Technisches Gebiet
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Bei luftverdichtenden Verbrennungskraftmaschinen werden heute zunehmend
Speichereinspritzsysteme eingesetzt, welche die einzelnen den Zylindern der
Verbrennungskraftmaschine zugeordneten Kraftstoffinjektoren mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff
versorgen. Durch den Einsatz eines Hochdruckspeicherraumes (Common Rail) lassen sich
Druckpulsationen im Kraftstoff dämpfen, so dass der an den einzelnen Einspritzöffnungen
der Kraftstoffinjektoren brennraumseitig anstehende Kraftstoffdruck nahezu konstant
gehalten werden kann. Zur Steuerung der Düsennadelbewegung werden Steuerräume in die
Gehäuse der Kraftstoffinjektoren integriert, durch deren Druckentlastung sich eine
Düsennadel oder ein Stößel zur mittelbaren Düsennadelbetätigung, zur Freigabe oder zum
Verschliessen von Einspritzöffnungen betätigen läßt. Im allgemeinen ist der Steuerraum über
eine Zulaufdrossel mit einem unter hohen Druck stehendem Kraftstoffvolumen von der
Hochdruckquelle her beaufschlagbar.
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Stand der Technik
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EP 0 994 248 A2 bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor mit Einspritzverlaufsformung
durch piezoelektrische Steuerung des Düsennadelhubes. Ein Kraftstoffinjektor umfasst
einen Zylinderkörper, an welchem eine Einspritzöffnung ausgebildet ist. Eine Düsennadel
ist im Injektorkörper bewegbar aufgenommen und bewegt sich entlang eines Hubweges
zwischen einer Offenstellung, in der die Einspritzöffnungen geöffnet sind und einer
Schließstellung, in welcher die Einspritzöffnungen verschlossen sind. Im Injektorkörper ist
ferner ein piezoelektrischer Aktor aufgenommen, dessen Piezoelement zwischen einer
Einschalt- und einer Ausschaltposition hin- und herschaltbar ist. Über ein Kopplungselement
in Gestalt einer Druckkammer sind die Düsennadel und der piezoelektrische Aktor derart
miteinander gekoppelt, dass die Bewegung des Piezoelementes des piezoelektrischen
Aktors in eine größere axiale Hubbewegung der Düsennadel im Injektorgehäuse übersetzt
wird.
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DE 197 15 234 A1 bezieht sich auf ein magnetventilgesteuertes direkt einspritzendes
Kraftstoffeinspritzventil für Speichereinspritzsysteme von
Mehrzylinderbrennkraftmaschinen. In jedem Ventilgehäuse führt eine Zuführleitung zu einer federbelasteten Düsennadel,
wobei die Zuführleitung durch einen Steuerkolben mit Ventilfunktion absperrbar ist.
Ferner ist eine Düsennadel vorgesehen, die sich in einem Federraum abstützt und die
Düsennadel auf ihren Nadelsitz drückt. Auf der Rückseite des unter Systemdruck stehenden
Steuerkolbens ist ein Steuerraum angeordnet, wobei ein Magnetventil vorgesehen ist, durch
welches der Steuerraum mit einer Entlastungsleitung verbindbar und gleichzeitig zur
Einspritzung die Absperrung der zur Düsennadel führenden Zuführleitung durch ein am
Steuerkolben angeordnetes Hochdruckventil aufhebbar ist. Es ist eine gedrosselte
Leitungsverbindung als Bypass zwischen der Zuführleitung und der Entlastungsleitung vorgesehen,
wobei die Leitungsverbindung ein mit dem Magnetventil in Wirkverbindung stehendes
Leckageventil enthält, durch welches während der Einspritzung die Leitungsverbindung
unterbrechbar ist.
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DE 197 44 518 A1 bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen.
Gemäß dieser Lösung wird ein Kraftstoffeinspritzventil vorgeschlagen mit einem in einem
Ventilkörper angeordneten, axial verschiebbaren Ventilglied, das an seinem dem
Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Ende eine konische Ventildichtfläche aufweist,
mit der es mit einer konischen Ventilsitzfläche am Ventilkörper zur Steuerung eines
Einspritzquerschnittes zusammenwirkt. Dabei ist das Ventilglied über eine Innenführung
gleitverschiebbar auf einem Zapfen eines ortsfesten Einsatzkörpers geführt. Das gemäß
dieser Lösung konfigurierte Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen hat den
Vorteil, dass sehr kleine Stellkräfte und somit sehr schnelle Ventilhubbewegungen des
Ventilgliedes des Einspritzventiles möglich sind. Diese schnellen Verstellbewegungen
innerhalb des Injektorgehäuses werden dabei durch die kleinen hydraulisch wirksamen
Flächen am Ventilglied und das kleine Steuervolumen möglich, wobei nur kleine bewegte
Massen verstellt werden müssen. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass das
Ventilglied eine Führungsbohrung aufweist, mit der es gleitverschiebbar auf einem Zapfen eines
ortsfesten Einsatzkörpers geführt wird.
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Darstellung der Erfindung
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind vor allem darin zu erblicken, dass der
Ventilraum eines Mehrwegeventiles und der die Öffnungs- und Schließbewegung einer
Düsennadel-/Stößelanordnung erzeugende Druckanstieg bzw. Druckabbau in einem
Steuerraum über mindestens ein in Zulaufrichtung und in Ablaufrichtung in bezug auf den
Steuerraum vom Steuervolumen durchströmbare Kanäle miteinander verbunden sind.
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In einer ersten Ausführungsvariante wird als Mehrwegeventil ein 3/3-Wegeventil
eingesetzt, dessen Ventilkörper von einem Ventilraum umschlossen ist, in welchen die Mündung
eines zusätzlichen Zulaufs vom Hochdrucksammelraum mündet. Der Ventilkörper des
Mehrwegeventiles ist zwischen zwei Ventilsitzen im Ventilraum schaltbar und mittels
eines Aktors (z. B. eines Piezoaktors) auch in eine Mittelstellung zwischen den beiden
Ventilsitzen positionierbar.
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In Mittelstellung des Ventilkörpers zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilsitz im
Ventilraum wird der Steuerraum über die mit ausreichendem Querschnitt ausgelegten, in
den Kanälen aufgenommenen Drosselelemente schnell druckentlastet. Wird der
Ventilkörper aktorbetätigt hingegen in seinen zweiten Ventilsitz gefahren, ist einer der Kanäle
zwischen Ventilraum und Steuerraum verschlossen, so dass der Druckabbau im Steuerraum
langsamer erfolgt, was die Formung des Einspritzverlaufes begünstigt. Ist der Ventilkörper
des 3/3-Wege-Ventils hingegen in seinen ersten Ventilsitz gefahren, erfolgt ein
Druckaufbau im Steuerraum über eine permanent wirkende, direkt im Steuerraum mündende
Zulaufdrossel und die beiden sich vom Ventilraum zum Steuerraum erstreckenden Kanäle,
welche über die in den Winkelraum mündenden weitere Zulauf mit integrierter
Zulaufdrossel beaufschlagt werden, so dass sich ein schneller Druckaufbau im Steuerraum einstellt.
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Die Mündung des weiteren, hochdruckseitigen Zulaufs vom Hochdrucksammelraum
(Common Rail) kann auch in einen der den Ventilraum des Mehrwegeventiles hinter dem
Steuerraum verbindenden Kanäle gelegt werden.
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In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Mündung des weiteren Zulaufs vom
Hochdrucksammelraum in denjenigen der Kanäle gelegt werden, der durch den
Ventilkörper des Mehrwegeventiles verschließbar ist. Zwischen der Mündung des weiteren Zulaufs
in diesen Kanal und des in diesem Kanal aufgenommenen Drosselelementes ist ein
Diffusorabschnitt ausgebildet, dessen Länge so festgelegt ist, dass sich die in diesem Kanal
ausbildende Kraftstoffströmung an der Wandung des Kanals anzulegen vermag.
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Auch mit dieser Ausführungsvariante ist ein schneller Druckaufbau im Steuerraum und
demzufolge ein schnelles Schließen der Düsennadel bzw. eine schnelle Betätigung der
Düsennadel über einen in den Düsenraum hineinragenden Stößel gewährleistet. Abhängig von
der Auslegung des im weiteren Zulauf angeordneten Drosselelementes, lassen sich sehr
klein bemessene Einspritzmengen während der Bootphase der Einspritzung in den
Brennraum erzeugen, was eine Abstimmung des Einspritzverlaufes auf den Fortschritt der
Verbrennung im Brennraum einer direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine gestattet.
Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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Es zeigt:
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Fig. 1 eine Ausführungsvariante einer variablen Steuerraumdruck Be- bzw.
Entlastung mit 3/3-Wege-Ventil,
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Fig. 2 eine Ausführungsvariante mit 3/2-Wege-Ventil und in einem der Kanäle
mündenden weiteren Zulauf vom Hochdrucksammelraum und
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Fig. 3 einen Injektorkörper mit durch einen hochdruckseitigen Zulauf parallel
beaufschlagbaren Zulaufdrossenelement, und
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Fig. 4 eine weitere Ausführungsvariante mit lediglich einem Ventilraum-
Steuerraum-Strömungskanal.
Ausführungsvarianten
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Gemäß der Darstellung in Fig. 1 wird der Steuerraum eines Kraftstoffinjektors durch ein
hier als 3/3-Wege-Ventil ausgebildetes Mehrwegeventil be- bzw. entlastet.
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In einem Injektorgehäuse 2 eines Injektors 1 ist ein Steuerraum 5 ausgebildet, der über eine
permanent wirkende erste Zulaufdrossel 4, die sich an eine mit dem Zulauf vom
Hochdrucksammelraum abzweigende Bohrung 12 anschließt, mit unter hohem Druck stehendem
Kraftstoff beaufschlagt ist. Der Steuerraum 5 innerhalb des Injektorgehäuses 2 ist durch
eine Steuerraumwandung 6 seitlich sowie eine Steuerraumfläche 7 an der Oberseite
begrenzt. In den Steuerraum 5 taucht eine Düsennadel/Stößelanordnung 8 mit ihrer Stirnseite
9 ein, die je nach Druckabbau oder Druckaufbau im Steuerraum 5 in eine durch den
Doppelpfeil 10 gekennzeichnete Bewegungsrichtungen bewegbar ist.
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Des weiteren wird durch den Zulauf 3 vom Hochdrucksammelraum ebenfalls über eine
Bohrung 12 ein weiterer Zulauf 21 mit integriertem zweiten Zulaufdrosselelement 11
beaufschlagt, welches im Ventilraum 20 eines Mehrwegeventiles 13 mündet. Das
Mehrwegeventil 13 - ausgestaltet in der Darstellung gemäß Fig. 1 als 3/3-Wege-Ventil - umfasst
einen Schließventilkörper 14, der mittels eines mit Bezugszeichen 31 gekennzeichneten
Übertragungselementes innerhalb des Ventilraums 20 in mehrere Positionen entsprechend
einer Aktoransteuerung 22 stellbar ist. Der Ventilkörper 14 des Mehrwegeventiles 13 ist in
einen ersten Ventilsitz 15 stellbar, dessen Ventilsitzdurchmesser mit Bezugszeichen 16
bezeichnet ist; darüber hinaus ist der Ventilkörper 14, der z. B. kugelförmig ausgebildet
sein kann, in einen zweiten Ventilsitz 17 stellbar, der im Ventilsitzdurchmesser 18
ausgebildet ist und im ersten Ventilsitz 15 gegenüberliegend im Ventilraum 20 angeordnet ist.
Daneben kann der Ventilkörper 14 des Mehrwegeventiles 13 in eine Mittelstellung 19
zwischen dem ersten Ventilsitz 15 und dem zweiten Ventilsitz 17 innerhalb des Ventilraumes
20 gestellt werden.
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Oberhalb des Ventilraumes 20 des Mehrwegeventiles 13 ist eine Bohrung vorgesehen, die
von dem Ventilkörper 14 betätigenden Übertragungselement 31 durchsetzt ist. Dadurch
bildet sich zwischen der Umfangsfläche des Übertragungselementes 31 und der die
Bohrung begrenzenden Wandung des Injektorgehäuses 2 ein Ringspalt 24, von dem ein Ablauf
(23) abzweigt.
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Der Ventilraum 20 des Mehrwegeventils 13, ist über zwei in der Darstellung gemäß Fig.
1 parallel zueinander angeordnete Kanäle, den ersten Kanal 25 sowie den zweiten Kanal
28, mit dem Steuerraum 5 des Injektorgehäuses 2 verbunden. Der erste Kanal 25 sowie der
zweite Kanal 28 sind jeweils mit einem Drosselelement 29 bzw. 30 versehen. Die beiden
Kanäle 25 bzw. 28 können in bezug auf den Steuerraum 5 sowohl in Zulaufrichtung 26 als
auch bezogen auf den Steuerraum 5 in Ablaufrichtung 27 von aus dem Steuerraum 5
abströmenden Steuervolumen bzw. von über den weiteren Zulauf 21 durch den Ventilraum
20 in Zulaufrichtung 26 unter einem hohen Druck stehenden Kraftstoffvolumen
durchströmt werden. Die Mündung des ersten Kanals 25 ist so beschaffen, dass dieser neben
dem Ventilkörper 14 des Mehrwegeventiles 13 im Ventilraum 20 mündet, während der
zweite Kanal 28 unterhalb des zweiten Ventilsitzes 17 mit Ventilsitzdurchmesser im
Ventilraum 20 des Mehrwegeventiles 13 mündet.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist der Steuerraum 5 konstant durch die permanent
wirkende erste Zulaufdrossel 4 mit dem Zulaufteil vom Hochdrucksammelraum verbunden.
Bei in dem ersten Ventilsitz 15 gestellten Ventilkörper 14 des Mehrwegeventiles 13 steht
im Steuerraum 5 Hochdruck an. Durch den in den Ventilsitzdurchmesser 16 gestellten
Ventilkörper 14 ist der Ventilraum 20 des Mehrwegeventils 13 gegenüber dem Ablauf 23
abgedichtet. Wird der Ventilkörper des Mehrwegeventiles 13 geöffnet und über den Aktor
22 in eine Mittelstellung 19 (gestrichelte Darstellung) verfahren, wird der Druck im
Steuerraum 5 durch den permanent aufgesteuerten ersten Kanal 25 und das darin aufgenommene
Drosselelement 29 sowie den durch die Mittelstellung 19 aufgesteuerten zweiten Kanal 28
in Ablaufrichtung 27 entlastet. Durch geeignete Auslegung der Drosselquerschnitte des
Drosselelementes 29 im ersten Kanal 25 sowie des weiteren Drosselelementes 30 im
zweiten Kanal 28 kann der Druck im Steuerraum 5 sehr schnell abgebaut werden. Dadurch
ist ein schnelles Öffnen der Düsennadel/Stößelanordnung 8 erreichbar. Wird der
Ventilkörper 14 des Mehrwegeventiles 13 hingegen von seiner Mittelstellung 19 in seinen
zweiten Sitz 17 in Dichtstellung gefahren, wird der zweite Kanal 28 verschlossen. Ein
Druckabbau im Steuerraum 5 kann in dieser Schaltstellung des Ventilkörpers 14 des
Mehrwegeventils 13 nur über den permanent wirkenden ersten Steuerkanal 25 in den Ventilraum 20
des Mehrwegeventiles 13 erfolgen. In diesem Falle wird der Druck im Steuerraum 5
langsamer abgebaut, verglichen mit einem Druckabbau im Steuerraum 5, der bei in
Mittelstellung 19 gefahrene Ventilkörper 14 des Mehrwegeventiles 13 über die beiden parallel
geschalteten Kanäle 25 bzw. 28 erfolgen kann.
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Wird der Ventilkörper 14 durch Betätigung des Aktors 22 in den ersten Ventilsitz 15
verfahren, wird der Druckaufbau im Steuerraum 5 des Injektorgehäuses zusätzlich über den in
den Ventilraum 20 mündenden weiteren Zulauf 21 vom Zulauf 3 des
Hochdrucksammelraumes erfolgen. In diesem Falle strömt über die Zuläufe zum ersten Kanal 25 und den
zweiten Kanal 28 in Zulaufrichtung 26 in bezug auf den Steuerraum 5 unter hohem Druck
stehender Kraftstoff über beide in diesem Falle als Zulaufdrossel wirkende
Drosselelemente 29 bzw. 30 rückwärtig Kraftstoffvolumen in den Steuerraum 5. Dadurch stellt sich
in diesem ein schneller Druckaufbau ein, welcher ein schnelles Schließen der
Düsennadel/Stößelanordnung 8 in ihren in Fig. 1 nicht dargestellten Schließsitz nach sich zieht.
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Mit diesen als Servoventil-Injektor betreibbaren Kraftstoffinjektor kann eine
Einspritzverlaufformung bei gleichzeitig schnellem Nadelschließen realisiert werden, da durch das 3/3-
Wege-Ventil 13 eine Freigabe eines oder beider Strömungskanäle 25 bzw. 28 erfolgt,
wodurch sich unterschiedliche Druckänderungsgeschwindigkeiten im Düsenraum 5 im
Injektorgehäuse 2 des Kraftstoffinjektors 1 einstellen.
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Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 geht eine Ausführungsvariante mit 3/2-Wege-Ventil
und einem in einen der Strömungskanäle mündenden weiteren Zulauf vom
Hochdrucksammelraum näher hervor.
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Analog zur Darstellung gemäß Fig. 1 ist der Steuerraum 5 im Injektorgehäuse 2 über zwei
parallele Kanäle, nämlich einen ersten Kanal 25 sowie einen zweiten Kanal 28 mit dem
Ventilraum 20 eines Mehrwegeventiles 13 verbunden. Im Ventilraum 20 des
Mehrwegeventils 13 befindet sich ein vorzugsweise kugelförmig ausgebildeter Ventilkörper 14,
welcher mittels eines Aktorelementes 22 über ein Übertragungselement 31 in einen ersten
Ventilsitz 15 eine Mittelstellung 19 sowie einen unteren Ventilsitz 17 stellbar ist. Die
beiden den Ventilraum 20 des Mehrwegeventils 13 und den Steuerraum 5 miteinander
verbindenden Kanäle 25 bzw. 28 sind in bezug auf den Steuerraum 5 sowohl in Zulaufrichtung
26 als auch in Ablaufrichtung 27 vom Steuervolumen bzw. zufließendem
Kraftstoffvolumen durchströmbar.
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Im Unterschied zur Darstellung gemäß Fig. 1 mündet der weitere Zulauf 11 vom
Hochdrucksammelraum in den ersten Kanal 25 in einem Abstand 41 von der Begrenzungsfläche
7 des Steuerraums 5 im Injektorgehäuse 2.
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Wird der Ventilkörper 14 des Mehrwegeventiles 13 in seinen ersten Sitz 15 gestellt, ist der
Ablauf 23 abgedichtet und es erfolgt ein Druckaufbau im Steuerraum 5 über die permanent
wirkende erste Zulaufdrossel 4 und die in den ersten Strömungskanal 25 mündenden
weiteren Zulauf 11 vom Hochdrucksammelraum. In dieser Ausführungsvariante wirken die
permanent wirkende Zulaufdrossel 4 und der weitere Zulauf 11 vom
Hochdrucksammelraum permanent auf den Steuerraum 5 ein. Durch den Vergleich zu den permanent
wirkenden Zulaufdrosseln 4 bzw. 11 mit vergleichsweise großem Drosselquerschnitt
ausgebildeten Drosselelementen 29 bzw. 30 im ersten Kanal 25 bzw. im zweiten Kanal 28 stellt sich
ein schneller Druckabbau im Steuerraum 5 in den Ventilraum 20 ein, wenn der
Ventilkörper 14 des Mehrwegeventiles 13 in seiner Mittelstellung 19 gemäß der Darstellung in Fig.
2 gestellt ist.
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Mittels der in Fig. 1 bzw. Fig. 2 dargestellten Ausführungsvarianten läßt sich der
Druckabbau im Steuerraum 5, dem zumindest eine permanent wirkende Zulaufdrossel 4
zugeordnet ist, entweder über einen ersten Kanal 25 in einer ersten
Druckabbaugeschwindigkeit vornehmen, wenn der Ventilkörper 14 des Mehrwegeventiles 13 in seinen zweiten
Ventilsitz 17 gestellt ist. Dem ersten Kanal 25 wird bei in Mittelstellung 19 geschaltetem
Ventilkörper 14 des Mehrwegeventiles 13 der zweite Kanal 28 parallel geschaltet, so dass
der Druckabbau im Steuerraum 5 über zwei parallele Kanäle in den Ventilraum 20 und von
dort in den Ablauf 23 druckentlastet werden kann. Die im ersten Kanal 25 bzw. im zweiten
Kanal 28 aufgenommenen Drosselelemente 29 bzw. 30 sind in einem größeren Querschnitt
ausgelegt, so dass sich ein großer Durchfluß durch die Drosselelemente 29 bzw. 30 und
demzufolge ein schneller Druckabbau einstellt. Durch die realisierbaren
Druckabbaugeschwindigkeiten im Steuerraum 5 des Injektors gemäß den Ausführungsvarianten in Fig.
1 und 2 kann Einfluß auf den Ablauf der Einspritzung in den Brennraum einer
Verbrennungskraftmaschine dergestalt genommen werden, dass die Einspritzrate an den
Verbrennungsfortschritt im Brennraum angepaßt werden kann.
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Der Darstellung gemäß Fig. 3 ist ein Injektorkörper zu entnehmen, dessen Steuerraum
durch einen Zulaufkanal in einen der einen Ventilraum des Mehrwegeventiles und den
Steuerraum miteinander verbindenden Kanäle mündet.
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Analog zur Darstellung der Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 sind der eine
Düsennadel/Stößelanordnung 8 beaufschlagende Steuerraum 5 sowie der Ventilraum 20 eines
Mehrwegeventiles 13 durch zwei Kanäle 25 bzw. 28 miteinander verbunden. Im
Ventilraum 20 im Injektorgehäuse 2 ist ein Ventilkörper 14 aufgenommen, der mittels eines
Übertragungselementes 31 gemäß der Ansteuerung durch einen Piezoaktor 22 den
Ventilkörper 14 in einen ersten Sitz 15 eine Mittelstellung 19 sowie einen zweiten Sitz 17 stellt.
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Die beiden Kanäle 25 bzw. 28 zwischen Ventilraum 20 des Mehrwegeventiles 13 und dem
Steuerraum 5 innerhalb des Injektorgehäuses 2 sind in bezug auf den Steuerraum sowohl in
Zulaufrichtung 26 als auch in bezug auf den Steuerraum 5 in Ablaufrichtung 27 von
Kraftstoff/Steuervolumen durchströmbar. Analog zu den Ausführungsvarianten gemäß der
Fig. 1 und 2 mündet der zweite Kanal 28 unterhalb des zweiten Ventilsitzes 17, welcher
durch den vorzugsweise kugelförmig ausgebildeten Ventilkörper 14 verschlossen bzw.
freigegeben werden kann. Von einem am Zulauf 3 vom Hochdrucksammelraum
ausgebildeten Zulaufraum 24 zweigt sowohl die permanent wirkende Zulaufdrossel 4, welche den
Steuerraum 5 mit Druck beaufschlagt, als auch eine weitere Zulaufdrossel 11 eines
Zulaufkanales 23 ab. Der Zulaufkanal 23 mündet in einem Bereich eines Ringraumes 50, welche
etwa mittig zwischen dem Ventilsitz 15 und dem weiteren Drosselelement 30 im zweiten
Kanal 28 ausgebildet ist. Der Abschnitt des zweiten Kanales 28, der sich zwischen der
Mündung des Zulaufkanales 52 und dem weiteren Drosselelementes 30 in einer Länge 52
erstreckt, ist ein als Diffusorabschnitt 51 ausgebildet. Die Länge 52 des Diffusorabschnittes
51 ist so bemessen, dass sich die Kraftstoffströmung an die Wandung des zweiten Kanales
28 anzulegen vermag.
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Aufgrund der Auslegung der Drosselquerschnitte der in dem ersten Kanal 25 bzw. dem
zweiten Kanal 28 aufgenommenen Drosselelementen 29 bzw. 30, wird der Steuerraum 5
bei Öffnen des Ventilkörpers 14 aus seinem ersten Ventilsitz 15 gleichzeitig über die
beiden Drosselelemente 29 bzw. 30 entlastet. Wird der Ventilkörper 14 des Mehrwegeventiles
13 hingegen in seinen zweiten Sitz 17 im Ventilraum 20 gestellt, ist der zweite
Strömungskanal 28 verschlossen und es wirkt nur noch das als Ablaufdrossel fungierende
Drosselelement 29 des ersten Kanales 25. Gleichzeitig erfolgt eine Druckbeaufschlagung des
Steuerraumes 5 parallel durch die permanent wirkende erste Zulaufdrossel 4 sowie die im
abgeschlossenen verschlossenen zweiten Kanal 28 mündenden Zulaufkanal 53, in welchem eine
weitere Zulaufdrossel 11 aufgenommen ist. In diesem Falle wirkt das weitere
Drosselelement 30, welches im zweiten Kanal 28 aufgenommen ist, in Zulaufrichtung 26 auf den
Steuerraum 5 gesehen, in rückwärtige Richtung als Zulaufdrossel. Wird der Ventilkörper
14 des Mehrwegeventiles 13 hingegen durch Ansteuerung des Aktors 22 über sein
Übertragungselement 31 in seinen ersten Sitz 15 zurückgestellt, ist der Ablauf 23 verschlossen
und es stellt sich ein sehr schnelles Schließen der Düsennadel/Stößelanordnung 8 im
Injektorgehäuse 2 ein, da der Steuerraum 5 durch zwei Zulaufdrosseln 4 bzw. 11, 53
beaufschlagt ist.
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Gemäß der Ausführungsvariante, welche in Fig. 3 dargestellt ist, ist zwischen dem
weiteren Drosselelement 30 und dem Bereich 50, in welchem die Zulaufraum 53 sich vom
Zulaufraum 54 erstreckend in den zweiten Kanal 28 mündet, ein Diffusorabschnitt 5 1
ausgebildet. Die Länge 52 des Diffusorabschnittes 51 ist so bemessen, das die
Kraftstoffströmung sich an der Wandung des Strömungskanales 2 anlegen kann, so dass sich eine
laminare Strömung innerhalb des zweiten Strömungskanales 28 auszubilden vermag.
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Die mit der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante des der Erfindung
zugrundeliegenden Gedankens läßt sich ein Kraftstoffinjektor darstellen, mit dem eine
Einspritzverlaufsformung möglich ist und dessen Düsennadel/Stößelanordnung 8 sehr schnell in eine
Schließstellung positionierbar ist. Ist der zweite Ventilsitz 17 durch den Ventilkörper 14
des Mehrwegeventiles 13 verschlossen, kann je nach Auslegung der im Zulaufkanal 53
ausgebildeten Zulaufdrossel 11 eine minimale Volumenänderung im Steuerraum 5 erzielt
werden, so dass mittels einer derart feinfühligen Betätigung der
Düsennadel/Stößelanordnung 8 auch kleinste Kraftstoffeinspritzungen während der Bootphase der
Einspritzung vorgenommen werden können. Damit läßt sich die Steuerung einer
Düsennadel/Stößelanordnung genau an den Verbrennungsfortschritt im Brennraum der
Verbrennungskraftmaschine anpassen.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante mit lediglich einem Ventilraum-
Steuerraum-Strömungskanal, der in beiden Strömungsrichtungen durchströmbar ist.
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Gemäß dieser Ausführungsvariante sind der Ventilraum des Mehrwegeventiles 13 und der
Steuerraum 5 im Injektorgehäuse 2 über lediglich einen Kanal 28 miteinander verbunden.
Der Düsenraum 5 im Injektorgehäuse 2 wird über eine in den Zulauf vom
Hochdrucksammelraum oder einer anders konfigurierten Hochdruckquelle beaufschlagte permanente erste
Zulaufdrossel 4 ständig mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt. Der
Steuerraum 5 wird begrenzt durch eine Steuerraumwandung 6 sowie eine Steuerraumfläche 7.
Die in den Düsenraum 5 ein- bzw. gemäß des Doppelpfeiles 10 ausfahrende
Düsennadel/Stößelanordnung 8 taucht mit ihrer steuerraumseitigen Stirnfläche 9 in diesen ein.
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Das Mehrwegeventil 13, dessen Ventilkörper 14 bevorzugt kugelförmig ausgebildet ist,
kann mittels eines hier nicht näher dargestellten Stellers, beispielsweise eines Piezoaktors
in vertikale Richtung im Injektorgehäuse 2 bewegt werden. Es läßt sich von einem ersten
Ventilsitz 15 in eine Mittelstellung 19 sowie in einen zweiten Ventilsitz 17 stellen. Die
Sitzdurchmesser zwischen der gekrümmten Außenseite des Ventilkörpers 14 und dem Sitz
im Injektorgehäuse 2 sind in gestrichelten Linien angedeutet und jeweils mit dem
Bezugszeichen 16 bzw. 18 identifiziert. Der Ventilraum 20 umgibt den vorzugsweise kugelförmig
konfigurierten Ventilkörper 14. Das vom Steller 22 betätigbare Übertragungselement 31 ist
von einem Ringspalt 24 umgeben. Im Strömungskanal 28, welcher den Ventilraum 20 des
Mehrwegeventiles 13 und den Steuerraum 5 innerhalb des Injektorgehäuses 2 miteinander
verbindet, ist eine ringförmige Erweiterung 50 ausgebildet, in den ein Zulaufkanal 53
mündet, der eine weitere Zulaufdrossel 11 enthält. Der im Strömungskanal 28 ausgebildete
ringförmige Raum 50 ist in einem Abstand 52 von der im Strömungskanal 28
untergebrachten weiteren Drossel 30 beabstandet. Die mit Bezugszeichen 52 identifizierte Länge
wirkt als Diffusorlänge eines Diffusors 51, der sich zwischen der ringförmigen
Erweiterung 50 des Strömungskanales 28 und dem weiteren Drosselelement 30 des
Strömungskanals 28 erstreckt. Der Zulaufkanal 53 mit integriertem weiteren Zulaufdrosselelement 11
wird gleichfalls über den hochdruckseitigen Zulauf 3 gespeist, der ebenfalls die den
Steuerraum 5 permanent beaufschlagende Zulaufdrossel 4 mit unter hohem Druck stehenden
Kraftstoff versorgt und damit für ein ausreichendes Druckniveau im Steuerraum 5 des
Kraftstoffinjektors sorgt.
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Wird das Mehrwegeventil 13 aus dem ersten Ventilsitz 15 mittels Betätigung des
Piezostellers 22 geöffnet, erfolgt eine Druckabsenkung im Steuerraum 5 durch ein
abströmendes Kraftstoffvolumen, welches im Ventilraum 20 und damit dem Ringspalt 24 auf die
Niederdruckseite des Kraftstoffinjektors verläßt. Der Abschluß wird durch die
Ablaufdrossel 30 im Strömungskanal 28 begrenzt. Durch den diesem nachgeschalteten
Diffusorabschnitt 51 wird durch Kavitation der Durchfluß gedrosselt. Wird der Ventilkörper 14 des
Mehrwegeventiles hingegen an seinen zweiten Ventilsitz 17 durchgeschaltet, wird der
Steuerraum über die permanent wirkende Zulaufdrossel 4 sowie die das weitere
Drosselelement 11 im Zulaufkanal 53 parallel mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff
beaufschlagt. In diesem Falle wirkt das in den Strömungskanal 28 eingelassene weitere
Drosselelement 30 als rückwärts durchströmte Ablaufdrossel.
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Mit dieser Lösung läßt sich ein doppelt schaltender Injektor aufbauen, bei dem das schnelle
Schließen der Düsennadel realisiert ist. Dabei kann der Injektor sehr einfach und kompakt
aufgebaut werden. Wobei insbesondere von Vorteil ist, dass der permanente Durchfluß im
geöffneten Zustand durch die weitere Zulaufdrossel 11 eine Erhöhung des Stroms durch
das Mehrwegeventil 13 nach sich zieht. Dieses wirkt damit zusätzlich als ein
Verzögerungsglied, so dass der Ventilkörper 14 des Mehrwegeventiles nicht schnell geschaltet zu
werden braucht, was den Einsatz preiswerterer Steller 22 zuläßt.
Bezugszeichenliste
1 Injektor
2 Injektorgehäuse
3 Zulauf Hochdrucksammelraum
4 Permanente erste Zulaufdrossel
5 Steuerraum
6 Steuerraumwandung
7 Steuerraumfläche
8 Düsennadel/Stößel-Anordnung
9 Stirnfläche
10 Bewegungsrichtung
11 weitere Zulaufdrossel
12 Bohrung
13 Mehrwegeventil
14 Ventilkörper
15 erster Ventilsitz
16 Ventilsitzdurchmesser
17 zweiter Ventilsitz
18 Ventilsitzdurchmesser
19 Mittelstellung
20 Ventilraum
21 Mündung weiterer Zulauf
22 Piezosteller
23 Ablauf
24 Ringspalt
25 erster Kanal
26 Zulaufrichtung
27 Ablaufrichtung
28 zweiter Kanal
29 Drosselelement
30 weiteres Drosselelement
31 Übertragungselement
40 Zulaufmündung
41 Distanzzulaufmündung
42 Ventilraumwandung
50 Ring
51 Diffusorabschnitt
52 Diffusorlänge
53 Zulaufkanal
54 Zulaufraum