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Die
Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, der mit einem piezoelektrischen
Aktor als Ventilantrieb ausgebildet ist. Der Aktor betätigt eine
Servoventileinheit, die eine Registerdüse mit zwei koaxial angeordneten
Düsennadeln
steuert und somit die im unteren Teil des Kraftstoffinjektors angeordneten zwei
Reihen mit Spritzlöchern öffnet oder
verschließt. Mit
einem solchen Kraftstoffinjektor können durch gezieltes Öffnen oder
Schließen
sowohl kleine als auch große
Einspritzmengen gesteuert werden.
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Für zukünftige Einspritzsysteme
ist jedoch eine weitere Steigerung der Anforderungen, insbesondere
zur Erfüllung
gesetzlicher Vorschriften hinsichtlich kleinster Einspritzmengen
im gesamten Druckbereich zu erwarten. Gleichzeitig wird eine Zunahme
der Maximaleinspritzung gefordert, um eine größere Motorleistung zu erzeugen.
Zur Erfüllung dieser
Anforderungen werden sehr komplex aufgebaute Injektoren gefertigt,
die auch in einer Großserie nur
mit relativ hohen Kosten herstellbar sind.
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Aus
der
EP 09 786 49 A2 ist
ein Einspritzventil mit einer Registerdüse bekannt, die zwei Einspritzdüsenkreise
mit zugeordneten zwei Düsennadeln aufweist.
Das Einspritzventil hat ein Gehäuse,
in dem ein Piezo-Aktor als Ventilantrieb und ein Düsenkörper angeordnet
sind. Am unteren Ende des Düsenkörpers sind
zwei übereinander
liegende Reihen von Spritzlöchern
ausgebildet, die von den Düsennadeln verschließbar sind
beziehungsweise auch einzeln geöffnet
werden können.
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Die
innere Düsennadel
wird durch einen Mitnahmemechanismus von der äußeren Düsenadel betätigt und ist somit nicht unabhängig steuerbar.
Die innere Düsennadel
steuert in ihrer Schließposition beziehungsweise
Offenposition den Kraftstofffluss durch die zweite Reihe von Spritzlöchern. Der
Piezo-Aktor steuert über ein
Servoventil die äußere Düsennadel.
Das Servoventil weist eine entsprechend ausgebildete Steuerkammer
auf, die von einem Schließglied
geöffnet
oder verschlossen werden kann, wobei das Schließglied vom Aktor betätigt wird. Beim Öffnen der
Steuerkammer wird durch Kraftstoffabfluss über eine Leckageleitung Druck
abgebaut und dadurch die Düsennadel
von ihrem Ventilsitz abgehoben und die zugeordneten ersten Spritzlöcher freigegeben.
Bei weiter sinkendem Druck in der Steuerkammer wird dann über den
Mitnahmemechanismus die innere Düsennadel
angehoben und somit auch die zweite Reihe von Spritzlöchern freigegeben. Eine
separate, unabhängige
Steuerung der beiden Düsenadeln
ist mit dieser Anordnung nicht möglich.
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Ein
weiterer Common Rail Injektor ist aus der
DE 199 36 668 A1 bekannt.
Hier wird vorgeschlagen, eine Düsennadel
mittels eines Steuerraumes in ihrer Offen- oder Schließposition
zu steuern. Der Steuerraum ist in einer Ausnehmung des Injektorgehäuses angeordnet
und wird von einer Hülse
von einem Düsenfederraum
so abgekapselt, dass der Steuerraum und der Düsenfederraum lediglich über eine
Zuführdrossel
hydraulisch miteinander gekoppelt sind. Die Hülse wird zur Abdichtung mittels
einer Feder gegen eine Wandung der Ausnehmung gedrückt.
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Aus
der
JP 2002 322
970 AA ist ein Kraftstoffinjektor mit einem Aktor bekannt,
der eine Servoventileinheit betätigt. Über dies
ist eine Registerdüse vorgesehen,
bei der zwei koaxial angeordnete Düsennadeln steuerbar sind. Hierdurch
werden zwei getrennt angeordnete Reihen mit Spritzlöchern geöffnet oder
sind verschließbar.
Der Kraftstoffinjektor weist einen inneren und einen äußeren Steuerraum auf,
wobei jedem Steuerraum eine der beiden Düsennadeln zugeordnet ist. Die
beiden Steuerräume
sind durch eine angepasste obere Nadelführung für die innere Düsennadel
gegeneinander abgedichtet. Jeder Steuerraum ist einzeln und ohne
Beeinflussung des jeweils anderen Steuerraums steuerbar.
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Aus
der
EP 10 412 72 A2 ist
ein Kraftstoffinjektor bekannt, der eine Ventilnadel aufweist, die
in einer ersten Bohrung verschiebbar ist. Eine Fläche, die
der Ventilnadel zugeordnet ist, ist dem Kraftstoffdruck in einer
ersten Steuerkammer ausgesetzt und eine Bewegung der Ventilnadel
weg von dem Ventilnadelsitz ist durch ein bewegbares Stoppelement
begrenzt. Das Stoppelement weist eine Fläche auf, die einem Kraftstoffdruck
in einer zweiten Steuerkammer ausgesetzt ist. Der Kraftstoffinjektor
umfasst ferner Steuerventilmittel, um den Kraftstoffdruck in der
ersten und in der zweiten Steuerkammer zu steuern, um die Bewegung
der Ventilnadel und des Stoppelements zu steuern.
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Die
DE 103 09 387 A1 offenbart
eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Ventilelement, das
ein Durchgangsloch aufweist. Wenn das Ventilelement gegen einen
Ventilsitz ausgesetzt ist, wird eine Kraftstoffströmung von
einer stromaufwärtigen Seite
von Kraftstoffeinspritzlöchern
in die Kraftstoffeinspritzlöcher
blockiert. Ein Stab ist in das Durchgangsloch eingesetzt und ein
Ventilelement ist relativ zu dem Stab hin- und herbewegbar. Wenn
das Ventilelement gegen den Ventilsitz aufgesetzt ist, ist ein Blockierabschnitt
des Stabes mit einem Lochsitz im Eingriff. Somit wird eine Strömung des
Kraftstoffs von dem Durchgangloch in die Einspritzlöcher blockiert. Eine
Druckaufnahmefläche
des Ventilelements, die den Kraftstoffdruck von dem Hochdruckkraftstoff
in einer Steuerkammer aufnimmt, ist um einen Betrag einer Querschnittsfläche des
Durchgangslochs verringert, so dass eine Kraft, die auf das Ventilelement von
dem Kraftstoff in der Steuerkammer in eine Austrittsrichtung aufgebracht
wird, verringert ist.
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Aus
der
DE 10 2004
042 190 A1 ist ein Kraftstoffinjektor bekannt, der zwei
getrennt angeordnete Steuerräume
aufweist, wobei jeweils ein innerer und ein äußerer Steuerraum einen der
koaxial angeordneten Düsennadeln
steuert. Die Steuerung der beiden Steuerräume erfolgt mittels einer Servoventileinheit
mit zwei steuerbaren Kammern, deren beide Ventile von einem piezoelektrischen
Aktor betätigbar sind.
Eine erste Düsenfeder
ist in dem äußeren Steuerraum
angeordnet und über
einen Anschlagring drückt
sie die innere Düsennadel
gegen ihren Ventilsitz. Im inneren Steuerraum ist keine Düsenfeder
angeordnet, so dass ein Steuervolumen entsprechend klein ausgebildet
werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kraftstoffinjektor
dahingehend zu verbessern, dass der Kraftstoffinjektor einfacher
aufgebaut ist. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor
mit einer Registerdüse
ist vorgesehen, dass ein innerer und ein äußerer Steuerraum jeweils einer
Düsennadel
zugeordnet sind.
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Als
besonders vorteilhaft wird angesehen, dass die beiden Steuerräume lediglich
durch eine für die
innere Düsennadel
angepasste Nadelführung
gegeneinander abgedichtet sind. Weitere zur Abdichtung erforderlichen
Bauteile, insbesondere eine Dichthülse zwischen den beiden Düsennadeln
wird nicht benötigt,
so dass die Konstruktion vereinfacht und sich die Herstellkosten
für den
Kraftstoffinjektor reduzieren. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ergibt
sich der weitere Vorteil, dass die beiden Düsennadeln durch zwei unabhängige Steuerräume einzeln
gesteuert werden können.
Dadurch ist eine optimale Zumessung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge
möglich,
die für
alle Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine optimiert werden
kann. Mit dieser verbesserten Injektorfunktion können beispielsweise gesetzliche
Vorgaben zur Erfüllung
von Abgasemissionen leichter erfüllt
werden.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen
Kraftstoffinjektors gegeben. Besonders vorteilhaft erscheint die
Lösung,
dass die innere Düsennadel
in ihrem unteren Bereich in der äußeren Düsenadel
und in ihrem oberen Bereich durch eine Nadelführungsplatte bis zum inneren
Steuerraum geführt
ist. Durch diese zweifache Nadelführung wird einerseits die innere
Düsennadel
in axialer Richtung sicher und spielfrei geführt. Andererseits ist wenigstens
die obere der beiden Nadelführungen
druckdicht ausgeführt,
so dass die beiden Steuerräume
abdichtend voneinander getrennt werden.
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Als
weitere vorteilhafte Lösung
ist vorgesehen, die obere Nadelführung
für die
innere Düsennadel
feststehend auszubilden. Diese obere Nadelführung ist als Scheibe ausgeführt, die
unterhalb der Servoventileinheit angeordnet ist und beispielsweise weitere
Funktionen wie die Aufnahme von Hochdruckleitungen, Ablaufleitungen
usw. erfüllen
kann.
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Die
untere Nadelführung
ist innerhalb der äußeren Düsennadel
angeordnet und führt
die innere Düsennadel.
Diese Nadelführung
ist beispielsweise durch eine entsprechende Verdickung der inneren Düsennadel
leicht herstellbar. Zusätzliche
Bauelemente zur Abdichtung, beispielsweise eine Dichthülse oder
Druckfeder sind nicht erforderlich und können eingespart werden. Dadurch
ergeben sich günstigere
Montage- und Materialkosten.
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Damit
die beiden Steuerräume
wirkungsvoll und unabhängig
voneinander verwendbar sind, ist für jeden Steuerraum eine separate
Zulaufdrossel vorgesehen. Desgleichen ist für jeden Steuerraum eine separate
Ablaufdrossel vorgesehen, so dass beim Öffnen der beiden Ventilnadeln
der abfließende
Kraftstoff über
den Niederdruckbereich abfließen
kann.
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Durch
die beiden unabhängig
voneinander steuerbaren Ventilnadeln gelingt es, die einzuspritzende
Kraftstoffmenge individuell und optimal in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine zu steuern. Beispielsweise können kleinste
Einspritzmengen über
eine Reihe mit kleinen Spritzlöchern
und kurzen Öffnungsimpulsen
gesteuert werden. Dagegen wird die größte Einspritzmenge erzielt,
wenn beide Reihen mit Spritzlöchern
möglichst
lange geöffnet
bleiben.
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Zum
sicheren Schließen
der Spritzlöcher
ist vorgesehen, dass im nicht angesteuerten Zustand die innere Düsennadel
mittels einer als Druckfeder ausgebildeten inneren Düsenfeder
gegen ihren Düsensitz
gepresst wird. Dadurch ist sichergestellt, dass ein Nachtropfen
von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine in jedem
Fall unterbunden wird.
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Für die äußere Düsenadel
ist eine äußere Düsenfeder
vorgesehen, die ebenfalls als Druckfeder ausgebildet ist. Die äußere Düsenfader
ist vorzugsweise im äußeren Steuerraum
angeordnet und drückt
die äußere Düsenadel
gegen ihren Ventilsitz. Dadurch werden auch die der äußeren Düsennadel zugeordneten Spritzlöcher sicher
verschlossen, wenn die äußere Düsennadel
nicht angesteuert ist.
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Die
Nadelführungsplatte
weist vorteilhaft eine hülsenförmige Verlängerung
auf. Diese Verlängerung
ist zur Aufnahme der äußeren Düsennadel ausgebildet,
die dadurch sicher geführt
wird.
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In
die hülsenförmige Verlängerung
wird vorteilhaft eine äußere Zulaufdrossel
angeordnet, durch die der äußere Steuerraum
mit Kraftstoff gefüllt
werden kann.
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Günstig erscheint
auch, die äußere Düsennadel
mit einer abgestuften Hohlbohrung auszubilden, an die die innere
Düsennadel
angepasst ist. Eine solche Stufenbohrung lässt sich insbesondere bei größeren Längen leichter
passgenau herstellen. Auch die Ausbildung eines Verstärkungsringes
am äußeren Umfang
der äußeren Düsenadel
vereinfacht die Ausbildung einer Hubbegrenzung für die äußere Düsennadel.
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Zur
separaten Steuerung der beiden Düsennadeln
ist vorgesehen, dass die Servoventileinheit zwei getrennte Kammern
aufweist, die von zwei Ventilen steuerbar sind.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung ein Schnittbild eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors
und
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2 zeigt
einen Ausschnitt des in 1 dargestellten Kraftstoffinjektors
im Bereich der oberen Nadelführung.
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Zunächst wird
an Hand von 1 der Aufbau eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 10 erläutert. Der
Kraftstoffinjektor 10 ist aus mehreren Baugruppen zusammengesetzt.
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Unterhalb
eines Injektorgehäuses 1 sind eine
Servoventileinheit 2, eine Drosselplatte 14, eine Nadelführungsplatte 15 und
ein Düsenkörper 23 angeordnet.
Die einzelnen Baugruppen werden mittels einer Düsenspannmutter 19 druckdicht
zusammengefügt,
wobei die Düsenspannmutter 19 von
unten über
den Düsenkörper 23 geschoben
und mit dem Injektorgehäuse 1 fest
verschraubt wird.
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Das
Injektorgehäuse 1 weist
im wesentlichen eine Antriebseinheit 6 auf, die als piezoelektrischer Aktor
ausgebildet ist und in einer zentralen Ausnehmung des Injektorgehäuses 1 angeordnet
ist. Diese Ausnehmung bildet gleichzeitig einen Leckageraum 8, über den
das aus der Servoventileinheit 2 abfließende Fluid, beispielsweise
Benzin oder Dieselöl
in einen nicht näher
dargestellten Niederdruckbereich abfließen kann. Des weiteren ist
eine Hochdruckbohrung 7 vorgesehen, die mit einem unter
hohem Kraftstoffdruck stehenden Einspritzsystem, zum Beispiel einem
Common Rail Einspritzsystem in Verbindung steht. Die Hochdruckbohrung 7 ist
durch die einzelnen Baugruppen 1, 2, 14, 15 und 23 geführt, so
dass das Fluid bis zur unteren Spitze des Düsenkörpers 23 gelangen
kann.
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Die
Servoventileinheit 2 weist im wesentlichen eine Ausnehmung 27 auf,
in die zwei koaxial angeordnete Ventile 3, 4 angeordnet
sind und im oberen Teil die Ausnehmung 27 an entsprechend ausgeformten
Dichtsitzen verschlossen. Im unteren Teil wird die Ausnehmung 27 durch
eine obere Stirnfläche
der Drosselplatte 14 verschlossen. Zwischen dem inneren
Ventil 3 und dem äußeren Ventil 4 ist eine
Trennhülse 5 angeordnet.
Die Trennhülse 5 wird durch
eine Druckfeder gegen die obere Stirnfläche der Drosselplatte 14 gedrückt und
unterteilt somit den verbliebenen Raum der Ausnehmung 27 in
eine innere Kammer 25 und eine äußere Kammer 26. Die Druckfeder
stützt
sich mit ihrem oberen Ende gegen eine vorstehende Fläche des
inneren Ventils 3 ab, so dass dadurch beide Ventile 3, 4 gegen
ihren Sitz nach oben gedrückt
werden und in Ruhestellung die beiden Kammer 25, 26 verschließen. Die
beiden Ventile 3, 4 sind in ihrer Länge so bemessen,
dass sie in axialer Richtung nach unten ausweichen können, wenn
der Aktor 6 sich nach unten verlängert. Die beiden oberen Enden
der beiden Ventile 3, 4 sind unterschiedlich ausgebildet.
Bei Betätigung
des Aktors 6 wird zunächst
das innere Ventil 3 betätigt,
das sich dann nach unten bewegt. Erst nach Zurücklegen eines vorgegebenen
Weges wird auch das äußere Ventil 4 nach
unten bewegt. Je nachdem, wie groß der Hub des Aktors 6 ist,
werden somit die innere Kammer 25 und auch die äußere Kammer 26 geöffnet, so
dass der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in den Leckageraum 8 abfließen kann.
Durch diese individuelle Betätigung
der beiden Ventile 3, 4 können die beiden Düsennadeln 20, 22 individuell gesteuert
werden, wie später
noch näher
erläutert wird.
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Unterhalb
der Servoventileinheit 2 ist die Drosselplatte (Zwischenplatte) 14 angeordnet.
Sie weist eine Ausnehmung auf, die an ihrem oberen Ende halbkugelförmig oder
zylinderförmig
abgeschlossen ist. Diese Ausnehmung bildet einen inneren Steuerraum
(erster Steuerraum) 12, der von der inneren Düsennadel 20 begrenzt
ist. Durch den Druck im inneren Steuerraum 12 ist die Lage
der inneren Düsennadel 20 steuerbar,
die in axialer Verlängerung
bis zu ihrem Ventilsitz in der unteren Spitze des Düsenkörpers 23 geführt ist.
Der erste Steuerraum 12 ist im Bereich des halbkugelförmigen Raumes über eine
innere Zulaufdrossel 11 mit der Hochdruckleitung 7 verbunden,
wobei deren Verbindungsleitung aus fertigungstechnischen Gründen vorzugsweise
wenigstens teilweise in der Dichtfläche zwischen der Servoventileinheit 2 und
der Drosselplatte 14 ausgebildet ist. Des Weiteren ist
der halbkugelförmige
Raum mit einer Ablaufleitung 9 verbunden, die auch als
Ablaufdrossel ausgebildet sein kann und bis zur inneren Kammer 25 geführt ist.
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Innerhalb
des ersten Steuerraumes 12 ist eine innere Düsefeder 21 angeordnet,
die sich gegen eine obere Deckenfläche des ersten Steuerraumes 12 abstützt und
mit ihrem unteren Ende gegen einen Absatz der inneren Düsennadel 20 drückt, so
dass die innere Düsennadel 20 gegen
ihren unteren Ventilsitz im Düsenkörper 23 gepresst
wird und dadurch die inneren Spritzlöcher 28 verschließt.
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An
die Drosselplatte 14 schließt sich nach unten hin eine
Baugruppe an, die als Nadelführungsplatte 15 bezeichnet
wird. Die Nadelführungsplatte 15 ist
scheibenförmig
ausgebildet und weist nach unten hin eine innere Verlängerung
auf, die im wesentlichen als äußere Nadelführung 32 für die äußere Düsennadel 22 ausgebildet
ist. Oberhalb und unterhalb der Nadelführungsplatte 15 ist
der obere beziehungsweise der untere Steuerraum 12, 13 angeordnet,
so dass die beiden Steuerräume 12, 13 durch
die Nadelführungsplatte 15 dauerhaft
getrennt sind. Die Nadelführungsplatte 15 bildet
mit ihrer zentralen Bohrung eine feststehende obere Nadelführung 16 aus,
durch die die innere Düsenadel 20 in
ihrem oberen Bereich spielfrei geführt wird. Die obere Nadelführung 16 ist in
ihrer Ausgestaltung und ihren Abmessungen derart ausgebildet, dass
die obere Nadelführung 16 zusammen
mit der inneren Düsennadel 20 die
beiden Steuerräume 12, 13 hochdruckfest
trennt und abdichtet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die innere Düsennadel 20 im
Bereich der Nadelführung 16 mit
einem verstärkten
Ring ausgebildet, der in eine entsprechend geformte Führungsbohrung
der oberen Nadelführung 16 mit
engem Spiel und abdichtend eingepasst ist. Eine Trennhülse ist
nicht erforderlich. Der im ersten Steuerraum 12 unter hohem Druck
stehende Kraftstoff kann somit über
die innere Düsenadel 20 nicht
in den äußeren Steuerraum 13 gelangen
und umgekehrt.
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Unterhalb
der oberen Nadelführung 16 ist der äußere Steuerraum
(zweiter Steuerraum) 13 angeordnet. Er wird nach oben hin
von der Nadelführungsplatte 15 mit
der inneren Düsennadel 20 und seitlich
von der inneren Verlängerung 32 begrenzt. Nach
unten hin wird der äußere Steuerraum 13 von einer
Stirnfläche
der äußeren Düsennadel 22 begrenzt.
Durch den Innen raum des äußeren Steuerraumes 13 läuft die
innere Düsennadel 20.
Des weiteren ist eine äußere Düsenfeder
angeordnet. Die äußere Düsenfeder
drückt
auf die Stirnfläche
der äußeren Düsennadel 22 und
presst die äußere Düsennadel 22 gegen
ihren Ventilsitz, so dass die in der Düsenspitze des Düsenkörpers 23 liegenden äußeren Spritzlöcher 30 geschlossen
sind.
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Der äußere Steuerraum 13 ist über eine äußere Zulaufdrossel 31 mit
der Hochdruckleitung 7 verbunden, so dass der Kraftstoff
in den äußeren Steuerraum 13 fließen kann
und sich hier etwa ein gleich hohe Druck aufbaut wie in der Hochdruckleitung 7.
Die äußere Zulaufdrossel 31 ist
vorzugsweise über
eine hülsenförmige Verlängerung
in der Nadelführungsplatte 15 eingebracht.
Des weiteren ist der äußere Steuerraum 13 über eine
Ablaufbohrung 17 durch die Nadelführungsplatte 15 und
die Drosselplatte 14 hindurch mit der äußeren Kammer 26 verbunden.
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Zur
Führung
der äußeren Düsennadel 22 ist die
Nadelführungsplatte 15 hülsenförmig nach
unten hin verlängert,
so dass ihre zentrale Bohrung zur Aufnahme der äußeren Düsennadel 22 geeignet
ist. Diese hülsenförmige Verlängerung
ist als äußere Nadelführung 32 für die äußere Düsennadel 22 ausgebildet.
Am unteren Ende der äußeren Nadelführung 32 ist
eine Anschlagscheibe 18 vorgesehen, gegen die die äußere Düsenadel 22 anschlägt, wenn
sie sich von ihrem Ventilsitz abhebt und die äußeren Spritzlöcher 30 freigibt.
Die äußere Düsennadel 22 weist
an ihrem äußeren Umfang
unterhalb der hülsenförmigen Verlängerung 32 einen
Verstärkungsring
mit einer oberen Auflagefläche
auf. Mit dieser Auflagefläche stößt die äußere Düsennadel 22 gegen
den Anschlagring 18, wenn sie sich von ihrem unteren Ventilsitz
nach oben hin bewegt.
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Die äußere Düsennadel 22 kann
in den äußeren Steuerraum 13 hinein
verlängert
und zur Führung
der äußeren Düsenfeder
ausgebildet sein.
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Im
unteren Bereich setzt die äußere Düsenmadel 22 mit
ihrer Spitze auf einen kegelförmig
ausgebildeten Ventilsitz innerhalb des Düsenkörpers 23 auf, um die
zugeordneten Spritzlöcher 30 zu
schließen.
Eine weitere Führung
ist nicht erforderlich, sie kann bei Bedarf jedoch vorgesehen werden.
Die äußere Düsennadel 22 ist
als Hohlnadel ausgebildet und nimmt die innere Düsenadel 20 auf. Zur
Führung der
inneren Düsenadel 20 weist
die äußere Düsennadel 22 an
der Innenseite eine zweite, untere Nadelführung 24 auf, die
in einer Längsbohrung
im unteren Teil der äußeren Düsenadel 22 angeordnet
ist. Die innere Düsenadel 20 wird
somit von der feststehenden oberen Nadelführung 16 und der beweglich
angeordneten unteren Nadelführung 24 innerhalb
der äußeren Düsennadel 22 geführt.
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In
alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die untere
Nadelführung 24 ebenfalls möglichst
druckdicht und höher
in Richtung zur oberen Nadelführung 16 anzuordnen.
Dadurch wird das Steuervolumen im äußeren Steuerraum 13 verkleinert,
so dass sich ein schnelleres Ansprechen der äußeren Düsennadel 22 ergibt.
Des weiteren ist vorgesehen, die Bohrung in der äußeren Düsennadel 22 über einen
Absatz, der etwa in der halben Länge
der äußeren Düsennadel 22 angeordnet
ist, nach unten hin zu verengen. Dies hat insbesondere fertigungstechnische
Vorteile und erleichtert die Fertigung der Passung für die entsprechend
angepasste innere Düsennadel 20.
Als oberer Anschlag für
die innere Düsennadel 20 ist
vorgesehen, die Bohrung in der Drosselplatte 14 etwas enger
auszubilden als in der Nadelführungsplatte 15.
Dadurch entsteht am Übergang
zur Drosselplatte 14 ein Absatz, gegen den die innere Düsennadel 20 anschlagen
kann, wenn sie sich von ihrem Ventilsitz abhebt.
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Wie 1 weiter
entnehmbar ist, ist entsprechend der Erfindung keine Trennhülse oder
dergleichen für
die Trennung der beiden Steuerräume 12, 13 vorgesehen.
Die Trennung der beiden Steuerräume 12, 13 erfolgt
direkt und ohne zusätzliche Dichtmittel
durch die erfindungsgemäße Ausbildung
der oberen Nadelführung 16.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung zeigt 2 einen vergrößerten Ausschnitt
des mit einem Kreis x gekennzeichneten Bereiches des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 10.
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2 zeigt
den äußeren Steuerraum 13,
der im wesentlichen durch den verlängerten Teil der Nadelführungsplatte 15 seitlich
begrenzt ist. Nach oben hin wird der äußere Steuerraum 13 durch
die durchgehende innere Düsenadel 20 und
die obere Nadelführung 16 begrenzt.
Der äußere Steuerraum 13 ist über die äußere Zulaufdrossel 31 mit
der Hochdruckbohrung 7 verbunden. Im linken Teil des äußeren Steuerraumes 13 ist
die Ablaufbohrung 17 erkennbar, die mit der äußeren Kammer 26 der
Servoventileinheit 2 in Verbindung steht. Innerhalb der äußeren Steuerkammer 13 ist
die äußere Düsenfeder 81 angeordnet,
die als Druckfeder ausgebildet ist. Sie stützt sich gegen die Nadelführungsplatte 15 ab
und drückt
dabei die äußere Düsennadel 22 gegen
ihren Ventilsitz, um im nicht angesteuerten Zustand ihre Reihe mit
Spritzlöchern 30 zu
verschließen.
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Vollständigkeitshalber
sein erwähnt,
dass am unteren Ende der äußeren Nadelführung 32 die Nadelanschlagscheibe 18 angeordnet
ist, an die die äußere Düsennadel 22 mit
einem entsprechend geformten Absatz anschlägt, wenn die äußere Düsennadel 22 angesteuert
wird und sich dabei von ihrem Ventilsitz abhebt. Der Düsenkörper 23 wird
durch die Düsenspannmutter 19 gegen
die Nadelführungsplatte 15 gepresst.
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Im
folgenden wird die Funktionsweise dieser Anordnung näher erläutert. Grundsätzlich sind
in Ruhestellung, wenn der piezoelektrische Aktor 6 nicht angesteuert
ist, die beiden Reihen mit Spritzlöchern 28, 30 geschlossen,
da die innere und die äußere Düsennadel 20, 22 gegen
ihren Ventilsitz gepresst werden. Ebenso sind die beiden Ventile 3, 4 gegen
ihren Ventilsitz gedrückt,
so dass die beiden Kammern 25, 26 geschlos sen
sind. Sowohl in den beiden Kammern 25, 26 als
auch in den beiden Steuerräumen 12, 13 herrscht
nahezu er gleiche Fluiddruck (Kraftstoffdruck) wie in der Hochdruckleitung 7.
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Wird
der piezoelektrische Aktor 6 mit einem Gleichspannungssignal
angesteuert, dann längt
er sich nach unten aus und berührt
mit seiner Bodenplatte nach Überwindung
eines vorgegebenen sehr geringen Leerhubs zunächst das innere Ventil 3.
Zur Betätigung
des inneren Ventils 3 muss der Aktor 6 gegen eine
im Aktor 6 wirkende eingebaute Rückstellkraft, den Öffnungsdruck
in der inneren Kammer 25 und den Federdruck gegen die Trennhülse arbeiten.
Durch das Öffnen
der inneren Kammer 25 fließt der unter hohem Druck stehende
Kraftstoff aus dem inneren Steuerraum 12 in den Leckageraum 8 und gelangt
somit in den Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems. Dadurch wird
der Druck im inneren Steuerraum 12 rasch abgebaut. Außerhalb
des inneren Steuerraumes 12 herrscht jedoch noch weiterhin der
sehr hohe Druck, so dass die innere Düsenadel 20 an entsprechend
ausgeformten Druckflächen nach
oben gedrückt
wird. Dadurch hebt sich die innere Düsennadel 20 von ihrem
Ventilsitz ab und gibt die erste Reihe mit Spritzlöchern 28 frei.
Der Querschnitt der Spritzlöcher 28, 30 ist
abhängig
vom Anwendungsfall und kann zum Beispiel für eine Minimaleinspritzung
entsprechend dimensioniert werden.
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Wird
die Steuerspannung für
den Aktor 6 wieder abgeschaltet, dann verkürzt er sich,
so dass das innere Ventil 3 wieder geschlossen wird und
als Folge dessen auch die innere Düsennadel 20 ihre Spritzlöcher 28 wieder
verschließt,
da der Druck in der inneren Kammer 25 als auch im inneren
Steuerraum 3 wegen der Verbindung zur Hochdruckbohrung 7 wieder
ansteigt. Die innere Düsennadel 20 kann
somit unabhängig
von der äußeren Düsennadel 22 gesteuert
werden.
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Wird
im anderen Fall dagegen die Steuerspannung für den Aktor 6 erhöht, dann öffnet wegen der
weiteren Auslängung
des Aktors 6 auch das äußere Ventil 4 seine äußere Kammer 26.
Jetzt fließt auch
der Kraftstoff aus dem äußeren Steuerraum 13 über die
Ablaufbohrung 17 und die äußere Kammer 26 in
den Leckageraum 8. Dadurch sinkt der Druck in der äußeren Steuerkammer 13,
so dass nun auch die äußere Düsennadel 22 ihre
zweite Reihe mit Spritzlöchern 30 freigibt
und der Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt
werden kann.
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Wird
die Steuerspannung für
den Aktor 6 wieder etwas reduziert, dann schließt die äußere Düsenadel 22 wieder
ihre Spritzlöcher 30.
Auf diese Weise kann zum Beispiel zur Steuerung einer maximalen
Einspritzmenge auch die äußere Düsennadel 22 individuell
gesteuert werden.
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Nach
dem Abschalten der Steuerspannung werden beide Düsennadeln wieder geschlossen. Durch
diese separaten Ansteuerungen kann eine verbesserte Injektorfunktion
erreicht werden.