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Technisches
Gebiet
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Zur
Kraftstoffversorgung von Brennräumen selbstzündender
Verbrennungskraftmaschinen werden Kraftstoffinjektoren eingesetzt.
Kraftstoffinjektoren können
sowohl hub- als auch druckgesteuert sein. Der erforderliche Systemdruck
wird durch Pumpe-Düse-Einheiten,
Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten oder
Speichereinspritzsysteme erzeugt. Um eine hohe spezifische Leistung
zu erzielen und Emissionen zu reduzieren, ist ein möglichst
hoher Einspritzdruck erforderlich. Durch den Einsatz von Druckübersetzern
wird der Einspritzdruck gegenüber
dem Systemdruck weiter erhöht.
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Ein
Kraftstoffinjektor mit hydraulischem Druckübersetzer ist zum Beispiel
aus DE-A 101 23 911 bekannt. Hierzu umfasst ein von einer Kraftstoffhochdruckquelle
versorgbarer Kraftstoffinjektor eine Druckübersetzungseinrichtung, bei
der ein beweglicher Kolben einen an die Kraftstoffhochdruckquelle angeschlossenen
Raum von einem mit dem Injektor verbundenen Hochdruckraum trennt.
Der Hochdruckraum ist mit einem Federraum über eine Kraftstoffleitung
verbunden, so dass der Hochdruckraum über den Federraum mit Kraftstoff
befüllbar
ist. Während
des Einspritzvorganges wird der Federraumdruck entlastet, so dass
der mit Systemdruck auf den beweglichen Kolben wirkende Kraftstoff
den Kolben in den Hochdruckraum bewegt. Hierdurch wird der im Hochdruckraum
befindliche Kraftstoff komprimiert und der Druck erhöht. Die
Düsennadel
gibt die Einspritzöffnungen
frei. Zum Verschließen
der Einspritzöffnungen
wird der Federraum wieder mit Kraftstoff mit Systemdruck beaufschlagt.
Damit der Kolben in die Ausgangsposition zurückbewegt wird, ist im Federraum
ein Federelement aufgenommen, welches eine zusätzliche Kraft auf den Kolben
ausübt.
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Nachteil
des Druckübersetzers,
bei welchem der Kolben mit einer Feder in die Ausgangsposition zurückbewegt
wird, ist sein relativ großer
Bauraumbedarf. Insbesondere bei Verbrennungskraftmaschinen mit vier
oder mehr Ventilen pro Zylinder steht jedoch nur ein geringer Bauraum
pro Zylinder zur Verfügung.
Aus diesem Grund ist es notwendig, den erforderlichen Bauraum zu
reduzieren.
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Aus
DE-A 40 15 557 ist eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung bekannt,
bei welcher der Druckübersetzerkolben
durch auf diesen wirkende Hydraulikkräfte in die Ausgangsposition
zurückbewegt
wird. Hierzu weist der Druckübersetzerkolben
eine Hochdruckfläche
und drei Steuerflächen
auf. Eine der Steuerflächen
liegt der Hochdruckfläche
gegenüber und
begrenzt eine dauernd drucklose Steuerkammer. Eine in dieselbe Richtung
weisende ringscheibenförmige
Steuerfläche
liegt in einer mit Systemdruck beaufschlagten ersten Steuerkammer
und die zweite Steuerfläche,
die in die gleiche Richtung wie die Hochdruckfläche weist, liegt in einer zweiten
Steuerkammer, die über
ein Mehrwegeventil und eine Drossel zeitweilig vom Systemdruck beaufschlagt
ist und zeitweilig drucklos geschaltet ist.
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Aufgrund
des dreiteiligen Druckübersetzerkolbens
sind sowohl am Kolben als auch im Injektorkörper drei koaxiale Führungsflächen einzuarbeiten, um
die hydraulischen Räume
voneinander zu trennen. Für
stabile Injektorfunktionen und ausreichend hohe Wirkungsgrade sind
Führungsspiele
kleiner 5 μm
erforderlich. Daraus ergeben sich hohe Anforderungen an die Koaxialität der Kolben-
und Körperführungsflächen zueinander.
Diese Koaxialitäten
sind in den erforderlichen Größenordnungen
wirtschaftlich nicht umsetzbar.
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Darstellung
der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor zum
Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine,
der auch bei schwankenden Maßtoleranzen
bei der Fertigung eine sichere Funktion gewährleistet und kompakt gebaut
ist, umfasst mindestens eine Einspritzöffnung freigebende oder verschließende hydraulisch
betätigte
Düsennadel
sowie einen Druckverstärker,
um den Einspritzdruck gegenüber
dem Systemdruck zu verstärken,
wobei der Druckverstärker
einen Druckverstärkerkolben
mit einem Rückstellkolbenteil,
einem Steuerkolbenteil und einem Hochdruckkolbenteil umfasst. Das
Rückstellkolbenteil
ist von einem Federraum umgeben, in welche eine Kraftstoffleitung mündet, über die
der Federraum mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff versorgt
wird. Weiterhin ist der Rückstellkolben
in einem Führungstopf
geführt,
der mit einer Stirnseite in einem Dichtsitz gegen eine den Federraum
begrenzende Stirnfläche
gestellt ist.
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Der
Systemdruck kann zum Beispiel durch einen Hochdruckspeicher bereitgestellt
werden oder in einer Pumpe-Düse-Einheit
oder Pumpe-Leitung-Düse-Einheit
erzeugt werden. Mit Hilfe des Druckverstärkers wird der Einspritzdruck
gegenüber dem
Systemdruck weiter erhöht.
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Der
Druckverstärkerkolben
wird hydraulisch betätigt,
indem das Steuerkolbenteil mit der vom Führungstopf abgewandten Seite
einen Steuerraum begrenzt. Der Steuerraum ist vor zugsweise über ein 3/2-Wege-Ventil
mit der Zuleitung verbunden, die den unter Systemdruck stehenden
Kraftstoff führt.
In der zweiten Stellung des 3/2-Wege-Ventils ist der Steuerraum
mit einem niederdruckseitigen Ablauf verbunden. Sobald der unter
Systemdruck stehende Kraftstoff in den Steuerraum strömt, nimmt
die auf die Stirnfläche
des Steuerkolbenteils wirkende Druckkraft zu und der Druckverstärkerkolben
wird aus dem Steuerraum bewegt. Sobald der Steuerraum mit dem niederdruckseitigen
Ablauf verbunden ist, nimmt der Druck und damit auf die Stirnfläche des
Steuerkolbenteils wirkende Druckkraft ab und der Druckverstärkerkolben
bewegt sich in den Steuerraum hinein. Auf diese Weise ist der Druckverstärkerkolben
vollständig
hydraulisch betätigt.
Es ist kein Federelement erforderlich, um den Druckverstärkerkolben
in seine Ausgangsposition zurückzubewegen,
wie dies zum Beispiel in der DE-A 101 23 911 offenbart ist. Weiterhin
weist der hydraulisch betätigte
Druckverstärker
eine geringe Anzahl an bewegten Teilen auf. Hierdurch wird die Ausfallwahrscheinlichkeit
für den Injektor
durch zum Beispiel Reibung, Bruch oder Partikel usw. reduziert.
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Durch
die Führung
des Rückstellkolbenteils in
dem Führungstopf
wird mindestens eine Führungsfläche mechanisch
von den anderen getrennt. So sind bei Verwendung des Führungstopfes
nur noch die Führungsflächen für das Hochdruckkolbenteil
und das Steuerkolbenteil im Injektorgehäuse ausgebildet. Die Führungsfläche für das Rückstellkolbenteil
ist im Führungstopf
ausgeführt.
Dadurch dass der Führungstopf
mit einer Stirnseite in einem Dichtsitz beweglich gegen die den
Federraum begrenzende Stirnfläche
gestellt ist, wird die im Führungstopf ausgeführte Führungsfläche bei
der Montage des Kraftstoffinjektors durch Verschieben des Führungstopfes
radial ausgerichtet. Hierdurch wird der Herstellungsaufwand hinsichtlich
der Fertigungstoleranzen für
das Injektorgehäuse
und den Druckverstärkerkolben
deutlich reduziert. Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor ist somit
kostengünstiger
und robuster herzustellen.
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Eine
druck- und flüssigkeitsdichte
Verbindung zwischen dem Führungstopf
und der Stirnwand des Federraumes wird dadurch erreicht, dass der Führungstopf
mit einer Federkraft von einem im Federraum aufgenommenen Federelement
beaufschlagt ist und mit Hilfe dieser Federkraft in den Dichtsitz
gestellt ist.
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Das
Federelement stützt
sich dabei mit einer Seite gegen den Führungstopf und mit der anderen Seite
gegen ein in den Federraum hineinragendes Stützelement ab. Das Federelement
ist dabei vorzugsweise eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Hub des Druckverstärkerkolbens
durch einen Hubanschlag begrenzt. Dabei wird der Hubanschlag zum
Beispiel von dem Stützelement, welches
in den Federraum ragt, gebildet. Der Hub wird dadurch begrenzt,
dass das Steuerkolbenteil, welches in einem größeren Durchmesser ausgeführt ist
als das Rückstellkolbenteil,
gegen die Fläche
des Stützelementes anschlägt, welche
der Fläche
gegenüberliegt,
auf die sich das Federelement stützt,
mit dem der Führungstopf
in den Dichtsitz gestellt ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
bildet der Führungstopf
den Hubanschlag. Hierzu ist in einer ersten Ausführungsform das Rückstellkolbenteil
in zwei unterschiedlichen Durchmessern ausgeführt. Dabei ist der Teil des
Rückstellkolbenteils,
der näher zum
Steuerkolbenteil weist, in einem größeren Durchmesser ausgebildet.
Durch das Anschlagen des Teiles des Rückstellkolbenteils, welches
in dem größeren Durchmesser
ausgeführt
ist, an den Führungstopf,
wird der Hub des Druckverstärkerkolbens begrenzt.
In einer weiteren Ausführungsform
ist am Führungstopf
eine Hülse
ausgebildet, welche das Rückstellkolbenteil
umschließt
und deren Länge
so gewählt
ist, dass der Hub des Druckverstärkerkolbens
dadurch beendet wird, dass das Steuerkolbenteil an die Hülse anschlägt.
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Um
den aufgrund hoher Anschlaggeschwindigkeiten auftretenden Verschleiß am Hubanschlag und
am Druckverstärkerkolben
zu verringern, wird der Hub des Druckverstärkerkolbens in einer besonders
bevorzugten Ausführungsform
gedämpft.
Hierzu ist am Rückstellkolbenteil
eine stufenförmige
Querschnittsänderung
ausgebildet, wobei der Teil des Rückstellkolbenteils mit größerem Durchmesser
in einer aus dem Führungstopf
in den Federraum hineinragenden Hülse geführt ist. Zwischen der Innenwandung
der Hülse
und dem Teil des Rückstellkolbenteils
mit geringerem Durchmesser wird so ein ringförmiger Raum gebildet, der mit
Kraftstoff gefüllt ist.
Bei einer Bewegung des Rückstellkolbenteils
in Richtung des Führungstopfes
bildet sich im ringförmigen
Raum ein Druckpolster aus, welches die Bewegung des Druckverstärkerkolbens
dämpft.
Um ein Rückprallen
des Druckverstärkerkolbens
aufgrund des im ringförmigen
Raum entstehenden Druckes zu vermeiden, kann der ringförmige Raum über eine
als Drossel wirkende Bohrung mit dem Rückstellraum verbunden sein.
Dabei ist die als Drossel wirkende Bohrung vorzugsweise im Bereich
der Endstellung des Druckverstärkerkolbens
ausgeführt.
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Zeichnung
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
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Darin
zeigt:
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1 ein
Hydraulikschaltbild eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektors,
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2 einen
Druckverstärker
eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektors in einer ersten Ausführungsform,
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3 einen
Druckverstärker
eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektors in einer zweiten Ausführungsform,
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4 einen
Druckverstärker
eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektors in einer dritten Ausführungsform,
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5 einen
Druckverstärker
eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektors mit Kolbendämpfung
in einer ersten Ausführungsform,
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6 einen
Druckverstärker
eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektors mit Kolbendämpfung
in einer zweiten Ausführungsform,
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7 einen
Druckverstärker
eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektors mit Kolbendämpfung
in einer dritten Ausführungsform.
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Ausführungsvarianten
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Gleiche
Bezugszeichen in den einzelnen Figuren bezeichnen die gleichen Teile.
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1 zeigt
ein Hydraulikschaltbild eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektors.
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Ein
Kraftstoffinjektor 1 wird von einem Hochdruckspeicher 2 mit
unter Systemdruck stehendem Kraftstoff versorgt. Über eine
Zuleitung 3, welche sich vom Hochdruckspeicher 2 zum
Kraftstoffinjektor 1 erstreckt, gelangt der Kraftstoff
in den Kraftstoffinjektor 1. In der Zuleitung 3 kann
eine Drosselstelle 4 integriert sein, durch welche Druckpulsationen
gedämpft werden.
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Im
Kraftstoffinjektor 1 ist ein Druckverstärker 5 aufgenommen.
Der Druckverstärker 5 umfasst
einen Druckverstärkerkörper 6,
in welchem ein Druckverstärkerkolben 7 aufgenommen
ist. Der Druckverstärkerkolben 7 gliedert
sich in ein Rückstellkolbenteil 8,
ein Steuerkolbenteil 9 und ein Hochdruckkolbenteil 10.
In der hier dargestellten Ausführungs form ist
der Druckverstärkerkolben 7 mit
kreisförmigem Querschnitt
ausgeführt.
Dabei ist der Durchmesser dR des Rückstellkolbenteils 8 kleiner
als der Durchmesser dH des Hochdruckkolbenteils 10,
der wiederum kleiner ist als der Durchmesser dS des
Steuerkolbenteils 9. Somit ist auch die Querschnittsfläche des Rückstellkolbenteils 8 kleiner
als die Querschnittsfläche
des Hochdruckkolbenteils 10, die wiederum kleiner ist als
die Querschnittsfläche
des Steuerkolbenteils 9. Auch bei Druckverstärkerkolben 7,
die keinen kreisförmigen
Querschnitt aufweisen, ist es erforderlich, dass die Querschnittsfläche des
Rückstellkolbenteils 8 kleiner
als die Querschnittsfläche
des Hochdruckkolbenteils 10 und diese wiederum kleiner als
die Querschnittsfläche
des Steuerkolbenteils 9.
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Das
Rückstellkolbenteil 8 ragt
mit einer Stirnfläche 11 in
einen Rückraum 12.
Aus dem Rückraum 12 führt ein
erster niederdruckseitiger Rücklauf 13. Der
niederdruckseitige erste Rücklauf 13 ist
zum Beispiel mit einem nicht hier dargestellten Kraftstoffvorratsbehälter verbunden.
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Das
Rückstellkolbenteil 8 schließt sich
an das Steuerkolbenteil 9 an. Auf der dem Steuerkolbenteil 9 zugewandten
Seite des Rückstellkolbenteils 8 ist
das Rückstellkolbenteil 8 von
einem Federraum 14 umgeben. Zwischen dem Federraum 14 und
dem Rückraum
ist das Rückstellkolbenteil 8 von
einem Führungstopf 15 umschlossen.
Der Führungstopf 15 ist
in einem Dichtsitz 16 gegen eine den Federraum 14 begrenzende
Stirnfläche 17 gestellt.
Hierdurch ist der Federraum 14 vom Rückraum 12 getrennt.
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Auf
der dem Steuerkolbenteil 9 zuweisenden Seite des Federraums 14 ragt
ein Stützelement 18 in den
Federraum 14. Am Stützelement 18 stützt sich ein
Federelement 19 ab, welches sich mit der anderen Seite
gegen den Führungstopf 15 abstützt. Das Federelement 19 ist
vorzugsweise als Druckfeder in Form einer Spiralfeder ausgebildet
und umschließt das
Rückstellkolbenteil 8.
Durch die Federkraft des Federelementes 19 wird der Führungstopf 15 in
den Dichtsitz 16 gestellt.
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Auf
der dem Rückstellkolbenteil 8 gegenüberliegenden
Seite des Steuerkolbenteils 9 schließt sich an das Steuerkolbenteil 9 das
Hochdruckkolbenteil 10 an. Mit einer dem Hochdruckkolbenteil 10 zuweisenden
Stirnfläche 21 begrenzt
das Steuerkolbenteil 9 einen Steuerraum 20. Das
Hochdruckkolbenteil 10 mündet mit einer der Stirnfläche 11 des Rückstellkolbenteils 8 gegenüberliegenden
Stirnfläche 22 in
einen Hochdruckraum 23.
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Über eine
Hochdruckleitung 24 ist der Hochdruckraum 23 mit
einem Düsenraum 25 verbunden. Der
Düsenraum 25 umschließt eine
Düsennadel 26. Aus
dem Düsenraum 25 erstreckt
sich ein ebenfalls die Düsennadel 26 umschließender Ringraum 27. Über den
Ring raum 27 wird mindestens eine Einspritzöffnung 28 mit
unter hohem Druck stehendem Kraftstoff versorgt. Über die
mindestens eine Einspritzöffnung 28 gelangt
der Kraftstoff bei geöffneter
Einspritzöffnung 28 in
einen Brennraum 29.
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An
der der mindestens einen Einspritzöffnung 28 gegenüberliegenden
Seite endet die Düsennadel 26 in
einem hydraulischen Raum 30. Zur Dämpfung des Nadelhubes bei sich öffnender
Düsennadel 26 ist
im hydraulischen Raum 30 ein Dämpfungskolben 31 aufgenommen.
Im hydraulischen Raum 30 ist ein Federelement 32 aufgenommen, welches
auf die Düsennadel 26 wirkt.
Das Federelement 32 ist vorzugsweise eine als Druckfeder
wirkende Spiralfeder, welche den Dämpfungskolben 31 umschließt. Im Dämpfungskolben 3 ist
eine Bohrung 33 ausgebildet, über welche ein Dämpfungsraum 34, welcher
von einer Stirnseite 35 des Dämpfungskolbens 31 begrenzt
wird, hydraulisch mit dem hydraulischen Raum verbunden ist. In der
Bohrung 33 ist zur Dämpfung
von Druckpulsation vorzugsweise eine Drosselstelle 36 ausgebildet.
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Neben
der hier dargestellten Ausführungsform,
bei der die Hubbewegung der Düsennadel 26 durch
einen Dämpfungskolben 31 gedämpft wird,
ist auch eine Düsennadel 26 ohne
zusätzlichen
Dämpfungskolben 31 einsetzbar.
Auch ist es möglich,
wie zum Beispiel in der DE-A 102 29 415 beschrieben, an der der
Düsennadel 26 zugewandten
Seite des Dämpfungskolbens 31 eine
stufenförmige
Erweiterung vorzusehen, auf welche ein weiteres, hier nicht dargestelltes
Federelement wirkt.
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Auch
können
die Düsennadel 6 und
der Dämpfungskolben 31 auf
jede andere, dem Fachmann bekannte Weise, hydraulisch betätigt werden.
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Über eine
Kraftstoffleitung 37, die aus der Zuleitung 3 abzweigt,
werden der Steuerraum 20 und der hydraulische Raum 30 mit
unter Systemdruck stehendem Kraftstoff versorgt. In der Kraftstoffleitung 37 ist
vorzugsweise eine Drosselstelle 28 ausgebildet, bevor diese
im hydraulischen Raum 30 mündet.
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Zur
Steuerung des Kraftstoffinjektors ist in der Kraftstoffleitung 37 ein
Steuerventil 39 aufgenommen. Das Steuerventil 39 ist
vorzugsweise als 3/2-Wege-Ventil ausgeführt. In der einen Schaltstellung
des 3/2-Wege-Ventils strömt
Kraftstoff vom Hochdruckspeicher 2 über die Kraftstoffleitung 37 in den
Steuerraum 20 und den hydraulischen Raum 30. In
der zweiten Schaltstellung strömt
Kraftstoff aus dem hydraulischen Raum 30 und dem Steuerraum 20 in
einen niederdruckseitigen Rücklauf 40,
welcher zum Beispiel mit dem Kraftstoffvorratsbehälter verbunden
ist.
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Der
Hochdruckraum 23 wird durch einen Kanal 41 über den
hydraulischen Raum 30 mit Kraftstoff versorgt. Um zu vermeiden,
dass während
des Einspritzvorganges Kraftstoff über den Kanal 41 in
den hydraulischen Raum 30 und von dort über das Steuerventil 39 zum
niederdruckseitigen Rücklauf 40 strömt, ist
im Kanal 40 ein Rückschlagventil 42 aufgenommen.
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In
der in 1 dargestellten Schaltstellung des Steuerventils 39 stehen
der Federraum 14, der Steuerraum 20, der Hochdruckraum 23,
der hydraulische Raum 30 und der Düsenraum 25 unter Systemdruck.
Das heißt,
dass der gesamte Kraftstoffinjektor 1 druckausgeglichen
ist und die mindestens eine Einspritzöffnung 28 verschlossen
ist. Um den Einspritzvorgang zu starten, wird das Steuerventil 39 in
die zweite Position geschaltet. Aufgrund des niedrigeren Drucks
am niederdruckseitigen Rücklauf 40 strömt Kraftstoff
aus dem Steuerraum 20 und dem hydraulischen Raum 30.
Aufgrund des ausströmenden
Kraftstoffes nimmt der Druck im Steuerraum 20 ab und der Druckverstärkerkolben 7 bewegt
sich in Richtung des Hochdruckraums 23. Hierdurch nimmt
das Volumen im Hochdruckraum 23 ab und der Druck steigt
an. Aufgrund des zunehmenden Drucks im Hochdruckraum 23 und
des abnehmenden Drucks im hydraulischen Raum 30 schließt das Rückschlagventil 42,
so dass kein Kraftstoff über
das Rückschlagventil 42 in Richtung
des hydraulischen Raums 30 strömen kann. Der Hochdruckraum 23 ist über die
Hochdruckleitung 24 hydraulisch mit dem Düsenraum 25 verbunden.
Sobald der Druck im Hochdruckraum 23 steigt, steigt auch
der Druck im Düsenraum 25.
Der zunehmende Druck im Düsenraum 25 und
der abnehmende Druck im hydraulischen Raum 30 führt dazu,
dass sich die Düsennadel 27 in
den hydraulischen Raum 30 hineinbewegt und so die mindestens eine
Einspritzöffnung 28 freigibt.
Sobald die mindestens eine Einspritzöffnung 28 freigegeben
ist, strömt Kraftstoff
in den Brennraum 29.
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Zum
Beenden des Einspritzvorganges wird das Steuerventil 39 wieder
in die in 1 dargestellte Position geschaltet.
Damit strömt
unter Systemdruck stehender Kraftstoff in den Steuerraum 20,
in welchem der Druck wieder ansteigt, was zu einer Bewegung des
Druckverstärkerkolbens 7 aus
dem Hochdruckraum 23 hinausführt. Hierdurch wird das Volumen
des Hochdruckraumes 23 vergrößert und der Druck im Hochdruckraum 23 und
damit auch im Düsenraum 25 nimmt
ab. Gleichzeitig strömt über die Kraftstoffleitung 37 unter
Systemdruck stehender Kraftstoff in den hydraulischen Raum 30,
in dem sich somit ebenfalls Systemdruck einstellt. Aufgrund des steigenden
Drucks im hydraulischen Raum 30 und des sinkenden Drucks
im Düsenraum 25 bewegt
sich die Düsennadel 26 in
Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung 28 und verschließt diese.
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2 zeigt
einen Druckverstärker
in einer ersten Ausführungsform.
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Der
Druckverstärker 5 umfasst
den Druckverstärkerkolben 7 und
den Druckverstärkerkörper 6. Der
Druckverstärkerkolben 7 ist
im Druckverstärkerkörper 6 aufgenommen.
Das Rückstellkolbenteil 8 des
Druckverstärkerkolbens 7 mündet im
Rückraum 12.
Der Rückraum 12 ist
durch den Führungstopf 15 hydraulisch
vom Federraum 14 getrennt. Durch das als Druckfeder ausgebildete
Federelement 19 wird der Führungstopf 15 in den
Dichtsitz 16 gestellt. Der Dichtsitz 16 ist zum
Beispiel – wie
in 2 dargestellt – als Flachsitz mit einer Dichtfläche oder
auch als Dichtkante ausgebildet. Der Federraum 14 ist durch das
Steuerkolbenteil 9 des Druckverstärkerkolbens 7 begrenzt.
In den Federraum 14 ragt das Stützelement 18, auf
welchem sich das Federelement 19 abstützt, mit dem der Führungstopf 15 in
den Dichtsitz 16 gestellt ist. Das Stützelement 18 wirkt
gleichzeitig als Hubbegrenzer für
den Hub des Druckverstärkerkolbens 7.
Durch Anschlagen des Steuerkolbenteils 9 an das Stützelement 18 wird
die Bewegung des Druckverstärkerkolbens 7 in
Richtung des Rückraumes 12 begrenzt.
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Auf
der dem Federraum 14 gegenüberliegenden Seite begrenzt
das Steuerkolbenteil 9 mit der Stirnfläche 21 den Steuerraum 20.
An der Stirnfläche 21 ist
das Hochdruckkolbenteil 10 am Druckverstärkerkolben 7 ausgebildet.
Das Hochdruckkolbenteil 10 mündet im Hochdruckraum 23.
Durch Bewegung des Hochdruckkolbenteils 10 in den Hochdruckraum 23 nimmt
das Volumen im Hochdruckraum 23 ab und der Druck steigt.
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Der
Hochdruckraum 23 ist vom Steuerraum 20 durch eine
erste Führungsfläche 43,
in welcher das Hochdruckkolbenteil 10 geführt ist,
getrennt. Eine hydraulische Trennung des Steuerraumes 20 vom
Federraum 14 erfolgt durch das Steuerkolbenteil 9,
welches in einer zweiten Führungsfläche 44,
die im Druckverstärkerkörper 6 ausgebildet
ist, geführt
ist. Zur Trennung des Federraumes 14 vom Rückraum 12 ist
das Rückstellkolbenteil 8 an
einer dritten Führungsfläche geführt, die
im Führungstopf 15 ausgebildet
ist.
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Um
eine stabile Injektorfunktion und ausreichend hohe Wirkungsgrade
zu erreichen, sind bei Kraftstoffinjektoren lediglich Führungsspiele
von 2 bis 4 μm
zulässig.
Hieraus ergeben sich hohe Anforderungen an die Koaxialität der Führungsflächen 43, 44, 45,
die im Druckverstärkerköper 6 ausgebildet sind
und der entsprechenden Führungsflächen am Druckverstärkerkolben 7.
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Eine
wirtschaftliche Fertigung des Druckverstärkers 5 wird dadurch
erreicht, dass die dritte Führungsfläche 45 im
Führungstopf 15 ausgeführt ist. Hierdurch
sind nur noch zwei Führungsflächen 43, 44 im
Druckverstärkerkörper 6 ausgebildet.
Durch Aufsetzen des Führungstopfes 15 auf
das Rückstellkolbenteil 8 und
die anschließende
Montage des Druck verstärkerkörpers 6 positioniert
sich der Führungstopf 15 derart,
dass die Funktion des Kraftstoffinjektors 1 sichergestellt
ist.
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Durch
das Federelement 19 wird sichergestellt, dass der Führungstopf 15 auch
im druckausgeglichenen Zustand an seiner Position gehalten wird.
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3 zeigt
den Druckverstärker 5 in
einer weiteren Ausführungsform.
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Im
Unterschied zu 2 wird bei der in 3 dargestellten
Ausführungsform
der Hubanschlag des Druckverstärkerkolbens 7 durch
den Führungstopf
realisiert. Hierzu ist am Rückstellkolbenteil 8 eine
stufenförmige
Erweiterung 46 ausgebildet. An der stufenförmigen Erweiterung
nimmt der Durchmesser des Rückstellkolbenteils 8 an
der dem Steuerkolbenteil 9 zugewandten Seite zu. Zur Hubbegrenzung
des Druckverstärkerkolbens 7 schlägt das Rückstellkolbenteil 8 mit
der stufenförmigen
Erweiterung 46 an den Führungstopf 15 an.
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4 zeigt
einen Druckverstärker 5 in
einer weiteren Ausführungsform.
Im Unterschied zu den in den 2 und 3 dargestellten
Druckverstärkern 5 ist
bei der in 4 gezeigten Ausführungsvariante ein
Hülsenfortsatz 48 am
Führungstopf 15 ausgebildet.
Die Länge
des Hülsenfortsatzes 48 ist
so gewählt,
dass dieser in einer Anschlagfläche 47 endet, gegen
welche das Steuerkolbenteil 9 zur Begrenzung des Hubes
des Druckverstärkerkolbens 7 anschlägt.
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Die
dritte Führungsfläche 45 wird
bei der in 4 dargestellten Ausführungsform
durch den Führungstopf 15 und
den am Führungstopf 15 ausgebildeten
Hülsenfortsatz 48 gebildet.
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5 zeigt
einen Druckverstärker
mit Kolbendämpfung
in einer ersten Ausführungsform.
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Aufgrund
der auf den Druckverstärkerkolben 7 wirkenden
hydraulischen Kräfte
und der erforderlichen hohen Öffnungs-
und Schließgeschwindigkeiten
der mindestens einen Einspritzöffnung 28 bewegt sich
auch der Druckverstärkerkolben 7 mit
hohen Geschwindigkeiten. Die Bewegung des Druckverstärkerkolbens 7 wird
abrupt durch den Hubanschlag beendet. Dies führt zu einer hohen Geräuschentwicklung,
zu unerwünschtem
Verschleiß an
den Anschlagflächen
und zu Schwingungen im hydraulischen System. Um diese Effekte zu
reduzieren und den Verschleiß zu
verringern, wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Bewegung des
Druckverstärkerkolbens 7 bei
der Bewegung aus dem Hochdruckraum 23 hinaus gedämpft. Zur
Dämpfung
ist am Führungstopf 15 ein
Hülsenfortsatz 48 ausge bildet. Weiterhin
ist am Rückstellkolbenteil 8 eine
stufenförmige
Erweiterung 46 ausgebildet, wobei der Teil des Rückstellkolbenteils 8 mit
dem größeren Durchmesser
auf der dem Steuerkolbenteil 9 zugewandten Seite ausgebildet
ist. Der Teil des Rückstellkolbenteils 8 mit
dem größeren Durchmesser
ist an einer vierten Führungsfläche 50 im
Hülsenfortsatz 48 geführt. Hierdurch
bildet sich ein ringförmiger
Dämpfungsraum 49 aus,
der vom Führungstopf 15,
der Stirnfläche
der stufenförmigen
Erweiterung 46 und der Innenwand des Hülsenfortsatzes 48 begrenzt
ist. Bei einer Bewegung des Druckverstärkerkolbens 7 aus dem
Hochdruckraum 23 hinaus, das heißt in den ringförmigen Dämpfungsraum 49 hinein,
wird der Kraftstoff im ringförmigen
Dämpfungsraum 49 komprimiert.
Hierdurch bildet sich ein Druckpolster im ringförmigen Dämpfungsraum 49 und
die Bewegung des Druckverstärkerkolbens 7 wird
gedämpft.
Eine Begrenzung des Hubes des Druckverstärkerkolbens 7 erfolgt
durch Anschlagen der stufenförmigen
Erweiterung 46 an den Führungstopf 15.
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6 zeigt
einen Druckverstärker
mit Dämpfung
der Hubbewegung des Druckverstärkerkolbens in
einer weiteren Ausführungsform.
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Im
Unterschied zu der in 5 dargestellten Ausführungsform
ist bei der Ausführungsform
gemäß 6 im
Hülsenfortsatz 48 eine
Bohrung 51 ausgebildet, über welche der ringförmige Dämpfungsraum 49 mit
dem Federraum 14 in Verbindung steht. Bei einer Bewegung
der stufenförmigen
Erweiterung 46 in den ringförmigen Dämpfungsraum 49 wird
Kraftstoff aus dem ringförmigen
Dämpfungsraum 49 in
den Federraum 14 verdrängt.
Hierdurch kann vermieden werden, dass aufgrund des im ringförmigen Dämpfungsraum 49 entstehenden
Druckes der Druckverstärkerkolben 7 zurückprallt.
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Die
Hubbegrenzung des Druckverstärkerkolbens 7 erfolgt
bei der in 6 dargestellten Ausführungsform
durch Anschlagen des Steuerkolbenteils 9 an das Stützelement 18.
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7 zeigt
einen Druckverstärker
mit Dämpfung
der Hubbewegung des Druckverstärkerkolbens in
einer weiteren Ausführungsform.
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Bei
der in 7 dargestellten Ausführungsform ist der Hülsenfortsatz 48 mit
der Anschlagfläche 47 versehen,
gegen welche das Steuerkolbenteil 9 anschlägt, um den
Hub des Druckverstärkerkolbens 7 zu
begrenzen. Um ein Rückprallen
des Druckverstärkerkolbens 7 zu
vermeiden, ist im ringförmigen Dämpfungsraum 49 eine
Bohrung 51 ausgebildet, über die Kraftstoff aus dem
ringförmigen
Dämpfungsraum 49 in
den Federraum 14 verdrängt
werden kann. Um eine Dämpfung
zu bewirken, ist auch in der in 7 dargestellten
Ausführungsform
eine stufenförmige
Erweiterung 46 am Rückstellkolbenteil 8 ausgebildet.
Der Teil des Rückstellkolbenteils 8 mit
größerem Durchmesser
ist entlang der vierten Führungsfläche 50 im
Hülsenfortsatz 48 geführt. Durch die
stufenförmige
Erweiterung 46 wird der ringförmige Dämpfungsraum 49 begrenzt.
Bei einer Bewegung der stufenförmigen
Erweiterung 46 in den ringförmigen Dämpfungsraum 49 wird
der Kraftstoff im ringförmigen
Dämpfungsraum 49 komprimiert
und somit die Bewegung des Druckverstärkerkolbens 7 gedämpft.
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Der
in den 4, 5, 6 und 7 dargestellte
Führungstopf 15 mit
dem Hülsenfortsatz 48 ist
in einer bevorzugten Ausführungsform
einstückig
ausgeführt.
Neben der einstückigen
Ausführung ist
auch eine zweiteilige Ausführung
möglich,
wobei der Hülsenfortsatz 58 dann
vorzugsweise kraft- oder stoffschlüssig mit dem Führungstopf 15 verbunden ist.
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In
den 1 bis 7 bezeichnen jeweils gleiche
Bezugszeichen gleiche Bauteile. Um Wiederholungen in der Beschreibung
zu vermeiden, wurden bei den in den 2 bis 7 dargestellten
Ausführungsvarianten
nur die Unterschiede zu den übrigen Ausführungsvarianten
beschrieben.
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- 1
- Kraftstoffinjektor
- 2
- Hochdruckspeicher
- 3
- Zuleitung
- 4
- Drosselstelle
- 5
- Druckverstärker
- 6
- Druckverstärkerkörper
- 7
- Druckverstärkerkolben
- 8
- Rückstellkolbenteil
- 9
- Steuerkolbenteil
- 10
- Hochdruckkolbenteil
- 11
- Stirnfläche des
Rückstellkolbenteils 8
- 12
- Rückraum
- 13
- erster
Rücklauf
- 14
- Federraum
- 15
- Führungstopf
- 16
- Dichtsitz
- 17
- Stirnseite
des Federraums 14
- 18
- Stützelement
- 19
- Federelement
- 20
- Steuerraum
- 21
- Stirnfläche des
Steuerkolbenteils 9
- 22
- Stirnfläche des
Hochdruckkolbenteils 10
- 23
- Hochdruckraum
- 24
- Hochdruckleitung
- 25
- Düsenraum
- 26
- Düsennadel
- 27
- Ringraum
- 28
- Einspritzöffnung
- 29
- Brennraum
- 30
- hydraulischer
Raum
- 31
- Dämpfungskolben
- 32
- Federelement
- 33
- Bohrung
- 34
- Dämpfungsraum
- 35
- Stirnseite
des Dämpfungskolbens 31
- 36
- Drosselstelle
- 37
- Kraftstoffleitung
- 38
- Drosselstelle
- 49
- Steuerventil
- 40
- niederdruckseitiger
Rücklauf
- 41
- Kanal
- 42
- Rückschlagventil
- 43
- erste
Führungsfläche
- 44
- zweite
Führungsfläche
- 45
- dritte
Führungsfläche
- 46
- stufenförmige Erweiterung
- 47
- Anschlagfläche
- 48
- Hülsenfortsatz
- 49
- ringförmiger Dämpfungsraum
- 50
- vierte
Führungsfläche
- 51
- Bohrung
- dH
- Durchmesser
Hochdruckkolbenteil 10
- dR
- Durchmesser
Rückstellkolbenteil 8
- dS
- Durchmesser
Steuerkolbenteil 9