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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor mit einem als Hohlnadel ausgebildeten Schließelement.
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Injektoren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen beispielsweise als Kraftstoffinjektoren bekannt. Hierbei wird üblicherweise eine Nadel aus einem Vollmaterial verwendet, wobei ein Dichtsitz durch eine Kegel-Kugel-Anordnung vorgesehen ist, wobei die Kugel üblicherweise an der Nadel angeordnet ist. Diese Ausgestaltung ergibt eine relativ große hydraulische Schließlast, welche beim Öffnen des Kraftstoffinjektors überwunden werden muss. Durch die Ausbildung der Nadel aus Vollmaterial müssen hierbei auch relativ große Massen beschleunigt werden, was zum einen die Öffnungs- und Schließzeiten nachteilig beeinflusst und zum anderen einen höheren Energiebedarf zum Öffnen und Schließen des Injektors führt. Aus der
DE 10 2008 000 702 A1 ist ein Injektor mit einer Hohlnadel bekannt, bei dem zusätzlich ein Druckausgleichsventil integriert ist. Hierdurch ergibt sich ein relativ komplizierter Aufbau des Injektors, was sich nachteilig hinsichtlich der Herstellungskosten auswirkt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Injektor zum Einspritzen eines Fluids, insbesondere eines flüssigen Kraftstoffs, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine signifikante Reduzierung eines Kraftstoffbedarfs zum Öffnen des Injektors möglich ist. Hierdurch wird insbesondere eine benötigte Energie zum Öffnen des Ventils reduziert, wodurch sich insbesondere bei Verwendung eines Magnetaktors zusätzliche Vorteile hinsichtlich einer Spulentemperatur erreichen lassen. Weiterhin ist hierdurch der erfindungsgemäße Injektor insbesondere bei hohen Systemdrücken hervorragend verwendbar. Auch kann auf einfache Weise eine Mehrfacheinspritzung ermöglicht werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Injektor ein als Hohlnadel ausgebildetes Schließelement sowie einen ersten und einen zweiten Dichtsitz aufweist. Hierbei sind sowohl der erste als auch der zweite Dichtsitz zwischen der Hohlnadel und einem Injektorbauteil, insbesondere einem Gehäusebauteil des Injektors, angeordnet. Ferner umfasst der Injektor am zweiten Dichtsitz einen elastischen Dichtring sowie eine Vielzahl von Spritzlöchern. Die Spritzlöcher sind zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtsitz im Injektorbauteil ausgebildet. Im geschlossenen Zustand des Injektors dichtet dabei die Hohlnadel gleichzeitig am ersten und zweiten Dichtsitz ab. Die Verwendung der Hohlnadel als Schließelement ermöglicht dabei eine deutliche Reduzierung der bewegten Massen beim Öffnungs- und Schließvorgang des Injektors. Die Verwendung der Hohlnadel ermöglicht es ferner, dass Kraftstoff sowohl im Inneren der Hohlnadel als auch an ihrem äußeren Umfang in Richtung zu den Spritzlöchern zugeführt wird.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt ist der elastische Dichtring am zweiten Dichtsitz im geschlossenen Zustand des Injektors elastisch verformt. Dadurch wird eine sichere Abdichtung am zweiten Dichtsitz erreicht.
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Vorzugsweise ist bei einem vollständig geöffneten Injektor ein am ersten Dichtsitz vorhandener minimaler erster Abstand zwischen der Hohlnadel und dem Injektorbauteil größer als ein am zweiten Dichtsitz vorhandener minimaler zweiter Abstand zwischen der Hohlnadel und dem Injektorbauteil. Somit ist bei vollständig geöffnetem Injektor der Abstand am zweiten Dichtsitz kleiner als der Abstand am ersten Dichtsitz. Dadurch erfolgt beim Schließen des Injektors zuerst ein Abdichten am zweiten Dichtsitz und erst anschließend am ersten Dichtsitz. Diese unterschiedlichen Abstände bei geöffnetem Injektor am ersten und am zweiten Dichtsitz werden durch die Verwendung des elastischen Dichtrings erreicht, welcher im geschlossenen Zustand des Injektors elastisch verformt wird und insbesondere elastisch komprimiert wird und beim Öffnungsvorgang in seine unbelastete geometrische Form expandiert, wodurch der zweite Dichtsitz später als der erste Dichtsitz öffnet.
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Somit können erfindungsgemäß insbesondere auch bei Vorsehen eines Teilhubs Öffnungssituationen realisiert werden, bei denen lediglich der erste Dichtsitz geöffnet ist und der zweite Dichtsitz geschlossen ist. Hierzu kann eine Steuereinrichtung vorgesehen werden, welche eingerichtet, einen Teilhub des Schließelements derart vorzusehen, dass ausschließlich der erste Dichtsitz geöffnet ist und der zweite Dichtsitz geschlossen ist.
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Weiter bevorzugt weist die Hohlnadel einen umlaufenden, vorstehenden Flansch auf, an welchem der erste Dichtsitz angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der elastische Dichtring am Injektorbauteil angeordnet. Hierbei ist vorzugsweise lediglich genau ein elastischer Dichtring vorgesehen.
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Vorzugsweise weist das Injektorbauteil einen Absatz auf, an welchem der elastische Dichtring angeordnet ist.
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Vorzugsweise wird hierbei eine erste Höhe H1 Höhe des Absatzes in Axialrichtung am Injektorbauteil kleiner als eine in Axialrichtung zweite Höhe H2 des Flansches an der Hohlnadel.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der elastische Dichtring an der Hohlnadel angeordnet. Weiter alternativ ist ein elastischer Dichtring sowohl am Injektorbauteil als auch an der Hohlnadel angeordnet.
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Der Injektor ist vorzugsweise ein Kraftstoffinjektor. Ein Aktor zur Betätigung des Schließelements ist hierbei besonders bevorzugt ein Magnetaktor. Der Kraftstoffinjektor ist vorzugsweise eingerichtet, um flüssigen Kraftstoff, besonders bevorzugt direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, einzuspritzen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Schnittansicht Ansicht eines Injektors 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im geschlossenen Zustand,
- 2 eine schematische, vergrößerte Teilschnittansicht des Injektors von 1 im geschlossenen Zustand, und
- 3 eine schematische Teilschnittansicht des Injektors von 2 im vollständig geöffneten Zustand
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein Injektor 1 zum Einspritzen eines Fluids im Detail beschrieben. Der Injektor 1 ist vorzugsweise ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen eines flüssigen Kraftstoffs, beispielsweise Diesel oder Benzin.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der Injektor 1 als Schließelement eine Hohlnadel 2. Weiterhin umfasst der Injektor 1 einen Aktor 7, welcher in diesem Ausführungsbeispiel ein Magnetaktor ist. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Rückstellelement, welches den Injektor 1 im unbetätigten Zustand in der geschlossenen Stellung, die in 1 gezeigt, hält.
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Weiterhin umfasst der Injektor 1 ein Injektorbauteil 4, welches in diesem Ausführungsbeispiel ein Gehäuse ist. Hierbei ist zwischen dem Injektorbauteil 4 und der Hohlnadel 2 ein erster Dichtsitz 11 und ein zweiter Dichtsitz 12 ausgebildet. Die beiden Dichtsitze 11, 12 sind im Detail aus 2 ersichtlich, welche ebenfalls den geschlossenen Zustand des Injektors 1 zeigt.
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Der erste Dichtsitz 11 und der zweite Dichtsitz 12 sind konzentrisch zu einer Mittelachse X-X des Injektors 1 angeordnet. Dabei weist der erste Dichtsitz 11 einen kleineren, mittleren Durchmesser als der zweite Dichtsitz 12 auf.
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Wie im Detail aus 2 ersichtlich ist, ist am zweiten Dichtsitz 12 ein elastischer Dichtring 3 angeordnet. Der Dichtring 3 ist hierbei an einem Absatz 40 des Injektorbauteils 4 angeordnet. Der Dichtring 3 ist aus einem elastisch verformbaren Material hergestellt und weist im geschlossenen Zustand des Injektors 1 eine entsprechende Verformung auf, wie in 2 schematisch angedeutet.
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In im 3 gezeigten geöffneten Zustand des Injektors 1 expandiert der elastische Dichtring 3 in seine geometrische Ausgangsform, in diesem Ausführungsbeispiel in einen rechteckigen Querschnitt.
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Somit dichtet die Hohlnadel 2 im geschlossenen Zustand des Injektors 1 sowohl am ersten Dichtsitz 11 als auch am zweiten Dichtsitz 12 ab. Am zweiten Dichtsitz 12 ist hierbei der elastische Dichtring 3 entsprechend verformt.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist an der Hohlnadel 2 hierbei ein Flansch 20 vorgesehen, welcher am ersten Dichtsitz 11 abdichtet. Der Flansch 20 ist hierbei an einem inneren Umfang der Hohlnadel 2 angeordnet.
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Der Absatz 40 weist hierbei eine erste Höhe H1 auf, welche kleiner ist als eine zweite Höhe H2 des Flansches 20. Die beiden Höhen werden hierbei parallel zur Mittelachse X-X des Injektors 1 gemessen. Der Unterschied hinsichtlich der Höhe H1 und H2 des Absatzes 40 bzw. des Flansches 20 entspricht dem Komprimierungsvorgang des komprimierten elastischen Dichtrings 3 (vgl. 2).
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3 zeigt den vollständig geöffneten Zustandes des Injektors 1, wobei sich am ersten Dichtsitz 11 eine erste Durchgangshöhe h1 und am zweiten Dichtsitz 12 eine zweite Durchgangshöhe h2 ergibt. Hierbei ist die zweite Durchgangshöhe h2 kleiner als die erste Durchgangshöhe h1.
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Im Injektorbauteil 4 sind ferner noch eine Vielzahl von Spritzlöchern 5 angeordnet. Wie aus 2 ersichtlich ist, sind die Spritzlöcher 5 hierbei in Radialrichtung R des Injektors 1 zwischen dem ersten Dichtsitz 11 und dem zweiten Dichtsitz 12 angeordnet.
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Die Funktion des Injektors 1 ist dabei wie folgt: Wenn der Aktor 7 betätigt wird, wird die Hohlnadel 2, wie in 1 durch die Pfeile A angedeutet, in Richtung Aktor 7 bewegt. Hierdurch hebt die Hohlnadel 2 zuerst vom ersten Dichtsitz 11 ab und nach Zurücklegen eines weiteren Weges, der Differenz h1-h2 entspricht, hebt die Hohlnadel 2 auch vom zweiten Dichtsitz 12 ab. Dann ergibt sich, wie in 3 durch die Pfeile angedeutet ein Ausströmen des Kraftstoffs aus den Spritzlöchern 5 sowohl von Kraftstoff, welcher durch das Innere der Hohlnadel 2 hindurchgeführt ist, als auch von Kraftstoff, welcher am äußeren Umfang der Hohlnadel 2 zugeführt wird. Der Kraftstoff kann dadurch direkt in einen Brennraum 6 eingespritzt werden.
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Durch die Verwendung der Hohlnadel 2, welche einen Innendurchmesser Di und einen Außendurchmesser Da aufweist, ergibt sich somit an der Hohlnadel 2 nur eine geringe druckbelastete Ringfläche B. Die Ringfläche B kann dabei mittels der Formel B=π/4 (Da2-Di2) berechnet werden. Eine Öffnungskraft F ergibt sich dann durch die Differenz eines Innendrucks Pi bei geschlossenem Injektor 1 im Inneren des Injektors 1 und dem Außendruck Pa im Brennraum 6. Diese Druckdifferenz ΔP multipliziert mit der Fläche B ergibt hierbei die Öffnungskraft. Diese notwendige Öffnungskraft F ist deutlich geringer als bei einer Nadel, welche aus Vollmaterial hergestellt ist, da hier die gesamte Nadelfläche die Öffnungskraft bestimmt.
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Somit kann erfindungsgemäß ein Injektor 1 bereitgestellt werden, welcher eine signifikante Reduzierung einer Öffnungskraft zum Öffnen des Injektors 1 aufweist. Hierdurch kann insbesondere die zum Öffnen notwendige Energie reduziert werden und ferner können insbesondere am Aktor 7 die entstehenden Spulentemperaturen gering gehalten werden. Hierdurch ergeben sich signifikant reduzierte Wärmeprobleme am Injektor 1. Dabei kann der Injektor 1 insbesondere bei hohen Systemdrücken, d. h. hohen Kraftstoffdrücken, verwendet werden und erhöht insbesondere auch die Fähigkeit zur Mehrfacheinspritzung. Ferner kann auch bei Öffnen nur mittels eines Teilhubs nur eine reduzierte Fluidmenge eingespritzt werden, wenn bei dem Teilhub nur der erste Dichtsitz 11 geöffnet wird und der zweite Dichtsitz geschlossen bleibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008000702 A1 [0002]
