EP2409012A1 - Vorrichtung zum einspritzen von kraftstoff in den brennraum einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum einspritzen von kraftstoff in den brennraum einer brennkraftmaschine

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EP2409012A1 EP10710156A EP10710156A EP2409012A1 EP 2409012 A1 EP2409012 A1 EP 2409012A1 EP 10710156 A EP10710156 A EP 10710156A EP 10710156 A EP10710156 A EP 10710156A EP 2409012 A1 EP2409012 A1 EP 2409012A1
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Definitions

  • the invention relates to a device for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine comprising an injection nozzle with an axially displaceable nozzle needle, which can be acted upon to control its opening and closing movement of the prevailing in a fuel-filled control chamber pressure in the axial direction, wherein the pressure is controlled in the control chamber via an at least one inlet or outlet channel for fuel opening or closing solenoid valve, in which a coil having a coil coil cooperates with an armature and the armature is pressed against a valve seat valve closure member, wherein the armature disposed in an armature space is, in which the inlet and outlet channel opens.
  • servo-controlled injection injectors for internal combustion engines, in particular in common-rail injection systems, the control of the injection takes place with the aid of a solenoid valve.
  • the solenoid valve controls the outflow of fuel from the control chamber of an injection nozzle.
  • a servo-controlled injection injector according to the prior art is shown in Fig.l.
  • Fig.l shows the schematic structure of a modular common rail injection system. From the fuel tank 1 2 fuel is sucked with a prefeed pump and brought from the high pressure pump 3 to the required system pressure and fed to the injection injector 4.
  • the injector 4 consists of an injection nozzle 5, a throttle plate 6, a solenoid valve 7, a (not shown) with a high pressure accumulator equipped injector body 8 and a nozzle retaining nut 9, which holds the parts together.
  • the solenoid valve 7 is closed, so that high-pressure fuel from the high-pressure bore 10 via the transverse groove 11 and the inlet throttle 12 flows into the control chamber 13 of the nozzle 5, the outflow from the control chamber 13 via the outlet throttle 14 but at the valve seat 15 of the magnetic valve. tils 7 is blocked.
  • the solenoid valve 7 If the solenoid valve 7 is actuated by controlling the electromagnet and the solenoid valve member 27 is lifted against the force of the solenoid valve spring 26 from the valve seat 15, it releases the flow through the valve seat 15, and fuel flows from the control chamber 13 through the outlet throttle 14, the Solenoid valve armature chamber 19, the outlet column 20, the relief bore 21 and the low-pressure bore 22 back into the fuel tank 1. It sets a defined by the flow cross-sections of inlet throttle 12 and outlet throttle 14 equilibrium pressure in the control chamber 13, which is so low that the in Nozzle space 23 applied system pressure in the nozzle body 29 longitudinally displaceable guided nozzle needle 17 is able to open, so that the injection holes 24 are released and the injection takes place.
  • the actual magnetic coil 28 (consisting of a plastic winding carrier and the copper wire threads) is in direct contact with fuel, so that when cavitation occurs in the system, especially in plastic components, as used for the winding support of the solenoid 28, Damage due to cavitation erosion may occur. Cavitation arises as follows:
  • the present invention now aims to avoid such damage due to cavitation erosion.
  • the injection device of the type mentioned is substantially further developed such that the magnetic coil is covered on the armature space side of a metallic protective plate.
  • the armature space facing surface of the magnetic coil i. the side of the magnetic coil exposed to cavitation is effectively protected from damage by the inventive arrangement of a metallic protective plate.
  • This structurally very simple measure of the arrangement of a metallic protective plate makes it possible to effectively prevent cavitation erosion on the (plastic) winding carrier without structural alterations or adjustments or material changes having to be carried out on the winding carrier.
  • the protective plate is of annular design and in which the annular cavity of the magnetic pot or the hollow space accommodating the coil is arranged so as to cover it.
  • the determination of the protective plate can be done in various ways. For example, a preferred embodiment provides that the protective plate is pressed into the magnet pot. This has the advantage of easy installation while maintaining a sufficiently high holding power. Alternatively it can be provided that the protective plate is welded to the magnet pot.
  • a further preferred embodiment provides that the ring-shaped protective plate is held in the cavity of the magnet pot by means of tongues overlapping the protective plate, the tongues advantageously being formed from the material of the magnet pot, preferably by pressing on a caulking tool having projecting teeth.
  • the inventive arrangement of a metallic protective plate naturally entails the risk that the operation of the electromagnet is impaired. In particular, it can lead to a disturbance of the magnetic field lines.
  • the protective plate consists of a metal which does not disturb the magnetic field lines, preferably of stainless steel.
  • FIG. 2 shows a detailed view of an injection injector according to FIG. 1, which carries the protective plate according to the invention
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment
  • FIG. 4 shows a further alternative embodiment.
  • Fig. 2 shows an embodiment of a magnet pot 25 according to the present invention.
  • a metal plate 30 is mounted for protection, which is pressed into the magnet pot 25 at its side edges 31.
  • the metal plate 30 is preferably such that it does not disturb the structure of the magnetic field lines in the magnetic circuit, for example by using a stainless steel.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of the invention.
  • the metal disc 30 is welded at the locations 32 with the magnetic pot 25.
  • 4 shows a further alternative embodiment of the invention.
  • the metal disk 30 is loosely inserted in the magnetic pot 25 in front of the magnetic coil 28 in a first step.
  • a caulking tool 33 which has teeth 34 protruding several times on the circumference, preferably six to eight times inside and outside the coil window, is caulked.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend eine Einspritzdüse (5) mit einer axial verschieblichen Düsennadel (17), welche zur Steuerung ihrer Öffnungs- und Schließbewegung von dem in einem mit Kraftstoff gefüllten Steuerraum (13) herrschenden Druck in axialer Richtung beaufschlagbar ist, wobei der Druck im Steuerraum (13) über ein wenigstens einen Zu- oder Ablauf kanal (14) für Kraftstoff öffnendes oder schließendes Magnetventil (7) gesteuert wird, bei welchem eine Magnetspule (28) mit einem Anker (27) zusammenwirkt und mit dem Anker (27) ein gegen einen Ventilsitz (15) pressbares Ventilschließglied gekuppelt ist, wobei der Anker (27) in einem Ankerraum (19) angeordnet ist, in welchen der Zu- bzw. Ablaufkanal (14) mündet, ist die Magnetspule (28) ankerraumseitig von einer metallischen Schutzplatte (30) abgedeckt.

Description

Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend eine Einspritzdüse mit einer axial verschieblichen Düsennadel, welche zur Steuerung ihrer Öffnungs- und Schließbewegung von dem in einem mit Kraftstoff gefüllten Steuerraum herrschenden Druck in axialer Richtung beaufschlagbar ist, wobei der Druck im Steuerraum über ein wenigstens einen Zu- oder Ablaufkanal für Kraftstoff öffnendes oder schließendes Magnetventil gesteuert wird, bei welchem eine einen Wicklungsträger aufweisende Spule mit einem Anker zusammenwirkt und mit dem Anker ein gegen einen Ventilsitz pressbares Ventilschließglied gekuppelt ist, wobei der Anker in einem Ankerraum angeordnet ist, in welchen der Zu- bzw. Ablaufkanal mündet.
Bei servogesteuerten Einspritzinjektoren für Brennkraftmaschinen, insbesondere in Common-Rail Einspritzsystemen, erfolgt die Steuerung der Einspritzung mit Hilfe eines Magnetventils. Das Magnetventil steuert den Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum einer Einspritzdüse. Ein servogesteuerter Einspritzinjektor gemäß dem Stand der Technik ist in Fig.l dargestellt.
Fig.l zeigt den schematischen Aufbau eines modularen Common- Rail-Einspritzsystems. Aus dem Kraftstofftank 1 wird mit einer Vorförderpumpe 2 Kraftstoff angesaugt und von der Hochdruckpumpe 3 auf den erforderlichen Systemdruck gebracht und dem Einspritzinjektor 4 zugeführt. Der Injektor 4 besteht aus einer Einspritzdüse 5, einer Drosselplatte 6, einem Magnetventil 7, einem mit einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) ausgestatteten Injektorkörper 8 und einer Düsenspannmutter 9, die die Teile zusammenhält. Im Ruhezustand ist das Magnetventil 7 geschlossen, sodass Hochdruckkraftstoff aus der Hochdruckbohrung 10 über die Quernut 11 und die Zulaufdrossel 12 in den Steuerraum 13 der Düse 5 strömt, der Abfluss aus dem Steuerraum 13 über die Ablaufdrossel 14 aber am Ventilsitz 15 des Magnetven- tils 7 blockiert ist. Der im Steuerraum 13 anliegende System- druck drückt gemeinsam mit der Kraft der Düsenfeder 16 die Düsennadel 17 in den Düsennadelsitz 18, sodass die Spritzlöcher 24 verschlossen sind.
Wird das Magnetventil 7 betätigt, indem der Elektromagnet angesteuert und das Magnetventilglied 27 gegen die Kraft der Magnetventilfeder 26 aus dem Ventilsitz 15 gehoben wird, gibt es den Durchfluss über den Ventilsitz 15 frei, und Kraftstoff strömt aus dem Steuerraum 13 durch die Ablaufdrossel 14, den Magnetventilankerraum 19, die Ablaufspalte 20, die Entlastungsbohrung 21 und die Niederdruckbohrung 22 zurück in den Kraftstofftank 1. Es stellt sich ein durch die Strömungsquerschnitte von Zulaufdrossel 12 und Ablaufdrossel 14 definierter Gleichge- wichtsdruck im Steuerraum 13 ein, der so gering ist, dass der im Düsenraum 23 anliegende Systemdruck die im Düsenkörper 29 längs verschieblich geführte Düsennadel 17 zu öffnen vermag, sodass die Spritzlöcher 24 freigegeben werden und die Einspritzung erfolgt.
Aufgrund der Geometrie des Magnetventils 7 steht die eigentliche Magnetspule 28 (bestehend aus einem Kunststoff- Wicklungsträger und den Kupferdrahtsindungen) in direktem Kontakt mit Kraftstoff, sodass bei Auftreten von Kavitation im System insbesondere bei Kunststoffbauteilen, wie sie für den Wicklungsträger der Magnetspule 28 verwendet werden, Schäden infolge Kavitationserosion auftreten können. Kavitation entsteht dabei folgendermaßen:
Bei geöffnetem Ventilsitz 15 liegt der Anker 27 direkt am Hubanschlag des Magnettopfes 25 auf, sodass nur mehr ein sehr kleiner Restluftspalt von 50 — 80 μm zwischen Anker 27 und Magnettopf 25 verbleibt. Wird der Magnet abgeschaltet, entsteht in diesem Restluftspalt infolge der Kraft der Ventilfeder 26 ein derart starker Unterdruck, dass der im Restluftspalt vorhandene Kraftstoff für kurze Zeit zumindest teilweise verdampft. In weiterer Folge kommt es wieder zu einem Druckanstieg, sodass die Dampfblasen implodieren. Passiert dies an der Oberfläche des Wicklungsträgers der Magnetspule 28, kommt es dort zu Kavitationserosion, die bei langen Laufzeiten bis zu den Kupferwicklungen der Magnetspule 28 vordringen und diese schließlich zerstören kann, was zum Ausfall des Magnetventils 7 führt.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, derartige Schädigungen infolge von Kavitationserosion zu vermeiden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art im Wesentlichen derart weitergebildet, dass die Magnetspule ankerraumseitig von einer metallischen Schutzplatte abgedeckt ist. Die dem Ankerraum zugewandte Fläche der Magnetspule, d.h. die der Kavitation ausgesetzte Seite der Mag- netspule wird durch die erfindungsgemäße Anordnung einer metallischen Schutzplatte wirksam vor einer Beschädigung geschützt. Durch diese baulich überaus einfach umzusetzende Maßnahme der Anordnung einer metallischen Schutzplatte gelingt es, Kavitationserosion am (Kunststoff- )Wicklungsträger wirkungsvoll zu ver- hindern, ohne dass am Wicklungsträger bauliche Änderungen oder Anpassungen oder Materialänderungen durchgeführt werden müssen. Dabei soll der Wicklungsträger selbst, insbesondere aber die Kupferwindungen der Spule des Magnetventils geschützt werden.
Damit das Vorsehen der metallischen Schutzplatte eine möglichst geringe Gewichtserhöhung des Einspritzinjektors zur Folge hat, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schutzplatte ringförmig ausgebildet ist und in dem die Spule aufnehmenden ringförmigen Hohlraum des Magnettopfes oder den Hohlraum abdeckend angeord- net ist.
Die Festlegung der Schutzplatte kann auf verschiedenste Art und Weise erfolgen. Beispielsweise sieht eine bevorzugte Weiterbildung vor, dass die Schutzplatte in den Magnettopf eingepresst ist. Dies hat den Vorteil einer einfachen Montage bei gleichzeitig ausreichend hoher Haltekraft. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Schutzplatte mit dem Magnettopf verschweißt ist.
Eine weitere bevorzugte Ausbildung sieht vor, dass die ringför- mige Schutzplatte in dem Hohlraum des Magnettopfes mit Hilfe von die Schutzplatte übergreifenden Zungen gehalten ist, wobei die Zungen mit Vorteil aus dem Material des Magnettopfes geformt sind, vorzugsweise durch Aufdrücken eines vorspringende Zähne aufweisenden Verstemmwerkzeugs .
Die erfindungsgemäße Anordnung einer metallischen Schutzplatte birgt naturgemäß die Gefahr, dass die Funktionsweise des Elektromagneten beeinträchtigt wird. Insbesondere kann es zu einer Störung der Magnetfeldlinien kommen. Um derartige negative Ein- flüsse zu verhindern, ist gemäß einer bevorzugten Ausbildung vorgesehen, dass die Schutzplatte aus einem die Magnetfeldlinien nicht störenden Metall, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl besteht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen Fig.2 eine Detailansicht eines Einspritzinjektors gemäß Fig.l, der die erfindungsgemäße Schutzplatte trägt, Fig.3 eine alternative Ausführung und Fig.4 eine weitere alter- native Ausführung.
Fig.2 zeigt eine Ausführung eines Magnettopfes 25 gemäß der vorliegenden Erfindung. Vor der eigentlichen Magnetspule 28 ist zum Schutz eine Metallplatte 30 angebracht, die an ihren Sei- tenkanten 31 in den Magnettopf 25 eingepresst ist. Die Metallplatte 30 ist vorzugsweise so beschaffen, dass sie den Aufbau der Magnetfeldlinien im Magnetkreis nicht stört, beispielsweise durch Verwendung eines nichtrostenden Edelstahls.
Fig.3 zeigt eine alternative Ausführung der Erfindung. Die Metallscheibe 30 ist an den Stellen 32 mit dem Magnettopf 25 verschweißt. Fig.4 zeigt eine weitere alternative Ausführung der Erfindung. Die Metallscheibe 30 wird in einem ersten Schritt lose in den Magnettopf 25 vor der Magnetspule 28 eingelegt. In einem zwei- ten Schritt wird mit Hilfe eines Verstemmwerkzeugs 33, das mehrfach am Umfang, vorzugsweise sechs bis acht Mal innerhalb und außerhalb des Spulenfensters vorstehende Zähne 34 aufweist, verstemmt. Durch Aufpressen des Verstemmwerkzeugs 33 auf den Magnettopf 25 kommt es zu einer Verformung des Magnettopfs im Bereich der Polfläche und zur Bildung von Zungen 35, die das Herausfallen der Metallscheibe 30 verhindern und diese in ihrer Position festhalten.

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend eine Einspritzdüse mit einer axial verschieblichen Düsennadel, welche zur Steuerung ihrer Öffnungs- und Schließbewegung von dem in einem mit Kraftstoff gefüllten Steuerraum herrschenden Druck in axialer Richtung beaufschlagbar ist, wobei der Druck im Steuerraum über ein wenigstens einen Zu- oder Ablaufkanal für Kraftstoff öffnendes oder schließendes Magnetventil gesteuert wird, bei welchem eine Magnetspule mit einem Anker zusammenwirkt und mit dem Anker ein gegen einen Ventilsitz pressbares Ventilschließglied gekuppelt ist, wobei der Anker in einem Ankerraum angeordnet ist, in welchen der Zu- bzw. Ablaufkanal mündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule ankerraumseitig von einer metallischen Schutzplatte (30) abgedeckt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplatte (30) ringförmig ausgebildet ist und in dem die Spule (28) aufnehmenden ringförmigen Hohlraum des Magnetventils (7) oder den Hohlraum abdeckend angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplatte (30) in den Magnettopf (25) einge- presst ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplatte (30) mit dem Magnettopf (25) verschweißt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Schutzplatte (30) in dem Hohlraum des Magnettopfes (25) mit Hilfe von die Schutzplatte (30) übergreifenden Zungen (35) gehalten ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zungen (35) aus dem Material des Magnettopf (25) geformt sind, vorzugsweise durch Aufdrücken eines vorspringende Zähne (34) aufweisenden Verstemmwerkzeugs (33).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplatte (30) aus einem die Magnetfeldlinien nicht störenden Metall, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl besteht.
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