DE10234503B3

DE10234503B3 - Injektoranordnung

Info

Publication number: DE10234503B3
Application number: DE10234503A
Authority: DE
Inventors: Dirk Alt
Original assignee: Enginion AG
Current assignee: Amovis GmbH
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-07-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Injektoranordnung zur Dosierung eines unter Druck stehenden Mediums, enthaltend eine Düse, die einen Ventilsitz bildet, und eine in der Düse verschiebbar geführte, mit dem Ventilsitz als Ventilschließkörper zusammenwirkende Nadel, die im öffnenden Sinne vorbelastet ist und von einer Steuerflüssigkeit unter Druck im schließenden Sinne beaufschlagbar ist, und einen Vorsteueraktuator, durch welchen der auf die Nadel wirkende Druck der Steuerflüssigkeit zwischen einem Wert, der die Vorbelastung überwindet, und einem Wert umschaltbar ist, der von der Vorbelastung überwunden wird. Um mit einer solchen Injektoranordnung dampf- oder gasförmige Medien zu dosieren, eine wirtschaftliche Dosierung hochwertiger Medien wie Wasserstoff oder hochgespannten Wasserdampf zu ermöglichen und eine schnelle Veränderung des Stromes des zu dosierenden Mediums und damit eine Modulation dieses Stromes nach einer gewünschten Dosiercharakteristik, also mit einem gewünschten Zeitverlauf, zu erreichen, ist die Steuerflüssigkeit von dem zu dosierenden Medium verschieden. Nach der Erfindung wird nicht wie bei den vorbekannten Injektoranordnungen für die Einspritzung von Kraftstoff das zu dosierende Medium gleichzeitig als Steuerdruckmittel verwendet. Vielmehr wird für die Steuerung eine von dem zu dosierenden Medium verschiedene Steuerflüssigkeit benutzt. Das gestattet es, auch problemlos gas- oder dampfförmige Medien zu dosieren. Es wird kein zu dosierendes Medium durch die ...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Injektoranordnung, bei welcher die Druckerzeugung von der Einspritzung getrennt ist, zur Dosierung eines in einem Hochdruckspeicher unter Druck stehenden Mediums, enthaltend eine Düse die einen Ventilsitz bildet und eine in der Düse verschiebbar geführte, mit dem Ventilsitz als Ventilschließkörper zusammenwirkende Nadel, die im öffnenden Sinne vorbelastet ist und von einer Stellerflüssigkeit unter Druck im schließenden Sinne beaufschlagbar ist, und einer Vorsteueraktuator, durch welchen der auf die Nadel wirkende Druck der Steuerflüssigkeit zwischen einem Wert, der die Vorbelastung überwindet und einem Wert umschaltbar ist, der von der Vorbelastung überwunden wird.

In der Kraftfahrzeugtechnik werden unter dem Begriff "Common Rail" Ventilanordnungen als Einspritz-Systeme für Dieselmotoren verwendet, bei welchen die Druckerzeugung von der Einspritzung getrennt ist. Der einzuspritzende Dieselkaftstoff befindet sich in einem Hochdruckspeicher, bei welchem ein Druck in Grenzen frei wählbar ist. Das ermöglicht eine Gestaltung des Einspritzverlaufs, der Zumessung der Einspritzmenge und der Kraftstoffzerstäubung zur Schadstoff, Geräusch- und Verbrauchsreduzierung. Die Anordnungen umfassen neben dem Hochdruckspeicher für Dieselkraftstoff eine Hochdruck-Kolbenpumpe zur Erzeugung des Speicherdrucks. Der Speicherdruck ist über einen Drucksensor regelbar und kann an die Anforderungen angepasst werden. Der Injektor umfasst einen als Ventilsitz fungierenden Düsenkörper und eine darin befindliche Düsennadel, welche den Ventilkörper bildet. Zusätzlich ist der Common-Rail-Injektor mit einem Magnetventil ausgestattet, über welches die Kraftstoff- Einspritzung steuerbar ist.

Bei den bekannten Diesel-Injektoren wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff als zu dosierendes Medium zugeführt und zum anderen als Steuerflüssigkeit genutzt. Die Düsennadel ist von einer Feder mit Druck beaufschlagt und wird in den Ventilsitz gedrückt. Die Düsennadel weist einen Hohlraum am Ventilsitz auf, in dem der Kraftstoff als Einspritzmedium unter Druck vorliegt. Dieser Druck bewirkt, daß die Düsennadel gegen den Federdruck nach oben gedrängt wird. Der Kraftstoff wird aber auch oberhalb der Düsennadel in den Injektor eingeleitet. Dies bewirkt eine Kraft nach unten. Durch ein Magnetventil ist das Kräfteverhältnis steuerbar. Wenn das Magnetventil schließt, dann drückt der als Steuermedium fungierende Kraftstoff, welcher unter einem konstanten Druck anliegt, die Düsennadel nach unten in den Sitz. Wenn das Magnetventil öffnet bricht der Druck in Steuerdruckkammer am düsenabgewandten, "oberen" Ende der Nadel zusammen und die Düsennadel wird nach oben gedrückt. Dann kann der Kraftstoff austreten. Der Kraftstoff ist also zum einen zu dosierendes Medium und zum anderen die Steuerflüssigkeit.

Eine als derartiger Injektor ausgeführte Ventilanordnung ist für das Einspritzen von flüssigem Kraftstoff geeignet. Die Verwendung anderer Einspritzmedien wie gasförmigen Medien, zum Beispiel Wasserdampf, Gas, Erdgas oder Wasserstoff führt zu Nachteilen. Es gibt Anwendungen, bei welchen gasförmige Medien unter hohen Drücken in der Größenordnung von 50 MPa bei hohen Temperaturen um 500°C dosiert werden sollen. Die hohen Drücke und Temperaturen werden zum Beispiel bei kleinen Querschnitten in einem Dampferzeuger erreicht, bei dem kein klassischer Kessel mehr verwendet wird.

Die Brenngase Erdgas und Wasserstoff oder sonstigen Medien sind an sich teuer in der Herstellung. Weiterhin ist es im Vergleich zu Flüssigkeiten mit hohem energetischen und maschinellen Aufwand verbunden, Gas oder Dampf zu komprimieren. Die Kompression von Flüssigkeiten ist nur mit vergleichsweise geringer Volumenänderungsarbeit verbunden. Der Einsatz eines solchen komprimierten Gases als Steuermedium ist teuer und führt zu einer Verringerung des Wirkungsgrads, weil die Energie des als Steuermedium benutzten Gases nicht ausgenutzt wird. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von Brenngas als Steuermedium ist es, daß durch das Austreten des Steuermediums die Gefahr besteht, daß sich die Anordnung entzündet.

Die DE 198 33 692 C2 beschreibt eine Injektoranordnung, bei welcher ein in eine Düse dosierter Kraftstoff durch einen von einem Nocken bewegten Plungerkolben unter Druck gebracht und über Düsenöffnungen injiziert wird. Der Plungerkolben ist zweiteilig und bildet zwischen einem äußeren Teil und einem inneren Teil eine Kammer variabler Länge. In diese Kammer wird ein Zeitsteuerfluid eingeleitet. Dieses Zeitsteuerfluid ist ebenfalls Kraftstoff.

Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Injektoranrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Dosierung von dampf- oder gasförmigen Medien gestattet.

Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine Injektoranrichtung der eingangs genannten Art für die wirtschaftliche Dosierung hochwertiger Medien wie Wasserstoff oder hochgespannten Wasserdampf auszugestalten.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Injektoranrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie eine schnelle Veränderung des Stromes des zu dosierenden Mediums und damit eine Modulation dieses Stromes nach einer gewünschten Dosiercharakteristik, also mit einem gewünschten Zeitverlauf, gestattet Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuerflüssigkeit von dem zu dosierenden Medium verschieden ist.

Nach der Erfindung wird nicht wie bei den vorbekannten Injektoranrichtungen für die Einspritzung von Kraftstoff das zu dosierende Medium gleichzeitig als Steuermedium verwendet. Vielmehr wird für die Steuerung eine von dem zu dosierenden Medium verschiedene Steuerflüssigkeit benutzt. Das gestattet es, auch gas- oder dampfförmige Medien zu dosieren, ohne daß die oben geschilderten Schwierigkeiten auftreten. Es wird kein zu dosierendes Medium durch die Steuerung verbraucht. Das macht die Injektoranrichtung geeignet zur Dosierung "hochwertiger" Medien. Das zu dosierende Medium tritt nicht in die Atmosphäre aus, was z.B. bei Verwendung von Wasserstoff gefährlich wäre. Bei Verwendung einer Steuerflüssigkeit wie Wasser ist die Volumenänderungsarbeit gering. Es ist möglich, eine Steuerflüssigkeit unter relativ hohem Druck zu verwenden, auch wenn das zu dosierende Medium nur unter einem relativ niedrigen Druck steht. Dadurch ist eine schnelle Veränderung und Modulation des Stromes von zu dosierendem Medium möglich.

Eine vorteilhafte konstruktive Lösung besteht darin, daß die Düse an einem langgestreckten Gehäuse gehaltert ist, in welchem die Nadel verschiebbar geführt ist, in dem Gehäuse eine Steuerdruckkammer gebildet ist, in welche das der Düse abgewandte Ende der Nadel hineinragt, wobei dieses Ende der Nadel durch Dichtmittel geführt ist, welche die Steuerdruckkammer zu dem düsenseitigen Teil des Gehäuseinnenraums hin abdichten, durch den Vorsteueraktuator ein Vorsteuerventil betätigbar ist, über welches ein Auslaß der Steuerdruckkammer wahlweise absperrbar oder freigebbar ist, der Durchmesser der Nadel sich zu der Düse hin stufenweise verringert, so daß eine Ringschulter gebildet wird, und in dem düsenseitigen Teil des Gehäuses ein Raum gebildet ist, der die Ringschulter enthält und der mit einem Anschluß für das zu dosierende Medium verbunden ist, derart, daß der Druck des zu dosierenden Mediums auf die Nadel eine Kraft im öffnenden Sinne ausübt.

Je nachdem, ob das Vorsteuerventil geöffnet oder geschlossen ist, ist die Steuerdruckkammer mit dem Auslaß verbunden und damit drucklos oder abgeschlossen von der Steuerflüssigkeit unter Druck beaufschlagt. Das zu dosierende Medium übt auf die Nadel eine Kraft im öffnenden Sinne aus. Die Nadel wird dadurch in die Offenstellung bewegt, wenn zu dosierendes Medium unter Druck ansteht und die Steuerdruckkammer über das Vorsteuerventil druckentlastet ist. Dabei wird aber kein zu dosierendes Medium verbraucht. Das zu dosierende Medium wirkt nur statisch in einem geschlossenen Raum, im Gegensatz zu der Steuerflüssigkeit, die über das Vorsteuerventil zur Atmosphäre abströmt. Der Raum, in welchem der Druck des zu dosierenden Mediums auf die Nadel wirkt, kann sehr klein gehalten werden.

Die Zufuhr von Steuerflüssigkeit kann in der Weise erfolgen, daß in der düsenabgewandten Stirnfläche der Nadel eine Sacklochbohrung vorgesehen ist, die Sacklochbohrung mit einem seitlichen Anschluß für die Steuerflüssigkeit verbunden ist und die Sacklochbohrung mit der Steuerdruckkammer über eine Strömungsdrossel verbunden ist, über welche die Steuerflüssigkeit in die Steuerdruckkammer einleitbar ist.

Auf diese Weise wird die Steuerflüssigkeit der Steuerdruckkammer über eine Strömungsdrossel zugeführt, so daß bei Öffnen des Vorsteuerventils der Druck in der Steuerdruckkammer zusammenbricht.

Die Zufuhr der Steuerflüssigkeit zu der Sacklochbohrung kann in der Weise erfolgen, daß das düsenabgewandte Ende der Nadel von einem ringförmigen Zwischenwandteil umgeben ist, in dem Zwischenwandteil zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten, ringförmigen Dichtungen sitzen, welche an der Mantelfläche des düsenabgewandten Teils der Nadel anliegen, in dem Zwischenwandteil ein Kanal gebildet ist, der einerseits mit dem Anschluß für die Steuerflüssigkeit und andererseits über einen Druckraum zwischen den Dichtungen und eine Radialbohrung der Nadel mit der Sacklochbohrung in Verbindung steht.

Der Vorsteueraktuator kann von einem Magnetventil gebildet sein. Dieses Magnetventil kann vorteilhafterweise so aufgebaut sein, daß auf der düsenabgewandten Seite der Steuerdruckkammer eine Zwischenwand mit einem axialen, einen Ventildurchgang mit einem Ventilsitz bildenden Kanal vorgesehen ist, in dieser Bohrung eine das Ventilschließglied des Magnetventils bildende Steuernadel einführbar ist und die Steuernadel von einem Hubmagneten axial bewegbar ist. Auf der düsenabgewandten Seite des Magnetventils kann dann ein Raum gebildet sein, der bei geöffnetem Magnetventil mit der Steuerdruckkammer und weiterhin mit einem Auslaß für die Steuerflüssigkeit verbunden ist.

Das zu dosierende Medium kann hochgespannter Wasserdampf sein. Bei dieser Anwendung wird durch die Erfindung verhindert, daß ein Teil der in dem Wasserdampf enthaltenen Energie durch den Steuervorgang verbraucht wird. Eine andere besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung besteht darin, daß das zu dosierende Medium Wasserstoff ist. Es tritt dann kein leicht brennbarer Wasserstoff aus, der eine erhebliche Gefahrenquelle darstellt. Praktisch wird durch die Erfindung die Dosierung von Wasserstoff mittels einer Injektoranrichtung der vorliegenden Art überhaupt erst möglich. In beiden Fällen werden dampf- bzw, gasförmige Medien dosiert, welche bei Verwendung als Steuermedium die eingangs geschilderten Probleme mit sich bringen würden.

Vorteilhafterweise steht die Steuerflüssigkeit unter einem höheren Druck als das zu dosierende Medium. Die Nadel ist längsbeweglich geführt. Zwischen der Mantelfläche der Nadel und der Führung wird dabei ein wenn auch enger Spalt gebildet. Gase mit kleinen Atomen wie Wasserstoff können durch solche engen Spalte hindurchtreten und ggf. mit der Steuerflüssigkeit in die Atmosphäre entweichen. Das ist gefährlich, weil sich z.B. Knallgas bilden kann. Wenn die Steuerflüssigkeit unter einem höheren Druck steht als das zu dosierende Medium, wird der Austritt des zu dosierenden Mediums schon durch die Druckdifferenz verhindert.

Aus dem gleichen Grunde ist es vorteilhaft, wenn das zu dosierende Medium nur für die Dauer des Dosiervorgangs mit seinem Arbeitsdruck an der Düse anliegt. Dann ist ein Austreten des zu dosierenden Mediums durch den Spalt zwischen der Nadel und ihrer Führung auch dann ausgeschlossen, wenn die Steuerdruckkammer durch Öffnen des Vorsteuerventils druckentlastet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Injektoranrichtung zur Dosierung eines unter Druck stehenden Mediums.
2A und B zeigen zusammen einen Längsschnitt durch die Injektoranrichtung
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
In den Figuren ist mit 10 ein Gehäuse von zylindrischer Grundform bezeichnet. An dem in den Figuren unteren Ende des Gehäuses 10 sitzt eine Düse 12. Die Düse 12 ist mittels einer Überwurfmutter 14 mit dem Gehäuse 10 verbunden. Die Düse 12 weist einen zentralen Längskanal 16 auf. Der Längskanal 16 weist einen zylindrischen Abschnitt 18, einen sich daran "unten" anschließenden konischen Abschnitt 20 und einen sich daran anschließenden Abschnitt 22 von vermindertem Durchmesser auf. Der Abschnitt 22 verengt sich dann zu einem Austrittskanal 24 von weiter vermindertem Durchmesser, der in einer Austrittsöffnung 26 endet. Zwischen dem Abschnitt 22 und dem Austrittskanal 24 ist eine Schulter gebildet, die als Ventilsitz 28 dient.
Ein Anschluß 30 für ein zu dosierendes Medium erstreckt sich durch die Überwurfmutter 14 und den Düsenkörper der Düse 12 hindurch unter einem Winkel zur Längsachse des Gehäuses 10 und der Düse 12 und mündet in dem Abschnitt 22 des Längskanals 16.
In dem Gehäuse 10 und der Düse 12 ist eine Nadel 32 längsverschiebbar geführt. Die Nadel 32 weist "oben" in den Figuren ein verdicktes, düsenabgewandtes Ende 34 mit einer Stirnfläche auf. An das düsenabgewandte Ende 34 schließt sich ein Abschnitt 36 von vermindertem Durchmesser an. An den Abschnitt 36 schließt sich düsenseitig ein zylindrischer Abschnitt 38 von weiter vermindertem Durchmesser an. Zwischen dem Abschnitt 36 und dem Abschnitt 38 ist eine Ringschulter 40 gebildet. Zwischen dem Abschnitt 38 und dem abschnitt 44 besitzt die Düsennadel ein Führungsstück, dass Längskanäle 48 aufweist. Der Abschnitt 44 ist mit Spiel in dem Abschnitt 22 des Längskanals 16 geführt und bildet mit der Ringschulter 47 einen Ventilschließkörper, der mit dem Ventilsitz 28 zusammenwirkt.
In dem Gehäuse 10 sitzt an dessen düsenabgewandten, in 1 und 2a oberen, Ende ein als Magnetventil ausgebildetes Vorsteuerventil, das generell mit 49 bezeichnet ist. Das Vorsteuerventil 49 enthält eine Zwischenwand 51. Die Zwischenwand 51 weist einen zentralen, axialen Kanal 50 auf, der einen Ventildurchgang mit einem Ventilsitz bildet. Das Vorsteuerventil 49 weist weiterhin eine Steuernadel 52 auf. Die Steuernadel 52 wirkt mit dem Ventilsitz zusammen. Die Steuernadel 52 ist durch eine Feder 53 in Schließrichtung vorbelastet. Das als Magnetventil ausgebildete Vorsteuerventil ist in der Lage die Steuernadel 52 gegen die Spannung der Feder 53 anzuheben, so dass der Kanal 50 freigegeben wird.
Die Zwischenwand 51 begrenzt auf der düsenabgewandten Seite eine Steuerdruckkammer 60. Am Umfang ist die Steuerdruckkammer 60 von einem ringförmigen Einsatzstück 61 umgeben. In die Steuerdruckkammer 60 ragt das düsenabgewandte Ende 34 der Nadel 32. Die Steuerdruckkammer 60 ist über den Ventildurchgang 48 der Zwischenwand 51 mit einer Auslaßkammer 62 verbindbar, die mit einem unter Atmosphärendruck stehenden Auslaß 56 verbunden ist.
In der düsenabgewandten Stirnfläche 34 der Nadel 32 ist eine Sacklochbohrung 63 vorgesehen. Die Sacklochbohrung 63 ist mit einem seitlichen Anschluß 64 (3) für die Steuerflüssigkeit verbunden. Die Sacklochbohrung 63 ist durch eine Strömungsdrossel 66 abgeschlossen, über welche die Steuerflüssigkeit in die Steuerdruckkammer 60 einleitbar ist. Ein Drucksensor 58 ist so in den ringförmigen Einsatz 61 eingebracht, dass der Druck des Steuermediums im Steuerraum 60 während des Betriebs gemessen werden kann. Das düsenabgewandte Ende 34 der Nadel 32 ist von einem ringförmigen Zwischenwandteil 68 umgeben. In dem Zwischenwandteil 68 sitzen zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete, ringförmige Dichtungen 70 und 72. Jede der Dichtungen besteht aus zwei Dichtringen, von denen jeweils einer axial an benachbarten Bauteilen anliegt und der andere radial an der Mantelfläche des Endes 34 der Nadel 32 beiderseits einer Ringnut 74 anliegt. In dem Zwischenwandteil 68 ist ein Kanal 76 gebildet, der einerseits mit dem Anschluß 64 für die Steuerflüssigkeit und andererseits über die Ringnut 74 zwischen den Dichtungen 70, 72 und Radialbohrungen 78 der Nadel 32 mit der Sacklochbohrung 63 in Verbindung steht. Auf der düsenabgewandten Seite liegt der axial wirkende Dichtring der Dichtung 70 an dem Einsatzstück 61 an. Düsenseitig liegt der axial wirkende Dichtring der Dichtung 72 an einem ringförmigen Einsatzstück 77 an.
Düsenseitig von dem Einsatzstück 77 sitzt in dem Gehäuse 10 eine Hülse 79. Die Hülse weist eine gestufte Bohrung 80 mit einer Schulter 82 auf. Auf der Schulter 82 sitzt ein Einsatzstück 84 mit einem Kopfteil 86, einer Verbindungshülse 88 und einem düsenseitigen Fußteil 90. In der düsenabgewandten Stirnseite des Kopfteils 86 ist eine Ringnut vorgesehen, die eine Dichtung 92 enthält. Die Dichtung 92 besteht wieder aus zwei konzentrischen Dichtringen, von denen der äußere axial an dem Einsatzstück 77 anliegt und der innere an der Mantelfläche des Abschnitts 36 der Nadel 32 anliegt. Die Nadel 32 ist mit Spiel durch das Einsatzstück 84 hindurchgeführt.
In dem konischen Abschnitt 20 des Längskanals 16 sitzt ein konischer Führungskörper 94. Der Führungskörper 94 weist eine Bohrung 96 auf. In der Bohrung 96 ist das Führungsstück 46 der Nadel 32 geführt. Durch die Kanäle 48 ist trotz der Führung zwischen Führungskörper 94 und Führungsstück 46 im Bereich des Führungsstücks 46 ein Durchgang des Mediums längs der Nadel 32 gewährleistet. Eine Druckfeder 98 wirkt zwischen dem Führungskörper 94 und dem Einsatzstück 84. Dadurch wird der Führungskörper 94 in den konischen Abschnitt gedrückt.
Auf diese Weise wird im Abschnitt 22 des Längskanals 16, in den Kanälen 48, dem Abschnitt 18 des Längskanals 16 und innerhalb des Einsatzstücks 84 eine abgeschlossene Druckkammer gebildet, die mit dem zu dosierenden Medium gefüllt ist und unter dessen Druck steht. Dieser Druck wirkt auf die Ringschulter 40 und drückt die Nadel 32 nach oben in 1, sucht also das Ventil zu öffnen. Diese nach oben in 1 gerichtete Kraft wird aber durch die von dem Druck der Steuerflüssigkeit in der Steuerdruckkammer 60 auf die "obere" Stirnfläche der Nadel 32 wirksame Kraft überwunden, wenn das Vorsteuerventil 49 geschlossen ist. In der so gebildeten Druckkammer herrscht ein rein statischer Druck. Es entweicht kein Medium. Das Volumen der Druckkammer ist klein gehalten.
Um das Risiko eines Entweichens von zu dosierendem Medium längs der Nadel 32 weiter zu reduzieren, kann vorgesehen sein, daß das Medium im wesentlichen nur während der Zeit an dem Anschluß 30 ansteht, während welcher durch Entlastung des Steuerdruckraumes 60 die Nadel 32 angehoben wird und eine Dosierung stattfindet. Aus dem gleichen Grunde ist vorgesehen, daß die Steuerflüssigkeit unter einem höheren Druck steht als das zu dosierende Medium.
Das Einsatzstück 84 bildet einen Ringraum 100 zwischen Gehäuse 10 und Einsatzstück 84. Dieser Ringraum 100 steht über radiale Bohrungen 102 mit einem Ringraum 104 in Verbindung. Der Ringraum 104 umgibt die Verbindungshülse 88. Über einen (nicht dargestellten) Anschluß kann durch den Ringraum 100 und den Ringraum 104 ein Kühlmittel hindurchgeleitet werden. Das kann wichtig sein, wenn das zu dosierende Medium sehr heiß ist, z.B. hochgespannter Wasserdampf, weil dann eine unzulässige Erwärmung der düsenabgewandten, "oberen" Steuereinheit mit der Steuerflüssigkeit und dem Vorsteueraktuator verhindert werden kann.
Da die Stellwege bei der beschriebenen Injektoranrichtung nur sehr klein sind, kann als Vorsteueraktuator statt eines Magnetventils mit der bei der Ansteuerung zu berücksichtigenden Impedanz des Hubmagneten auch ein Piezosteller verwendet werden.

Claims

Injektoranordnung, bei welcher die Druckerzeugung von der Einspritzung getrennt ist, zur Dosierung eines in einem Hochdruckspeicher unter Druck stehenden Mediums, enthaltend eine Düse (12) die einen Ventilsitz (28) bildet und eine in der Düse (12) verschiebbar geführte, mit dem Ventilsitz (28) als Ventilschließkörper zusammenwirkende Nadel (32), die im öffnenden Sinne vorbelastet ist und von einer Steuerflüssigkeit unter Druck im schließenden Sinne beaufschlagbar ist, und einen Vorsteueraktuator (49), durch welchen der auf die Nadel (12) wirkende Druck der Steuerflüssigkeit zwischen einem Wert, der die Vorbelastung überwindet und einem Wert umschaltbar ist, der von der Vorbelastung überwunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerflüssigkeit von dem zu dosierenden Medium verschieden ist.
Injektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß (a) die Düse (12) an einem langgestreckten Gehäuse (10) gehaltert ist, in welchem die Nadel (32) verschiebbar geführt ist, (b) in dem Gehäuse (10) eine Steuerdruckkammer (60) gebildet ist, in welche das der Düse (12) abgewandte Ende (34) der Nadel (32) hineinragt, wobei dieses Ende (34) der Nadel (32) durch Dichtmittel (70, 72) geführt ist, welche die Steuerdruckkammer (60) zu dem düsenseitigen Teil des Gehäuseinnenraums hin abdichten, (c) durch den Vorsteueraktuator (49) ein Vorsteuerventil betätigbar ist, über welches ein Auslaß der Steuerdruckkammer (60) wahlweise absperrbar oder freigebbar ist, (d) der Durchmesser der Nadel (32) sich zu der Düse (12) hin stufenweise verringert, so daß eine Ringschulter (40) gebildet wird, und (e) in dem düsenseitigen Teil des Gehäuses (10) ein Raum gebildet ist, der die Ringschulter (40) enthält und der mit einem Anschluß (30) für das zu dosierende Medium verbunden ist, derart, daß der Druck des zu dosierenden Mediums auf die Nadel (32) eine Kraft im öffnenden Sinne ausübt.
Injektoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß (a) in der düsenabgewandten Stirnfläche der Nadel (32) eine Sacklochbohrung (63) vorgesehen ist, (b) die Sacklochbohrung (63) mit einem seitlichen Anschluß (64) für die Steuerflüssigkeit verbunden ist und (c) die Sacklochbohrung (63) durch eine Strömungsdrossel (66) abgeschlossen ist, über welche die Steuerflüssigkeit in die Steuerdruckkammer (60) einleitbar ist.
Injektoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß (a) das düsenabgewandte Ende der Nadel (32) von einem ringförmigen Zwischenwandteil (68) umgeben ist, (b) in dem Zwischenwandteil (68) zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten, ringförmigen Dichtungen (70,72) sitzen, welche an der Mantelfläche des düsenabgewandten Teils der Nadel (32) anliegen, (c) in dem Zwischenwandteil (68) ein Kanal (76) gebildet ist, der einerseits mit dem Anschluß (64) für die Steuerflüssigkeit und andererseits über einen Druckraum (74) zwischen den Dichtungen (70, 72) und wenigstens eine Radialbohrung (78) der Nadel (32) mit der Sacklochbohrung (63) in Verbindung steht.
Injektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteueraktuator (49) von einem Magnetventil gebildet ist.
Injektoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß (a) auf der düsenabgewandten Seite der Steuerdruckkammer (60) eine Zwischenwand (49) mit einem axialen, einen Ventilsitz bildenden Ventildurchgang vorgesehen ist, (b) mit diesem Ventilsitz eine das Ventilschließglied des Magnetventils bildende Steuernadel zusammenwirkt, und (c) die Steuernadel von einem Hubmagneten axial bewegbar ist.
Injektoranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der düsenabgewandten Seite des Magnetventils ein Raum gebildet ist, der bei geöffnetem Magnetventil mit der Steuerdruckkammer und weiterhin mit einem Auslaß für die Steuerflüssigkeit verbunden ist.
Injektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zu dosierende Medium gas- oder dampfförmig ist.
Injektoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zu dosierende Medium hochgespannter Wasserdampf ist.
Injektoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zu dosierende Medium Wasserstoff ist.
Injektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerflüssigkeit unter einem höheren Druck steht als das zu dosierende Medium.
Injektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zu dosierende Medium nur für die Dauer des Dosiervorgangs mit seinem Arbeitsdruck an der Düse anliegt.