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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Eine derartige Kraftstoffeinspritzeinrichtung in Form eines Kraftstoffinjektors ist aus der nachveröffentlichten
DE 10 2014 226 437 A1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor weist eine Sensoreinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, aus Druckänderungen eines kraftstoffführenden Bereichs innerhalb eines Injektorgehäuses zumindest mittelbar auf den Schließzeitpunkt eines als Düsennadel ausgebildeten Einspritzglieds zu schließen. Hierzu weist der bekannte Kraftstoffinjektor eine Sensoreinrichtung auf, die einen Verformungsbereich des Injektorgehäuses auf in Abhängigkeit von einer Änderung des Kraftstoffdrucks stattfindende Deformationen überwacht. Die Sensoreinrichtung ist innerhalb eines deckel- bzw. haubenförmigen Gehäuses angeordnet, welches wiederum mittels einer Schweiß- oder Klebeverbindung dichtend mit dem Injektorgehäuse verbunden ist. Die Sensoreinrichtung weist Anschlussleitungen bzw. Anschlusspins auf, die außerhalb des Gehäuses für die Sensoreinrichtung angeordnet sind. Zum elektrischen Kontaktieren der innerhalb des Gehäuses angeordneten Sensoreinrichtung ist es erforderlich, die Anschlussleitungen bzw. Anschlusspins durch entsprechende Durchführungen bzw. Durchgangsöffnungen in den Innenraum des Gehäuses zu führen. Wesentlich bei einer derartigen Anordnung von Elementen (Anschlussleitung bzw. Anschlusspin) in Durchführungen ist es, dass diese Durchführungen mediendicht gestaltet sind, um insbesondere den Eintritt von Feuchtigkeit in den Innenraum des Gehäuses zu vermeiden. Für den Fall, dass das Gehäuse beispielsweise aus Metall bzw. Blech besteht und mittels einer geschlossenen bzw. umlaufenden und dadurch dichten Verbindung, wie einer Schweißnaht, mit dem Gehäuse des Injektorkörpers verbunden ist, stellt die Abdichtung des in der Durchführung des Gehäuses geführten Elements die einzige Möglichkeit dar, über die Feuchtigkeit in das Gehäuseinnere gelangen kann. Ein derartiger Feuchtigkeitstransport findet (unter der Voraussetzung, dass durch eine entsprechende Auswahl der Materialien für das Gehäuse bzw. für das Abdichtmaterial in der Durchführung und einer entsprechenden geometrischen Gestaltung bei Temperaturwechseln keine Spalte im Bereich der Durchführungen auftreten) durch Permeation statt. Unter Permeation wird der Feuchtigkeitstransport durch das Abdichtmaterial im Bereich der Durchführung infolge eines Druckgradienten verstanden, bei dem im Innenraum des Gehäuses der Sensoreinrichtung ein geringerer Druck herrscht als außerhalb des Gehäuses.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung derart auszubilden, dass der Eintritt von Feuchtigkeit in einen von einem Gehäuse umschlossenen Innenraum der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zuverlässig vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 im Wesentlichen dadurch erreicht, dass Mittel zur Erhöhung des Permeationsdrucks innerhalb des Gehäuses der vorgesehen sind und dass die Mittel eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des Innenraums des Gehäuses umfassen. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass durch ein entsprechendes Druckgefälle zwischen dem Innenraum des Gehäuses und der Umgebung des Gehäuses sichergestellt ist, dass kein Feuchtigkeitstransport aus einem Bereich außerhalb des Gehäuses über die Dicht- oder Isoliermasse in den Innenraum des Gehäuses stattfinden kann. Dadurch ist insbesondere über die gesamte Lebensdauer der Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine stets zuverlässige Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung bzw. der von dem Gehäuse umschlossenen Sensoreinrichtung gewährleistet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Mittel zur Erhöhung des Permeationsdrucks sind diese als der Sensoreinrichtung separate, nicht der Sensoreinrichtung zugeordnete Mittel ausgebildet. Im Gegensatz zu einer Erwärmung, die beispielsweise durch den Betrieb von elektronischen Bauteilen der Sensoreinrichtung erzielbar ist, kann durch eine derartige separate Heizeinrichtung eine rasche und auch hinreichend starke und somit zuverlässige Erhöhung der Temperatur im Innenraum des Gehäuses erzielt werden, die unabhängig von dem Betrieb bzw. der Sensoreinrichtung arbeitet.
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In Weiterbildung der Heizeinrichtung ist es zur Minimierung des Energieverbrauchs der Heizeinrichtung vorgesehen, dass die Heizeinrichtung dazu ausgebildet ist, lediglich zeitweise angesteuert zu werden.
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Eine derartige, nicht permanente Ansteuerung der Heizeinrichtung kann besonders bevorzugt durch innerhalb des Gehäuses angeordnete Messmittel zur Erfassung der Temperatur und/oder der Feuchtigkeit im Innenraum des Gehäuses realisiert werden. Somit kann die Heizeinrichtung beispielsweise beim Unterschreiten einer bestimmten Temperatur oder beim Überschreiten eines gewissen Feuchtigkeitsgehaltes im Gehäuse angesteuert werden, bis die Temperatur soweit erhöht ist bzw. der Feuchtegehalt soweit erniedrigt ist, dass eine Permeation von Feuchtigkeit aus Richtung der Umgebung in den Innenraum des Gehäuses ausgeschlossen werden kann.
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Eine weitere Optimierung wird erzielt, wenn außerhalb der Komponente zusätzliche Messmittel zur Erfassung von Umweltbedingungen (beispielsweise von Temperatur und/oder Feuchtegehalt) vorgesehen sind, wobei die zusätzlichen Messmittel zur zumindest mittelbaren Ansteuerung der Mittel zur Erhöhung des Permeationsdrucks innerhalb des Gehäuses ausgebildet sind.
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In konkreter konstruktiver Umsetzung wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse deckel- bzw. haubenförmig ausgebildet ist, aus Metall besteht und mit der Komponente durch eine Schweißverbindung verbunden ist, wobei die Schweißverbindung eine geschlossene Schweißnaht aufweist. Eine derartige konstruktive Ausbildung stellt insbesondere sicher, dass Feuchtigkeit lediglich über den Bereich der Dicht- oder Isoliermasse, nicht jedoch über das Gehäuse selbst bzw. den Verbindungsbereich zwischen dem Gehäuse und der Komponente in den Innenraum des Gehäuses gelangen kann.
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Insbesondere findet die Erfindung Verwendung bei einem Kraftstoffinjektor als Kraftstoffeinspritzeinrichtung, der beispielhaft, und nicht einschränkend, gemäß den oben stehenden Ausführungen mit einer Sensoreinrichtung zur zumindest mittelbaren Erfassung des Schließzeitpunkts einer Düsennadel bzw. der Erfassung des Druckverlaufs eines kraftstoffführenden Bereichs des Kraftstoffinjektors ausgestattet ist.
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Um die Wirkung der Heizeinrichtung zu optimieren ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn die Heizeinrichtung in einem der Durchführung nahen Bereich angeordnet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Die Zeichnung zeigt in
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1 eine stark vereinfachte Darstellung einer als Kraftstoffinjektor ausgebildeten erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer an dem Kraftstoffinjektor angeordneten Sensoreinrichtung und
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2 ein Detail der 1 im Bereich der Verbindungsstelle zwischen der Sensoreinrichtung und einem Injektorgehäuse des Kraftstoffinjektors in vergrößerter, geschnittener Darstellung.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Der in der 1 stark vereinfacht dargestellte Kraftstoffinjektor 10 stellt eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung dar und ist als sogenannter Common-Rail-Injektor ausgebildet, wobei er zum Einspritzen von Kraftstoff in den nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine dient.
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Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein zumindest im Wesentlichen aus Metall bestehendes, insbesondere mehrteilig ausgebildetes Injektorgehäuse 11 auf, an dessen dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 12 zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine ausgebildet sind. Innerhalb des Injektorgehäuses 11 bildet dieses einen Hochdruckraum 15 aus, in dem neben anderen, nicht dargestellten Bauteilen des Kraftstoffinjektors 10 ein Einspritzglied in Form einer Düsennadel 16 in Richtung des Doppelpfeils 17 hubbeweglich angeordnet ist. In der abgesenkten Position der Düsennadel 16 verschließt diese die in dem Injektorgehäuse 11 ausgebildeten Einspritzöffnungen 12, während zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine die Düsennadel 16 aus ihrer abgesenkten Position in eine angehobene Position bewegt wird, in der der in dem Hochdruckraum 15 befindliche, unter Systemdruck stehende Kraftstoff (wobei der Systemdruck beispielsweise bis etwa 3000 bar betragen kann) über die Einspritzöffnungen 12 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
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Die Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel 16 erfolgt mittels an sich bekannter und daher nicht gezeigter, weil auch nicht erfindungswesentlicher Mittel, beispielsweise mittels eines Magnetaktuators oder eines Piezoaktuators. Hierzu dient unter anderem auch ein lediglich angedeuteter Steckeranschluss 18 der der elektrischen Kontaktierung des Kraftstoffinjektors 10 bzw. des Aktuators dient.
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Die Kraftstoffversorgung des Hochdruckraums 15 erfolgt über eine in dem Injektorgehäuse 11 angeordnete Versorgungsbohrung 20. Die Versorgungsbohrung 20 ist entweder unmittelbar in dem Injektorgehäuse 11 selbst, oder insbesondere in innerhalb des Injektorgehäuses 11 angeordneten Bauteilen ausgebildet. Die Versorgungsbohrung 20 bildet einen kraftstoffführenden Bereich des Kraftstoffinjektors 10 aus, ebenso wie der Hochdruckraum 15 selbst bzw. die den Hochdruckraum 15 begrenzende Gehäusewand 21 des Injektorgehäuses 11 oder die entsprechenden Bauteile zur Ausbildung der Versorgungsbohrung 20. Die Versorgungsbohrung 20 verläuft insbesondere in Längsrichtung des im Wesentlichen länglich ausgebildeten Injektorgehäuses 11, und verbindet den Kraftstoffinjektor 10 über eine Kraftstoffleitung 22 mit einem unter Hochdruck stehenden Kraftstoffspeicher 23 (Rail).
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Die Hubbewegung der Düsennadel 16 bzw. das Freigeben und Verschließen der Einspritzöffnungen 12 führt sowohl innerhalb des Hochdruckraums 15 als auch innerhalb der Versorgungsbohrung 20 entsprechend der Ansteuerfrequenz der Düsennadel 16 zu Druckschwankungen, die mittels einer Sensoreinrichtung 25 detektierbar sind. Insbesondere dient die Sensoreinrichtung 25 dazu, aufgrund des augenblicklich in dem Hochdruckraum 15 bzw. der Versorgungsbohrung 20 herrschenden Drucks, oder aber anhand des Druckverlaufs in den angesprochenen Bauteilen, auf eine Position bzw. Stellung der Düsennadel 16 zu schließen, die hinsichtlich einer Optimierung der Ansteuerung der Düsennadel 16, insbesondere über die Lebensdauer des Kraftstoffinjektors 10, dient.
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Die Sensoreinrichtung 25 ist bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in einem axialen Bereich des Injektorgehäuses 11 angeordnet, der relativ weit beabstandet von den Einspritzöffnungen 12 angeordnet ist. Insbesondere ist die Position der Sensoreinrichtung 25 an der Außenseite der Gehäusewand 21 des Injektorgehäuses 11 in möglichst geringem Abstand zur Versorgungsbohrung 20 vorgesehen. Selbstverständlich ist es auch denkbar, in Abänderung zu dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, die Sensoreinrichtung 25 im Bereich des Hochdruckraums 15, ebenfalls bevorzugt im Bereich der in Wirkverbindung mit dem Kraftstoff stehenden Gehäusewand 21, anzuordnen.
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Darüber hinaus ist es insbesondere auch denkbar, die Sensoreinrichtung 25 im Bereich eines insbesondere als Querbohrung ausgebildeten Abzweigs 24 anzuordnen, der von der Versorgungsbohrung 20 ausgeht und im Bereich der Sensoreinrichtung 25 endet, um je nach Einbauverhältnissen des Kraftstoffinjektors 10 einen größeren Abstand zur Versorgungsbohrung 20 zu ermöglichen, wie dies beispielsweise bei Kraftstoffinjektoren 10 üblicherweise vorgesehen ist, die einen Magnetaktuator zur Bewegung der Düsennadel 16 aufweisen.
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Durch den Abzweig 24 ist die Gehäusewand 21 des Injektorgehäuses 11 im Bereich der Sensoreinrichtung 25 in Ihrer Wandstärke reduziert ausgebildet, derart, dass der in der Versorgungsbohrung 20 herrschende Kraftstoffdruck über den Abzweig 24 auf die Gehäusewand 21 wirkt, wobei die Gehäusewand 21 im Bereich der Sensoreinrichtung 25 in Form einer elastisch verformbaren Membran wirkt, deren Verformung bzw. Deformation mittels der Sensoreinrichtung 25 erfassbar ist.
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Ergänzend wird erwähnt, dass es bei Verzicht auf einen Abzweig 24 möglich ist, durch eine Reduzierung der Wanddicke des Injektorgehäuses 11, vorzugsweise von der Außenseite des Injektorgehäuses 11 her, bei einem bestimmten Kraftstoffdruck eine größere (elastische) Verformung der Gehäusewand 21 zu ermöglichen.
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Die Sensoreinrichtung 25 ist entsprechend der Darstellung der 2 in einem hauben- bzw. deckelartigen Gehäuse 28 aufgenommen. Das insbesondere aus Metall bzw. aus Blech bestehende Gehäuse 28 ist mit der Gehäusewand 21 über eine umlaufende Schweißnaht 29 im Bereich eines umlaufenden Flansches 30 des Gehäuses 28 dicht verbunden, derart, dass im Bereich der Schweißnaht 29 ein Medieneintritt bzw. der Eintritt von Feuchtigkeit in den Bereich des Innenraums 31 des Gehäuses 28 verhindert wird.
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Die Sensoreinrichtung 25 weist innerhalb des Innenraums 31 des Gehäuses 28 einen Sensorkontaktträger 32 auf, an dem wiederum ein Sensorelement 33 befestigt ist, das dazu ausgebildet ist, (elastische) Deformationen der Gehäusewand 21 im Erfassungsbereich des Sensorelements 33 zu erfassen. Dabei ist es für die Erfindung unwesentlich, auf welchem Weg dies erfolgt, wobei beispielhaft, und nicht einschränkend, das Sensorelement 33 auf Ultraschallbasis, auf Radarbasis oder auf sonstige geeignete Art und Weise arbeitet, um den Abstand zwischen dem Sensorelement 33 und der Gehäusewand 21 zu erfassen.
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Der Sensorkontaktträger 32 ist über zwei Anschlusspins 34, 35 elektrisch kontaktiert, die innerhalb von zwei als Durchgangsöffnungen ausgebildeten Durchführungen 36, 37 in der Wand des Gehäuses 28 nach außen geführt sind. Der zumindest im Wesentlichen ringförmig ausgebildete Zwischenraum zwischen den Anschlusspins 34, 35 und den Durchführungen 36, 37 ist mittels eines elektrisch nicht leitenden Dichtelements bzw. einer Dicht- oder Isoliermasse 38 abgedichtet, wobei das Dichtelement bzw. die Dicht- oder Isoliermasse 38 feuchtigkeitsdiffundierende Eigenschaften aufweist.
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Innerhalb des Gehäuses 28 bzw. im Innenraum 31 sind Mittel zur Erhöhung des Permeationsdrucks im Innenraum 31 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen diese Mittel eine Heizeinrichtung 40, die lediglich beispielhaft als integraler Bestandteil des Sensorkontaktträgers 32 ausgebildet ist. Insbesondere erfolgt die Spannungsversorgung der Heizeinrichtung 40 ebenfalls über die Anschlusspins 34, 35. Die Heizeinrichtung 40 kann beispielsweise in Form einer Widerstandsheizung, Heizwendel oder ähnlichem ausgebildet sein und weist eine derartige Heizleistung auf, dass dadurch innerhalb des Innenraums 31 ein Permeationsdruck erzeugbar ist, der stets größer ist als der Permeationsdruck außerhalb des Gehäuses 28. Die Ansteuerung der Heizeinrichtung 40 kann ggf. lediglich temporär erfolgen, in Abhängigkeit von den innerhalb des Innenraums 31 des Gehäuses 28 herrschenden Bedingungen (Temperatur und/oder Feuchtegehalt) sowie von den äußeren Bedingungen (Temperatur und/oder Feuchtegehalt) außerhalb des Gehäuses 28. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass entsprechende erste Messmittel 41 zur Erfassung der Temperatur und/oder des Feuchtegehalts der Luft im Innenraum 31 des Gehäuses 28 vorgesehen sind, die zumindest mittelbar mit der Heizeinrichtung 40 gekoppelt sind. Weiterhin sind außerhalb des Gehäuses 28, beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeugs, zweite Messmittel 42 vorgesehen, die ebenfalls dazu ausgebildet sind, die Temperatur und/oder den Feuchtegehalt der Luft zu erfassen, und die ebenfalls zumindest mittelbar mit der Heizeinrichtung 40 gekoppelt sind.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Heizeinrichtung 40 nahe, d.h. beispielsweise in Höhe der Anschlussstellen der Anschlusspins 34, 35 am Sensorkontaktträger 32 angeordnet. Dadurch wird bei einer Ansteuerung der Heizeinrichtung 40 der Bereich nahe der Durchführungen 36, 37 im Innenraum 31 relativ schnell erwärmt bzw. der Permeationsdruck relativ schnell erhöht.
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Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere soll die Erfindung nicht auf Kraftstoffinjektoren 10 als Kraftstoffeinspritzeinrichtung beschränkt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014226437 A1 [0001]
