DE102015014349B4

DE102015014349B4 - Druckstoßbetätigter Injektor

Info

Publication number: DE102015014349B4
Application number: DE102015014349.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Kalenborn; Michael Willmann
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: Woodward LOrange GmbH
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2035-11-06
Also published as: DE102015014349A1

Abstract

Druckstoßbetätigter Injektor (1), aufweisend:
– einen Druckstoßgeber zur Erzeugung von Druckstößen,
– ein Kraftstoffreservoir, welches durch einen Kanal (7) gebildet ist, wobei
– der Kanal (7) eine erste Mündungsseite (7a) mit einem daran angeordneten Ventilkörper (9a) aufweist, mit welchem ein Einspritzventil (9) des Injektors (1) gebildet ist, und wobei
– der Kanal (7) eine zweite Mündungsseite (7b) mit einem daran angeordneten, zumindest partiell in Richtung zur ersten Mündungsseite (7a) in den Kanal (7) hinein verlagerbaren Verschlusselement (15) aufweist,
– wobei der Injektor (1) eingerichtet ist, durch einen mittels des Druckstoßgebers erzeugten Druckstoß auf das Verschlusselement (15) eine gerichtete Druckwelle in einem im Kanal (7) aufgenommenen Kraftstoff zu erzeugen, welche den Kanal (7) von der zweiten (7b) zur ersten Mündungsseite (7a) durchläuft und den Ventilkörper (9a) in eine Öffnungsstellung drängt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen druckstoßbetätigten Injektor gemäß Anspruch 1.
Allgemein sind Kraftstoffeinspritzvorrichtungen in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt, z. B. aus den Druckschriften DE 10 2013 021 242 A1 , DE 43 06 072 A1 , EP 0 630 442 B1 oder der Druckschrift US 4 728 074 A .
Im Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, Ottomotoren mit Brenngas im Zündstrahlbetrieb zu betreiben, d. h. in die jeweiligen Brennräume eine geringe Zündölmenge einzuspritzen und zu entfachen, um sodann mit der Entflammung des Zündöls das Brenngas zu entzünden. Nachteilig mit solchen gängigen Verfahren ist regelmäßig der Aufwand, der für die Zündöleinspritzung zu betreiben ist, insbesondere für die zeitgesteuerten Zündöl-Injektoren, die Verrohrung im Rahmen des Common-Rail-Systems, z. B. im Hinblick auf die Leckagerückführung etc.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Injektor anzugeben, mit welchem der Aufwand für eine Einspritzung gerade von Klein- und Kleinstmengen vorteilhaft reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein druckstoßbetätigter, insbesondere schlagbetätigter, Injektor, welcher zur Ausbringung oder Ausdüsung von Flüssigkraftstoff im Rahmen eines Einspritzbetriebs vorgesehen ist, insbesondere von Zündöl wie z. B. Dieselkraftstoff oder Schweröl, weiterhin insbesondere zur Verwendung mit einem Zündstrahlverfahren. Der Injektor ist vorteilhaft mit einem Großmotor, insbesondere einem brenngasbetriebenen Ottomotor verwendbar, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug wie etwa einem Lastkraftwagen, einem davon verschiedenen Nutzfahrzeug, einem Schiff, einer Lok, woneben der Injektor auch für eine stationäre Einrichtung vorgesehen werden kann, z. B. für ein Blockheizkraftwerk, ein (Not-)Stromaggregat, z. B. auch für Industrieanwendungen.
Der druckstoßbetätigte Injektor weist einen Druckstoßgeber zur Erzeugung von Druckstößen auf, insbesondere von Schlägen oder Schlagimpulsen, wobei der Druckstoßgeber bevorzugt ein Schlagwerk ist. Vorgesehen ist, mit dem Druckstoßgeber Druckstöße einer Dauer im Bereich von Mikrosekunden bis zu wenigen Millisekunden zu erzeugen.
Der Druckstoßgeber, z. B. in einem Injektorgehäuse aufgenommen, weiterhin z. B. benachbart zu einem einspritzventilfernen Ende des Injektors, kann zum Beispiel einen monopolaren oder bipolaren Linearmagnet aufweisen, zum Beispiel auch ein Piezopaket oder eine Druckluftquelle, um darüber ein Druckstoßgeber- bzw. Schlagelement, wie zum Beispiel einen Hammer oder Bolzen, direkt oder indirekt, zum Beispiel mittels einer Vorspannfeder, zur Druckstoßerzeugung zu beschleunigen bzw. auszulenken, insbesondere elektrisch gesteuert. Vorgesehen ist insbesondere, mit dem Druckstoßgeber bzw. dem Injektor Druckstöße unterschiedlicher Intensität – gesteuert – erzeugen zu können, bevorzugt durch Variieren des Energieeintrags in den Druckstoßgeber, mithin des Druckstoßgeberelements. Z. B. kann derart eine Auslenkung bzw. Amplitude des Druckstoßgebereelements beeinflusst werden.
Der druckstoßbetätigte Injektor umfasst weiterhin ein Kraftstoffreservoir, welches mit der vorliegenden Erfindung durch einen Kanal gebildet ist. Der Kanal ist z. B. ein einfacher Bohrkanal, weiterhin insbesondere sich geradlinig erstreckend gebildet (wobei er sich in seiner Längsrichtung bevorzugt koaxial mit einer Längsmittelachse des Injektors und/oder des Druckstoßgeberelements erstreckt, insbesondere als Axialbohrung). Weiterhin ist der Kanal im Hinblick auf seine Innenabmessung insbesondere wie ein Hohlröhrchen oder eine Kanüle gebildet, wobei die Länge des Kanals insbesondere einem Vielfachen der Breite des Kanals entspricht, z. B. im Bereich von 10:1 bis 20:1 oder gar 30:1.
Das mit dem Kanal gebildete Kraftstoffresevoir ist mit dem Injektor dazu bereitgestellt, einzuspritzenden Kraftstoff aufzunehmen, mit der Erfindung insbesondere Flüssigkraftstoff und weiterhin Zündöl oder eine davon verschiedene zündwillige Flüssigkeit. Vorgesehen ist, den Kanal ebenfalls in dem Injektorgehäuse zu bilden (wobei beachtlich ist, dass das Injektorgehäuse bei dem baulich einfach bereitzustellenden Injektor der Erfindung z. B. auch unmittelbar durch einen Zylinderkopf bzw. ein Brennraumdeck einer Brennkraftmaschine gebildet sein kann, z. B. auch nur anteilig).
Der Kanal des druckstoßbetätigten Injektors weist eine erste Mündungsseite mit einem daran angeordneten Ventilkörper auf, insbesondere bevorzugt einem Ventilkegel oder Kegelteller, mit welchem ein Einspritzventil des Injektors gebildet ist. Weiterhin kann der Ventilkörper unter Bildung des Einspritzventils gegen einen Sitz, bevorzugt einen Kegelsitz wirken, welcher an der ersten Mündungsseite am Kanal gebildet ist, d. h. zu dessen selektivem Mündungsverschluss.
Der Kanal weist weiterhin eine zweite Mündungsseite auf, welche der ersten insbesondere in Kanalerstreckungsrichtung gegenüberliegt, wobei an der zweiten Mündungsseite ein zumindest partiell bzw. teilweise in Richtung zur ersten Mündungsseite hin in den Kanal hinein verlagerbares Verschlusselement angeordnet ist. Das Verschlusselement kann im Rahmen der Erfindung zum Beispiel ein Kolbenelement sein oder zum Beispiel ein Membranelement, wobei das Verschlusselement den Kanal an der zweiten Mündungsseite insbesondere auch verschließt.
Ein Kolbenelement kann hierbei an der zweiten Mündungsseite innerhalb bzw. im Kanal angeordnet sein, z. B. über einen Abschnitt darin eingetaucht, wobei es insbesondere in Kontakt mit einem in dem Kanal aufgenommenen Kraftstoff gelangt bzw. gelangen kann. Ein Membranelement, z. B. den Kanal an der zweiten Mündungsseite bzw. eine Kanalmündung überspannend daran angeordnet, kann hierbei insbesondere ebenfalls in Kontakt mit dem darin aufgenommenen Kraftstoff gelangen.
Der derart ausgestaltete Injektor ist vorliegend insoweit eingerichtet, durch einen – mittels des Druckstoßgebers erzeugten – Druckstoß bzw. Schlag(impuls), welcher auf das Verschlusselement einwirkt (insbesondere in Richtung von der zweiten hin zur ersten Mündungsseite bzw. in Kanalerstreckungsrichtung), eine gerichtete Druckwelle in einem im Kanal aufgenommenen Kraftstoff (Flüssigkraftstoff, Zündöl) zu erzeugen, welche den Kanal von der zweiten zur ersten Mündungsseite durchläuft und den Ventilkörper in eine Öffnungsstellung drängt, d. h. das Einspritzventil öffnet.
Im Rahmen eines mit dem Injektor vorgesehenen Einspritzbetriebs (mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung) wird der Druckstoß bzw. -impuls, insbesondere sprunghaft und ungleich einer eher langsam zunehmenden Druckerhöhung, hierbei insbesondere derart generiert, dass die Intensität hinreicht, das Einspritzventil bzw. den Ventikörper mittels der erzeugten Druckwelle gegen einen jeweilig vorherrschenden Brennraumdruck zu öffnen. Hierbei sei angemerkt, dass mit der (entsprechend gesteuerten) Intensität des Druckstoßes, mithin der Druckwelle, vorliegend insbesondere auch die Öffnungsweite bzw. Öffnungsdauer des Einspritzventils variiert werden kann, so dass unterschiedliche Einspritzmengen – vorteilhaft unaufwändig – darstellbar sind. Eine solche Steuerung des schlagimpulsbedingten Energieeintrags in das Verschlusselement kann z. B. von einem Steuergerät übernommen werden, z. B. von einem Motorsteuergerät oder einem Steuergerät einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Injektors ist somit ein vorteilhaft einfach aufgebauter, zudem kompakter und zuverlässig das Ausbringen von Kraftstoff, insbesondere von Klein- und Kleinstmengen, ermöglichender Injektor bereitstellbar.
Allgemein ist mit der Erfindung in vorteihafter Weiterbildung vorgesehen, dass das Verschlusselement jeweils in einer Ruhestellung mit dem Druckstoß beaufschlagbar ist bzw. beaufschlagt wird. Zur Einnahme der Ruhestellung, das heißt nach einem jeweiligen Schlagimpuls, kann eine Rückstelleinrichtung des Injektors mit dem Verschlusselement zusammenwirken, zum Beispiel gebildet mittels eines Federelements. Eine solche Lösung kann zum Beispiel mit einem Verschlusselement vorgesehen werden, welches als Kolbenelement bereitgestellt ist, und zum Beispiel infolge der Schlageinwirkung ein Stück weit in den Kanal hinein verlagert wird. Im Falle einer Membran kann deren Selbstrückstellfähigkeit zum Beispiel vorteilhaft zur Einnahme der Ruhestellung hinreichen.
Ein Rückstellen in die Ruhestellung, insbesondere bei Verwendung eines Kolbens als Verschlusselement, kann mit dem Injektor vorteilhaft auch dadurch bewirkt oder unterstützt werden, dass der Injektor eingerichtet ist, das aus der Ruhestellung zumindest partiell verlagerte Verschlusselement mittels der am Ventilkörper reflektierten, den Kraftstoff im Kanal von der ersten zur zweiten Mündungsseite hin durchlaufenden Druckwelle in seine Ruhestellung zurückzudrängen.
Allgemein bevorzugt sind Ausgestaltungen des Injektors, bei welchen der Injektor eine Koppeleinrichtung aufweist, welche den Ventilkörper mit dem Verschlusskörper koppelt und bewirkt, dass ausgehend von der Öffnungsstellung des Ventilkörpers eine Schließbewegung des Ventilkörpers bei einer Wiedereinnahme der Ruhestellung des Verschlusselements unterstützt wird. Gerade bei solchen Ausgestaltungen also, bei welchen das Verschlusselement mit der bzw. einhergehend mit der Einnahme der Öffnungsstellung des Ventilkörpers aus der Ruhestellung zumindest partiell verlagerbar ist bzw. verlagert wird, das heißt in Richtung von der zweiten zur ersten Mündungsseite in den Kanal hinein, kann bei einer Rückstellung des Verschlusselements in die Ruhestellung der Ventilkörper über die Koppeleinrichtung insoweit vorteilhaft mitgenommen werden.
Ausgestaltungen des Injektors, welche von der Koppeleinrichtung Gebrauch machen, können weiterhin vorsehen, den Injektor so einzugerichten, dass infolge des Druckstoßes auf das Verschlusselement die Einnahme der Öffnungsstellung des Ventilkörpers auch mechanisch unterstützt wird. Z. B. kann das Verschlusselement hierbei im Zuge einer Verlagerung in den Kanal hinein in Anlage gegen ein Koppelelement der Koppeleinrichtung gelangen, zum Beispiel gegen eine Koppelstange. Beachtlich ist hierbei jedoch, dass der Injektor hierbei insbesondere so eingerichtet ist, dass die Einnahme der Öffnungsstellung erst mit oder nach Eintreffen der Druckwelle am Ventilkörper – mechanisch unterstützt über die Koppeleinrichtung – erfolgt.
Bevorzugt sind im Rahmen der Koppeleinrichtung das Verschlusselement und der Ventilkörper über eine Koppelstange und ein Federelement der Koppeleinrichtung gekoppelt. Die Koppelstange kann als dünner Stab gebildet sein, zum Beispiel auch mittels eines Drahts, so dass der Kanal einen möglichst großen Sichtquerschnitt zwischen dem Verschlusselement und dem Ventilkörper über seine Länge aufweist, bevorzugt im Bereich von mindestens 60 Prozent bis 90 Prozent des Kanalquerschnitts (so dass eine ungehinderte Druckwellenausbreitung gerichtet möglich ist).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung vorgeschlagen, insbesondere eingerichtet für einen Zündstrahlbetrieb, welche wenigstens einen wie vorstehend erörterten druckstoßbetätigten Injektor, insbesondere für das Einspritzen von Zündöl im Rahmen eines Zündstrahlbetriebs, aufweist. Damit einhergehend wird auch eine Brennkraftmaschine, insbesondere ein Ottomotor vorgeschlagen, welche einen wie vorstehend erörterten Injektor oder eine wie vorstehend erörterte Kraftstoffeinspritzeinrichtung aufweist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in verschiedener Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 exemplarisch und schematisch einen druckstoßbetätigten Injektor gemäß einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung in einer abgebrochenen und teilgeschnittenen Ansicht.
2 exemplarisch und schematisch einen druckstoßbetätigten Injektor gemäß einer zweiten möglichen Ausgestaltung der Erfindung in einer abgebrochenen und teilgeschnittenen Ansicht.
3 exemplarisch und schematisch eine Schnittansicht des entlang der Linie A-A in 2 geschnittenen Injektors.
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
1 zeigt exemplarisch und schematisch einen druckstoß- bzw. schlagbetätigten Injektor 1, welcher ein z. B. mehrteilig gebildetes Injektorgehäuse 3 aufweist, in welchem ein als Schlagwerk ausgestalteter Druckstoßgeber angeordnet ist, d. h. zur Erzeugung von Druckstößen. Der Druckstoßgeber, welcher ansonsten nicht näher veranschaulicht ist, umfasst abtriebsseitig ein Druckstoßgeber- bzw. Schlagelement 5, zum Beispiel einen Schlagbolzen oder Hammer.
Der druckstoßbetätigte Injektor 1 umfasst weiterhin ein Kraftstoffreservoir, welches durch einen Kanal 7 gebildet ist. Der Kanal 7 erstreckt sich hierbei von einer ersten Mündungsseite 7a hin zu einer zweiten Mündungsseite 7b durch einen – brennraumnah anzuordnenden – Abschnitt des Injektorgehäuses 3, wobei an der ersten Mündungsseite 7a auch ein Einspritzventil 9 des Injektors 1 gebildet ist. Der Kanal 7 ist ersichtlich mit hohlröhrchenförmiger Innengeometrie gebildet und mit über seine Länge einheitlicher Erstreckungsrichtung, insbesondere sich geradlinig erstreckend (vorliegend axial) bereitgestellt, bevorzugt als bloßer Bohrkanal.
Zur Befüllung des Kraftstoffreservoirs bzw. des Kanals 7 weist der Injektor 1 eine Kraftstoffleitung 11 auf, welche, zum Beispiel gebildet mittels einer (Quer-)Bohrung, an den Kanal 7 geführt ist, insbesondere nahe der zweiten Mündungsseite 7b. Die Kraftstoffleitung 11 kann hierbei als Kapillarleitung und/oder als Leitung mit darin angeordnetem Rückschlagventil 13 bereitgestellt sein, d. h. je mit dem Ziel, ein Rückströmen von Kraftstoff bei einer Druckerhöhung im Kanal 7 zu vermeiden. Eine Kraftstoffzufuhr an den Kanal 7 über die Kraftstoffleitung 11 ist hierbei insbesondere mit einem Vordruck vorgesehen, zum Beispiel seitens einer Niederdruck-Fördervorrichtung eines Kraftstoffeinspritzsystems und weiterhin zum Beispiel mit einem Vordruck im Bereich von 5 bis 8 bar. Als Kraftstoff dient bevorzugt Zündöl oder eine andere zündwillige Flüssigkeit.
Zur Bildung des Einspritzventils 9 an der ersten Mündungsseite 7a ist ein Ventilkörper 9a an derselben angeordnet, welcher als Kegelteller gegen einen Kegelsitz 9b des Einspritzventils 9 wirkt, das heißt zum selektiven Verschluss des Kanals 7 an dessen erster Mündungsseite 7a.
An der zur ersten Mündungsseite 7a entgegen gesetzten zweiten Mündungsseite 7b des Kanals 7 weist der Injektor 1 weiterhin ein Verschlusselement 15 auf, welches als Kolben 17 bereitgestellt und über einen Endabschnitt im Kanal 7 aufgenommen und geführt ist, mithin den Kanal 7 an der zweiten Mündungsseite 7b verschließt. Der Kolben 17 ist – insbesondere bei Beaufschlagung mit einem Druckstoß oder Schlag seitens des Druckstoßgebers oder allgemein einer Druckkraft in Richtung hin zur ersten Mündungsseite 7a wirkend – hierbei auch partiell in Richtung zur ersten Mündungsseite 7a in den Kanal 7 hinein verlagerbar, insbesondere aus der in 1 gezeigten Ruhestellung. Eine optionale Rückstelleinrichtung 19, welche bevorzugt mittels eines (Druck-)Federelements 21 gebildet ist (das am Injektorgehäuse 3 und am Kolben 15 in Eingriff ist), kann den Kolben 15 in der gezeigten Ruhestellung am Kanal 7 positionstreu positionieren (ohne Rückstelleinrichtung 19 sollte die Dichtfläche am Einspritzventil 9 kleiner als der Durchmesser des Kanals 7 sein).
Bei dieser Ausgestaltung des Injektors 1 ist der Kolben 17 buchsenförmig gebildet und weist dem Druckstoßgeberelement 5 zugewandt eine stirnseitige Schlagfläche 23 auf, welche dazu vorgesehen ist, mit jeweiligen Druckstößen bzw. Schlägen seitens des Druckstoßgebers bzw. des Druckstoßgeberelements 5 beaufschlagt zu werden. Ein hin zur ersten Mündungsseite 7a geöffneter Hohlraum 25 im Kolben 17 mit einem Ringflansch 27 am offenen Ende ist weiterhin dazu vorgesehen, das Ende bzw. den Kopf 29 einer Koppelstange 31 sowie ein zwischen dem Kopf 29 der Koppelstange 31 und der Öffnungsseite des Hohlraums (mittels des Flansches 27) gefangenes (Druck-)Federelement 33 aufzunehmen, welche Koppelstange 31 und Federelement 33 je Teil einer Koppeleinrichtung 35 des Injektors 1 sind.
Die Koppelstange 31 erstreckt sich ersichtlich durch den Kanal 7 hin zu dem mit der Koppelstange 31 hierbei verbundenen Ventilkörper 9a, wobei der Kopf 29 der Koppelstange 31 in der gezeigten Ruhestellung, bei welcher das Einspritzventil 9 in Schließstellung ist, nicht in Anlage gegen den Kolben 17 gelangt, sondern einen axialen Abstand wahrt.
Für ein selektives Öffnen des Einspritzventils 9 nunmehr ist der derart gebildete Injektor 1 erfindungsgemäß eingerichtet, durch einen mittels des Druckstoßgebers erzeugten Druckstoß auf das Verschlusselement 15 bzw. den Kolben 17 eine gerichtete Druckwelle in dem im Kanal 7 aufgenommenen Kraftstoff zu erzeugen, welche den Kanal 7 von der zweiten 7b zur ersten 7a Mündungsseite durchläuft und den Ventilkörper 9a in eine Öffnungsstellung drängt, d. h. das Einspritzventil 9 öffnet. Hierbei wirkt der Druckstoß in Kanalerstreckungsrichtung, d. h. hin von der zweiten 7b zur ersten 7a Mündungsseite, auf das Verschlusselement 15 ein.
Hierauf und auf weitere Merkmale des Funktionsvorrates des Injektors 1 wird nachfolgend noch näher eingegangen.
Mit dem Druckstoß, welcher im Rahmen der Erfindung bevorzugt von sehr kurzer Dauer und weiterhin im Sinne eines Schlages auf das Verschlusselement 17 wirkt, wird dieses über die Impulsdauer bzw. die Druckstoßdauer gegen den im Kanal 7 aufgenommenen Kraftstoff gedrängt, so dass dieser eine Kompression erfährt. Die dabei erzeugte Druckwelle trifft nach Durchlaufen des Kanals 7 auf den Ventilkörper 9a auf und zwingt diesen – ausreichende Intensität der Druckwelle vorausgesetzt – aus dem Ventilsitz 9b. Mit dem Öffnen des Einspritzventils 9 wird Kraftstoff aus dem Kanal 7 sodann an der ersten Mündungsseite 7a über das Einspritzventil 9 abgesondert (Einspritzvorgang), wobei das Rückschlagventil 13 der Kraftstoffleitung 11 aufgrund des überhöhten Drucks im Kanal 7 sperrt.
Einhergehend mit der Druckstoßbeaufschlagung wird ferner auch das Kolbenelement 17 in Richtung hin zur ersten Mündungsseite 7a verlagert, das heißt partiell in den Kanal 7 hinein, wobei dieses gegen den Kopf 29 der Koppelstange 31 in Eingriff gelangen kann. Derart kann das Öffnen des Ventilkörpers 9a mechanisch unterstützt werden, insbesondere im Sinne einer Vorspannung. Vorgesehen ist im Rahmen der Erfindung hierbei, dass ein mechanisch unterstütztes Öffnen des Einspritzventils 9 erst nach oder mit Eintreffen der Druckwelle am Ventilkörper 9a erfolgt, wozu unter anderem der Abstand zwischen der Kolbenstirnfläche 37 im Hohlraum 25 und dem Kopf 29 der Koppelstange 31 geeignet bemessen ist.
Ein Schließvorgang des Einspritzventils 9 wird nunmehr näher erläutert.
Zuvorderst kann das Einspritzventil 9 mit dem Injektor 1 über einen Brennraumdruck in die in 1 veranschaulichte Schließstellung rückgeführt werden, d. h. sobald die für Einnahme der Öffnungsstellung notwendige Energie verbraucht bzw. unterschritten ist. Weiterhin wird bei dem derart gebildeten Injektor 1 das Kolbenelement 17 mit der am Ventilkörper 9a reflektierten, von der ersten 7a zur zweiten 7b Mündungsseite rücklaufenden Druckwelle beaufschlagt, welche den Kolben 17 in der Folge in Richtung hin zum Druckstoßgeber, insbesondere in seine Ruhestellung zurückdrängt, wobei Kraftstoff über die Kraftstoffleitung 11 und das im Zuge der Druckminderung wieder geöffnete Rückschlagventil 13 in den Kanal 7 nachgeführt wird, insbesondere sogbasiert und vordruckbehaftet.
Mit Einnehmen der Ruhestellung wird, falls der Ventilkörper 9a noch nicht im Ventilsitz 9b befindlich ist, auch das Federelement 33 der Koppeleinrichtung 35 komprimiert und bewirkt eine Mitnahme der Koppelstange 31, mithin des Ventilkörpers 9a und ermöglicht somit dessen Rückführung in die Schließstellung. Die optionale Rückstelleinrichtung 19 kann hierbei für die regelmäßig zuverlässige Einnahme der Ruhestellung sowie der Schließstellung vorgesehen werden.
Anhand von 2 und 3 wird nunmehr auf eine weitere mögliche Ausführungsform des druckstoßbetätigen bzw. schlagbetätigten Injektors 1 eingegangen.
Im Unterschied zu der Ausgestaltung des Injektors 1 nach 1 weist der Injektor 1 nach 2 und 3 als zumindest partiell in den Kanal 7 hineinverlagerbares Verschlusselement 15 eine Membran 39 auf, wobei die Membran 39 an der zweiten Mündungsseite 7b des Kanals 7 diesen überspannend und somit denselben endseitig verschließend angeordnet ist. Die Membran 39 ist hierbei als gewellte Membran 39 bereitgestellt, das heißt als scheibenförmige Membran bzw. Flachmembran, wobei (Außen-)Umfangsabschnitte derselben mit einem Trägerring 41 verbunden sind, welcher eine Abstützung der Membran 39 an der zweiten Mündungsseite 7b um die Mündung des Kanals 7 herum bewirkt, das heißt gegen das Injektorgehäuse 3 bzw. eine die Kanalmündung der zweiten Mündungsseite 7b aufweisende (Quer-)Fläche 43 desselben. Denkbar ist daneben ein Verschweißen (Metallmembran) oder Verkleben (z. B. Kunststoffmembran) der Membran 39 um die Mündung.
Wie 2 veranschaulicht, weist der Injektor 1 weiterhin einen Spannring 45 auf, welcher die Membran 39 (über den Trägerring 41) in Richtung hin zur ersten Mündungsseite 7a gegen die Absatzfläche 43 des Injektorgehäuses 3 drängt und hierbei auch zentriert. Hierbei übernimmt der Spannring 45, welcher an der zum Druckstoßgeberelement 5 gewandten Seite der Membran 39 an derselben angeordnet ist, auch die Aufgabe eines (druckstoßgeberseitigen) Anschlags, d. h. um einem Überschwingen der Membran 39 bei rücklaufender Druckwelle vorzubeugen und weiterhin, um für eine regelmäßig verlässliche Einnahme der – in 2 veranschaulichten – Ruhestellung der Membran 39 zu sorgen. Bei dieser Ausführungsform des druckstoßbetätigten Injektors 1 ist die Membran 39 in der Ruhestellung insbesondere gegen den Anschlag bzw. den Spannring 45 vorgespannt, i. e. gleich einer Feder.
Auch bei dieser Ausgestaltung des Injektors 1 ist eine Koppeleinrichtung 35 vorgesehen, über welche das Verschlusselement 15 bzw. die Membran 39 mit dem Ventilkörper 9a gekoppelt ist. Der Ventilkörper 9a kann hierbei wiederum über eine Koppelstange 31, bevorzugt über eine dünne Stange oder einen Draht, mit der Membran 39 fest verbunden sein, zum Beispiel in den Ventilkörper 9a geschraubt und z. B. mit der Membran 39 verschweißt. Hierbei kann die Koppelstange 31 ein Federelement 33 z. B. in Form von federnden Windungen aufweisen, welche eine Teilentkopplung von der Membran 39 bewirken.
Um einer Verwindung der Koppelstange 31 vorzubeugen, kann der Injektor 1, wie auch 3 beispielhaft veranschaulicht, eine oder mehrere Zentrier- und/oder Abstützhilfen 47 im Kanal 7 aufgenommen aufweisen, welche mittels einer Anzahl von Stegen 49 von einem zentralen Ringelement 51 abstehend gebildet sind, um unter Vermeidung einer druckstoßwirkungsmindernden Sichtquerschnittsreduzierung (zwischen Verschlusselement 15 und Ventilkörper 9a) die Koppelstange 31 gegen die Kanalwand abzustützen.
Auch der Injektor 1 nach den 2 und 3 ist eingerichtet, durch einen mittels des Druckstoßgebers erzeugten Druckstoß auf das Verschlusselement 15 (in Richtung von der zweiten 7b zur ersten 7a Mündungsseite), das heißt auf die Membran 39, eine gerichtete Druckwelle in dem im Kanal 7 aufgenommenen Kraftstoff zu erzeugen, welche den Kanal 7 von der zweiten 7b zur ersten 7a Mündungsseite durchlauft und den Ventilkörper 9a in die Öffnungsstellung drängt, d. h. das Einspritzventil 9 öffnet.
Nachfolgend wird noch näher auf einige Aspekte dieses Injektors 1 eingegangen.
Für ein Öffnen des Einspritzventils 9 wird ein Schlagimpuls auf die Membran 39 durch die Druckstoßgebervorrichtung bewirkt, zum Beispiel über einen Schlagbolzen 5 desselben, welcher mittig auf die den Kanal 7 an dessen zweiter Mündungsseite 7b bzw. Mündung überspannende Membran 39 trifft (welche gegen den Kraftstoffkontaktiert).
Um zu verhindern, dass sich der Ventilkörper 9a öffnet bevor die Druckwelle, die hierbei erzeugt wird, auf den Ventilkörper 9a trifft, wird ein Teil der Membran-Hubbewegung hierbei durch das in der Koppelstange 31 angeordnete Federelement 33 abgefangen. Auch hierbei kann jedoch vorgesehen sein, dass der Injektor 1 bzw. die Koppeleinrichtung 35 so eingerichtet bzw. abgestimmt ist, insbesondere durch entsprechende Auslegung des Federelements 33, dass ein Teil des Schlagimpulses mechanisch auf den Ventilkörper 9a wirkt, d. h. für eine Öffnungsunterstützung desselben.
Nach Abklingen der Druckwelle schließt das Einspritzventil 9 unterstützt durch das Federelement 33, während die (steifere) Membran 39 bereits in der Ruhestellung ist. Der Nachfüllvorgang erfolgt analog zur Ausgestaltung nach 1 über die Kraftstoffleitung 11 mit membrannahen Rückschlagventil 13.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bestehen Abhängigkeiten zwischen der Länge des Kanals 7, der Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs, der Schlagenergie, der Dämpfung, dem Gegendruck und den bewegten Massen. Für eine Abstimmung des Injektors 1 oder eine Systemabstimmung kann insoweit eine Simulation dienlich sein. Insoweit wird im Rahmen der Erfindung auch ein (Computer-)Programmprodukt vorgeschlagen, welches eine solche Simulation oder die Steuerung des Injektors 1 ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: druckstoßbetätigter Injektor
3: Injektorgehäuse
5: Druckstoßgeberelement
7: Kanal
7a: erste Mündungsseite
7b: zweite Mündungsseite
9: Einspritzventil
9a: Ventilkörper
9b: Kegelsitz
11: Kraftstoffleitung
13: Rückschlagventil
15: Verschlusselement
17: Kolben
19: Rückstelleinrichtung
21: Federelement
23: Schlagfläche
25: Hohlraum
27: Ringflansch
29: Kopf
31: Koppelstange
33: Feder
35: Koppeleinrichtung
37: Stirnfläche
39: Membran
41: Trägerring
43: (Quer-)Fläche
45: Spannring
47: Zentrier-/Abstützhilfe
49: Steg
51: Ringelement

Claims

Druckstoßbetätigter Injektor (1), aufweisend: – einen Druckstoßgeber zur Erzeugung von Druckstößen, – ein Kraftstoffreservoir, welches durch einen Kanal (7) gebildet ist, wobei – der Kanal (7) eine erste Mündungsseite (7a) mit einem daran angeordneten Ventilkörper (9a) aufweist, mit welchem ein Einspritzventil (9) des Injektors (1) gebildet ist, und wobei – der Kanal (7) eine zweite Mündungsseite (7b) mit einem daran angeordneten, zumindest partiell in Richtung zur ersten Mündungsseite (7a) in den Kanal (7) hinein verlagerbaren Verschlusselement (15) aufweist, – wobei der Injektor (1) eingerichtet ist, durch einen mittels des Druckstoßgebers erzeugten Druckstoß auf das Verschlusselement (15) eine gerichtete Druckwelle in einem im Kanal (7) aufgenommenen Kraftstoff zu erzeugen, welche den Kanal (7) von der zweiten (7b) zur ersten Mündungsseite (7a) durchläuft und den Ventilkörper (9a) in eine Öffnungsstellung drängt.
Druckstoßbetätigter Injektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Injektor (1) eingerichtet ist, das Verschlusselement (15) in einer Ruhestellung mit dem Druckstoß zu beaufschlagen; und/oder – der Injektor (1) eingerichtet ist, das Verschlusselement (15) einhergehend mit einem Druckstoß aus einer Ruhestellung zumindest partiell in den Kanal (7) hinein zu verlagern.
Druckstoßbetätigter Injektor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verschlusselement (15) eine Membran (39) oder ein Kolben (17) ist.
Druckstoßbetätigter Injektor (1) nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der Injektor (1) eingerichtet ist, das aus der Ruhestellung zumindest partiell verlagerte Verschlusselement (15) mittels der am Ventilkörper (9a) reflektierten, den Kraftstoff im Kanal (7) von der ersten (9a) zur zweiten (9b) Mündungsseite hin durchlaufenden Druckwelle in seine Ruhestellung zurückzudrängen.
Druckstoßbetätigter Injektor (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – der Injektor (1) eine Koppeleinrichtung (35) aufweist, welche den Ventilkörper (9a) mit dem Verschlusskörper (15) koppelt und bewirkt, dass ausgehend von der Öffnungsstellung des Ventilkörpers (9a) eine Schließbewegung des Ventilkörpers (9a) bei einer Wiedereinnahme der Ruhestellung des Verschlusselements (15) unterstützt wird.
Druckstoßbetätigter Injektor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Koppeleinrichtung (35) so eingerichtet ist, dass der Druckstoß auf das Verschlusselement (15) die Einnahme der Öffnungsstellung des Ventilkörpers (9a) mechanisch unterstützt, wobei der Injektor (1) weiterhin so eingerichtet ist, dass die Einnahme der Öffnungsstellung erst mit oder nach Eintreffen der Druckwelle am Ventilkörper (9a) erfolgt.
Druckstoßbetätigter Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verschlusselement (15) und der Ventilkörper (9a) über eine Koppelstange (31) und ein Federelement (33) der Koppeleinrichtung (35) gekoppelt sind.
Druckstoßbetätigter Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Druckstoßgeber als Schlagwerk bereitgestellt ist.
Druckstoßbetätigter Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass – der Kanal (7) sich geradlinig zwischen der ersten (7a) und zweiten (7b) Mündungsseite erstreckt und/oder röhrchenförmig gebildet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kraftstoffeinspritzeinrichtung wenigstens einen druckstoßbetätigten Injektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Brennkraftmaschine, insbesondere eingerichtet für einen Zündstrahlbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennkraftmaschine, insbesondere zur Zündölausbringung, wenigstens einen druckstoßbetätigten Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennkraftmaschine eingerichet ist, über die Ansteuerung des Druckstoßgebers eine über den Injektor (1) auszubringende Einspritzmenge zu variieren.
Computerprogrammprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass – das Computerprogrammprodukt Programmcode aufweist, mittels welchem der druckbetätigte Injektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 simuliert oder gesteuert wird.