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Die
Erfindung geht von einem Kraftstoffinjektor mit einem Ventilantrieb,
insbesondere für
einen piezoelektrischen Aktor nach der Gattung des Hauptanspruchs
aus. Der piezoelektrische Aktor betätigt eine Servoventileinheit,
die eine Registerdüse mit
zwei koaxial angeordneten Düsennadeln
steuert. Dadurch können
zwei getrennt angeordnete Reihen mit Spritzlöchern, die im unteren Teil
eines Düsenkörpers angeordnet
sind, geöffnet
oder verschlossen werden. 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 0978649 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 19936668 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
in 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
EP 1 041 272 A2 ist
ein Kraftstoffinjektor bekannt, der eine Ventilnadel umfasst, die
in einer Bohrung verschiebbar ist. Eine der Ventilnadel zugeordnete
Fläche
wird dem Kraftstoffdruck innerhalb einer ersten Steuerkammer ausgesetzt
und eine Bewegung der Ventilnadel weg von dem Ventilnadelsitz wird
durch ein bewegbares Anschlagelement begrenzt.
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Das
Anschlagelement weist eine Oberfläche auf, die einem Kraftstoffdruck
innerhalb einer zweiten Steuerkammer ausgesetzt ist. Der Kraftstoffinjektor umfasst
ferner eine Steuerventilanordnung zum Steuern des Kraftstoffdrucks
in der ersten und der zweiten Steuerkammer, um eine Bewegung der
Ventilnadel und des Stoppelements zu steuern.
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Aus
der
DE 103 09 387
A1 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt. Bei
dieser weist ein Ventilelement ein Durchgangsloch auf. Wenn das Ventilelement
gegen einen Ventilsitz aufgesetzt 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 her bewegbar. 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 Durchgangsloch in die Einspritzlöcher blockiert.
Eine Druckaufnahmefläche
des Ventilelements, die dem 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 einer Aufsetzrichtung aufgebracht
wird, verringert ist.
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Die
DE 10 2004 041 172
B3 zeigt ein Einspritzventil welches einen Körper aufweist,
der eine erste Ausnehmung hat. Ferner hat es eine äußere Düsennadel,
die in der ersten Ausnehmung angeordnet ist, die eine Ausnehmung
hat und die in einer Schließposition
einen Fluidfluss durch ein erstes Einspritzloch unterbindet und
diesen ansonsten freigibt. Eine innere Düsennadel ist vorgesehen, die
in der Ausnehmung der äußeren Düsennadel
angeordnet ist und die in einer Schließposition eines Fluidfluss durch
ein zweites Einspritzloch unterbindet und diesen ansonsten freigibt.
Ein Servoventil umfasst den Körper.
Es umfasst ferner einen äußeren Kolben,
der in der Ausnehmung des Körpers
angeordnet ist und der einen Schließkörper hat, der in einer Schließstellung
des äußeren Kolbens
dichtend in einem Sitz anliegt, der in der Wandung der Ausnehmung
des Körpers
gebildet ist. Ferner ist im Servoventil ein innerer Kolben zugeordnet,
der in einer Ausnehmung des äußeren Kolbens
angeordnet ist und der einen Schließkörper hat, der in einer Schließstellung
des inneren Kolbens dichtend an einem Sitz anliegt, der in der Wandung
der Ausnehmung des äußeren Kolbens ausgebildet
ist. Überdies
ist eine Dichthülse
vorgesehen, die in der Ausnehmung des äußeren Kolbens geführt ist
und einen freien Raum der Ausnehmung des äußeren Kolbens von einem freien
Raum der Ausnehmung des Körpers
entkoppelt. Der innere Kolben ist in der Dichthülse geführt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor
wird vorgeschlagen, dass ein innerer und ein äußerer Steuerraum jeweils einer
inneren beziehungsweise einer äußeren Düsennadel
zugeordnet sind und dass dadurch die beiden Düsennadeln steuerbar sind. Des
weiteren sind die beiden Steuerräume durch
eine angepasste obere Nadelführung
für die
innere Düsennadel
gegeneinander abgedichtet. Als besonders vorteilhaft wird angesehen,
dass eine erste Düsenfeder
im äußeren Steuerraum
derart angeordnet ist, dass sie die innere Düsennadel gegen einen im unteren
Teil eines Düsenkörpers angeordneten
Ventilsitz drückt,
um im nicht angesteuerten Zustand dort ihre zugeordneten Spritzlöcher zu
verschließen.
Die Anordnung einer Düsenfeder
im inneren Steuerraum ist dadurch nicht mehr erforderlich, so dass
der innere Steuerraum mit einem wesentlich kleineren Steuervolumen
ausgebildet werden kann. Durch das kleinere Steuervolumen ergibt
sich ein schnelleres Ansprechen der inneren Düsennadel, was insbesondere
zur Steuerung kleinster Einspritzmengen wünschenswert ist. Ein weiterer
Vorteil besteht auch darin, dass wegen des kleineren inneren Steuerraumes
auch die Baulänge
der Drosselplatte und damit die gesamte Injektorlänge gekürzt werden kann.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 angegebenen Kraftstoffinjektors gegeben. Eine günstige Lösung wird
darin gesehen, dass der äußere Steuerraum
in einer Nadelführungsplatte
ausgebildet ist, die unterhalb einer Drosselplatte angeordnet ist. Der äußere Steuerraum
lässt sich
daher leicht durch eine entsprechend geformte Ausnehmung in der
Nadelführungsplatte
herstellen. Da der in nere Steuerraum in der Drosselplatte ausgebildet
ist, können durch
die stapelweise Anordnung der Drosselplatte und der Nadelführungsplatte
die beiden Steuerräume sehr
einfach übereinander
liegend angeordnet werden.
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Eine
sehr vorteilhafte Lösung
besteht auch darin, dass die innere Düsennadel durch den äußeren Steuerraum
geführt
ist. Die innere Düsennadel trennt
dadurch mit ihrem Kopfteil die beiden Steuerräume voneinander ab und dichtet
die beiden Steuerräume
gegenseitig ab. Des weiteren begrenzt die innere Düsennadel
mit ihrem am äußeren Umfang
angebrachten Anschlagring auf einfache Weise den innerhalb der Nadelführungsplatte
angeordneten äußeren Steuerraum
nach unten hin und dichtet damit auch den äußeren Steuerraum ab.
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Um
die innere Düsenfeder
nach unten gegen ihren Ventilsitz zu drücken, ist vorgesehen, dass
sich die erste Düsenfeder
mit ihrem oberen Ende gegen eine Deckenfläche des äußeren Steuerraumes und mit
ihrem unteren Ende gegen den Anschlagring der inneren Düsennadel
abstützt.
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Vorteilhaft
erscheint weiter, dass die innere Düsennadel mit ihrer oberen Stirnseite
den inneren Steuerraum nach unten hin abdichtet. Druckänderungen
innerhalb des inneren Steuerraumes können somit direkt in eine Vertikalbewegung
der inneren Düsennadel
umgesetzt werden.
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Es
ist vorgesehen, den Durchmesser des inneren Steuerraumes kleiner
auszubilden als den Durchmesser der Bohrung für die innere Düsennadel.
Dadurch bildet sich am Übergang
von der Nadelführungsplatte
zur Drosselplatte am unteren Ende des inneren Steuerraumes ein erster
Anschlag aus, der den Hub der inneren Düsennadel begrenzt.
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Die
beiden Steuerräume
sind mit separaten Zulaufdrosseln und Ablaufleitungen beziehungsweise
Ablaufdrosseln ausgebildet. Dadurch können die beiden Steuerräume unabhängig voneinander
betrieben werden, um die beiden Düsennadeln unabhängig zu
steuern.
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Zur
Aufnahme und Führung
der äußeren Düsennadel
ist vorgesehen, die Nadelführungsplatte nach
unten hin mit einer hülsenförmigen Verlängerung
auszubilden. Dadurch kann die äußere Düsennadel
an ihrem oberen Ende sicher geführt
werden.
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Unterhalb
der hülsenförmigen Verlängerung ist
am äußeren Umfang
der äußeren Düsennadel eine
ringförmige
Verstärkung
angeordnet. In dem Hohlraum zwischen der hülsenförmigen Verlängerung und der ringförmigen Verstärkung kann
somit eine zweite Düsenfeder
angeordnet werden, durch die die äußere Düsennadel gegen ihren Ventilsitz
gedrückt
wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die äußere Düsennadel
im nicht angesteuerten Zustand ihre zugeordneten Spritzlöcher im
unteren Teil des Düsenkörpers sicher
verschließt.
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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. In Verbindung mit
den separaten Zulaufdrosseln und Anlaufleitungen lässt sich
somit individuell jeder Steuerraum und damit auch jede Düsennadel
unabhängig
steuern.
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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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Die
Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor.
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Zunächst wird
an Hand der Figur der Aufbau eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 10 erläutert. Der
Kraftstoffinjektor 10 ist aus mehreren Baugruppen zusammengesetzt.
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 vorzugsweise
als piezoelektrischer Aktor ausgebildet und in einer zentralen Bohrung
des Injektorgehäuses 1 angeordnet
ist. Der Aktor 6 ist in dem Injektorgehäuse 1 derart angeordnet,
dass er sich nach oben hin gegen eine in der Figur nicht näher dargestellte
Kopfplatte abstützt,
die mit dem Injektorgehäuse 1 fest
verbunden ist. Sein unteres Ende steht mit einer Bodenplatte 1a in
Kontakt und ist in der zentralen Bohrung axial beweglich angeordnet,
wenn der Aktor 6 elektrisch angesteuert wird. Die zentrale
Bohrung 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 ent sprechend
ausgeformten Dichtsitzen verschließen. 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 5a gegen die obere Stirnfläche der
Drosselplatte 14 gedrückt
und unterteilt somit den verbliebenen Raum der Ausnehmung 27,
die im unteren Bereich etwas erweitert ist, in eine innere Kammer 25 und
eine äußere Kammer 26.
Die Druckfeder 5a stützt
sich mit ihrem oberen Ende gegen eine vorstehende Fläche des
inneren Ventils 3 ab, so dass beide Ventile 3, 4 gegen
ihren Sitz nach oben gedrückt
werden und in Ruhestellung die beiden Kammern 25, 26 verschließen, da
der Ventilsitz des inneren Ventils 3 innerhalb des äußeren Ventils 4 angeordnet
ist. 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 hoch
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 in den Kammern 25, 26 unter hohem Druck
stehende Kraftstoff in den Leckageraum 8 abfließen kann.
Durch eine individuelle Betätigung
der beiden Ventile 3, 4 können die beiden Düsennadeln 20, 22 ohne
gegenseitige Beeinflussung gesteuert werden, wie später noch
näher erläutert wird.
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Unterhalb
der Servoventileinheit 2 ist eine Drosselplatte 14 angeordnet.
Sie weist eine Ausnehmung auf, die an ihrem oberen Ende halbkugelförmig oder
zylinderförmig
abgeschlossen ist. Diese Ausnehmung bildet einen inneren Steuerraum 12,
der an seinem unteren Ende 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
innere Steuerraum 12 ist im oberen Bereich 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 innere Steuerraum 12 mit einer
Ablaufleitung 9 verbunden, die auch als Ablaufdrossel ausgebildet
sein kann und bis zur inneren Kammer 25 geführt ist.
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Erfindungswesentlich
ist, dass innerhalb des inneren Steuerraumes 12 keine Düsenfeder
angeordnet ist. Dadurch kann der innere Steuerraum 12 relativ
klein ausgebildet sein, so dass auch das Steuervolumen entsprechend
klein ist. Es hat sich gezeigt, dass ein kleineres Steuervolumen
in vorteilhafter Weise ein schnelleres Ansprechen der inneren Düsennadel 20 bewirkt.
Wegen der kleineren Dimensionierung des inneren Steuerraumes 12 kann
auch die Baulänge
der Drosselplatte 14 reduziert werden. Dadurch verringert
sich auch die Baulänge
des gesamten Kraftstoffinjektors 10.
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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 hülsenförmige Verlängerung 32 auf, die im
wesentlichen als obere Nadelführung
für die äußere Düsennadel 22 ausgebildet
ist. Oberhalb und unterhalb der Nadelführungsplatte 15 sind
der obere und der untere Steuerraum 12, 13 angeordnet,
so dass die beiden Steuerräume 12, 13 durch
die Nadelführungsplatte 15 und
die innere Düsennadel 20 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 und abdichtend geführt wird.
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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 13 angeordnet.
Er wird nach oben hin von der Nadelführungsplatte 15 und
der inneren Düsennadel 20 sowie
seitlich von der hülsenförmigen Verlängerung 32 begrenzt.
Die innere Düsennadel 20 ist
durch den äußeren Steuerraum 13 hindurchgeführt. Die
innere Düsennadel 20 weist
an ihrem äußeren Umfang
einen Anschlagring 38 auf. Die Begrenzung des äußeren Steuerraume 13 erfolgt nach
unten hin durch eine untere Nadelführung 24, die im unteren
Bereich der äußeren Düsennadel 22 angeordnet
ist. Innerhalb des äußeren Steuerraumes 13 ist
eine erste Düsenfeder 21 angeordnet,
die sich nach oben hin gegen die Decke des äußeren Steuerraumes 13 abstützt und
nach unten gegen den Anschlagring 38 der inneren Düsennadel 20 drückt. Dadurch
wird die innere Düsennadel 20 gegen
ihren Ventilsitz im Düsenkörper 23 gedrückt, so
dass die in der Düsenspitze
des Düsenkörpers 23 liegenden
inneren Spritzlöcher 28 geschlossen
sind.
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Unterhalb
des Anschlagringes 38 ist die äußere Düsennadel 22 angeordnet,
die in ihrem oberen Bereich von der hülsenförmigen Verlängerung 32 geführt wird.
In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung reicht das obere Ende der äußeren Düsennadel 22 von unten
gesehen bis an den Anschlagring 38 heran.
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In
diesem Fall kann sich die äußere Düsenadel 22 erst
dann von ihrem Ventilsitz abheben, wenn die innere Düsennadel 20 sich
nach oben bewegt und dadurch den Hubweg für die äußere Düsenadel 22 freigibt.
Alternativ ist vorgesehen, zwischen dem oberen Ende der äußeren Düsennadel 22 und
dem Anschlagring 38 einen vorgegebenen Abstand vorzusehen,
so dass sich die äußere Düsennadel 22 auch dann
von ihrem Ventilsitz abheben kann, wenn die innere Düsenadel 20 fest
gegen ihren Ventilsitz gedrückt
wird.
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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 hoher Druck aufbaut wie in der Hochdruckleitung 7.
Die äußere Zulaufdrossel 31 ist
vorzugsweise im Bereich der hülsenförmigen Verlängerung 32 angeordnet.
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.
Die äußere Düsennadel 22 dichtet
in Verbindung mit der hülsenförmigen Verlängerung 32 und
der unteren Nadelführung 24 den äußeren Steuerraum 13 nach
unten hin ab.
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Unterhalb
der hülsenförmigen Verlängerung 32 ist
mit einem vorgegebenen Abstand am Umfang der äußeren Düsennadel 22 eine ringförmige Verstärkung 44 angebracht.
Dadurch entsteht innerhalb des Düsenkörpers 23 ein
zylinderförmiger
Hohlraum, in dem eine zweite Düsenfeder 34 angeordnet
ist. Die zweite Düsenfeder 34 stützt sich
mit ihrem oberen Ende gegen das untere Ende der hülsenförmigen Verlängerung 32 und
mit ihrem unteren Ende gegen die ringförmige Verstärkung 44 ab. Dadurch
wird die äußere Düsennadel 22 nach
unten gegen ihren Ventilsitz gedrückt.
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Im
unteren Bereich wird die äußere Düsenmadel 22 innerhalb
des Düsenkörpers 23 axial
und spielfrei geführt.
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 innerhalb
der äußeren Düsennadel 22 beweglich
angeordneten unteren Nadelführung 24 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.
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Als
oberer Anschlag für
die innere Düsennadel 20 ist
vorgesehen, die Bohrung für
den inneren Steuerraum 12 in der Drosselplatte 14 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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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 werden die beiden Ventile 3, 4 durch
die Druckfeder 5a gegen ihren Ventilsitz gedrückt, so dass
die beiden Kammern 25, 26 geschlossen 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 hin 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 Druck der Druckfeder 5a 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 auf Grund der entstehenden Druckdifferenz
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 sowohl in der inneren Kammer 25 als auch im
inneren Steuerraum 3 wegen der Verbindung zur Hochdruckbohrung 7 wieder
an steigt. 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 dem äußeren Steuerraum 13,
so dass nun auch die äußere Düsennadel 22 ihre
zweite Reihe mit Spritzlöchern 30 freigibt
und somit 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 nur 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
und ohne Beeinflussung der inneren Düsennadel 20 gesteuert
werden.
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Nach
dem Abschalten der Steuerspannung werden beide Düsennadeln wieder geschlossen. Durch
diese separaten Ansteuerungen wird eine verbesserte Injektorfunktion
erreicht.