-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor für selbstzündende Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
-
Ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2010 000 827 A1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor weist einen in einem Niederdruckbereich seines Injektorgehäuses angeordneten Drucksensor auf, der von einer Stirnseite eines Ankerbolzens kraftbeaufschlagt ist. Auf die dem Drucksensor abgewandten Stirnseite des Ankerbolzens wirkt der in einem Steuerraum herrschende hydraulische Druck. Der Ankerbolzen ist in einer Durchgangsbohrung eines Magnetankers angeordnet, der wiederum als Bestandteil eines Steuerventils dazu dient, in Abhängigkeit seiner axialen Stellung den Abfluss von Druckmittel aus dem Steuerraum zu steuern. Über die Beeinflussung des Drucks im Steuerraum lässt sich das Freigeben bzw. Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung im Injektorgehäuse durch eine Düsennadel steuern. Der Drucksensor liefert Hinweise auf dem Druck im Steuerraum und somit zumindest indirekt auf die augenblickliche Stellung der Düsennadel. Zwar kann aus dem Druck im Steuerraum zumindest indirekt auch auf die Stellung des Magnetankers geschlossen werden, eine direkte Messung des Ankerhubs des Magnetankers ist durch die in der genannten Schrift vorgesehene Anordnung des Ankerbolzens, des Magnetankers und des Drucksensors jedoch nicht möglich. Dies rührt bei dem bekannten Kraftstoffinjektor insbesondere daher, dass eine den Magnetanker in seine dem Abfluss von Kraftstoff bzw. Druckmittel aus dem Steuerraum verschließende Stellung dienende Ankerfeder sich auf der dem Magnetanker abgewandten Seite an einem gehäusefesten Element außerhalb des Drucksensors abstützt. Man könnte nun zwar versuchen, beispielsweise durch eine Vergrößerung der Fläche des Drucksensors auch die dem Drucksensor zugewandte Stirnseite der Ankerfeder in Wirkverbindung mit dem Drucksensor zu bringen bzw. anzuordnen, eine derartige konstruktive Ausbildung benötigt jedoch nicht nur einen speziell ausgebildeten Drucksensor, der insbesondere durch eine vergrößerte Druckfläche sichergestellt, dass die von dem Magnetanker auf die Ankerfeder auf den Drucksensor wirkende Kraft erfasst werden kann. Der Aufwand und Raumbedarf für einen derartigen Drucksensor ist jedoch relativ hoch.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor, insbesondere Common-Rail-Injektor für selbstzündende Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die von dem Magnetanker auf die Ankerfeder wirkende Kraft, aus der auf den augenblicklichen Hub des Magnetankers geschlossen werden kann, auf besonders einfache und sichere Art und Weise auf den Drucksensor übertragen werden kann.
-
Hierzu schlägt es die Lehre der Erfindung vor, dass sich die Ankerfeder auf der dem Magnetanker abgewandten Seite zumindest mittelbar in axialer Richtung an dem Ankerbolzen abstützt, sodass durch den Ankerbolzen auf den Drucksensor zusätzlich zu dem im Steuerraum herrschenden hydraulischen Druck eine Federkraft der Ankerfeder übertragbar ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die aus dem im Steuerraum herrschenden hydraulischen Druck und die in Abhängigkeit der Stellung des Magnetankers wirkende Federkraft gemeinsam über den Ankerbolzen auf den Drucksensor übertragen werden. Dadurch wird beispielsweise auch bei einem Drucksensor, der lediglich im Bereich des Querschnitts des Ankerbolzens eine optimale Kraftübertragung bzw. Krafterfassung ermöglicht, eine Messung der von dem Magnetanker stellungsabhängigen Federkraft der Ankerfeder erzielt.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
-
Die Kopplung zwischen dem Ankerbolzen und der Ankerfeder erfolgt bevorzugt dadurch, dass die dem Magnetanker abgewandte Stirnseite der Ankerfeder sich zumindest mittelbar an dem Ankerbolzen abstützt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Art und Weise der Kraftübertragung von der Ankerfeder über den Ankerbolzen auf den Drucksensor.
-
In einer ersten konstruktiven Ausgestaltung der Kraftübertragung von der Ankerfeder auf den Ankerbolzen ist es vorgesehen, dass sich die Ankerfeder an einem von dem Ankerbolzen separaten Element axial abstützt, wobei das separate Element mit dem Ankerbolzen verbunden ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass ein bestehender Ankerbolzen auf besonders einfacher Art und Weise in seiner Geometrie abgeändert werden kann, um die erfindungsgemäße Abstützung auszubilden. Weiterhin wird dadurch der Materialbedarf für die Herstellung eines zur Abstützung geeigneten Ankerbolzens minimiert.
-
In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass zwischen dem separaten Element und dem Ankerbolzen eine Formschlussverbindung ausgebildet ist. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass das separate Element als Normelement in Form einer Ringscheibe bzw. Sprengring oder ähnlichem ausgebildet ist.
-
Hierzu kann es insbesondere auch vorgesehen sein, dass der Ankerbolzen eine radial um seine Längsachse umlaufende Nut oder einen radial umlaufenden Absatz aufweist, an dem das Element anliegt und sich somit an dem Ankerbolzen axial abstützt.
-
In alternativer Ausgestaltung zu einem mit dem Ankerbolzen mittels einer Formschlussverbindung verbundenen separaten Element kann es auch vorgesehen sein, dass das separate Element mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels einer Laserschweißnaht, mit dem Ankerbolzen verbunden ist. Eine derartige Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass beispielsweise die axiale Position des separaten Elements in Bezug zur Längsachse des Ankerbolzens sehr einfach variiert werden kann und/oder dass der Ankerbolzen hinsichtlich seiner Fertigung insofern vereinfacht wird, als dass beispielsweise keine radial umlaufende Nut oder ein radial umlaufender Absatz vorgesehen werden muss.
-
In wiederum alternativer Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, dass auf ein separates Element, das mit dem Ankerbolzen verbunden ist, verzichtet wird.
-
In diesem Fall ist es vorgesehen, dass sich die Ankerfeder unmittelbar an einer radial um eine Längsachse des Ankerbolzens umlaufenden Anschlagfläche des Ankerbolzens axial abstützt.
-
Insbesondere mit Blick auf die konstruktive Ausbildung des Kraftstoffinjektors im Bereich des Drucksensors und eines Magnetkerns kann es darüber hinaus aus raumökonomischen Gründen beispielsweise zur Anordnung eines Spannelements für den Magnetkern o.ä. vorteilhaft sein, wenn zwischen dem Drucksensor und der dem Drucksensor zugewandten Stirnseite der Ankerfeder ein Abstand ausgebildet ist.
-
Als Drucksensoren eignen sich bevorzugt Drucksensoren unter Verwendung von Piezoelementen, die mit hinreichender Genauigkeit bei einer Druckbeaufschlagung Spannungssignale liefern, und die hinsichtlich ihrer Baugröße sich besonders kompakt ausbilden lassen.
-
Um lediglich von dem Ankerbolzen bzw. der Ankerfeder erzeugte Kräfte durch den Drucksensor zu erfassen, ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn sich der Drucksensor auf der der Ankerfeder und dem Ankerbolzen abgewandten Seite an einem gehäusefesten Element axial abstützt, sodass der Drucksensor lediglich in Wirkverbindung mit dem Ankerbolzen angeordnet ist.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
-
Diese zeigt in der einzigen Figur einen ausschnittsweisen Axialschnitt im Bereich eines Kraftstoffinjektors.
-
Der in der Figur ausschnittsweise dargestellte Kraftstoffinjektor 10 ist als sogenannter Common-Rail-Injektor für selbstzündende Brennkraftmaschinen ausgebildet und dient dem Einspritzen von Kraftstoff in den nicht gezeigten Brennraum der Brennkraftmaschine.
-
Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein mehrteilig ausgebildetes Injektorgehäuse 12 mit einem Hochdruckraum 14 auf, der über einen Zulaufkanal 16 mit unter Hochdruck bzw. Systemdruck stehendem Kraftstoff (dessen Druck insbesondere mehr als 1800bar beträgt) versorgbar ist. Innerhalb des Hochdruckraums 14 ist eine entlang einer Längsachse 18 hubbeweglich angeordnete Ventilnadel in Form einer Düsennadel 20 angeordnet. Die Düsennadel 20 dient zum Freigeben bzw. Verschließen wenigstens einer im Injektorgehäuse 12 ausgebildeten Einspritzöffnung 22.
-
Mittels einer Schließfeder 24 ist die Düsennadel 20 in ihre abgesenkte, die wenigstens eine Einspritzöffnung 22 verschließende Position kraftbeaufschlagt. Die Schließfeder 24 stützt sich auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung 22 abgewandten Stirnseite an einer Stirnfläche eines Ventilstücks 26 ab. Das Ventilstück 26 begrenzt den Hochdruckraum 14 und weist eine konzentrisch zur Längsachse 18 angeordnete, in etwa sacklochförmige Aufnahme 28 auf. In die Aufnahme 28 taucht der der wenigstens einen Einspritzöffnung 22 abgewandte Endbereich 30 der Düsennadel 20 axial ein und begrenzt innerhalb der Aufnahme 28 einen Steuerraum 32. Der Steuerraum 32 wird beispielsweise mittels eines eine Zulaufdrossel aufweisenden Zulaufkanals 34 mit unter Hochdruck stehenden Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 14 befüllt.
-
Auf der der Düsennadel 20 abgewandten Seite geht vom Grund der Aufnahme 28 eine im Ventilstück 26 ausgebildete, konzentrisch zur Längsachse 18 verlaufende Ablaufbohrung 36 mit integrierter Ablaufdrossel aus, die in einen Niederdruckbereich 38 des Injektorgehäuses 12 mündet. Der Niederdruckbereich 38 ist wiederum über einen Kraftstoffablauf 40 beispielsweise mit einem Kraftstofftank oder ähnlichem verbunden.
-
Der Abfluss von Druckmittel bzw. Kraftstoff aus dem Steuerraum 32 in den Niederdruckbereich 38 wird mittels eines druckausgeglichenen Steuerventils 42 gesteuert. Das Steuerventil 42 umfasst einen Magnetanker 44, der in Richtung der Längsachse 18 hubbeweglich angeordnet ist. Der Magnetanker 44, der im Ausführungsbeispiel scheiben- bzw. hutförmig ausgebildet ist, wirkt mit einem Elektromagneten 46 zusammen, der einen Magnetkern 48 und eine in einer radial um die Längsachse 18 umlaufenden Ausnehmung angeordnete Magnetspule 50 aufweist. Bei einer Bestromung der Magnetspule 50 wird der Magnetanker 44 in an sich bekannter Art und Weise in Richtung des Magnetkerns 48 bzw. der Magnetspule 50 gezogen. In der in der Figur dargestellten, abgesenkten Position des Magnetankers 44 bildet eine radial umlaufende Dichtkante 52 des Magnetankers 44 zusammen mit einem Mündungsbereich 54 am Ventilstück 26 einen Dichtsitz 56 aus, der einen Abfluss von Druckmittel bzw. Kraftstoff aus dem Steuerraum 32 verhindert.
-
Der Magnetanker 44 weist eine konzentrisch zur Längsachse 18 ausgebildete Durchgangsbohrung 58 auf, die von einem stiftförmigen Ankerbolzen 60 durchsetzt ist. Auf die dem Steuerraum 32 zugewandte Stirnfläche 62 des Ankerbolzens 60 wirkt der in dem Steuerraum 32 herrschende hydraulische Druck. Der Magnetanker 44 ist radial im Ventilstück 26 geführt.
-
Auf der dem Steuerraum 32 abgewandten Seite ragt der Ankerbolzen 62 mit einem Teilbereich seiner Länge aus dem Magnetanker 44 heraus und wirkt mit seiner dem Steuerraum 32 abgewandten Stirnfläche 64 zumindest mittelbar auf einen Drucksensor 66. Der Drucksensor 66 ist insbesondere unter Verwendung wenigstens eines Piezoelements 68 ausgebildet, das in Abhängigkeit des auf das Piezoelement 68 wirkenden mechanischen Drucks des Ankerbolzen 60 ein Spannungssignal erzeugt, aus dem zumindest mittelbar auf den hydraulischen Druck im Steuerraum 32 und somit auf die Position der Düsennadel 20 geschlossen werden kann. Der Drucksensor 66 stützt sich auf der dem Ankerbolzen 60 abgewandten Seite an einem ortsfesten Gehäuseelement 80 ab.
-
Der Außenumfang des Ankerbolzens 60, dessen Längsachse mit der Längsachse 18 fluchtet, ist darüber hinaus radial von einer Ankerfeder 70 umgeben, die den Magnetanker 44 in seine Schließposition kraftbeaufschlagt, in der ein Abfluss von Druckmittel bzw. Kraftstoff aus dem Steuerraum 32 in den Niederdruckbereich 38 unterbunden wird. Hierzu stützt sich die Ankerfeder 70 mit einer ersten Stirnseite 71 axial an den Magnetanker 44, und mit einer zweiten Stirnseite 72 an einem mit dem Ankerbolzen 70 verbundenen, separaten Element 74 ab, wobei das Element 74 als Anschlagelement für die Ankerfeder 70 wirkt.
-
Beispielhaft weist der Ankerbolzen 60 eine radial um die Längsachse 18 umlaufende Ringnut 76 auf, wobei das separate Element 74 in Form beispielsweise einer Ringscheibe bzw. eines Sprengrings ausgebildet ist, die bzw. der formschlüssig in die Ringnut 76 eingreift, um eine Formschlussverbindung 78 zwischen dem Element 74 und dem Ankerbolzen 60 auszubilden. Dadurch, dass die in Abhängigkeit der axialen Position des Magnetankers 44 auf die Ankerfeder 70 wirkende Federkraft über das Element 74 auf dem Ankerbolzen 60 wirkt, wirkt auch die von der Ankerfeder 70 verursachte Federkraft unmittelbar auf den Drucksensor 66.
-
Weiterhin ist erkennbar, dass zwischen dem Element 74 bzw. der Stirnseite 72 der Ankerfeder 70 ein Abstand a zum Drucksensor 66 ausgebildet ist.
-
Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise denkbar, auf ein separates Element 74 als Axialanschlag für die Ankerfeder 70 zu verzichten und den Ankerbolzen 60 stattdessen mit einem radial umlaufenden Absatz bzw. Stufe oder ähnlichem auszubilden, an dem die Ankerfeder 70 mit der Stirnseite 72 axial unmittelbar anliegt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010000827 A1 [0002]
