EINSPRITZVORRICHTUNG FÜR EINEN VERBRENNUNGSMOTOR

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung, mit einer Nadel und einem Anker, welcher derart mit der Nadel in Verbindung steht, dass durch Bewegung des Ankers eine Bewegung der Nadel erzeugbar ist, wobei der Anker mindestens eine Durchgangsbohrung aufweist, durch die Treibstoff zu einer Nadelspitze leitbar ist.

[0002] Zum Betrieb von Verbrennungsmotoren werden Treibstoff und Luft vermischt und gezündet, wobei die im Treibstoff gespeicherte Energie in mechanische Arbeit umgewandelt wird und dann zum Vortrieb eines Kraftfahrzeugs genutzt wird. Zum Zuführen des Treibstoffs zur Luft werden Einspritzeinheiten verwendet, die entweder im Ansaugtrakt oder im Brennraum des Verbrennungsmotors angeordnet sind. Aus dem Stand der Technik sind dazu mechanische Einspritzvorrichtungen, piezoelektrische Injektoren sowie Spuleninjektoren bekannt. Im Inneren eines Injektorgehäuses ist dabei eine Nadel vorgesehen, mit der Austrittsöffnungen, die in einem Gehäuse vorgesehen sind, geöffnet und verschlossen werden können. Im Allgemeinen bewegt sich die Nadel in einer linearen Bewegungsrichtung aus einer offenen Stellung in eine geschlossene Stellung und umgekehrt, so dass im geöffneten Zustand der Treibstoff durch die Austrittsöffnungen hindurchfließen kann und der Luft beigemischt wird.

[0003] Aus der US 3,567,135 ist ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil für zeitgesteuerte Niederdruck-Kraftstoffeinspritzanlagen, insbesondere von solchen mit Saugrohreinspritzung, bekannt, mit einem von einer Wicklung umgebenen Eisenkern und einem zu diesem gleichachsig zwischen dem Eisenkern und einer Düsenplatte angeordneten Flachanker.

[0004] Die EP 1 347 472 A2 betrifft einen Anker und eine Ankerantriebsvorrichtung, bei der der Anker um seine Achse gedreht wird, um das Auftreten eines ungleichmäßigen Verschleißes zwischen dem Anker und einem Gehäuse zu verhindern.

[0005] Solche Systeme haben jedoch den Nachteil, dass im geschlossenen Zustand der Einspritzvorrichtung die Nadel auf der gleichen Stelle des Gehäuses zum Aufliegen kommt. Verunreinigungen, beispielsweise Partikel, die im Treibstoff mitgeführt werden, werden dabei von der Nadel an die innere Wand des Gehäuses gedrückt. Diese Verunreinigungen lagern sich somit auf der Dichtfläche zwischen Nadel und Gehäuse ab und führen zu Undichtigkeiten der Einspritzvorrichtung. Dadurch kann auch im geschlossenen Zustand der Nadel weiterhin Treibstoff durch die Austrittsöffnungen gelangen. Dies stört den Normalbetrieb des Motors und führt zu einem erhöhten Verbrauch des Fahrzeugs.

[0006] Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine Einspritzvorrichtung anzugeben, welche die im Stand der Technik gezeigten Nachteile überwindet. Es ist eine besondere Aufgabe der Erfindung, eine Einspritzvorrichtung anzugeben mit hoher Zuverlässigkeit und Funktionssicherheit, bei der gleichzeitig eine hohe Dichtigkeit des Systems gegeben ist.

[0007] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar.

[0008] Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Einspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor vor, mit einer Nadel, wobei der Anker derart mit der Nadel in Wirkverbindung steht, dass durch eine Bewegung des Ankers eine Bewegung der Nadel erzeugbar ist, wobei der Anker mindestens eine Durchgangsbohrung aufweist, durch die Treibstoff zu einer Nadelspitze leitbar ist. Darüber hinaus kann die Einspritzvorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass eine Längsachse der Nadel und eine Längsachse der Durchgangsbohrung zueinander windschief ausgerichtet sind. Durch diese schräge Ausrichtung der Durchgangsbohrung durch den Anker erzeugt der Durchfluss des Treibstoffs ein um die Längsachse der Nadel wirkendes Drehmoment auf den Anker. Dieses Moment wird durch Reibung auf die Nadel übertragen, wodurch eine Drehbewegung der Nadel erzeugt wird.

[0009] Beim Schließvorgang wird durch den Drehimpuls der Nadel die Dichtfläche ständig von Verunreinigungen freigerieben.

[0010] Weiterhin kann die Durchgangsbohrung eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung im Anker umfassen, wobei der Abstand der Einlassöffnung zur Längsachse der Nadel kleiner ist als der Abstand der Auslassöffnung zur Längsachse der Nadel. Dadurch liegt die Längsachse der Durchgangsbohrung in einer Ebene, die parallel zur Längsachse der Nadel ausgerichtet ist und mit einer Tangentenebene einer Kreisbahn, die um die Längsachse der Nadel herum verläuft, einen spitzen Winkel einschließt. Durch die Ausrichtung der Durchgangsbohrung kann beim Öffnen der Einspritzvorrichtung, d.h. in dem Moment, wenn die Nadel die Auslassöffnung der Einspritzvorrichtung freigibt, ein Drehimpuls auf den Anker ausgeübt werden.

[0011] Darüber hinaus kann der Anker drehbar an der Nadel angeordnet sein.

[0012] Erfindungsgefäß ist der Anker drehbar um die Nadel herum angeordnet sein, wobei die Nadel in einer mittig angeordneten Bohrung des Ankers vorgesehen ist. Durch diese Positionierung der Nadel in dem Anker ergibt sich ein symmetrischer Gesamtaufbau, wodurch sich besonders gleichmäßige und reproduzierbare Drehbewegungen des Ankers und somit auch der Nadel erzeugen lassen.

[0013] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Einspritzvorrichtung als Spuleninjektor ausgebildet.

[0014] Darüber hinaus kann der Anker eine Mehrzahl von Durchgangsbohrungen aufweisen, deren Einlassöffnungen und Auslassöffnungen radial auf einer Kreisbahn um eine mittig im Anker liegende Längsachse der Nadel angeordnet sind, wobei die Längsachse der Durchgangsbohrung mit einer Tangentialebene der Kreisbahn einen spitzen Winkel einschließt. Durch Vorsehen von mehreren Durchgangsbohrungen kann eine besonders gute und bei jedem Einspritzvorgang wiederholbare Drehbewegung des Ankers und damit der Nadel realisiert werden.

[0015] Der Winkel zwischen der Tangentialebene der Kreisbahn und der Längsachse der Durchgangsbohrung kann im Bereich von + 45° bis -45°, bevorzugt im Bereich von +30° bis -30° und besonders bevorzugt im Bereich von +15° bis -15° liegen. In diesem Bereich tritt der Treibstoffstrahl aus der Durchgangsbohrung aus und übt eine ideale Wirkung auf den Anker aus, so dass eine optimale Drehbewegung des Ankers um die Längsachse der Nadel erzeugt wird.

[0016] Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.

[0017] Der prinzipielle Aufbau einer bekannten Einspritzvorrichtung wird anhand der Figur 1 erläutert. Die Einspritzvorrichtung 10 weist ein Gehäuse 15 auf, in dem ein Anker 13 vorgesehen ist. Der Anker 13 umfasst eine mittige Bohrung 13a, durch die eine Nadel 11 geführt wird. Die Nadel 11 weist Anschläge 12a und 12b auf sowie eine Nadelspitze 11a, die in Figur 1 am unteren Ende der Nadel 11 dargestellt ist. In dem Gehäuse 15 sind Auslassöffnungen 18 vorgesehen, über die Treibstoff aus dem Inneren des Gehäuses 15 hinaus gefördert wird, wenn sich die Nadel 11 in einer geöffneten Position befindet.

[0018] Zum Betätigen der Einspritzvorrichtung 10, d.h. zum Überführen der Nadel 11 aus einer geschlossenen in eine geöffnete Position wird eine Spule 16 bestromt. Diese erzeugt ein Magnetfeld, welches durch die Kerne 17 verstärkt wird. Dadurch wird der Anker 13 entlang des Doppelpfeils F in Figur 1 nach oben angezogen. Bei dieser Bewegung kommt der Anker 13 in berührenden Kontakt mit dem oberen Anschlagelement 12a und nimmt die Nadel 11 mit. Die Aufwärtsbewegung der Nadel 11 und des Ankers 13 wird gestoppt, wenn der Anker 13 zur Anlage an dem Kern 17 kommt. Alternativ können auch andere geeignete Anschlagelemente vorgesehen sein, zum Stoppen der Bewegung des Ankers 13. Um die Nadel 11 wieder in eine geschlossene Position zu überführen, wird die Bestromung der Spulen 16 unterbunden und damit das Magnetfeld unterbrochen. Die Feder 19 übt dann eine Federkraft auf das obere Anschlagelement 12a aus und drückt damit die Nadel 11 in die geschlossene Position. Dabei trifft die Nadelspitze 11a auf das Gehäuse 15 auf, in den Bereichen, die mit dem Buchstaben E gekennzeichnet sind, in Figur 1. Es ergibt sich eine im Wesentlichen ringförmige Dichtfläche zwischen der Nadelspitze 11a und Gehäuse 15.

[0019] Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform kann die Feder 19 auch direkt auf den Anker 13 wirken. In diesem Fall bewegt sich der Anker 13 nach unten und gerät in berührenden Kontakt mit dem unteren Anschlagelement 12b. Dadurch nimmt der Anker 13 bei seiner Bewegung die Nadel 11 mit und überführt sie in die geschlossene Position.

[0020] Der Pfad des Treibstoffs soll im Folgenden beschrieben werden. Der Treibstoff wird aus einer nicht dargestellten Treibstoffleitung durch die Öffnung 21 in die Kammer 20 geleitet, mit Hilfe einer Treibstoff-Förderpumpe. Aus der zentralen Kammer 20 gelangt der Treibstoff über die Durchflussbohrungen 14a, 14b in den spitz zulaufenden Bereich unterhalb des Ankers 13. Durch die Förderpumpe stellt sich ein entsprechender Druck in dem mit Treibstoff gefluteten Bereich ein. Wenn die Nadel 11 in eine geöffnete Position überführt wird, strömt aufgrund des in der Kammer 20 vorherrschenden Drucks der Treibstoff durch die Auslassöffnungen 18 in einen Brennraum oder in einen Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors hinein. Dabei stellt sich eine Strömung ein, bei der Treibstoff aus der Kammer 20 durch die Einlassöffnung in die Durchgangsbohrung 14a, 14b und durch die Auslassöffnung aus der Durchgangsbohrung in den Bereich unterhalb des Ankers 13 fließt. Figur 1 ist eine Schnittdarstellung der Einspritzvorrichtung entlang der Schnittebene A-A aus Figur 2 und Figur 2 eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B aus Figur 1.

[0021] Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, sind im Stand der Technik die Durchflussbohrungen 14a, 14b so ausgerichtet, dass ihre axiale Richtung parallel zu einer Mittelachse H der Nadel 11 bzw. der mittigen Bohrung 13a ausgerichtet sind.

[0022] Ausgehend davon soll nun die Erfindung anhand der Figuren 3 und 4 erläutert werden, wobei gleiche Bezugszeichen wie in Figuren 1 und 2 dieselben Bauteile bezeichnen. Figur 3 ist eine Schnittansicht entlang der Schnittebene C-C, in der auch die Längsachse I der Durchgangsbohrung 14a liegt, aus Figur 4. Wie daraus ersichtlich ist, verläuft die Durchgangsbohrung 14a schräg durch den Anker 13. Mit anderen Worten: Erfindungsgemäß liegt die axiale Richtung, d.h. die Längsachse I der Durchflussbohrung 14a windschief zur Längsachse H, die durch die Mitte der Nadel 11 verläuft. Die Längsachse H stellt dabei gleichzeitig die Mittelachse der Mittenbohrung 13a in dem Anker 13 dar, durch den die Nadel 11 verläuft. D.h. die Einlassöifinung der Durchflussbohrung 14a, die in Figur 3 im oberen Bereich des Ankers 13 abgebildet ist, liegt näher an der Längsachse H als die Auslassöffnung der Durchflussbohrung 14a, die in Figur 3 im unteren Bereich des Ankers 13 abgebildet ist. Der Abstand a der Einlassöffnung zur Mittelachse H ist somit kleiner als der Abstand b der Auslassöffnung der Durchflussbohrung 14a zur Mittelachse H. Die Abstände a und b werden jeweils von dem Mittelpunkt der Einlassöffnung bzw. von dem Mittelpunkt der Auslassöffnung zu der Mittelachse H gemessen. Eine Auslassöffnung ist in Figur 4 dargestellt durch den gestrichelten Kreis mit dem Mittelpunkt M_A. Zur besseren Erklärung der vorliegenden geometrischen Gegebenheiten ist in Figur 4 eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese weist eine Vielzahl von Durchflussbohrungen 14a, 14b auf, wobei die Einlassöffnungen allesamt auf einer Kreisbahn K angeordnet sind, deren Mittelpunkt auf der Längsachse H der Nadel 11 liegt. Die Längsachse I der Durchflussbohrung 14a verläuft in der Schnittebene C-C, die parallel zur Längsachse H der Nadel 11 ausgerichtet ist. Die Schnittebene C-C und folglich auch die Längsachse I der Durchflussbohrung schließt mit einer Tangentialebene T, welche tangential zur Kreisbahn K verläuft und die Ebene C-C im Mittelpunkt M_E der Einlassöffnungen der Durchgangsbohrung 14a schneidet, einen Winkel α ein. Dieser Winkel α liegt im Bereich von ± 45°, bevorzugt im Bereich von ± 30° und besonders bevorzugt im Bereich von ± 15°, bezogen auf die Tangentialebene T. D.h. der Winkel der Längsachse I der Durchgangsbohrung 14a kann beispielsweise um +15° oder um -15° von der Tangentialebene T abweichen.

[0023] Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung soll im Folgenden kurz beschrieben werden anhand der Figuren 3 und 4. Der Treibstoff, d.h. im Wesentlichen Diesel oder Benzin, wird - wie auch mit Bezug zur Figur 1 beschrieben - über eine Treibstoffleitung in die Kammer 20 geführt, füllt die Durchgangsbohrung 14a, sowie den unter dem Anker 13 liegenden spitz zulaufenden Bereich und liegt darin druckbeaufschlagt vor. Über eine Spule 16 wird ein Magnetfeld mit Hilfe der Kerne 17 erzeugt, welches den Anker 13 in Bewegung setzt. Der Anker 13 bewegt sich dabei entlang des Doppelpfeils F nach oben. Sobald die Austrittsöffnungen einen Durchfluss zulassen, wird Treibstoff durch die Durchflussbohrungen 14a, 14b geleitet, wobei beim Austritt des Treibstoffs aus den Durchgangsbohrungen 14a, 14b, dieser aus der Durchflussbohrung 14a nicht in axialer Richtung der Nadel 11, sondern in einer hierzu windschiefen Richtung austritt. Dies erzeugt ein Drehmoment auf den Anker 13, wodurch dieser in eine Drehbewegung um seine Hochachse H versetzt wird. Da der Anker 13 mit dem oberen Anschlag-element 12a in berührendem Kontakt steht, überträgt sich die Drehbewegung auch auf die Nadel 11.

[0024] Der Treibstoff fließt aus der gemeinsamen Kammer 20 durch die Durchflussbohrungen 14a, 14b in den spitz zulaufenden Bereich unterhalb des Ankers 13, an der Nadelspitze 11a vorbei und tritt durch die in Figur 3 nicht dargestellten Auslassöffnungen 18 aus der Einspritzvorrichtung 10 heraus. Dabei wird permanent eine Drehbewegung des Ankers 13 erzeugt und damit auch permanent eine Drehbewegung der Nadel 11. Wenn die Nadel 11 von einer geöffneten Position in eine geschlossene überführt wird, hält die Drehbewegung aufgrund der Massenträgheit bis zum Moment, in dem die Nadelspitze 11 amit dem inneren Gehäuses 5 an. Diese Drehbewegung wird gestoppt in dem Zeitpunkt, in dem die Nadelspitze auf den Bereich E im Inneren des Gehäuses 15 auftrifft. Dadurch wird bei jedem Auftreffen der Nadel 11 die Dichtfläche bzw. der Dichtbereich E von Verunreinigungen gesäubert.

Ansprüche

1. Einspritzvorrichtung (10) für einen Verbrennungsmotor, mit einer Nadel (11) und einem Anker (13), welcher derart mit der Nadel (11) in Wirkverbindung steht, dass durch Bewegung des Ankers (13) eine Bewegung der Nadel (11) erzeugbar ist, wobei der Anker (13) mindestens eine Durchgangsbohrung (14a, 14b) aufweist, durch die Treibstoff zu einer Nadelspitze (11a) leitbar ist, wobei eine Längsachse (H) der Nadel (11) und eine Längsachse (I) der Durchgangsbohrung (14a, 14b) zueinander windschief ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
der Anker (13) drehbar um die Nadel (11) herum angeordnet ist, wobei die Nadel (11) in einer mittig angeordneten Bohrung (13a) des Ankers (13) vorgesehen ist.

2. Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Durchgangbohrung (14a, 14b) eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung im Anker (13) umfasst, und dass der Abstand (a) der Einlassöffnung zur Längsachse (H) der Nadel (11) kleiner ist als der Abstand (b) der Auslassöffnung zur Längsachse (H) der Nadel (11).

3. Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einspritzvorrichtung (10) als Spuleninjektor ausgebildet ist.

4. Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Anker (13) eine Mehrzahl von Durchgangsbohrungen (14a, 14b) aufweist, die radial auf einer Kreisbahn um eine mittig liegende Längsachse (H) der Nadel (11) angeordnet sind, wobei die Längsachse (I) der Durchgangsbohrung mit einer Tangentialebene (T) der Kreisbahn einen spitzen Winkel (α) einschließt.

5. Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
der Winkel (α) im Bereich von ± 45°, bevorzugt im Bereich von ± 30° und besonders bevorzugt im Bereich von ± 15° liegt.

Claims

1. An injection device (10) for an internal combustion engine, comprising a needle (11) and an armature (13) which is operatively connected to the needle (11) such that a movement of the armature (13) can produce a movement of the needle (11), wherein the armature (13) has at least one through hole (14a, 14b) through which fuel can be conveyed to the tip (11 a) of the needle, wherein a longitudinal axis (H) of the needle (11) and a longitudinal axis (I) of the through hole (14a, 14b) are in a skewed orientation relative to one other, characterised in that
the armature (13) is arranged rotatably about the needle (11), said needle (11) being provided in a centrally arranged hole (13a) in the armature (13).

2. An injection device (10) according to claim 1, characterised in that the through hole (14a, 14b) comprises an inlet opening and an outlet opening in the armature (13), and in that the distance (a) of the inlet opening to the longitudinal axis (H) of the needle (11) is shorter than the distance (b) of the outlet opening to the longitudinal axis (H) of the needle (11).

3. An injection device (10) according to either of the preceding claims, characterised in that
the injection device (10) is configured as a coil injector.

4. An injection device (10) according to any one of the preceding claims, characterised in that
the armature (13) has a plurality of through holes (14a, 14b) which are arranged radially on a circular path around a centrally located longitudinal axis (H) of the needle (11), the longitudinal axis (I) of the through hole including an acute angle (α) with a tangential plane (T) of the circular path.

5. An injection device (10) according to claim 4, characterised in that the angle (α) is within the range of ± 45°, preferably within the range of ± 30° and more preferably within the range of ± 15°.

Revendications

1. Dispositif d'injection (10) destiné à un moteur à combustion interne comprenant une aiguille (11) et un induit (13) en liaison fonctionnelle avec l'aiguille (11) de sorte qu'un déplacement de l'induit (13) entraîne un déplacement de l'aiguille (11), l'induit (13) comprenant au moins un perçage traversant (14a, 14b) au travers duquel le carburant peut être dirigé vers la pointe de l'aiguille (11a), l'axe longitudinal (H) de l'aiguille (11) et l'axe longitudinal (I) du perçage traversant (14a, 14b) étant désaxés l'un par rapport à l'autre,
caractérisé en ce que
l'induit (13) est monté mobile en rotation autour de l'aiguille (11), l'aiguille (11) étant située dans un perçage médian (13a) de l'induit (13).

2. Dispositif d'injection (10) conforme à la revendication 1,
caractérisé en ce que
le perçage traversant (14a, 14b) comporte une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie dans l'induit (13) et la distance (a) de l'ouverture d'entrée à l'axe longitudinal (H) de l'aiguille (11) est inférieure à la distance (b) de l'ouverture de sortie à l'axe longitudinal (H) de l'aiguille (11).

3. Dispositif d'injection (10) conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'
il est réalisé sous la forme d'un injecteur inductif.

4. Dispositif d'injection (10) conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'induit (13) comporte un ensemble de perçages traversants (14a, 14b) qui sont situées radialement sur une trajectoire circulaire autour de l'axe longitudinal médian (H) de l'aiguille (11), l'axe longitudinal (I) du perçage traversant définissant un angle aigu (α) avec le plan tangentiel (T) de la trajectoire circulaire.

5. Dispositif d'injection (10) conforme à la revendication 4,
caractérisé en ce que
l'angle (α) est situé dans la plage de ± 45°, de préférence dans la plage de ± 30°, et de façon particulièrement préférentielle dans la plage de ± 15°.

Zeichnung