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Die
Erfindung betrifft ein Einspritzventil und eine Düsenbaugruppe
für das
Einspritzventil. Die Düsenbaugruppe
umfasst einen Körper,
der eine Hochdruckzuführung
und eine Ausnehmung hat, die zumindest teilweise die Hochdruckzuführung umfasst. In
der Ausnehmung des Körpers
ist eine äußere Düsennadel
axial beweglich angeordnet, die in einer Schließposition der äußeren Düsennadel
einen Fluidfluss durch eine erste Einspritzöffnung unterbindet und ansonsten
frei gibt. Ferner umfasst die Düsenbaugruppe
eine innere Düsennadel,
die in einer Ausnehmung der äußeren Düsennadel
axial beweglich angeordnet ist und die in einer Schließposition
einen Fluidfluss durch eine zweite Einspritzöffnung frei gibt und ansonsten
unterbindet.
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Immer
strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemissionen
von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind,
machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch
die die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist,
die von der Brennkraftmaschine durch die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs erzeugten Schadstoffemissionen
zu senken. Dies kann beispielsweise durch eine gute Gemischaufbereitung unterstützt werden.
Um eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung zu erreichen,
wird der Kraftstoff zunehmend unter sehr hohem Druck zugemessen.
Im Falle von Dieselbrennkraftmaschinen können die Kraftstoffdrücke bis
zu 2000 bar und mehr erreichen. Eine Mehrfacheinspritzung kann auch
zu einer verbesserten Gemischaufbereitung beitragen.
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Es
sind so genannte Registerdüsen-Einspritzventile
bekannt geworden mit zwei Einspritzlochkreisen und diesen zugeordneten
ersten und zweiten Düsennadeln,
mittels derer ein stufenweises Öffnen
bzw. Schließen
der einzelnen Einspritzlochkreise möglich ist. So ist aus der
DE 102 54 186 A1 ein
Injektor bekannt mit einer direkt angetriebenen Registerdüsennadel
für die
Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor. Der piezoelektrische
Injektor hat eine direkt angetriebene Registerdüsennadel zur Kraftstoffeinspritzung
in einen Verbrennungsmotor. Die beiden Düsennadeln der Registerdüsennadel
werden zur Öffnung
der Spritzlöcher
dabei direkt von dem piezoelektrischen Aktor betätigt. Der Aktor kann dabei
die beiden Düsennadeln
durch die Amplitude einer an ihm angelegten Steuerspannung direkt
steuern. Im nicht aktivierten Zustand halten Druckfedern die Spritzlöcher beider
Stufen geschlossen.
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Ferner
ist aus der
DE 198
23 937 A1 ein Servoventil für ein Kraftstoffeinspritzventil
bekannt. Das Einspritzventil weist eine Steuerkammer auf, die mit Kraftstoff
unter Systemdruck beaufschlagt werden kann und die über eine
Ablaufdrossel mit einem drucklosen Rücklauf zu einem Kraftstofftank
in Verbindung gebracht werden kann. Der Kraftstofffluss zu und von
der Steuerkammer wird durch ein Servoventil gesteuert. In einer
ersten Alternative ist die Ablaufdrossel als beweglicher Kolben
mit einer Abflussöffnung
ausgeführt.
Der Kolben ist zwischen der Steuerkammer und dem Servoventil axial
frei beweglich angeordnet. Die axiale Beweglichkeit des Kolbens wird
in eine Richtung von einer Dichtfläche und in die entgegengesetzte
Richtung von einer Schulter an einem Körper begrenzt. Der Kolben gibt
bei einem Kraftstofffluss in die Steuerkammer Zuflussöffnungen frei,
die bei einem Kraftstofffluss aus der Steuerkammer verschlossen
sind. In einer zweiten Alternative ist die Ablaufdrossel als Querschnittsverengung
in einer Verbindungsbohrung zwischen dem Servoventil und der Steuerkammer
ausgeführt,
wobei der Querschnitt der Verengung in Richtung der Längsachse der
Verbindungsbohrung allmählich
bis auf ein Minimum abnimmt und sich dann unstetig wieder auf den Durchmesser
der Verbindungsbohrung erweitert. In einer dritten Alternative ist
die Ablaufdrossel im Rücklauf
nach dem Servoventil angeordnet.
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Ferner
ist aus
US 6,557,776
B2 ein Injektor bekannt, der eine innere Düsennadel
und eine äußere Düsennadel
umfasst. Die innere Düsennadel
ist in einer sich axial erstreckenden Ausnehmung der äußeren Düsennadel
angeordnet. Beide Düsennadeln werden
mittels eines Kontrollventils gesteuert. Der Injektor umfasst eine
Vorrichtung, die eine Bewegung lediglich der inneren Düsennadel
ermöglicht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Einspritzventil und eine Düsenbaugruppe
für das
Einspritzventil zu schaffen, durch das bzw. die ein präzises Zumessen
von Fluid möglich
ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Einspritzventil und eine Düsenbaugruppe
für das
Einspritzventil. Die Düsenbaugruppe
umfasst einen Körper,
der eine Hochdruckzuführung
und eine Ausnehmung hat. Die Ausnehmung des Körpers umfasst zumindest teilweise
die Hochdruckzuführung.
In der Ausnehmung des Körpers
ist eine äußere Düsennadel
axial beweglich angeordnet. Die äußere Düsennadel
unterbindet in einer Schließposition
der äußeren Düsennadel
einen Fluidfluss durch eine erste Einspritzöffnung und gibt den Fluidfluss
ansonsten frei. Die Düsenbaugruppe
umfasst eine innere Düsennadel,
die in einer Ausnehmung der äußeren Düsennadel
axial beweglich angeordnet ist. Die innere Düsennadel unterbindet in einer
Schließposition
der inneren Düsennadel
einen Fluidfluss durch eine zweite Einspritzöffnung und gibt den Fluidfluss
ansonsten frei. Ein erster Steuerraum ist mit der Hochdruckzuführung in
dem Körper
hydraulisch gekoppelt und grenzt an einer Seite an eine Stirnfläche der
inneren Düsennadel.
Die Stirnfläche
der inneren Düsennadel
ist an einem axialen Ende der inneren Düsennadel ausgebildet. Die äußere Düsennadel
hat mindestens eine Zulaufausnehmung, die mit der Hochdruckzuführung in
dem Körper
hydraulisch gekoppelt ist. Die Zulaufausnehmung erstreckt sich von dem äußeren Umfang
der äußeren Düsennadel
hin zu der Ausnehmung der äußeren Düsennadel
und zwar zu einem Zulaufvolumen, das zwischen der inneren und der äußeren Düsennadel
ausgebildet ist. Ferner umfasst die Düsenbaugruppe eine Drosselvorrichtung,
die angrenzend an die Zulaufausnehmung und/oder in der Zulaufausnehmung
und/oder in dem Zulaufvolumen angeordnet ist. Die Drosselvorrichtung
ist so ausgebildet, dass bei einer Bewegung der inneren Düsennadel
relativ zur äußeren Düsennadel
lediglich entgegen der Schließrichtung
der inneren Düsennadel
ein hydraulisches Dämpfen
der Bewegung der inneren Düsennadel
durch die Drosselvorrichtung erfolgt.
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Das
richtungsabhängige
Dämpfen
der inneren Düsennadel
bewirkt ein langsames Öffnen
der inneren Düsennadel
bei unverändert
schnellem Schließen
der inneren Düsennadel.
Dies verringert die zumessbare Kleinstmenge an Fluid und trägt so zu
einem präzisen
Zumessen des Fluids bei.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Düsenbaugruppe ist die Drosselvorrichtung
so ausgebildet und angeordnet, dass bei der Bewegung der inneren
Düsennadel
relativ zu der äußeren Düsennadel
in Richtung entgegen der Schließrichtung
der inneren Düsennadel
ein Unterdruck in dem Zulaufvolumen und/oder einem Teilvolumen des
Zulaufvolumens erzeugt wird. Durch den Unterdruck in dem Zulaufvolumen
und/oder dem Teilvolumen wird die Bewegung der inneren Düsennadel
einfach wirkungsvoll gedämpft.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsenbaugruppe umfasst die äußere Düsennadel
eine Nut. Die Nut erstreckt sich um einen Bereich des Umfangs der äußeren Düsennadel.
Die erste Zulaufausnehmung mündet
in die Nut. Ferner umfasst die Drosselvorrichtung ein radial flexibles
Federelement, das so ausgebildet ist, dass die erste Zulaufausnehmung
durch das Federelement abgedeckt ist. Der Bereich des Umfangs der äußeren Düsennadel kann
der gesamte Umfang oder nur ein Teil des Umfangs sein. Das radial
flexible Federelement trägt
einfach und kostengünstig
zu einem Dämpfen
der Bewegung der inneren Düsennadel
bei.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn das Federelement eine
Drosselbohrung umfasst, die so ausgebildet ist, dass sie in die
erste Zulaufausnehmung mündet.
Dies ermöglicht
einfach ein präzises
Einstellen der richtungsabhängigen
Dämpfung
durch das Federelement.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsenbaugruppe ist das Federelement
aus einem Zylinder gebildet, dessen Mantel sich um einen Winkelbereich
größer 180° und kleiner
360° erstreckt.
Dies ermöglicht
einfach eine kostengünstige Herstellung
des Federelements.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsenbaugruppe umfasst die Düsenbaugruppe mindestens
einen Sicherungsstift, der in der Nut der äußeren Düsennadel angeordnet ist. Dies
verhindert einfach ein Verdrehen des Federelements.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsenbaugruppe weist die Nut
der äußeren Düsennadel
an der Kontaktfläche
zu dem Federelement eine vorgegebene Oberflächenstruktur auf. Dies ermöglicht einfach
abhängig
von der Oberflächenstruktur
eine gute Dichtung des Federelements im Bereich der Kontaktfläche oder
trägt einfach
zu der Drosselwirkung des Federelements bei, die zu dem Dämpfen der
Bewegung der inneren Düsennadel
beiträgt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst
die Drosselvorrichtung eine axial verschiebbare Dichthülse, einen
Ring an der inneren Düsennadel
und eine Dichthülsenfeder.
Die Dichthülse,
der Ring und die Dichthülsenfeder
sind so ausgebildet und angeordnet, dass die Dichthülsenfeder
axial zwischen der Dichthülse
und einem Führungsabschnitt
der inneren Düsennadel
vorgespannt ist und so die Dichthülse mit einer Kraft in Richtung
weg von der Stirnfläche
der inneren Düsennadel
beaufschlagt ist. Die Dichthülse
ist so mit dem Ring mechanisch koppelbar. Ferner unterteilt die Dichthülse das
Zulaufvolumen in ein erstes Dichthülsenvolumen und ein zweites
Dichthülsenvolumen. Dies
ermöglicht
einfach ein richtungsabhängiges Dämpfen der
Bewegung der inneren Düsennadel
relativ zur äußeren Düsennadel.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Dichthülse an ihrer äußeren Mantelfläche mindestens
eine Dichthülsennut
umfasst. Die Dichthülsennut
erstreckt sich von der Seite der Dichthülse, die dem Führungsabschnitt
zugewandt ist, zu der Seite der Dichthülse, die von dem Führungsabschnitt abgewandt
ist. Dies ermöglicht
einfach ein präzises Einstellen
der Dämpfung
der inneren Düsennadel.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsenbaugruppe ist die Dichthülse so ausgebildet,
dass in einem Bereich der Dichthülse,
in dem die Dichthülse
in einer Schließposition
der Dichthülse
an dem Ring zur Anlage kommt, die Dichthülse einen Winkel mit der inneren
Düsennadel
einschließt,
der zwischen null und neunzig Grad liegt. Dies ermöglicht einfach
eine gute Abdichtung zwischen Ring und Dichthülse beim Öffnen der inneren Düsennadel
und einen strömungsgünstigen
Fluidfluss zwischen dem Ring und der Dichthülse beim Schließen der
inneren Düsennadel.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Einspritzventil mit einer Düsenbaugruppe,
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2 eine
Detailansicht einer ersten Ausführungsform
der Düsenbaugruppe
gemäß 1,
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3 einen
Schnitt durch die Detailansicht gemäß 2,
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4 eine
Detailansicht einer zweiten Ausführungsform
der Düsenbaugruppe
gemäß 1.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine
Düsenbaugruppe
für ein
Einspritzventil umfasst einen Körper
mit einer Ausnehmung (1). Der Körper umfasst vorzugsweise einen
Nadelführungskörper 20,
einen Düsenkörper 21 und
eine Zwischenplatte 18. Die Ausnehmung in dem Körper umfasst
dann eine Ausnehmung 24 in dem Nadelführungskörper und eine Ausnehmung 26 in
dem Düsenkörper 21.
Das Einspritzventil hat ein Injektorgehäuse 1. In einer Ausnehmung 2 des
Injektorgehäuses 1 ist
ein Stellantrieb 4 angeordnet, der bevorzugt als Piezoaktuator
ausgebildet ist. Der Piezoaktuator ist vorzugsweise als ein Stapel
von Piezoelementen ausgebildet und ändert seine axiale Ausdehnung
abhängig
von der ihm zugeführten
oder abgeführten elektrischen
Ladung. Ferner ist in der Ausnehmung 2 des Injektorgehäuses 1 ein
Leckageraum 14 ausgebildet, der über eine Leckagebohrung mit
einem Niederdruckkraftstoffkreis verbindbar ist.
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Das
Einspritzventil umfasst ferner eine Ventilplatte 16. Die
Ventilplatte 16, die Zwischenplatte 18, der Nadelführungskörper 20 und
der Düsenkörper 21 bilden
die Düsenbaugruppe,
die mittels einer Düsenspannmutter 22 an
dem Injektorgehäuse 1 befestigt ist.
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Das
Einspritzventil eignet sich zum Zumessen von Fluid, vorzugsweise
Kraftstoff, in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Die zumessbare
Kleinstmenge an Fluid kann dabei weniger als ein Kubikmillimeter
Fluid sein. Die Kleinstmenge kann aber auch abhängig von der Brennkraftmaschine
mehr als ein Kubikmillimeter sein.
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Der
Düsenkörper 21 kann
einstückig
mit dem Nadelführungskörper 20 ausgebildet
sein. Die Zwischenplatte 18 kann einstückig mit dem Düsenkörper 21 und
dem Nadelführungskörper 20 ausgebildet sein.
Es kann aber auch lediglich der Nadelführungskörper 20 mit der Zwischenplatte 18 einstückig ausgebildet
sein. Die Ventilplatte 16 kann einstückig mit der Zwischenplatte 18 ausgebildet
sein. Sowohl der Düsenkörper 21 als
auch der Nadelführungskörper 20 als
auch die Ventilplatte 16 als auch die Zwischenplatte 18 können einstückig oder
mehrstückig,
z. B. aus mehreren Platten, ausgebildet sein.
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Bevorzugt
ist die Hochdruckbohrung 54 mit einem Hochdruckspeicher
eines Common-Rail-Systems koppelbar, in dem während eines Betriebs der Brennkraftmaschine
ein Fluiddruck herrscht beispielsweise zwischen 500 und 2000 bar.
Der Fluiddruck kann sich jedoch insbesondere im Falle von Benzin
als Fluid in einem Bereich von beispielsweise 80 bis 250 bar bewegen.
Der Fluiddruck muss nicht konstant sein. Er kann beispielsweise
abhängen
von Lastgrößen der
Brennkraftmaschine.
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Alternativ
ist die Hochdruckbohrung 54 mit einer nicht dargestellten
Hochdruckvorrichtung hydraulisch koppelbar, die ausgebildet ist
zum Erzeugen des für
ein Zumessen von Fluid notwendigen Fluiddrucks lediglich in einem
engen Zeitfenster um das beabsichtigte Zumessen des Fluids. Derartige Hochdruckvorrichtungen
finden beispielsweise Einsatz im Zusammenhang mit einer Pumpe-Düse-Vorrichtung,
bei einer Amplified Common-Rail-Vorrichtung
und bei einer Verteilerpumpe.
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Die
Ausnehmung 24 des Nadelführungskörpers 20 setzt sich
in die Ausnehmung 26 des Düsenkörpers 21 fort. In
den Ausnehmungen 24, 26 des Nadelführungskörpers 20 und
des Düsenkörpers 21 ist
eine äußere Düsennadel 27 angeordnet.
Die äußere Düsennadel 27 ist
in dem Nadelführungskoper 20 geführt. Eine
innere Düsennadel 29 ist
in einer Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 bevorzugt
koaxial zu dieser angeordnet und in der Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 geführt. Die Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 durchdringt
die äußere Düsennadel 27 in
axialer Richtung vollständig.
Die innere Düsennadel 29 ist
bevorzugt auch im Bereich eines Führungsabschnitts 31 der
inneren Düsennadel 29 in
der Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 geführt.
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Eine
erste Düsenfeder 30 spannt
die äußere Düsennadel 27 in
eine Schließposition
vor, in der sie den Kraftstofffluss durch mindestens eine erste
Einspritzöffnung 34 unterbindet.
Die erste Einspritzöffnung 34 kann
aus einer ersten Einspritzlochreihe gebildet sein, die mindestens
ein Einspritzloch der ersten Einspritzlochreihe aufweist. Bei einem
nach außen öffnenden
Ventil kann die erste Einspritzöffnung 34 auch
ein Spalt zwischen der äußeren Düsennadel 27 und
dem Düsenkörper 21 sein.
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Eine
zweite Düsenfeder 32 ist
so angeordnet, dass sie die innere Düsennadel 29 in eine
dieser zugeordneten Schließposition
vorspannt, in der sie den Kraftstofffluss durch mindestens eine
zweite Einspritzöffnung 36 unterbindet.
Die zweite Einspritzöffnung 36 kann
aus einer zweiten Einspritzlochreihe gebildet sein, die mindestens
ein Einspritzloch der zweiten Einspritzlochreihe aufweist. Bei einem
nach außen öffnenden
Ventil kann die zweite Einspritzöffnung 34 auch
ein Spalt zwischen der inneren Düsennadel 29 und
der äußeren Düsennadel 27 sein.
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Eine
zweite Ausnehmung des Nadelführungskörpers 20 ist
im Bereich seines hin zu der Zwischenplatte 18 gewandten
Endes ausgebildet.
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Die
erste Ausnehmung 24 des Nadelführungskörpers 20 mündet in
die zweite Ausnehmung des Nadelführungskörpers 20.
Eine Dichthülse 40 ist in
der Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 angeordnet
und wird in dieser geführt.
Die zweite Düsenfeder 32 stützt sich
an der inneren Düsennadel 29 ab
und drückt
so die Dichthülse 40 gegen
die Zwischenplatte 18.
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Die
Dichthülse 40 trennt
so einen ersten Steuerraum 46 von einem zweiten Steuerraum 48. Der
erste Steuerraum 46 umfasst ferner einen Hohlraum in der
Zwischenplatte 18, der bevorzugt halbkugelförmig ausgebildet
ist. Der zweite Steuerraum 48 ist zwischen einer Stirnfläche der äußeren Düsennadel 27 und
der Ventilplatte 18 ausgebildet und umfasst eine Steuerraumnut, über die
der zweite Steuerraum 48 mit einer zweiten Ablaufbohrung 49 kommuniziert.
Die Dichthülse 40 ist
vorzugsweise so ausgebildet, dass zwischen der Dichthülse 40 und
der inneren Düsennadel 29 ein
Spalt gebildet ist.
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Der
erste Steuerraum 46 ist über eine erste Zulaufdrossel 52 mit
der Hochdruckzuführung
in dem Körper
hydraulisch gekoppelt, die eine Hochdruckbohrung 54 umfasst.
Die Hochdruckbohrung 54 ist mit einem Hochdruckkreis der
Kraftstoffversorgung koppelbar. Der erste Steuerraum 46 ist
ferner über eine
Ablaufdrossel 56 hydraulisch gekoppelt mit einer ersten
Ablaufbohrung 50, die wiederum hydraulisch gekoppelt ist
mit einem Schaltventil 60, das insbesondere als Servoventil
ausgebildet ist und von dem Stellantrieb 4 angetrieben
wird.
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Die
innere Düsennadel 29 hat
einen ersten Absatz 76, der so ausgebildet ist, dass die
durch den Druck des Fluids hervorgerufene Kraft öffnend auf die innere Düsennadel 29 wirkt.
Die Position der inneren Düsennadel 29 hängt ab von
der Kräftebilanz der
Kräfte,
die auf sie wirken. Eine erste öffnend
wirkende Kraft wird hervorgerufen durch den Druck des Fluids auf
den ersten Absatz 76 und die Seite des Führungsabschnitts 31,
die von dem ersten Steuerraum 46 abgewandt ist. Eine zweite
Kraft wird hervorgerufen durch die Federkraft der zweiten Düsenfeder 32 und
wirkt in Schließrichtung
der inneren Düsennadel 29.
Eine dritte Kraft hervorgerufen durch den Druck des Fluids, das
sich in dem ersten Steuerraum 46 befindet, wird an einer
Stirnfläche 33 der
inneren Düsennadel 29 und über den
Spalt zwischen der Dichthülse 40 und
der inneren Düsennadel 29 an dem
Führungsabschnitt 31 in
Schließrichtung
der inneren Düsennadel 29 in
die innere Düsennadel 29 eingeleitet.
Sobald sich die innere Düsennadel 29 von
ihrer Schließposition
wegbewegt wirkt zusätzlich durch
den Druck des Fluids auch im Bereich der Spitze der inneren Düsennadel 29 eine
vierte Kraft öffnend
auf die innere Düsennadel 29 und
geht somit in die Kräftebilanz
ein.
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Die
erste Zulaufdrossel 52 kann an das gewünschte Ansprechverhalten des
ersten Steuerraums 46 angepasst sein und kann unabhängig davon
dimensioniert sein, wie das Ansprechverhalten des zweiten Steuerraums 48 sein
soll. Die Ablaufdrossel 56 kann ferner ebenfalls an das
gewünschte Ansprechverhalten
des ersten Steuerraums 46 angepasst sein. Dies hat insbesondere
im Zusammenhang mit dem Schaltventil 60 den Vorteil, dass
zum Ändern
des Ansprechverhaltens lediglich der Querschnitt der Ablaufdrossel 56 anzupassen
ist und das Schaltventil 60 unverändert eingesetzt werden kann.
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Der
zweite Steuerraum 48 ist mittels einer zweiten Zulaufdrossel 66 mit
der Hochdruckbohrung 54 hydraulisch gekoppelt. Der zweite
Steuerraum 48 ist mittels der zweiten Ablaufbohrung 49 mit
dem Steuerventil 60 hydraulisch gekoppelt. Durch die Dimensionierung
der zweiten Zulaufdrossel 66 lässt sich das Ansprechverhalten
des zweiten Steuerraums 48 einstellen. Die äußere Düsennadel 27 verfügt ebenso
wie die innere Düsennadel 29 über einen dem
ersten Absatz 76 entsprechenden Hochdruckabsatz, der mit
unter Hochdruck stehendem Fluid aus der Hochdruckbohrung 54 beaufschlagt
ist und der so ausgebildet ist, dass die durch den Druck des Fluids
hervorgerufene Kraft öffnend
auf die äußere Düsennadel 27 wirkt.
Dieser Kraft wirken entgegen die von der ersten Düsenfeder 30 in
Schließrichtung
ausgeübte
Kraft und die durch den Druck des Fluids in dem zweiten Steuerraum 48 hervorgerufene Kraft
auf die äußere Düsennadel 27,
die über
eine Stirnfläche
der äußeren Düsennadel 27 eingeleitet wird.
Eine weitere Kraft in Schließrichtung
der äußeren Düsennadel 27 wird
an einem inneren Absatz 37 (siehe 2) der äußeren Düsennadel 27 in
diese einge koppelt. Abhängig
von der Kräftebilanz
dieser Kräfte
ist die Position der äußeren Düsennadel 27 einstellbar.
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Das
Schaltventil 60 kann beispielsweise als zweistufiges Servoventil
ausgebildet sein, das so ausgebildet ist, dass abhängig von
dem Hub des Stellantriebs 4 zunächst die erste Ablaufbohrung 50 hydraulisch
mit dem Leckageraum 14 gekoppelt wird und bei weiter steigendem
Hub dann auch die zweite Ablaufbohrung 49 mit dem Leckageraum 14 gekoppelt
wird. Bei einem derartigen Schaltventil 60 kann somit die
innere Düsennadel 29 von
ihrer Schließposition
in ihre Offenposition, d. h. in die Position, in der die innere
Düsennadel 29 den
Kraftstofffluss durch die zweite Einspritzöffnung 36 freigibt,
und auch wieder zurück
in ihre Schließposition
gebracht werden, ohne dass die äußere Düsennadel 27 notwendigerweise
aus ihrer Schließposition
herausbewegt wird.
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Alternativ
kann das Schaltventil 60 jedoch als zwei Servoventile ausgebildet
sein, die gegebenenfalls unabhängig
voneinander ansteuerbar sind. In diesem Fall können dann die äußere Düsennadel 27 und
die innere Düsennadel 29 völlig unabhängig voneinander
angesteuert werden.
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Die
Fluidzufuhr zu den ersten und zweiten Einspritzöffnungen 34, 36 erfolgt
von der Hochdruckbohrung 54 über einen zwischen dem Düsenkörper 21 und
der äußeren Düsennadel 27 ausgebildeten Zwischenraum
in der Ausnehmung 26 des Düsenkörpers 21. Wenn die äußere Düsennadel 27 in
ihrer Schließposition
ist, erfolgt die Fluidzufuhr hin zu der zweiten Einspritzöffnung 36 über eine
erste Zulaufausnehmung 70, die die äußere Düsennadel 27 radial
durchdringt hin zu der Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 und
dann in ein erstes Zulaufvolumen 72 mündet, das zwischen der inneren
Düsennadel 29 und
der Wan dung der Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 ausgebildet
ist. Das erste Zulaufvolumen 72 ist hydraulisch gekoppelt
mit dem ersten Absatz 76.
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Wenn
die innere Düsennadel 29 sich
von ihrer Schließposition
hin zu ihrer Offenposition bewegt, strömt das Fluid durch die erste
Zulaufausnehmung 70, weiter durch das erste Zulaufvolumen 72 und schließlich durch
die zweite Einspritzöffnung 36.
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Wird
dann zusätzlich
die äußere Düsennadel 27 von
ihrer Schließposition
wegbewegt, so kann das Fluid von dem Zwischenraum zwischen der Wandung
der Ausnehmung 26 des Düsenkörpers 21 und der äußeren Düsennadel 27 entlang
der Spitze der äußeren Düsennadel 27 hin
zu der zweiten Einspritzöffnung 36 strömen. Dies
hat den Vorteil, dass sehr hohe Fluidmengen pro Zeit durch die erste
Einspritzöffnung 34 und
die zweite Einspritzöffnung 36 zugemessen
werden können.
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Von
dem ersten Zulaufvolumen 72 axial beabstandet schließen die äußere Düsennadel 27 und die
innere Düsennadel 29 ein
zweites Zulaufvolumen 78 ein (2). In axialer
Richtung ist das Zulaufvolumen 78 von einer zweiten Druckfläche 91 des
Führungsabschnitts 31 der
inneren Düsennadel 29 begrenzt.
An dem gegenüberliegenden
Ende ist das Zulaufvolumen 78 von dem inneren Absatz 37 der äußeren Düsennadel 27 begrenzt.
Das Zulaufvolumen 78 kommuniziert über eine zweite Zulaufausnehmung 80 in
der äußeren Düsennadel 27 mit
der Hochdruckzuführung.
Die zweite Zulaufausnehmung 80 mündet in eine Nut 84 der äußeren Düsennadel 27.
Die Nut 84 der äußeren Düsennadel 27 erstreckt sich
vorzugsweise um den gesamten Umfang der äußeren Düsennadel 27. Die Nut 84 der äußeren Düsennadel 27 kann
sich aber auch nur um einen Teil des Umfangs der äußeren Düsennadel 27 erstrecken.
In der Nut 84 der äußeren Düsennadel 27 ist ein
Federelement 82 angeordnet. Das Federelement umfasst vorzugsweise
eine Drosselbohrung 86. Die Drosselbohrung 86 ist
so angeordnet, dass sie in die Zulaufausnehmung 80 der äußeren Düsennadel 27 mündet. Die äußere Düsennadel 27 kann
an der Kontaktfläche 90 zu
dem Federelement 82 eine vorgegebene Dichtstruktur aufweisen.
Die Dichtstruktur an der Kontaktfläche 90 kann beispielsweise
Dichtspitzen oder eine Dichtkante an der Kontaktfläche 90 umfassen.
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Bei
einer Relativbewegung der inneren Düsennadel 29 zu der äußeren Düsennadel 27 entgegen
der Schließrichtung
der inneren Düsennadel 27 vergrößert sich
das zweite Zulaufvolumen 78. Über die Zulaufausnehmung 80 wird
Fluid in das zweite Zulaufvolumen 78 angesaugt. Das Federelement 82 wird
auf die Zulaufausnehmung 80 gesogen und verschließt diese
abhängig
von der Dichtstruktur an der Kontaktfläche 90. Das Fluid
kann nun lediglich durch die Drosselbohrung 86 oder abhängig von
der Dichtstruktur an der Kontaktfläche 90 zwischen der Kontaktfläche 90 und
dem Federelement 82 in das zweite Zulaufvolumen 78 fließen. Dadurch
entsteht ein Unterdruck in dem zweiten Zulaufvolumen 78,
der auf alle Flächen
wirkt, die das Zulaufvolumen 78 begrenzen. Durch den Unterdruck,
der auf die zweite Druckfläche 91 des
Führungsabschnitts 31 wirkt, wird
die Bewegung der inneren Düsennadel 29 gedämpft. Das
Federelement 82 in der Nut 84, die Drosselbohrung 86 des
Federelements 82 und die zweite Zulaufausnehmung 80 bilden
eine Drosselvorrichtung.
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Die
Drosselbohrung 86 in dem Federelement 82 kann
einfach hergestellt und einfach variiert werden. So kann für mehrere
baugleiche Düsenbaugruppen
ein unterschiedliches Dämpfen
der inneren Düsennadel 29 hervorgerufen
werden, in dem die Größe der Drosselbohrung 86 in
dem Federelement 82 variiert wird.
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Bei
einer entsprechend ausgebildeten Dichtstruktur an der Kontaktfläche 90 kann
auf die Drosselbohrung 86 verzichtet werden.
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Bewegt
sich die innere Düsennadel 29 relativ zu
der äußeren Düsennadel 27 in
Schließrichtung
der inneren Düsennadel 29,
so wird das zweite Zulaufvolumen 78 verkleinert. Das Fluid
wird aus dem Zulaufvolumen 78 über die Zulaufausnehmung 80 zurück in die
Hochdruckzuführung
gedrückt.
Dies bewirkt, dass das Federelement 82 im Bereich der Zulaufausnehmung 80 von
der Zulaufausnehmung 80 abhebt und diese frei gibt. Der
Fluidfluss aus dem Zulaufvolumen 78 in die Hochdruckzuführung kann
somit näherungsweise
ungehindert stattfinden. Die Schließbewegung der inneren Düsennadel 29 relativ
zur äußeren Düsennadel 27 kann
ungehindert erfolgen. Das langsame Öffnen der inneren Düsennadel 29 und
das ungehindert schnelle Schließen
der inneren Düsennadel 29 tragen
dazu bei, dass eine sehr kleine Kleinstmenge an Kraftstoff in den
Brennraum der Brennkraftmaschine zumessbar ist.
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Das
Federelement 82 ist vorzugsweise aus einem Zylinder gebildet,
dessen Mantel sich lediglich um einen Winkelbereich von größer 180° bis kleiner 360° streckt
(3). Diese Form ermöglicht eine Vielzahl an verwendbaren
Materialien für
das Federelement 82 und ist kostengünstig herstellbar. Das Federelement 82 kann
sich alternativ auch um den gesamten Umfang der äußeren Düsennadel 27 erstrecken.
Bevorzugt ist das Federelement 82 dann aus einem elastischen
Material gebildet.
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Erstreckt
sich das Federelement 82 nicht über den gesamten Umfang der äußeren Düsennadel 27,
so muss sichergestellt werden, dass durch ein Verdrehen des Federelements 82 dessen
Wirkung nicht beeinträchtigt
wird. Dies kann erfolgen durch das Anordnen mindestens eines, bevorzugt
mehrerer Sicherungsstifte 88. Ein Verdrehen kann auch verhindert
werden, indem die Nut 84 sich lediglich über einen
Teil des Umfangs der äußeren Düsennadel 27 erstreckt
und das Federelement 82 entsprechend in die Nut 84 eingepasst
ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die Drosselvorrichtung auch eine Dichthülse 92 umfassen (4).
Die Dichthülse 92 ist
in dem zweiten Zulaufvolumen 78 angeordnet und trennt das
zweite Zulaufvolumen 78 in ein erstes Dichthülsenvolumen 102 und
ein zweites Dichthülsenvolumen 104.
Die Dichthülse 92 wird
durch eine Dichthülsenfeder 98 mit
einer Dichtfläche
an der Dichthülse
gegen einen Ring 96 gepresst, der an der inneren Düsennadel 29 festgelegt
ist. Bewegt sich die innere Düsennadel 29 relativ
zur äußeren Düsennadel 27 entgegen
der Schließrichtung
der inneren Düsennadel 29,
so vergrößert sich
das erste Dichthülsenvolumen 102.
Die Dichthülse 92 wird
von dem Ring 96 der inneren Düsennadel 29 bei der
Bewegung entgegen ihrer Schließrichtung
mitgenommen. Das erste Dichthülsenvolumen 102 kann
dann lediglich über
eine Dichthülsennut 94 an
dem Mantel der Dichthülse 92 mit dem
zweiten Dichthülsenvolumen 104 kommunizieren.
Je nach Ausbildung der Dichthülsennut 94 wird dann
die Bewegung der inneren Düsennadel 29 gedämpft.
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Bewegt
sich die innere Düsennadel 29 in Schließrichtung
relativ zu der äußeren Düsennadel 27,
so wird das erste Dichthülsenvolumen 102 verkleinert.
Dies erzeugt einen Überdruck
in dem ersten Dichthülsenvolumen 102.
Dies bewirkt, das die Dichthülse 92 von
dem Ring 96 an der inneren Düsennadel 29 abhebt
und den Fluidfluss zwischen der Dichthülse 92 und dem Ring 96 freigibt.
Dadurch wird die Drosselwirkung der Dichthülsennut 94 vernachlässigbar
und das Schließen
der inneren Düsennadel 29 kann
nahezu ungedämpft
erfolgen.
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An
der Dichtfläche
der Dichthülse 92,
an der die Dichthülse 92 in
ihrer Drosselposition an dem Ring 96 zur Anlage kommt,
ist die Dichthülse 92 vorzugsweise
derart ausgebildet, dass der Ring 96 und die Dichthülse 92 dichtend
zusammenwirken können.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Dichthülse 92 an
der Dichtfläche
hin zum kleineren Radius der Dichthülse 92 an axialer
Länge abnimmt
und so die Dichthülse 92 im
Bereich der Dichtfläche
abgeschrägt
ist.
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Die
einzelnen Ausführungsformen
der Drosselvorrichtung können
beliebig miteinander kombiniert werden. So kann die Drosselvorrichtung
das Federelement 82 und/oder die Dichthülse 92 umfassen.