EP2035686B1

EP2035686B1 - Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: EP2035686B1
Application number: EP07728615A
Authority: EP
Inventors: Dieter Junger; Nadja Eisenmenger; Christian Faltin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: JP4878386B2; WO2007144229A1; DE502007005966D1; US8038083B2; ATE491884T1; DE102006027780A1; US20090127356A1; EP2035686A1; JP2009540206A

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kraftstoffinjektoren der hier interessierenden Art dienen zur Steuerung des Kraftstoffes, welcher in den Brennraum in einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Sie sind im Wesentlichen aus einem Magnetventil sowie einem Miniservoventil aufgebaut, und betätigen eine Düsennadel, deren Öffnungs- und Schließstellung durch das Magnetventil steuerbar ist, so dass Einspritzbohrungen im Injektor zum Einspritzen des Kraftstoffs geöffnet und geschlossen werden.
Aus EP 1 617 072 A2 ist ein Kraftstoffinjektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum mit einem Magnetventil bekannt, bei dem bei einer Betätigung des Magnetventils eine Steuerleitung von einem Kraftstoffhochdruck auf einen Rücklaufdruck in eine Rücklaufleitung hinein entlastbar ist. Zur Reduzierung von Druckschwingungen ist eine Druckschwingungsdämpfungseinrichtung vorgesehen, die bei der Beendigung der Kraftstoffeinspritzung durch die Absteuerung des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs in den Niederdruckbereich entstehenden Druckschwingungen dämpft. Die Druckschwingungsdämpfungseinrichtung ist außerhalb des Kraftstoffinjektors in der Rücklaufleitung angeordnet und weist eine Membrandose als Dämpfungselement mit einer ballon- oder kissenförmig ausgebildeten elastisch zusammendrückbaren Membran auf.
Ein weiterer Kraftstoffinjektor ist aus der DE 101 59 003 A1 bekannt. Hierin ist ein Kraftinjektor offenbart, welcher mit einem Magnetventil zur Steuerung des Miniservoventils mit einem Anker ausgeführt ist, der auf einen Ventilsitz im unteren Ankerraum aufbringbar ist. Der untere Ankerraum steht über Bohrungen mit einem Steuerdruckraum in fluidischer Verbindung, wobei über zumindest eine Rücklaufbohrung auftretende Leckmengen über dem unteren Ankerraum in einen Tank zurückgeführt werden können. Um beim Schließen des Ventilsitzes durch den Anker Druckschwingungen bzw. Druckschwankungen im System der Rücklaufbohrungen unterhalb des Ventilsitzes zu vermeiden, sind Mittel zur Reduzierung dieser Druckschwingungen im unteren Ankerraum vorgesehen. Die Mittel zur Reduzierung von Druckschwankungen umfassen dabei im unteren Ankerraum einzuarbeitende Ausnehmungen oder Einbauten sowie ein vergrößertes Volumen der Rücklaufbohrungen oder des unteren Ankerraums. Somit können bestimmte von der Rückführung der Leckmengen betroffene Abschnitte im Magnetventil sowie im Einspritzventil in ihrem Volumen vergrößert ausgebildet sein. Eine solche Vergrößerung des Volumens bewirkt mit einem definierten Abflussquerschnitt eine deutliche Reduzierung von Druckschwingungen, jedoch ist das dafür notwendige injektornahe Volumen nicht im vorhandenen Bauraum darstellbar.
Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Ausführungen von Kraftstoffinjektoren sind solche Druckschwingungen, die zu unterschiedlichem Öffnungsverhalten des Miniservoventils und damit zu Mengenschwankungen des eingespritzten Kraftstoffs führen können. Druckschwingungen, die sich über Verbindungsbohrungen in den angrenzenden Magnetventilraum und den Magnetfederraum fortpflanzen, verursachen eine Mengenkennfeldwelligkeit, welche auch mittels der vergrößerten fluidischen Volumina nicht zufriedenstellend verringert bzw. vermieden werden können. Weiterhin verursacht ein hohes Druckniveau im Kraftstoffrücklauf unzulässig hohe Beanspruchungen in Kraftstoffrücklaufschläuchen bzw. erhöhte Kosten für hochdruckfeste Schläuche. In der Leckagebohrung des Injektorkörpers treten Kavitationsschäden auf, die durch Druckschwingungen und hohe Strömungsgeschwindigkeiten verursacht werden.
Zur Vermeidung von Drucküberhöhungen und dem Prellverhalten des Ankers, welches ein sauberes Schließverhalten der Einspritzlöcher durch die Düsennadel stört, wird ein unsauberes Einspritzen des Kraftstoffes in der Schlussphase des Öffnungszyklus hervorgerufen, welches ein negatives Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine zur Folge hat.
Aus der DE 102 21 383 A1 sind Druckbegrenzungseinrichtungen zur Limitierung auftretender Spitzendruckwerte im fluidischen System eines Kraftstoffinjektors bekannt. Diese betreffen einen Kraftstoffinjektor, welcher eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben aufweist, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt, der mit wenigstens einem Kraftstoffinjektor verbunden ist, durch den Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Hierbei wird durch ein elektrisch betätigtes Steuerventil zumindest eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums mit einem Entlastungsbereich gesteuert. Durch die Druckbegrenzungseinrichtung wird bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes im Pumpenarbeitsraum eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums mit einem Entlastungsbereich geöffnet. Die Druckbegrenzungseinrichtung weist eine elastisch verformbare Membran auf, die von dem im Pumpenarbeitsraum herrschenden Druck beaufschlagt ist und die bei Überschreiten des vorgegebenen Druckes im Pumpenarbeitsraum durch deren elastische Verformung die Verbindung des Pumpenarbeitsraums zum Entlastungsbereich öffnet.
Ein Nachteil der vorgeschlagenen Druckbegrenzungseinrichtung ist jedoch das Abfließen des Kraftstoffes in einen Entlastungsbereich, welcher die Ausbildung eines geschlossenen Systems, d.h. die Integration der Druckbegrenzungseinrichtung im geschlossenen fluidischen System der Rücklaufbohrungen ohne Leckagestrom nicht ermöglicht.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstoffinjektor mit Mitteln zur Reduzierung von Druckschwingungen in der wenigstens einen Rücklaufleitung zu schaffen, welche ohne Leckagestrom arbeitet und eine einfache sowie wirkungsvolle Funktion aufweist.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Mittel zur Reduzierung von Druckschwingungen zumindest eine Membrandose umfassen, welche in einer Aussparung aufgenommen ist, die fluidisch mit der wenigstens einen Rücklaufbohrung in Verbindung gebracht ist.
Durch die Integration einer Membrandose und die fluidische Verbindung mit der Rücklaufbohrung wird der Vorteil erreicht, dass der maximale Kraftstoffdruck auf das Niveau des maximalen Membranspanndruckes begrenzt wird, wodurch die Druckschwingungen reduziert werden können. Damit wird aufgrund des von der Membrandose aufgenommenen bzw. abgegebenen Volumens die Strömungsgeschwindigkeit in der Rücklaufbohrung begrenzt, wodurch kleinere Querschnitte der Rücklaufbohrungen realisiert werden können. Steigt der Druck in der Aussparung an, verringert sich aufgrund der Durchbiegung der Membranschalen der Membrandose das innere Volumen. Durch diesen Effekt wird der Maximaldruck während der Druckschwingungen begrenzt. Sinkt der Kraftstoffdruck in dem System der Rücklaufleitungen, so dehnen sich die Membranschalen aufgrund des Innendrucks innerhalb der Membrandose und zusätzlich aufgrund der elastischen Rückstellkraft der Membranschalen wieder aus, so dass insgesamt eine Glättung der Druckschwankungen und damit eine Glättung der Mengenkennfeldwelligkeit erreichbar ist.
Die Rücklaufbohrungen erstrecken sich vom unteren Bereich des Flachsitzes bis in den Bereich des Magnetventils hinein, wobei der Abschnitt der Rücklaufbohrung in Richtung des Magnetventils als Verbindungsleitung in den Magnetfederraum dient. Durch die verringerten Druckschwingungen kann das Prellverhalten des Ankers des Miniservoventils verringert bzw. vermieden werden, was eine verbesserte Dosierung der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge ermöglicht, und das Schließverhalten des Kraftstoffinjektors in der Schlussphase des Einspritzzyklus wird optimiert. Durch die damit erzielbare verbesserte Quantifizierung der eingespritzten Kraftstoffmenge aufgrund des minimierten bzw. vermiedenen Prellverhaltens ist eine verbesserte Verbrennung des Kraftstoffs aufgrund der optimierten Zerstäubung des Kraftstoffs in den Brennraum erreichbar, was eine Verringerung der Schadstoffemissionen zur Folge hat.
Die Aussparung zur Aufnahme der Membrandose ist vorteilhaft als kreisförmige Vertiefung in der Wandung des Injektorkörpers ausgeführt, so dass die Membrandose einfach von der Außenseite in die als Vertiefung ausgebildete Aussparung eingebracht werden kann. Ein Verbindungskanal ermöglicht die fluidische Verbindung zwischen der Rücklaufbohrung und der Aussparung, um eine fluidische Kommunikation zwischen der Aussparung sowie der Rücklaufbohrung zu schaffen.
Das Verschlusselement dichtet in Form eines Deckels die Aussparung zur Außenseite im Injektorkörper ab, wobei das Verschlusselement als kreisscheibenförmiger Deckel ausgebildet sein kann, welcher mittels eines Wellensicherungsringes mechanisch im Injektorkörper gesichert ist und mittels einer Ringdichtung fluidisch druckdicht angedichtet ist.
Das Vorspannelement kann als elastisches, tellerfederartiges, kreisscheibenförmiges Element aus einem dünnen Blechmaterial hergestellt sein, so dass die Druckdose im Bereich ihres Umfangs durch das Vorspannelement gegen die Innenseite des Verschlusselementes verspannt wird. Die Membrandose ist dabei aus zwei kreisförmigen Membranschalen aufgebaut, welche druckdicht radial umlaufend aneinander gefügt sind.
Die Fügeverbindung kann Vorteilhafterweise als Schweißverbindung ausgeführt sein, wobei die Membrandose radial umlaufend im Bereich der Schweißnaht der beiden Membranschalen zwischen dem Vorspannelement und der Innenseite des Verschlusselementes radial positioniert und vorgespannt wird. Dadurch wird bei einem Druckabfall im Innenraum der Aussparung die Schweißverbindung zwischen beiden Membranschalen der Membrandose entlastet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfmdung sieht vor, dass die Aussparung zur Aufnahme der Membrandose in einem separaten Dämpfergehäuse aufgenommen ist, wobei das Dämpfergehäuse am Injektorgehäuse angeordnet und fluidisch mit der Rücklaufleitung verbunden ist. In Abhängigkeit von den geometrischen Verhältnissen des Konstruktionsraumes des Kraftstoffinjektors sowie der fehlenden Integrierbarkeit der Membrandose in den Injektorkörper bietet die Ausführung der Mittel zur Reduzierung von Druckschwingungen in einem separaten Dämpfergehäuse die Möglichkeit, die Membrandose außerhalb des Injektorkörpers anzuordnen, und die Aussparung, in welcher die Membrandose aufgenommen ist, fluidisch mit dem System der Rücklaufbohrungen zu verbinden. Ähnlich wie die im Injektorkörper ausgebildete Aussparung umfasst das Dämpfergehäuse einen Innenraum, welcher mittels eines Verschlusselementes zu einer geschlossenen Aussparung zur Aufnahme der Membrandose ausgebildet ist, wobei Anschläge vorgesehen sind, welche die Membrandose auf dem Umfang der Schweißnaht aufnehmen und radial zentrieren. Am Verschlusselement sowie am Anschlag selber sind Anschlagflächen vorgesehen, die den Hub der Membranschalen der Membrandose begrenzen. Damit kann eine Überlastung, d.h. eine plastische Verformung der Membranschalen vermieden werden. Das Vorspannelement ist im Ausführungsbeispiel des Dämpfergehäuses verstellbar ausgeführt, so dass der Anschlag, welcher am Vorspannelement angeformt ist, verstellbar ist.
Vorteilhafterweise weisen die kreisförmigen Membranschalen eine konzentrische Wellenstruktur auf, um die Nachgiebigkeit zu erhöhen. Durch die Wellenstruktur kann der Wert der Membranschalendurchbiegung aufgrund der niedrigeren Nachgiebigkeit und damit des ausgedehnteren elastischen Bereiches erhöht werden, um die maximale Volumendifferenz zwischen einem Maximaldruck und einem Minimaldruck innerhalb der Aussparung zu maximieren. Die Volumendifferenz betrifft dabei das maximale bzw. minimale Volumen des Innenraums der Membrandose. Die Wellenstruktur verläuft konzentrisch um die Mittelachse der kreisförmig ausgebildeten Membrandose und kann beispielsweise vier Wellenberge bzw. Wellentäler umfassen. Betreffend die Anordnung der Membranschalen zur Bildung der Membrandose zueinander ist zum einen die Möglichkeit geboten, die zwei kreisförmigen Membranschalen spiegelbildlich zueinander anzuordnen, so dass die Wellenstruktur der Membranschalen gegeneinander verläuft und die Membrandose eine symmetrische Ausbildung aufweist. Hingegen besteht weiterhin die Möglichkeit, dass die zwei kreisförmigen Membranschalen zur Bildung der Membrandose parallel, d.h. in gleicher Richtung zueinander angeordnet sind, so dass die Wellenstruktur der Membranschale gleichgerichtet verläuft und die Membrandose eine asymmetrische Ausbildung aufweist.
Im ersten Fall der symmetrischen Ausbildung der Membrandose können die Membranschalen gleich zueinander ausgebildet sein, so dass eine geringe Teilevarianz erreichbar ist. Die Membranschalen können in der zueinander gewandten Anordnung geschweißt werden, so dass die Membrandose aufgrund ihrer Symmetrie keine bevorzugte Einbaurichtung erforderlich macht. Hingegen ergibt sich basierend auf der symmetrischen Anordnung der Membranschalen ein Mindestabstand, welcher zu einer Mindestdicke der Membrandose führt und ein relativ großes Volumen innerhalb der Membrandose umfasst.
Es ist jedoch bekannt, dass bei einem kleineren Volumen innerhalb der Membrandose der Enddruck bei gegebenen Schluckvolumen, d.h. der Volumendifferenz bei Maximaldruck und Minimaldruck innerhalb der Rücklaufbohrung, nur gering ansteigt, wenn das Ausgangsvolumen groß ist. Die durch den Bauraum in ihrem Außendurchmesser begrenzte Membrandose kann jedoch unter Lebensdauerbedingungen nur ein begrenztes Schluckvolumen aufnehmen. Aus der typischen Außendruck-Schluckvolumenkennlinie des vorliegenden Kraftstoffinjektors kann entnommen werden, das der Schluckvolumenbedarf mit zunehmenden Außendruck sinkt. Die Reduzierung des Ausgangsvolumens bewirkt eine steilere Kennlinie des Außendruckes über dem Schluckvolumen, wodurch beim gegebenen Schluckvolumen ein höherer Außendruck erreicht werden kann. Dadurch wird auch bei kleinen Schluckvolumina einen sichere Funktion erreicht. Somit ist die Möglichkeit gegeben, das die Kontur der Membranen im gesamten Federbereich einen geringen Abstand aufweisen, was durch eine asymmetrische Anordnung der Membranschalen ermöglicht ist. Durch das geringe Ausgangsvolumen in der Membrandose und die dadurch steilere Druckvolumenkennlinie reduziert sich beim Absenken des Außendruckes die Druckkraft, welche die Membrandose nach außen aufwölbt, sehr schnell, wodurch eine geringere Belastung der Membranschalen und der Schweißnaht im unverbauten Zustand bzw. außerhalb des Betriebes der Membrandose gegeben ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Membrandose mit Helium gefüllt ist und einen Gasdruck aufweist, der größer ist als der Rücklaufdruck in der Rücklaufleitung bzw. in der mit der Rücklaufleitung verbundenen Aussparung. Wird als Gas, welches die Membrandose füllt, Helium gewählt, ist das Dichtschweißen der Membranschalen prozesssicher möglich und führt gleichzeitig zu günstigeren Eigenschaften der Gaszustandsänderung. Helium weist einen hohen adiabaten Exponenten auf, wobei bei hochdynamischen Vorgängen eine steilere Druckanstiegskennlinie gegenüber der Isothermen Grundauslegung entsteht.
Vorteilhafterweise weist die Membrandose eine Hubbegrenzung auf, welche innenseitig in der Membrandose eingebracht ist. Die Hubbegrenzung umfasst dabei Bügelelemente, welche ineinandergreifend angeordnet sind, so dass diese sowohl eine die Membranschalen zusammenführende Membranschalendurchbiegung als auch eine die Membranschalen auseinanderführende Membranschalendurchbiegung begrenzt. Die Bügelelemente können innenseitig in die Membranschalen eingeschweißt sein, und weisen eine C-förmige Profilstruktur auf, die jeweils gegenüberliegend ineinander greifen. Wölben sich die Membranschalen nach außen, so wird die Biegebewegung der Außenwölbung durch ein Eingreifen der C-förmigen Profile der Bügelelemente begrenzt, wobei die Bügelelement ein Höhe über der Membranschaleninnenseite aufweisen, die eine Durchbiegung der Membranschalen nach innen ebenfalls begrenzen. Somit ist durch einfache Mittel die Möglichkeit geschaffen, eine Hubbegrenzung sowohl als Durchbiegung nach innen als auch eine Auswölbung der Membranschalen nach außen zu begrenzen, ohne externe Elemente an der Membrandose vorzusehen. Die Bügelelemente in der jeweiligen Membranschale können gleich zueinander ausgebildet sein, um auch in diesem Fall die Teilevarianz zu minimieren, wobei auch eine asymmetrische Ausbildung der Elemente der Hubbegrenzung innerhalb der Membranschalen möglich ist.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.

Ausführungsbeispiele

Es zeigt:

Figur 1: ein Querschnitt eines Kraftstoffinjektors mit Mitteln zur Druckbegrenzung, wobei die Mittel als Membrandose ausgebildet sind, die innerhalb des Injektorkörpers integriert sind;
Figur 2: einen Querschnitt eines Ausschnitts der Membrandose aus Figur 1, welche innerhalb des Injektorkörpers integriert ist;
Figur 2a: einen Querschnitt eines Ausschittes der Dämpferbaugruppe gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels;
Figur 3: einen Querschnitt eines Kraftstoffinjektors mit Mitteln zur Druckbegrenzung, wobei die Mittel als Membrandose ausgebildet sind, die in einem außerhalb des Injektorkörpers angeordneten Dämpfergehäuse integriert sind;
Figur 4: eine Membrandose gemäß vorliegenden Erfindung, welche eine innenseitig eingebrachte symmetrische Hubbegrenzung aufweist;
Figur 5: ein weiteres Ausführungsbeispiel der Membrandose mit innenseitig eingebrachter Hubbegrenzung, wobei die Hubbegrenzung asymmetrisch ausgebildet ist;
Figur 6a: ein erstes Ausführungsbeispiel der Membrandose, welche eine symmetrische Anordnung der Membranschalen aufweist; und
Figur 6b: ein weiteres Ausführungsbeispiel der Membrandose, welche eine asymmetrische Anordnung der Membranschalen aufweist.

Der in Figur 1 dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst ein Magnetventil 1 sowie ein Miniservoventil 2. Das Magnetventil 1 umfasst einen Anker 3 sowie einen Ventilsitz 4, wobei dieser einen Ankerraum 5 von einem Steuerraum des Miniservoventils 2 trennt. Wird die Magnetspule des Magnetventils 1 bestromt, bewegt sich der Anker 3 in vertikaler Richtung nach oben, so dass sich der Ventilsitz 4 im unteren Ankerraum 5 öffnet. Dieser Ventilsitz 4 steht seinerseits über eine oder mehrere Bohrungen in Fluidverbindung mit einem Steuerdruckraum des Miniservoventils 2. Bei einem Öffnen des Ventilsitzes 4 baut sich der Druck im Steuerdruckraum des Miniservoventils ab, wobei Fluid über die Bohrungen in Richtung des Ventilsitzes 4 von dort in den unteren Ankerraum 5 strömt. Bei einem sinkenden Druck im Steuerraum wird die Düsennadel (hier nicht dargestellt) des Kraftstoffinjektors, die ständig einem in Öffnungsrichtung wirkenden Kraftstoffhochdruck ausgesetzt ist, in Bewegung gesetzt, wodurch die Einspritzbohrungen geöffnet werden und der Kraftstoffinjektor Kraftstoff in den Brennraum einspritzen kann. Im Injektorkörper 7 sind Rücklaufbohrungen 8 eingebracht, wobei das System der Rücklaufbohrungen 8 an einen Flachsitz 6 anschließen, und wobei durch die Öffen- bzw. Schließbewegung des Flachsitzes 6 Druckschwingungen innerhalb der Rücklaufbohrung 8 auftreten können. Daher sind diese fluidisch mit einer Aussparung 10 verbunden und wirken auf eine Membrandose 9, welche innerhalb der Aussparung 10 eingebracht ist. Die Aussparung 10 ist außenseitig im Injektorkörper 7 angeordnet, und mittels eines Verschlusselementes 12 druckdicht verschlossen. Entlastet nun der Injektor am Flachsitz 6 des Miniservoventils 2 die Steuerleitung von Raildruck auf Rücklaufdruck, so entsteht zunächst ein hoher Volumenstrom innerhalb der Rücklaufbohrung 8. Dieser wird zu der Aussparung 10 weitergeleitet, so dass die Membrandose 9 druckbeaufschlagt wird und die Membranschalen nach innen gewölbt werden. Dadurch verringert sich das innere Volumen der Membrandose 9, und auftretende Druckspitzen innerhalb Rücklaufbohrungen 8 werden verringert. Sinkt hingegen der Druck innerhalb der Rücklaufbohrung 8, so dehnen sich die Membranschalen der Membrandose 9 wieder aus, so dass insgesamt die Druckschwankungen geglättet werden. Die Membrandose 9 ist zwischen dem Verschlusselement 12 und einem Vorspannelement 13 angeordnet, welche die Membranschalen der Membrandose jeweils aufeinander drücken, um die Schweißnaht zwischen den Membranschalen zu entlasten.
Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Aussparung 10 innerhalb des Injektorkörpers 7. Über die Rücklaufbohrung 8 ist die Aussparung 10 mit dem Bereich unterhalb des Flachsitzes (siehe Figur 1) verbunden. Innerhalb der Aussparung 10 ist die Membrandose 9 angeordnet, welche aus einer ersten Membranschale 14 und einer zweiten Membranschale 15 ausgebildet ist. Strömt nun der Kraftstoff durch die Rücklaufbohrung 8 in die Aussparung 10, so gelangt diese zunächst in einen ersten Raum 21, was durch Aussparungen 29 und 30 innerhalb des Injektorkörpers 7 bzw. des Verschlusselementes 12 möglich ist. Ein zweiter Raum 22 wird ebenfalls mit Kraftstoffdruck beaufschlagt, welcher direkt mit der Rücklaufbohrung 8 verbunden ist. Steigt nun der Druck innerhalb der Räume 21, 22 an, so wölben sich die Membranschalen 14 und 15 zueinander gerichtet nach innen, so dass sich das Volumen innerhalb der Membrandose 9 verringert. Die Durchbiegung der Membranschalen 14 und 15 wird durch eine Hubbegrenzung 16 begrenzt, welche aus einem ersten Bügelelement 17 sowie einem zweiten Bügelelement 18 besteht. Die Bügelelemente weisen ein C-förmiges Profil auf, so dass sie jeweils gegenüberliegend an die Innenseite der Membranschalen 14, 15 anstoßen und dadurch die Hubbewegung begrenzen. Hingegen greifen die Bügelelemente 17 und 18 ineinander, wenn der Druck in den Räumen 21, 22 sinkt, und sich die Membranschalen 14 und 15 nach außen wölben. Die Membrandose 9 ist zwischen einem Vorspannelement 13 sowie dem Verschlusselement 12 eingespannt, wobei die Einspannung radial umlaufend auf der Höhe der Schweißnaht 19 erfolgt, um diese aufgrund der Vorspannung zwischen dem Vorspannelement 13 und dem Verschlusselement 12 zu entlasten. Zur deutlicheren Darstellung ist in der Figur 2 das Vorspannelement 13 in einem fliegenden und nicht vorgespannten Zustand gezeigt. Das Verschlusselement 12 ist mittels eines Dichtelementes 20 gegenüber der Außenseite des Injektorkörpers 7 abgedichtet, welches beispielsweise aus einem O-Ring besteht. Um eine Begrenzung der Wölbungsbewegung der Membranschalen 14 und 15 zu schaffen, sind sowohl im Injektorkörper 7 als auch im Verschlusselement 12 Anschläge 23 und 24 vorgesehen, an die die Membranschalen 14 und 15 bei einer Wölbung der Membranschalen 14, 15 nach außen anstoßen. Somit legen die vorgespannten Anschläge 23, 24 der Hubbegrenzung den Loslaufdruck fest und begrenzen nach außen die Membranschalendurchbiegung. Die innere Hubbegrenzung 16 und die äußere Hubbegrenzung mit den Anschlägen 23 und 24 sind zur gleichzeitigen Darstellung beide in der Figur 2 gezeigt, wobei für eine technische Umsetzung der Anordnung eine der beiden Hubbegrenzungen hinreichend ist. Die Anschläge werden wahlweise durch das Gehäuse 7 und das Verschlusselement 12 oder durch das Vorspannelement 13 und das Aufnahmeelement 28 gebildet (siehe Figur 3).
Figur 2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Aufnahme, Begrenzung und Vorspannung der Membrandose 9. Das Vorspannelement 13a hat zumindest drei Ausstellungen 32, welche durch elastische Vorspannung die Schweißnaht 19 entlasten und gleichzeitig die Membrandose 9 in ihrer Position halten. Durch die Ausstellungen 32 bildet sich in der Umfassung 31 eine Aussparung, wodurch der Raum 22 direkt und der Raum 21 über die Aussparung 29a mit der Rücklaufbohrung 8 kommuniziert. Am verschlussdeckelseitigen Ende der Umfassung 31 ist eine Verrastung 33 ausgebildet, die vorzugsweise in die Dichtringnut des Verschlusselementes 12a eingreift und eine formschlüssige Verbindung herstellt. Am Vorspannelement 13a ist ein Anschlag 24a ausgebildet, der mit dem am Verschlusselement 12a ausgebildeten Anschlag 23a zusammenwirkt und sowohl zur Loslaufdruckvorspannung als auch zur Hubbegrenzung eingesetzt werden kann. Die Verrastung 33 ist durch die Begrenzung der Umfassung 31 in der Aussparung 10 gesichert. Die vom Injektorkörper 7 unabhängige Membranbefestigung ermöglicht eine genaue Vorspann- und Loslaufdruckeinstellung und Hubbegrenzung nach Außen. Die Dämpferbaugruppe 34 ergibt eine hohe Prozesssicherheit, da die Montage nicht verdeckt erfolgt, keine Kollisionskonturen im Injektorkörper vorhanden sind und ein Fehlen z.B. der Membrandose 9 sicher erkannt wird. Die vergleichsweise empfindliche Membrandose 9 ist in der Dämpferbaugruppe 34 geschützt und unabhängig prüfbar. Die Dämpferbaugruppe 34 besteht aus dem Verschlusselement 12a, der Membrandose 9, dem Vorspannelement 13a und dem Dichtelement 20 und ist in der Aussparung 10 des Injektorkörpers 7 nach außen druckdicht aufgenommen, wobei die Membrandose allseitig fluidisch mit der Rücklaufbohrung 8 in Verbindung steht. Das kreisscheibenförmige Vorspannelement 13a übernimmt sowohl die Vorspannung zur Entlastung der Schweißnaht 29 als auch die Funktion der Loslaufdruckvorspannung und Hubbegrenzung. Die elastische Vorspannung erfolgt durch mindestens drei ausgestellte Bereiche, welche schweißnahtnah auf der Membrandose aufliegen.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Mittel zur Reduzierung von Druckschwingungen, wobei diese eine Membrandose 9 umfassen, die innerhalb eines Dämpfergehäuses 11 angeordnet ist. Das Dämpfergehäuse 11 ist wiederum am Injektorkörper 7 angeordnet, und fluidisch sowie mechanisch mit diesem verbunden. Die mechanische Verbindung umfasst gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Schraubverbindung, wobei die fluidische Verbindung über innenliegende Kanäle in die Aussparung 10 innerhalb des Dämpfergehäuses 11 mit dem System der Rücklaufbohrung 8 erfolgt. Die Membrandose 9 ist innerhalb des Dämpfergehäuses 11 aufgenommen und mittels eines Verschlusselementes 12 in diesem fest angeordnet. Gegenüberliegend vom Verschlusselement 12 ist ein Aufnahmeelement 28 vorgesehen, welches ebenfalls kreisscheibenförmig ausgebildet ist und mittig einen Anschlag 25 aufweist. Innerhalb des Verschlusselementes 12 ist wiederum ein weiteres Vorspannelement 27 vorgesehen, welches endseitig in Richtung der Membrandose 9 einen gegenüberliegenden Anschlag 26 besitzt. Damit kann die Hubbewegung der Membranschalen 14 und 15 der Membrandose 9 durch den Anschlag 25 sowie 26 begrenzt werden. Das Verschlusselement 12 ist innerhalb des Dämpfergehäuses 11 eingeschraubt und mittels Dichtungen druckdicht verschlossen. Das Vorspannelement 27 ist innerhalb des Verschlusselementes 12 zentrisch angeordnet und als eine Art Schraube ausgeführt, um dieses durch eine Schraubbewegung in Richtung der Membrandose 9 bzw. entfernt zu dieser zu verstellen. Der zentrisch angeordnet Anschlag 25 ist am Aufnahmeelement 28 ausgebildet und wirkt entgegen des Anschlags 26 des Vorspannelementes 27. Damit ist die maximale Auswölbung der Membranschalen 14 und 15 begrenzbar.
In Abbildung 4 und 5 sind jeweils verschiedene Ausbildungen der Hubbegrenzung 16 in der Membrandose 9 dargestellt. In Abbildung 4 weist die Hubbegrenzung 16 C-förmige Bügelelemente 17 und 18 auf, die derart ineinander greifen, dass sowohl eine nach innen gerichtete Membrandurchbiegung als auch eine nach außen gerichtete Membrandurchbiegung begrenzbar ist. Hingegen ist die Hubbegrenzung in Figur 5 asymmetrisch ausgebildet, welche ein weiteres Ausführungsbeispiel derselben darstellt. Diese umfasst ein T -förmiges Bügelelement 17 sowie jeweils klammerförmige Bügelelemente 18, welche ebenfalls derart ineinander greifen und eine nach innen gerichtete sowie eine nach außen gerichtete Durchbiegung der Membranschalen 14 und 15 begrenzen. Die Membranschalen 14 und 15 sind durch eine radial umlaufende Schweißnaht 19 miteinander gefügt.
Die Figuren 6a und 6b zeigen jeweils eine symmetrische sowie einen asymmetrische Ausbildung der Membrandose 9. In Figur 6a sind die Membranschalen 14 und 15 gleich zueinander ausgebildet, so dass diese spiegelbildlich jeweils um 180° verdreht zueinander angeordnet sind und aufeinander verschweißt sind. Hingegen weisen die Membranschalen 14 und 15 gemäß Figur 6b eine asymmetrische Ausbildung auf, so dass die Wellenstruktur innerhalb der Membranschalen gleichförmig verlaufen und die Bauhöhe in der Membrandose 9 insgesamt verringert ist. Die Membranschalen 14 und 15 weisen jeweils drei Wellen auf, welche konzentrisch um die Mittelachse der Membrandosen 9 ausgebildet sind, wobei auch eine andere Anzahl von Wellen in die Membranschalen eingebracht werden können, was vom Durchmesser der Membrandose und der Dicke des Blechmaterials der Membranschalen abhängig ist. Die Wellenstruktur vergrößert den elastischen Bereich zur Durchbiegung der Membranschalen 14 und 15, und vermeiden im Wesentlichen eine Beschädigung bzw. eine Überlastung der Membranschalen (14, 15) und der Schweißnaht 19.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

Kraftstoffinjektor zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum, mit einem zur Steuerung eines Miniservoventils (2) vorgesehenen Magnetventil (1), umfassend einen bewegbaren Anker (3), der auf einen Ventilsitz (4) im unteren Ankerraum (5) dichtend aufbringbar ist, wobei weiterhin das Miniservoventil (2) in einem Injektorkörper (7) aufgenommen ist und eine Steuerleitung gegen einen Flachsitz (6) dichtet, vermittels dessen bei einer Betätigung des Magnetventils (1) die Steuerleitung von einem Kraftstoffhochdruck auf einen Rücklaufdruck in wenigstens eine Rücklaufleitung (8) hinein entlastbar ist, wobei Mittel zur Reduzierung von Druckschwingungen in der wenigstens einen Rücklaufleitung (8) vorgesehen sind, und wobei die Mittel zur Reduzierung von Druckschwingungen zumindest eine Membrandose (9) umfassen, welche in einer Aussparung (10) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (10) fluidisch mit der wenigstens einen Rücklaufleitung (8) in Verbindung gebracht und im Injektorkörper (7) eingebracht ist, so dass die Membrandose (9) in den Injektorkörper (7) integrierbar ist, und dass die Aussparung (10) mittels eines Verschlusselements (12) druckdicht abgedichtet ist, wobei in der Aussparung (10) benachbart zur Membrandose (9) ein Vorspannelement (13) angeordnet ist, welches die Membrandose (9) auf dem Fügeumfang der Membranschalen (14, 15) gegen das Verschlusselement (12) mechanisch verspannt.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandose (9) zwei kreisscheibenförmige Membranschalen (14, 15) aufweist, welche druckdicht radial umlaufend aneinander gefügt sind.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (10) zur Aufnahme der Membrandose (9) in einem separaten Dämpfergehäuse (11) aufgenommen ist, wobei das Dämpfergehäuse (11) am Injektorgehäuse (7) angeordnet und fluidisch mit der Rücklaufleitung (8) verbunden ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die kreisscheibenförmigen Membranschalen (14, 15) eine konzentrische Wellenstruktur aufweisen, um die Nachgiebigkeit der Membranschalen (14, 15) zu erhöhen.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisscheibenförmigen Membranschalen (14, 15) zur Bildung der Membrandose (9) spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, sodass die Wellenstruktur der Membranschalen (14, 15) gegeneinander verläuft und die Membrandose (9) eine symmetrische Ausbildung aufweist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisscheibenförmigen Membranschalen (14, 15) zur Bildung der Membrandose (9) parallel zueinander angeordnet sind, sodass die Wellenstruktur der Membranschalen (14, 15) gleichgerichtet verläuft und die Membrandose (9) eine asymmetrische Ausbildung aufweist.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandose (9) mit Helium gefüllt ist und einen Gasdruck aufweist, der größer ist als der Rücklaufdruck in der Rücklaufleitung (8) bzw. in der mit der Rücklaufleitung (8) verbundenen Aussparung (10).
Kraftstoffinjektor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandose (9) eine Hubbegrenzung (16) umfasst, welche innenseitig in der Membrandose (9) eingebracht ist.