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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff
in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
DE-A 10 2004 015 744 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen
von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine
bekannt, der ein Injektorgehäuse
aufweist, das einen Kraftstoffzulauf aufweist, der mit einer zentralen Kraftstoffhochdruckquelle
außerhalb
des Injektorgehäuses
und mit einem Druckraum innerhalb des Injektorgehäuses in
Verbindung steht, aus dem in Abhängigkeit
von der Stellung eines Steuerventils mit Hochdruck beaufschlagter
Kraftstoff eingespritzt wird. Das Steuerventil wird mittels eines
Piezoaktors betätigt.
Um einen ausreichend großen
Hubweg für das
Steuerventil zu erzielen, ist zwischen dem Steuerventil und dem
Piezoaktor ein Kopplungsraum ausgebildet. Dieser wirkt als hydraulischer Übersetzer auf
den Ventilkolben des Steuerventils.
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Nachteil
der aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektoren, die
mit einem Piezoaktor betätigt
werden, ist, dass der Piezoaktor sehr lang sein muss, um einen ausreichend
großen
Weg des Ventilkolbens des Steuerventils zu erzielen. Dies führt zu einer
großen
Baulänge
des Kraftstoffinjektors.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Ein
erfindungsgemäß ausgebildeter
Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer
Verbrennungskraftmaschine wird mittels eines Aktors betätigt und
ist mit einem Kraftstoffzulauf verbunden, über den unter Systemdruck stehender Kraftstoff
zugeführt
wird. Bei dem Injektor ist mindestens eine Einspritzöffnung durch
ein Einspritzventilglied freigebbar oder verschließbar, wobei
das Einspritzventilglied mittels eines Übersetzerkolbens angesteuert
wird. Erfindungsgemäß ist am Übersetzerkolben
ein hülsenförmiger Abschnitt
ausgebildet, in dem das Einspritzventilglied geführt ist, und der mit einer
Stirnfläche
des Einspritzventilgliedes einen Steuerraum begrenzt. Erfindungsgemäß ist der Übersetzerkolben
ein Ventilkolben eines Servoventils.
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Der
Aktor ist vorzugsweise ein Piezoaktor. Es ist aber auch jeder weitere
Aktor einsetzbar, der sich bei Stromzufuhr ausdehnt und bei Beendigung der
Bestromung zusammenzieht.
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Am Übersetzerkolben
ist vorzugsweise eine Dichtkante ausgebildet, die in einem Ventilsitz
stellbar ist. Hierdurch kann eine Verbindung aus einem Ventilraum
in einen Kraftrücklauf
freigegeben oder verschlossen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Steuerraum mit dem Ventilraum hydraulisch verbunden. Hierdurch
wird es ermöglicht, dass
bei geöffnetem
Servoventil der unter Druck stehende Kraftstoff aus dem Steuerraum
in den Kraftstoffrücklauf
abströmt
und der Druck im Steuerraum fällt.
Hierdurch sinkt der Druck im Steuerraum und das Einspritzventilglied öffnet.
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In
einer Ausführungsform
ist im Übersetzerkolben
auf der dem Einspritzventilglied gegenüberliegenden Seite eine Bohrung
ausgebildet, in der ein Druckkolben geführt ist. Der Druckkolben ist
mit dem Aktor verbunden. Eine Stirnfläche des Druckkolbens begrenzt
den Steuerraum. Sobald die Bestromung des Aktors beendet wird, bewegt
sich der Druckkolben mit seiner Stirnfläche aus dem Steuerraum. Das Volumen
des Steuerraumes vergrößert sich.
Hierdurch sinkt der Druck im Steuerraum ab, und das Einspritzventilglied
bewegt sich in den Steuerraum hinein, wodurch es aus seinem Sitz gehoben
wird und die mindestens eine Einspritzöffnung freigibt. Der Einspritzvorgang
beginnt.
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Erfindungsgemäß ist die
Stirnfläche
des Druckkolbens bei dieser Ausführungsform
von einer Schulter am Übersetzerkolben
umschlossen. Sobald sich der Druckkolben aus dem Steuerraum bewegt und
somit der Druck im Steuerraum sinkt, wirkt auch auf die Schulter
am Übersetzerkolben
eine geringere Druckkraft, so dass der Übersetzerkolben in Richtung
des Steuerraumes bewegt wird. Hieraus resultiert eine Bewegung des Übersetzerkolbens,
die der Bewegung des Druckkolbens entgegengerichtet ist. Durch die
Bewegung des Übersetzerkolbens
wird die Dichtkante am Übersetzerkolben
aus dem Ventilsitz gehoben, so dass die Verbindung vom Ventilraum
in den Kraftstoffrücklauf
freigegeben ist. Der unter Systemdruck stehende Kraftstoff strömt über den
Ventilraum in den Kraftstoffrücklauf,
wodurch der Druck im Steuerraum weiter sinkt. Hieraus resultiert
eine schnellere Öffnungsbewegung
des Einspritzventilgliedes. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass
der Druckkolben nur so weit bewegt werden muss, bis sich der Übersetzerkolben
mit der Dichtfläche
aus seinem Ventilsitz hebt. Sobald die Verbindung vom Ventilraum
in den Kraftstoffrücklauf
freigegeben ist, sinkt der Druck im Steuerraum durch den ablaufenden
Kraftstoff, und das Einspritzventilglied hebt sich weiter aus seinem
Sitz. Aus diesem Grund ist ein kurzer Piezoaktor ausreichend. Anders
als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektoren
ist es nicht erforderlich, einen Piezoaktor einzusetzen, der so
lang gebaut ist, dass mit diesem ein so großer Hub ausgeführt wird,
wie er zum Öffnen
des Einspritzventilgliedes erforderlich ist.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass durch den aus dem Steuerraum ausströmenden Kraftstoff
der Druck im Steuerraum sehr schnell sinkt und damit ein schnelles Öffnen des
Einspritzventilgliedes ermöglicht
wird.
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Um
auch ein schnelles Schließen
der mindestens einen Einspritzöffnung
zu erzielen, indem das Einspritzventilglied schnell in seinen Sitz
gestellt wird, ist der Ventilraum vorzugsweise mit dem Kraftstoffzulauf
hydraulisch verbunden. Sobald der Aktor bestromt wird, dehnt dieser
sich aus und der Druckkolben wird in Richtung des Steuerraums bewegt. Hierdurch
nimmt das Volumen im Steuerraum ab, und die auf die Schulter des Übersetzerkolbens
wirkende Druckkraft steigt. Der Übersetzerkolben
wird mit seiner Dichtkante in den Ventilsitz gestellt und verschließt so die
Verbindung vom Ventilraum in den Kraftstoffrücklauf. Sobald die Verbindung
vom Ventilraum in den Kraftstoffrücklauf verschlossen ist, strömt Kraftstoff
aus dem Kraftstoffzulauf über
den Ventilraum in den Steuerraum. Hierdurch steigt der Druck im
Steuerraum weiter an, und die Bewegung des Einspritzventilgliedes
in den Sitz zum Verschließen
der mindestens einen Einspritzöffnung
wird beschleunigt.
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In
einer zweiten Ausführungsform
begrenzen eine Stirnfläche
des hülsenförmigen Abschnitts
am Übersetzerkolben,
in dem das Einspritzventilglied geführt ist, und eine am Einspritzventilglied
ausgebildete Schulter einen zweiten Steuerraum derart, dass bei
einer Bewegung des Übersetzerkolbens
in eine Richtung das Einspritzventilglied in die entgegengesetzte
Richtung bewegt wird. Hierdurch ist es möglich, die Bewegung des Einspritzventilgliedes
von der des Druckkolbens zu entkoppeln. Eine Bewegung des Druckkolbens
verursacht eine Bewegung des Übersetzerkolbens
und eine Bewegung des Übersetzerkolbens
wiederum eine Bewegung des Einspritzventilgliedes. Da die Bewegung
des Druckkolbens nicht mit der Bewegung des Einspritzventilgliedes gekoppelt
ist, wird anders als in der ersten Ausführungsform die Bewegung des
Druckkolbens vollständig
in die Bewegung des Übersetzerkolbens übersetzt.
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Erfindungsgemäß ist bei
der zweiten Ausführungsform
am Übersetzerkolben
ein zweiter hülsenförmiger Abschnitt
unter Bildung eines Federraumes ausgebildet, in dem der Druckkolben
geführt
ist. Der zweite hülsenförmige Abschnitt
des Übersetzerkolbens
und eine Schulter am Druckkolben begrenzen einen dritten Steuerraum
derart, dass bei einer Bewegung des Druckkolbens in die eine Richtung
der Übersetzerkolben
in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird. So wird durch eine
Bewegung der Schulter am Druckkolben in den dritten Steuerraum der
Druck im dritten Steuerraum erhöht.
Hierdurch wirkt eine größere Druckkraft
auf die Stirnfläche
des zweiten hülsenförmigen Abschnittes,
die ebenfalls den Übersetzerraum
begrenzt. Aufgrund der erhöhten
Druckkraft auf die Stirnfläche
des zweiten hülsenförmigen Abschnittes
wird dieser aus dem Übersetzerraum
bewegt. Entsprechend wird bei einer Bestromung und damit einer Ausdehnung
des Aktors die Schulter des Druckkolbens aus dem dritten Steuerraum
bewegt, wodurch sich das Volumen im dritten Steuerraum vergrößert. Hierdurch
sinkt der Druck im dritten Steuerraum, wodurch eine geringere Druckkraft
auf die Stirnfläche
am zweiten hülsenförmigen Abschnitt
am Übersetzerkolben
wirkt. Der Übersetzerkolben
wird in Richtung des Steuerraumes bewegt. Hierdurch wird der Übersetzerkolben
mit seiner Dichtkante in den Ventilsitz gestellt und die Verbindung
vom Ventilraum in den Kraftstoffrücklauf verschlossen.
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Damit
im Federraum keine Druckkraft auf den Druckkolben und den Übersetzerkolben
wirkt, ist dieser in einer bevorzugten Ausführungsform mit dem Kraftstoffrücklauf verbunden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist der Übersetzerkolben
zweiteilig ausgebildet. Hierbei ist zwischen dem ersten Teil des Übersetzerkolbens
und dem zweiten Teil des Übersetzerkolbens
ein hydraulischer Kopplungsraum ausgebildet. Der Druckkolben ist
im ersten Teil des Übersetzerkolbens
geführt und
das Einspritzventilglied im zweiten Teil des Übersetzerkolbens. Der erste
Teil des Übersetzerkolbens ist
gleichzeitig das Ventilglied des Servoventils. Durch den hydraulischen
Kopplungsraum ist es möglich,
abhängig
vom Durchmesser des ersten Teils und des zweiten Teils des Druckübersetzerkolbens
die beiden Teile mit einem unterschiedlichen Hub zu bewegen. Wenn
zum Beispiel die Querschnittsfläche des
ersten Teils, die den hydraulischen Kopplungsraum begrenzt, größer ist
als die Fläche
des zweiten Teils, die den hydraulischen Kopplungsraum begrenzt,
ist der Hub des zweiten Teils größer als
der Hub des ersten Teils.
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Hierdurch
kann bereits bei kleinem Hub des ersten Teils ein großer Hub
des zweiten Teils erreicht werden, so dass ein entsprechend kurzer
Piezoaktor eingesetzt werden kann. Hierdurch lässt sich die Gesamtlänge des
Kraftstoffinjektors weiter reduzieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 einen
erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektor in einer ersten Ausführungsform,
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2 einen
erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektor in einer zweiten Ausführungsform,
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3 einen
erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektor in einer dritten Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist
ein erfindungsgemäß ausgebildeter
Kraftstoffinjektor in einer ersten Ausführungsform dargestellt.
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Ein
erfindungsgemäß ausgebildeter
Kraftstoffinjektor 1 umfasst ein oberes Gehäuseteil 3,
in welchem ein Aktor 5 aufgenommen ist. Hierzu ist im oberen
Gehäuseteil 3 ein
Aktorraum 7 ausgebildet. Der Aktor 5 ist zwischen
einer oberen Halterung 9 und einer unteren Halterung 11 eingespannt.
Die notwendige Vorspannung wird dadurch erzielt, dass die obere Halterung 9 und
die untere Halterung 11 mit einem Federelement 13 verbunden
sind. Das Federelement 13 ist vorzugsweise eine als Rohrfeder
ausgebildete Zugfeder. Die untere Halterung 11 ist mit
einem Druckkolben 15 verbunden. Hieraus resultiert, dass der
Druckkolben 15 sich mit dem Hub des Aktors 5 bewegt.
Mit der dem Aktor 5 abgewandten Seite ist der Druckkolben 15 in
einer als Führung
dienenden Bohrung 17 eines Übersetzerkolbens 19 geführt. Am Übersetzerkolben 19 ist
ein hülsenförmiger Abschnitt 21 ausgebildet,
der ein Einspritzventilglied 23 umschließt. Durch
den hülsenförmigen Abschnitt 21 und eine
Stirnfläche 25 des
Einspritzventilgliedes 23 sowie eine Stirnfläche 27 des
Druckkolbens 15 wird ein Steuerraum 29 begrenzt.
Die Stirnfläche 27 des Druckkolbens 15 ist
von einer Schulter 31 am Übersetzerkolben 19 umschlossen.
Die Schulter 31 und die Stirnfläche 27 des Druckkolbens 15 weisen
in die gleiche Richtung.
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Der Übersetzerkolben 19 dient
gleichzeitig als Ventilkolben eines Servoventils 33. Hierzu
ist am Übersetzerkolben 19 eine
Dichtkante 35 ausgebildet. Die Dichtkante 35 kann
in einen Ventilsitz 36 gestellt werden. Hierdurch ist eine
Verbindung von einem Ventilraum 37, der den hülsenförmigen Abschnitt 21 des Übersetzerkolbens 19 umschließt, in einen
Kraftstoffrücklauf 39 freigebbar
oder verschließbar. Über ein
Drosselelement 41 ist der Steuerraum 29 mit dem Ventilraum 37 hydraulisch
verbunden. Bei geöffnetem
Servoventil 33 kann so Kraftstoff aus dem Steuerraum 29 über das
Drosselelement 41 in den Ventilraum 37 und von
dort in den Kraftstoffrücklauf 39 strömen.
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Der
Ventilraum 37 ist über
eine Zulaufdrossel 43 mit einem Kraftstoffzulauf 45 verbunden.
Sobald das Servoventil 33 verschlossen ist, indem die Dichtkante 35 des Übersetzerkolbens 19 im
Ventilsitz 36 steht, kann Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf 45 über die
Zulaufdrossel 43 und das Drosselelement 41 in
den Steuerraum 29 strömen.
Der Kraftstoffzulauf 45 ist im Allgemeinen mit einem Hochdruckspeicher eines
Common-Rail-Systems
verbunden.
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Der
Kraftstoffzulauf 45 ist weiterhin mit einem Ringraum 47 verbunden,
der in einem unteren Gehäuseteil 49 ausgebildet
ist und von einer Stirnfläche 51 des
hülsenförmigen Abschnittes 21 des Übersetzerkolbens 19 begrenzt
wird. Der Ringraum 47 umschließt das Einspritzventilglied 23.
Im unteren Gehäuseteil 49 ist
weiterhin eine Führung 53 ausgebildet,
in der das Einspritzventilglied 23 geführt ist. Damit Kraftstoff aus
dem Ringraum 47 in einen Düsenraum 55 strömen kann,
sind am Einspritzventilglied 23 im Bereich der Führung 53 Freiflächen 57 ausgebildet.
Im Bereich der Freiflächen 57 kann
so der Kraftstoff aus dem Ringraum 47 in den Düsenraum 55 strömen.
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Im
unteren Gehäuseteil 49 ist
weiterhin mindestens eine Einspritzöffnung 59 ausgebildet.
Durch das Einspritzventilglied 23 kann eine Verbindung vom
Düsenraum 55 zur
Einspritzöffnung 59 freigegeben
oder verschlossen werden. Hierzu ist am Einspritzventilglied 23 eine
Dichtkante 61 ausgebildet, die in einen Sitz 63 gestellt
werden kann. Wenn die Dichtkante 61 in den Sitz 63 gestellt
ist, ist die Verbindung vom Düsenraum 55 zu
der mindestens einen Einspritzöffnung 59 verschlossen.
Sobald die Dichtkante 61 aus dem Sitz 63 gehoben
ist, ist die Verbindung vom Düsenraum 55 zu
der mindestens einen Einspritzöffnung 59 freigegeben
und Kraftstoff wird in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt.
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Bei
geschlossener Einspritzöffnung 59 ist
der Aktor 5, vorzugsweise ein Piezoaktor, bestromt und damit
ausgedehnt. Um den Einspritzvorgang zu starten, wird die Bestromung
des Aktors 5 beendet. Hierdurch zieht sich der Aktor 5 zusammen.
Der Druckkolben 15, der mit der unteren Halterung 11 des
Aktors 5 verbunden ist, wird in Richtung des Aktors 5 bewegt.
Hierdurch hebt sich die Stirnfläche 27 des Druckkolbens 15 aus
dem Steuerraum 29. Das Volumen im Steuerraum 29 wird
vergrößert. Dies
führt dazu,
dass sowohl auf die Stirnfläche 25 des
Einspritzventilgliedes 23 als auch auf die Schulter 31 am Übersetzerkolben 19 eine
geringere Druckkraft wirkt. Der Übersetzerkolben 19 und
das Einspritzventilglied 23 werden in den Steuerraum 29 bewegt.
Dies führt dazu,
dass sich der Übersetzerkolben 19 in
entgegengesetzter Richtung zum Druckkolben 15 bewegt. Das
Einspritzventilglied 23 bewegt sich in die gleiche Richtung
wie der Druckkolben 15. Durch die Bewegung des Übersetzerkolbens 19 hebt
sich gleichzeitig die Dichtkante 35 aus dem Ventilsitz 36.
Hierdurch wird die Verbindung vom Ventilraum 37 in den
Kraftstoffrücklauf 39 freigegeben.
Hierdurch strömt
Kraftstoff, der einen höheren
Druck aufweist als der Rücklaufdruck,
aus dem Steuerraum 29 über
das Drosselelement 41 in den Ventilraum 37 und
von dort in den Kraftstoffrücklauf 39.
Der Druck im Steuerraum 29 nimmt weiter ab. Die Bewegung
des Einspritzventilgliedes 23 in den Steuerraum 29 hinein
wird beschleunigt. Ein schnelles Öffnen der mindestens einen
Einspritzöffnung 59 durch
Heben der Dichtkante 61 des Einspritzventilgliedes 23 aus
dem Sitz 63 wird erzielt.
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Um
den Einspritzvorgang wieder zu beenden, wird der Aktor 5 wieder
bestromt. Der Aktor 5 dehnt sich aus. Hierdurch bewegt
sich der Druckkolben 15 in den Steuerraum 29 hinein.
Das Volumen im Steuerraum 29 nimmt ab. Dies führt dazu,
dass der Druck im Steuerraum 29 ansteigt. Das Drosselelement 4l ist
so auszulegen, dass zunächst
ein Druckanstieg im Steuerraum 29 erfolgt und nicht der gesamte
Kraftstoff aufgrund des erhöhten
Druckes in den Kraftstoffrücklauf 39 strömt. Der
erhöhte
Druck im Steuerraum 29 führt dazu, dass eine größere Druckkraft
auf die Schulter 31 des Übersetzerkolbens 19 wirkt.
Der Übersetzerkolben 19 wird
in entgegengesetzter Richtung zum Druckkolben 15 bewegt,
wodurch die Dichtkante 35 am Übersetzerkolben 19 in
den Ventilsitz 36 gestellt wird. Die Verbindung vom Ventilraum 37 in
den Kraftstoffrücklauf 39 wird
verschlossen. Gleichzeitig führt
der erhöhte Druck
im Steuerraum 29 dazu, dass auch auf die Stirnfläche 25 am
Einspritzventil 23 eine erhöhte Druckkraft wirkt und das
Einspritzventil sich in Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung 59 bewegt.
Sobald die Dichtkante 35 im Ventilsitz 36 steht und
die Verbindung vom Ventilraum 37 in den Kraftstoffrücklauf 39 verschlossen
ist, strömt
unter Systemdruck stehender Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf 35 über die
Zulaufdrossel 43 in den Ventilraum 37 und von
dort über
das Drosselelement 41 in den Steuerraum 29. Im
Steuerraum 29 erfolgt ein weiterer Druckaufbau. Hierdurch
wirkt eine weiter erhöhte Druckkraft
auf die Stirnfläche 25 des
Einspritzventilgliedes 23. Das Einspritzventilglied 23 wird
in Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung 59 bewegt und
stellt sich mit der Dichtkante 61 in den Sitz 63.
Hierdurch wird die Verbindung vom Düsenraum 55 zu der
mindestens einen Einspritzöffnung 59 verschlossen.
Der Einspritzvorgang ist beendet.
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2 zeigt
einen erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektor in einer zweiten Ausführungsform.
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Bei
der in 2 dargestellten Ausführungsform ist am Einspritzventilglied 23 eine
Erweiterung 71 ausgebildet, welche im hülsenförmigen Abschnitt 21 des Übersetzerkolbens 19 geführt ist.
Durch die Erweiterung 71 ist am Einspritzventilglied 23 eine Schulter 73 ausgebildet,
die zusammen mit der das Einspritzventilglied 23 umschließenden Stirnfläche 51 des
hülsenförmigen Abschnittes 21 des Übersetzerkolbens 19 einen
zweiten Steuerraum 75 begrenzt. Die Schulter 73 des
Einspritzventilgliedes 23 und die Stirnfläche 51 des
hülsenförmigen Abschnittes 21 weisen
dabei in die gleiche Richtung. Dies führt dazu, dass bei einer Bewegung
des Übersetzerkolbens 19 mit
der Stirnfläche 51 in
den zweiten Steuerraum 75 das Volumen im Steuerraum 75 verkleinert
wird und damit der Druck in diesem ansteigt. Die hierdurch erzeugte
höhere
Druckkraft wirkt auf die Schulter 73 des Einspritzventilgliedes 23 und
bewegt diese in den Steuerraum 29 im Übersetzerkolben 19 hinein.
Das Einspritzventilglied 23 hebt sich mit der Dichtkante 61 aus
dem Sitz 63. Bei einer Bewegung des Übersetzerkolbens 19 aus
dem Steuerraum 75 vergrößert sich
dessen Volumen, die Druckkraft auf die Schulter 73 am Einspritzventilglied 23 nimmt
ab, und das Einspritzventilglied 23 wird erneut mit der
Dichtkante 61 in den Sitz 63 gestellt.
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Auf
der dem hülsenförmigen Abschnitt 21 gegenüberliegenden
Seite ist ein zweiter hülsenförmiger Abschnitt 77 ausgebildet.
Im zweiten hülsenförmigen Abschnitt 77 ist
der Druckkolben 15 mit einer Erweiterung 79 geführt. Durch
die Erweiterung 79 und den zweiten hülsenförmigen Abschnitt 77 wird ein
Federraum 81 begrenzt. Der Federraum 81 ist über Bohrungen 83 im
zweiten hülsenförmigen Abschnitt 77 mit
dem Kraftstoffrücklauf 39 verbunden. Hierdurch
ist der Federraum 81 druckentlastet. Im Federraum 81 ist
ein Federelement 85 aufgenommen, welches auf die Erweiterung 79 am Druckkolben 15 wirkt.
Das Federelement 85 ist vorzugsweise eine als Druckfeder
ausgebildete Spiralfeder.
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Durch
die Erweiterung 79 ist am Druckkolben 15 eine
Schulter 87 ausgebildet. Die Schulter 87 begrenzt
zusammen mit einer Stirnfläche 89 des
zweiten hülsenförmigen Abschnittes 77,
die diese umschließt,
einen dritten Steuerraum 91. Die Schulter 87 des
Druckkolbens 15 und die Stirnfläche 89 der hülsenförmigen Erweiterung 77 sind
dabei auf der gleichen Seite des dritten Steuerraumes 91 angeordnet.
Dies führt
dazu, dass sich bei einer Bewegung des Druckkolbens 15 in
die eine Richtung der Übersetzerkolben 19 in
die entgegengesetzte Richtung bewegt.
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Auch
bei der in 2 dargestellten Ausführungsform
ist die mindestens eine Einspritzöffnung 59 verschlossen,
solange der Aktor 5 bestromt und damit ausgedehnt ist.
Um den Einspritzvorgang zu starten, wird die Bestromung des Aktors 5 beendet. Der
Aktor 5 zieht sich zusammen. Hierdurch wird der mit dem
Aktor 5 fest verbundene Druckkolben 15 in Richtung
des Aktors 5 bewegt. Die Schulter 87 des Druckkolbens 15 bewegt
sich in den dritten Steuerraum 91 hinein. Das Volumen im
dritten Steuerraum 91 wird verkleinert. Hierdurch steigt
der Druck im dritten Steuerraum 91 an. Auf die Stirnfläche 89 des zweiten
hülsenförmigen Abschnittes 77 am Übersetzerkolben 19 wirkt
eine erhöhte
Druckkraft. Der Übersetzerkolben 19 wird
aus dem dritten Steuerraum 91 in Richtung des Einspritzventiles
bewegt. Durch die Bewegung des Übersetzerkolbens 19 wird
die Stirnfläche 51 des
hülsenförmigen Abschnittes 21 in
den zweiten Steuerraum 75 bewegt. Der Druck im zweiten
Steuerraum 75 steigt an. Hierdurch wirkt eine größere Druckkraft
auf die Schulter 73 am Einspritzventilglied 23.
Das Einspritzventilglied 23 wird aus dem zweiten Steuerraum 75 in
Richtung des Aktors bewegt. Die Dichtkante 61 des Einspritzventilgliedes 23 hebt
sich aus dem Sitz 63. Eine Verbindung vom Düsenraum 55 zur
mindestens einen Einspritzöffnung 59 wird
freigegeben. Der Einspritzvorgang beginnt. Gleichzeitig wird durch
die Bewegung des Übersetzerkolbens 19 die
Dichtkante 35 aus dem Ventilsitz 36 gehoben. Eine
Verbindung vom Ventilraum 37 in den Kraftstoffrücklauf 39 wird
freigegeben. Über
das Drosselelement 41 strömt Kraftstoff aus dem Steuerraum 29 in
den Ventilraum 37 und von dort in den Kraftstoffrücklauf 39.
Der Druck im Steuerraum 29 sinkt und die Bewegung des Einspritzventilgliedes 23 in
den Steuerraum 29 hinein wird beschleunigt. Hierdurch wird
ein schnelles Öffnen
der Einspritzöffnung 59 erzielt.
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Um
den Einspritzvorgang zu beenden, wird der Aktor 5 wieder
bestromt. Der Aktor 5 dehnt sich aus und der mit dem Aktor
verbundene Druckkolben 15 wird in den Federraum 81 bewegt.
Gleichzeitig wird die Schulter 87 aus dem dritten Steuerraum 91 bewegt
und das Volumen im dritten Steuerraum 91 nimmt zu. Der
Druck im dritten Steuerraum 91 nimmt dadurch ab. Somit
wirkt eine geringe Druckkraft auf die Stirnfläche 89 an der zweiten
hülsenförmigen Erweiterung 77 des Übersetzerkolbens 19.
Der Übersetzerkolben 19 wird
in den dritten Steuerraum 91 hinein bewegt. Durch die Bewegung
des Übersetzerkolbens 19 hebt
sich die Stirnfläche 51 des
hülsenförmigen Abschnittes 21 aus
dem zweiten Steuerraum 75. Das Volumen des zweiten Steuerraums 75 nimmt zu
und der Druck in diesem sinkt. Auf die Schulter 73 am Einspritzventilglied 23 wirkt
eine geringere Druckkraft, so dass das Einspritzventilglied 23 in
Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung 59 bewegt wird.
Die Dichtkante 61 wird in den Sitz 63 gestellt. Unterstützt wird
die Bewegung des Einspritzventilglieds 23 durch ein Federelement 93,
welches im Steuerraum 29 aufgenommen ist und auf die Erweiterung 71 am
Einspritzventilglied 23 wirkt. Das Federelement 93 ist
vorzugsweise eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder.
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Gleichzeitig
wird durch die Bewegung des Übersetzerkolbens 19 die
Dichtkante 35 am Übersetzerkolben 19 wieder
in den Sitz 36 gestellt. Die Verbindung vom Ventilraum 37 in
den Kraftstoffrücklauf 39 wird
verschlossen. Über
die Zulaufdrossel 43 strömt Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf 45 in
den Ventilraum 37. Weiterhin strömt der Kraftstoff über das
Drosselelement 41 in den Steuerraum 29. Durch den
einströmenden,
unter Systemdruck stehenden Kraftstoff nimmt der Druck im Steuerraum 29 schneller
zu. Die Bewegung des Einspritzventilgliedes 23 wird beschleunigt.
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3 zeigt
einen erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektor in einer dritten Ausführungsform.
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Im
Unterschied zu der in 2 dargestellten Ausführungsform
umfasst der in 3 dargestellte Kraftstoffinjektor 1 einen Übersetzerkolben 19,
der zweiteilig ausgeführt
ist. Im ersten Teil 101 des Übersetzerkolbens 19 ist
der zweite hülsenförmige Abschnitt 77 ausgeführt, in
welchem der Druckkolben 15 mit der Erweiterung 79 geführt ist.
Auch ist die Dichtkante 35 des Servoventils 33 am
ersten Teil 101 des Übersetzerkolbens 19 ausgebildet.
Der zweite Teil 103 umfasst den hülsenförmigen Abschnitt 21,
in dem die Erweiterung 71 des Einspritzventilgliedes 23 geführt ist.
Der erste Teil 101 und der zweite Teil 103 des Übersetzerkolbens 19 sind über einen
Kopplungsraum 105 hydraulisch miteinander gekoppelt. Hierzu
wird der Kopplungsraum 105 auf einer Seite durch eine Stirnfläche 107 des
ersten Teils 101 begrenzt. Auf der gegenüberliegenden
Seite wird der Steuerraum 105 durch eine Stirnfläche 109 des
zweiten Teils 103 begrenzt.
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Da
das Servoventil 33 in der in 3 dargestellten
Ausführungsform
am ersten Teil 101 des Übersetzerkolbens 19 ausgebildet
ist, ist im oberen Gehäuseteil 3 ein
Kanal 111 ausgebildet, welcher den Steuerraum 29 mit
dem Drosselelement 41 mit dem Ventilraum 37 verbindet.
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Im
Unterschied zu den in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsformen
mündet
der Kraftstoffzulauf 45 bei der hier dargestellten Ausführungsform
in den Aktorraum 7. Um den Ventilraum 37 über die
Zulaufdrossel 35 und den Düsenraum 55 mit unter
Systemdruck stehendem Kraftstoff versorgen zu können, ist ein Hochdruckkanal 113 mit
dem Aktorraum 7 verbunden. Über den Hochdruckkanal 107 strömt unter
Systemdruck stehender Kraftstoff zur Zulaufdrossel 43,
die mit dem Ventilraum 37 verbunden ist, und in den Düsenraum 55.
Alternativ wäre
es jedoch auch möglich,
den Kraftstoffzulauf, wie in den 1 und 2 dargestellt,
zu realisieren. Auch wäre
es in den 1 und 2 möglich, den
Kraftstoffzulauf in den Aktorraum 7 münden zu lassen und den Aktorraum 7 über eine
Hochdruckleitung, wie sie in 3 dargestellt
ist, mit dem Düsenraum 55 bzw. dem
Ringraum 47 zu verbinden, wobei aus dem Hochdruckkanal
dann die Zulaufdrossel 43 abzweigt.
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Die
Funktion des in 3 dargestellten Kraftstoffinjektors
entspricht im Wesentlichen der Funktion des in 2 dargestellten
Kraftstoffinjektors. Ein Unterschied besteht lediglich dahingehend, dass
zunächst
der erste Teil 101 des Übersetzerkolbens 19 bei
Beendigung der Bestromung des Aktors 5 in den Kopplungsraum 105 bewegt
wird. Hierdurch wird das Volumen im Kopplungsraum 105 verkleinert. Aufgrund
des geringeren Volumens erhöht
sich der Druck und eine größere Druckkraft
wirkt auf die Stirnfläche 109 des
zweiten Teils 103 des Übersetzerkolbens 19.
Hierdurch bewegt sich der zweite Teil 103 des Übersetzerkolbens 19 aus
dem Kopplungsraum 105 in Richtung des zweiten Steuerraums 75.
Die Stirnfläche 51 des
hülsenförmigen Abschnitts 21 bewegt sich
in den zweiten Steuerraum 75, wodurch dessen Volumen verkleinert
wird. Der Druck im zweiten Steuerraum 75 steigt. Die auf
die Schulter 73 wirkende Druckkraft nimmt zu und das Einspritzventilglied 23 wird
mit der Dichtkante 61 aus dem Sitz 63 gehoben.
Entsprechend wird bei einer erneuten Bestromung des Aktors 5 zunächst der
Druckkolben 15 mit der Schulter 87 aus dem dritten
Steuerraum 91 bewegt, wodurch der Druck darin abfällt. Der
erste Teil 101 des Übersetzerkolbens 19 bewegt
sich mit der Stirnfläche 89 des
zweiten hülsenförmigen Abschnitts 77 in
Richtung des dritten Steuerraums 91. Hierdurch bewegt sich
die Stirnfläche 107 des
ersten Teils 101 des Übersetzerkolbens 19 aus
dem Kopplungsraum 105, wodurch dessen Volumen vergrößert wird.
Der Druck im Kopplungsraum 105 nimmt ab. Somit wirkt eine
geringere Druckkraft auf die Stirnfläche 109 des zweiten
Teils 103 des Übersetzerkolbens 19 und
dieser wird in den Kopplungsraum 105 bewegt. Somit bewegt
sich auch die Stirnfläche 51 des
hülsenförmigen Abschnitts 21 aus
dem zweiten Steuerraum 75 und vergrößert dessen Volumen. Der Druck
im zweiten Steuerraum 75 nimmt ab und eine geringere Druckkraft
wirkt auf die Schulter 73 des Einspritzventilgliedes 23.
Das Einspritzventilglied 23 bewegt sich mit der Dichtkante 61 in
den Sitz 63. Vorteil des Kopplungsraums 105 ist
es, dass abhängig von
der Querschnittsfläche
der Stirnfläche 107 des ersten
Teils 101 und der Stirnfläche 109 des zweiten Teils 103 ein
unterschiedlicher Hub des ersten Teils 101 und des zweiten
Teils 103 des Übersetzerkolbens 19 eingestellt
werden kann. So ist das Verhältnis
der Hübe
des ersten Teils 101 und des zweiten Teils 103 des Übersetzerkolbens 19 umgekehrt
proportional zum Verhältnis
der Querschnittsflächen 107 des
ersten Teils 101 und 109 des zweiten Teils 103 des Übersetzerkolbens 19.
Das bedeutet, dass der Hub des Teils 101, 103,
der eine kleinere Querschnittsfläche
der Stirnfläche 107, 109 aufweist,
größer ist
als der Hub des Teils 101, 103 mit einer größeren Querschnittsfläche der
Stirnfläche 107, 109.