EP4638939A1 - Injektor für flüssige oder gasförmige brennstoffe und verfahren zum betreiben eines solchen injektors - Google Patents

Injektor für flüssige oder gasförmige brennstoffe und verfahren zum betreiben eines solchen injektors

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EP4638939A1
EP4638939A1 EP23813598.2A EP23813598A EP4638939A1 EP 4638939 A1 EP4638939 A1 EP 4638939A1 EP 23813598 A EP23813598 A EP 23813598A EP 4638939 A1 EP4638939 A1 EP 4638939A1
Authority
EP
European Patent Office
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fuel
injector
chamber
valve body
sealing
Prior art date
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Pending
Application number
EP23813598.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Fuchs
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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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
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    • F02M21/0251—Details of actuators therefor
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    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0001—Fuel-injection apparatus with specially arranged lubricating system, e.g. by fuel oil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention is based on an injector for the metered release of a liquid or gaseous fuel, as is preferably used to introduce fuel into a combustion chamber or an intake tract of an internal combustion engine.
  • injectors are used for this purpose, which are supplied with the compressed fuel, which is therefore under injection pressure, and which release it electrically at the desired time and in the required quantity.
  • the injectors have a movable valve element that can be moved via an electromagnet or another electrical actuator, with the movement of the valve element opening or closing a metering opening.
  • Such an injector is known, for example, from DE 10 2021 200 689 A1 and comprises a piston-shaped nozzle needle as a valve element, which is arranged in the housing of the injector so that it can be moved longitudinally.
  • the fuel is guided through a fuel chamber within the injector and thus passes from one end, where the fuel inlet is located, to the outlet end, where the injection opening is formed. To ensure low-friction bearings for the valve element, it is surrounded by a lubricant chamber. To prevent fuel and lubricant from mixing, both chambers of the injector are sealed against each other.
  • the injector consists of several components that are connected to one another during assembly. Seals must be formed where the components meet to prevent fuel from escaping from the injector and to prevent lubricant and fuel from mixing. This is particularly complex when hydrogen is used as fuel, as hydrogen can easily diffuse into even small gaps.
  • Injectors for large internal combustion engines are designed for long mileage and are accordingly expensive. Therefore, when such injectors are no longer able to function properly due to wear, they are often repaired so that they can continue to be used. To do this, the injector must be dismantled so that the individual components can either be replaced or - if necessary after cleaning - reused. Sealing the components between each other and from the outside using welded joints is therefore generally not an option, as welded joints cannot be removed without causing damage and therefore make disassembly difficult or impossible.
  • the injector has the advantage that it is possible to dismantle the injector into its individual components without causing any damage, while at the same time ensuring that the fuel-carrying parts of the injector are securely sealed.
  • the injector has a housing that includes a valve body with a fuel inlet, via which a fuel chamber formed in the housing can be filled with fuel.
  • the valve body is surrounded by a jacket tube, with an intermediate space being formed between the jacket tube and the valve body, which is part of the fuel chamber, with one end of the jacket tube forming a sealing point with the valve body in order to seal the fuel chamber from the outside.
  • a return chamber is formed in the housing, which is connected to a return line and is separated from the fuel chamber by the sealing point.
  • the return chamber serves to collect fuel that passes through the sealing point due to leaks at the sealing point or due to micro-leakage, as can occur particularly when hydrogen is used as fuel.
  • the fuel that has reached the return chamber is drained from the injector via a return line so that the return chamber can always be kept at a low pressure. Since a certain amount of leakage is therefore tolerable at the seals, the injector can be repaired by replacing or reconditioning individual components. This function is retained even after the components have been dismantled and reassembled.
  • the sealing point comprises a first sealing ring and a second sealing ring, which are arranged parallel to one another and which are clamped between the jacket tube and the valve body, wherein the annular space delimited by the sealing rings is connected to the return space. If fuel passes the first sealing ring from the fuel chamber, this fuel is guided into the return space and discharged via the return line.
  • the second sealing ring ensures that all of the escaping fuel is absorbed by the return space in this way.
  • Such a seal can also advantageously be formed between a nozzle body and the jacket tube, wherein the nozzle body forms the combustion chamber-side end of the injector in which an injection opening is formed.
  • the sealing rings surround the valve body.
  • the rotationally symmetrical seal thus formed allows great freedom in the design and thus easy adaptation of the injector to different installation situations.
  • the sealing rings are preferably made of an elastic material, in particular an elastomer.
  • a sealing point is formed between the nozzle body and a magnetic body, wherein the magnetic body surrounds an electromagnet. This allows the inner area of the injector to be sealed against the fuel in order to protect the components there from the fuel.
  • valve element is surrounded at least in sections by a first bellows, which defines a lubricant chamber that can be filled with a lubricant.
  • a first bellows which defines a lubricant chamber that can be filled with a lubricant.
  • Seals according to the invention seal against the fuel so that the lubrication of the valve element is maintained over its lifetime.
  • the pressure in the return chamber is kept at a pressure that is below the pressure in the fuel chamber. This prevents gas or liquid from the return chamber from entering the fuel chamber and causing contamination or damage there.
  • the pressure in the return chamber is preferably ambient pressure.
  • the drawing shows an embodiment of the injector according to the invention. It shows
  • Fig. 1 is a longitudinal section through an injector according to the invention, showing only the essential parts of the injector,
  • Fig. 2 is an enlarged view of the section marked II in Fig. 1.
  • an injector according to the invention for the metered delivery of liquid or gaseous fuel is shown in longitudinal section, wherein the injector 1 is designed in particular to deliver fuel in a combustion chamber or an intake tract of an internal combustion engine.
  • the injector 1 has a housing 2 which comprises a valve body 3 with a connection body 6, a magnet body 4 and a nozzle body 5, which are adjacent to one another and are clamped against one another in the longitudinal direction by a clamping device (not shown in detail) or are connected by screw connections.
  • the valve body 3 is surrounded by a hollow cylindrical jacket tube 7, so that an annular space is formed between the valve body 3 and the jacket tube 7.
  • This annular space is part of a fuel chamber 11, which can be filled with gaseous or liquid fuel under an injection pressure via the connection body 6 screwed into the valve body 3 and a fuel inlet 10 formed therein.
  • the injection pressure depends on the fuel used. and the type and operating condition of the internal combustion engine and is, for example, 30 to 300 bar (3 to 30 MPa) when using gaseous fuel such as hydrogen or natural gas.
  • the fuel inlet 10 is connected via connecting holes 17 to the part of the fuel chamber 11 delimited by the jacket tube 7, so that the fuel can flow through the fuel chamber 11 and via further connecting holes 18 into the nozzle body 5.
  • a piston-shaped valve element 12 is arranged in the nozzle body 5 so as to be longitudinally displaceable, which has a valve plate 112 at its outlet end, which protrudes through an injection opening 15 formed in the nozzle body 5.
  • a sealing surface 14 is formed on the valve plate 112, which interacts with a valve seat 13 surrounding the injection opening 15 to open and close the injection opening 15. If the valve element 12 moves out of the nozzle body 5, an annular gap is opened between the sealing surface 14 and the valve seat 13, through which fuel flows out of the fuel chamber 11. If the valve element 12 rests on the valve seat 13, the injection opening 15 is closed.
  • the valve element 12 is accommodated in a guide sleeve 20 at its end facing away from the valve plate 112. Between the guide sleeve 20 and a shoulder in the housing 2, a closing spring 21 is accommodated under pre-stressed pressure, which causes a closing force on the valve element 12 into the nozzle body 5.
  • the guide sleeve 20 lies away from the valve element 12 on a longitudinally movable bolt 22, which is connected to a magnet armature 24.
  • a damping piston 25 is arranged in the valve body 3, which causes damping during the closing movement of the valve element 12, so that the valve plate 112 rests on the valve seat 13 in a braked manner and the mechanical load is thereby reduced.
  • An electromagnet 26 is arranged in the magnet body 4 at the level of the bolt 22, which surrounds the magnet armature 24 in a ring shape and whose magnetic field is amplified and directed by an inner pole 27.
  • a force acts on the magnet armature 24, which pulls it against the force of the closing spring 21 in the direction of the outlet opening 15, so that the injection opening 15 is opened and fuel exits from the fuel chamber 11. If the current supply to the electromagnet 26 is stopped, the closing spring 21 presses the valve element 12 back into its closed position and the outlet opening 15 is closed again.
  • the valve element 12 is surrounded by a valve sleeve 31, which in turn is surrounded by a first bellows 30.
  • the bellows 30 is sealingly connected to the valve sleeve 31 and the valve sleeve 31 to the valve element 12 by a welded connection 32, so that the valve sleeve 31 moves longitudinally together with the valve element 12.
  • the other end of the bellows 30 is sealingly connected to a disk 28.
  • the first bellows 30 encloses a lubricant chamber 35, which extends past the closing spring 21, the magnet armature 24 and the damping piston 25 into the area of the valve body 3 facing away from the valve element. There, the lubricant chamber 35 is delimited by a second bellows 36, which forms a compensation chamber.
  • the volume of the lubricant chamber in the nozzle body 5 changes, which is compensated for by the second bellows 36.
  • several longitudinal bores 124 are formed in the magnet armature 24.
  • the lubricant chamber 35 is filled with a liquid lubricant, such as a suitable mineral oil, in order to lubricate the guide areas of the valve element 12 and thus enable low-friction movement of the valve element 12.
  • the jacket tube 7 is sealingly connected to the valve body 3 at its upper end in Fig. 1 by a seal 40 consisting of a first sealing ring 41 and a second sealing ring 42 being formed between the jacket tube 7 and the valve body 3.
  • the seal 40 prevents fuel from escaping from the fuel chamber 11 to the outside, which must always be ensured, especially with gaseous fuels.
  • the sealing rings 41, 42 are made of an elastic material, for example an elastomer.
  • An annular space 43 is formed between the two sealing rings 41, 42, between the jacket tube 7 and the valve body 3, which is connected to a return chamber 45 via a connecting bore 47.
  • the return chamber 45 is in the form of several, interconnected bores in the housing 2 and extends from the valve body 3 via the magnet body 4 into the nozzle body 5. In the return chamber 45 there is always a low pressure which is lower than the pressure in the fuel chamber 11, preferably ambient pressure.
  • Fig. 2 shows this area of the injector 1 again for clarification in an enlarged view of the section of Fig. 1 designated II.
  • the connection between the magnet body 4 and the nozzle body 5 is formed by a seal 60 which comprises a first sealing ring 61 which is clamped between the magnet body 4 and the nozzle body 5. If fuel from the fuel chamber 11 passes the sealing ring 61, it also reaches the return chamber 45.
  • a second sealing ring 62 is arranged on the inside of the nozzle body 5 and seals the return chamber 45 against the fuel present inside the nozzle body 5. Further seals are arranged between the magnet body 4 and the valve body 3 at the level of the damping piston 25 in the form of a seal 70 and between the inside of the valve body 3 and the connection body 6 in the form of a seal 80, with both seals 70, 80 being formed by sealing rings.
  • the seals 40, 50, 60, 70, 80 are arranged in such a way that fuel escaping from the fuel chamber 11 is collected in the return chamber 45 and drained via the return line.
  • the injector 1 can therefore be dismantled non-destructively for the purpose of repair and reassembled after reconditioning or replacing the individual parts without affecting the tightness of the fuel chamber 11.
  • fuel flowing out via the return line 46 is an indication of a leak at the injector 1, this can be used to detect leaks.
  • a corresponding sensor is installed in the return line 46, which reports a malfunction when a predeterminable concentration of fuel in the return line 46 is exceeded, so that the relevant injector 1 can be replaced or repaired.

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Abstract

Injektor (1) zur dosierten Abgabe eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffs, mit einem Gehäuse (2), das einen mit Brennstoff unter einem Einspritzdruck befüllbaren Brennstoffraum (11) aufweist und einen Ventilkörper (3), der von einem Mantelrohr (7) umgeben ist, wobei zwischen dem Ventilkörper (3) und dem Mantelrohr (7) ein Zwischenraum ausgebildet ist, der Teil des Brennstoffraums (11) ist, wobei ein Ende des Mantelrohrs (7) mit dem Ventilkörper (3) eine Dichtstelle (40) ausbildet, um den Brennstoffraum (11) nach außen abzudichten. Im Gehäuse (2) ist ein Rücklaufraum (45) ausgebildet, der mit einer Rücklaufleitung (46) verbunden ist und der vom Brennstoffraum (11) durch die Dichtstelle (40) getrennt ist.

Description

Titel
Injektor für flüssige oder gasförmige Brennstoffe und Verfahren zum Betreiben eines solchen Injektors
Die Erfindung geht von einem Injektor zu dosierten Abgabe eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs aus, wie er vorzugsweise verwendet wird, um Brennstoff in einen Brennraum oder einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine einzubringen.
Stand der Technik
Bei Verbrennungsmotoren, die mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen betrieben werden, wird der Brennstoff entweder in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine oder direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eindosiert. Dabei kommen Injektoren zum Einsatz, die mit dem verdichteten und damit unter einem Einspritzdruck stehenden Brennstoff versorgt werden und diesen elektrisch gesteuert zum gewünschten Zeitpunkt und in der benötigten Menge abgeben. Die Injektoren weisen dazu ein bewegliches Ventilelement auf, das über einen Elektromagneten oder einen anderen elektrischen Aktor bewegbar ist, wobei durch die Bewegung des Ventilelements eine Dosieröffnung aufgesteuert oder geschlossen wird. Ein solcher Injektor ist beispielsweise aus der DE 10 2021 200 689 A1 bekannt und umfasst eine kolbenförmige Düsennadel als Ventilelement, die längsverschiebbar im Gehäuse des Injektors angeordnet ist. Der Brennstoff wird innerhalb des Injektors durch einen Brennstoffraum geleitet und gelangt so von einem Ende, an dem sich der Brennstoffeinlass befindet, an das auslassseitige Ende, an dem die Einspritzöffnung ausgebildet ist. Zur reibungsarmen Lagerung des Ventilelements ist dieses von einem Schmierstoffraum umgeben. Um eine Vermischung von Brennstoff und Schmierstoff zu verhindern, sind beide Räume des Injektors gegeneinander abgedichtet. Der Injektor besteht aus mehreren Bauteilen, die bei der Montage miteinander verbunden werden. Dort, wo die Bauteile aneinander grenzen, müssen Dichtungen ausgebildet sein, um einerseits ein Austreten des Brennstoffs aus dem Injektor und andererseits eine Vermischung von Schmierstoff und Brennstoff sicher zu verhindern. Insbesondere bei der Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff ist dies aufwendig, da Wasserstoff sehr leicht auch in kleine Spalte eindiffundieren kann.
Injektoren für große Brennkraftmaschinen werden für lange Laufleistungen konzipiert und sind entsprechend kostenintensiv. Deshalb werden solche Injektoren, wenn deren Funktion durch Verschleiß gemindert ist, häufig wieder instand gesetzt, um sie weiter verwenden zu können. Dazu muss der Injektor zerlegt werden, um die einzelnen Bauteile entweder auszutauschen oder - ggf. nach einer Reinigung - weiterzuverwenden. Eine Abdichtung der Bauteile untereinander und nach außen durch Schweißverbindungen kommt deshalb regelmäßig nicht in Frage, da sich Schweißverbindungen nicht zerstörungsfrei lösen lassen und deshalb eine Demontage erschweren oder unmöglich machen.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Injektor weist den Vorteil auf, dass ein zerstörungsfreies Zerlegen des Injektors in seine einzelnen Bauteile ermöglicht wird und gleichzeitig eine sichere Abdichtung der Brennstoff führenden Teile des Injektors gewährleistet ist. Dazu weist der Injektor ein Gehäuse auf, das einen Ventilkörper mit einem Brennstoffeinlass umfasst, über den ein im Gehäuse ausgebildeter Brennstoffraum mit Brennstoff befüllbar ist. Der Ventilkörper ist von einem Mantelrohr umgeben, wobei zwischen dem Mantelrohr und dem Ventilkörper ein Zwischenraum ausgebildet ist, der Teil des Brennstoffraums ist, wobei ein Ende des Mantelrohrs mit dem Ventilkörper eine Dichtstelle ausbildet, um den Brennstoffraum nach außen abzudichten. Im Gehäuse ist ein Rücklaufraum ausgebildet, der mit einer Rücklaufleitung verbunden ist und der vom Brennstoffraum durch die Dichtstelle getrennt ist.
Der Rücklaufraum dient der Aufnahme von Brennstoff, der durch Undichtigkeiten an der Dichtstelle oder durch Mikro-Leckage die Dichtstelle passiert, wie dies insbesondere bei der Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff auftreten kann. Der in den Rücklaufraum gelangte Brennstoff wird über eine Rücklaufleitung aus dem Injektor abgeleitet, so dass der Rücklaufraum stets auf einem niedrigen Druck gehalten werden kann. Da an den Dichtungen deshalb eine gewisse Leckage tolerierbar ist, wird eine Instandsetzung des Injektors durch Austausch oder Aufbereitung einzelner Bauteile ermöglicht. Diese Funktion bleibt auch nach der Demontage und dem Wiederzusammenfügen der Bauteile erhalten.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Dichtstelle einen ersten Dichtring und einen zweiten Dichtring, die parallel zueinander angeordnet sind und die zwischen dem Mantelrohr und dem Ventilkörper geklemmt sind, wobei der durch die Dichtringe begrenzte Ringraum mit dem Rücklaufraum verbunden ist. Gelangt Brennstoff am ersten Dichtring vorbei aus dem Brennstoffraum, so wird dieser Brennstoff in den Rücklaufraum geleitet und über die Rücklaufleitung abgeführt. Der zweite Dichtring stellt sicher, dass der gesamte austretende Brennstoff auf diese Weise vom Rücklaufraum aufgenommen wird. Eine solche Dichtung kann in vorteilhafter Weise auch zwischen einem Düsenkörper und dem Mantelrohr ausgebildet sein, wobei der Düsenkörper das brennraumseitige Ende des Injektors bildet, in dem eine Einspritzöffnung ausgebildet ist.
In weiterer vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung umgeben die Dichtringe den Ventilkörper. Die so gebildete rotationssymmetrische Abdichtung ermöglicht große Freiheiten bei der Konstruktion und damit eine leichte Anpassung des Injektors an verschiedene Einbausituationen. Vorzugsweise sind die Dichtringe aus einem elastischen Material gefertigt, insbesondere aus einem Elastomer.
In Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass zwischen dem Düsenkörper und einem Magnetkörper eine Dichtstelle ausgebildet ist, wobei der Magnetkörper einen Elektromagneten umgibt. Dadurch lässt sich der Innenbereich des Injektors gegen den Brennstoff abdichten, um die dortigen Bauteile vor dem Brennstoff zu schützen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ventilelement zumindest abschnittsweise von einem ersten Wellbalg umgeben, der einen mit einem Schmierstoff befüllbaren Schmierstoffraum begrenzt. Dieser lässt sich durch die erfindungsgemäßen Abdichtungen gegen den Brennstoff abdichten, so dass die Schmierung des Ventilelements über Lebensdauer erhalten bleibt.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des vorgeschlagenen Injektors wird der Druck im Rücklaufraum auf einem Druck gehalten, der unter dem Druck im Brennstoffraum liegt Dies verhindert, dass Gas oder Flüssigkeit aus dem Rücklaufraum in den Brennstoffraum gelangt und dort zu Verunreinigungen oder Beschädigungen führt. Dabei ist der Druck im Rücklaufraum vorzugsweise Umgebungsdruck.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Injektors dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Injektor, wobei nur die wesentlichen Teile des Injektors gezeigt sind,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des mit II bezeichneten Ausschnitts von Fig. 1.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Injektor zur dosierten Abgabe von flüssigem oder gasförmigem Brennstoff im Längsschnitt dargestellt, wobei der Injektor 1 insbesondere dazu ausgebildet ist, Brennstoff in einem Brennraum oder einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine abzugeben. Der Injektor 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das einen Ventilkörper 3 mit einem Anschlusskörper 6, einen Magnetkörper 4 und einen Düsenkörper 5 umfasst, die aneinander angrenzen und durch eine nicht näher dargestellte Spannvorrichtung gegeneinander in Längsrichtung verspannt oder durch Schraubverbindungen verbunden sind. Der Ventilkörper 3 ist von einem hohlzylindrischen Mantelrohr 7 umgeben, so dass zwischen dem Ventilkörper 3 und dem Mantelrohr 7 ein Ringraum gebildet wird. Dieser Ringraum ist Teil eines Brennstoffraums 11 , der über den in den Ventilkörper 3 eingeschraubten Anschlusskörper 6 und einen darin ausgebildeten Brennstoffeinlass 10 mit gasförmigem oder flüssigem Brennstoff unter einen Einspritzdruck befüllbar ist. Der Einspritzdruck hängt vom verwendeten Brennstoff und der Art und dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ab und beträgt beispielsweise 30 bis 300 bar (3 bis 30 MPa) bei der Verwendung von gasförmigem Brennstoff, wie Wasserstoff oder Erdgas.
Der Brennstoffeinlass 10 ist über Verbindungsbohrungen 17 mit dem vom Mantelrohr 7 begrenzten Teil des Brennstoffraums 11 verbunden, so dass der Brennstoff durch den Brennstoffraum 11 und über weitere Verbindungsbohrungen 18 bis in den Düsenkörper 5 strömen kann. Im Düsenkörper 5 ist ein kolbenförmiges Ventilelement 12 längsverschiebbar angeordnet, das an seinem auslassseitigen Ende einen Ventilteller 112 aufweist, der durch eine im Düsenkörper 5 ausgebildete Einspritzöffnung 15 herausragt. Am Ventilteller 112 ist eine Dichtfläche 14 ausgebildet, die mit einem die Einspritzöffnung 15 umgebenden Ventilsitz 13 zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung 15 zusammenwirkt. Bewegt sich das Ventilelement 12 aus dem Düsenkörper 5 heraus, so wird zwischen der Dichtfläche 14 und dem Ventilsitz 13 ein Ringspalt aufgesteuert, durch den Brennstoff aus dem Brennstoffraum 11 nach außen strömt. Liegt das Ventilelement 12 am Ventilsitz 13 an, so ist die Einspritzöffnung 15 verschlossen.
Das Ventilelement 12 ist an seinem dem Ventilteller 112 abgewandte Ende in einer Führungshülse 20 aufgenommen. Zwischen der Führungshülse 20 und einem Absatz im Gehäuse 2 ist eine Schließfeder 21 unter Druckvorspannung aufgenommen, die eine Schließkraft auf das Ventilelement 12 in den Düsenkörper 5 hinein bewirkt. Die Führungshülse 20 liegt dem Ventilelement 12 abgewandt an einem längsbeweglich gelagerten Bolzen 22 an, der mit einem Magnetanker 24 verbunden ist. In Verlängerung des Bolzens 22 ist im Ventilkörper 3 ein Dämpfungskolben 25 angeordnet, der bei der Schließbewegung des Ventilelements 12 eine Dämpfung bewirkt, so dass der Ventilteller 112 gebremst auf dem Ventilsitz 13 aufsetzt und die mechanische Belastung dadurch reduziert wird.
Im Magnetkörper 4 ist auf Höhe des Bolzens 22 ein Elektromagnet 26 angeordnet, der ringförmig den Magnetanker 24 umgibt und dessen Magnetfeld durch einen Innenpol 27 verstärkt und gelenkt wird. Bei Bestromung des Elektromagneten 26 wirkt eine Kraft auf den Magnetanker 24, der diesen gegen die Kraft der Schließfeder 21 in Richtung der Auslassöffnung 15 zieht, so dass die Einspritzöffnung 15 aufgesteuert wird und Brennstoff aus dem Brennstoffraum 11 austritt. Wird die Bestromung des Elektromagneten 26 beendet, so drückt die Schließfeder 21 das Ventilelement 12 zurück in seine Schließstellung und die Auslassöffnung 15 wird wieder verschlossen.
Das Ventilelement 12 ist von einer Ventilhülse 31 umgeben und diese wiederum von einem ersten Wellbalg 30. Durch eine Schweißverbindung 32 ist der Wellbalg 30 dichtend mit der Ventilhülse 31 verbunden und die Ventilhülse 31 mit dem Ventilelement 12, so dass sich die Ventilhülse 31 zusammen mit dem Ventilelement 12 in Längsrichtung bewegt. Das andere Ende des Wellbalgs 30 ist mit einer Scheibe 28 dichtend verbunden. Der erste Wellbalg 30 umschließt einen Schmierstoffraum 35, der sich an der Schließfeder 21 , dem Magnetanker 24 und dem Dämpfungskolben 25 vorbei bis in den ventilelementabgewandten Bereich des Ventilkörpers 3 erstreckt. Dort wird der Schmierstoffraum 35 von einem zweiten Wellbalg 36 begrenzt, der einen Ausgleichsraum bildet. Bei der Bewegung des Ventilelements 12 in Öffnungs- und Schließrichtung ändert sich das Volumen des Schmierstoffraums im Düsenkörper 5, was durch den zweiten Wellbalg 36 ausgeglichen wird. Um ein ungehindertes Fließen des Schmierstoffs im Bereich des Magnetankers 24 zu ermöglichen, sind im Magnetanker 24 mehrere Längs- bohrungen 124 ausgebildet. Der Schmierstoffraum 35 ist mit einem flüssigen Schmierstoff, etwa einem geeigneten Mineralöl, befüllt, um die Führungsbereiche des Ventilelements 12 zu schmieren und damit eine reibungsarme Bewegung des Ventilelements 12 zu ermöglichen.
Das Mantelrohr 7 ist an seinem in der Fig. 1 oberen Ende mit dem Ventilkörper 3 dichtend verbunden, indem eine Dichtung 40 bestehend aus einem ersten Dichtring 41 und einem zweiten Dichtring 42 zwischen dem Mantelrohr 7 und dem Ventilkörper 3 ausgebildet ist. Die Dichtung 40 verhindert das Austreten von Brennstoff aus dem Brennstoffraum 11 nach außen, was insbesondere bei gasförmigen Brennstoffen stets sichergestellt sein muss. Die Dichtringe 41 , 42 sind aus einem elastischen Material gefertigt, beispielsweise einem Elastomer. Zwischen den beiden Dichtringen 41 , 42 ist zwischen dem Mantelrohr 7 und dem Ventilkörper 3 ein Ringraum 43 ausgebildet, der mit einem Rücklaufraum 45 über eine Verbindungsbohrung 47 verbunden ist. Da an Dichtungen eine geringe Mikro-Leckage nur schwer ganz zu verhindern ist, wird eventuell austretenden Brennstoff im Rücklaufraum 45 aufgenommen und über eine Rücklaufleitung 46 aus dem Injektor 1 abgeführt. Der Rücklaufraum 45 ist in Form von mehreren, miteinander verbundenen Bohrungen im Gehäuse 2 ausgebildet und erstreckt sich vom Ventilkörper 3 über den Magnetkörper 4 bis in den Düsenkörper 5. Im Rücklaufraum 45 ist dabei stets ein niedriger Druck vorhangen, der geringer ist als der Druck im Brennstoffraum 11 , vorzugsweise Umgebungsdruck.
Das gegenüberliegende, zweite Ende des Mantelrohrs 7 bildet mit dem Düsenkörper 5 eine zweite Dichtung 50 aus, die ebenfalls aus zwei parallelen Dichtringen 51 , 52 besteht, die einen Ringraum 53 begrenzen. Auch hier ist der Ringraum 53 über eine Verbindungsbohrung 48 mit dem Rücklaufraum 45 verbunden, so dass der den ersten Dichtring 51 möglicherweise überwindende Brennstoff über den Rücklaufraum 45 abgeführt wird. Fig. 2 zeigt diesen Bereich des Injektors 1 zur Verdeutlichung nochmals in einer vergrößerten Darstellung des mit II bezeichneten Ausschnitts der Fig. 1.
Die Verbindung zwischen dem Magnetkörper 4 und dem Düsenkörper 5 wird durch eine Dichtung 60 gebildet, die einen ersten Dichtring 61 umfasst, der zwischen dem Magnetkörper 4 und dem Düsenkörper 5 geklemmt ist. Gelangt Brennstoff aus dem Brennstoffraum 11 am Dichtring 61 vorbei, so gelangt er auch hier in den Rücklaufraum 45. An der Innenseite des Düsenkörpers 5 ist ein zweiter Dichtring 62 angeordnet, der den Rücklaufraum 45 gegen den im Inneren des Düsenkörpers 5 anstehenden Brennstoff abdichtet. Weitere Dichtungen sind zwischen dem Magnetkörper 4 und dem Ventilkörper 3 auf Höhe des Dämpfungskolbens 25 in Form einer Dichtung 70 und zwischen dem Inneren des Ventilkörpers 3 und dem Anschlusskörper 6 in Form einer Dichtung 80 angeordnet, wobei beide Dichtungen 70, 80 durch Dichtringe gebildet werden.
Die Dichtungen 40, 50, 60, 70, 80 sind so angeordnet, dass aus dem Brennstoffraum 11 austretender Brennstoff im Rücklaufraum 45 gesammelt und über die Rücklaufleitung abgeleitet wird. Der Injektor 1 kann deshalb zum Zweck der Instandsetzung zerstörungsfrei demontiert und nach Aufbereitung oder Austausch der einzelnen Teile wieder zusammengesetzt werden, ohne dass die Dichtheit des Brennstoffraums 11 beeinträchtigt ist.
Da Brennstoff, der über die Rücklaufleitung 46 abfließt, ein Indiz für eine Undichtigkeit am Injektor 1 ist, kann dies zur Erkennung von Undichtigkeiten verwendet werden. In der Rücklaufleitung 46 wird ein entsprechender Sensor angebracht, der bei Überschreiten einer vorgebbaren Konzentration an Brennstoff in der Rücklaufleitung 46 eine Fehlfunktion meldet, so dass der betreffende Injektor 1 ausgetauscht oder instandgesetzt werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Injektor (1) zur dosierten Abgabe eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffs, mit einem Gehäuse (2), das einen mit Brennstoff unter einem Einspritzdruck befüllbaren Brennstoffraum (11) aufweist und einen Ventilkörper (3), der von einem Mantelrohr (7) umgeben ist, wobei zwischen dem Ventilkörper (3) und dem Mantelrohr (7) ein Zwischenraum ausgebildet ist, der Teil des Brennstoffraums (11) ist, wobei ein Ende des Mantelrohrs (7) mit dem Ventilkörper (3) eine Dichtstelle (40) ausbildet, um den Brennstoffraum (11) nach außen abzudichten, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) ein Rücklaufraum (45) ausgebildet ist, der mit einer Rücklaufleitung (46) verbunden ist und der vom Brennstoffraum (11) durch die Dichtstelle (40) getrennt ist.
2. Injektor (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtstelle (40) einen ersten Dichtring (41) und einen zweiten Dichtring (42) umfasst, die parallel zueinander angeordnet sind und die zwischen dem Mantelrohr (7) und dem Ventilkörper (3) geklemmt sind, so dass zwischen dem ersten Dichtring (41) und dem zweiten Dichtring (42) ein Ringraum (43) begrenzt wird, wobei der Ringraum (43) mit dem Rücklaufraum (45) verbunden ist.
3. Injektor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen Düsenkörper (5) umfasst, der das brennraumseitige Ende des Injektors (1) bildet und in dem ein eine Einspritzöffnung (15) steuerndes Ventilelement (12) angeordnet ist, wobei der Düsenkörper (5) mit dem Mantelrohr (7) eine zweite Dichtstelle (50) ausbildet und die Dichtstelle zwei parallele Dichtringe (51 ; 52) umfasst, die zwischen dem Mantelrohr (7) und dem Ventilkörper (3) geklemmt sind, wobei der Ringraum (53) zwischen den beiden Dichtringen (51 ; 52) mit dem im Ventilkörper (3) ausgebildeten Rücklaufraum (45) verbunden ist.
4. Injektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtringe (41 ; 42; 51 ; 52) den Ventilkörper (3) umgeben.
5. Injektor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtringe (41 ; 42; 51 ; 52) aus einem elastischen Material gefertigt sind, vorzugsweise einem Elastomer.
6. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (5) eine weitere Dichtstelle (60) mit einem Magnetkörper (4) ausbildet, wobei der Magnetkörper (4) einen Elektromagneten (26) umgibt.
7. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (12) zumindest abschnittsweise von einem ersten Wellbalg (30) umgeben ist, der einen mit einem Schmierstoff befüllbaren Schmierstoffraum (35) begrenzt.
8. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung (46) ein Brennstoffsensor zur Ermittlung der Brennstoffkonzentration angeordnet ist.
9. Verfahren zum Betreiben eines Injektors nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklaufraum (45) auf einem Druck gehalten wird, der kleiner als der Druck im Brennstoffraum (11) ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Rücklaufraum (45) Umgebungsdruck herrscht (0,1 MPa absolut).
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