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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor, insbesondere Einblasinjektor zur Direkteinblasung von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, sowie eine derartige Brennkraftmaschine.
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In jüngster Zeit werden verstärkt Brennkraftmaschinen mit gasförmigem Kraftstoff, beispielsweise Erdgas, betrieben. Normalerweise werden derartige Brennkraftmaschinen für gasförmigen Kraftstoff mit Injektoren betrieben, welche für flüssige Kraftstoffe, insbesondere Benzin und Diesel, ausgelegt sind. Hierbei treten jedoch häufig Abdichtungsprobleme am Injektor auf, da insbesondere eine Schmierung durch flüssige Kraftstoffe an Dichtelementen und Dichtsitzen fehlt. Auch sind Injektoren für gasförmige Kraftstoffe aufgrund der einzublasenden Kraftstoffmenge häufig länger offen als entsprechende Injektoren für flüssige Kraftstoffe. Ein weiterer Problemkreis bei direkteinblasenden Injektoren für gasförmige Kraftstoffe liegt darin, dass die Dichtelemente üblicherweise am oder im Brennraum angeordnet sind. Dadurch ist jedoch die Verwendung von Elastomer-Dichtungen, welche eine sichere Abdichtung des gasförmigen Kraftstoffs gewährleisten würden, aufgrund der hohen thermischen Belastungen nicht möglich. Hierbei kann ein sehr hoher thermischer Verschleiß auftreten und eventuell der Dichtsitz zusätzlich verkoken.
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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 zur Abdichtung des Injektors als Dichtelement ein Elastomer oder ein anderes, relativ hitzeempfindliches Dichtelement verwendet werden kann. Insbesondere kann ein Ventil, welches zum Steuern einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge ausgelegt ist, weiter entfernt vom Brennraum angeordnet werden, so dass thermische Belastungen des Ventils signifikant reduziert werden können. Auch kommt das Ventil nicht mit Brennraumgasen in Kontakt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Injektor ein erstes Ventil und ein zweites Ventil aufweist. Dabei ist das erste Ventil an einem brennraumseitigen Ende des Injektors angeordnet, und das zweite Ventil ist an einem brennraumabgewandten Ende des Injektors angeordnet. Ferner umfasst der Injektor einen Aktor, welcher die beiden Ventile öffnet. Dabei öffnet der Aktor das zweite Ventil, welches am brennraumabgewandten Ende des Injektors angeordnet ist, nach dem ersten Ventil. Weiterhin ist das erste Ventil direkt am Brennraum angeordnet oder steht in den Brennraum vor. Somit kann erfindungsgemäß am zweiten Ventil eine für den Kraftstoff, insbesondere gasförmigen Kraftstoff, optimierte Abdichtung vorgesehen werden und das erste Ventil, welches direkt am oder im Brennraum angeordnet ist, kann eine Abdichtung aufweisen, welche hohen thermischen Belastungen widersteht. Dabei können auch gewisse Undichtigkeiten am ersten Ventil des Injektors in Kauf genommen werden, da eine sichere Abdichtung am zweiten Ventil des Injektors, z.B. mittels einer Elastomerdichtung, möglich ist. Der Injektor ist vorzugsweise ein Einblasinjektor zum Einblasen von gasförmigem Kraftstoff oder verflüssigtem Erdgas oder dgl.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Besonders bevorzugt sind das erste Ventil und das zweite Ventil auf einer gemeinsamen Achse angeordnet. Weiter bevorzugt ist die gemeinsame Achse eine Mittelachse des Injektors.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind das erste Ventil und das zweite Ventil in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Dadurch kann ein besonders kompakter Aufbau erreicht werden.
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Um den Aufbau des Injektors noch kompakter zu gestalten, weisen vorzugsweise das erste und zweite Ventil eine gemeinsame Ventilnadel auf. Die Ventilnadel läuft vorzugsweise durch den kompletten Injektor.
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Um eine thermische Belastung des zweiten Ventils möglichst vollständig auszuschließen, ist vorzugsweise das zweite Ventil außerhalb eines den Brennraum umschließenden Bauteils, insbesondere eines Zylinderkopfes, angeordnet.
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Besonders bevorzugt weist das zweite Ventil ein aus einem Elastomerwerkstoff oder aus Silikon hergestelltes Dichtelement auf. Das Dichtelement ist vorzugsweise aus Nitril-Butagen-Kautschuk (NBR), oder einem Fluor-Elastomer oder FKM (Fluor-Karbon-Kautschuk) mit niedriger Gasübergangstemperatur hergestellt. Weiter bevorzugt weist das erste Ventil kein elastomeres Dichtelement auf. Eine Abdichtung am ersten Ventil ist vorzugsweise als metallische Dichtung ausgeführt.
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Weiter bevorzugt ist das Dichtelement ein flächiges Dichtelement. Hierdurch können insbesondere die Herstellkosten für das Dichtelement klein gehalten werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Ventilnadel am brennraumabgewandten Ende einen Anschlag auf und das Dichtelement ist an einem hohlen Druckstück angeordnet. Das brennraumabgewandte Ende der Ventilnadel reicht dabei bis in das hohle Druckstück und das Druckstück weist eine Hinterschneidung auf. Die Hinterschneidung greift mit einem Freiweg hinter den Anschlag an der Ventilnadel, wobei der Freiweg kleiner als ein Hub des Aktors des Injektors ist. Hierdurch kann auf einfache bauliche Weise das zeitverzögerte Öffnen des ersten und zweiten Ventils realisiert werden. Die Länge des Freiwegs bestimmt dabei den Zeitraum zwischen dem Öffnen des ersten Ventils und des zweiten Ventils.
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Besonders bevorzugt ist das erste Ventil ein nach außen öffnendes Ventil. Weiter bevorzugt ist auch das zweite Ventil ein nach außen öffnendes Ventil.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das zweite Ventil ein frei bewegliches, kugelförmiges oder teilkugelförmiges Dichtelement, welches mittels eines Federelements auf einem Dichtsitz gehalten ist. Der Dichtsitz ist vorzugsweise dabei an einem Ende einer Hülse gebildet, so dass der Dichtsitz durch den endseitigen Rand der Hülse bereitgestellt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das erste Ventil und/oder das zweite Ventil einen sternförmigen Dichtsitz auf. Der sternförmige Dichtsitz wird besonders bevorzugt mittels eines flächig ausgebildeten Dichtelements abgedichtet.
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Weiter bevorzugt ist der Dichtsitz am ersten und/oder zweiten Ventil rippenförmig ausgebildet, wobei eine effektive Dichtbreite der Rippe durch Vorsehen einer ersten Fase in einer ersten Rippenkante und Vorsehen einer zweiten Fase an einer zweiten Rippenkante definiert ist. Somit wird der Dichtsitz nachbearbeitet, indem Fasen an den Rippenkanten vorgesehen werden. Dadurch kann auf relativ einfache Weise eine möglichst schmale und insbesondere möglichst gleichmäßige Dichtbreite des Dichtsitzes erreicht werden. Die gleichmäßige Dichtbreite gewährleistet dabei eine verbesserte Dichtheit bei geschlossenem Dichtsitz. Die Nachbearbeitung der Rippenkanten stellt dabei insbesondere sicher, dass die mit den üblichen Herstellungsverfahren, wie z.B. mechanische Bearbeitung (Fräsen, Sintern, chemisches/elektrochemisches Erodieren), hergestellte Dichtbreite, die relativ ungenau ist und größere Abweichungen hinsichtlich der Breite aufweist, eine höchste Genauigkeit hinsichtlich der Dichtbreite ermöglicht. Eine Fasenbreite der beiden Fasen ist dabei vorzugsweise gleich.
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Die beiden Fasen werden weiter bevorzugt insbesondere mittels eines Laserabtragverfahrens hergestellt. Der beidseitige Laserabtrag kann dabei eine sehr genaue Einstellung einer gewünschten Dichtbreite ermöglichen. Die Dichtbreite kann durch Laserabtrag mit sehr kleinen Toleranzen hergestellt werden. Ein weiterer großer Vorteil des Laserabtragverfahrens liegt darin, dass die Dichtrippen auch aus sehr harten Werkstoffen, z.B. Keramik, hergestellt werden können und trotzdem mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden können. Der Laserabtrag wird vorzugsweise mittels eines Ultrakurzpuls-Lasers durchgeführt.
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Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtsitzes an einem Bauteil eines Injektors, insbesondere eines Einblasinjektors. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte des Herstellens einer vorstehenden, umlaufenden Dichtrippe mit einer ersten Rippenkante und einer zweiten Rippenkante. Anschließend wird eine erste Fase an der ersten Rippenkante und eine zweite Fase an der zweiten Rippenkante durch Abtragen der Rippenkanten mittels eines Lasers, insbesondere mittels eines Ultrakurzpuls-Lasers, ausgeführt. Hierdurch kann eine konstante Dichtbreite an der Dichtrippe erhalten werden, welche nur geringste Toleranzen aufweist. Die Dichtrippe ist vorzugsweise aus keramischem Material hergestellt.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Injektor, insbesondere Einblasinjektor. Der Injektor ist besonders bevorzugt am Brennraum zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil der Brennkraftmaschine angeordnet.
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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 Bauteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht eines Einblasinjektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht eines zweiten Ventils des Einblasinjektors von 1 im geöffneten Zustand,
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3 eine schematische Schnittansicht eines Einblasinjektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 eine schematische Schnittansicht eines Einblasinjektors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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5 eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung eines zweiten Ventils des Einblasinjektors von 4 im geschlossenen Zustand,
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6 eine vergrößerte Teil-Schnittdarstellung eines zweiten Ventils des Einblasinjektors von 4 im geöffneten Zustand,
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7 eine schematische Schnittansicht eines Einblasinjektors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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8 eine schematische Teil-Schnittansicht eines zweiten Ventils des Einblasinjektors von 7,
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9 eine schematische Draufsicht auf den Dichtsitz des zweiten Ventils von 8,
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10 eine schematische Teil-Schnittansicht des zweiten Ventils des Einblasinjektors von 7 im geöffneten Zustand,
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11 eine schematische Teil-Schnittansicht eines ersten Ventils des Einblasinjektors von 7,
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12 eine schematische Draufsicht auf einen Dichtsitz des ersten Ventils von 11,
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13 eine schematische Teil-Schnittansicht des ersten Ventils von 7 im geöffneten Zustand,
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14 bis 17 eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Dichtsitzes.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 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 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein erstes Ventil 2 und ein zweites Ventil 3. Die beiden Ventile 2, 3 sind dabei auf einer gemeinsamen Achse X-X, welches die Mittelachse des Einblasinjektors ist, angeordnet. Das erste Ventil ist ein nach außen öffnendes Ventil (A-Düse) und ist direkt in einem Brennraum 10 angeordnet.
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Der Einblasinjektor 1 umfasst ferner ein mehrteiliges Gehäuse 5 mit einem Ventilkörper 50, einer Hülse 51 sowie einem Anschlussstück 52. Das Anschlussstück 52 ist dabei an einem Rail 12 angeordnet. Die Gehäuseteile können beispielsweise mittels Schweißen miteinander verbunden werden.
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Der Einblasinjektor 1 umfasst ferner eine einzige Ventilnadel 4, welche sowohl zum ersten Ventil 2, als auch zum zweiten Ventil 3 zugehörig ist. Genauer umfasst das erste Ventil 2 ein brennraumseitiges Ende 45 der Ventilnadel 4 und das zweite Ventil 3 umfasst ein brennraumabgewandtes Ende 46 der Ventilnadel 4.
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Das erste Ventil 2 umfasst ferner ein Dichtelement 20 und einen Dichtsitz 21. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der Dichtsitz 21 am Ventilkörper 50 gebildet. Weiterhin umfasst das erste Ventil 2 ein erstes Rückstellelement 26, welches in diesem Ausführungsbeispiel eine Schraubendruckfeder ist.
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Das zweite Ventil 3 umfasst eine zweite Rückstellfeder 36 sowie ein flächiges Dichtelement 30, welches an einem Dichtsitz 31 abdichtet. Der Dichtsitz 31 ist dabei an einer Einstellhülse 8 angeordnet. Die Einstellhülse 8 wird mittels einer Schweißverbindung mit dem Anschlussstück 52 verbunden, wobei eine Position der Einstellhülse 8 vor der Fixierung mittels Schweißen variabel ist.
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Das zweite Ventil 3 umfasst ferner einen Dichtkörper 32, welcher in diesem Ausführungsbeispiel eine Halbkugelform aufweist. Auf der ebenen Fläche des halbkugelförmigen Dichtkörpers 32 ist das Dichtelement 30 flächig aufgebracht. Der Dichtkörper 32 ist mit einem hülsenförmigen Druckstück 33 verbunden, wobei das Druckstück 33 zusätzlich noch seitliche Aussparungen 34 aufweist. Alternativ ist der Dichtkörper 32 auf das Druckstück 33 nur aufgelegt und wird durch den Gasdruck gegen das Druckstück gedrückt. Das brennraumabgewandte Ende 46 der Ventilnadel 4 ist in das Druckstück 33 eingeführt. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, ist am brennraumabgewandten Ende 46 der Ventilnadel 4 ein Anschlag 35 fixiert, welcher im Druckstück 33 positioniert ist. Die Ventilnadel 4 ist dabei in Axialrichtung relativ bewegbar zum Druckstück 33.
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Der Einblasinjektor 1 umfasst ferner einen Aktor 40, welcher in diesem Ausführungsbeispiel ein Magnetaktor ist. Der Aktor 40 umfasst einen Anker 41, welcher mit der Ventilnadel 4 verbunden ist, einen Innenpol 42, eine Spule 43 und ein magnetisches Rückschlusselement 44. Im Anker 41 sind Durchgangsöffnungen 41a für den gasförmigen Kraftstoff ausgebildet. Der Aktor 40 ist dabei vorgesehen, sowohl das erste Ventil 2 als auch das zweite Ventil 3 zu betätigen. Um eine zeitversetzte Betätigung des ersten und zweiten Ventils zu erreichen, ist am zweiten Ventil 3 ein Freiweg F vorgesehen. Der Freiweg F ist zwischen dem Anschlag 35 und dem Druckstück 33 ausgebildet. Der Freiweg F ist dabei kleiner als ein Hub H des Ankers 41 (vgl. 1).
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Die Funktion des erfindungsgemäßen Einblasinjektors 1 ist dabei wie folgt. 1 zeigt den geschlossenen Zustand des Einblasinjektors. Sowohl das erste Ventil 2 als auch das zweite Ventil 3 befinden sich im geschlossenen Zustand. Wenn eine Einblasung von Kraftstoff erfolgen soll, wird die Spule 43 bestromt, so dass der Anker 41 in Richtung des Pfeils A gegen den Innenpol 42 angezogen wird. Hierdurch bewegt sich auch die Ventilnadel 4 in Richtung des Pfeils A. Dadurch öffnet das erste Ventil 2, welches im Brennraum 10 angeordnet ist.
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Sobald der Anker A in axialer Richtung eine Wegstrecke zurückgelegt hat, welche dem Freiweg F zwischen dem Anschlag 35 und dem Druckstück 33 entspricht, kommt der Anschlag 35 mit dem Druckstück 33 in Kontakt und bewegt das Druckstück 33 ebenfalls in Richtung A. Da der Dichtkörper 32 mit dem Druckstück 33 verbunden ist, hebt das Dichtelement 30 vom Dichtsitz 31 ab. Dies ist in 2 durch den Pfeil B angedeutet. Der Öffnungsvorgang des ersten und zweiten Ventils wird dann solange fortgesetzt, bis der Anker 41 am Innenpol 42 anstößt und der gesamte Ankerhub H überwunden worden ist. Dadurch kann gasförmiger Kraftstoff aus dem Rail 12 über die Einstellhülse 8 in einen Raum 13 zwischen dem zweiten Ventil 3 und dem ersten Ventil 2 strömen. Während des Öffnungsvorgangs wird dabei sowohl das erste Rückstellelement 26 als auch das zweite Rückstellelement 36 zusammengedrückt.
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Wenn die Einblasung von gasförmigem Kraftstoff abgeschlossen ist, wird der Einblasinjektor 1 wieder geschlossen, indem die Bestromung der Spule 43 unterbrochen wird. Dann schließen das erste Rückstellelement 26 und das Rückstellelement 36 das erste und zweite Ventil 2, 3. Dabei wird dann im vollständig geschlossenen Zustand der Freiweg F zwischen dem Anschlag 35 und dem Druckstück 33 wieder hergestellt.
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Da das zweite Ventil 3 fernab vom Brennraum und insbesondere außerhalb des Brennraums bzw. außerhalb eines Zylinderkopfs 11 angeordnet ist, erfährt das zweite Ventil 3 nur geringe thermische Belastungen. Dadurch kann das Dichtelement 30 des zweiten Ventils 3 als Elastomer oder Silikon ausgewählt werden, ohne dass thermisch bedingte Beschädigungen am Dichtelement 30 und/oder am Dichtsitz 31 des zweiten Ventils 3 auftreten. Auch kommt das zweite Ventil 3 nicht mit Brennraumgasen aus dem Brennraum 10 in Kontakt. Durch den Freiweg F zwischen dem Anschlag 35 und dem Druckstück 33 wird ferner eine zeitversetzte Öffnung des zweiten Ventils 3 zum ersten Ventil 2 erreicht. Der Anschlag 35 hat somit eine Mitnehmerfunktion, um das Druckstück 33 in Richtung des Pfeils A mitzunehmen und das zweite Ventil 3 zu öffnen. Je nach dem, wie groß der Freiweg F gewählt wird, wird das zweite Ventil 3 entsprechend zeitversetzt zum ersten Ventil 2 geöffnet.
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Die Ventilnadel 4 ist aus Vollmaterial hergestellt, so dass ein Fluidpfad für den gasförmigen Kraftstoff am äußeren Umfang der Ventilnadel 4 verläuft. Die Bezugszeichen 6 und 7 kennzeichnen Nadelführungen. Dabei weisen die Nadelführungen 6, 7 Durchlässe (nicht gezeigt) auf, damit der gasförmige Kraftstoff an dem Dichtelement 20 des ersten Ventils 2 ansteht.
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3 zeigt einen Einblasinjektor 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist die Ventilnadel 4 als hohle Ventilnadel ausgebildet. Die Ventilnadel 4 des zweiten Ausführungsbeispiels weist an ihrem brennraumseitigen Ende 45 einen radial nach außen gerichteten Flansch 48 auf. Der Flansch 48 dichtet dabei am Dichtsitz 21 ab und bildet somit das Dichtelement des ersten Ventils 2. Am brennraumseitigen Ende 45 der Ventilnadel 4 sind ferner Öffnungen 47 vorgesehen, damit der durch die hohle Ventilnadel 4 geführte gasförmige Brennstoff am Dichtsitz ansteht. Weiterhin ist beim zweiten Ausführungsbeispiel das zweite Ventil 3 wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Ferner umfasst das zweite Ausführungsbeispiel noch ein drittes Ventil 60, welches eine zweite hohle Ventilnadel 61 aufweist. Die zweite hohle Ventilnadel 61 umgreift die erste hohle Ventilnadel 4. Das dritte Ventil 60 umfasst ferner einen Dichtsitz 62, welcher zwischen einem brennraumseitigen Ende der zweiten hohlen Ventilnadel 61 und dem Ventilkörper 50 ausgebildet ist. Neben dem Fluidpfad durch die erste hohle Ventilnadel 4 weist der Einblasinjektor 1 des zweiten Ausführungsbeispiels einen zweiten Fluidpfad außerhalb der zweiten hohlen Ventilnadel 61 auf, welcher bis zum Dichtsitz 62 des dritten Ventils führt.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, ist beim zweiten Ausführungsbeispiel die zweite hohle Ventilnadel 61 mit dem Anker 41 verbunden. Weiterhin ist hier als Rückstellelement ein drittes Federelement 66 zwischen dem Anker 41 und dem Innenpol 42 vorgesehen. Dabei ist die zweite hohle Ventilnadel 61 relativ zur ersten hohlen Ventilnadel 4 in Axialrichtung X-X bewegbar.
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Weiterhin weist der Einblasinjektor 1 des zweiten Ausführungsbeispiels ein Drosselelement 63 auf, welches im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist und mit der ersten hohlen Ventilnadel 4 verbunden ist. Das Drosselelement 63 weist eine Drosselstelle 64 in Form einer Stufenbohrung durch das Drosselelement 63 auf. Ein Anschlag 65 begrenzt einen Weg des Drosselelements 63 in Richtung des Brennraums 10.
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Die Funktion des zweiten Ausführungsbeispiels ist dabei wie folgt: Zum Öffnen des Einblasinjektors 1 wird wie im ersten Ausführungsbeispiel die Spule 43 bestromt, so dass der Anker 41 in Richtung des Pfeils A gegen den Innenpol 42 angezogen wird. Dabei wird ein erster Hub H1 überwunden. Da der Anker 41 mit der zweiten hohlen Ventilnadel 61 verbunden ist, öffnet zuerst das dritte Ventil 60 am Dichtsitz 62. Da das brennraumseitige Ende der zweiten hohlen Ventilnadel 61 gegen den nach außen gerichteten Flansch 68 der ersten hohlen Ventilnadel 4 drückt, wird auch die erste hohle Ventilnadel 4 in gleichem Hubumfang bewegt. Durch das Öffnen des dritten Ventils 60 wird der Druck im Brennraum über den ersten Raum 71, die äußere Mantelfläche der zweiten hohlen Ventilnadel 61 bis zum zweiten Raum 72 vor dem Drosselelement 63 gebracht.
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Da der erste Hub H1 gleich oder etwas kleiner als der Freiweg F am zweiten Ventil 3 ist, wird mit dem Öffnen des dritten Ventils 60 auch das zweite Ventil 3 geöffnet oder der Öffnungsvorgang steht unmittelbar bevor. Durch das Öffnen des dritten Ventils 60 herrscht nun am Drosselelement 63 ein Druckunterschied zwischen dem zweiten Raum 72 und einem dritten Raum 73 in Durchströmungsrichtung vor dem Drosselelement 63. Hierdurch wird das Drosselelement 63 durch den Druckunterschied in Richtung des Pfeils B bewegt, bis das Drosselelement 63 den Anschlag 65 erreicht. Da das Drosselelement 63 mit der ersten hohlen Ventilnadel 4 verbunden ist, wird dadurch auch die erste hohle Ventilnadel 4 bewegt. Da der Anker 41 schon auf dem Innenpol 42 aufliegt, kann die zweite hohle Ventilnadel 61 nicht mehr in Richtung des Brennraums bewegt werden. Somit öffnet sich das erste Ventil 2 über der zweiten Ventilnadel 61, welche eine Relativbewegung in Axialrichtung in Richtung Brennraum ausführen kann. Dadurch wird der (Haupt-)Fluidpfad durch die erste hohle Ventilnadel 4 geöffnet, so dass Kraftstoff in den Brennraum 10 eingeblasen werden kann. Der Hub des Drosselelements 63 bis zum Anschlag 65 ist in 3 mit dem Bezugszeichen H2 bezeichnet.
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Zum Schließen des Einblasinjektors 1 des zweiten Ausführungsbeispiels wird die Bestromung der Spule 43 beendet, so dass die drei Rückstellfedern 26, 36 und 66 die erste Ventilnadel 4, den Dichtkörper 32 des zweiten Ventils 3 sowie den Anker 41 wieder in die in 3 gezeigten Ausgangsstellungen zurückstellen, so dass die drei Ventile 2, 3, 60 wieder geschlossen sind.
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Die 4 bis 6 zeigen einen Einblasinjektor 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen weist der Einblasinjektor des dritten Ausführungsbeispiels ein erstes Ventil 2 auf, welches als ein nach innen gerichtetes Ventil ausgebildet ist. Hierbei sind am ersten Ventil 2 Spritzlöcher 9 vorgesehen. Ein Anker 41 ist wiederum mit der Ventilnadel 4 verbunden, so dass bei Bewegung des Ankers 41 in Richtung des Innenpols 42 (Pfeil A in 4) das erste Ventil 2 öffnet. Am brennraumabgewandten Ende 46 der Ventilnadel 4 ist das zweite Ventil 3 vorgesehen, wobei wiederum ein Freiweg F vorgesehen ist. Die 4 und 5 zeigen dabei den geschlossenen Zustand des zweiten Ventils 3. Durch den Freiweg F wird wieder eine zeitverzögerte Öffnung des zweiten Ventils 3 erreicht. Das zweite Ventil 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Dichtelement 30 auf, welches als Teilkugel ausgebildet ist. Mittels eines zweiten Rückstellelements 36 wird das Dichtelement 30 gegen einen Dichtsitz 31 gedrückt, welcher an einer Einstellhülse 8 ausgebildet ist. Zum Öffnen des zweiten Ventils 3 wird nach der Bestromung der Spule 43 des Aktors 40 die Ventilnadel 4 in Richtung des Pfeils A bewegt, so dass die Ventilnadel 4 nach Überwindung des Freiwegs F mit dem Dichtkörper 32 des zweiten Ventils in Kontakt kommt. Da der Freiweg F kleiner als der Hub H des Aktors 40 ist, drückt das brennraumabgewandte Ende 46 der Ventilnadel 3 den Dichtkörper 32 weiter in Richtung des Pfeils B (vgl. 6), so dass das zweite Ventil 3 öffnet. Hierdurch kann der gasförmige oder flüssige Kraftstoff aus dem Rail 12 über das geöffnete zweite Ventil 3 und das ebenfalls geöffnete erste Ventil 2 durch die Spritzlöcher 9 in den Brennraum 10 eingespritzt werden. Das erste Ventil 2 öffnet dabei sofort bei Bewegung der Ventilnadel 4. Zum Schließen des Einblasinjektors des dritten Ausführungsbeispiels, wird die Bestromung der Spule 3 wieder unterbrochen, so dass das erste Rückstellelement 26 und das zweite Rückstellelement 36 das erste und zweite Ventil 2, 3 wieder schließen.
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Die 7 bis 13 zeigen einen Einblasinjektor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beim Einblasinjektor des vierten Ausführungsbeispiels sind das erste Ventil 2 und das zweite Ventil 3 wiederum als nach außen öffnende Ventile ausgebildet. Wie aus 7 ersichtlich ist, welche den geschlossenen Zustand des Einblasinjektors des vierten Ausführungsbeispiels zeigt, umfassen das erste Ventil 2 und das zweite Ventil 3 jeweils einen Ventilteller 37 bzw. 48. Wie aus 8 ersichtlich ist, ist beim zweiten Ventil 3 dabei auf dem Ventilteller 37 ein flächiges Dichtelement 30 aus einem Elastomerwerkstoff angeordnet. Ein Dichtsitz 31 des zweiten Ventils 3 ist dabei als sternförmige Rippe gebildet. Dies ist im Detail in 9 erkennbar. Der sternförmige Dichtsitz 31 weist dabei acht Zacken auf. Wie aus 8 ersichtlich ist, ist der Ventilteller 37 über ein Anschlagstück 38 mit einem T-förmigen Anschlag 39 verbunden. Eine Einstellhülse 8 ist fest mit der Ventilnadel 4 verbunden und greift über das T-förmige Anschlagstück 39. Hierbei ist ein Freiweg F zwischen dem T-förmigen Anschlagstück 39 und einem radial nach innen vorstehenden Bereich 80 der Einstellhülse 8 vorgesehen. Ferner ist auch ein Spiel S zwischen dem brennraumabgewandten Ende 46 der Ventilnadel 4 und dem T-förmigen Anschlagstück 39 vorgesehen. Das T-förmige Anschlagstück 39 ist dabei axial bewegbar innerhalb der Einstellhülse 8 angeordnet.
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Wie weiter aus den 11 und 12 ersichtlich ist, ist das erste Ventil 2 ähnlich dem zweiten Ventil 3 aufgebaut. Das erste Ventil 2 des vierten Ausführungsbeispiels weist ebenfalls einen sternförmigen Dichtsitz 21 mit einer Vielzahl von Zacken auf. Der sternförmige Dichtsitz 21 ist dabei an einem Ventilkörper 50 vorgesehen. 12 zeigt eine Draufsicht des sternförmigen Dichtsitzes 21 in Rippenform. Ähnlich wie beim dritten Ausführungsbeispiel ist am brennraumseitigen Ende 45 der Ventilnadel 4 ein radial nach außen gerichteter Flansch 48 ausgebildet, welcher am sternförmigen Dichtsitz 21 abdichtet. 11 zeigt dabei den geschlossenen Zustand des ersten Ventils 2 und 13 zeigt den geöffneten Zustand des ersten Ventils 2. Der Öffnungshub am ersten Ventil 2 entspricht dabei dem Ankerhub H.
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Zum Öffnen des Einblasinjektors 1 des vierten Ausführungsbeispiels wird wiederum die Spule 43 bestromt, so dass der Anker 41 in Richtung des Pfeils A (vgl. 7) gegen den Innenpol 42 angezogen wird. Da der Anker 41 mit der Ventilnadel 4 verbunden ist, hebt zuerst der radial nach außen gerichtete Flansch 48 des ersten Ventils 32 vom sternförmigen Dichtsitz 21 ab, so dass das erste Ventil 2 geöffnet wird. Durch den in 8 ersichtlichen Freiweg F zwischen dem T-förmigen Anschlagstück 39 und der Einstellhülse 8 öffnet das zweite Ventil 3 mit kurzer zeitlicher Verzögerung. Sobald die Einstellhülse 8 mit dem T-förmigen Anschlagstück 39 in Kontakt kommt, wird der Ventilteller 37 in Richtung des Pfeils B mitgenommen, so dass das zweite Ventil 3 geöffnet wird. Dadurch kann der gasförmige Kraftstoff aus dem Rail 12 über das Anschlussstück 52 und das geöffnete zweite Ventil 3 in den Raum 13 strömen und dort entlang des Außenumfangs der Ventilnadel 4 bis zum ersten Ventil 2 strömen und kann dort über das geöffnete erste Ventil 2 in den Brennraum 10 eingeblasen werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Ventil 3 mit relativ großem Abstand zum Brennraum 10 bzw. den Brennraum umgebenden Bauteilen angeordnet, so dass zur Abdichtung des zweiten Ventils 3 die Verwendung eines Elastomerwerkstoffs oder Silikon möglich ist. Dadurch wird eine sichere und langlebige Abdichtung des zweiten Ventils 3 sichergestellt.
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Zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass statt eines Magnetaktors 40 auch ein Piezoaktor verwendet werden kann. Weiterhin sind auch beliebige Kombinationen der einzelnen Ausführungsbeispiele möglich, insbesondere die Verwendung von hohlen Ventilnadeln bei den Ausführungsbeispielen mit Ventilnadeln aus Vollmaterial und umgekehrt. Weiterhin können die Einblasinjektoren 1 der offenbarten Ausführungsbeispiele derart ausgebildet sein, dass das erste Ventil 2 sowohl vollständig in den Brennraum 10 reichen kann, als auch, dass das erste Ventil 2 beispielsweise im Zylinderkopf 11 angeordnet ist.
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Die 14 bis 17 zeigen eine alternative Ausgestaltung eines Dichtsitzes gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Dichtsitz 81 des fünften Ausführungsbeispiels ist wieder an einem Injektorbauteil 85, beispielsweise einem Ventilkörper, vorgesehen. Wie aus 17 ersichtlich ist, ist die geometrische Form des Dichtsitzes 81 wieder eine sternförmige Rippenform, wie im vorhergehenden Beispiel dargestellt. Es sei jedoch angemerkt, dass die geometrische Form des rippenförmigen Dichtsitzes auch anders sein kann.
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Der Dichtsitz 81 wird beispielsweise aus einem keramischen Material hergestellt, wobei 14 die halbfertige Dichtrippe 80 zeigt. 15 zeigt einen vergrößerten Querschnitt der halbfertigen Dichtrippe. Wie insbesondere aus 15 ersichtlich ist, weist die halbfertige Dichtrippe 80 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Dabei sind an einer Dichtfläche 84 eine erste Rippenkante 87 und eine zweite Rippenkante 88 ausgebildet. Die halbfertige Dichtrippe kann beispielsweise mittels eines mechanischen Bearbeitungsverfahrens, z.B. Fräsen, oder Sintern hergestellt werden. Durch dieses Herstellungsverfahren ist allerdings eine Breite der Dichtrippe mit hohen Toleranzen behaftet. Dies wirkt sich negativ auf die Dichtigkeit am Dichtsitz aus. Daher wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wie aus 16 ersichtlich ist, mittels eines Laserabtragverfahrens mit einem Laserstrahl 86 die erste und zweite Rippenkante 87, 88 abgetragen. Hierdurch werden eine erste Fase 82 und eine zweite Fase 83 an der Dichtrippe 80 gebildet. Durch das Laserverfahren können die Fasen derart hergestellt werden, dass eine Breite B des Dichtsitzes 81 mit minimalsten Toleranzen herstellbar ist. Somit weist der Dichtsitz 81 eine Dichtfläche 84 auf, welche exakt eine gewünschte Breite B aufweist, ohne dass hiervon in Umfangsrichtung der Dichtrippe große Abweichungen auftreten. Dadurch kann eine noch bessere Dichtheit des Dichtsitzes bei geschlossenem Injektor erreicht werden.
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Die beiden Fasen 82, 83 können beispielsweise in einem Winkel von ca. 45° zur Dichtfläche 84 vorgesehen werden. Es sei angemerkt, dass jedoch auch andere Winkel denkbar sind. Die beiden Fasen werden vorzugsweise gleichzeitig hergestellt, können jedoch auch nacheinander hergestellt werden. Durch das Laserverfahren kann der Dichtsitz 81 auch aus einem sehr harten Werkstoff, z.B. Keramik, hergestellt werden.
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Es sei ferner angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren des Vorsehens von Fasen 82, 83 statt der Rippenkanten 87, 88 auch als abschließender Bearbeitungsschritt vorgenommen werden kann, wenn beispielsweise der Rippenkörper der Dichtrippe ebenfalls mittels Laser hergestellt wird.
