DE102023126436A1

DE102023126436A1 - Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff

Info

Publication number: DE102023126436A1
Application number: DE102023126436.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Seidl; Benjamin Wunderle; Michael Glutzberger; Artur Bankou
Original assignee: Liebherr Components Deggendorf GmbH
Current assignee: Liebherr Components Deggendorf GmbH
Priority date: 2023-03-28
Filing date: 2023-09-28
Publication date: 2024-10-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff, vorzugsweise zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, im Besonderen Wasserstoff, umfassend ein Injektorgehäuse zum Aufnehmen und Anordnen von Injektorbestandteilen, ein Ankerelement, das entlang einer Axialrichtung (also der Injektorlängsrichtung) des Injektors bewegbar in dem Injektorgehäuse angeordnet und dazu ausgelegt ist, durch eine Axialbewegung entlang des Injektorgehäuses eine Drossel zu verschließen oder freizugeben, um Kraftstoff durch diese Drossel strömen zu lassent. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Führungselement, das an einem Außenumfang des Ankerelements ansetzt oder dort angeordnet ist, um eine möglichst verschleißfreie Bewegung des Ankerelements in Axialrichtung gegenüber dem Injektorgehäuse beim Öffnen und Verschließen der Drossel zu ermöglichen, wobei das Führungselement bei einem minimalen Hub des Ankerelements in Axialrichtung von dem Bypasselement beabstandet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff, insbesondere zum Einblasen eines Gases, vorzugsweise zum direkten Einblasen von Wasserstoff. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Injektor dazu ausgelegt ist, Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen.
Im Zuge von weltweit immer strenger werdenden Abgasgrenzwerten und ambitionierten Klimaschutzzielen steigen die umwelttechnischen Anforderungen an Verbrennungskraftmaschinen stetig an. Das Ziel sind in absehbarer Zukunft emissionsarme oder gar emissionsfreie Antriebstechnologien, die auch strengste Abgasgrenzwerte erfüllen und einen signifikanten Beitrag zum Erreichen der Klimaschutzziele liefern. Bei Technologien, die mit einer Verbrennung arbeiten sind diese Ziele nur bei einer Verwendung von klimaneutralen, regenerativ produzierten Kraftstoffen erreichbar, die entlang der gesamten Wertschöpfungskette keinerlei Emissionen verursachen (sogenannte „zero emissions“-Kraftstoffe).
Mit derzeitigen konventionellen Benzin-, Diesel- und Gasmotoren sind die Anforderungen an eine emissionsfreie Verbrennung - selbst unter Verwendung sogenannter E-Fuels, bspw. eines synthetisch erzeugten OME-Kraftstoffs, zu dessen Herstellung lediglich regenerative Energie benötigt wird - nicht erreichbar, da sich der Ausstoß an schädlichen Abgasen wie Stickstoffoxiden (NO_x), unverbrannten Kohlenwasserstoffen (UHC) und Ruß mit heutigen Technologien nicht vollständig reduzieren lässt.
Prinzipiell erfüllen batteriebetriebene Antriebe die Zero-Emissions-Richtlinie während des Betriebs und sind v. a. im Pkw-Bereich auf dem Vormarsch. Wird hingegen die gesamte Wertschöpfungskette betrachtet, so ist jedoch die Produktion der (Lithium-)Akkus energetisch sehr kostspielig und unter umwelttechnischen Gesichtspunkten problematisch, da insbesondere starke Umweltschäden beim Rohstoffabbau auftreten und der Abbau der für die Batterien erforderlichen Rohstoffe nicht nachhaltig durchführbar ist. Zudem ist mit dem heute erzielbaren Leistungsgewicht der Batterien ein Einsatz in Maschinen mit hohem (Spitzen-) Leistungsbedarf nicht möglich.
Brennstoffzellenbetriebene Antriebe mit Versorgung aus regenerativ erzeugtem Wasserstoff erfüllen die vorgegebenen Klimaschutzziele und sind schon heute in sehr begrenztem Maße im Einsatz. Allerdings weist auch dieses Konzept einige Nachteile auf, bspw. eine im Vergleich zu heutigen Dieselantrieben geringe Spitzenleistung und eine geringe Wirtschaftlichkeit.
In den Fokus sind daher Wasserstoff-Verbrennungsmotoren gerückt, die eine vielversprechende Antriebsalternative darstellen. Diese existieren aber bis dato fast ausschließlich in sehr geringer Stückzahl oder als Demonstratoren mit geringem Reifegrad. Ein durch regenerative Energien erzeugter Wasserstoff würde alle Erfordernisse von „zero emission" erfüllen, da dieser emissionsfrei verbrennbar ist.
So finden sich im Pkw-Bereich bspw. Wasserstoff-Motoren mit äußerer Gemischbildung (PFI = port fuel injection), bei denen der Kraftstoff schon vor Eintritt in den Brennraum mit Luft in ausreichender Zeit gut durchmischt wird. Wasserstoff-Motoren mit direkter Einblasung des Kraftstoffs in den Brennraum (innere Gemischbildung, DI = direct injection) spielen heutzutage praktisch keine Rolle, weisen jedoch gegenüber dem PFI-Konzept u.a. eine höhere Effizienz, stabilere Verbrennung sowie eine Eliminierung der Gefahr einer Rückzündung in den Ansaugtrakt auf.
Bei direkt einspritzenden Wasserstoffmotoren wird typischerweise noch hinsichtlich des maximalen Einspritzdrucks im Injektor (< 60 bar: Niederdruck, > 60 bar: Hochdruck) unterschieden, wobei die Grenzen nicht eindeutig festgelegt und die Übergänge fließend sind. Höhere Drücke bieten das Potential einer verkürzten Einblasdauer in einer späteren Phase der Kompression bei höheren Brennraumdrücken, was eine erhöhte Effizienz und verbesserte Verbrennungsstabilität zur Folge hat. Allerdings sinkt die Gesamteffizienz, falls zuvor eine Komprimierung des Wasserstoffs nötig ist.
Wird der Wasserstoff zu 100 % aus regenerativen Energien gewonnen, kann mit Wasserstoff-Verbrennungsmotoren ein nahezu klimaneutraler Betrieb realisiert werden. Darüber hinaus bieten sich zahlreiche weitere Vorteile:

• Verwendung bekannter Technologien mit hohem Reifegrad und bestehender Produktionsanlagen
• unbegrenzte Verfügbarkeit des Wasserstoffs durch Elektrolyse von Wasser
• Nutzung des bestehenden Tankstellensystems möglich (nach entsprechender Umrüstung) mit schnellen Tankzeiten
• (fast) emissionsfreie Umwandlung des Wasserstoffs in der Verbrennung möglich, da CO2-neutral, nur minimale CO, UHC-, Partikel- und Ruß-Emissionen (lediglich verursacht durch Schmierstoffe im Zulaufsystem, unterhalb der Messgrenze) und nur minimale NOx-Emissionen durch geeignetes Verbrennungsverfahren (ggf. mit Abgasrückführung, SCR-Katalysator)
• deutlich geringere Anforderung an Reinheit des Wasserstoffs im Vergleich zu Brennstoffzellen-Antrieben
• kein Bedarf an Platin zur Herstellung wie bei Brennstoffzellen

Neben diesen zahlreichen Vorteilen gegenüber anderen Antriebskonzepten existieren jedoch auch einige Herausforderungen, die es bei der Entwicklung von Wasserstoff-Verbrennungsmaschinen zu bewältigen gibt:

• geringes Molekulargewicht von Wasserstoff, dadurch eine geringe Dichte einhergehend mit einer geringen volumetrischen Energiedichte (bei hoher massenspezifischer Energiedichte); siehe Tabelle 1
• Bereitstellung eines demzufolge hohen Volumenstroms bei der Einblasung von Wasserstoff
• entsprechende Bereitstellung von großen Strömungsquerschnitten im Injektor und damit benötigter deutlich größerer Hübe des Aktuators als bei konventionellen Antriebsarten
• einhergehende Entwicklung einer deutlich stärkeren Aktuatoreinheit bei gleichzeitig begrenztem Bauraum
• je nach Anwendung aufgrund langer Einspritz- und damit Bestromungszeiten der Aktuatoreinheit ein hoher thermischer Wärmeeintrag und somit benötigtes Wärmeabfuhrkonzept
• fehlende Kühlung der Injektoreinheit durch Kraftstoff speziell bei Einspritzung von nicht-kryogenem Wasserstoff
• Dichtheit des Gesamtsystems / Verhinderung von externen Leckagen, v. a. im Hinblick auf Sicherheitsaspekte (Brand- und Explosionsgefahr aufgrund aus dem System austretenden Wasserstoff)
• erhöhte Verschleißgefahr an Führungen bewegter Bauteile aufgrund der praktisch nicht vorhandenen Schmierwirkung von Wasserstoff
• deutlich stärkere Neigung bewegter Bauteile zum Prellen an mechanischen Anschlägen in Gasinjektoren im Vergleich zu Injektoren mit Flüssigkraftstoffen durch geringe Dämpfwirkung bei der Gaskompression
• Materialbeständigkeit gegenüber Wasserstoff nötig im Hinblick auf die Gefahr einer Wasserstoffversprödung in mechanisch beanspruchten / druckbeaufschlagten Bauteilen (reduzierte Festigkeit) oder durch chemische Reaktion des Wasserstoffs mit in der Kupferspule des Aktuators vorhandenem Sauerstoff (Wasserstoffkrankheit des Kupfers)
• Gemischaufbereitung im Brennraum / Beeinflussung des Einblasstrahls / Zündverhalten bei Kleinstmengeneinblasung
• hohe lokale Temperaturen im Brennraum können zu erhöhter thermischer NOx-Bildung führen, was die Entwicklung eines geeigneten Brennverfahrens erforderlich macht (zum Beispiel Ladungsschichtung zur Vermeidung stöchiometrischer Verbrennung, Abgasrückführung, Abgasnachbehandlung)

	Diesel	Wasserstoff (bei 25 °C)
Heizwert in MJ/kg	43.0	120.0
Heizwert in MJ/m³	35'819	9.8 bei 1 bar
		287.7 bei 30 bar
		2464.4 bei 300 bar

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die vorstehend aufgeführten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden oder abzumildern. Insbesondere soll dabei die Problematik der sehr viel stärker ausgeprägten Abnutzung zwischen den sich hin- und herbewegenden Teilen sowie die Problematik des stark ausgeprägten Prellens behandelt werden, die bei Gasinjektoren im Vergleich zu Injektoren mit Flüssigkraftstoffen auftritt. Die flüssigen Kraftstoffe wirken per se bereits dämpfend bzw. schmierend, sodass ein von dem Kraftstoff umgebenes Element bereits deswegen in seiner Bewegung gedämpft wird und eine geringere Abnutzung beim einem Entlanggleiten an einem anderen Element erfährt.
Durch die vorliegende Erfindung gelingt es, mindestens eines der obenstehenden Probleme zu lösen bzw. abzumildern. Hierfür ist ein Injektor vorzusehen, der sämtliche Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung finden sich in den sich hieran anschließenden Unteransprüchen.
Die Erfindung beschreibt einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff, vorzugsweise zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, im Besonderen Wasserstoff, umfassend ein Injektorgehäuse zum Aufnehmen und Anordnen von Injektorbestandteilen, ein Ankerelement, das entlang einer Axialrichtung (also der Injektorlängsrichtung) des Injektors bewegbar in dem Injektorgehäuse (das ein Pohlrohr sein kann) angeordnet und dazu ausgelegt ist, durch eine Axialbewegung entlang des Injektorgehäuses eine Drossel zu verschließen oder freizugeben, um Kraftstoff durch diese Drossel strömen zu lassen, ein Magnetventil, das dazu ausgelegt ist, das Ankerelement von einem verschließenden in einen freigebenden Zustand der Drossel zu überführen und umgekehrt, ein Ankergegenstück, das an der zur Drossel gegenüberliegenden Seite des Ankerelements angeordnet ist und in einem die Drossel verschließenden Zustand des Ankerelements einen in Axialrichtung ausgebildeten Spalt zu dem Ankerelement definiert, der einem maximalen Hub des Ankerelements bei einem Abhebevorgang von der Drossel entspricht, ein unmagnetisches oder nur schwach magnetisierbares Bypasselement zum gezielten Steuern magnetischer Feldlinien, das in Axialrichtung gesehen auf Höhe des Spalts im oder am Injektorgehäuse angeordnet ist. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Führungselement, das an einem Außenumfang des Ankerelements ansetzt oder dort angeordnet ist, um eine möglichst verschleißfreie Bewegung des Ankerelements in Axialrichtung gegenüber dem Injektorgehäuse beim Öffnen und Verschließen der Drossel zu ermöglichen, wobei das Führungselement bei einem minimalen Hub des Ankerelements in Axialrichtung von dem Bypasselement beabstandet ist.
Das Führungselement kann dabei am Außenumfang des Ankerelements angeordnet sein oder an einem Innenumfang des Injektorgehäuses, da unabhängig von der konkret gewählten Anordnungsposition das direkte Aufeinandertreffen bzw. Reiben des Ankerelements mit einem Innenumfang des Injektorgehäuses vermieden wird, sodass es zu einer verringerten Abnutzung dieser beiden Bestandteile kommt.
Demnach kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass das Führungselement an dem Ankerelement angeordnet ist und dazu dient, in direkten Kontakt mit einer Innenumfangsfläche des Injektorgehäuses zu kommen, oder das Führungselement an dem Injektorgehäuse angeordnet ist und dazu dient, in direkten Kontakt mit einer Außenumfangsfläche des Ankerelements zu kommen. Die Abnutzung des Ankerelements sowie des Injektorgehäuses, die beide typischerweise aus Metall bestehen, wird dadurch verringert, da das Führungselement bei der Hin- und Herbewegung des Ankerelements gegenüber dem Injektorgehäuse einen direkten Kontakt von Ankerelement und Injektorgehäuse vermeidet. Stattdessen wird das Führungselement beispielsweise als Gleitelement genutzt.
Darüber hinaus wird durch das Anordnen des Führungselements mit einem Abstand in Axialrichtung zu dem Bypasselement sichergestellt, dass zwischen Bypasselement und Führungselement ein Bereich existiert, durch welchen magnetische Feldlinien im Wesentlichen ungestört, d. h. radial von einer Spulenanordnung hin zum Ankerelement verlaufen können. Das Anordnen des Führungselements im Bereich des Magnetkreises wirkt sich demnach nicht bemerkbar negativ auf die Ansteuerkraft des Magnetventils aus. Grund hierfür ist der Abstand in Axialrichtung des Führungselements von dem Bypasselement, da es somit einen Bereich gibt, durch welchen sich die magnetischen Feldlinien ungestört, nämlich geradlinig in Radialrichtung (d. h. ohne Umwege um das Führungselement herum) hin zum Ankerelement ausbreiten können. Das Merkmal, wonach das Führungselement bei einem minimalen Hub des Ankerelements in Axialrichtung von dem Bypasselement beabstandet ist, stellt sicher, dass es einen solchen Bereich gibt, durch welchen die magnetischen Feldlinien ungestört in Richtung Ankerelement verlaufen können.
Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Führungselement bei einem maximalen Hub des Ankerelements in Axialrichtung von dem Bypasselement beabstandet ist.
Hierdurch wird sichergestellt, dass die durch eine Spulenanordnung induzierten magnetischen Feldlinien nicht unnötigerweise durch das Vorhandensein des Führungselements abgelenkt und/oder in ihrer Magnetkraft verringert werden.
Nach einer vorteilhaften Modifikation der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Führungselement einen Außenumfang des Ankerelements teilweise oder vollständig umgibt und vorzugsweise aus einem Kunststoff ist oder einen Kunststoff enthält.
Insbesondere die Umsetzung des Führungselements durch Kunststoff bzw. eine Umsetzung, bei der das Führungselement Kunststoff enthält, führt dazu, dass die Abnutzung besonders gering ist, da Kunststoff in der Regel gut auf einem Metall gleitet.
Nach einer optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Ankerelement Bereiche unterschiedlichen Durchmessers aufweist und das Führungselement im Bereich des größten Durchmessers des Ankerelements ansetzt oder dort angeordnet ist.
Nach einer vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Ankerelement einen Anker und eine an dem Anker befestigte Ventilnadel oder einen Anker und eine mit dem Anker in Eingriff bringbare Ventilnadel aufweist, wobei der Durchmesser des Ankers größer als der Durchmesser der Ventilnadel ist.
In der Regel umfasst bei einer Ausgestaltung des Ankerelements mit einer Ventilnadel der Injektor zudem eine Ventilnadelführung.
Ferner kann nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass das Führungselement ein Führungsring, eine Führungsbuchse oder ein Führungsband ist. Das Führungselement kann dabei so ausgestaltet sein, dass es den Außenumfang des Ankerelements vollständig oder teilweise umgibt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass in Axialrichtung auf Höhe des Spalts, der insbesondere als Luftspalt ausgebildet sein kann, eine den Spalt umfangseitig umgebende Spulenanordnung bzw. Spule vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist, eine Magnetkraft zum Abheben des Ankerelements von der Drossel vorzusehen, und vorzugsweise ein die Spulenanordnung an ihrem Außenumfang umgebender Eisenrückschluss vorgesehen ist, wobei der Eisenrückschluss bevorzugter Weise dazu dient, die außen laufenden magnetischen Feldlinien der Spulenanordnung durch ferromagnetisches Material zu führen, so dass es zu keinen nennenswerten Verlusten kommt.
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Führungselement bei einem minimalen Hub (also in Schließposition) des Ankerelements in Axialrichtung von der Spulenanordnung beabstandet ist. Dies bringt ebenfalls den Vorteil mit sich, dass ein Verlauf der magnetischen Feldlinien in Radialrichtung von der Spulenanordnung hin zum Ankerelement möglich ist, da das die magnetischen Feldlinien störende Führungselement in Axialrichtung von der Spulenanordnung beabstandet ist. Demnach gibt es also einen Weg für die magnetischen Feldlinien, in dem diese ohne Umwege direkt von der Spulenanordnung radial hin zum Ankerelement verlaufen können.
Ferner kann nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass das dem Ankergegenstück zugewandte Ende des Führungselements bei einem minimalen Hub des Ankerelements, in dem die Drossel verschlossen ist, in Umfangsrichtung von dem Eisenrückschluss teilweise oder vollständig überdeckt ist. Es kann also vorgesehen sein, dass das Spulenelement das Injektorgehäuse an einer Außenumfangsseite umgibt und der Eisenrückschluss die Spulenanordnung mit Ausnahme der zum Injektorgehäuse gewandten Seite umschließt. Die Spulenanordnung ist dann von drei Seiten durch den Eisenrückschluss und von einer Seite durch das Injektorgehäuse umgeben, sodass die Spulenanordnung vollständig gekapselt ist.
Dies hat den Vorteil, dass von der Spulenanordnung induzierte magnetische Feldlinien mithilfe des Eisenrückschluss (fast) ohne Verluste in Richtung Injektorgehäuse geleitet werden, wo sie dann auf den Anker bzw. das Ankerelement einwirken können, um die gewünschte Abhebebewegung hervorzurufen.
Nach der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Führungselement, bei einem minimalen Hub des Ankerelements, in Umfangsrichtung vollständig oder teilweise von dem Eisenrückschluss überdeckt ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das dem Ankergegenstück zugewandte Ende des Führungselements bei einem maximalen Hub des Ankerelements, in dem die Drossel geöffnet ist, in Umfangsrichtung von dem Eisenrückschluss in Axialrichtung überdeckt ist.
Nach der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Führungselement, bei einem maximalen Hub des Ankerelements, in Umfangsrichtung vollständig oder teilweise von dem Eisenrückschluss überdeckt ist.
Nach einer optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Eisenrückschluss die Spulenanordnung an einem Längsende oder an ihren beiden Längsenden in Axialrichtung überragt.
Nach einer vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Ankerelement mindestens ein weiteres Führungselement (im Folgenden genannt: Sekundärführungselement) aufweist, das in Axialrichtung zu dem Führungselement beabstandet ist, wobei das Sekundärführungselement in einem Bereich des Ankerelements angeordnet ist, der einen geringeren Durchmesser aufweist als der Bereich des Ankerelements, in dem das Führungselement angeordnet ist, vorzugsweise wobei das Sekundärführungselement umfangseitig an einer Ventilnadel und das Führungselement an einem Anker ansetzen bzw. angeordnet sind und/oder das Sekundärführungselement dieselben Eigenschaften wie das Führungselement aufweisen kann.
Demzufolge kann also vorgesehen sein, dass das Ankerelement mindestens zwei jeweils in Axialrichtung voneinander beabstandete Führungselemente aufweist. Eine solche Konfiguration ist in Bezug auf die Wahrscheinlichkeit eines Verklemmens des Ankerelements besonders von Vorteil.
Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass durch das Führungselement und das in Axialrichtung hierzu beabstandet angeordnete Sekundärführungselement ein Volumen definiert ist, das in einer geschlossenen Stellung des Ankerelements minimal und in einer vollständig geöffneten Position des Ankerelements maximal ist, und wobei eine Fluidpassage in das Volumen hinein oder aus dem Volumen heraus nur durch Passieren im Bereich des Führungselements und/oder des Sekundärführungselements möglich ist, sodass eine Bewegung des Ankerelements beim Abheben oder Aufsetzen auf die Drossel eine Dämpfung erfährt. Diese Dämpfung ist dadurch hervorgerufen, dass das Volumen nur eine Fluidpassage entlang der Führungselemente ermöglicht, die in der Regel in Gleitkontakt zu dem Gehäuse bzw. dem Ankerelement stehen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Ankerelement, insbesondere eine Ventilnadel, einen Verbindungskanal aufweist, der das Volumen mit einem Hauptströmungspfad des Kraftstoffs, insbesondere einem Hohlkanal der Ventilnadel, verbindet, um eine Dämpfungscharakteristik zu beeinflussen, vorzugsweise wobei der Verbindungskanal radial ausgerichtet ist und/oder eine radial verlaufende Verbindung zu einem Spalt zwischen Ventilnadelführung und Anker auch dann noch herstellt, wenn das Ankerelement die Drossel verschließt. Nach dieser Modifikation ist also nicht nur durch das Passieren entlang der durch das Führungselement und des Sekundärführungselements gebildeten Verengung eine Fluidpassage zu dem Volumen möglich, sondern zudem auch durch den extra vorgesehenen Verbindungskanal.
Nach einer optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass das Volumen zum Dämpfen der Bewegung des Ankerelements durch ein in dem Volumen angeordnetes Ausgleichselement, insbesondere ein Ausgleichselement aus einem Elastomer, eingestellt ist, vorzugsweise wobei das Ausgleichselement elastisch verformbar ist, um in Abhängigkeit von einem im Injektor vorherrschenden Druck verpresst zu werden und das Dämpfvolumen abhängig von dem im Injektor vorherrschenden Druck zu variieren. Dadurch ist eine Dämpfungscharakteristik mithilfe des Ausgleichselements einstellbar, wobei das Ausgleichselement beispielsweise aus einem Elastomer bestehen kann. Das Ausgleichselement kann in dem Spalt zwischen der Ventilnadelführung und dem Anker, insbesondere auf einer Ventilnadelführung angeordnet sein.
Nach der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls vorgesehen sein, dass das Ausgleichselement in einem Zustand, in dem das Ankerelement die Drossel verschließt, mit dem Anker in Kontakt ist und durch dessen Schließkraft in einem komprimierten Zustand gehalten ist/wird, vorzugsweise wobei der Kontakt des Ausgleichselements mit dem Anker im Verlauf einer Abhebebewegung des Ankers zum Freigeben der Drossel abreißt (bspw. weil das Ausgleichselement an der Ventilnadelführung befestigt ist).
Nach einer weiteren Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Injektor ferner einen Sicherungsring umfasst, um das mindestens eine Führungselement in Axialrichtung an dem Ankerelement zu fixieren, wobei der Sicherungsring aus einem Metall besteht oder dieses umfasst und dadurch gut magnetisierbar ist.
Weiter kann nach der vorliegenden Erfindung vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass das Ankerelement neben dem Führungselement mindestens zwei Sekundärführungselemente aufweist, vorzugsweise wobei das Führungselement so ausgelegt ist, dass es keine Führung im klassischen Sinne darstellt, sondern lediglich einen Fluidspalt zwischen Ankerelement und Injektorgehäuse definiert, um ein Dämpfverhalten beim Bewegen des Ankerelements zu definieren.
Die tatsächliche Führung erfolgt dann durch die beiden Sekundärführungselemente, wohingegen das Dämpfverhalten dann durch das Führungselement eingestellt werden kann, indem ein passender umlaufender Spalt zu dem Injektorgehäuse gewählt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzung, insbesondere mit einer Gas-Direkteinspritzung, im Besonderen mit einer Wasserstoff-Direkteinspritzung, umfassend einen Injektor nach einem der vorhergehend diskutierten Aspekte.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:

1: eine schematische Schnittansicht eines Injektors nach dem Stand der Technik,
2: eine schematische Schnittansicht eines Injektors nach dem Stand der Technik in einer alternativen Ausführungsform,
3: eine schematische Schnittansicht zweier Injektoren zur Gegenüberstellung eines geschlossenen und eines offenen Injektorventils,
4: eine schematische Schnittansicht eines Injektors mit zwei auf der Ventilnadel angebrachten Führungselementen,
5: eine schematische Schnittansicht eines Injektors mit zwei in der Ventilnadelführung integrierten Führungselementen,
6: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors bei dem Ventilnadel und Anker einteilig ausgebildet sind,
7: eine schematische Schnittansicht eines Injektors mit zwei auf der Ventilnadel angebrachten Führungselementen,
8: eine schematische Schnittansicht eines Injektors mit zwei auf der Ventilnadel angebrachten Führungselementen,
9: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors bei dem Ventilnadel und Anker zweiteilig ausgebildet sind und die Führungselemente aufweisen,
10: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors bei dem Ventilnadel und Anker zweiteilig ausgebildet sind und die Führungselemente in einer Ventilnadelführung und einem Injektorgehäuse angeordnet sind,
11: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit einem Ausgleichselement in dem durch die Führungselemente begrenzten Volumen,
12: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors bei dem ein Führungselement mit einem Sicherungsring fixiert ist,
13: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors,
14: verschiedene Ausführungsformen von Führungselementen, und
15: ein Diagramm zur Erläuterung des Ankerhubs über der Zeit im Vergleich mit bzw. ohne Dämpfvolumen,
16: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit sich ballistisch bewegenden Koppelelement (Hülse) und einlassseitigen Dämpfvolumen;
17: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit Druckausgleichsverbindungen von einlassseitigen Dämpfvolumen und zentralem Fluidpfad im Koppelelement;
18: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit Druckausgleichsverbindungen im Anker;
19: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit Druckausgleichsverbindungen im Ankergegenstück;
20: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit einem axialen Restluftspalt zwischen Anker und Ankergegenstück im geöffneten Zustand realisiert über das Koppelelement;
21: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit zusätzlichem Anschlag-/Dämpfelement;
22: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit einlassseitigem Anschlag für das Koppelelement mit Hubbegrenzung des Ankers über Anschlag des Ankers am Ankergegenstück;
23: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit einlassseitigem Anschlag für das Koppelelement mit Hubbegrenzung des Ankers und Einstellung des axialen Restluftspalts über Anschlag des Koppelelements;
24: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit Anschlag-/Dämpfelement;
25: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit Federteller und Anschlag-/Dämpfelement;
26: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit Federteller und Anschlag- und Dämpfelement;
27: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit Führungsbändern im Koppelelement;
28: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit Führung dann im Ankergegenstück;
29: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit Führungsbuchse im Ankergegenstück;
30: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit elastischem Spannelement (bspw. Feder) und beweglich am Ankergegenstück;
31: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit elastischem Spannelement als vorgespanntes Elastomer und Führungsstück zwischen Ankergegenstück und Gehäuse; und
32: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Injektors mit einer zusätzlichen Hülse im Anker.

Die nachfolgende detaillierte Figurenbeschreibung wird anhand eines Injektors zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs erläutert, wobei dem Fachmann aber klar ist, dass von der Erfindung ebenfalls ein Injektor zum Einspritzen eines anderen, bspw. flüssigen Kraftstoffs umfasst ist.
1 zeigt dabei einen Längsschnitt eines Injektors 1 zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, beispielsweise Wasserstoff, in einen Brennraum. Der Injektor 1 besitzt dabei ein Injektorgehäuse 2 (das gleichzeitig als Pohlrohr fungiert), in dem sich unterschiedliche Komponenten des Injektors 1 befinden. Anschlussseitig ist eine Kraftstoffzuleitung 13 zum Einführen eines Kraftstoffs in den Injektor 1 vorgesehen. Zunächst wird dabei der Kraftstoff oder ein anderes brennbares Fluid (beispielsweise ein Wasserstoff) durch eine etwa zentral im Injektorgehäuse 2 verlaufende Bohrung eines Deckels 12 und im Anschluss daran durch einen Fluidkanal eines Ankergegenstücks 7, dem hohlen Inneren des Ankers 3 und einer als Hohlnadel ausführbaren Ventilnadel 4 zu dem von der Anschlussseite entfernten Ende der Ventilnadel 4 geleitet. Nadel 4 und Anker 3 können ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Dabei sind Nadel 4 und Anker 3 vorzugsweise fest, z.B. kraftschlüssig, miteinander verbunden. Eine Ausführung mit Freilauf zwischen Nadel 4 und Anker 3, so dass der Anker 3 erst nach einer gewissen Anlaufstrecke mit der Nadel 4 in Kontakt kommt und diese durch Kraftübertragung durch Kontakt mitnimmt, ist jedoch ebenso vorstellbar und auch von der Erfindung umfasst.
Abhängig von der Stellung des Ankers 3 bzw. der Ventilnadel 4 gegenüber der Ventilplatte 15 ist die die Ventilplatte 15 durchstoßende mindestens eine Drossel 5 verschlossen oder freigegeben. In dem in 1 dargestellten Zustand sind die Drosseln 5 durch das Anpressen der Ventilnadel 4 gegen die Ventilplatte 15 verschlossen, da die Stirnseite der Ventilnadel 4 die Öffnungskonturen der Drosseln 5 abdeckt.
Sind die Drosseln 5 durch die Stirnseite der Ventilnadel 4 verschlossen, wird die Fluidströmung des Kraftstoffs an dieser Stelle des Injektors 1 aufgehalten und es kommt zu keiner stromabwärtigen Strömung von Kraftstoff jenseits der Ventilplatte 15.
Sind die Drosseln 5 hingegen freigegeben, was durch ein Abheben des Ankers 3 weg von der Ventilplatte 15 und durch ein dadurch erfolgendes Abheben der Ventilnadel 4 umgesetzt wird, strömt der mit einem gewissen Druck in den Injektor 1 eingeführte Kraftstoff aus und tritt über die mehreren Drosseln 5 auf der von dem Anker 2 beabstandeten Seite der Ventilplatte 15 aus. Infolgedessen strömt der unter Druck stehende Kraftstoff durch die Einblaskappe 23 aus dem Injektor 1 aus. Nach einem Durchströmen der Einblaskappe 23 befindet sich dann der durch den Injektor 1 abgegebene Kraftstoff typischerweise außerhalb des Injektors 1 in einem Brennraum. Zudem findet in dem Brennraum typischerweise eine Komprimierung des Kraftstoffs statt, wo der Kraftstoff sich dann entzündet bzw. entzündet wird.
Der Anker 3 ist (zusammen mit der Ventilnadel 4) in der Längsrichtung des Injektors 1 hin- und herbewegbar. Die Bewegung des Ankers 3, der einstückig oder fest verbunden mit der Ventilnadel 4 ausgeformt sein kann, wird dabei über ein Aktivventil gesteuert, das in der vorliegenden Darstellung der 1 ein Magnetventil 6 ist. Der Anker 3 ist dabei so ausgestaltet, dass er auf die von einer Spulenanordnung 17 erzeugte Magnetkraft reagiert. Die Spulenanordnung 17 kann dabei wahlweise so von Strom durchflossen sein, dass die dabei entstehende magnetische Kraft den Anker 3 in Richtung des Kraftstoffeinlasses bewegt. Hierdurch kommt es zu einer Bewegung des Ankers 3 weg von der Ventilplatte 15, die entgegen der durch die Ankerfeder 14 ausgeübten Kraft auf den Anker 3 verläuft. Durch das dadurch erfolgte Abheben der Ventilnadel 4 werden die Drosseln 5 in der Ventilplatte 15 freigegeben, sodass die Ventilplatte 15 von Kraftstoff durchströmt werden kann.
Für eine präzise Führung der Ventilnadel 4 entlang der Längsachse X des Injektors (im Folgenden auch Axialrichtung) kann eine Ventilnadelführung 19 vorgesehen sein, die eine Außenseite der Ventilnadel 4 umfangsseitig umschließt.
Zwischen dem Anker 3 und dem Ankergegenstück 7 ist ein Luftspalt 18 vorgesehen, der bei einer Bestromung der Spule 17 geschlossen bzw. verringert wird.
Um den magnetischen Fluss 24 bei einer Umsetzung des Aktivventils 6 als Magnetventil zu verbessern, kann die Spule 17 an ihrer umfangsseitigen Außenseite von einem Eisenrückschluss 21 umgeben sein, so dass sich dort das Magnetfeld besonders gut ausbreiten kann. Ähnlich verhält es sich mit dem direkt das Ankerelement 3 und das Ankergegenstück 7 umgebenden Gehäusebestandteil, das ebenfalls vorzugsweise aus einem magnetisierbaren Material besteht. So kann es von Vorteil sein, wenn das Polrohr oder das Injektorgehäuse 2, das ein Bestandteil des Injektors 1 darstellt, ebenfalls aus Eisen oder einem anderen ferromagnetischen Material ist. Dasselbe gilt auch für das Ankergegenstück 7, das vorteilhafterweise ebenfalls aus einem magnetisierbaren Material besteht.
Eine visualisierte Darstellung der magnetischen Feldlinien 24 ist jeweils durch die gepunktete, geschlossene Linie illustriert, die um die Spule 17 herum verläuft. Durch die Magnetkraft wird der Anker 3 (zusammen mit der Ventilnadel 4) hin zum Ankergegenstück 7 gezogen und so von der Ventilplatte 15 bzw. von den die Ventilplatte 15 durchbrechenden Drosseln 5 abgehoben, sodass es zu einem Einströmen von Kraftstoff hin zur Einblaskappe 23 kommt, von wo aus der Kraftstoff in den Brennraum eingeleitet wird.
Der Anker 3 hat zum Gehäuse ein entsprechend ausgelegtes Spiel, so dass dieser nicht mit dem Gehäuse 2 in Kontakt kommt und nicht daran entlangreibt und nicht einem besonders hohen Verschleiß ausgesetzt ist. Um die magnetischen Flusslinien 24 vorzugsweise durch den axialen Arbeitsluftspalt 18 zwischen Anker 3 und Ankergegenstück 7 zu leiten (möglichst koaxial zur Axialrichtung) und damit die Magnetkraft deutlich zu erhöhen, ist es vorteilhaft, auf Höhe des Arbeitsluftspalts 18 eine Aussparung im Gehäuse 2 oder einen unmagnetischen bzw. nur schwach magnetisierbaren ein- oder mehrteiligen Zwischenring über die gesamte oder teilweise Dicke des Gehäuses 2 z.B. durch eine Schweißverbindung einzubringen. Dies wird nachfolgend als „Bypass 20“ bezeichnet.
Das Ankergegenstück 7 ist dabei in Injektorlängsrichtung fest angeordnet und besitzt vorzugsweise kein Spiel (wobei es aber auch von der Erfindung umfasste Umsetzungen gibt, bei denen das Ankergegenstück beweglich ausgestaltet ist). So ist das Ankergegenstück 7 zwischen einem Einstellelement 8, das eine Feinjustierung in Axialrichtung zulässt, und dem Deckel 12 festgelegt, wobei das Einstellelement 8 typischerweise aus Metall besteht und dazu dient, die Position des Ankergegenstücks 7 in Bezug auf die Injektorlängsrichtung des Injektors 1 präzise vorzugeben. So kann bei der Fertigung des Injektors 1 je nach Toleranzen der Injektorkomponenten ein hieraufhin gewähltes Einstellelement verbaut werden, damit die Distanz in Injektorlängsrichtung von Anker 3 und Ankergegenstück 7 in geschlossener Stellung des Ventils einem vorbestimmten Wert entspricht.
Wie obenstehend beschrieben ergibt sich dabei jedoch die Problematik, dass bei einem Öffnungsvorgang des Injektors 1 der Anker 3 gegen das Ankergegenstück 7 mit hoher kinetische Energie prallt und sich infolgedessen ein Prellen ergibt. Insbesondere bei einer Nutzung eines gasförmigen Kraftstoffs fehlt die Dämmwirkung eines in flüssiger Form genutzten Kraftstoffs, um das Prellen des Ankers 3 an dem Ankergegenstück 7 zu verringern.
2 zeigt den Injektor entsprechend der zuvor beschriebenen alternativen Ausführung mit einer einteiligen Ankerelement 3, 4 bei dem Anker 3 und Nadel 4 in einem einzigen Bauteil umgesetzt sind. Das Ankerelement 3, 4 ist direkt im Gehäuse 2 geführt, welches in Abweichung zu der oben diskutierten 1 einen durchgehenden Bypass-Ring 20 aufweist.
3A und 3B zeigen in ihrer Gesamtheit eine schematische Schnittansicht zweier Injektoren zur Gegenüberstellung eines geschlossenen und eines offenen Injektorventils. Man erkennt einen möglichen Kraftstoffpfad durch den Injektor 1 während der Kraftstoffinjektion in 3B. In 3A ist die Injektornadel 4 so auf die Drosseln 5 der Ventilplatte 15 gesetzt, dass sich keine fluidische Verbindung von dem Einlass des Injektors zum Auslass ergeben kann. Erst durch ein Abheben der Injektornadel 4, dass durch die über die Spule 17 induzierte Magnetkraft in den Anker 3 erfolgt, werden die Drosseln 5 geöffnet und ein zum Auslass durchgehender Kraftstoffpfad erzeugt.
Wird von einem Ansteuergerät ein Spannungssignal über elektrische Kontakte an die Spule 17 des Aktuators 6 angelegt, so steigt der Strom im elektrischen Kreis bis auf ein definiertes Endniveau an. Die stromdurchflossene Spule 17 induziert ein magnetisches Feld im Aktuator, dessen Magnetfeldlinien 24 sich torusförmig um die Spule 17 herum ausbreiten. Durch das magnetische Feld wird eine Magnetkraft im (Arbeits-)Luftspalt 18 zwischen Anker 3 und Ankergegenstück 7 aufgebaut, wodurch der Anker 3 zum Ankergegenstück 7 angezogen wird, sobald die Magnetkraft die Schließkraft (Summe aus Vorspannkraft der Ankerfeder 14 und Druckkräften auf die Nadel 4 und den Anker 3) übertrifft. Der Anker 3 ist vorteilhafterweise fix mit der Ventilnadel 4 verbunden oder ein einteiliges Anker-Ventilnadel-Bauteil (bspw. ein Ankerelement 3, 4), so dass sich die Ventilnadel 4 vorzugsweise gleichförmig mit dem Anker 3 bewegt. Sobald die Ventilnadel 4 die mindestens eine Drossel 5 nicht mehr verschließt, wird die Verbindung zwischen Nadelraum und Einblasraum freigegeben, so dass der Kraftstoff vom Nadelraum in den Einblasraum und schließlich in den Brennraum strömt. Beim Aufprall des Ankers 3 am oberen Anschlag 7 kommt es in der Regel zu einem relativ starken Prellverhalten, welches sich negativ auf die Steuerbarkeit der Kraftstoffinjektionsmenge auswirkt.
Um den Einblasvorgang zu beenden wird die Spannungsversorgung durch ein Steuergerät beendet, so dass der Strom durch die Spule 17 bis auf Null reduziert wird. Dadurch baut sich auch das Magnetfeld ab. Sobald die Magnetkraft gering genug ist, beginnen sich Nadel 4 und Anker 3 vorzugsweise gleichförmig zu schließen. Verschließt die Stirnseite der Nadel 4 wieder die mindesten eine Drossel 5 in der Ventilplatte 15, so wird die Verbindung zwischen Nadelraum und Einblasraum getrennt und der Kraftstofffluss unterbrochen und die Kraftstoffinjektion ist beendet. Auch hier kommt es in der Regel zu einem relativ starken Prellverhalten, welches sich negativ auf die Steuerbarkeit der Kraftstoffinjektionsmenge auswirkt.
4 zeigt den Injektor 1 mit mindestens einem auf der Nadel 4 angebrachten Führungselement 26, wobei vorliegend genau zwei in Axialrichtung voneinander beabstandete Führungselemente 26 vorgesehen sind. Das Führungselement 26 kann dabei ein Führungsband, ein Führungsring und/oder eine Führungsbuchse sein. Vorzugsweise ist das Führungselement dabei aus Kunststoff oder enthält Kunststoff.
Die Führung zwischen Nadel 4 und Nadelführung 19 erfolgt somit verschleißarm aufgrund einer deutlich geringeren Reibung im Vergleich zu einer Metall-Metall-Führung ohne Führungselement(e).
5 zeigt eine ähnliche Umsetzung wie in 4. Jedoch sind hier die Führungsbänder in der Nadelführung integriert. Die damit erreichbaren Effekte weichen nicht von denen in 4 ab.
6 zeigt den Injektor in einer alternativen Ausführungsform nach 2, in der der Anker 3 und die Ventilnadel 4 durch ein einstückiges Ankerelement 3, 4 ausgebildet sind. Um die Führung zu verbessern und Reibung zu verringern, ist es vorteilhaft, die beiden in Axialrichtung voneinander beabstandeten Führungsbänder 25, 26 möglichst weit in Axialrichtung voneinander zu beabstanden, um das Verhältnis von Führungslänge (Abstand beider Führungsbänder 25, 26) zum Durchmesser (der jeweiligen Führungen), kurz L/D-Verhältnis genannt, also möglichst groß zu wählen. Hierzu kann es vorteilhaft sein, den einlassseitigen Führungsring 25 bis in den Wirkbereich des elektromagnetischen Aktuators 6, 17 zu verschieben, selbst wenn dies nach dem Stand der Technik die bereitgestellte Magnetkraft negativ beeinflussen kann.
7 zeigt den Injektor 1 in einer Form, in der der Anker 3 innen in die Ventilnadel 4 eingepresst ist anstatt außen aufgepresst zu sein, und zwar so, dass der Bereich der Verpressung einlassseitig, außerhalb des Bereichs der Führungselementen 26 liegt, die vorliegend als Führungsbänder ausgebildet sind.
8 zeigt eine ähnliche Ausführung zu 7, allerdings mit der Verpressung im Bereich zwischen den Führungselemente 26. In beiden Fällen soll der Einfluss der Verpressung auf den Führungsbereich der Führungselemente minimiert werden.
9 zeigt den Injektor 1 in einer Ausführungsform der Erfindung mit mindestens zwei Führungselementen 25, 26, bei denen das einlassseitige Führungselement 25 im Bereich des Magneten 6 integriert ist. Hierbei ist es besonders von Vorteil, wenn das Führungselement 25 in einem geschlossenen Zustand des Injektors 1, bei dem der Anker 3 bzw. die fest mit dem Anker 3 verbundene Ventilnadel 4 so angeordnet ist, dass die Drossel 5 verschlossen ist, in Radialrichtung gesehen nicht von dem Bypasselement 20 und/oder der Spulenanordnung 17 überdeckt ist. In anderen Worten gibt es also in Axialrichtung eine Distanz zwischen Führungselement 25 und Bypasselement 20 und/oder Spulenanordnung 17. Hierdurch wird gewährleistet, dass bei einem Ausbilden eines Magnetfelds durch die Spulenanordnung 17 magnetische Feldlinien erzeugt werden können, die sich geradlinig in Radialrichtung hin zum Anker 3 erstrecken können, sodass eine starke Magnetkraft zum Abheben des Ankers 3 aus einer geschlossenen Position gebildet werden kann. Gibt es hingegen nicht die Möglichkeit, dass magnetische Feldlinien sich geradlinig in Radialrichtung hin zum Anker 3 erstrecken können, bspw. da das Führungselement 25 eine solche Ausbildung von magnetischen Feldlinien erschwert bzw. verhindert, führt dies zu einem Absinken der auf den Anker 3 einwirkenden Magnetkraft, die ein verlangsamtes Abheben des Ankers 3 aus seiner geschlossenen Position mit sich bringt.
Darüber hinaus erkennt man in dem von 9 vergrößert dargestellten Bereich, dass das Führungselement 25 in Verbindung mit dem Sekundärführungselement 26 ein Volumen 27 definiert, das als Dämpfvolumen 27 bezeichnet wird. Das Dämpfvolumen 27 kann dabei aufgenommenes Fluid nur über eine Passage entlang des Führungselements 25 bzw. des Sekundärführungselements 26 abgeben bzw. aufnehmen. Da das Führungselement 25 bzw. das Sekundärführungselement 26 in der Regel einen Gleitkontakt mit dem Injektorgehäuse 2 oder der Ventilnadelführung 19 aufweisen (wobei auch ein Gleitkontakt mit der Ventilnadel 4 bzw. dem Anker 3 von der Erfindung erfasst ist), kann ein plötzliches durch Spannen der Feder 14 induziertes Absinken des Ankers 3 in Richtung seiner geschlossenen Position gedämpft werden. Selbiges gilt auch für die Bewegung in Richtung der offenen Position des Ventils, da die nur sehr gering dimensionierte Fluidpassage entlang des Führungselements 25 bzw. des Sekundärführungselements 26 eine Wirkung entgegen der Abhebebewegung entfaltet.
Mit dem Bezugszeichen 28 ist ein Verbindungskanal in der Ventilnadel dargestellt, der eine Einstellung der Dämmwirkung des Dämpfvolumen 27 ermöglicht. Durch das gezielte Vorsehen einer solchen Verbindung 28, die das Dämpfvolumen 27 mit dem Hauptströmungskanal des durch den Injektor auszugebenden Kraftstoffs verbindet, kann die Dämpfwirkung des Dämpfvolumen 27 eingestellt werden. In dem in 9 vergrößert dargestellten Ausriss ist dabei das von dem Dämpfvolumen 27 in den Hauptströmungskanal einströmenden Fluid durch zwei kleine aufeinander zeigende Pfeile illustriert. Vorliegend verbindet der mindestens eine Verbindungskanal also das Innere der Hohlnadel mit dem Volumen.
In 10 ist eine ähnliche Darstellung wie in 9 zu finden, nur dass die Führungselemente 25, 26 hier wiederum in Nadelführung 19 und Gehäuse 2 anstatt auf Ventilnadel 4 und Anker 3 aufgebracht sind. Wird der Injektor 1 so ausgeführt, dass der einlassseitige Führungsdurchmesser D₂ auf einem anderen, vorzugsweise größerem Durchmesser als der auslassseitige Führungsdurchmesser D₁ liegt, so ergibt sich zwischen Ventilnadelführung 19 bzw. Gehäuse 2 und Anker 3 ebenfalls ein mit Fluid gefülltes Volumen 27 (hier Dämpfvolumen genannt), welches bei Bewegung von Nadel 4 bzw. Anker 3 aufgrund von Expansion und Kompression einen Unter- bzw. Überdruck erzeugt und so der Bewegung von Nadel 4 und Anker 3 entgegenwirkt und die Bewegung verlangsamt. Dadurch ergibt sich ein gedämpftes Verhalten und eine Reduktion des Prellens beim Öffnen und Schließen. Das Dämpfverhalten kann über die Größe des Dämpfvolumens, optionale Verbindungsbohrungen 28 zwischen Dämpfvolumen und Nadelraum, sowie das Führungsspiel der Führungselemente 25, 26 eingestellt werden. Insbesondere kann das einlassseitige Führungselement 25 so ausgelegt sein, dass es keine Führung im klassischen Sinne darstellt, sondern dass es lediglich den Fluidspalt zwischen Anker und Gehäuse und damit das Dämpfverhalten definiert und die Führung über das auslassseitige Führungselement 26 und optional mindestens ein weiteres (mittiges) Führungselement 26 erfolgt, das zwischen dem auslassseitigen Führungselement und dem mittigen Führungselement angeordnet ist.
11 zeigt eine ergänzende Ausführungsform, bei der das Dämpfvolumen 27 und damit das Dämpfverhalten über ein Ausgleichselement 29 eingestellt werden kann. Insbesondere kann dieses Ausgleichselement 29 elastische verformbar sein und z.B. aus einem Elastomer bestehen, welches in Abhängigkeit des Drucks im Injektor verpresst wird und das Dämpfvolumen 27 variiert. Vorteilhaft kann es sein, dass das elastische Dämpfvolumen 27 so ausgelegt ist, dass es im geschlossenen Zustand des Injektors 1 mit dem Anker 3 in Kontakt ist und das Dämpfvolumen 27 möglichst ausfüllt und so klein hält. Dadurch ergibt sich bei Bewegung des Ankers 3 ein möglichst großes Expansionsverhältnis.
12 zeigt eine ergänzende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der mindestens ein Führungselement 25,26 durch einen Ring 30 in seiner Position fixiert wird. Für das einlassseitige Führungselement 25 ist es vorteilhaft, wenn dieser Ring 30, welcher als Sicherungsring bezeichnet wird, gut magnetisierbar ist. Das Vorsehen des Sicherungsrings 30 ermöglicht eine einfache Installation des Führungselements 25 bei der Montage des Injektors 1.
13 zeigt die erfindungsgemäße Positionierung des einlassseitigen Führungselements 25. Durch eine möglichst große Entfernung des Führungselements 25 von dem Sekundärführungselement 26, erhöht sich das Verhältnis von Führungslänge (Abstand beider Führungsbänder 25, 26) zum Durchmesser (der jeweiligen Führungen D₁, D₂), kurz L/D-Verhältnis genannt. Ein größere L/D-Verhältnis verringert die Schiefstellung von Nadel 4 und/oder Anker 3 im Betrieb, welches die Gefahr eines Klemmens und den Verschleiß durch verminderte Reibung verringert. Nachteilig kann hier die Magnetkraft im Vergleich zu Varianten mit Führungselementen außerhalb des Magnetkreises reduziert sein. Der Magnetkraftverlust kann durch eine sorgfältige Auslegung von Dicke, Länge und Position des Führungselements 25 am Anker 3 minimiert werden.
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, das einlassseitige Führungsband 25 vom Bypasselement 20 so zu beabstanden, dass axial zwischen Führungselement 25 (bspw. ein Führungsband) und Bypasselement 20 eine umfängliche (zylindrische) Überlappung der äußeren Anker- und inneren Gehäusemantelfläche vorliegt, so dass magnetische Feldlinien 24, welche (auslassseitig) unterhalb der Spule 17 durch das Gehäuse 2 verlaufen, vorzugsweise zwischen Führungselement 25 und Bypasselement 20 vom Gehäuse 2 in den Anker 3 radial übergehen. Der Abstand in Axialrichtung X ist dabei vorzugsweise so auszuwählen, dass der magnetische Fluss durch den Arbeitsluftspalt 18 in Axialrichtung verläuft und damit die Magnetkraft nicht oder möglichst wenig reduziert wird.
Bezugnehmend auf das in 13 eingefügte lokale Koordinatensystem, in welchem die Unterkante des Eisenrückschlusses die Position x₁ (in Axialrichtung gesehen), das auslassseitige Ende des einlassseitigen Führungselements die Position x₂, das einlassseitige Ende des einlassseitigen Führungselements die Position x₃ und das auslassseitige Ende des Bypasses die Position x₄ aufweist, ist es deshalb vorteilhaft, dass folgende Bedingungen gelten:

• x₁≤x₃≤x₄
• x₂<x₃ (per Definition, da das Führungselement eine in axialer Richtung verlaufende Ausdehnung besitzt)
• x₀≤x₂ (optional, falls Durchmessersprung, wobei x₀ die Position eines Durchmesser Sprung zum Gehäuse bzw. von Ventilnadel und/oder Gehäuse in Axialrichtung kennzeichnet)

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die vorstehenden Bedingungen bei einem minimalen und/oder einem maximalen Hub der Ventilnadel erfüllt sind.
Als weiterer Vorteil dieser Ausführung entsteht bei optionaler Ausführung mit Durchmesservariation von D₁ auf D₂ zwischen einlassseitigem Führungselement 25 und auslassseitigem Sekundärführungselement 26 (Durchmessersprung bei x₀) zwischen Anker 3 und Nadelführung 19 bzw. Gehäuse 2 ein (fast) geschlossenes Volumen 27, durch welches nur über die radialen Führungsspalte der Führungselemente 25, 26 bzw. optionale Verbindungsbohrungen 28 Fluid ein- und ausströmen kann. Damit wirkt dieses Volumen 27 bei Expansion (Öffnen von Nadel 4/Anker 3) und Kompression (Schließen von Nadel 4/Anker 3) dämpfend (Unterdruck bzw. Überdruck aufgrund adiabatischer bzw. polytroper Expansion bzw. Kompression des Fluids, insbesondere des Gases, wirken der Bewegungsrichtung von Nadel 4/Anker 3 durch die wirkenden Druckkräfte auf den Flächen mit axialem Anteil der jeweiligen Normalenvektoren entgegen). Das Dämpfverhalten kann u.a. über das Führungsspiel der Führungselemente 25, 26 eingestellt werden. Denkbar ist aber auch eine Einstellung des Dämpfverhaltens über die Größe der Verbindung zwischen Dämpfvolumen und Hauptströmung, den Durchmesser D1 und D2 sowie das Initialvolumen des Dämpfvolumens und den maximalen Nadelhub. Dadurch kann das Prellen beim Öffnen und Schließen reduziert werden.
Durch eine sehr enge Führung im Bereich der Nadel 4 ist es nach der Erfindung auch möglich, mit dem Dämpfvolumen 27 zu operieren, ohne dass es das einlassseitige Führungsband 25 im Anker 3 bedarf. Das Führungsspiel zwischen Anker 3 und Gehäuse 2 wäre entsprechend einzustellen.
14 zeigt verschiedene Ausführungsformen der Führungselemente 25, 26. Diese können umlaufend symmetrisch sein (wie in 14 A) oder eine Unterbrechung (wie in 14 B) in Umfangsrichtung aufweisen. Letzteres kann vorteilhaft für die Montierbarkeit sein.
15 zeigt ein Diagramm, welches das verbesserte Prellverhalten aufgrund des Dämpfvolumens illustriert.
Man erkennt deutlich, dass Injektoren 1 mit einem Dämpfvolumen 27 eine geringere Prellcharakteristik aufweisen als Injektoren 1 ohne ein solches Dämpfvolumen. Dies ist insbesondere von Vorteil, da während eines Prellens Kraftstoff den Injektor verlässt, obwohl dies nicht gewollt ist. Zudem ist der während eines Prellens ausgegebene Kraftstoff nur schwer vorherzusagen, sodass die Qualität einer Steuerung in Bezug auf die Kraftstoffabgabemenge leidet.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen aufgeführt, welche das Dämpfverhalten des Injektors beim Öffnen und Schließen weiter verbessern. In den vorstehenden Ausführungsformen wurde auslassseitig zum Anker ein Dämpfvolumen eingeführt (siehe 16). Durch das Einführen eines Koppelelements (einer Hülse), welche der Federkraft auf den Anker überträgt, lässt sich einlassseitig vom Anker zwischen Anker und Ankergegenstück ein weiteres Dämpfvolumen realisieren (siehe 16). In diesem entsteht beim Öffnen der Ankernadel durch Kompression ein Überdruck bzw. beim Schließen ein Unterdruck, welcher der Bewegung der Ankernadel entgegenwirkt und dadurch den Einschlag beim Öffnen und Schließen durch eine Verringerung der Einschlaggeschwindigkeit dämpft. Das Koppelelement ist dabei vorzugsweise aus einem nicht bzw. nur schwach magnetisierbarem Material und im Ankergegenstück geführt. Das Koppelelement ist vorzugsweise drehsymmetrisch, insbesondere als eine Hülse (Hohlzylinder) ausgeführt. Das Koppelelement kann weiterhin so ausgeführt werden, dass durch die Feder eingebrachte Querkräfte auf den Anker reduziert werden. Die Hülse kann vorzugsweise beschichtet sein. Insbesondere an den Kontaktflächen von Anker und Hülse sind mögliche Verfahren zur Aufhärtung der Oberfläche (Beschichtung, Wärmebehandlung etc.) empfehlenswert.
In einer ersten Ausführungsform in 16 wird das einlassseitige Dämpfvolumen durch den Kontakt zwischen Anker und Koppelelement, dem Führungsspalt zwischen Koppelelement und Ankergegenstück und optional mindestens einem Führungsband zwischen Anker und Gehäuse (oder einer Ankerführung) begrenzt (näherungsweise geschlossenes Volumen). Beim Kontakt zwischen Anker und Ankergegenstück beim Öffnen der Ankernadel löst sich das Koppelelement aufgrund der Massenträgheit vom Anker und fliegt ballistisch weiter, bis es aufgrund der wirkenden Federkraft in seiner Richtung umgekehrt wird und wieder bis zum Auftreffen auf der einlassseitigen Ankerstirnfläche beschleunigt wird. Dabei kann es zum Prellen des Ankers am Ankergegenstück sowie zum Prellen zwischen Anker und Koppelelement bei Wiederkontakt kommen. Im Zeitraum des Abhebens zwischen Anker und Koppelelement wird eine Fluidverbindung zwischen einlassseitigem Dämpfvolumen und dem Hauptströmungspfad des Kraftstoffs entlang der Injektorachse hergestellt, so dass es zu einem Druckausgleich zwischen der Hauptströmung und dem einlassseitigen Dämpfvolumen kommt. Auch durch das Prellen der Ankernadel beim Schließen kann es zu einem geringen Abheben des Koppelelements und damit zum Druckausgleich kommen. Dies ist vorteilhaft, um nach dem Öffnen einen stabilen geöffneten Zustand (Plateauphase der Einblasrate) und nach dem Schließen einen stabilen geschlossenen Zustand zu erreichen.
17 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der im Koppelelement zusätzlich gezielt mindestens eine Fluidverbindung zwischen einlassseitigem Dämpfvolumen und dem Hauptströmungspfad des Kraftstoffs eingebracht wird. Dies könnten Bohrungen in der Hülse sein oder Schlitze / Nuten etc. an der Stirnfläche der Hülse. Durch eine entsprechende Auslegung der Verbindungen lässt sich das Dämpfverhalten gezielt steuern. Die Fluidverbindungen sollten dabei vorzugsweise symmetrisch sein, um unnötige Querkräfte durch Druckkräfte zu vermeiden.
18 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der der Druckausgleich über mindestens eine Fluidverbindung im Anker realisiert ist.
19 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der der Druckausgleich über mindestens eine Fluidverbindung im Ankergegenstück realisiert ist.
20 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der das Koppelelement zum Einstellen eines axialen Restluftspalts (aRLS) im voll geöffneten Zustand der Ankernadel verwendet wird.
21 zeigt eine weitere Ausführungsform wie 20, in der der Aufprall der Hülse beim Öffnen durch ein Anschlag-/Dämpfelement abgefedert wird, welches vorzugsweise ganz oder teilweise aus einem Elastomer besteht.
22 zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei der Hub der Ankernadel über das erste Einstellteil (Einstellscheibe) eingestellt wird und der Hub des Koppelelements in der ballistischen Flugphase durch einen einlassseitigen Anschlag begrenzt wird.
23 zeigt eine weitere Ausführungsform wie 22, in der der Hub des Koppelelements weiter derart begrenzt wird, dass der Hub der Nadelanker auf selbigen Hub begrenzt wird (aRLS wird über Koppelelement eingestellt).
24 zeigt eine weitere Ausführungsform wie 23, in der der einlassseitige Anschlag des Koppelelements weichelastisch ausgeführt ist, vorzugsweise ein Anschlag-/ Dämpfelement aus Elastomer darstellt.
25 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der die Kraftübertragung von Feder auf die Hülse über ein weiteres Zwischenstück (Federteller) stattfindet. Optional lässt sich wieder ein Anschlag- / Dämpfelement integrieren. Vorteilhafterweise lassen sich Hülse und Federteller aus unterschiedlichen Materialien fertigen. Zudem kann die Form der Hülse (z.B. als Hohlzylinder) sehr einfach gestaltet und präzise gefertigt werden. Auch eine separate Beschichtung der Hülse, z.B. an der äußeren, geführten Mantelfläche, ist denkbar. Das Material der Hülse kann bzgl. Reibung auf das Material des Ankergegenstücks abgestimmt werden.
26 zeigt eine weitere Ausführungsform wie 25, in der ein Dämpfelement zwischen Koppelelement und Federteller integriert ist. Optional ist ein weiteres Anschlagelement für den Federteller möglich.
27 zeigt eine weitere Ausführungsform mit mindestens einem Führungsband / Führungsring / einer Führungsbuchse am Koppelelement. Hierdurch kann eine verschleißarme Führung realisiert werden, ähnlich zu den Führungselementen an der Ankernadel.
28 zeigt eine weitere Ausführungsform wie 27, in der mindestens einem Führungsband / Führungsring / einer Führungsbuchse im Ankergegenstück zur Führung des Koppelelements integriert ist.
29 zeigt eine weitere Ausführungsform wie 28, in der das Führungselement als Buchse ausgeführt ist.
30 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der das Ankergegenstück beweglich gelagert ist und nicht fixiert wird. Das Ankergegenstück wird dabei von einem elastischen Spannelement (z.B. einer Feder) vorgespannt. Beim Aufprall des Ankers am Ankergegenstück überträgt sich ein Teil des Impulses vom Anker auf das Ankergegenstück (elastisch-plastischer Stoß). Dadurch wird das Prellen des Ankers beim Öffnen reduziert. Zudem werden die übertragenen Einschlagkräfte verringert. Die Vorspannkraft des elastischen Spannelements (hier zwischen Ankergegenstück und Deckel platziert) ist vorzugsweise größer als die Vorspannkraft der Nadelfeder.
31 zeigt eine weitere Ausführungsform wie 30, in der das bewegliche Ankergegenstück mittels mindestens einem Führungsband / Führungsring / einer Führungsbuchse geführt wird. Auch hier ist wieder eine Anordnung am Außendurchmesser des Ankergegenstücks oder am Innendurchmesser des Gehäuses (oder einer Ankergegenstückführung) möglich. Weiterhin ist hier beispielhaft das elastische Spannelement als Elastomer anstatt als Feder ausgeführt, was eine zusätzlich dämpfende Wirkung ermöglicht.
Um den Verschleiß an der Kontaktfläche von Anker und Koppelelement (Hülse) zu verringern, ist eine Beschichtung von Anker und/oder Hülse zumindest an den Kontaktflächen denkbar. Alternativ wäre auch eine in 32 dargestellte Anschlaghülse im Anker realisierbar, welche z.B. durch Presspassung mit dem Anker verbunden ist. Die Anschlaghülse kann z.B. aus Hartmetall oder Keramik sein. Vorzugsweise sind die Oberflächenhärten der Anschlaghülse sowie vom Koppelelement (Hülse) unterschiedlich.
Bezugszeichenliste:

1: Injektor
2: Injektorgehäuse
3: Anker; Teil eines Ankerelements
4: Ventilnadel, Teil eines Ankerelements
5: Drossel
6: Magnetventil
7: Ankergegenstück
8: ankerseitiger Anschlag
9: einlassseitiger Anschlag
10: einlassseitiges Dämpfelement
11: ankerseitiges Dämpfelement
12: Deckel
13: Zuführleitung
14: Ankerfeder
15: Ventilplatte
17: Spule
18: Luftspalt
19: Nadelführung
20: Bypasselement
21: Eisenrückschluss / Gehäuseabschnitt
22: Einblasrohr
23: Einblaskappe
24: Verlauf magnetischer Feldlinien
25: Führungselement
26: Sekundärführungselement
27: Dämpfvolumen
28: Verbindungsbohrung
29: Ausgleichselement
30: Sicherungsring
31: Koppelelement, bspw. Hülse
32: Druckausgleichsverbindung(en)
33: Anschlag-/ Dämpfelement
34: einlassseitiger Anschlag für Koppelelement (Hülse)
35: Federteller
36: Anschlagelement
37: Dämpfelement
38: Koppelelementführungsbänder
39: Koppelelementführungsbuchse
40: elastisches Spannelement
41: Ankergegenstückführungsbänder
42: Anschlaghülse
X: Axialrichtung des Injektors

Claims

Injektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff, vorzugsweise zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, im Besonderen Wasserstoff, umfassend: ein Injektorgehäuse (2) zum Aufnehmen und Anordnen von Injektorbestandteilen, ein Ankerelement (3, 4), das entlang einer Axialrichtung (X) des Injektors (1) bewegbar in dem Injektorgehäuse (2) angeordnet und dazu ausgelegt ist, durch eine Axialbewegung entlang des Injektorgehäuses (2) eine Drossel (5) zu verschließen oder freizugeben, um Kraftstoff durch diese Drossel (5) strömen zu lassen, ein Magnetventil (6), das dazu ausgelegt ist, das Ankerelement (3, 4) von einem verschließenden in einen freigebenden Zustand der Drossel (5) zu überführen und umgekehrt, ein Ankergegenstück (7), das an der zur Drossel (5) gegenüberliegenden Seite des Ankerelements (3, 4) angeordnet ist und in einem die Drossel (5) verschließenden Zustand des Ankerelements (3, 4) einen in Axialrichtung (X) verlaufenden Spalt (18) zu dem Ankerelement (3, 4) definiert, der einem maximalen Hub des Ankerelements (3, 4) bei einem Abhebevorgang von der Drossel (5) entspricht, ein unmagnetisches oder nur schwach magnetisierbares Bypasselement (20) zum gezielten Steuern magnetischer Feldlinien (24), das in Axialrichtung (X) gesehen auf Höhe des Spalts (18) im oder am Injektorgehäuse (2) angeordnet ist, gekennzeichnet durch ein Führungselement (25), das an einem Außenumfang des Ankerelements (3, 4) ansetzt oder dort angeordnet ist, um eine möglichst verschleißfreie Bewegung des Ankerelements (3, 4) in Axialrichtung (X) gegenüber dem Injektorgehäuse (2) beim Öffnen und Verschließen der Drossel (5) zu ermöglichen, wobei das Führungselement (25) bei einem minimalen Hub des Ankerelements (3, 4) in Axialrichtung von dem Bypasselement (20) beabstandet ist.
Injektor (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Führungselement (25) an dem Ankerelement (3, 4) angeordnet ist und dazu dient, in direkten Kontakt mit einer Innenumfangsfläche des Injektorgehäuses (2) zu kommen, oder das Führungselement (25) an dem Injektorgehäuse (2) angeordnet ist und dazu dient, in direkten Kontakt mit einer Außenumfangsfläche des Ankerelements (3, 4) zu kommen.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Führungselement (25) einen Außenumfang des Ankerelements (3, 4) teilweise oder vollständig umgibt und vorzugsweise aus einem Kunststoff ist oder einen Kunststoff enthält.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ankerelement (3, 4) Bereiche unterschiedlichen Durchmessers aufweist und das Führungselement (25) im Bereich des größten Durchmessers des Ankerelements (3, 4) ansetzt oder dort angeordnet ist.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ankerelement (3, 4) einen Anker (3) und eine an dem Anker (3) befestigte Ventilnadel (4) oder einen Anker (3) und eine mit dem Anker (3) in Eingriff bringbare Ventilnadel (4) aufweist, wobei der Durchmesser des Ankers (3) größer als der Durchmesser der Ventilnadel (4) ist.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Führungselement (25) ein Führungsring, eine Führungsbuchse oder ein Führungsband ist.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Axialrichtung auf Höhe des Spalts (18), der insbesondere als Luftspalt ausgebildet sein kann, eine den Spalt (18) umfangseitig umgebende Spulenanordnung (17) vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist, eine Magnetkraft zum Abheben des Ankerelements (3, 4) von der Drossel (5) vorzusehen, und ein die Spulenanordnung (17) an ihrem Außenumfang umgebender Eisenrückschluss vorgesehen ist, wobei der Eisenrückschluss vorzugsweise dazu dient, die außen laufenden magnetischen Feldlinien der Spulenanordnung (17) zu führen.
Injektor (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 7, wobei das dem Ankergegenstück (7) zugewandte Ende des Führungselements (25) bei einem minimalen Hub des Ankerelements (3, 4), in dem die Drossel (5) verschlossen ist, in Umfangsrichtung von dem Eisenrückschluss überdeckt ist.
Injektor (1) nach der einem der vorhergehenden Ansprüche 7 oder 8, wobei das dem Ankergegenstück (7) zugewandte Ende des Führungselements (25) bei einem maximalen Hub des Ankerelements (3, 4), in dem die Drossel (5) geöffnet ist, in Umfangsrichtung von dem Eisenrückschluss in Axialrichtung überdeckt ist.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7-9, wobei der Eisenrückschluss die Spulenanordnung (17) an einem Längsende oder an ihren beiden Längsenden in Axialrichtung überragt.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ankerelement (3, 4) mindestens ein weiteres Sekundärführungselement (26) aufweist, das in Axialrichtung zu dem Führungselement (25) beabstandet ist, wobei das Sekundärführungselement (26) in einem Bereich des Ankerelements (3, 4) angeordnet ist, der einen geringeren Durchmesser aufweist als der Bereich des Ankerelements (3, 4), in dem das Führungselement (25) angeordnet ist, vorzugsweise wobei das Sekundärführungselement (26) umfangseitig an einer Ventilnadel (4) und das Führungselement (25) an einem Anker (3) ansetzen bzw. angeordnet sind und/oder dieselben Eigenschaften wie das Führungselement (25) aufweisen kann.
Injektor (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 11, wobei durch das Führungselement (25) und das in Axialrichtung hierzu beabstandet angeordnete Sekundärführungselement (26) ein Volumen definiert ist, das in einer geschlossenen Stellung des Ankerelements (3, 4) minimal und in einer vollständig geöffneten Position des Ankerelements (3, 4) maximal ist, und wobei eine Fluidpassage in das Volumen hinein oder aus dem Volumen heraus nur durch Passieren des Führungselements (25) und/oder des Sekundärführungselements (26) möglich ist, sodass eine Bewegung des Ankerelements (3, 4) beim Abheben oder Aufsetzen auf die Drossel (5) eine Dämpfung erfährt.
Injektor (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 12, wobei das Ankerelement (3, 4), insbesondere eine Ventilnadel (4), einen Verbindungskanal (28) aufweist, der das Volumen mit einem Hauptströmungspfad des Kraftstoffs, insbesondere einem Hohlkanal der Ventilnadel (4), verbindet, um eine Dämpfungscharakteristik zu beeinflussen, vorzugsweise wobei der Verbindungskanal (28) radial ausgerichtet ist und/oder eine radial verlaufende Verbindung zu einem Spalt zwischen Ventilnadelführung und Anker (3) auch dann noch herstellt, wenn das Ankerelement (3, 4) die Drossel (5) verschließt.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 oder 13, wobei das Volumen zum Dämpfen der Bewegung des Ankerelements (3, 4) durch ein in dem Volumen angeordnetes Ausgleichselement (29), insbesondere ein Ausgleichselement (29) aus einem Elastomer, eingestellt ist, vorzugsweise wobei das Ausgleichselement (29) elastisch verformbar ist, um in Abhängigkeit von einem im Injektor (1) vorherrschenden Druck verpresst zu werden und das Dämpfvolumen abhängig von dem Druck zu variieren.
Injektor (1) nach dem vorhergehenden Anspruch 14, wobei das Ausgleichselement in einem Zustand, in dem das Ankerelement (3, 4) die Drossel (5) verschließt, mit dem Anker (3) in Kontakt ist und durch dessen Schließkraft in einem komprimierten Zustand gehalten ist, vorzugsweise wobei der Kontakt des Ausgleichselements mit dem Anker (3) im Verlauf einer Abhebebewegung des Ankers (3) zum Freigeben der Drossel (5) abreißt.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Sicherungsring (30), um das mindestens eine Führungselement (25, 26) in Axialrichtung an dem Ankerelement (3, 4) zu fixieren, wobei der Sicherungsring (30) aus einem Metall besteht oder dieses umfasst und dadurch gut magnetisierbar ist.
Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, fortgebildet mit den Merkmalen des Anspruchs 11, wobei das Ankerelement (3, 4) neben dem Führungselement (25) mindestens zwei Sekundärführungselemente (26) aufweist, vorzugsweise wobei das Führungselement (25) so ausgelegt ist, dass es keine Führung im klassischen Sinne darstellt, sondern lediglich einen Fluidspalt zwischen Ankerelement (3, 4) und Injektorgehäuse (2) definiert, um ein Dämpfverhalten beim Bewegen des Ankerelements (3, 4) zu definieren.