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Die
Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein
Kraftstoffinjektor mit zwei Lochreihen von Einspritzdüsen, denen
eine innere und koaxial dazu eine äußere Düsennadel zugeordnet ist, ist
beispielsweise aus
DE
102 05 970 A1 bekannt. Derartige Einspritzdüsen, die
druckabhängig
ansteuerbar unterschiedliche Einspritzquerschnitte freigeben, werden auch
als Variodüsen
bezeichnet. Der äußeren und
inneren Düsennadel
ist jeweils ein Steuerkolben zugeordnet, die jeweils auf einen kraftstoffgefüllten hydraulischen
Raum einwirken, so dass die hydraulischen Räume als aktiv beschaltete Steuerräume wirken.
Die beiden Steuerräume
sind über
einen Verbindungskanal hydraulisch miteinander verbunden. Der Steuerraum
der äußeren Düsennadel
ist über
eine Ablaufdrossel mit einem Niederdruck-Rücklaufsystem verbindbar. Der
Verbindungskanal ist dabei so bemessen, dass beim Öffnen der
Ablaufdrossel zuerst der Druck im Steuerraum der äußeren Düsennadel
abfällt
und erst mit einer zeitlichen Verzögerung der Druck im Steuerraum
der inneren Düsennadel.
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Zur
Steigerung des Einspritzdrucks, der über dem Druckniveau des Druckspeichers
(Common Rail) liegt, ist aus
DE 102 29 417 A1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
mit Druckübersetzungseinrichtung
bekannt, bei der zusätzlich
zur Verbesserung der Einspritzcharakteristik und zur Erhöhung des Wirkungsgrades
ebenfalls eine Variodüse
mit einer inneren und einer äußeren Düsennadeln
eingesetzt ist. Dabei wird der Öffnungsdruck
der inneren Düsennadel
per Federunterstützung
auf ein konstantes Niveau bzw. mit Hilfe eines zusätzlichen
Assistenzdrucks auf ein bestimmtes Verhältnis von Raildruck und Öffnungsdruck
eingestellt. Dadurch ist eine Anpassung des hydraulischen Durchflusses
durch den Kraftstoffinjektor an den Lastpunkt des Verbrennungsmotors
möglich.
Dabei wird die innere Düsennadel
so eingestellt, dass sie erst bei relativ hohem Drücken von
beispielsweise größer 1500
bar öffnet, um
somit gute Emissionswerte im Teillastzustand des Verbrennungsmotors
zu erreichen. Die Einstellung des konstanten Öffnungsdrucks für die innere
Düsennadel
ist dabei sehr toleranzempfindlich, da mit der Öffnung der inneren Düsennadel
ein Mengensprung in der Einspritzmenge einhergeht. Insofern machen sich
Exemplarstreuungen besonders unangenehm bemerkbar. Bei der anderen
Variante, den Öffnungsdruck
der inneren Düsennadel über das
konstante Verhältnis
von Assistenzdruck und Düsendruck
zu erreichen, öffnet
die innere Düsennadel
auch bereits bei Teillast des Verbrennungsmotors.
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Um
die Auswirkungen der Streuungen in der Ansteuerdauer des Steuerventils
auf die Einspritzmenge bei Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mit
Druckübersetzer
zu verhindern, wurde bereits in
DE l02 29 415 A1 vorgeschlagen, die Öffnungsgeschwindigkeit einer
einzelnen Düsennadel
zu dämpfen,
ohne dass ein schnelles Schließen
der Düsennadel
beeinträchtigt
wird. Dabei ist im Schließraum
der Düsennadel ein
Dämpfungskolben
axial geführt
angeordnet, der einen Dämpfungsraum
begrenzt und über
einen Überströmkanal mit
dem Schließraum
der Düsennadel
in Verbindung steht.
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Außerdem wurde
bereits in der älteren DE-Patentanmeldung
102004 017 305.2 vorgeschlagen, zur Ansteuerung der inneren Düsennadel
ein weiteres Schaltventil vorzusehen, das einen der inneren Düsennadel
zugeordneten Steuerraum zum Öffnen
der inneren Düsennadel
diesen mit einem Niederdruck-/Rücklaufsystem
verbindet. Die hierbei beschriebenen Maßnahmen ermöglichen es mit dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung
auf Grund der Verwendung von sogenannten lecköllosen Koaxialvariodüsen mit
jeweils getrennten Kraftstoffzuführung
für die
inneren und äußeren Einspritzdüsen ein
homogenes Brennverfahren zu erzielen. Dadurch lassen sich zusammen
mit dem weiteren Schaltventil beide Düsennadeln unabhängig voneinander
aktivieren. Dies hat zur Folge, dass drei Lochreihen mit Einspritzdüsen (erste
Lochreihe, zweite Lochreihe oder beide Lochreihen zusammen) von
Einspritzung zu Einspritzung weitgehend frei gewählt werden können. Dies ermöglicht außerdem,
dass mit unterschiedlichen Einspritzwinkeln gearbeitet werden kann.
So kann zum Beispiel mit geringem Druck mit sehr kleinen Einspritzwinkeln
für ein
homogenes Brennverfahren ein früher
Spritzbeginn ohne Benetzung der Zylinderwand (Ölverdünnung) realisiert werden. Da
diese homogene Brennverfahren nur für bestimmte Lasten des Motors
einsetzbar sind, ergibt sich durch die flexible Einspritzung mit
unterschiedlichem Drücken und
Spritzwinkeln eine optimale Anpassungsfähigkeit an zukünftige Verbrennungskonzepte.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine flexible Ansteuerung beider
Düsennadeln
bei vereinfachtem konstruktiven Aufwand und geringerem Bauraumbedarf
zu schaffen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil,
dass die innere Düsennadel
beziehungsweise der Steuerkolben der inneren Düsennadel nicht durch den Dämpfungsraum
der äußeren Düsennadel
geführt
werden muß,
so dass dadurch eine aufwendige mechanische Doppelführung über Bauteilgrenzen
hinweg und die dadurch aufwendigen Maßnahmen zur Vermeidung von Druckunterwanderungen
entfallen. Die Erfindung ermöglicht,
dass der Druck im Dämpfungsraum
für die äußere Düsennadel
keinen Einfluss auf die Kräftebilanz
der inneren Düsennadel
hat. Dadurch ist eine flexiblere Ansteuerung beider Düsennadeln
bei vereinfachtem konstruktiven Aufwand und geringerem Bauraumbedarf
möglich.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung möglich. Eine
zweckmäßige Ausführungsform
besteht darin, dass der Steuerraum für die innere Düsennadel
von einem zumindest teilweise innerhalb der äußeren Düsennadel ausgebildeten Raum
gebildet wird. Dieser Raum wird dabei mittels einer am Dämpfungskolben
und/oder an der Druckfläche
des äußeren Düsennadel
ausgebildeten Dichtfläche
von einem der äußeren Düsennadel
zugeordneten weiteren Steuerraum hydraulisch getrennt. Zur Ansteuerung
der inneren Düsennadel
mittel des zweiten Schaltventils ist der Steuerraum für die innere
Düsennadel über eine
Ablaufdrossel an das Niederdruck-/Rücklaufsystem ankoppelbar. Zum
Befüllen
des Steuerraums für
die innere Düsennadel
ist dieser über
eine Drossel an eine Raildruck-Leitung oder über eine
Drossel an eine Hochdruckleitung einer Druckübersetzungseinrichtung angeschlossen. Eine
lecköllose
Variodüse
wird dadurch realisiert, indem für
die inneren Einspritzdüsen
eine separate Kraftstoffzuleitung vorgesehen ist, die zu einer den Einspritzdüsen vorgelagerten
Druckschulter an der inneren Düsennadel
führt.
Zweckmäßig ist
dabei, dass die Kraftstoffzuleitung für die inneren Einspritzdüsen als
ein Zwischenraum zwischen der inneren Düsennadel und der äußeren Düsennadel
ausgebildet ist und ein Verbindungskanal in einen Düsenraum für die äußere Düsennadel
führt.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung
ist besonders zweckmäßig in Verbindung
mit einer Druckübersetzungseinrichtung
einsetzbar.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine
Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 eine
Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel,
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4 eine
vergrößerte Darstellung
des Ausschnittes X in den 1 und 2
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5 eine
vergrößerte Darstellung
des Ausschnittes Y in 3.
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Ausführungsbeispiele
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Die
in den 1 bis 3 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen
umfassen einen Kraftstoffinjektor 1 und einen Hochdruckspeicher 2 (Common
Rail), wobei der Kraftstoffinjektor 1 über den Hochdruckspeicher 2 mit
unter hohem Druck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Der Kraftstoffinjektor 1 enthält eine
Druckübersetzungseinrichtung 5,
ein Steuerventil 8 sowie ein Einspritzventil 9, über welches
in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine
am brennraumseitigen Ende Kraftstoff eingespritzt wird.
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Das
Steuerventil 8 ist ein Servoventil das als 3/2-Wegeventil
ausgeführt
ist. Das Steuerventil 8 wird von einem nicht näher dargestellten
ersten Schaltventil angesteuert, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel
von einem Elektromagneten betätigt
wird. Der Elektromagnet lässt
sich jedoch auch durch einen Piezo-Aktor ersetzten. Als weitere
Ausführungsformen
für das
Steuerventil 8 kann auch ein direkt gesteuertes Magnetventil
oder ein druckausgeglichenes 3/2-Wege-Ventil mit Piezo-Aktor eingesetzt werden.
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Das
Einspritzventil 9 verfügt über eine
Variodüse
mit einer äußeren Düsennadel 11 und
einer inneren Düsennadel 12.
Die Düsennadeln 11, 12 sind koaxial
ineinanderliegend geführt
und unabhängig voneinander
längsverschiebbar.
Die Variodüse
weist dabei zwei Lochreihen von Einspritzdüsen mit äußeren Einspritzdüsen 13 und
inneren Einspritzdüsen 14 auf,
wobei die äußere Düsennadel 11 den äußeren Einspritzdüsen 13 und
die innere Düsennadel 12 den inneren
Einspritzdüsen 14 zugeordnet
ist. Die äußere Düsennadel 11 weist
ferner innerhalb eines Düsenraums 15 eine
Druckschulter 16 auf.
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Die
innere Düsennadel 12 besitzt
eine weitere Druckschulter 17, die den inneren Einspritzdüsen 14 vorgeschaltet
ist. Zwischen der äußeren Düsennadel 11 und
der inneren Düsennadel 12 ist
eine Kraftstoffzuführung 18 ausgebildet,
die als Zwischenraum oder als Ringspalt zwischen der inneren Düsennadel 12 und
der äußeren Düsennadel 11 realisiert
ist. Zusätzlich
ist ein Verbindungskanal 19 beispielsweise radial durch
die äußere Düsennadel 11 geführt, der
den Düsenraum 15 mit
der Kraftstoffzuführung 18 verbindet,
so dass an der brennraumseitigen Druckschulter 17 der inneren
Düsennadel 12 ebenfalls
der im Düsenraum 15 herrschende
Einspritzdruck anliegt. Durch diese Ausführung wird eine an sich bekannte
lecköllose
Variodüse
realisiert, bei der an der äußeren Düsennadel 11 zusätzlich ein nicht
näher dargestellter
Doppelsitz als brennraumseitiger Dichtsitz ausgebildet ist.
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An
der dem Brennraum abgewandten Seite der Variodüse ist ein Steuerraum 20 für die äußeren Düsennadel 11 und
ein weiterer Steuerraum 30 für die innere Düsennadel 12 angeordnet.
Die äußere Düsennadel 11 weist
mit einer in Schließrichtung
wirkenden Druckfläche 21 in
den Steuerraum 20. Der äußeren Düsennadel 11 ist
ferner ein Dämpfungskolben 22 zugeordnet,
der in einer an den Steuerraum 20 sich anschließenden Bohrung 23 geführt ist.
Der Dämpfungskolben 22 wirkt
auf einen Dämpfungsraum 24,
in dem der Dämpfungskolben 22 mittels
einer Druckfeder 25 in Schließrichtung vorgespannt ist. Die
in den Dämpfungsraum 24 weisenden
Flächen bilden
die Dämpfungsflächen für die äußere Düssennadel 11 aus.
Zur Ansteuerung der inneren Düsennadel 12 ist
gemäß 1 und 2 ein
separates Schaltventil 60 und gemäß 3 ein separates Schaltventil 70 vorgesehen.
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Die
Ausführung
des weiteren Steuerraums 30 für die innere Düsennadel
geht aus den vergrößerten Darstellungen
in den 4 und 5 hervor. Dabei ist der Dämpfungskolben 22 an
der brennraumseitigen Fläche
mit einer Vertiefung 26 ausgeführt, die von einer Dichtkante 27 umgeben
ist. Eine in der äußeren Düsennadel 11 ausgebildete
Bohrung 28, in der die innere Düsennadel 12 geführt ist,
bildet zum Steuerraum 20 hin einen offenen Zylinderraum 31,
der zusammen mit der Vertiefung 26 den weiteren Steuerraum 30 bildet,
wobei die innere Düsennadel 11 zweckmäßigerweise
einen als Steuerkolben 33 ausgeführten Abschnitt aufweist, der
mit dem weiteren Steuerraum 30 zusammenwirkt. Im Steuerraum 30 ist
eine am Dämpfungskolben 22 abstützende Druckfeder 32 angeordnet,
die die innere Düsennadel 12 in
Schließrichtung
drückt.
Die am Dämpfungskolben 22 angeordnete
Dichtkante 27 stützt
sich auf der Druckfläche 21 der äußeren Düsennadel 11 ab, so
dass der Steuerraum 20 für die äußere Düsennadel 11 gegenüber dem
weiteren Steuerraum 30 für die innere Düsennadel 12 abgedichtet
ist.
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Vom
schematisch angedeuteten Hochdruckspeicher 2 gelangt Kraftstoff über ein
kombiniertes Rückschlag-/Drosselventil 48 und
eine Raildruckleitung 49 in einen Druckraum 35 der
Druckübersetzungseinrichtung 5.
Die Druckübersetzungseinrichtung 5 umfasst
neben dem erwähnten
Druckraum 35 einen Rückraum 36 und
einen Hochdruckraum 37. Innerhalb der Druckübersetzungseinrichtung 5 ist
ein axial verschiebbarer Stufenkolben 40 aufgenommen, der
einen ersten Teilkolben 41 umfasst, der im Vergleich zu
einem zweiten Teilkolben 42 mit einem eine Führung ermöglichenden
größeren Durchmesser ausgebildet
ist. Der Stufenkolben 40 kann dabei sowohl aus zwei separaten
Bauteilen als auch aus einem Bauteil gefertigt werden. Der Stufenkolben 40 weist
ferner eine in den Druckraum 35 hineinragende Kolbenstange 43 auf,
an der eine Rückstellfeder 44 angreift.
Der zweite Teilkolben 42 des Stufenkolbens 40 begrenzt
mit seiner Stirnfläche
den Hochdruckraum 37, an welchem eine Hochdruckleitung 45 angeschlossen
ist, die den Düsenraum 15 des
Einspritzventils 9 mit unter sehr hohem Druck stehendem
Kraftstoff beaufschlagt. Vom Rückraum 36 der Druckübersetzungseinrichtung 5 zweigt
eine erste Steuerleitung 46 und eine zweite Steuerleitung 47 ab, wobei
die erste Steuerleitung 46 an das Steuerventil 8 und
die zweite Steuerleitung 47 über eine Steuerraumdrossel 50 an
den Steuerraum 20 für
die äußere Düsennadel 11 angeschlossen
ist. Der Steuerraum 20 ist ferner über ein Rückschlagventil 53 an
die Hochdruckleitung 45 angeschlossen.
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Der
Dämpfungsraum 24 ist über eine
Ablaufdrossel 51 und über
eine Leitung 81 mit einem Rückschlagventil 52 mit
der zweiten Steuerleitung 47 verbunden. Eine dem weiteren
Steuerraum 30 zugeordnete Ablaufdrossel 54 führt vom
Steuerraum 30 durch den Dämpfungskolben 22 über eine
weitere Leitung 55 in einen aktorseitigen Druckraum 56 des Schaltventils 60.
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Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 führt eine
Leitung 57 über
eine Zulaufdrossel 58 von der Hochdruckleitung 45 in
den Steuerraum 30, so dass der Steuerraum 30 über die
Hochdruckleitung 45 und den Düsenraum 15 mit Raildruck
versorgbar ist. Beim Ausführungsbeispiel
gemäß 2 führt die Leitung 57 zu
einer zusätzliche
Leitung 64, die den Steuerraum 30 über die
Zulaufdrossel 58 mit dem Druckraum 35 der Druckübersetzungseinrichtung 5 verbindet.
Dadurch wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Steuerraum 30 mit
Raildruck versorgt.
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Das
zweite Schaltventil 60, das bei den Ausführungsbeispielen
in 1 und 2 ein 2/2-Wege-Ventil ist, weist einen Steuerkolben 61 auf
der den aktorseitigen Druckraum 56 von einem Niederdruckraum 62 trennt.
An den Niederdruckraum 62 ist eine Rücklaufleitung 69 angeschlossen,
die in das Niederdruck-Rücklaufsystem 80 führt.
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In
einem Grundzustand, bei dem die Einspritzdüsen 13, 14 von
der äußeren und
der inneren Düsennadel 11, 12 verschlossen
sind, sind alle Druckräume
mit Rail- bzw. Systemdruck beaufschlagt. Dieser Zustand wird durch
eine zweite, nicht dargestellte Schaltstellung des Steuerventils 8 realisiert.
Der Stufenkolben 40 des Druckübersetzungseinrichtung 5 ist
dabei druckausgeglichen. In diesem Zustand ist der Druckübersetzungseinrichtung 5 deaktiviert,
wobei der Stufenkolben 40 über die Rückstellfeder 35 in
seine Ausgangslage zurückgestellt
ist und der Druckraum 35 dabei über das Rückschlagventil 48 befüllt wurde.
Im Grundzustand liegt im Steuerraum 20, im Dämpfungsraum 24 sowie
im weiteren Steuerraum 30 ebenfalls Rail- bzw. Systemdruck
an. Aufgrund der Flächenverhältnisse
der Stirnflächen
bzw. Druckflächen
und den an den Düsennadeln 11, 12 ausgebildeten
Druckschultern 16, 17 wirkt eine hydraulische
Schließkraft
auf die innere und äußere Düsennadel 11, 12.
Die auf dem Dämpfungskolben 22 und
damit auf die äußere Düsennadel 11 wirkende
Druckfeder 25 unterstützt
außerdem den
Schließvorgang.
Infolgedessen kann der Raildruck ständig im Düsenraum 15 anstehen,
ohne das die äußere Düsennadel 11 sich öffnet. Im
drucklosen Zustand werden die Steuerräume 20, 30 mittels
der Druckfeder 25 abgedichtet.
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Um
ein Öffnen
der äußeren Düsennadel
zu bewirken muss der Druck im Düsenraum 15 ansteigen,
was durch Zuschalten der Druckübersetzungseinrichtung 5 und
durch Druckentlastung des Steuerraums 20 bewirkt wird.
Dazu wird das Steuerventil 8 in die in den 1 bis 3 dargestellte
Schaltstellung gebracht. Mittels der dargestellten Schaltstellung
des Steuerventils 8 wird über die Steuerraumdrosseln 50 und
die Drossel 51 eine Verbindung des Steuerraums 20 und
des Dämpfungsraums 24 zum Niederdruck-/Rücklaufsystem 80 hergestellt.
Gleichzeitig wird der Rückraum 36 der
Druckübersetzungseinrichtung 5 vom
Raildruck abgetrennt und ebenfalls zum Niederdruck-/Rücklaufsystem 80 druckentlastet. Die
Druckübersetzungseinrichtung 5 baut
dadurch einen dem Übersetzungsverhältnis des
Stufenkolbens 40 entsprechenden Druck auf, wobei das Rückschlagventil 53 schließt.
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Der über die
Hochdruckleitung 45 in den Düsenraum 15 geleitete
Hochdruck greift an der Druckschulter 16 der äußeren Düsennadel 11 an
und hebt diese vom Dichtsitz ab, so dass die äußeren Einspritzdüsen 13 freigegeben
werden. Die Einspritzung erfolgt dabei mit dem übersetzten Hochdruck, der oberhalb
des Raildrucks liegt. Die Öffnungsbewegung
der äußeren Düsennadel 11 wird
dabei mittels des Dämpfungskolbens 22 gedämpft, wobei
das weitere Rückschlagventil 52 durch
den Druckaufbau im Dämpfungsraum 24 geschlossen
wird. Es erfolgt somit eine Einspritzung mit rampenförmig ansteigendem
Einspritzdruck.
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Zum
Schließen
der äußeren Düsennadel 11 wird
das Steuerventil 8 geschlossen, indem die zweite, nicht
dargestellte Schaltstellung eingenommen wird, wobei der Einspritzdruck
an den äußeren Einspritzdüsen 13 wieder
auf Raildruckniveau sinkt. Die äußere Düsennadel 11 schließt dann
aufgrund des steigenden Drucks im Steuerraum 20. Eine schnelle Wiederbefüllung des
Dämpfungsraums 24 erfolgt über das
weitere Rückschlagventil 52.
Das zweite Rückschlagventil 52 ist
für die
Wiederbefüllung
des Dämpfungsraums 24 nicht
zwingend erforderlich. Bei Entfall würde der Dämpfungskolben 22 langsamer als
die Düsennadel 11 schließen, da
die Drossel 51 mit kleinerem Durchfluss als die Drossel 50 ausgeführt ist.
Es ist außerdem
denkbar, über eine
zusätzliche
Drossel, die dem zweiten Rückschlagventil 52 vorgeschaltet
ist, die Düsennadel-/Dämpferbewegung
weiter anzupassen.
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Das Öffnen der äußeren Düsennadel 11 hat eine
Vergrößerung des
Steuerraums 30 für
die innere Düsennadel 12 zur
Folge. Hieraus würde
eine Absenkung des Steuerraumdrucks im Steuerraum 30 resultieren,
der zu einem ungewollten Öffnen
der inneren Düsennadel 12 führen kann.
Dies wird jedoch dadurch unterbunden, indem gemäß 1 eine Verbindung
zwischen Hochdruckleitung 45 und dem Steuerraum 30 über die
Leitung 57 und die Zulaufdrossel 58 vorgesehen
ist, so dass die sonst entstehende Volumenänderung ausgeglichen werden kann.
Alternativ hierzu kann jedoch eine Anbindung der Zulaufdrossel 58 an
den Raildruck über
die zusätzliche
Leitung 64, wie in 2 dargestellt,
vorgesehen werden. Auch hierbei wird die entstehende Volumenänderung
ausgeglichen.
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Zum Öffnen der
inneren Düsennadel 12 wird die
innere Düsennadel 12 bei
den Ausführungsbeispielen
gemäß 1 und 2 über das
Schaltventil 60 angesteuert. Das Steuerventil 8 bleibt
dabei gemäß dem zweiten,
nicht dargestellten Schaltzustand geschlossen. Durch das Ansteuern
des Schaltventils 60 wird der Steuerkolben 61 angehoben,
so dass eine Verbindung des aktorseitigen Druckraums 56 über den
Niederdruckraum 62 zum Niederdruck-/Rücklaufsystem 80 hergestellt
wird. Dadurch sinkt der Druck im Steuerraum 30, die innere
Düsennadel 12 hebt
ab und die inneren Einspritzdüsen 14 werden
geöffnet.
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Der
Kraftstoff zum Einspritzen über
die inneren Einspritzdüsen 14 wird
aus der Raildruckleitung 49 über den Druckraum 35,
die Steuerleitungen 46, 47, die Drossel 50,
den Steuerraum 20, das Rückschlagventil 53,
die Hochdruckleitung 45 in den Düsenraum 15 und von
dort über
den Verbindungskanal 19 und die Kraftstoffzuführung 18 zur
inneren Einspritzdüse 14 gefördert. Die
Einspritzung über
die inneren Düsennadeln 14 erfolgt
bei dieser Beschaltung mit Raildruck.
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Bei
zu großem
Druckabfall auf der Hochdruckseite, wird die Druckübersetzereinrichtung 5 durch
eine Abwärtsbewegung
des Stufenkolbens 41 den Druckabfall ausgleichen. Dies
ist möglich,
da der Rückraum 36 der
Druckübersetzereinrichtung 5 unter Raildruck
steht und somit nur ein Druckübersetzungsverhältnis von
1:1 erreicht werden kann.
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Durch
Schließen
des zweiten Schaltventils 60 wird die innere Düsennadel 12 in
Schließrichtung bewegt
und schließt
die inneren Einspritzdüsen 14 ab.
Durch geeignete Wahl des Spritzwinkels kann der Injektor hier sowohl
für eine
konventionelle als auch für
ein homogenes Brennverfahren eingesetzt werden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Kraftsstoffeinspritzung geht aus 3 hervor.
Hierbei erfolgt die Ansteuerung der inneren Düsennadel 12 über das
Schaltventil 70, das als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist.
Das 3/2-Schaltventil 70 weist einen Steuerkolben 71,
einen aktorseitigen Niederdruckraum 72, einen Schließraum 73 und
einen aktorseitigen Druckraum 74 auf. Der Niedruckraum 72 ist,
wie beim Schaltventil 60 der Ausführungsbeispiele in 1 und 2,
an die Rücklaufleitung 63 angeschlossen,
die zum Niederdruck/Rücklaufsystem 80 führt. Die über die
Ablaufdrossel 54 geführte
Leitung 55 zum Steuerraum 30 ist an den Schließraum 73 angeschlossen.
Der aktorseitige Druckraum 74 steht über eine aktorseitige Druckleitung 65 über den Druckraum 35 der
Druckübersetzungseinrichtung 5 unter
Raildruck.
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Beim
Ansteuern des Schaltventils 70 wird der Steuerkolben 71 nach
oben bewegt und gibt dem Niederdruckraum 72 frei. Gleichzeitig
wird der Druckraum 74 vom Schließraum 73 getrennt,
so dass der Kraftstoff aus dem Steuerraum 30 über die
Ablaufdrossel 54, den Schließraum 73 und den Niederdruckraum 72 in
die Rücklaufleitung 63 und
damit in das Niederdruck-/Rücklaufsystem 80 abfließen kann. Dadurch
hebt die innere Düsennadel 12 vom
Dichtsitz ab und der Einspritzvorgang mit Raildruck über die
inneren Einspritzdüsen 14 erfolgt.
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Das
Schließen
der inneren Düsennadel 12 wird
dadurch eingeleitet, indem das Schaltventil 70 die Ausgangsstellung
einnimmt und dabei der Niederdruckraum 72 geschlossen wird.
In dieser Schaltstellung erfolgt ein Befüllen des Steuerraums 30 aus dem
Druckraum 35 über
die aktorseitige Druckleitung 65, dem aktorseitigen Druckraum 74,
dem Schließraum 73 und
die Ablaufdrossel 54.
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Die Öffnung der äußeren Einspritzdüsen 11 erfolgt
wie bereits zu den Ausführungsbeispielen
in 1 und 2 beschrieben. Der wesentliche
Vorteil des Ausführungsbeispiels
in 3 besteht darin, dass keine zusätzliche
Zulaufdrossel 58 zum Befüllen des weiteren Steuerraums 30 notwendig
ist. Das Befüllen
des Steuerraums 30 erfolgt aus dem unter Raildruck stehenden
Druckraum 35 über
die beschriebene Beschaltung des zweiten Schaltventils 70.
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Die
Ausführungsbeispiele
in 2 und 3 haben gegenüber dem
Ausführungsbeispiel
in 1 den Vorteil, dass der weitere Steuerraum 30 für die innere
Düsennadel 12 nicht
mit der Hochdruckleitung 45 in Verbindung steht, die beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 beim
Ansteuern der äußeren Düsennadel 11 den
Hochdruck über
die Drossel 58 und den Steuerraum 30 und der Steuerleitung 55 zum
aktorseitigen Druckraum des Schaltventils 60 führt. Bei
den Ausführungsbeispielen
in 2 und 3 ist das zweite Schaltventil 60, 70 somit
von dem vom Druckübersetzer 5 erzeugten
Hochdruck für
die äußere Düsennadel 11 entkoppelt.
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Mit
den beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist es möglich,
dass durch ein Ansteuern des zweiten Schaltventils 60, 70 für ein konventionelles Brennverfahren
eine Lochreihe von Einspritzdüsen 13, 14 beliebig
zu- und abgeschaltet werden kann, so dass sich für die Volllast ein hoher hydraulischer Durchfluss
realisieren lässt.
Durch eine entsprechende Auslegung der Steuerraumdrossel 50 und
des Rückschlagventils 52,
dem zusätzlich
eine weitere Zusatzdrossel vorgeschaltet sein kann, kann aufgrund
des nadelhubabhängigen
Steuerraums 30 für die
innere Düsennadel 12 ein
hydraulischer Mitnehmer realisiert werden, der für ein gleichzeitiges Schließen der äußeren Düsennadel 11 und
der inneren Düsennadel 12 sorgt.
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Als
Varianten für
das erste Schaltventil des Steuerventils 8 und für die zweiten
Schaltventile 60, 70 können sowohl direkt gesteuerte,
druckausgeglichene als auch servogesteuerte Magnetventile oder drucksausgeglichene
3/2-Wegeventile mit Piezoaktor verwendet werden. Weiterhin ist eine
Anordnung des zweiten Schaltventils 60, 70 an
einer beliebigen Stelle des Kraftstoffinjektors 1, wie
zum Beispiel an der Oberseite denkbar.
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- 1
- Kraftstoffinjektor
- 2
- Hochdruckquelle
- 5
- Druckübersetzungseinrichtung
- 8
- Steuerventil
- 9
- Einspritzventilen
- 11
- äußere Düsennadel
- 12
- innere
Düsennadel
- 13
- äußere Einspritzdüsen
- 14
- innere
Einspritzdüsen
- 15
- Düsenraum
- 16
- Druckschulter
- 17
- weitere
Druckschulter
- 18
- Kraftstoffzuleitungen
- 19
- Verbindungskanal
- 20
- erster
Steuerraum
- 21
- Druckfläche
- 22
- Dämpfungskolben
- 23
- Bohrung
- 24
- Dämpfungsraum
- 25
- Druckfehler
- 26
- Vertiefung
- 27
- Dichtkante
- 28
- Bohrung
- 30
- weiterer
Steuerraum
- 31
- Zylinderraum
- 32
- Druckfeder
- 33
- Steuerkolben
- 35
- Druckraum
- 36
- Rückraum
- 37
- Hochdruckraum
- 40
- Stufenkolben
- 41
- erster
Teilkolben
- 42
- zweiter
Teilkolben
- 43
- Kolbenstange
- 44
- Rückstellfeder
- 45
- Hochdruckleitung
- 46
- erste
Steuerleitung
- 47
- zweite
Steuerleitung
- 48
- Drossel-/Rückschlagventil
- 49
- Raildruckleitung
- 51
- Ablaufdrossel
- 52
- Rückschlagventil
- 53
- weiteres
Rückschlagventil
- 54
- Ablaufdrossel
- 55
- weitere
Steuerleitung
- 56
- aktorseitiger
Druckraums
- 57
- Leitung
- 58
- Zulaufdrossel
- 60
- separates
Schaltventil
- 61
- Steuerkolben
- 62
- Niederdruckraum
- 63
- Rücklaufleitung
- 64
- zusätzliche
Leitung
- 65
- Druckraumleitung
- 70
- separates
Schaltventil
- 71
- Steuerkolben
- 72
- Niederdruckraum
- 73
- Schließraum
- 74
- aktorseitiger
Druckraum
- 80
- Niederdruck-Rücklaufsystem
- 81
- Leitung