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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Injektor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Aus
der
DE 100 20 870
A1 sowie aus der
EP 1
722 101 A1 sind Injektoren zum Einspritzen von Kraftstoff
in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, bei denen ein
Ringraum gegenüber einem auf Niederdruck liegenden Raum
mittels eines ringförmigen Dichtelementes, das mit einer
Stützstruktur versehen ist, abgedichtet ist. Das Dichtelement
verhindert somit das Eindringen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff
aus dem Ringraum in den auf Niederdruck liegenden benachbarten Raum,
dem in der Regel eine Durchmesserstufe eines Ventilelementes des
Injektors zugeordnet ist, um eine Schließkraftkomponente
zu erzeugen.
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Daneben
sind Injektoren bekannt, bei denen der Ringraum, in den ein Kraftstoff-Versorgungskanal mündet,
in axialer Richtung in einen Druckraum übergeht, in den
der aus dem Kraftstoff-Versorgungskanal zugeführte Kraftstoff
hineinströmt, um bei geöffnetem Ventilelement
durch eine mindestens eine Einspritzöffnung aufweisende
Düsenlochanordnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine
gespritzt zu werden. Bei diesen, als leckagefreie Injektoren bezeichneten
Injektoren (in der Regel ohne Niederdruckstufe) muss der der Düsenlochanordnung
zugeleitete Kraft stoff (geringfügig) gedrosselt werden,
damit der Kraftstoffdruck im Bereich der Ventilelementspitze (etwas)
geringer ist als der Raildruck, um eine ausreichend hohe Schließkraft
zum Schließen des Ventilelementes gewährleisten
zu können.
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Zur
Realisierung der Kraftstoffdrosselung mittels einer Drosselbohrung
sind grundsätzlich zwei Möglichkeiten bekannt.
Zum einen kann die Drosselbohrung in einem Zulaufkanal zu dem unterhalb
des Ringraums befindlichen Druckraum im Injektorkörper vorgesehen
werden. Der Aufwand für die Fertigung dieser Variante ist
jedoch erheblich und wird daher aus Kostengründen möglichst
vermieden. Zum anderen ist es bekannt, die mindestens eine Drosselbohrung
in einer zusätzlichen Drosselplatte zwischen den Injektorkörper
und dem Düsenkörper anzuordnen, also hydraulisch
gesehen zwischen dem unterhalb des Ringraums befindlichen Druckraum
und der Düsenlochanordnung. Diese Variante ist zwar weniger
kostenintensiv als die zuvor dargelegte Variante, hat jedoch funktionale
Nachteile. Zum einen ist die Düsenlochanordnung nicht mehr
unmittelbar an den Druckraum angeschlossen, so dass sich die Zumessgenauigkeit
bei Mehrfacheinspritzungen verringert und zum anderen kann es durch
Verwirbelungseffekte am Einlauf der Drosselbohrung in der Drosselplatte
zu Ungenauigkeiten in der Mengenzumessung kommen. Weiterhin entsteht
eine zusätzliche mit Hochdruck beaufschlagte Dichtstelle,
die lediglich durch Aufeinanderpressen des Injektorkörpers,
der Drosselplatte und des Düsenkörpers abgedichtet werden
muss (harte Abdichtung). Die Auslegung einer solchen harten Abdichtung
für hohe Drücke verursacht einen hohen Fertigungsaufwand.
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Offenbarung der Erfindung
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Technisch Aufgabe
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Injektor vorzuschlagen,
bei dem die Drosselung des der Düsenlochanordnung zugeführten
Kraftstoffes gegenüber dem Versorgungsdruck auf einfache
alternative Weise ohne negative Auswirkungen auf die Zumessgenauigkeit
realisiert ist.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird mit dem Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen,
zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen
und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Drosselung des Kraftstoffs
mit einem separaten Einbauteil, nämlich einem ringförmigen
Drosselteil zu realisieren, welches innerhalb des Ringraumes angeordnet
ist und sich einerseits an dem den Ringraum radial innen begrenzenden
Ventilstück und andererseits an dem den Ringraum radial
außen begrenzenden Injektorkörper abstützt.
Das Drosselteil ist nicht integraler Bestandteil des Gehäuses
(Injektorkörper, Düsenkörper) und es
entsteht aufgrund des Verzichts auf eine Drosselplatte zwischen
Düsenkörper und Injektorkörper keine
zusätzlich nach außen abzudichtende Stelle. In
das Drosselteil ist mindestens eine, bevorzugt axiale Drosselöffnung
eingebracht, durch die unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus
dem Ringraum in den Druckraum strömen kann. Eine weitere
Drosselung des Kraftstoffs auf seinem Weg zur Düsenlochanordnung
mit mindestens einer Einspritzöffnung muss nicht erfolgen.
Bevorzugt ist das Drosselteil mit mehreren, insbesondere gleichmäßig über seinen
Umfang verteilten Drosselöffnungen bzw. Kanälen
versehen. Der in axialer Richtung an den Ringraum anschließende
Druckraum dient als Mini-Rail, der Druckschwingungen, die durch
das Öffnen und Schließen der Düsennadel
im Common-Rail-Systemen stets ausgelöst werden in ihrer
Amplitude stark reduziert. Hierdurch wird auch der Einfluss dieser Druckwellen
auf die Einspritzmengenzumessung bei Mehrfacheinspritzungen drastisch
verringert. Das eingesetzte Ventilelement kann sowohl einteilig,
als auch mehrteilig, insbesondere zweiteilig mit Steuerkolben und
Düsennadel ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Ventilstück,
an dem sich das Drosselteil abstützt, mit einer Aufnahmebohrung
für das Ventilelement versehen, so dass das Ventilstück
als Führung für das Ventilelement, insbesondere
für einen Steuerkolben des Ventilelementes dient.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
mindestens eine Drosselöffnung (zumindest im wesentlichen)
die einzige hydraulische Verbindung zwischen dem Ringraum und dem
axial benachbarten Druckraum ist. Anders ausgedrückt liegt
das Drosselteil zumindest näherungsweise dichtend an dem
Ventilstück und an dem Injektorkörper an, wobei
geringfügige Leckagen an den Randseiten des Drosselteils
ohne (wesentliche) Bedeutung sind.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das
Drosselteil, zumindest abschnittsweise, ein Me tallteil ist. Dabei
ist es denkbar, dass randseitig elastisches Kunstsoffmaterial zur Verbesserung
der Dichtwirkung vorgesehen ist. Bevorzugt ist das Drosselteil zur
Verminderung des Verschleißes jedoch vollständig
aus Metall ausgebildet. Eine (ggf. vollständige) Ausbildung
aus einem robusten Kunststoff ist jedoch ebenfalls denkbar.
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Bevorzugt
ist das Drosselteil in axialer und/oder radialer Richtung elastisch
federnd ausgebildet, insbesondere um eine dichtende, klemmende Aufnahme
des Drosselteils zwischen dem Ventilstück und dem Injektorkörper
zu gewährleisten.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der das
ringförmige Drosselteil als Tellerfederelement ausgebildet
ist. Durch die gewölbte, sich in axialer Richtung erstreckende
Ausbildung ist die Überbrückung eines Axialabstandes
zwischen den Anlagepunkten am Ventilstück und am Injektorkörper
möglich.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der ein sicherer Halt des
Drosselteils in den Injektor dadurch gewährleistet ist,
dass das Drosselteil zwischen zwei Ringschultern bzw. zwischen zwei
Stufen und zwar einerseits des Ventilstücks und andererseits
des Injektorkörpers angeordnet ist, um ein Verrutschen
in axialer Richtung oder sogar ein vollständiges Lösen
des Drosselteils aus seiner Befestigungsposition zu vermeiden.
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Ein
besonders guter Halt des Drosselteils kann realisiert werden, indem
die beiden Ringschultern in axialer Richtung und bevorzugt auch
in radialer Richtung zueinander versetzt, d. h. beabstandet angeordnet
sind.
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Um
eine gute Abdichtung des Drosselteils gegenüber dem Ventilstück
sowie gegenüber dem Injektorkörper und gleichzeitig
einen sicheren Halt des Drosselteils im Injektor zu realisieren,
ist in Ausgestaltung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass die
Axialerstreckung des Drosselteils im Einbauzustand geringer ist
als im nicht eingebauten Zustand, dass Drosselteil bei der Montage
also, vorzugsweise elastisch verformt wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der
in den Ringraum mündende Kraftstoff-Versorgungskanal der
einzige Kraftstoff-Versorgungskanal ist und somit eine Steuerkammer,
die bevorzugt von dem Ventilstück begrenzt wird, durch
eine Zulaufdrossel aus dem Ringraum mit unter Hochdruck stehendem
Kraftstoff versorgt wird. Der Durchflusswert der Zulaufdrossel zur
Steuerkammer sowie der Druckabfall an der mindestens einen Drosselöffnung
des Drosselteils bestimmen im Wesentlichen die Schließgeschwindigkeit
des Ventilelements.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Variante, bei der auf eine Zuführung
von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch einen Drosselkanal
im Injektorkörper zu einem separaten Düsenraum
im Düsenkörper verzichtet wird. Bevorzugt strömt
der Kraftstoff aus dem Druckraum entweder unmittelbar zur Düsenlochanordnung
oder nimmt dem Umweg über einen Kanal im Düsenkörper
zu einem Düsenraum (Ringraum) im Düsenkörper
und strömt dann von dort aus durch einen Umfangsgalt zur
Düsenlochanordnung. Der Kanal ist dabei drosselfrei ausgebildet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine
Darstellung eines Common-Rail-Injektors,
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2 eine
Schnittmittel-Detail-Darstellung der Einbausituation eines Drosselteils
im Injektor,
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3 eine
Draufsicht auf das Drosselteil und
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4 eine
geschnittene Ansicht des Drosselteils entlang der Schnittlinie A-A
gemäß 3.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Injektor 1 zum
Einspritzen von Kraftstoffen in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
gezeigt. Der Injektor 1 umfasst einen Injektorkörper 2 und
einen mittels einer Düsenspannmutter 3 daran festgelegten
Düsenkörper 4. In dem Injektorkörper 2 sowie
in den Düsenkörper 3 ist ein gemeinsames
Ventilelement 5 axial verschieblich aufgenommen, wobei
das Ventilelement 5 aus einem Steuerkolben 6 und
einer damit hydraulisch gekoppelten Düsennadel 7 besteht.
Die hydraulische Kopplung erfolgt innerhalb eines Kopplerraums 8,
der von einer Hülse 9 begrenzt wird. Dabei wird
die Hülse mittels einer Druckfeder 10 auf eine
obere Stirnseite des Düsenkörpers 4 federkraftbeaufschlagt,
wobei die Hülse 9 dem Steuerkolben 6 vollumfänglich
umschließt.
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In
der gezeigten Schließstellung liegt die Düsennadel 7 auf
ihrem Düsennadelsitz 11 auf und versperrt somit
eine Düsenlochanordnung 12. Bei geöffnetem
Ventilelement kann Kraftstoff aus der Düsenlochanordnung 12 in
einen nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine strömen.
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Der
aus der Düsenlochanordnung 12 ausströmende
Kraftstoff gelangt über einen in 2 gezeigten
Kraftstoff-Versorgungskanal 13, der mit einem nicht gezeigten
Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Rail) verbunden ist, in einen Ringraum 14,
wobei der Ringraum 14 radial außen von dem Injektorkörper und
radial innen von einem Ventilstück 15 begrenzt ist.
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Ausgehend
von dem Ringraum 14 durchströmt der Kraftstoff
Drosselöffnungen 16 (vgl. 2) eines
ringförmigen Drosselteils 17 und gelangt somit in
einen Druckraum 18 (Mini-Rail), innerhalb des Injektorkörpers 2.
In dem Druckraum 18 ist eine Ventilschließfeder 19 angeordnet,
die sich einenends an einer unteren Stirnseite des Ventilstücks 15 und
anderen Endes an einem am Steuerkolben 6 gehaltenen Sicherungsring 20 abstützt.
Durch den Druckraum 18 fließt der unter Hochdruck
stehende Kraftstoff bis zu der Hülse 9 und durch
einen Umfangsspalt zwischen Hülse 9 und Injektorkörper 2 hindurch bis
zu der Stirnseite des Düsenkörpers 3 und
von dort aus durch einen drosselfreien Kanal 21 zu einem
Düsenraum 22 innerhalb des Düsenkörpers 4.
Von dort aus strömt der Kraftstoff durch den Ringspalt
zwischen Düsennadel 7 Düsenkörper 4 zur
Düsenlochanordnung 12.
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Zum
axialen Verstellen des Ventilelements 5 ist eine von der
Stirnseite des Steuerkolbens 6 begrenzte Steuerkammer 23 vorgesehen,
die über eine in 2 gezeigte
Zulaufdrossel 24 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff
aus dem Ringraum 14 versorgt wird. Der Steuerkammer 23 ist
ein Steuerventil 25 zugeordnet, welches in diesem Ausführungsbeispiel
mittels eines elektromagnetischen Aktuators 26 betätigbar
ist. Bei geöffnetem Steuerventil 25 strömt
Kraftstoff durch eine Ablaufdrossel 27 in einen Niederdruckbereich
des Injektors und von dort aus zu einer Rücklaufleitung.
Dabei sind die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 24 und
der Ablaufdrossel 27 derart aufeinander abgestimmt, dass bei
geöffnetem Steuerventil 25 ein Nettoabfluss aus der
Steuerkammer 23 resultiert, wodurch das Ventilelement 5 vom
Düsennadelsitz abhebt und somit den Kraftstofffluss in
den Brennraum freigibt. Zum Schließen des Ventilelementes 5 wird
das Steuerventil 25 mittels des elektromagnetischen Aktuators 26 geschlossen,
wodurch der Druck in der Steuerkammer 23 durch den Zufluss
von Kraftstoff aus dem Ringraum 14 durch die Zulaufdrossel 24 steigt,
wodurch wiederum eine resultierende Schließkraft auf das Ventilelement 5 wirkt.
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Wie
aus 2 zu entnehmen ist, begrenzt das Ventilstück 5 nicht
nur den Ringraum 14, sondern auch die Steuerkammer 23 und
dient gleichzeitig zur Führung des Steuerkolbens 6.
In das Ventilstück 15 ist zudem die Zulaufdrossel 24 eingebracht.
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Wie
aus 2 zu erkennen ist, ist das Drosselteil 16 in
der Art einer Tellerfeder aus Metall ausgebildet und liegt einenends
auf einer ersten Ringschulter 28 des Injektorkörpers 2 und
anderenends auf einer zweiten Ringschulter 29 des Ventilstücks 15 auf,
wobei die beiden Ringschultern 28, 29 in axialer Richtung
versetzt und sich in radialer Richtung leicht überschneidend
angeordnet sind. Für einen besonders sicheren Halt des
Drosselteils 17 ist vorgesehen, dass dieses sich in Ecken 30, 31 der
Ringschultern 28, 29 abstützt und somit
auch in radialer Richtung dichtend an dem Ventilstück 15 sowie
an dem Injektorkörper 2 anliegt.
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In 3 ist
das Drosselteil 17 in einer Draufsicht gezeigt. Zu erkennen
sind drei gleichmäßig über den Umfang
verteilte Drosselöffnungen 16, die sich in radialer
Richtung gesehen etwa mittig auf dem ringförmigen Drosselteil 17 befinden.
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In 4 ist
das Drosselteil 17 in einer Schnittansicht gemäß der
Schnittlinie A-A gemäß 3 gezeigt.
Zu erkennen ist die gewölbte Ausbildung mit der mittigen
Drosselöffnung 16. Das Drosselteil 17 weist
ihm nicht montierten Zustand eine größere Axialerstreckung
A auf als in montiertem Zustand. Anders ausgedrückt ist
das Drosselteil 17 im montierten Zustand elastisch zwischen
dem Ventilstück 15 und dem Injektorkörper 2 geklemmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10020870
A1 [0002]
- - EP 1722101 A1 [0002]