EP4367380A1 - Injektor und anordnung mit einem injektor - Google Patents

Injektor und anordnung mit einem injektor

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EP4367380A1
EP4367380A1 EP22740862.2A EP22740862A EP4367380A1 EP 4367380 A1 EP4367380 A1 EP 4367380A1 EP 22740862 A EP22740862 A EP 22740862A EP 4367380 A1 EP4367380 A1 EP 4367380A1
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EP
European Patent Office
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injector
nozzle needle
chamber
working medium
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
EP22740862.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Heinrich Werger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M2200/95—Fuel injection apparatus operating on particular fuels, e.g. biodiesel, ethanol, mixed fuels

Definitions

  • the invention relates to an injector for dispensing a pressurized working medium into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the invention relates to an injector for injecting alternative fuels such as ammonia or alcohols such as ethanol or methanol, the lifting movement of a nozzle needle being effected via a control medium that is different from the working medium.
  • An injector having the features of the preamble of claim 1 is known from DE 102017217991 A1 of the applicant.
  • the known injector is characterized by two pressure chambers that can be filled with different media and in which a nozzle needle is arranged such that it can be lifted.
  • the two pressure chambers are separated from one another in a media-tight manner by bellows extending transversely to the longitudinal direction of the nozzle needle.
  • the pressure chamber on the opposite side to the inlet openings of the injector can be filled with a control medium to influence the longitudinal movement of the nozzle needle, while the pressure chamber on the side facing the inlet openings can be filled with the working medium that can be released from the injector via the inlet openings. It is essential that in a state in which the two pressure chambers are not filled with pressurized media, no force acting in the closing direction of the nozzle needle and closing the inlet openings is generated on the nozzle needle.
  • Another generic injector is known from the applicant's DE 102018211 510 A1. This injector also takes place in a state in which the control chamber is not affected by the (hydraulic) pressure of a Control medium is subjected to force, no force is applied to the nozzle needle in the direction of its position closing the inlet openings.
  • the injector according to the invention for delivering a pressurized working medium into a combustion chamber of an internal combustion engine with the features of claim 1 has the advantage that it fills the pressure chamber with the working medium in a state in which the control chamber is not affected by the pressure of the Control medium is subjected to hydraulic force, seals against the combustion chamber by the nozzle needle being subjected to a force in its closed position.
  • the injector according to the invention makes it possible to generate a relatively high closing force acting on the nozzle needle in the direction of the closed position.
  • the injector is provided together with another injector for delivering or injecting working medium into a combustion chamber, with the injector according to the invention for example injecting ammonia or alcohols such as ethanol or methanol into the combustion chamber and the other injector is designed in particular for injecting diesel fuel.
  • this means that the closing force that can be generated on the nozzle needle by at least one closing spring in the injector according to the invention is designed in such a way that it is at least as great as the combustion chamber pressure when the internal combustion engine is operated with another injector in order to close the nozzle needle in to hold their closed position.
  • the nozzle needle with at least coupled to a closing spring, in particular arranged in contact with the at least one closing spring, wherein the at least one closing spring applies force to the nozzle needle in the direction of its closed position by spring force.
  • the nozzle needle viewed in the direction of its longitudinal axis is between the pressure chamber for the working medium and the control chamber for the control medium is guided radially in a guide section of the injector housing, that the pressure of the control medium in the control chamber acts on a control surface arranged perpendicularly to the longitudinal axis of the nozzle needle, that the nozzle needle in its closed position forming a sealing seat on a wall section of the pressure chamber, and that the area of the nozzle needle in the area of the sealing seat corresponds to a maximum of 41% of the area in the area of the guide section and the area of the control surface corresponds to between 23% and 74% of the area in the area of the guide section.
  • the nozzle needle has a pressure surface in the pressure chamber for the working medium, which is designed to act in the opening direction under the hydraulic pressure of the working medium generate force on the nozzle needle.
  • Another particularly preferred constructional configuration of the injector provides that the nozzle needle in the control chamber has a section that is radially surrounded by a guide sleeve, and that the guide sleeve is subjected to a force by a first closing spring against a component that delimits the control chamber.
  • a second closing spring provided for generating a relatively high closing force on the nozzle needle outside of the control chamber in one to arrange a separate spring space, the control space being sealed off from this other space (spring space) by the guide sleeve.
  • the component on which the guide sleeve rests is a throttle plate.
  • a second closing spring is arranged in a spring chamber that is separate from the low-pressure area, and that the second closing spring is designed to apply a greater force to the nozzle needle in the direction of its closed position than the first closing spring.
  • the second closing spring makes it possible for the second closing spring to have almost any size or shape and geometry without the size of the control chamber having to be negatively influenced or increased as a result.
  • a groove is formed which runs radially around the longitudinal axis of the nozzle needle and can be filled with a blocking medium .
  • This blocking medium can, for example, be a blocking oil with a relatively high viscosity, so that mixing of the blocking medium with the working medium or the control medium is made more difficult.
  • the invention includes an arrangement for dispensing working medium into the combustion chamber of an internal combustion engine with a first injector as described so far, and with a second injector, which is designed to inject a different working medium from the first injector into the combustion chamber, the combustion chamber pressure during operation of the internal combustion engine with the second injector is a maximum of about 350 bar.
  • the arrangement is designed to deliver an alternative fuel such as ammonia or alcohols such as ethanol or methanol as the working medium for the first injector and diesel fuel for the second injector into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an arrangement of two injectors in the area of a combustion chamber of an internal combustion engine
  • Fig. 2 an injector for dispensing a particularly liquid
  • the first injector 10 is designed to inject a first working medium stored in a reservoir 12, in particular an alternative fuel such as ammonia or alcohols such as ethanol or methanol, into the combustion chamber 1, while the other injector 20 is designed to inject a second reservoir 14 stored second working medium, in particular diesel fuel in the combustion chamber 1 to inject.
  • the two injectors 10, 20 can be operated together, in particular if the other injector 20 is used as an ignition source for igniting the working medium of the first injector 10.
  • the first injector 10 can also be shut down if, for example, no first working medium is available. In this case, the internal combustion engine 2 is operated exclusively with the other, second injector 20 .
  • the injector 10 shown in more detail in FIG. 2 has an injector housing 22 in which a recess 24 is formed which has a plurality of sections having different diameters.
  • the injector housing 22 On the side facing the combustion chamber 1 , the injector housing 22 has a plurality of inlet openings 26 which are designed to blow the (gaseous) working medium into the combustion chamber 1 of the internal combustion engine 2 .
  • the recess 24 forms a pressure chamber 28 on the side facing the inlet openings 26 , which can be connected to the pressurized working medium via a feed bore 30 .
  • a nozzle needle 34 is arranged within the recess 24 in a lifting manner in the direction of a longitudinal axis 32 .
  • a nozzle needle end 35 which is conical, sits in the region of a wall section 36 of the recess 24, forming a sealing seat 38 on the recess 24 in order to close the inlet openings 26 at least indirectly.
  • the nozzle needle 34 also has sections with different diameters within the pressure chamber 28, such that a conical pressure surface 39 in the exemplary embodiment generates an opening force on the nozzle needle 34 that releases the inlet openings 26 when the pressure chamber 28 is subjected to hydraulic pressure by the working medium.
  • the nozzle needle 34 is guided radially in a central region in a guide section 40 of the recess 24 .
  • the nozzle needle 34 or the guide section 40 has a constant diameter D in the area of the guide section 40 .
  • an annular groove 42 which runs radially around the longitudinal axis 32 and which can be filled via a feed channel 44 with a barrier medium in the form of a barrier oil or the like. If the injector 20 is designed as a diesel injector, the blocking medium or blocking oil can be taken from the fuel circuit of the injector 20, ie the blocking medium can then be diesel.
  • the nozzle needle 34 protrudes with a section 45 reduced in diameter into a control chamber 46 which is also formed in the recess 24 .
  • the control chamber 46 is connected via an inlet bore 48 to a reservoir 49 for a pressurized control medium, the control medium being a medium different from the working medium. Furthermore, the pressure in the control chamber 46 can be relieved via a drain hole 50 in a low-pressure area 52 .
  • a valve 54 is used for this purpose, which in an open position allows the control medium to flow out of the control chamber 46 .
  • the valve 54 can be actuated, for example, by means of a magnetic actuator.
  • the control chamber 46 or the recess 24 is closed on the side opposite the inlet openings 26 by a throttle plate 55 in which an inlet throttle 56 for the inlet channel 44 and an outlet throttle 57 for the outlet bore 50 are formed. Furthermore, the throttle plate 55 has a through hole 58 concentric to the longitudinal axis 32 , which opens into a spring chamber 60 on the side opposite the control chamber 46 .
  • the section 45 of the nozzle needle 34 acting as a guide section is radially surrounded by a guide sleeve 62, which serves to seal the through bore 58 in the direction of the spring chamber 60.
  • the guide sleeve 62 which has a conical sealing edge 63 running radially around the longitudinal axis 32 on the side facing the throttle plate 55 , is subjected to a force in the direction of the throttle plate 55 by the spring force of a first closing spring 64 .
  • the first closing spring 64 is supported on the nozzle needle 34 in the region of an annular control surface 65 running radially around the longitudinal axis 32 .
  • the nozzle needle 34 passes through the through-bore 58 with a section 66 which is again reduced in diameter and which is designed in the region of the spring chamber 60 with a larger diameter in the manner of a plate.
  • a second closing spring 68 is arranged in spring chamber 60, which is characterized in that it is supported against a component (not shown) of injector 10 that is fixed to the housing and acts on nozzle needle 34 in the direction of sealing seat 38 with a greater spring force than the spring force of first closing spring 64 .
  • pressure chamber 28 is filled with working medium (gas) that is under high pressure.
  • working medium gas
  • the hydraulic pressure in the control chamber 46 is increased by closing the valve 54, which causes a hydraulic (additional) closing force in the direction of the closed position of the nozzle needle 34, the spring forces of the two closing springs 64 and 68, together with the hydraulic Closing force by the control medium in the control chamber 46 must be greater than the force acting on the nozzle needle 34 in the opening direction by the working medium located in the pressure chamber 28 on the pressure surface 39.
  • nozzle needle 34 When injector 10 is not in operation, in particular when internal combustion engine 2 is being operated with liquid (petrol) fuel or working medium through second injector 20, nozzle needle 34 must be pressed against the combustion chamber pressure prevailing in combustion chamber 1, which is typically up to can be up to about 350 bar, remains in its closed position, which is made possible by the spring force of the two closing springs 64, 68.
  • the area As of the nozzle needle 34 in the area of the sealing seat 38 is a maximum of 41% of the area A F in the area of the guide diameter of the nozzle needle 34 or the guide section 40, and the area Ast of section 66 at the level of control surface 65 corresponds to between 23% and 74% of area A F in the area of the guide diameter of nozzle needle 34 or guide section 40 .
  • the injector 10 described so far can be altered or modified in many ways without departing from the spirit of the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Injektor (10) zum Abgeben eines unter Druck stehenden Arbeitsmediums in einen Brennraum (1) einer Brennkraftmaschine (2), mit einem Injektorgehäuse (22), in dem eine Düsennadel (34) zwischen einer wenigstens eine Einlassöffnung (26) für das Arbeitsmedium in den Brennraum (1) verschließenden Schließstellung und einer die wenigstens eine Einlassöffnung (26) freigebenden Öffnungsstellung längsverschiebbar angeordnet ist, mit einem im Injektorgehäuse (22) angeordneten Druckraum (28) für das Arbeitsmedium, und mit einem im Injektorgehäuse (22) angeordneten Steuerraum (46), der mit einem unter Druck stehenden, von dem Arbeitsmedium unterschiedlichen Steuermedium befüllbar ist.

Description

Beschreibung
Injektor und Anordnung mit einem Injektor
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Abgeben eines unter Druck stehenden Arbeitsmediums in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Injektor zum Einspritzen alternativer Kraftstoffe wie zum Beispiel Ammoniak oder aber Alkohole, wie Ethanol oder Methanol, wobei die Hubbewegung einer Düsennadel über ein von dem Arbeitsmedium unterschiedliches Steuermedium bewirkt wird.
Stand der Technik
Aus der DE 102017217991 A1 der Anmelderin ist ein Injektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Der bekannte Injektor zeichnet sich durch zwei, mit unterschiedlichen Medien befüllbare Druckräume aus, in denen eine Düsennadel hubbeweglich angeordnet ist. Die beiden Druckräume sind durch einen sich quer zur Längsrichtung der Düsennadel erstreckenden Faltenbalg mediendicht voreinander getrennt. Der auf Einlassöffnungen des Injektors gegenüberliegenden Seite angeordnete Druckraum ist mit einem Steuermedium zur Beeinflussung der Längsbewegung der Düsennadel befüllbar, während der auf der Seite der Einlassöffnungen zugewandte Druckraum mit dem über die Einlassöffnungen aus dem Injektor abgebbaren Arbeitsmedium befüllbar ist. Wesentlich ist, dass in einem Zustand, bei dem die beiden Druckräume nicht mit unter Druck stehenden Medien befüllt sind auf die Düsennadel keine in Schließrichtung der Düsennadel wirkende, die Einlassöffnungen verschließende Kraft erzeugt wird.
Aus der DE 102018211 510 A1 der Anmelderin ist ein weiterer gattungsgemäßer Injektor bekannt. Auch bei diesem Injektor erfolgt in einem Zustand, bei dem der Steuerraum nicht von dem (hydraulischen) Druck eines Steuermediums kraftbeaufschlagt ist, keine Kraftbeaufschlagung der Düsennadel in Richtung ihrer die Einlassöffnungen verschließenden Stellung.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Injektor zum Abgeben eines unter Druck stehenden Arbeitsmediums in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass er den Druckraum, der mit dem Arbeitsmedium befüllt ist, in einem Zustand, bei dem der Steuerraum nicht von dem Druck des Steuermediums hydraulisch kraftbeaufschlagt ist, gegenüber dem Brennraum abdichtet, indem die Düsennadel in ihre Schließstellung kraftbeaufschlagt ist.
Insbesondere ermöglicht es der erfindungsgemäße Injektor, eine relativ hohe, in Richtung der Schließstellung auf die Düsennadel wirkende Schließkraft zu erzeugen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Injektor zusammen mit einem anderen Injektor zum Abgeben bzw. Einspritzen von Arbeitsmedium in einen Brennraum vorgesehen ist, wobei der erfindungsgemäße Injektor beispielsweise Ammoniak oder aber Alkohole, wie Ethanol oder Methanol in den Brennraum einspritzt und der andere Injektor insbesondere zum Einspritzen von Dieselkraftstoff ausgebildet ist. Dabei ist es wesentlich, dass in einem Betriebszustand, bei dem der andere Injektor den (Diesel-) Kraftstoff in den Brennraum einspritzt, während er erfindungsgemäße Injektor drucklos bzw. stillgelegt ist, der durch das Betreiben des anderen Injektors entstehende Brennraumdruck nicht dazu führt, dass Brennraumgase in den erfindungsgemäßen Injektor eindringen können, die ggf. zu einer Beschädigung des Injektors führen könnten.
Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die bei dem erfindungsgemäßen Injektor durch wenigstens eine Schließfeder auf die Düsennadel erzeugbare Schließkraft derart ausgelegt ist, dass diese wenigstens so groß ist wie der Brennraumdruck, wenn die Brennkraftmaschine mit einem anderen Injektor betrieben wird, um die Düsennadel in ihrer Schließstellung zu halten.
Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einem erfindungsgemäßen Injektor vorgesehen, dass die Düsennadel mit wenigstens einer Schließfeder gekoppelt, insbesondere in Anlagekontakt mit der wenigstens einen Schließfeder angeordnet ist, wobei die wenigstens eine Schließfeder die Düsennadel in Richtung ihrer Schließstellung durch Federkraft kraftbeaufschlagt.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Injektors zum Abgeben eines unter Druck stehenden Arbeitsmediums in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Mit Blick auf typische Brennraumdrücke bei der Verwendung eines (zusätzlichen bzw. zweiten) Injektors, der dazu ausgebildet ist, flüssigen Brennstoff bzw. (Diesel-) Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen, ist es vorgesehen, dass die Düsennadel in Richtung ihrer Längsachse betrachtet zwischen dem Druckraum für das Arbeitsmedium und dem Steuerraum für das Steuermedium in einem Führungsabschnitt des Injektorgehäuses radial geführt ist, dass der Druck des Steuermediums im Steuerraum auf eine senkrecht zur Längsachse der Düsennadel angeordnete Steuerfläche wirkt, dass die Düsennadel in ihrer Schließstellung unter Ausbildung eines Dichtsitzes an einem Wandabschnitt des Druckraums anliegt, und dass die Fläche der Düsennadel im Bereich des Dichtsitzes maximal 41% der Fläche im Bereich des Führungsabschnitts und die Fläche der Steuerfläche zwischen 23% und 74% der Fläche im Bereich des Führungsabschnitts entspricht.
Zur Erzeugung einer in Öffnungsrichtung der Düsennadel wirkenden Kraft zum Freigegen der Einlassöffnungen bei einer Druckreduzierung im Steuerraum ist es vorgesehen, dass die Düsennadel in dem Druckraum für das Arbeitsmedium eine Druckfläche aufweist, die dazu ausgebildet ist, unter dem hydraulischen Druck des Arbeitsmediums eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft auf die Düsennadel zu erzeugen.
Eine weitere besonders bevorzugte konstruktive Ausgestaltung des Injektors sieht vor, dass die Düsennadel im Steuerraum einen Abschnitt aufweist, der von einer Führungshülse radial umgeben ist, und dass die Führungshülse von einer ersten Schließfeder gegen ein den Steuerraum begrenzendes Bauteil kraftbeaufschlagt ist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es insbesondere, eine zur Erzeugung einer relativ hohen Schließkraft auf die Düsennadel vorgesehene zweite Schließfeder außerhalb des Steuerraums in einem separaten Federraum anzuordnen, wobei der Steuerraum gegenüber diesem anderen Raum (Federraum) durch die Führungshülse abgedichtet ist.
In bevorzugter Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass das Bauteil, an der die Führungshülse (dichtend) anliegt, eine Drosselplatte ist.
Wie bereits oben angeführt, ist es von besonderem Vorteil, dass in einem vom Niederdruckbereich separaten Federraum eine zweite Schließfeder angeordnet ist, und dass die zweite Schließfeder dazu ausgebildet ist, die Düsennadel mit einer größeren Kraft in Richtung ihrer Schließstellung zu beaufschlagen als die erste Schließfeder. Insbesondere ermöglicht es eine derartige konstruktive Ausgestaltung, dass die zweite Schließfeder eine nahezu beliebige Größe bzw. Form und Geometrie aufweisen kann, ohne dass dadurch die Größe des Steuerraums negativ beeinflusst bzw. vergrößert werden muss.
Um eine zusätzliche Abdichtung zwischen dem im Steuerraum befindlichen Steuermedium und dem im Druckraum befindlichen Arbeitsmedium zu ermöglichen, kann es vorgesehen sein, dass im Bereich des Führungsabschnitts für die Düsennadel eine radial um die Längsachse der Düsennadel umlaufende Nut ausgebildet ist, die mit einem Sperrmedium befüllbar ist. Dieses Sperrmedium kann beispielsweise ein Sperröl mit einer relativ hohen Viskosität sein, sodass auch eine Durchmischung des Sperrmediums mit dem Arbeitsmedium bzw. dem Steuermedium erschwert ist.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Anordnung zum Abgeben von Arbeitsmedium in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem soweit beschriebenen ersten Injektor, sowie mit einem zweiten Injektor, der dazu ausgebildet ist, ein von dem ersten Injektor unterschiedliches Arbeitsmedium in den Brennraum einzuspritzen, wobei der Brennraumdruck beim Betreiben der Brennkraftmaschine mit dem zweiten Injektor maximal etwa 350bar beträgt.
Ganz besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Anordnung dazu ausgebildet ist, einen alternativen Kraftstoff wie Ammoniak oder aber Alkohole, wie Ethanol oder Methanol als Arbeitsmedium für den ersten Injektor und Dieselkraftstoff für den zweiten Injektor in den Brennraum der Brennkraftmaschine abzugeben. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von zwei Injektoren im Bereich eines Brennraums einer Brennkraftmaschine und
Fig. 2 einen Injektor zum Abgeben eines insbesondere flüssigen
Arbeitsmediums in den Brennraum der Brennkraftmaschine in einem vereinfacht dargestellten Längsschnitt.
Ausführungsformen der Erfindung
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der Fig. 1 ist eine Anordnung 100 gezeigt, bei der im Bereich eines Brennraums 1 einer Brennkraftmaschine 2 zwei Injektoren 10, 20 vorgesehen sind, um unterschiedliche Arbeitsmedien in den Brennraum 1 der Brennkraftmaschine 2 abzugeben bzw. einzuspritzen oder einzublasen. Insbesondere ist der erste Injektor 10 dazu ausgebildet, ein in einem Vorratsspeicher 12 bevorratetes erstes Arbeitsmedium, insbesondere einen alternativen Kraftsoff wie Ammoniak oder aber Alkohole, wie Ethanol oder Methanol in den Brennraum 1 einzuspritzen, während der andere Injektor 20 dazu ausgebildet ist, ein in einem zweiten Vorratsspeicher 14 bevorratetes zweites Arbeitsmedium, insbesondere Dieselkraftstoff in den Brennraum 1 einzuspritzen.
Wesentlich dabei ist darüber hinaus, dass die beiden Injektoren 10, 20 gemeinsam betrieben werden können, insbesondere, wenn der andere Injektor 20 als Zündquelle für das Entzünden des Arbeitsmediums des ersten Injektors 10 dient. Der erste Injektor 10 kann jedoch bedarfsweise auch stillgelegt werden, wenn beispielsweise kein erstes Arbeitsmedium verfügbar ist. In diesem Fall wird die Brennkraftmaschine 2 ausschließlich mit dem anderen, zweiten Injektor 20 betrieben.
Der in der Fig. 2 näher dargestellte Injektor 10 weist ein Injektorgehäuse 22 auf, in dem eine Ausnehmung 24 ausgebildet ist, die mehrere, unterschiedliche Durchmesser aufweisende Abschnitte hat. Das Injektorgehäuse 22 weist auf der dem Brennraum 1 zugewandten Seite mehrere Einlassöffnungen 26 auf, die dazu ausgebildet sind, das (gasförmige) Arbeitsmedium in den Brennraum 1 der Brennkraftmaschine 2 einzublasen. Hierzu bildet die Ausnehmung 24 auf der den Einlassöffnungen 26 zugewandten Seite einen Druckraum 28 aus, der über eine Zuführbohrung 30 mit dem unter Druck stehenden Arbeitsmedium verbindbar ist.
Innerhalb der Ausnehmung 24 ist in Richtung einer Längsachse 32 eine Düsennadel 34 hubbeweglich angeordnet. In der in der Fig. 2 dargestellten Schließstellung sitzt ein Düsennadelende 35, das konisch ausgebildet ist, im Bereich eines Wandabschnitts 36 der Ausnehmung 24 unter Ausbildung eines Dichtsitzes 38 an der Ausnehmung 24 an, um die Einlassöffnungen 26 zumindest mittelbar zu verschließen. Auch weist die Düsennadel 34 innerhalb des Druckraums 28 Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern auf, derart, dass eine im Ausführungsbeispiel konisch ausgebildete Druckfläche 39 bei einer hydraulischen Druckbeaufschlagung des Druckraums 28 durch das Arbeitsmedium eine die Einlassöffnungen 26 freigebende Öffnungskraft auf die Düsennadel 34 erzeugt.
Die Düsennadel 34 ist in Längsrichtung betrachtet in einem mittleren Bereich in einem Führungsabschnitt 40 der Ausnehmung 24 radial geführt. Im Bereich des Führungsabschnitts 40 weist die Düsennadel 34 bzw. der Führungsabschnitt 40 einen konstanten Durchmesser D auf. Wiederum in etwa in einem mittleren Bereich des Führungsabschnitts 40 ist im Bereich der Wand der Ausnehmung 24 eine radial um die Längsachse 32 umlaufende Ringnut 42 ausgebildet, die über einen Zuführkanal 44 mit einem Sperrmedium in Form eines Sperröls o.ä. befüllbar ist. Für den Fall, dass der Injektor 20 als Dieselinjektor ausgebildet ist, kann das Sperrmedium bzw. Sperröl aus dem Kraftstoffkreislauf des Injektors 20 entnommen werden, d.h., dass es sich bei dem Sperrmedium dann um Diesel handeln kann. Die Düsennadel 34 ragt auf der den Einlassöffnungen 26 abgewandten Seite mit einem im Durchmesser verringerten Abschnitt 45 in einen Steuerraum 46 hinein, der ebenfalls in der Ausnehmung 24 ausgebildet ist. Der Steuerraum 46 hat über eine Zulaufbohrung 48 Verbindung mit einem Vorratsspeicher 49 für ein unter Druck stehendes Steuermedium, wobei das Steuermedium ein von dem Arbeitsmedium unterschiedliches Medium ist. Weiterhin ist der Steuerraum 46 über eine Ablaufbohrung 50 in einen Niederdruckbereich 52 druckentlastbar. Hierzu dient ein Ventil 54, das in einer geöffneten Stellung einen Abfluss des Steuermediums aus dem Steuerraum 46 ermöglicht. Das Ventil 54 lässt sich, wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt und daher nicht näher erläutert, beispielsweise mittels eines Magnetaktuators betätigen.
Der Steuerraum 46 bzw. die Ausnehmung 24 ist auf der den Einlassöffnungen 26 gegenüberliegenden Seite von einer Drosselplatte 55 verschlossen, in der eine Zulaufdrossel 56 für den Zulaufkanal 44 und eine Ablaufdrossel 57 für die Ablaufbohrung 50 ausgebildet sind. Weiterhin weist die Drosselplatte 55 konzentrisch zur Längsachse 32 eine Durchgangsbohrung 58 auf, die auf der dem Steuerraum 46 gegenüberliegenden Seite in einem Federraum 60 mündet.
Innerhalb des Steuerraums 46 ist der als Führungsabschnitt wirkende Abschnitt 45 der Düsennadel 34 radial von einer Führungshülse 62 umgeben, die der Abdichtung der Durchgangsbohrung 58 in Richtung des Federraums 60 dient. Hierzu ist die Führungshülse 62, die auf der der Drosselplatte 55 zugewandten Seite eine konisch ausgebildete, radial um die Längsachse 32 umlaufende Dichtkante 63 aufweist, von der Federkraft einer ersten Schließfeder 64 in Richtung der Drosselplatte 55 kraftbeaufschlagt. Die erste Schließfeder 64 stützt sich an der Düsennadel 34 im Bereich einer ringförmigen, radial um die Längsachse 32 umlaufenden Steuerfläche 65 ab.
Die Düsennadel 34 durchsetzt die Durchgangsbohrung 58 mit einem im Durchmesser nochmals reduzierten Abschnitt 66, der im Bereich des Federraums 60 tellerartig im Durchmesser vergrößert ausgebildet ist. Im Federraum 60 ist eine zweite Schließfeder 68 angeordnet, die sich dadurch auszeichnet, dass sie sich gegen ein gehäusefestes, nicht dargestelltes Bauteil des Injektors 10 abstützt und die Düsennadel 34 in Richtung des Dichtsitzes 38 mit einer größeren Federkraft beaufschlagt als die Federkraft der ersten Schließfeder 64. Zum Abgeben von Arbeitsmedium in den Brennraum 1 der Brennkraftmaschine 2 durch den Injektor 10 ist der Druckraum 28 mit unter hohem Druck stehendem Arbeitsmedium (Gas) befüllt. Zum Anheben der Düsennadel 34 aus ihrer in der Fig. 2 dargestellten Schließstellung in eine Öffnungsstellung, bei der das Arbeitsmedium über die Einlassöffnungen 26 in den Brennraum 1 ausströmen kann, ist es erforderlich, dass der Druck im Steuerraum 46 verringert wird. Dies erfolgt durch Ansteuern des Ventils 54, sodass das Steuermedium in den Niederdruckraum 52 abströmen kann. Die zum Öffnen der Düsennadel 34 benötigte Öffnungskraft wird durch das in dem Druckraum 28 gegen die Druckfläche 39 an der Düsennadel 34 wirkende Arbeitsmedium bewirkt.
Zum Schließen der Düsennadel 34 wird durch Schließen des Ventils 54 der hydraulische Druck in dem Steuerraum 46 erhöht, was eine hydraulische (zusätzliche) Schließkraft in Richtung der Schließstellung der Düsennadel 34 bewirkt, wobei die Federkräfte der beiden Schließfedern 64 und 68, zusammen mit der hydraulischen Schließkraft durch das Steuermedium in den Steuerraum 46, größer sein müssen als die in Öffnungsrichtung auf die Düsennadel 34 wirkende Kraft durch das in dem Druckraum 28 befindliche Arbeitsmedium an der Druckfläche 39.
Weiterhin ist es wesentlich, dass bei nicht betriebenem Injektor 10, insbesondere, wenn die Brennkraftmaschine 2 durch den zweiten Injektor 20 mit flüssigem (Otto-) Kraftstoff bzw. Arbeitsmedium betrieben wird, die Düsennadel 34 gegen den im Brennraum 1 herrschenden Brennraumdruck, der typischerweise bis zu etwa 350bar betragen kann, in ihrer Schließstellung verbleibt, was durch die Federkraft der beiden Schließfedern 64, 68 ermöglicht wird. Mit Blick auf den angesprochenen maximalen Brennraumdruck hat es sich dabei als erforderlich herausgestellt, dass die Fläche As der Düsennadel 34 im Bereich des Dichtsitzes 38 maximal 41% der Fläche AF im Bereich des Führungsdurchmessers der Düsennadel 34 bzw. des Führungsabschnitts 40, und die Fläche Ast des Abschnitts 66 in Höhe der Steuerfläche 65 zwischen 23% und 74% der Fläche AF im Bereich des Führungsdurchmessers der Düsennadel 34 bzw. des Führungsabschnitts 40 entspricht. Der soweit beschriebene Injektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

Claims

Ansprüche
1. Injektor (10) zum Abgeben eines unter Druck stehenden Arbeitsmediums in einen Brennraum (1) einer Brennkraftmaschine (2), mit einem Injektorgehäuse (22), in dem eine Düsennadel (34) zwischen einer wenigstens eine Einlassöffnung (26) für das Arbeitsmedium in den Brennraum (1) verschließenden Schließstellung und einer die wenigstens eine Einlassöffnung (26) freigebenden Öffnungsstellung längsverschiebbar angeordnet ist, mit einem im Injektorgehäuse (22) angeordneten Druckraum (28) für das Arbeitsmedium, und mit einem im Injektorgehäuse (22) angeordneten Steuerraum (46), der mit einem unter Druck stehenden, von dem Arbeitsmedium unterschiedlichen Steuermedium befüllbar ist, wobei der Druck des Steuermediums die Düsennadel (34) in Richtung ihrer Schließstellung kraftbeaufschlagt, wobei der Steuerraum (34) über ein Steuerventil (54) in einen Niederdruckbereich (52) druckentlastbar ist, und wobei der Druckraum (28) und der Steuerraum (46) hydraulisch voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (34) mit wenigstens einer Schließfeder (64, 68) gekoppelt, insbesondere in Anlagekontakt mit der wenigstens einen Schließfeder (64, 68) angeordnet ist, wobei die wenigstens eine Schließfeder (64, 68) die Düsennadel (34) in Richtung ihrer Schließstellung durch Federkraft kraftbeaufschlagt.
2. Injektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (34) in Richtung ihrer Längsachse (32) betrachtet zwischen dem Druckraum (28) für das Arbeitsmedium und dem Steuerraum (46) für das Steuermedium in einem Führungsabschnitt (40) des Injektorgehäuses (22) radial geführt ist, dass der Druck des Steuermediums im Steuerraum (46) auf eine senkrecht zur Längsachse (32) der Düsennadel (34) angeordnete Steuerfläche (65) wirkt, dass die Düsennadel (34) in ihrer Schließstellung unter Ausbildung eines Dichtsitzes (38) an einem Wandabschnitt (36) des Druckraums (28) anliegt, und dass die Fläche (As) der Düsennadel (34) im Bereich des Dichtsitzes (38) maximal 41% der Fläche (AF) im Bereich des Führungsabschnitts (40) und die Fläche (Ast) der Steuerfläche (65) zwischen 23% und 74% der Fläche (AF) i Bereich des Führungsabschnitts (40) entspricht.
3. Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (34) in dem Druckraum (28) für das Arbeitsmedium eine Druckfläche (39) aufweist, die dazu ausgebildet ist, unter dem hydraulischen Druck des Arbeitsmediums eine in die wenigstens eine Einlassöffnung (26) freigebende Öffnungsstellung wirkende Kraft auf die Düsennadel (34) zu erzeugen.
4. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (34) im Steuerraum (46) einen Abschnitt (45) aufweist, der von einer Führungshülse (62) radial umgeben ist, und dass die Führungshülse (62) von einer ersten Schließfeder (64) gegen eine den Steuerraum (46) begrenzendes Bauteil kraftbeaufschlagt ist.
5. Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Drosselplatte (55) ausgebildet ist.
6. Injektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vom Niederdruckbereich (52) separaten Federraum (60) eine zweite Schließfeder (68) angeordnet ist, und dass die zweite Schließfeder (68) dazu ausgebildet ist, die Düsennadel (34) mit einer größeren Kraft in Richtung ihrer Schließstellung zu beaufschlagen als die erste Schließfeder (64).
7. Injektor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Führungsabschnitts (40) eine radial um die Längsachse (32) umlaufende Nut (42) ausgebildet ist, die mit einem Sperrmedium befüllbar ist.
8. Anordnung (100) zum Abgeben von Arbeitsmedium in den Brennraum (1) einer Brennkraftmaschine (2), aufweisend einen ersten Injektor (10), der nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist, und einen zweiten Injektor (20), der dazu ausgebildet ist, ein von dem ersten Injektor (10) unterschiedliches Arbeitsmedium in den Brennraum (1) einzuspritzen, wobei der Brennraumdruck beim Betreiben der Brennkraftmaschine (2) mit dem zweiten Injektor (20) bis zu etwa 350bar beträgt.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Injektor (10) dazu ausgebildet ist, einen alternativen Kraftstoff wie Ammoniak oder aber Alkohole, wie Ethanol oder Methanol als Arbeitsmedium und der zweite Injektor (20) Dieselkraftstoff als Arbeitsmedium in den Brennraum (1) abzugeben.
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