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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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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.
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Ein
derartiger 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
vorteilhafte Ausführung
der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Aussparung im Injektorkörper eingebracht
ist, so dass die Membrandose in den Injektorkörper integrierbar ist. Die
Aussparung zur Aufnahme der Membrandose ist 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.
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Vorteilhafterweise
ist die Aussparung mittels eines Verschlusselementes druckdicht
abgedichtet, wobei in der Aussparung benachbart zur Membrandose
ein Vorspannelement angeordnet ist, welches die Membrandose auf
dem Fügeumfang
der Membranschalen gegen das Verschlusselement mechanisch verspannt.
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.
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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.
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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.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
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Ausführungsbeispiele
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Es
zeigt:
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1:
ein Querschnitt eines Kraftstoffinjektors mit Mitteln zur Druckbegrenzung,
wobei die Mittel als Membrandose ausgebildet sind, die innerhalb des
Injektorkörpers
integriert sind;
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2:
einen Querschnitt eines Ausschnitts der Membrandose aus 1,
welche innerhalb des Injektorkörpers
Integriert ist;
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2a:
einen Querschnitt eines Ausschittes der Dämpferbaugruppe gemäß eines
weiteren Ausführungsbeispiels;
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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;
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4:
eine Membrandose gemäß vorliegenden
Erfindung, welche eine innenseitig eingebrachte symmetrische Hubbegrenzung
aufweist;
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5:
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Membrandose mit innenseitig eingebrachter Hubbegrenzung, wobei
die Hubbegrenzung asymmetrisch ausgebildet ist;
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6a:
ein erstes Ausführungsbeispiel
der Membrandose, welche eine symmetrische Anordnung der Membranschalen
aufweist; und
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6b:
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Membrandose, welche eine asymmetrische Anordnung der Membranschalen
aufweist.
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Der
in 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.
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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 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 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 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 3).
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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.
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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.
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In 4 und 5 sind
jeweils verschiedene Ausbildungen der Hubbegrenzung 16 in
der Membrandose 9 dargestellt. In 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 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.
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Die 6a und 6b zeigen
jeweils eine symmetrische sowie einen asymmetrische Ausbildung der
Membrandose 9. In 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 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.
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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.