-
Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs in einen Brennraum, wobei der Injektor einen Düsenkörper sowie einen Haltekörper aufweist, und ein Aktor zur axialen Verstellung einer Injektornadel zur Steuerung eines Einblasvorgangs vorgesehen ist, und wobei eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung der Verstellung der Injektornadel vorhanden ist.
-
Stand der Technik
-
Ein derartiger Injektor ist aus der
DE 10 2014 212 549 A1 bekannt. Dieser Injektor ist als Gasinjektor zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgebildet. Der Gasinjektor weist einen Düsenkörper mit einer darin axial verstellbaren Injektornadel auf, wobei der Düsenkörper mit einem Haltekörper verbunden ist, der axial an den Düsenkörper angrenzt. Zwischen dem Düsenkörper und dem Haltekörper ist eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung der Verstellung der Injektornadel vorhanden. Die Dämpfungseinrichtung ist als Gasdämpfungseinrichtung ausgebildet, die einen gasgefüllten Dämpfungsraum aufweist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Injektor bereitzustellen, der mit einer verbesserten Dämpfungseinrichtung ausgestattet ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Dämpfungseinrichtung ein mit einem Hydraulikfluid gefülltes Hydraulikmodul ist. Mit einem derartigen Hydraulikmodul kann eine dauerhaft stabile Funktion der Dämpfungseinrichtung und somit des gesamten Injektors erreicht werden. Dabei ist das Hydraulikfluid für die Darstellung der dauerhaft stabilen Funktion in die Konstruktion mit integriert, um eine vorgegebene Dämpfungseigenschaft für die Hubbewegung der Injektornadel und letztendlich auch einen Hubanschlag für die Injektornadel zu nutzen. Das Hydraulikmodul ist ein geschlossenes System, das dauerhaft und auf die Lebensdauer des Injektors ausgelegt mit Hydraulikfluid gefüllt ist.
-
In Weiterbildung der Erfindung weist das Hydraulikmodul ein mit der Injektornadel zusammenwirkendes Dämpferglied auf. Dieses Dämpferglied ist mit der Injektornadel direkt oder indirekt verbunden. So kann das Dämpferglied bei einer stirnseitigen Anordnung an die Injektornadel gegenüberliegend zu einer mit einem Düsensitz zusammenwirkenden Nadelspitze mit der Injektornadel kraftübertragend zusammenwirken und bedingt durch die nachfolgend beschriebene Funktion der Dämpfungseinrichtung die Injektornadel gleichzeitig mit der Düsennadelspitze in den Düsensitz drücken.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Dämpferglied einen Dämpferkolben auf, der in einer Dämpferzylinderausnehmung einer Dämpferhülse axial verstellbar ist. Das Hydraulikmodul ist so ausgebildet, dass es eine herkömmlich vorhandene Injektornadelschließfeder ersetzt und gleichzeitig kann mit dem Hydraulikmodul bei der Montage desselben an dem Injektor die Schließkraft der Injektornadel eingestellt werden.
-
In Weiterbildung der Erfindung weist das Dämpferglied einen Dämpferkolben auf, der in einer Dämpferzylinderausnehmung einer Dämpferhülse verstellbar ist. Dabei wird zwischen dem Dämpferkolben und der Dämpferzylinderausnehmung ein Dämpferzylinderraum gebildet, der das Herzstück der Dämpfungseinrichtung ist.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Dämpferglied und der Dämpferhülse eine Schließfeder angeordnet, die das Dämpferglied in der Weise kraftbeaufschlagt, dass der Dämpferkolben zur Vergrößerung eines zwischen dem Dämpferkolben und der Dämpferzylinderausnehmung gebildeten Dämpferzylinderraums bewegbar ist. Gleichzeitig übt die Schließfeder über das Hydraulikmodul die eingangs erwähnte Schließkraft auf die Injektornadel aus.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Dämpferzylinderraum über eine Drossel mit einem Schließfederhydraulikraum verbunden und der Schließfederhydraulikraum ist nach außen von einer die Dämpferhülse und das Dämpferglied verbindenden und die Schließfeder umfassenden Membran abgeschlossen. Der Schließfederhydraulikraum bildet somit den Ausgleichsraum für das aus dem Dämpferzylinderraum herausgeführte Hydraulikfluid.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Schließfederhydraulikraum über einen Verbindungskanal mit einem oberhalb der Dämpferhülse angeordneten Ausgleichshydraulikraum verbunden. Dieser Ausgleichshydraulikraum stellt einen zusätzlichen Ausweichraum für Hydraulikfluid dar.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist der Ausgleichshydraulikraum von einer mit der Dämpferhülse verbundenen Ausgleichsraummembran gebildet. Diese Ausgleichsraummembran ist topfförmig ausgebildet und mit dem offenen Topfende dicht mit der Dämpferhülse verbunden, beispielsweise verschweißt.
-
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Dämpfungseinrichtung oberhalb des Aktors angeordnet oder aber in einer alternativen Ausgestaltung zwischen einer Nadelspitze und dem Aktor angeordnet. Beide Ausführungen können je nach Ausgestaltung des Injektors sinnvoll umgesetzt werden.
-
Wenn auch der Injektor ein beliebiger Injektor zur Einblasung eines gasförmigen Brennstoffs in einen Brennraum sein kann, ist der Injektor vorzugsweise an einer Brennkraftmaschine verbaut, wobei die Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Brennstoff betrieben wird.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
-
Es zeigen:
-
1 eine Schnittdarstellung eines Injektors mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung, die stirnseitig an dem Injektor verbaut ist,
-
2 eine Detailansicht einer Dämpfungseinrichtung, die bei dem Injektor gemäß 1 verbaut ist und
-
3 eine Schnittdarstellung eines Injektors mit einer zweiten Ausführungsform einer Dämpfungseinrichtung, die stirnseitig an dem Injektor verbaut ist und
-
4 eine Schnittdarstellung eines Injektors mit einer dritten Ausführungsform einer Dämpfungseinrichtung, die angenähert mittig an dem Injektor verbaut ist.
-
1 zeigt einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Injektor 1, der zur direkten Einblasung von einem gasförmigen Brennstoff, insbesondere Brenngas, in einen Brennraum vorzugsweise einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Der so eingeblasene Brennstoff in Form von Brenngas wird beispielsweise bei einem grundsätzlichen Aufbau der Brennkraftmaschine als selbstzündende Brennkraftmaschine elektrisch gezündet oder mittels eines zusätzlich eingespritzten selbstzündenden Brennstoff, beispielsweise Diesel.
-
Der Injektor weist einen Düsenkörper 2 und einen damit verbundenen Haltekörper 3 auf. In dem Düsenkörper 2 und dem Haltekörper 3 ist ein Raum 4 angeordnet, der mit einem gasförmigen Brennstoff, insbesondere Brenngas, geflutet ist. Das Brenngas wird beispielsweise in einem Tank 5 unter einem für die Einspritzung genügenden Druck gespeichert und über eine Versorgungsleitung in den Raum 4 eingebracht. In dem Raum 4 ist weiterhin eine Injektornadel 6 in Nadelführungen 7 axial beweglich geführt. Die Injektornadel 6 weist eine Nadelspitze 8 auf, die in der dargestellten Stellung der Injektornadel 6 mit einer Sitzfläche in dem Düsenkörper 2 zusammenwirkt. Wird die Injektornadel 6 dagegen mit der Nadelspitze 8 von der Sitzfläche durch eine axiale Verschiebung nach Oben wegbewegt, wird eine Strömungsverbindung zwischen dem Raum 4 und einer Einblasöffnung 9 vor der Nadelspitze 8 in dem Düsenkörper 2 freigegeben und aus dem Tank 5 zugeführtes Brenngas wird in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingeblasen.
-
Für die zuvor beschriebene axiale Verstellung der Injektornadel 6 ist in dem Haltekörper 3 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein elektromagnetischer Aktor verbaut, der eine in einem Außenpol 10 angeordnete bestrombare Spule aufweist. Mit der Injektornadel 6 ist eine Ankerplatte 11 verbunden, auf die bei einer Bestromung der Spule eine Magnetkraft FM einwirkt und die die Ankerplatte 11 gegen eine obere Stirnfläche des Außenpols 10 bei einer Verringerung des Volumens eines Gasmagnetraums 12 verstellt. Oberhalb des Außenpols 10 des Aktors ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Dämpfungseinrichtung 13 mit dem Haltekörper 3 verbunden. Die Dämpfungseinrichtung 13 ist als Hydraulikmodul ausgebildet und weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Dämpfungsgehäuse 14 auf, das mittels einer Spannmutter 15 mit dem Haltekörper 3 verspannt ist. Zwischen dem Dämpfungsgehäuse 14 und dem Außenpol 10 ist eine Federscheibe 16 angeordnet, die den Außenpol 10 gegebenenfalls unter Einbezug einer Einstellscheibe gegen einen in dem Haltekörper 3 angeordneten innenliegenden Anlageflansch drückt.
-
Das Dämpfungsgehäuse 14 weist einen zylinderförmigen Gehäuseraum 17 auf, in dem die Injektornadel 6 mit einer der Nadelspitze 8 gegenüberliegenden Nadelstirnfläche 18 hineinragt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist ein Verschlussstopfen 19 mit dem Dämpfungsgehäuse 14 den Gehäuseraum 17 nach außen verschließend verschraubt. Dazu weist der Verschlussstopfen 19 einen in den Gehäuseraum 17 hineinragenden Schraubflansch 20 auf. Die Dämpfungseinrichtung 13 weist als wesentliche Bauteile eine Dämpferhülse 21 und ein einen Dämpferzylinder 22 aufweisendes Dämpferglied 23 auf. Das Dämpferglied 23 liegt mit einer Stirnseite an der Nadelstirnfläche 18 an, während der gegenüberliegende Dämpferzylinder 22 in eine Dämpferzylinderausnehmung 24 in der Dämpferhülse 21 hineinragt. Bei einer Bestromung der Spule des Aktors und einer entsprechenden Aufwärtsbewegung der Injektornadel 6 wird der Dämpferzylinder 22 in die Dämpferzylinderausnehmung 24 hineingedrückt und das Volumen eines Dämpferzylinderraums 25 wird – worauf nachfolgend noch eingegangen wird – verkleinert. Zwischen der Dämpferhülse 21 und dem Dämpferglied 23 ist eine Schließfeder 29 angeordnet, die das Dämpferglied 23 gegen die Nadelstirnfläche 18 verspannt. Zur Einstellung einer Schließkraft FS (siehe auch die Detailansicht gemäß 2) ist zwischen der Dämpferhülse 21 und dem Schraubflansch 20 eine Einstellscheibe 26 angeordnet, die in Abhängigkeit ihrer Dicke den Nadelhub NH der Injektornadel 6 einstellt. In die Dämpferzylinderausnehmung 24 ist eine als Drosselbohrung ausgebildete Drossel 27 eingelassen, die den Dämpferzylinderraum 25 mit einem Schließfederhydraulikraum 28 verbindet. Der Schließfederhydraulikraum 28 wird zu dem Gehäuseraum 17 von einer Membran 30 abgetrennt. Zur Einstellung der Schließkraft FS ist eine Schließkrafteinstellscheibe 31 zwischen der Schließfeder 29 und der Dämpferhülse 21 angeordnet.
-
In den Dämpferzylinderraum 25 ist ein Hydraulikfluid, beispielsweise Hydrauliköl, eingefüllt, das bei einer Aufwärtsbewegung des Dämpferkolbens 22 aus dem Dämpferzylinderraum 25 durch die Drossel 27 in den Schließfederhydraulikraum 28 verdrängt wird. Dabei wird die Hubgeschwindigkeit des Dämpferkolbens 22 maßgeblich durch die Drossel 27 bestimmt. Die Kräftebilanz lässt sich wie folgt zusammenfassen: Bei einer entsprechenden Bestromung der Spule übersteigt die Kraft FM die Summe der Federkraft FS und der hydraulisch resultierenden Schließkraft FH. Die Injektornadel 6 wird nach oben bewegt. Diese Hubbewegung wird solange ausgeführt, bis die Bestromung der Spule beendet wird oder aber eine Anschlagfläche 32 des Dämpferglieds 23 an einer Stirnfläche 33 der Dämpferhülse 21 anschlägt.
-
Bei dieser Ausführungsform ist oberhalb der Dämpferhülse 21 ein Ausgleichshydraulikraum 34 angeordnet, der von einer Ausgleichsraummembran 36 im Bereich des Schraubflansches 20 gebildet ist. Der Ausgleichshydraulikraum 34 ist mit dem Schließfederhydraulikraum 28 über einen Verbindungskanal 35 verbunden, so dass das in den Schließfederhydraulikraum 28 gedrängte Hydraulikfluid über den Verbindungskanal 35 in den Ausgleichshydraulikraum 34 gelangt. Der die Ausgleichsraummembran 36 und die Membran 30 umgebende Teil des Gehäuseraums 17 ist gasgefüllt, so dass der Druck in den Ausgleichshydraulikraum 34 und dem Schließfederhydraulikraum 28 während einer Hubbewegung gleich bleibt und im Wesentlichen dem Gasdruck in dem umgebenden Teil der Gehäuseraum 17 entspricht. Aufgrund des Fluiddrucks in dem Schließfederhydraulikraum 28 wird ein Prellen an der Anschlagfläche 32 und ein damit einhergehender möglicher Verschleiß an diesem vermieden. In den Schraubflansch 20 ist im übrigen ein Schraubflanschverbindungskanal 37 eingelassen, der sicherstellt, dass in dem Gehäuseraum 17 im Bereich des Teils, der die Membran 30 und des Teils, der die Ausgleichsraummembran 36 umgibt, der gleiche Druck herrscht.
-
Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Injektors 1 mit einer Dämpfungseinrichtung 13 unterscheidet sich von dem der 1 bzw. 2 nur dadurch, dass hier kein Ausgleichshydraulikraum 34 vorgesehen ist. Diese Ausgestaltung setzt voraus, dass die Membran 30, die aus einem dünnwandigen Blech gefertigt ist, nadelhubbedingte Volumenveränderungen in dem Schließfederhydraulikraum 28 und in dem Dämpferzylinderraum 25 durch radiale Aufweitung bzw. Einengung ausgleichen kann.
-
Die in 4 dargestellte Ausführungsform des Injektors 1 mit der Dämpfungseinrichtung 13 ist wiederum ähnlich dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bzw. 2, wobei hier die Dämpfungseinrichtung 13 unmittelbar oberhalb des Düsenkörpers 2 und unterhalb des Aktors angeordnet ist. Dadurch kann der Bereich oberhalb des Düsenkörpers 2 von Gas und dessen Druck entkoppelt werden. Daraus ergeben sich folgende Vorteile:
- – Die Abdichtung oberhalb der Dämpfungseinrichtung 13, speziell im Bereich des Magneten des Aktors kann komplett entfallen, da hier Luft und Umgebungsdruck vorherrscht.
- – Für die magnetisch relevanten Bauteile kann eventuell ein empfindlicher Werkstoff verwendet werden, da keine Beeinflussung durch beziehungsweise Beaufschlagung durch Brenngas erfolgt.
- – Über den Zapfen 38 kann eine deutliche Kraftreduktion geschaffen werden und somit der Düsensitz (im Bereich der Nadelspitze 8) größer dimensioniert werden. Dadurch können größere Düsendurchflüsse bedient werden.
-
Bei dieser Ausgestaltung ist das Dämpferglied 23, das die Dämpferhülse 21 im Zentrum durchdringt, fest mit der Injektornadel 6 gefügt beziehungsweise verbunden. Der die Dämpferhülse 21 durchdringende Zapfen 38 des Dämpfergliedes 23, welcher die Dämpferhülse 21 deutlich überragt, hat an seiner Stirnfläche einen weiteren zapfenförmigen Fortsatz 39, über den die Ausgleichsraummembran 36 zentriert wird. Nach der Vormontage der Dämpfungseinrichtung 13 wird nach der richtigen Wahl der Einstellscheibe 26 die Dämpfungseinrichtung 13 eingesetzt und anschließend mit der vormontierten Ankernadel 40 des Aktors verpresst. Dabei wird die Ausgleichsraummembran 36 an ihrer Stirnseite verpresst, um so eine Abdichtung von dem Ausgleichhydraulikraum 34 gegenüber einem oberhalb liegenden und die Ankernadel 40 aufnehmenden Raum 41, in welchem nun Umgebungsdruck und Luft vorherrscht, zu erreichen.
-
Abschließend wird darauf hingewiesen, dass beliebige Teilmerkmale des Erfindungsgegenstandes untereinander und miteinander kombiniert sein können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014212549 A1 [0002]
