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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor, insbesondere einen Einblasinjektor zum direkten Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs in einen Brennraum sowie eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Einblasinjektor.
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Neben den konventionellen flüssigen Kraftstoffen werden für Brennkraftmaschinen insbesondere auch gasförmige Kraftstoffe, wie beispielsweise Erdgas oder dgl., immer interessanter. Gasförmige Kraftstoffe benötigen jedoch spezielle Injektoren, da insbesondere die einzublasenden Kraftstoffmengen deutlich größer als bei flüssigen Kraftstoffen sind. Ferner ergeben sich aufgrund der fehlenden Schmierung durch eine Benetzung mit flüssigem Kraftstoff bei gasförmigen Kraftstoffen Abdichtungsprobleme, insbesondere an Dichtelementen und/oder Dichtsitzen. Aufgrund der Brennraumnähe bei direkteinblasenden Einblasinjektoren ergeben sich weiterhin Hitzeprobleme bei den Dichtelementen des Einblasinjektors. In Verbindung mit fehlender Schmierung des Dichtelements aufgrund des gasförmigen Kraftstoffs können so schnell Beschädigungen des Einblasinjektors auftreten. Es wäre daher wünschenswert, einen Einblasinjektor zum direkten Einblasen von gasförmigem Kraftstoff zu haben, welcher ausreichende Standzeiten aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Injektor, insbesondere Einblasinjektor zum direkten Einblasen von gasförmigem Kraftstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass der Injektor hohe Standzeiten aufweist. Erfindungsgemäß wird der Injektor und insbesondere ein Dichtelement weniger thermisch belastet und das Dichtelement auch vor aggressiven Verbrennungsgasen geschützt. Weiterhin weist der erfindungsgemäße Injektor eine signifikante Verbesserung einer Dichtheit auf. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Injektor ein Hauptventil zum Steuern einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge und ein Vorventil umfasst. Das Vorventil ist dabei im Fluidpfad des gasförmigen Kraftstoffs nach dem Hauptventil angeordnet und zwar zwischen dem Hauptventil und dem Brennraum. Mit anderen Worten ist das Vorventil im Fluidpfad stromabwärts des Hauptventils angeordnet. Weiter ist das Vorventil dabei direkt am Brennraum angeordnet oder das Vorventil steht in den Brennraum vor. Somit kann das Hauptventil mit einem Dichtelement etwas entfernt von den thermisch höchstbelasteten Bereichen am Brennraum angeordnet werden. Durch die geringere thermische Belastung des Hauptventils kann insbesondere auch ein Material für ein Dichtelement aus einer breiteren Auswahl ausgewählt werden. Insbesondere kann bevorzugt ein relativ weiches Dichtelement, beispielsweise ein Elastomer oder ein Silikonwerkstoff, verwendet werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise ist das Vorventil ein nach außen öffnendes Ventil. Dadurch wird erreicht, dass möglichst ein geringer Strömungswiderstand beim Öffnen vorhanden ist. Auch kann ein Öffnen des Vorventils leicht realisiert werden.
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Weiter bevorzugt liegen das Hauptventil und das Vorventil auf einer gemeinsamen Achse, insbesondere einer gemeinsamen Mittelachse des Injektors. Hierdurch kann ein besonders kompakter Aufbau erreicht werden.
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Ferner ist bevorzugt ein gemeinsames Gehäuse für das Hauptventil und das Vorventil vorgesehen. Das Gehäuse kann dabei einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein. Das gemeinsame Gehäuse erhöht ebenfalls die Kompaktheit des erfindungsgemäßen Injektors.
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Um möglichst geringe thermische Belastungen des Hauptventils und insbesondere des Dichtelementes des Hauptventils zu erreichen, ist vorzugsweise das Hauptventil vollständig außerhalb eines den Brennraum umschließenden Bauteils angeordnet. Das den Brennraum umschließende Bauteil ist vorzugsweise ein Zylinderkopf, welcher eine Durchgangsöffnung zum Durchführen des Injektors aufweist. Im montierten Zustand ist dabei das Hauptventil vorzugsweise außerhalb des Zylinderkopfes angeordnet.
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Weiter bevorzugt ist der erfindungsgemäße Injektor derart ausgebildet, dass das Vorventil nach Öffnen des Hauptventils durch den Fluiddruck öffenbar ist. Dadurch wird erreicht, dass nach Ansteuerung und Öffnen des Hauptventils das Vorventil automatisch öffnet. Hierbei kann die Tatsache ausgenutzt werden, dass insbesondere bei gasförmigen Kraftstoffen die gasförmigen Kraftstoffe häufig unter einem sehr hohen Druck gespeichert sind und auch im Fluidpfad nach dem Hauptventil noch einen sehr hohen Druck aufweisen, welcher zum Öffnen des Vorventils verwendet wird.
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Weiter bevorzugt umfasst das Hauptventil eine erste Ventilnadel und das Vorventil eine zweite Ventilnadel, wobei im geschlossenen Zustand des Injektors ein axialer Freiweg zwischen der ersten und zweiten Ventilnadel vorhanden ist. Der axiale Freiweg ist dabei derart gewählt, dass nach Aktivierung des Injektors zuerst die erste Ventilnadel betätigt wird und die erste Ventilnadel nach Zurücklegen des axialen Freiwegs die zweite Ventilnadel kontaktiert und das Vorventil öffnet. Besonders bevorzugt ist dabei ein Direktkontakt zwischen der ersten Ventilnadel und der zweiten Ventilnadel vorhanden. Um ein schnelles direktes Öffnen des Vorventils zu ermöglichen, ist ein Hub des Aktors größer als der axiale Freiweg zwischen erster und zweiter Ventilnadel.
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Besonders bevorzugt umfasst das Hauptventil ein ausschließlich aus einem Elastomerwerkstoff hergestelltes Dichtelement. Hierdurch können insbesondere Dichtigkeitsprobleme bei gasförmigen Kraftstoffen verhindert werden. Vorzugsweise ist der Elastomerwerkstoff Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) oder ein Fluor-Elastomer oder FKM (Fluor-Karbon-Kautschuk mit niedriger Glasübergangstemperatur) oder aus einem Silikon umfassenden Werkstoff.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Dichtelement des Hauptventils in einer Teilkugelform gebildet. Die Teilkugelform hat insbesondere den Vorteil, dass beim Schließen des Hauptventils automatisch eine Positionierung am Dichtsitz, welcher vorzugsweise sich verjüngend, insbesondere kegelförmig, ausgebildet ist, ausgeführt wird. Weiterhin kann ein teilkugelförmiges Dichtelement auch bei einer gegebenenfalls auftretenden leichten Schrägstellung noch sicher abdichten.
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Besonders bevorzugt ist das Dichtelement auf einem Dichtkörper angeordnet. Besonders bevorzugt ist dabei ein teilkugelförmiger Dichtkörper vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass eine hohe Dichtheit insbesondere auch bei gasförmigen Kraftstoffen garantiert werden kann.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Hauptventil des Injektors mit einem sternförmigen Dichtsitz ausgebildet und ein flächig ausgebildetes Dichtelement dichtet am sternförmigen Dichtsitz ab. Der sternförmige Dichtsitz kann beispielsweise mittels Prägen oder elektromechanisches Abtragen mit gepulstem Strom (PECM-Abtragen) hergestellt werden oder als MIM-Teil (metal injection moulding) oder als Sinterteil vorgesehen sein.
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Der sternförmige Dichtsitz weist vorzugsweise eine Vielzahl von Zacken auf, um eine möglichst lange Dichtlinie bei einer möglichst kleinen inneren Fläche, welche von der Dichtlinie umgeben ist, aufzuweisen. Die möglichst geringe Fläche stellt dabei eine möglichst kleine Dichtkraft, welche das Produkt der Fläche mit dem Differenzdruck vor und nach dem Hauptventil ist, sicher.
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Der sternförmige Dichtsitz ist vorzugsweise als zweiteiliges Bauteil vorgesehen, wobei das zweiteilige Bauteil eine Basisscheibe und ein aus keramischem Material hergestelltes Dichtsitzelement aufweist. Die Basisscheibe und das keramische Dichtsitzelement können dabei durch unterschiedliche Verfahren fest miteinander verbunden werden.
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Um eine möglichst kompakte Ausgestaltung des Injektors sicherzustellen, ist ein Durchlass am Hauptventil innerhalb des sternförmigen Dichtsitzes vorgesehen. Weiter bevorzugt ist der Dichtsitz an einem Bauteil, welches mit einem Gehäuseteil verbunden ist, ausgebildet.
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Es sei angemerkt, dass alternativ das Hauptventil auch ein sternförmiges Dichtelement aufweisen könnte, welches an einem flächigen Dichtsitz abdichtet.
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Weiter bevorzugt ist das Hauptventil als nach innen öffnendes Ventil ausgebildet.
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Vorzugsweise ist in Axialrichtung des Injektors das Hauptventil zwischen einem Aktor, insbesondere einem Anker des Aktors, und dem Vorventil angeordnet. Alternativ ist in Axialrichtung des Injektors der Aktor, insbesondere der Anker, zwischen dem Hauptventil und dem Vorventil angeordnet.
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Für einen besonders kompakten Aufbau ist vorzugsweise der Aktor ein Magnetaktor und in Axialrichtung des Injektors der Anker in einer Durchströmungsrichtung durch den Injektor vor dem Innenpol angeordnet. Weiter bevorzugt ist der Aufbau des Injektors derart, dass die erste Ventilnadel des Hauptventils vollständig durch den Innenpol des Aktors verläuft. Auch hierdurch kann ein besonders kompakter Aufbau erreicht werden.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Injektor, insbesondere einem Einblasinjektor. Der Einblasinjektor ist dabei derart angeordnet, dass ein gasförmiger Kraftstoff direkt in einen Brennraum eingeblasen wird. Vorzugsweise ist der Injektor dabei zwischen einem Einblasventil und einem Auslassventil angeordnet. Der Injektor ist weiter bevorzugt in einer Durchgangsöffnung im Zylinderkopf vorgesehen.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht eines Einblasinjektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im geschlossenen Zustand;
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2 eine vergrößerte Detailansicht eines Dichtsitzes und eines Dichtelements eines Hauptventils des Einblasinjektors von 1 im geschlossenen Zustand;
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3 eine schematische Schnittansicht des Dichtelements und Dichtsitzes von 2 im geöffneten Zustand;
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4 eine schematische Schnittansicht des Einblasinjektors von 1 in geöffnetem Zustand;
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5 eine schematische Schnittansicht eines Einblasinjektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im geschlossenen Zustand;
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6 eine schematische Schnittansicht des Einblasinjektors von 5 im geöffneten Zustand;
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7 eine vergrößerte Teildarstellung eines Dichtsitzes und eines Dichtelements des Hauptventils von 6;
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8 bis 12 verschiedene Schnittansichten eines Einblasinjektors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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13 eine schematische Teilschnittansicht eines Einblasinjektors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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14 bis 16 schematische Ansichten eines Einblasinjektors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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17 bis 19 schematische Ansichten eines Einblasinjektors gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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20 und 21 schematische Ansichten eines Einblasinjektors gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein Einblasinjektor 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der Einblasinjektor 1 ein Hauptventil 2 und ein Vorventil 3. Das Hauptventil 2 und das Vorventil 3 sind derart in den Einblasinjektor 1 integriert, dass das Hauptventil 2 und das Vorventil 3 auf einer gemeinsamen Achse X-X liegen, welche gleichzeitig auch die Mittelachse des Einblasinjektors 1 ist.
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Das Hauptventil 2 und das Vorventil 3 sind an einem gemeinsamen Gehäuse 4 angeordnet. Das Gehäuse 4 umfasst im Wesentlichen eine Ventilhülse 40, einen Ventilkörper 41 und eine Hülse 42. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Hülse 42 mit einem Anschlussstück 5 verbunden, welches einen Anschluss an einen Rail 12 herstellt.
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Ein Fluidpfad für den gasförmigen Kraftstoff verläuft dabei durch den Einblasinjektor 1 und ist durch Pfeile, insbesondere in den 3 und 4 dargestellt.
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Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, ist der Einblasinjektor 1 derart vorgesehen, dass Teile des Einblasinjektors 1 in einen Brennraum 10 einer Brennkraftmaschine vorstehen. Insbesondere steht das Vorventil 3 in den Brennraum 10 vor. Der Einblasinjektor 1 ist dabei durch eine Öffnung 13 in einem Zylinderkopf 11 hindurchgeführt. Dabei ist der Einblasinjektor 1 jedoch nur so tief in den Brennraum 10 eingeführt, dass das Hauptventil 2 möglichst entfernt vom Brennraum 10 liegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Hauptventil 2 möglichst wenig thermischen Belastungen ausgesetzt ist. Ferner ist das Hauptventil 2 auch gegen schädliche Verbrennungsgase im Brennraum 10 geschützt.
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Das Hauptventil 2 umfasst ein Dichtelement 20, welches im Detail in den 2 und 3 gezeigt ist. Das Dichtelement 20 ist auf einem teilkugelförmigen Dichtkörper 9 angeordnet und ist aus einem Elastomerwerkstoff oder Silikon hergestellt. Der Dichtkörper 9 ist mit einer Ventilnadel 29 des Hauptventils 2, beispielsweise mittels Schweißen, verbunden. Das Hauptventil 2 umfasst ferner eine Dichtscheibe 22, an welcher ein konusförmiger Dichtsitz 21 angeordnet ist. Ferner umfasst das Hauptventil 2 einen Aktor 23 mit einem Anker 24, einer Spule 25, einem Innenpol 26 und einem magnetischen Rückschlusselement 27. Das magnetische Rückschlusselement 27 ist insbesondere als Magnettopf ausgeführt. Weiterhin ist ein erstes Rückstellelement 28 vorgesehen, um die Ventilnadel 29 wieder in die in 1 gezeigte geschlossene Stellung zurückzustellen.
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Das Vorventil 3 umfasst einen Dichtsitz 31, welcher am Ventilkörper 41 angeordnet ist. Weiterhin umfasst das Vorventil 3 einen nach außen gerichteten Flansch 32, welcher an einer zweiten Ventilnadel 39 angeordnet ist. Der nach außen gerichtete Flansch 32 bildet dabei das Dichtelement des Vorventils. Hierbei kann zwischen dem zweiten Dichtsitz 31 und dem Flansch 32 eine ringförmige metallische Dichtung ausgebildet sein. Das Vorventil 3 umfasst ferner ein zweites Rückstellelement 38, um das Vorventil 3 zu schließen.
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Die Funktion des Einblasinjektors 1 des ersten Ausführungsbeispiels ist dabei wie folgt. 1 zeigt den geschlossenen Ausgangszustand des Einblasinjektors 1. Soll nun eine Einspritzung erfolgen, wird die Spule 25 bestromt, so dass der Anker 24 in Richtung des Pfeils A zum Innenpol 26 angezogen wird. Dabei wird ein Hub H überwunden. 4 zeigt den geöffneten Zustand des Einblasinjektors.
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Beim Hauptventil 2 handelt es sich um ein nach innen öffnendes Ventil. Durch das Anziehen des Ankers 24, welcher z. B. mittels Schweißen mit der Ventilnadel 29 verbunden ist, hebt das Dichtelement 20 vom Dichtsitz 21 an der Dichtscheibe 22 ab. Hierdurch wird eine Durchgangsöffnung 6 in der Dichtscheibe 22 freigegeben, so dass der gasförmige Kraftstoff, wie in 4 angedeutet, durch den hohlen Innenpol 26 sowie Durchgangsöffnungen 24a im Anker 24 zur Durchgangsöffnung 6 in der Dichtscheibe 22 und durch diese hindurchströmen kann. Hierdurch erhöht sich ein Druck in einem Raum 7, welcher zwischen dem Hauptventil 2 und dem Vorventil 3 vorgesehen ist.
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Das Vorventil 3, welches durch die Druckkraft des zweiten Rückstellelements 38 im geschlossenen Zustand gehalten wird, wird nun durch den im Raum 7 ansteigenden Fluiddruck geöffnet (Pfeil B in 4). Hierbei ist die Druckkraft des zweiten Rückstellelements 38 derart gewählt, dass diese möglichst gering ist, um einen Druckabfall des Fluids möglichst klein zu halten. Das im Raum 7 befindliche gasförmige Medium drückt dabei an das freie Ende der Ventilnadel 39 sowie auf den nach außen gerichteten Flansch 32. Dadurch öffnet das Vorventil 3 automatisch, so dass gasförmiger Kraftstoff in den Brennraum 10 eingeblasen werden kann. Dies ist schematisch in 4 angedeutet.
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Durch die Anordnung des Hauptventils 2 weit entfernt vom Brennraum 10 kann somit als Dichtelement 20 am Hauptventil 2 ein sehr weicher Elastomerwerkstoff oder Silikon verwendet werden. Die Teilkugelform des Dichtelements 20 ermöglicht dabei auch bei gegebenenfalls auftretenden leichten Schrägstellungen der Ventilnadel 29 eine sichere Abdichtung am Dichtsitz 21. Da das Vorventil 3 automatisch durch den erhöhten Druck im Raum 7 öffnet, muss für das Vorventil 3 kein zusätzlicher Aktor oder dgl. zum Öffnen des Vorventils 3 vorgesehen werden. Hierdurch weist der erfindungsgemäße Einblasinjektor 1 einen besonders einfachen Aufbau auf.
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Die 5 bis 7 zeigen einen Einblasinjektor 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim Einblasinjektor 1 des zweiten Ausführungsbeispiels das Hauptventil 2 als nach außen öffnendes Ventil ausgebildet. 5 zeigt dabei den geschlossenen Zustand des Einblasinjektors und 6 zeigt den geöffneten Zustand des Einblasinjektors. Wie aus den 6 und 7 ersichtlich ist, öffnet das Hauptventil 2 dabei in der Strömungsrichtung des Fluidpfads (angedeutet durch die kleinen Pfeile) durch den Einblasinjektor. Zum Einspritzen von Kraftstoff wird wie beim ersten Ausführungsbeispiel die Spule 25 bestromt, so dass der Anker 24, welcher mit der Ventilnadel 29 verbunden ist, in Richtung des Pfeils A gegen den Innenpol 26 angezogen wird. Dabei ist die Ventilnadel 29 vollständig durch den Innenpol 26 geführt. Der Dichtsitz 21 ist wiederum an einer Dichtscheibe 22 ausgebildet. Das Dichtelement 20 ist auf einem kugelförmigen Dichtkörper 9 am Ende der Ventilnadel 29 angeordnet. Das Vorventil 3 ist wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Weiter bevorzugt wird beim zweiten Ausführungsbeispiel statt des Magnetaktors ein Piezoaktor verwendet.
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Die 8 bis 12 zeigen einen Einblasinjektor 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beim dritten Ausführungsbeispiel ist das Hauptventil 2 ebenfalls als nach innen öffnendes Ventil ausgebildet und das Vorventil 3 ist, wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, vorgesehen. Das Hauptventil 2 weist im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ein flächiges Dichtelement 50 auf. Als Dichtsitz ist eine sternförmige Dichtrippe 51 mit einer Vielzahl von Zacken 52 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel weist die sternförmige Dichtrippe 51 genau acht Zacken 52 auf. Wie aus 10 ersichtlich ist, sind die Zacken immer bis zur Durchgangsöffnung 6 in der Dichtscheibe 22 ausgebildet. Hierdurch ergibt sich eine möglichst lange Dichtlinie L entlang der sternförmigen Dichtrippe 51 bei einer relativ kleinen Druckfläche D, welche im Inneren der sternförmigen Dichtrippe 51 definiert ist (vgl. 12). Zum Öffnen des Einblasinjektors 1 des dritten Ausführungsbeispiels wird wiederum die Spule 25 bestromt, so dass der Anker 24 in Richtung des Pfeils A angezogen wird. Hierdurch wird zusammen mit dem Anker 24 auch die Ventilnadel 29 bewegt, so dass das flächige Dichtelement 50 von der sternförmigen Dichtrippe 51 abhebt. Dieser Zustand ist in 11 gezeigt. Dadurch kann der gasförmige Kraftstoff durch die Durchgangsöffnung 6 zum Vorventil 3 strömen und aufgrund der Druckerhöhung im Raum 7 wird das Vorventil 3 geöffnet. Das dritte Ausführungsbeispiel hat insbesondere ein sehr gutes Verhältnis der Dichtlänge zu einer Druckfläche und kann trotzdem einen sehr großen Öffnungsquerschnitt bereitstellen. Ein Schließen des Hauptventils erfolgt wiederum über das erste Rückstellelement 28. Das flächige Dichtelement 50 kann wiederum als weicher Elastomer oder Silikon ausgewählt werden, welcher mittels verschiedener Techniken an einem an der Ventilnadel 29 vorgesehenen Flächenelement 53 (Ventilteller) befestigt werden kann, z. B. Kleben, Beschichten oder Klemmen.
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Die sternförmige Dichtrippe 21 kann ebenfalls durch verschiedene Herstellungsverfahren bereitgestellt werden, beispielsweise durch Prägen oder als MIM-Bauteil oder durch PECM-Abtragen.
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13 zeigt schematisch einen Teil eines Einblasinjektors 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Einblasinjektor des vierten Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen dem des dritten Ausführungsbeispiels und weist ein flächiges Dichtelement 50 sowie eine sternförmige Dichtrippe 51 auf. Beim vierten Ausführungsbeispiel ist die sternförmige Dichtrippe 51 dabei an einem Keramikteil 61 bereitgestellt. Das Keramikteil 61 ist dabei auf einem Basisteil 62 angeordnet und bildet somit eine zweiteilige Dichtscheibe. Das Keramikteil 61 hat dabei insbesondere den Vorteil, dass es einen relativ schlechten Wärmeleitwert aufweist. Somit kann jedoch ein Wärmeeintrag in die sternförmige Dichtrippe 51 und insbesondere ein Wärmeeintrag in das flächige Dichtelement 50 weiter begrenzt werden.
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Die 14 bis 16 zeigen schematisch einen Einblasinjektor 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beim fünften Ausführungsbeispiel ist die Ventilnadel 29 mit einer kreisförmigen Scheibe 60 verbunden, wobei an der kreisförmigen Scheibe 60 ein ringförmiges Dichtelement 61 angeordnet ist. Ferner ist an der Ventilhülse 40 eine kreisförmige Scheibe 43 fixiert, welche eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 44 aufweist. Insgesamt sind sechs Durchgangsöffnungen vorgesehen, welche auf einem Kreis liegen. 14 zeigt dabei den geschlossenen Zustand des Vorventils 3, bei dem das ringförmige Dichtelement 61 über den Durchgangsöffnungen 44 liegt Das Hauptventil 2 umfasst eine kreisförmige Scheibe 70 mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen 71. Ferner ist in der kreisförmigen Scheibe 70 eine mittlere Öffnung 72 vorgesehen, welche an einem Fortsatz 73 gebildet ist. Die Ventilnadel 29 ist dabei durch die mittlere Öffnung 72 hindurchgeführt. Im Inneren des Fortsatzes 73 ist ein Dichtring 74 angeordnet. Die Durchgangsöffnungen 71 sind ebenfalls auf einem Kreis angeordnet und werden mittels eines Dichtelements 75, welches mit einem am Gehäuse 4 fixierten Scheibenelement 76 verbunden ist, verschlossen. Da die kreisförmige Scheibe 70 mit der Ventilnadel 29 verbunden ist, bewegt sich bei Bewegung der Ventilnadeln 29 bei diesem Ausführungsbeispiel die kreisförmige Scheibe 70 mit und gibt dadurch die Durchgangsöffnungen 71 frei bzw. verschließt diese. Somit kann bei diesem Ausführungsbeispiel sowohl am Hauptventil 2 als auch am Vorventil 3 eine Flachdichtung, insbesondere eine ringförmige Flachdichtung, verwendet werden.
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In den 17 bis 19 ist ein Einblasinjektor 1 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das sechste Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied dazu in Axialrichtung X-X das Hauptventil 2 zwischen dem Aktor 23 und dem Vorventil 3 angeordnet ist. Ferner ist, wie aus 19 ersichtlich, in einer Durchströmungsrichtung B der Anker 24 vor dem Innenpol 26 angeordnet. Weiterhin ist die erste Ventilnadel 29 vollständig durch den Innenpol 26 geführt. Dabei weist die erste Ventilnadel 29 zwei verschiedene Durchmesser auf, um insbesondere das erste Rückstellelement 28 innerhalb des Innenpols 26 zu führen. Im Anker 24 sind wiederum mehrere Durchgangsöffnungen 24a für einen Durchtritt des Kraftstoffs vorgehen. Ein weiterer Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist, dass eine Betätigung des Vorventils 3 auf mechanische Weise erfolgt, indem die erste Ventilnadel 29 des Hauptventils 2 die zweite Ventilnadel 39 des Vorventils 3 kontaktiert. 17 zeigt den geschlossenen Zustand des Injektors, wobei zwischen der ersten Ventilnadel 29 des Hauptventils 2 und der zweiten Ventilnadel 39 des Vorventils 3 ein axialer Freiweg F vorgesehen ist. Der Freiweg F ist dabei kleiner als ein Hub H des Ankers 24, bis dieser Innenpol 26 anstößt. Wie weiter aus den 17 und 19 ersichtlich ist, ist die erste Ventilnadel 29 auch durch das kugelförmige Dichtelement 29 hindurchgeführt. Das Hauptventil 2 ist als nach außenöffnendes Ventil ausgebildet. Wenn die Spule 25 bestromt wird, wird der Anker 24 in Richtung des Pfeils A gegen den Innenpol 26 angezogen. Da der Anker 24 mit der ersten Ventilnadel 29 mittels einer Schweißverbindung verbunden ist, hebt auch das Dichtelement 20 vom Dichtsitz an der Dichtscheibe 22 ab. Dadurch kann Kraftstoff durch die Durchgangsöffnung 6 in der Dichtscheibe 22 in den Raum 7 strömen. Sobald die erste Ventilnadel 29 den Freiweg F zurückgelegt hat, kommt die erste Ventilnadel 29 mit der zweiten Ventilnadel 39 des Vorventils 3 in Kontakt. Da der Freiweg F kleiner als der Hub H ist, wird bei weiterem Anziehen des Ankers 24 gegen den Innenpol 26 auch das Vorventil 3 geöffnet. Dieser Zustand ist in 19 gezeigt. Zum Öffnen muss dabei auch noch die Kraft der zweiten Rückstellfeder 38 des Vorventils 3 überwunden werden. Ein Öffnungsspalt G am Vorventil 3 entspricht dabei der Differenz zwischen dem Ankerhub H und dem axialen Freiweg F. Somit kann bei diesem Ausführungsbeispiel unabhängig von einem Druck des vorzugsweise gasförmigen Kraftstoffs ein definiertes Öffnen des Vorventils 3 durch Wahl des axialen Freiwegs bestimmt werden. Somit öffnet dieser Injektor immer zu einem vorbestimmten Zeitpunkt. Weiterhin bezeichnet der Pfeil B eine Durchströmungsrichtung des Injektors vom Rail 12 zum Vorventil 3.
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Die 20 und 21 zeigen einen Einblasinjektor 1 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Aufbau des siebten Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen dem sechsten Ausführungsbeispiel, wobei ebenfalls ein axialer Freiweg F vorgesehen ist und das Vorventil mechanisch durch Kontakt zwischen der ersten Ventilnadel 29 des Hauptventils und der zweiten Ventilnadel 39 des Vorventils 3 öffnet. Im Unterschied zum sechsten Ausführungsbeispiel ist allerdings die Abdichtung am Hauptventil 2 unterschiedlich ausgebildet. Das Hauptventil ist dabei ähnlich wie im dritten Ausführungsbeispiel ausgebildet und weist ein flächiges Dichtelement 50 mit einer sternförmigen Dichtrippe 51 mit einer Vielzahl von Zacken auf. Die Dichtrippe 51 ist dabei am Anschlussstück 5 ausgebildet. Das flächige Dichtelement 50 ist über ein Anschlagstück 80 mit der ersten Ventilnadel 29 des Hauptventils 2 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Aktor 23 zwischen dem Hauptventil 2 und dem Vorventil 3 angeordnet. Durch Wahl der axialen Länge des Freiwegs F kann wiederum ein Zeitpunkt des Öffnens des Vorventils 3 fest bestimmt werden. Zur Unterstützung der Rückstellung des Hauptventils 2 ist ferner noch ein drittes Rückstellelement 81 vorgesehen. Die erste Ventilnadel 29 ist ferner noch mittels eines Führungselements 82, welches Durchlassöffnungen 83 aufweist, geführt. 20 zeigt den geschlossenen Zustand des Injektors und 21 zeigt der offenen Zustand des Injektors. Ein Öffnungsspalt G am Vorventil 3 entspricht dabei wieder einer Differenz zwischen dem Hub H und dem axialen Freiweg F. Das Vorventil 3 ist ansonsten entsprechend dem Vorventil des ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet.
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Zu allen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass anstelle des Magnetaktors 23 auch ein Piezoaktor verwendet werden kann. Die beschriebenen Einblasinjektoren werden besonders bevorzugt zum Einblasen von Erdgas verwendet, können jedoch auch für beliebige andere gasförmige Kraftstoffe verwendet werden.
