formation of a hydraulic stroke stop. The movement of the anchor 7 is stopped hydraulically before it reaches a mechanical stroke stop. This in turn means that hydraulic adhesive effects are effectively avoided.

Der in der 2 dargestellte Kraftstoffinjektor unterscheidet sich von dem der 1 lediglich durch die Anordnung eines Strömungskanals 16 im Bauteil 11. Der Strömungskanal 16 ist parallel zum Strömungspfad 15 geführt und dient der Ausbildung eines Bypass-Strömungspfads, um die Strömungsverbindung der Einspritzöffnungen 4 mit der Kraftstoffhochdruckquelle während der Hubbewegung des Ankers 7 sicherzustellen. Denn mit zunehmendem Hub des Ankers 7 verkleinert sich der als Strömungspfad zur Verfügung stehende Querschnitt zwischen der Schaltkante 12 und der Innenumfangsfläche 14 des Bauteils 11 im Bereich der Ankerführung 30. Im Strömungskanal 16 ist vorliegend eine Drossel 17 ausgebildet, die der Optimierung der hydraulischen Abstimmung dient.The Indian 2 illustrated fuel injector differs from that of 1 only by the arrangement of a flow channel 16 in the component 11 , The flow channel 16 is parallel to the flow path 15 and serves to form a bypass flow path to the flow connection of the injection openings 4 with the high-pressure fuel source during the lifting movement of the armature 7 sure. Because with increasing stroke of the anchor 7 reduces the available as a flow path cross-section between the switching edge 12 and the inner peripheral surface 14 of the component 11 in the area of the anchor guide 30 , In the flow channel 16 is in the present case a throttle 17 designed to optimize the hydraulic tuning.

Die Funktionsweise des Kraftstoffinjektors der 2 entspricht im Übrigen der des Injektors der 1, so dass diesbezüglich auf die entsprechende Beschreibung verwiesen wird.The operation of the fuel injector the 2 otherwise corresponds to that of the injector 1 , so that reference is made in this respect to the corresponding description.

Der in der 3 dargestellte Kraftstoffinjektor unterscheidet sich von dem der 1 dadurch, dass die hydraulisch wirksame Stufe 9 und die Schaltkante 12 nicht am Kolben 8, sondern am Anker 7 selbst ausgebildet sind. Entsprechend ist die mit der hydraulisch wirksamen Stufe 9 zusammenwirkende Stufe 10 des Bauteils 11 im Bereich des Ankerraums 28 angeordnet.The Indian 3 illustrated fuel injector differs from that of 1 in that the hydraulically effective stage 9 and the switching edge 12 not on the piston 8th but at the anchor 7 are self-trained. Accordingly, with the hydraulically effective stage 9 cooperating stage 10 of the component 11 in the area of the anchorage 28 arranged.

Zur Ausbildung der Stufe 9 weist der Anker 7 einen Durchmesserversprung auf. Die Stufe 9 und die Schaltkante 12 sind demnach ringförmig gestaltet. Die Stufe 10 im Körperbauteil 11 ist ebenfalls ringförmig ausgeführt. Als Strömungspfad 15 dient ein zwischen dem Anker 7 und dem Magnetaktor 5 bzw. dem Bauteil 11 verbleibender Nebenluftspalt, so dass eine schräg durch den Anker 7 geführte Bohrung 32 verzichtbar ist (siehe 1 und 2). Der Strömungspfad 15 des Kraftstoffs setzt sich über seitliche Bohrungen 36 fort, die den Ankerraum 28 mit dem Druckraum 29 verbinden. Im Bereich der Ankerführung 30 kann demzufolge das Führungsspiel verringert werden.To the training of the stage 9 has the anchor 7 a diameter jump on. The stage 9 and the switching edge 12 are therefore designed ring-shaped. The stage 10 in the body component 11 is also designed annular. As a flow path 15 serves one between the anchor 7 and the magnetic actuator 5 or the component 11 remaining sub-air gap, leaving a slant through the anchor 7 guided drilling 32 is dispensable (see 1 and 2 ). The flow path 15 of the fuel settles on lateral holes 36 away, the anchor space 28 with the pressure room 29 connect. In the area of the anchor guide 30 Consequently, the leadership game can be reduced.

Darüber hinaus gleicht der Kraftstoffinjektor dem der 1, so dass auch die Funktionsweise weitgehend der des Injektors der 1 entspricht.In addition, the fuel injector is similar to the 1 , so that the functioning largely the same as that of the injector 1 equivalent.

Der in der 4 dargestellte Kraftstoffinjektor stellt eine Abwandlung des Injektors der 3 dar. Ergänzend zum Strömungspfad 15 ist ein Strömungskanal 16 mit einer Drossel 17 vorgesehen, um einen Bypass-Strömungspfad zu schaffen. Der Strömungskanal 16 kann beispielsweise als schräg durch den Anker 7 geführte Bohrung ausgebildet werden.The Indian 4 illustrated fuel injector is a modification of the injector 3 dar. In addition to the flow path 15 is a flow channel 16 with a throttle 17 provided to create a bypass flow path. The flow channel 16 can be, for example, as an angle through the anchor 7 guided bore can be formed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102007002758 A1 [0003] DE 102007002758 A1 [0003]

Claims (12)

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 geführt ist, sowie einen Magnetaktor (5) mit einer Magnetspule (6) zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel (1), wobei die Magnetspule (6) mit einem Anker (7) zusammenwirkt, der über einen Kolben (8) hubbeweglich geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Anker (7), am Kolben (8) oder an einem weiteren Bauteil (11) des Kraftstoffinjektors eine Schaltkante (12) ausgebildet ist, die innerhalb eines Strömungspfads (15) des einzuspritzenden Kraftstoffs angeordnet ist und bei einem Hub des Ankers (7) und/oder des Kolbens (8) eine Drosselung der Kraftstoffströmung und damit einhergehend einen Druckabfall an der Schaltkante (12) bewirkt, so dass in Abhängigkeit vom Hub des Ankers (7) und/oder des Kolbens (8) eine auf den Anker (7) und/oder den Kolben (8) wirkende hydraulische Druckkraft realisiert wird, die der Magnetkraft des Magnetaktors (5) entgegen gesetzt ist.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 ) is movably guided, and a magnetic actuator ( 5 ) with a magnetic coil ( 6 ) for controlling the lifting movement of the nozzle needle ( 1 ), wherein the magnetic coil ( 6 ) with an anchor ( 7 ) interacting via a piston ( 8th ) is guided in a liftable manner, characterized in that at the anchor ( 7 ), on the piston ( 8th ) or on another component ( 11 ) of the fuel injector a switching edge ( 12 ) formed within a flow path ( 15 ) of the fuel to be injected is arranged and at a stroke of the armature ( 7 ) and / or the piston ( 8th ) a throttling of the fuel flow and concomitantly a pressure drop at the switching edge ( 12 ), so that, depending on the stroke of the armature ( 7 ) and / or the piston ( 8th ) one on the anchor ( 7 ) and / or the piston ( 8th ) acting hydraulic pressure force is realized, the magnetic force of the magnetic actuator ( 5 ) is opposite. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) oder der Kolben (8) eine den Strömungspfad (15) begrenzende Außenkontur besitzt, die mit einer Innenkontur des weiteren Bauteils (11) die Schaltkante (12) ausbildend zusammenwirkt.Fuel injector according to claim 1, characterized in that the armature ( 7 ) or the piston ( 8th ) one the flow path ( 15 ) has limiting outer contour, which with an inner contour of the further component ( 11 ) the switching edge ( 12 ) interacting. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkante (12) über eine außenumfangseitig am Anker (7) oder am Kolben (8) angeordnete Stufe (9) ausgebildet wird, die vorzugsweise mit einer weiteren Stufe (10) im weiteren Bauteil (11) einen Axialspalt (S₁) ausbildend zusammenwirkt. Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that the switching edge ( 12 ) via an outer peripheral side at the anchor ( 7 ) or on the piston ( 8th ) arranged stage ( 9 ) is formed, preferably with a further stage ( 10 ) in the further component ( 11 ) cooperates forming an axial gap (S ₁ ). Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkante (12) von einer Außenumfangsfläche (13) des Ankers(7) oder des Kolbens (8) begrenzt wird, die mit einer Innenumfangsfläche (14) des weiteren Bauteils (11) einen Radialspalt (S₂) ausbildend zusammenwirkt.Fuel injector according to one of claims 1 to 3, characterized in that the switching edge ( 12 ) from an outer peripheral surface ( 13 ) of the anchor ( 7 ) or the piston ( 8th ) having an inner peripheral surface ( 14 ) of the further component ( 11 ) cooperates forming a radial gap (S ₂ ). Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Radialspalts (S₂) 5 µm bis 50 µm, vorzugsweise 10 µm bis 20 µm, beträgt.Fuel injector according to Claim 4, characterized in that the size of the radial gap (S ₂ ) is 5 μm to 50 μm, preferably 10 μm to 20 μm. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anker (7), im Kolben (8) und/oder im weiteren Bauteil (11) wenigstens ein Strömungskanal (16) als Bypass-Strömungspfad für den Kraftstoff ausgebildet ist.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that in the armature ( 7 ), in the piston ( 8th ) and / or in the further component ( 11 ) at least one flow channel ( 16 ) is formed as a bypass flow path for the fuel. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungskanal (16) eine Drossel (17) ausgebildet ist.Fuel injector according to claim 6, characterized in that in the flow channel ( 16 ) a throttle ( 17 ) is trained. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) als Tauchanker ausgebildet ist.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 7 ) is designed as a plunger anchor. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) über ein hydraulisches Kopplervolumen (18) mit der Düsennadel (1) gekoppelt ist.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the piston ( 8th ) via a hydraulic coupler volume ( 18 ) with the nozzle needle ( 1 ) is coupled. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (1) eine das hydraulische Kopplervolumen (18) begrenzende hydraulische Wirkfläche (19) besitzt, die größer als eine das Kopplervolumen (18) begrenzende hydraulische Wirkfläche (20) des Kolbens (8) ist. Fuel injector according to claim 9, characterized in that the nozzle needle ( 1 ) a hydraulic coupler volume ( 18 ) limiting hydraulic effective area ( 19 ) greater than one the coupler volume ( 18 ) limiting hydraulic effective area ( 20 ) of the piston ( 8th ). Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (6) ringförmig ausgebildet ist und einen als Innenpol (21) dienenden Endabschnitt eines Injektorkörpers (22) umgreift, so dass zwischen dem Injektorkörper (22) und dem Anker (7) ein Arbeitsluftspalt (23) ausgebildet wird.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic coil ( 6 ) is annular and one as inner pole ( 21 ) end portion of an injector body ( 22 ) so that between the injector body ( 22 ) and the anchor ( 7 ) a working air gap ( 23 ) is formed. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektorkörper (22) eine an eine Kraftstoffhochdruckquelle anschließbare zentrale Bohrung (24) besitzt, die in den Arbeitsluftspalt (23) mündet.Fuel injector according to claim 11, characterized in that the injector body ( 22 ) a connectable to a high-pressure fuel source central bore ( 24 ), which enters the working air gap ( 23 ) opens.

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