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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einer Vorrichtung zur Dämpfung, wobei sowohl der Rücklauf eines Steuerventils als auch der Hochdruckbereich im Kraftstoffinjektor gedämpft werden können.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 043 538 A1 ist ein Kraftstoffinjektor mit einem hydraulischen Dämpfer bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor weist eine in einem Druckraum angeordnete Düsennadel auf, die in Abhängigkeit des Drucks in einem Steuerraum zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung axial verstellbar ist. Der Druckraum wird dabei über einen Hochdruckkanal mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff gespeist. Der Steuerraum ist mittels eines Steuerventils hydraulisch mit einem Injektorrücklaufanschluss bzw. einem Niederdruckraum verbindbar. Das Steuerventil weist einen hydraulischen Dämpfer mit mindestens einer definierten Drossel auf, wobei beim Öffnen und Schließen der Düsennadel Kraftstoff jeweils in entgegengesetzter Richtung durch die Drossel gefördert wird.
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Im bekannten Kraftstoffinjektor ist die Dämpfungsvorrichtung vergleichsweise komplex aufgebaut. Zusätzlich begrenzt die Drossel des hydraulischen Dämpfers die Schaltgeschwindigkeiten für die Düsennadel, sofern die Öffnungs- und Schließbewegungen der Düsennadel gedämpft sein sollen. Weiterhin ist der bekannte Dämpfer nicht für den Hochdruckbereich des Kraftstoffinjektors geeignet, da er die Funktion beim Kraftstoffeinspritzen stark behindern würde.
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Weiterhin ist aus der Offenlegungsschrift
DE 103 29 732 eine Dämpfungseinrichtung bekannt. Die bekannte Dämpfungseinrichtung dämpft den Druckimpuls für die Ansteuerung eines druckgesteuerten Kraftstoffinjektors in dem Sinne, dass ein definierter Öffnungsdruck für die Düsennadel eingestellt wird. Der druckgesteuerte Kraftstoffinjektor weist jedoch weder einen Steuerraum noch einen Niederdruckraum auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine weist eine einfache und kostengünstige Dämpfungsvorrichtung auf, die auch bei sehr schnellen Schaltgeschwindigkeiten eine hohe Dämpfungswirkung besitzt. Weiterhin ist die Dämpfungsvorrichtung universell einsetzbar, sowohl im Niederdruck- als auch im Hochdruckbereich des Kraftstoffinjektors. Die Einspritzcharakteristik des Kraftstoffinjektors kann dadurch deutlich verbessert werden.
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Dazu umfasst der Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eine in einem Druckraum längsverschiebbar angeordnete Düsennadel, wobei der Druckraum mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff über einen Hochdruckkanal gespeist wird. Die Düsennadel wirkt durch ihre Längsbewegung mit einem Düsennadelsitz zusammen und öffnet und schließt dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung in den Brennraum, wobei die Längsbewegung der Düsennadel durch den Druck in einem Steuerraum gesteuert wird. Der Steuerraum ist mittels eines Steuerventils mit einem Niederdruckraum verbindbar. Erfindungsgemäß ist zumindest eines der drei Volumina Niederdruckraum, Hochdruckkanal oder Druckraum durch ein bewegliches Trennelement von einem Dämpfungsraum getrennt.
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Durch das bewegliche Trennelement ist mit Hilfe eines einfachen Aufbaus das Volumen des Dämpfungsraums änderbar. Damit verkleinert sich das Volumen des Dämpfungsraums, wenn im zu dämpfenden Volumen (Niederdruckraum, Hochdruckkanal oder Druckraum) der Druck ansteigt. Gleichzeitig vergrößert sich das zu dämpfende Volumen und der entsprechende Druck wird schon in seiner Entstehung gedämpft. Die Dämpfungsvorrichtung wirkt somit schon unmittelbar bei der Entstehung des zu dämpfenden Druckpeaks und damit auch bei sehr hohen Schaltgeschwindigkeiten.
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In einer Ausführung der Erfindung ist der Niederdruckraum durch das bewegliche Trennelement von dem Dämpfungsraum getrennt. Besonders im Niederdruckbereich ist die aus Dämpfungsraum und Trennelement bestehende Dämpfungsvorrichtung besonders wirkungsvoll, um die Funktionen der im Niederdruckbereich und der um den Niederdruckbereich herum angeordneten Bauteile stabil zu halten. Ebenso werden auch die Funktionen der strömungsabwärts nachgeschalteten Bauteile stabil gehalten. Im Niederdruckbereich liegen üblicherweise Drücke von 1 bar bis 20 bar an. Der durch das Steuerventil abgesteuerte Kraftstoff kann demgegenüber sogar Drücke von über 3000 bar aufweisen. Dementsprechend stark kann der Druck im Niederdruckraum beim Absteuern des Kraftstoffs ansteigen. Die Dämpfungsvorrichtung zeigt bei derartig großen Druckunterschieden eine große Wirkung.
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In einer Weiterbildung weist der Kraftstoffinjektor einen Rücklaufstecker auf, über den abgesteuerter Kraftstoff in einen Kraftstofftank oder zu einer Vorförderpumpe geführt wird. Der Niederdruckraum dehnt sich bis in den Rücklaufstecker aus und der Dämpfungsraum ist in dem Rücklaufstecker ausgebildet. Das Trennelement ist ebenfalls im Rücklaufstecker angeordnet. Dadurch werden sämtliche Dämpfungsfunktionen in den Rücklaufstecker integriert, so dass diese Ausführung außerhalb des Rücklaufsteckers zu keinen konstruktiven Veränderungen des Kraftstoffinjektors führt. Schon in Serie produzierte Kraftstoffinjektoren können dadurch einfach durch einen modifizierten Rücklaufstecker nachgerüstet werden.
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In einer anderen Ausführung ist der Hochdruckkanal und/oder der Druckraum durch das bewegliche Trennelement von dem Dämpfungsraum getrennt. Im Hochdruckkanal und im Druckraum liegen sehr hohe Drücke an, beispielsweise 2000 bar bis 3000 bar. Demzufolge sind die angrenzenden Bereiche, beispielsweise die Düsennadel oder die Einspritzöffnungen sehr großen Beanspruchungen ausgesetzt. Kommt es aufgrund des Öffnens oder des Schließens der Düsennadel zu Druckpeaks, so können diese dazu führen, dass die Festigkeitsgrenzen der angrenzenden Bereiche überschritten werden. Es käme zu Festigkeitsbrüchen der Bauteile und damit zu einem Versagen des Kraftstoffinjektors. Weiterhin können die Druckpeaks im Hochdruckkanal und im Druckraum die Funktion des Kraftstoffinjektors negativ beeinflussen. Dadurch eignet sich die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung auch für die Hochdruckbereiche des Kraftstoffinjektors, da dadurch die Beanspruchungen der Bauteile reduziert werden und die Funktion des Kraftstoffinjektors sichergestellt wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Trennelement eine Membran. Eine Membran ist sehr gut verformbar. Daher muss die Membran nicht zwangsläufig verschiebbar angeordnet sein, sondern es genügt die Elastizität bzw. Verformbarkeit oder Beweglichkeit der Membran selbst, um das Volumen des Dämpfungsraums merklich ändern zu können.
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Vorteilhafterweise besteht die Membran dabei aus einem Elastomer oder aus einem Metallplättchen. Elastomere besitzen eine sehr gute Formbarkeit und eine relativ geringe Steifigkeit. Dadurch können sie in nahezu beliebigen Geometrien eingesetzt werden und führen unter Druckänderungen starke Verformungen aus. Auch Metallplättchen sind gut verformbar, solange sie dünn ausgeführt sind. Weiterhin sind die Festigkeitswerte der Metallplättchen vergleichsweise hoch, so dass sie auch bei hohen Beanspruchungen des Trennelements eingesetzt werden können.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Trennelement verschiebbar. Dadurch kann das Volumen des Dämpfungsraums auf einfache Weise verändert werden, wobei das Volumen sehr stark verändert werden kann. In einer kombinierten Ausführung ist es auch möglich, dass das Trennelement als Membran ausgeführt und gleichzeitig verschiebbar angeordnet ist. Dadurch kann beispielsweise eine nichtlineare Dämpfungswirkung der Dämpfungsvorrichtung erzielt werden.
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In einer Ausführung der Erfindung ist der Dämpfungsraum ein Hohlraum. Dadurch kann die Dämpfungsvorrichtung, bestehend aus Dämpfungsraum und Trennelement, sehr einfach und kostengünstig ausgeführt sein. Beispielsweise können der Dämpfungsraum eine Bohrung in einem Haltekörper des Injektors und das Trennelement dann das einzige Zusatzteil für die Dämpfungsvorrichtung sein.
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In einer anderen Ausführung der Erfindung ist der Dämpfungsraum mit einer Anschlussbohrung verbindbar. Dadurch kann beispielsweise eine auftretende Leckage im Dämpfungsraum kompensiert werden, indem über die Anschlussbohrung Fluid zur Dämpfung nachgeführt wird. In Weiterbildungen kann die Dämpfungswirkung der Vorrichtung auch verändert werden, indem der Druck des Dämpfungsraums über die Anschlussbohrung gesteuert oder geregelt wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Dämpfungsraum mit Gas gefüllt. Gas ist deutlich kompressibler als eine Flüssigkeit. Dadurch ist das Volumen des Dämpfungsraums stark veränderbar und mit diesem auch das Volumen des zu dämpfenden Volumens (Niederdruckraum, Hochdruckkanal oder Druckraum). Die Dämpfungswirkung ist dementsprechend groß. Speziell bei großen zu dämpfenden Volumina ist diese Ausführung sehr vorteilhaft.
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Zeichnungen
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1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
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Die 2a, 2b und 2c zeigen jeweils den Ausschnitt II der 1 in weiteren Ausführungsbeispielen.
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Die 3, 4 und 5 zeigen schematisch jeweils weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
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Beschreibung
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1 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 1 eines Kraftstoffeinspritzsystems, wobei nur die für die vorliegende Erfindung wesentlichen Teile dargestellt sind. Der Kraftstoffinjektor 1 dient der Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff, der beispielsweise aus einem sogenannten Common Rail, aus einer Hochdruckpumpe oder aus einem internen Hochdruckspeicher des Kraftstoffinjektors 1 zugeführt werden kann, in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Der Kraftstoffinjektor 1 weist einen in einem Düsenkörper 2 ausgebildeten Druckraum 6 auf, in dem eine Düsennadel 3 längsverschiebbar angeordnet ist. Durch die Längsbewegung der Düsennadel 3 wirkt diese mit einem am Düsenkörper 2 ausgebildeten Düsennadelsitz 7 zusammen und öffnet und schließt dadurch zumindest eine im Düsenkörper 2 ausgebildete Einspritzöffnung 8 zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck in den Brennraum der Brennkraftmaschine.
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Die Düsennadel 3 ist so ausgebildet, dass aufgrund des Hochdrucks im Druckraum 6 eine hydraulisch öffnende, d.h. vom Düsennadelsitz 7 wegführende Kraft wirkt.
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Der Düsenkörper 2 ist unter Zwischenlage einer Drosselplatte 11 mit einem Haltekörper 12 durch eine Düsenspannmutter 13 verspannt. Durch den Haltekörper 12, die Drosselplatte 11 und den Düsenkörper 2 verläuft ein Hochdruckkanal 14, der den Druckraum 6 mit dem nicht dargestellten Common Rail bzw. dem Hochdruckspeicher oder der Hochdruckpumpe verbindet.
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An dem brennraumabgewandten Ende der Düsennadel 3 ist zwischen der Düsennadel 3, der Drosselplatte 11 und einer Hülse 15, in der die Düsennadel 3 längsbeweglich geführt ist, ein Steuerraum 10 ausgebildet. Die Hülse 15 wird von einer Düsenfeder 16, die mit einem an der Düsennadel 3 ausgebildeten Düsennadelschulter 17 zusammenwirkt, gegen die Drosselplatte 11 gedrückt. Gleichzeitig übt die Düsenfeder 16 eine schließende Kraft auf die Düsennadel 3 aus.
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In der Hülse 15 ist eine Zulaufdrossel 21 ausgebildet, die den Steuerraum 10 mit dem Druckraum 6 verbindet. Der Druck im Steuerraum 10, der ebenfalls eine schließende Kraft auf die Düsennadel 3 ausübt, wird von einem Steuerventil 5 gesteuert. Dazu führt eine in der Drosselplatte 11 angeordnete Ablaufdrossel 20 vom Steuerraum 10 in einen Niederdruckraum 30 auf der steuerraumabgewandten Seite der Drosselplatte 11.
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Das Steuerventil 5 umfasst einen Schließkörper 51 und einen an der Drosselplatte 11 ausgebildeten Steuerventilsitz 52. Der Schließkörper 51 wird durch eine Ventilfeder 53 gegen den Steuerventilsitz 52 gedrückt und kann durch einen Aktor 54 vom Steuerventilsitz 52 abgehoben werden. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der Aktor 54 ein elektromagnetischer Aktor. In anderen Ausführungsbeispielen können jedoch auch alternative Aktoren, beispielsweise Piezoaktoren verwendet werden. Üblicherweise ist der Aktor durch zwei nicht dargestellte Kontaktstifte mit einer elektrischen Ansteuerung elektrisch leitend verbunden. Der Aktor 54 ist außerdem durch eine nicht dargestellte Vorrichtung fest mit dem Haltekörper 12 verspannt.
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Weiterhin umfasst das Steuerventil 5 des Ausführungsbeispiels der 1 einen Druckausgleichsbolzen 55, der die hydraulische Kraft auf den Schließkörper 51 stark reduziert. Dadurch ist nur eine geringe Schließkraft der Ventilfeder 53 erforderlich und der Aktor 54 muss zum Öffnen des Steuerventils 5 eine nur vergleichsweise geringe Kraft aufwenden. Der Druckausgleichsbolzen 55 kommt an seiner dem Steuerventil 5 abgewandten Seite an einem Zwischenstück 56 zur Anlage, wobei das Zwischenstück 56 durch die Federkraft der Ventilfeder 53 gegen eine Injektormutter 57 gedrückt wird. Die Injektormutter 57 ist fest mit dem Haltekörper 12 verschraubt und positioniert dadurch das Zwischenstück 56, Teile des Steuerventils 5 und den Aktor 54 innerhalb des Haltekörpers 12.
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Erfindungsgemäß ist der Niederdruckraum 30 durch ein Trennelement 71 von einem Dämpfungsraum 70 getrennt. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der Dämpfungsraum 70 in einem Schraubstück 80 ausgebildet, wobei das Schraubstück 80 in eine im Haltekörper 12 ausgebildete Bohrung 81 eingeschraubt oder eingepresst ist. Im Schraubstück 80 ist eine Schraubstückbohrung 80a ausgebildet. Das Trennelement 71 ist in der Schraubstückbohrung 80a angeordnet, so dass das Trennelement 71 die Schraubstückbohrung 80a in zwei Volumina teilt: den Dämpfungsraum 70 und einen weiteren Dämpfungsraum 75, wobei der weitere Dämpfungsraum 75 hydraulisch direkt mit dem Niederdruckraum 30 verbunden ist. Im Folgenden wird der weitere Dämpfungsraum 75 so behandelt, dass sein Volumen als zusätzliches Volumen des Niederdruckraums 30 betrachtet wird; das Volumen des Niederdruckraums 30 ist somit um das Volumen des weiteren Dämpfungsraums 75 erweitert.
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Das Trennelement 71 ist in der Schraubstückbohrung 80a längsbeweglich geführt. Durch die Längsbewegungen des Trennelements 71 werden die Volumina von Dämpfungsraum 70 und weiterem Dämpfungsraum 75 bzw. Niederdruckraum 30 verändert, wobei das Gesamtvolumen von Dämpfungsraum 70 und weiterem Dämpfungsraum 75 konstant bleibt. Generell gilt für die Wirkung des Dämpfungsraums 70 im Ausführungsbeispiel der 1, dass sie umso größer ist je näher der Dämpfungsraum 70 am Steuerventilsitz 52 angeordnet ist.
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Die 2a zeigt den Ausschnitt II der 1 in einem weiteren Ausführungsbeispiel. In dieser Ausführung ist das im Schraubstück 80 geführte Trennelement 71 gegen den Dämpfungsraum 70 durch eine erste Dämpferfeder 72 und gegen den Niederdruckraum 30 durch eine zweite Dämpferfeder 73 vorgespannt. Dazu ist die erste Dämpferfeder 72 im Dämpfungsraum 70 angeordnet und wirkt mit dem Schraubstück 80 zusammen; und die zweite Dämpferfeder 73 ist im weiteren Dämpfungsraum 75 angeordnet und wirkt mit dem Aktor 54 zusammen. Das Schraubstück 80 ist so weit in die Bohrung 81 eingeschraubt bzw. eingepresst, dass es am Aktor 54 zur Anlage kommt. Auch in dieser Ausführung unterteilt das Trennelement 71 die Schraubstückbohrung 80a in den Dämpfungsraum 70 und den weiteren Dämpfungsraum 75. Durch eine im Schraubstück 80 ausgebildete Zulaufbohrung 74 ist der weitere Dämpfungsraum 75 mit dem Niederdruckraum 30 hydraulisch verbunden. Die Zulaufbohrung 74 kann dabei in weiteren Ausführungsformen durch ihre Drosselwirkung zusätzliche Dämpfungseigenschaften ausüben.
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Die 2b zeigt den Ausschnitt II der 1 in einem weiteren Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Trennelement 71 als eine Membran ausgeführt. Besonders vorteilhaft ist diese Ausführung, wenn der Dämpfungsraum 70 mit einem Gas gefüllt ist. Die Membran dichtet das Gas gut gegenüber dem Kraftstoff ab. Zudem ist Gas deutlich kompressibler als flüssiger Kraftstoff, so dass in diesem Fall das als Membran ausgeführte Trennelement 71 große Verformungen ausführen kann, wodurch der Dämpfungsraum 70 merklich sein Volumen ändert. Dabei kann die Membran beispielsweise aus einem Elastomer oder einem Metall- bzw. Aluminiumplättchen bestehen. Ist das Trennelement 71 als Membran ausgeführt, so kann die Membran stirnseitig an dem Schraubstück 80 angeordnet sein, beispielsweise mit diesem verklebt sein, so dass der Dämpfungsraum 70 quasi identisch mit der Schraubstückbohrung 80a ist; ein weiterer Dämpfungsraum entfällt in dieser Ausführung.
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Die 2c zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der 2b. Dabei sind im Schraubstück 80 drei Schraubstückbohrungen 80a, 80b, 80c ausgebildet, die zusammen den Dämpfungsraum 70 bilden. In der dargestellten Ausführung kann die mittlere Schraubstückbohrung 80b eine Drosselfunktion besitzen. Der Dämpfungsraum 70 ist durch das als Membran ausgebildete Trennelement 71 vom Niederdruckraum 30 getrennt. Über ein Rückschlagventil 85 ist der Dämpfungsraum 70 verbindbar mit einem nicht dargestellten Gasspeicher bzw. Fluidspeicher. Dazu ist ein Leitungsstück 86 mit dem Schraubstück 80 verschraubt bzw. verpresst. Im Leitungsstück 86 ist eine Anschlussbohrung 87 ausgebildet. Über das Rückschlagventil 85 ist der Dämpfungsraum 70 mit der Anschlussbohrung 87 verbindbar. Dadurch kann beispielsweise eine Leckage des Dämpfungsraums 70 ausgeglichen werden, oder der Druck im Dämpfungsraum 70 geregelt werden.
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Aus Gründen der Montierbarkeit kann das Schraubstück 80 zweistückig ausgebildet sein. Alternativ kann der Ventilsitz des Rückschlagventils 85 – anders als in der 2c gezeigt – auch am Leitungsstück 86 ausgebildet sein.
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Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 1, wobei nur die wichtigsten Bereiche dargestellt sind. Der Kraftstoffinjektor 1 weist einen Rücklaufstecker 90 auf, wobei der Dämpfungsraum 70 im Rücklaufstecker 90 ausgebildet ist.
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Im Bereich des Aktors 54 ist der Kraftstoffinjektor 1 des Ausführungsbeispiels der 3 ähnlich zu denen der vorangegangenen Ausführungsbeispiele ausgeführt. Jedoch ist der Aktor 54 innerhalb eines Anschlagteils 58 angeordnet und das Anschlagteil 58 wiederum durch eine Blattfeder 59 gegen eine am Haltekörper 12 ausgebildete Haltekörperschulter 12a verspannt. Die Blattfeder 59 kommt auf ihrer dem Anschlagteil 58 entgegengesetzten Seite an dem Zwischenstück 56 zur Anlage.
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Das Anschlagteil 58 dient dem Anschlag des Schließkörpers 51 in Öffnungsstellung des Steuerventils 5. Dadurch wird der Aktor 54 vor Verschleiß und Festigkeitsbrüchen geschützt.
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Erfindungsgemäß sind in dem Ausführungsbeispiel der 3 der Dämpfungsraum 70 und das Trennelement 71 in dem Rücklaufstecker 90 ausgebildet. Der Rücklaufstecker 90 umfasst ein Gewindeteil 91 und ein Steckerteil 92, das mit dem Gewindeteil 91 verspannt oder verschraubt ist, wobei das Gewindeteil 91 in die Injektormutter 57 eingeschraubt ist. In alternativen Ausführungsformen kann anstelle des Gewindeteils 91 auch ein Ablaufstutzen angeordnet sein, der in die Injektormutter 57 eingeclipst ist.
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Der Niederdruckraum 30 dehnt sich über eine im Zwischenstück 56 ausgebildete Zwischenstückbohrung 56a bis in den Rücklaufstecker 90 aus: im Gewindeteil 91 ist eine Gewindeteilbohrung 91a ausgebildet und im Steckerteil 92 eine erste Niederdruckbohrung 92a und eine zweite Niederdruckbohrung 92b.
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In Strömungsrichtung des aus dem Steuerraum 10 abfließenden Fluids ist der Niederdruckraum 30 somit hydraulisch erweitert um:
- – die Zwischenstückbohrung 56a,
- – die Gewindeteilbohrung 91a,
- – die erste Niederdruckbohrung 92a und
- – die zweite Niederdruckbohrung 92b.
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Die zweite Niederdruckbohrung 92b ist als Sacklochbohrung ausgeführt, wobei die erste Niederdruckbohrung 92a an einem Knotenpunkt 93 in die zweite Niederdruckbohrung 92b mündet. An einer Ausströmöffnung 94 mündet die zweite Niederdruckbohrung 92b in ein nicht dargestelltes Anschlussteil, beispielsweise einen Rückführschlauch, von wo aus der Kraftstoff wieder zu einem Tank oder zu einer Vorförderpumpe zurückgeführt wird.
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Der Dämpfungsraum 70 ist innerhalb der zweiten Niederdruckbohrung 92b an der der Ausströmöffnung 94 entgegengesetzten Seite angeordnet, also im eigentlichen Sackloch. Damit liegt der Dämpfungsraum 70 direkt neben dem Strömungspfad des Kraftstoffs durch den Rücklaufstecker 90.
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Im Ausführungsbeispiel der 3 ist das Trennelement 71 als verschiebbares Trennelement 71 ausgeführt, wobei die Verschiebung des Trennelements 71 bei auftretenden Druckpeaks im Niederdruckraum 30 entgegen der im Dämpfungsraum 70 angeordneten Dämpfungsfeder 72 erfolgt. Analog zum Ausführungsbeispiel der 2a kann auch in dieser Ausführung eine zweite Dämpfungsfeder am Trennelement 71 angeordnet sein, so dass jede Verschiebung des Trennelements 71 entgegen einer Federkraft erfolgt. Weiterhin kann das Trennelement 71 auch als Membran ausgeführt sein, der Dämpfungsraum 70 mit einem Gas gefüllt sein und der Dämpfungsraum 70 verbindbar mit einem Gasspeicher bzw. einem Fluidspeicher sein, so wie in den Ausführungsbeispielen der 2b und 2c dargestellt.
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Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 wird in den folgenden Ausführungsbeispielen der 4 und 5 nicht der Niederdruckraum 30 des Kraftstoffinjektors 1 gedämpft, sondern der Hochdruckkanal 14 bzw. der Druckraum 6. In Kombinationen der Ausführungsbeispiele ist es jedoch auch möglich, sowohl den Niederdruckraum 30 als auch den Hochdruckkanal 14 und/oder den Druckraum 6 zu dämpfen.
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Die 4 zeigt prinzipiell den gleichen Aufbau des Kraftstoffinjektors 1 wie das Ausführungsbeispiel der 1, so dass auf die analog angeordneten Teile nicht weiter eingegangen wird. Im Unterschied zur Ausführung der 1 ist im Ausführungsbeispiel der 4 der Dämpfungsraum 70 erfindungsgemäß benachbart zum Hochdruckkanal 14 angeordnet. Die Bohrung 81 ist im Düsenkörper 2 und in der Düsenspannmutter 13 ausgebildet, wobei das Schraubstück 80 in die Bohrung 81 eingeschraubt oder eingepresst ist.
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Die Schraubstückbohrung 80a ist in dieser Ausführung als Durchgangsbohrung ausgeführt. Das Trennelement 71 ist in der Schraubstückbohrung 80a längsbeweglich geführt, so dass das Trennelement 71 die Schraubstückbohrung 80a in den Dämpfungsraum 70 und den weiteren Dämpfungsraum 75 unterteilt. Der weitere Dämpfungsraum 75 ist hydraulisch direkt mit dem Hochdruckkanal 14 verbunden. Durch die Längsbewegungen des Trennelements 71 werden somit die Volumina von Dämpfungsraum 70 und Hochdruckkanal 14 verändert, wobei das Gesamtvolumen von Dämpfungsraum 70 und Hochdruckkanal 14 konstant bleibt.
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Im Ausführungsbeispiel der 4 ist die Schraubstückbohrung 80a auf ihrer dem Hochdruckkanal 14 abgewandten Seite durch eine Verschlussmutter 83 zur Umgebung abgedichtet, indem die Verschlussmutter 83 mit dem Schraubstück verspannt oder verpresst ist. Das Trennelement 71 ist gegen den Dämpfungsraum 70 durch die erste Dämpferfeder 72 und gegen den Hochdruckkanal 14 durch die zweite Dämpferfeder 73 vorgespannt. Die erste Dämpferfeder 72 ist im Dämpfungsraum 70 angeordnet und wirkt mit dem Verschlussstück 83 zusammen; die zweite Dämpferfeder 73 ist im weiteren Dämpfungsraum 75 angeordnet und wirkt mit einem Absatz des Schraubstücks 80 zusammen.
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Die 5 zeigt prinzipiell den gleichen Aufbau des Kraftstoffinjektors 1 wie die Ausführungsbeispiele der 1 und 4, so dass auf die analog angeordneten Teile nicht weiter eingegangen wird. Im Unterschied zur Ausführung der 4 ist im Ausführungsbeispiel der 5 der Dämpfungsraum 70 erfindungsgemäß benachbart zum Druckraum 6 angeordnet. Die Bohrung 81 ist im Düsenkörper 2 ausgebildet, wobei das Schraubstück 80 in die Bohrung 81 eingeschraubt oder eingepresst ist.
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Die Schraubstückbohrung 80a ist in dieser Ausführung als Sacklochbohrung ausgeführt. Das Trennelement 71 ist als Membran ausgeführt und auf der dem Druckraum 6 zugewandten Seite stirnseitig mit dem Schraubstück 80 verbunden, beispielsweise verklebt. Dadurch sind die Schraubstückbohrung 80a und der Dämpfungsraum 70 quasi identisch.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 1 ist wie folgt:
Der Druckraum 6 steht über den Hochdruckkanal 14 hydraulisch in ständiger Verbindung mit einem Hochdruckspeicher, beispielsweise einem Common Rail oder einer Hochdruckpumpe. Zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine wird die Düsennadel 3 vom Düsennadelsitz 7 abgehoben. Die Bewegung der Düsennadel 3 wird durch das Steuerventil 5 gesteuert.
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Das Steuerventil 5 wird durch den Aktor 54 angesteuert und steuert den Druck im Steuerraum 10. Prinzipiell kann für die Steuerung des Drucks im Steuerraum 10 jedoch jede beliebige Ansteuerung verwendet werden. Liegt im Steuerraum 10 hoher Druck an, so presst dieser die Düsennadel 3 entgegen der Kraft der Düsenfeder 16 und entgegen einer im Druckraum 6 auf die Düsennadel 3 wirkenden resultierenden hydraulischen Kraft gegen den Düsennadelsitz 7.
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Soll eine Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine erfolgen, wird das Steuerventil 5 so angesteuert, dass der Schließkörper 51 vom Steuerventilsitz 52 abgehoben wird. Dadurch wird der Druck im Steuerraum 10 durch die Ablaufdrossel 20 in den Niederdruckraum 30 entlastet. Mit dem verringerten Druck im Steuerraum 10 wird die Düsennadel 3 entgegen der Düsenfeder 16 durch die resultierende hydraulische Kraft im Düsenraum 6 vom Düsennadelsitz 7 abgehoben und es erfolgt dadurch die Einspritzung des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs vom Druckraum 6 durch die Einspritzöffnungen 8 in den Brennraum der Brennkraftmaschine.
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Zur Beendigung des Einspritzvorgangs wird die Ansteuerung des Aktors 54 beendet, so dass der Schließkörper 51 von der Ventilfeder 53 wieder gegen den Steuerventilsitz 52 gedrückt und damit die Ablaufdrossel 20 verschlossen wird. Dadurch wird der Druck im Steuerraum 10 wieder so weit erhöht, dass dieser zusammen mit der Kraft der Düsenfeder 16 ein Schließen der Düsennadel 3 bewirkt.
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Während des Einspritzvorgangs kommt es sowohl im Druckraum 6 und damit auch im Hochdruckkanal 14 als auch im Niederdruckraum 30 zu unerwünschten Druckschwingungen:
- – Im Druckraum 6 und im Hochdruckkanal 14: Durch das Öffnen der Düsennadel 3 und das Einspritzen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine erfolgt ein Druckabbau im Druckraum 6 und im Hochdruckkanal 14. Der vom Hochdruckspeicher nachströmende unter Hochdruck stehende Kraftstoff kann jedoch zu starken Druckpeaks, im Besonderen beim anschließenden Schließen der Düsennadel, im Druckraum 6 und auch im Hochdruckkanal 14 führen.
- – Im Niederdruckraum 30: Durch den Druckabbau des Steuerraums 10 über die Ablaufdrossel 20 in den Niederdruckraum 30 kommt es beim Öffnen des Steuerventils 5 zu Druckpeaks im Niederdruckraum 30 und gegebenenfalls auch in den in Strömungsrichtung nachgeschalteten Anbauteilen.
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Diese Druckschwingungen wirken sich ungünstig auf die beteiligten Bauteile aus, einerseits auf die Festigkeiten und andererseits auf die Funktionen der beteiligten Teile. Gerade im Druckraum 6 und im Hochdruckkanal 14 können durch die unerwünschten Druckpeaks die Festigkeitsgrenzen der Bauteile überschritten werden, beispielsweise die des Düsenkörpers 2 im Bereich der Einspritzöffnungen 8.
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Aber auch die Beanspruchungen auf die im Niederdruckraum 30 angeordneten und die dem Niederdruckraum 30 nachgeschalteten Bauteile können kritisch sein: Beispielsweise die Beanspruchungen des Aktors 54. Ist dem Niederdruckraum 30 zusätzlich beispielsweise ein Rückschlagventil nachgeschaltet, so können die unerwünschten Druckschwingungen auch dort zu einem verstärkten Verschleiß des Rückschlagventils führen.
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Erfindungsgemäß dient das beweglich angeordnete Trennelement 71 dazu, bei auftretenden Druckpeaks den Niederdruckraum 30, bzw. den Druckraum 6 oder den Hochdruckkanal 14, zu vergrößern, indem gleichzeitig der Dämpfungsraum 70 verkleinert wird. Durch das vergrößerte Volumen des Niederdruckraums 30, bzw. des Druckraums 6 oder des Hochdruckkanals 14, wird der Druckpeak jedoch schon in seiner Entstehung abgeschwächt, insbesondere wenn das Trennelement 71 im Niederdruckraum 30 sehr nahe zum Steuerventilsitz 52, bzw. im Druckraum 6 sehr nahe zu den Einspritzöffnungen 8, angeordnet ist.
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Um sowohl im Niederdruckraum 30 als auch im Hochdruckkanal 14 und/oder im Druckraum 6 auftretende Druckpeaks zu dämpfen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Dämpfungsraum 70 und dem Trennelement 71 auch mehrfach eingesetzt werden: Entweder jeweils selbständig an den zu dämpfenden Volumina angebracht, oder auch mit einem gemeinsamen Dämpfungsraum 70 und getrennt geführten Anschlüssen zu den zu dämpfenden Volumina. Im zweiten Falle können ein gemeinsames Trennelement 71 oder aber auch jeweils ein Trennelement 71 pro zu dämpfenden Volumen verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007043538 A1 [0002]
- DE 10329732 A [0004]