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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend 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 direkten oder indirekten Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel, wobei die Magnetspule mit einem Anker und dieser mit einer Ankernadel zusammenwirkt, wobei weiterhin der Anker und/oder die Ankernadel in einem Magnetkörper geführt ist, und wobei die Ankernadel direkt oder indirekt mit der Düsennadel zusammenwirkt.
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Stand der Technik
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Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der
DE 10 2010 028 835 A1 bekannt. Dieser Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine weist einen Magnetaktor zur direkten Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel sowie eine zweistufige Übersetzungseinrichtung auf. In einer ersten Stufe bewirkt die Übersetzungseinrichtung eine Kraftübersetzung, um die erforderliche Düsennadelöffnungskraft zu realisieren. Nach dem anfänglichen Öffnen der Düsennadel schaltet die Übersetzungseinrichtung auf eine zweite Stufe um, in der eine Wegübersetzung bewirkt werden kann. Der Magnetaktor sowie ein Anker und eine Magnetnadel sowie die Übersetzungseinrichtung sind entweder im Wesentlichen in einem Magnetkörper angeordnet, der zwischen einem Injektorhaltekörper und einem Düsenkörper angeordnet ist, oder aber in dem Injektorkörper zumindest weitgehend eingebaut.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor anzugeben, der bei einem einfachen und abdichtungstechnisch optimierten Aufbau kompakt baut.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Magnetkörper in den Düsenkörper eingesetzt und als Führungshülse für die Ankernadel und/oder den Anker ausgebildet ist. Durch den Einbau des Magnetkörpers in den Düsenkörper baut der Antrieb für die Düsennadel wesentlich kompakter und es entfällt eine kritische Hochdruckdichtstelle gegenüber dem Umgebungsdruck, die bei einer Anordnung des Magnetkörpers zwischen dem Düsenkörper und dem Injektorkörper vorhanden ist. Die Ausbildung des Magnetkörpers als Führungshülse für insbesondere die Ankernadel trägt ebenfalls zu einem kompakten Aufbau des Kraftstoffinjektors bei.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Führungshülse in eine zylinderförmige Ausnehmung in dem Düsenkörper eingesetzt. Eine solche zylinderförmige Ausnehmung, die in Verlängerung einer Hochdruckbohrung für die Düsennadel angeordnet ist, und einen größeren Durchmesser als die Hochdruckbohrung aufweist, ist bei der Fertigung des Düsenkörpers einfach und kostengünstig herstellbar. Dabei sind an die Oberflächengüte der Ausnehmung geringere Anforderungen als an die Oberfläche der Hochdruckbohrung gestellt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung stützt sich die Führungshülse magnetspulenseitig an einem amagnetischen Trennkörper in Form einer Trennscheibe und düsennadelseitig direkt oder indirekt an dem Düsenkörper ab. Der amagnetische Trennkörper stellt eine magnetische Trennung zwischen dem Injektorkörper und dem Düsenkörper sicher und bewirkt zudem durch entsprechende Materialwahl und Oberflächenbeschaffenheit an den Fügestellen zu dem Injektorkörper und dem Düsenkörper eine zuverlässige Abdichtung dieser Bauteile zueinander und zur Umgebung.
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In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Führungshülse und dem Düsenkörper eine Feder angeordnet, die beispielsweise als Tellerfeder ausgebildet sein kann. Diese Feder drückt einen Abstützmantel der Führungshülse gegen den Trennkörper und sorgt somit für einen festen Sitz der Führungshülse in der Ausnehmung. Die Feder kann sich direkt an dem Düsenkörper oder aber, wie nachfolgend beschrieben wird, an einer Kopplerscheibe abstützen, wobei die Kopplerscheibe sich dann an dem Düsenkörper abstützt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Führungshülse und der Bodenwand der Ausnehmung eine Kopplerscheibe angeordnet. Dabei ist in einer bevorzugten Ausgestaltung zwischen der Kopplerscheibe und der Führungshülse die zuvor beschriebene Feder angeordnet, die somit den festen Sitz sowohl der Führungshülse als auch der Kopplerscheibe sicherstellt. Die Feder kann aber auch eingespart werden, wenn die Führungshülse und/oder die Kopplerscheibe eine spielausgleichende Eigenschaft aufweist. So kann beispielsweise insbesondere der Abstützmantel federnd aufgebaut sein und beispielsweise mit der Struktur einer Rohrfeder versehen sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in die Kopplerscheibe ein an die Stirnseite der Düsennadel angrenzender Kopplerraum eingelassen. Dieser Kopplerraum umgibt die Ankernadel, die sich im Ruhezustand an der Stirnseite der Düsennadel abstützt. Die Ankernadel hat zumindest im Bereich des Kopplerraums einen geringeren Durchmesser als die Düsennadel im Bereich ihrer Stirnseite. Wird die Ankernadel durch Bestromung der Magnetspule um ein geringes Maß von der Stirnseite der Düsennadel weg bewegt, erfolgt durch die so hervorgerufene Volumenvergrößerung in dem Kopplerraum eine Druckabsenkung in dem Kopplerraum und die Düsennadel wird von ihrer Verschlussstellung der zumindest einen Einspritzöffnung in die Freigabestellung der zumindest einen Einspritzöffnung bewegt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist in die Führungshülse eine düsennadelseitige Hülsenausnehmung eingelassen. In diese Hülsenausnehmung ist wiederum in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Ankernadelfeder eingesetzt, die wiederum in weiterer Ausgestaltung zwischen einer Hülsenausnehmungsbodenwand und ein mit der Ankernadel verbundenen Abstützscheibe eingespannt ist. Die Ankernadelfeder drückt somit im Ruhezustand des Systems die Ankernadel gegen die Stirnseite der Düsenadel. Der Einbau der Ankernadelfeder und der Abstützscheibe in die Hülsenausnehmung trägt ebenfalls zu einer Reduzierung des notwendigen Bauraums bei.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in den Anker ein Kraftstoffkanal eingelassen. Dieser Kraftstoffkanal verbindet eine in den Injektorkörper eingelassene Kraftstoffzuführung mit einem weiterführenden Kraftstoffkanal, der in die Führungshülse eingelassen ist. Bevorzugt ist der Kraftstoffkanal im Bereich der Führung für die Ankernadel angeordnet, wobei dieser Kraftstoffkanal in mehrere Teilkanäle aufgeteilt sein kann. Diese Teilkanäle können beispielsweise als Längsnuten in die Führung für die Ankernadel in die Führungshülse eingelassen sein. Es ist aber auch möglich, den Kraftstoffkanal als eine oder mehrere Längsabflachungen auszubilden, wobei die Abflachungen an der Oberfläche der Ankernadel angeordnet sind. Der so in die Hülsenausnehmung gelangte Kraftstoff wird entlang der Kopplerscheibe und der Düsennadel zu einem der Einspritzöffnung vorgelagerten Düsenkörperraum geführt. Gleichzeitig gelangt der Kraftstoff in den zuvor beschriebenen Kopplerraum.
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Durch die zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Kraftstoffinjektors baut der Anker und die Ankernadel deutlich kürzer und kompakter, was auch hinsichtlich der von der Magnetspule zu bewegenden Masse einen Vorteil darstellt. Der Kraftstoffinjektor kann somit insgesamt kürzer gebaut werden oder aber bei einer unveränderten Baulänge des Kraftstoffinjektors kann ein Minirailvolumen, das bevorzugt im Bereich des die Düsennadel umgebenden Düsenkörpers angeordnet ist, vergrößert werden. Auch besteht keine Notwendigkeit, gegenüber heutigen Injektoren die Düsenspannmutter zu verlängern. Auf eine Düsennadelfeder kann verzichtet werden, da die Ankernadel und die Düsennadel hydraulisch gekoppelt sind und die Ankernadelfeder durch direkten Kontakt der Düsennadel und der Ankernadel im betrieblosen Zustand die Düsennadel geschlossen hält.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in der einzigen Figur dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor.
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Ausführungsform der Erfindung
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Der nach 1 in einem Längsschnitt schematisch dargestellte Kraftstoffinjektor ist Teil insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, wobei mit dem Kraftstoffinjektor Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, in einen zugeordneten Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Dabei wird von einer Hochdruckpumpe des Common-Rail-Einspritzsystems Kraftstoff bis zu einem Druck von 3.000 bar verdichtet und in einem Druckspeicher gespeichert. Dieser Druckspeicher ist über eine Hochdruckleitung mit einem Anschlussstutzen 1 an einem Injektorkörper 2 des Kraftstoffinjektors verbunden. Der Injektorkörper 2 weist eine den Anschlussstutzen 1 durchdringende und an einer gegenüberliegenden Stirnfläche mündende Kraftstoffzuführleitung 3 auf. Der Injektorkörper 2 ist weiterhin mittels einer Düsenspannmutter 4 mit einem Düsenkörper 5 verschraubt. Hierbei stützt sich die Düsenspannmutter 4 mit einem Spannmutterhals 6 an einem Ringabsatz des Düsenkörpers 5 ab, während das gegenüberliegende Ende der Düsenspannmutter 4 ein Innengewinde 7 aufweist, das mit einem Außengewinde des Injektorkörpers 2 zusammenwirkt. Im Bereich der gegenüberliegenden Injektorkörper 2 und Düsenkörper 5 ist eine Magnetspule 8 angeordnet, die beispielsweise als außenliegende Magnetspule 8 ausgebildet ist und in eine in den Injektorkörper 2 und den Düsenkörper 5 eingelassene Außenausnehmung eingesetzt ist. Zwischen dem Injektorkörper 2 und dem Düsenkörper 5 ist ein amagnetischer Trennkörper 9 angeordnet, der zudem eine flüssigkeitsdichte Abdichtung des Injektorkörpers 2 gegenüber dem Düsenkörper 5 zur Umgebung hin sicherstellt.
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In den Düsenkörper 5 ist eine zylinderförmige Ausnehmung 10 und eine bis zu einer Düsenkörperspitze 11 reichende Hochdruckbohrung 12 eingelassen. In die Düsenkörperspitze 11 ist zumindest eine Einspritzöffnung 13 eingelassen, während in der Hochdruckbohrung 12 eine Düsenadel 14 hubbeweglich geführt ist. Die Hubbeweglichkeit ist so ausgelegt, dass die Düsennadel 14 zum Freigeben oder Verschließen der wenigstens einen Einspritzöffnung 13 axial in der Hochdruckbohrung 12 verstellt werden kann.
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In die Ausnehmung 10 ist insbesondere ein als Führungshülse 15 ausgebildeter Magnetkörper eingesetzt, der sich mit einem dünnwandigen Abstützmantel 16 an dem Trennkörper 9 abstützt. Auf der gegenüberliegenden Seite der Führungshülse 15 wirkt diese mit einer als Tellerfeder ausgebildeten Feder 17 zusammen, die sich ihrerseits auf einer Kopplerscheibe 18 abstützt. Die Kopplerscheibe 18 liegt auf einer Bodenwand 19 der Ausnehmung 10 auf. Die Führungshülse 15 und insbesondere die Kopplerscheibe 18 sind somit platzsparend in der Ausnehmung 10 des Düsenkörpers 5 untergebracht.
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Die Führungshülse 15 weist eine mittige Führungsbohrung 30 auf, in der eine mit einem Anker 20 zusammenwirkende Ankernadel 21 geführt ist. Bei einer Bestromung der Magnetspule 8 wird der Anker 20 mitsamt der Ankernadel 21 um ein geringes Maß nach oben bewegt. Auf der gegenüberliegenden Seite stützt sich die Ankernadel 21 mit einem Abschnitt 22, der einen verringerten Durchmesser aufweist, auf der Stirnseite 23 der Düsennadel 14 ab. Dabei durchdringt der Abschnitt 22 der Ankernadel 21 eine Bohrung in der Kopplerscheibe 18. In der Kopplerscheibe 18 ist benachbart zu der Stirnseite 23 der Düsennadel 14 ein Kopplerraum 24 gebildet, der wie der gesamte freie Innenraum des Kraftstoffinjektors befüllt ist. Wird nun der Anker 20 und die Ankernadel 21 durch Bestromung der Magnetspule 8 nach oben bewegt, vergrößert sich durch Abheben des Abschnittes 22 der Ankernadel 21 von der Stirnseite 23 der Düsennadel 14 das Volumen des Kopplerraums 24, so dass in dem Kopplerraum 24 ein Druckabfall stattfindet. Dieser Druckabfall bewirkt, dass sich die Düsennadel 14 von ihrer Verschlussstellung der Einspritzöffnung 13 in die Freigabestellung der Einspritzöffnung 13 bewegt. In einem im Bereich der Düsenkörperspitze 11 angeordneten Düsenkörperraum 25 befindlicher Kraftstoff wird dann durch die Einspritzöffnung 13 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Wird die Bestromung der Magnetspule 8 aufgehoben, wird die Ankernadel 21 von einer Ankernadelfeder 26 nach unten bewegt und drückt die Düsennadel 14 in ihre Verschlussstellung. Die Ankernadelfeder ist in eine Hülsenausnehmung 28 in der Führungshülse 15 eingesetzt und stützt sich an dieser und einer mit der Ankernadel 21 verbundenen Abstützscheibe 27 ab. Die Hülsenausnehmung 28 ist durch mittels Abflachungen an der Ankernadel 21 im Bereich der Führung in der Führungshülse 15 gebildete Längskanäle mit einer Kraftstoffkanal 29 in dem Anker 20 verbunden. Der Kraftstoffkanal 29 steht in einer Strömungsverbindung mit der Kraftstoffzuführung 3, so dass auf diese Weise der Kraftstoff bis in die Hülsenausnehmung 28 geführt ist. Von dieser wird der Kraftstoff durch Aussparungen an der Kopplerscheibe 18 und entlang der n-fachen Flachführung der Düsennadel 14 in den Düsenkörperraum 25 geführt.
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Zusammenfassend ist somit ein Kraftstoffinjektor geschaffen, der bei einem abdichtungstechnisch optimierten Aufbau sehr kompakt baut.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010028835 A1 [0002]