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Die
Erfindung betrifft ein Einspritzventil, einen Ventilkörper für das Einspritzventil
und eine Düsennadel
für das
Einspritzventil. Die Düsennadel
umfasst einen axialen Endbereich, der geeignet ist, in einer Schließposition
der Düsennadel
im Zusammenwirken mit einem Körper
des Einspritzventils einen Fluidfluss durch mindestens eine Einspritzöffnung des
Körpers
zu unterbinden. Der Ventilkörper
begrenzt die axiale Bewegung der Düsennadel entgegen ihrer Schließrichtung.
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Immer
strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoff-Emissionen
von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind,
machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch
die die Schadstoff-Emissionen
gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die während des
Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugten Schadstoff-Emissionen
zu senken. Insbesondere die Bildung von Ruß ist stark abhängig von
der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder
der Brennkraftmaschine. Um eine sehr gute Gemischaufbereitung zu
erreichen, wird Kraftstoff zunehmend unter sehr hohem Druck zugemessen.
Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis
zu 2000 bar. Die Schaltzeiten und die eingespritzten Kraftstoffmengen
können
von der Präzision
der Düsennadel
abhängig
sein, die in einem hydraulischen Kreislauf in dem Einspritzventil angeordnet
ist. Bei einem Einsatz der Düsennadel
in einem Einspritzventil für
Diesel-Brennkraftmaschinen wird in der Regel während eines Arbeitszyklusses
der Hub der Düsennadel
und somit die Einspritzmenge des Kraftstoffgemischs gesteuert.
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Aus
der
DE 698 14 990
T2 ist ein Kraftstoffeinspritzventil zur Verwendung in
einem Kraftstoffsystem mit einer Kraftstoffpumpe und einem Überströmventil
bekannt. Das Einspritzventil umfasst eine Einspritzventildüse mit einer
Ventilnadel, die über
den Kraftstoffdruck betätigbar
ist. Die Ventilnadel wird während
des Betriebs durch die Einwirkung von unter Druck stehendem Kraftstoff
in einem Düseneinlasskanal
von einem Sitz angehoben. Dadurch kann Kraftstoff vom Düseneinlasskanal
durch einen Auslass abfließen.
Der genannte Düseneinlasskanal steht
in Verbindung mit einer Pumpenkammer der Kraftstoffpumpe. Eine Feder
spannt die Ventilnadel gegen den Sitz. Ein Kolbenelement ist innerhalb
eines Zylinders verschiebbar angeordnet, und zwar so, dass es zum
Anliegen an ein Federanschlagselement für die Feder gebracht werden
kann. Dies dient dazu, die Last der Feder auf das Kolbenelement
zu übertragen.
Das Einspritzventil umfasst einen weiteren Kanal, der sich in ein
erstes, von der Feder abgewandtes Ende des Zylinders öffnet. Der
weitere Kanal steht in Verbindung mit der Pumpenkammer. Das Kolbenelement
kann von einer ersten Stellung am ersten Ende des Zylinders in eine
zweite Stellung am anderen Ende des Zylinders bewegt werden. Dies dient
dazu, die von der Feder auf die Ventilnadel ausgeübte Kraft
zu verstärken.
Ferner ist ein Ventilmittel angeordnet, das durch das Kolbenelement
betätigbar ist.
Die Endfläche
des Kolbenelements ist dem Kraftstoffdruck in dem weiteren Kanal
ausgesetzt. Es ist ein Dämpfungsmittel
zum Dämpfen
der Bewegung der Ventilnadel im Verhältnis zum Kolbenelement ausgebildet.
Das Dämpfungsmittel
umfasst eine Dämpfungskammer,
die von dem Federanschlagselement und einem Element, das mit der
Ventilnadel bewegbar ist, begrenzt wird. Das Volumen der Dämpfungs kammer
ist von dem Verhältnis
der Stellung der Ventilnadel und des Kolbenelements abhängig. Die Dämpfungskammer
ist durch einen verengten Durchgang mit einem Niederdruckabfluss
verbunden.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil, einen Ventilkörper für das Einspritzventil und
eine Düsennadel
für das
Einspritzventil zu schaffen, das, der bzw. die einfach ein präzises Zumessen von
Fluid in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Gemäß eines
ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil,
einen Ventilkörper
für das
Einspritzventil und eine Düsennadel
für das
Einspritzventil. Die Düsennadel
umfasst einen ersten axialen Endbereich, der geeignet ist, in einer
Schließposition
der Düsennadel
im Zusammenwirken mit einem Körper
des Einspritzventils einen Fluidfluss durch mindestens eine Einspritzöffnung des
Körpers
zu unterbinden. Die Düsennadel umfasst
einen zweiten axialen Endbereich, der von dem ersten axialen Endbereich
abgewandt ist. An dem zweiten axialen Endbereich ist ein Dämpfungselement
ausgebildet, das starr mit der Düsennadel gekoppelt
ist.
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Wird
während
des Betriebs des Einspritzventils in einer Brennkraftmaschine die
Düsennadel
ganz geöffnet,
so schlägt
die Düsennadel
mit ihrem zweiten axialen Endbereich gegen den Ventilkörper des Einspritzventils.
Durch den Stoss werden Schwingungen in der Düsennadel und der gesamten Düsennadel
in axialer Richtung erzeugt. Diese axialen Schwingungen der Düsennadel
bewirken abhängig von
der Amplitude und der Phase der Schwingung eine verzögerte bzw.
verfrühte
Einspritzung bezogen auf einen vorgegebenen Einspritzpunkt. Das
Dämpfungselement
verringert den Impuls, der beim Stoss auf die Düsen nadel übertragen wird. Dies kann das Erzeugen
von Schwingungen in der Düsennadel
verringern und trägt
einfach zu einem präzisen
Zumessen von Fluid in einen Brennraum der Brennkraftmaschine bei.
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Ferner
beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass sich Schwingungen
in starr gekoppelten Körpern
unterschiedler Form oder unterschiedlichen Materials nur schlecht
ausbreiten können.
Durch die starre Kopplung zwischen dem Dämpfungselement und der Düsennadel
wird diese Erkenntnis genutzt und trägt dazu bei, dass Schwingungen
in der Düsennadel
schnell abklingen, die trotz Dämpfung
auf die Düsennadel übertragen
wurden. Das schnelle Abklingen der Schwingungen trägt zu einem
präzisen Zumessen
von Fluid bei.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Düsennadel ist das Dämpfungselement
einstückig
mit der Düsennadel
ausgebildet. Dies trägt
zur bestmöglichen
starren Kopplung zwischen dem Dämpfungselement
und der Düsennadel
bei.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsennadel ist das Dämpfungselement
stoffschlüssig
und/oder formschlüssig
mit der Düsennadel
verbunden. Dies trägt
einfach zur starren Kopplung zwischen dem Dämpfungselement und der Düsennadel
bei. Ferner ermöglicht
die stoff- und/oder formschlüssige
Verbindung des Dämpfungselements mit
der Düsennadel
eine Verwendung unterschiedlicher Materialien für das Dämpfungselement und die Düsennadel.
Dies kann einfach zu der Dämpfung
der Schwingungen in der Düsennadel
beitragen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsennadel umfasst das Dämpfungselement
ein anderes Material als die Düsennadel.
Dies ermöglicht
die Dämpfung
der Düsennadel
durch die Wahl des Materials für
das Dämpfungselement
einfach zu steuern.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsennadel umfasst das Dämpfungselement eine
Dämpfungsausnehmung.
Die Dämpfungsausnehmung
erstreckt sich von einer Stirnfläche
der Düsennadel
an dem zweiten axialen Endbereich in die Düsennadel hinein. Dies ermöglicht einfach
eine hydraulische Dämpfung
der Düsennadel.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Drosselbohrung
in der Düsennadel
ausgebildet und so angeordnet ist, dass die Dämpfungsausnehmung über die
Drosselbohrung mit einem Steuerraum des Einspritzventils kommunizieren
kann. Dabei ist die Position der Düsennadel in dem Einspritzventil
durch den Fluiddruck in dem Steuerraum einstellbar. Dies ermöglicht einfach
eine hydraulische Dämpfung
der Düsennadel
und ein Einstellen der Dämpfung
durch geeignete Wahl des Durchmessers für die Drosselbohrung.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsennadel ist in der Dämpfungsausnehmung der
Düsennadel
axial beweglich ein Kolben angeordnet. Der Kolben ist so ausgebildet,
dass bei einer Bewegung der Düsennadel
in dem Einspritzventil entgegen der Schließrichtung der Düsennadel
das Volumen der Dämpfungsausnehmung
durch den Kolben verkleinert werden kann. Das bedeutet, dass der
Kolben durch die Relativbewegung der Düsennadel hin zu dem Ventilkörper in
die Dämpfungsausnehmung gedrückt werden
kann und so das Fluid aus der Dämpfungsausnehmung
verdrängt
werden kann. Das Verdrängen
des Fluids aus der Dämpfungsausnehmung
durch den Kolben trägt
einfach zu einer wirkungsvollen hydraulischen Dämpfung der Düsennadel
bei.
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Die
Dämpfung
kann durch geeignete Wahl des Materials für den Kolben und des Kolbendurchmessers
einfach vorgegeben werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsennadel ist die Düsennadel über eine
Kolbenfeder mit dem Kolben gekoppelt. Die Kolbenfeder ist so ausgebildet
und angeordnet, dass der Kolben bei unbelasteter Kolbenfeder in
axialer Richtung aus der Dämpfungsausnehmung
hervorsteht. Dies ermöglicht
die Dämpfung
durch geeignete Wahl der Kolbenfeder vorzugeben. Ferner wird der
Kolben bei unbelasteter Kolbenfeder durch die Kolbenfeder in einer vorgegebenen
Position relativ zur Düsennadel
gehalten. Die vorgegebene Position trägt zu einer gleichmäßigen Dämpfung bei,
da das Volumen, das von dem Kolben und der Dämpfungsausnehmung begrenzt
wird, zu Beginn der Dämpfung
immer gleich groß ist.
Die gleichmäßige Dämpfung kann
zu einem präzisen
Zumessen von Fluid beitragen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsennadel ist die Dämpfungsausnehmung
kegelförmig
ausgebildet. In der kegelförmigen
Dämpfungsausnehmung
ist bevorzugt eine Dämpfungskugel
angeordnet. Die Dämpfungskugel
ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie teilweise aus der Dämpfungsausnehmung
hervorsteht. Die kegelförmige Ausnehmung
kann einfach hergestellt werden. Die kegelförmige Ausnehmung und die Kugel
können eine
kreislinienförmige
Dichtkante bilden. Dies trägt wirkungsvoll
zur hydraulischen Dämpfung
der Düsennadel
bei. Die Dämpfung
kann durch die Wahl des Materials für die Dämpfungskugel und den Durchmesser
der Dämpfungskugel
einfach eingestellt werden. Die sphärische Form der Dämpfungskugel
bewirkt eine näherungsweise
punktförmige
Berührfläche zwischen
der Dämpfungskugel
und dem Ventilkörper
in einer Dämpfungsposition
der Düsennadel,
in der eine Dämpfung
des Stoßes
auf die Düsennadel
erfolgt. Die gesamte Restfläche
der Stirn fläche
der Düsennadel
außerhalb
der punktförmigen Berührfläche steht
dann als Angriffsfläche
für den Fluiddruck
auf die Stirnfläche
zum Schließen
der Düsennadel
zur Verfügung.
Die große
Angriffsfläche trägt zu einem
schnellen Schließen
der Düsennadel und
einem präzisen
Zumessen von Fluid bei.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn an der Spitze der kegelförmigen Dämpfungsausnehmung
ein Sackvolumen ausgebildet ist. Die Dämpfung der Düsennadel
kann durch die Größe des Sackvolumens
einfach eingestellt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsennadel umfasst das Dämpfungselement
einen Dämpfungskörper, der
in axialer Richtung von der Stirnfläche der Düsennadel absteht. Dies trägt einfach
zu einer Dämpfung
der Düsennadel
bei. Die Dämpfung
kann durch Wahl des Materials und der Form des Dämpfungskörpers einfach eingestellt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsennadel umfasst der Dämpfungskörper ein Material,
das eine geringere Elastizität
aufweist als das Material aus dem die Düsennadel gebildet ist. Dies
trägt einfach
zu einer wirkungsvollen Dämpfung der
Düsennadel
bei.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Ventilkörpers umfasst der Ventilkörper einen
Düsennadelanschlag,
der so ausgebildet und angeordnet ist, dass das Dämpfungselement
und der Düsennadelanschlag
in der Dämpfungsposition
der Düsennadel einen
dreidimensionalen Überlappungsbereich
zwischen dem Dämpfungselement
und dem Düsennadelanschlag
bilden. Der dreidimensionale Überlappungsbereich
trägt zu
einem Zusammenwirken von Düsennadelanschlag
und Dämpfungselement
bei. Dieses Zusammenwirken trägt
einfach zu einer wirkungsvollen Dämpfung der Düsennadel
bei.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch den Ventilkörper für das Einspritzventil,
wobei der Ventilkörper
das Dämpfungselement
umfasst. Das Dämpfungselement
des Ventilkörpers
ist starr mit dem Ventilkörper
gekoppelt und so ausgebildet und angeordnet, dass das Dämpfungselement
in dem Einspritzventil als Anschlag für die axial bewegliche Düsennadel
dient in der Dämpfungsposition
der Düsennadel.
Die Düsennadel
unterbindet in der Schließposition
der Düsennadel
den Fluidfluss durch die Einspritzöffnung in dem Einspritzventil
und gibt diesen ansonsten frei. Dies ermöglicht einfach ein präzises Zumessen
von Fluid. Das Dämpfungselement
kann einfach an dem Ventilkörper
ausgebildet werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Einspritzventil,
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2 eine
Detailansicht des Einspritzventils mit einer ersten Ausführungsform
eines Ventilkörpers und
einer Düsennadel,
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3 eine
zweite Ausführungsform
der Düsennadel,
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4 eine
dritte Ausführungsform
der Düsennadel,
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5 eine
vierte Ausführungsform
einer Düsennadel,
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6 eine
fünfte
Ausführungsform
einer Düsennadel,
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7 eine
sechste Ausführungsform
einer Düsennadel,
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8 eine
siebte Ausführungsform
einer Düsennadel
und ein entsprechender Ventilkörper,
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9 eine
achte Ausführungsform
einer Düsennadel
und ein entsprechender Ventilkörper,
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10 eine
neunte Ausführungsform
einer Düsennadel
und ein entsprechender Ventilkörper,
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11 eine
erste Ausführungsform
eines Dämpfungselements
an dem Ventilkörper,
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12 eine
zweite Ausführungsform
des Dämpfungselements
an dem Ventilkörper.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein
Einspritzventil (1) hat ein Injektorgehäuse 1 mit
einer Ausnehmung, in die ein Aktor, vorzugsweise ein Piezoaktuator 4,
eingesetzt ist, der mit einem Übertrager 6 gekoppelt
ist. Das Einspritzventil hat einen Körper, der einen Ventilkörper, der
bevorzugt eine Ventilplatte 12 oder alternativ mehrere
Platten umfasst, einen Nadelführungskörper 14 und
einen Düsenkörper 16 umfasst.
Die Ventilplatte 12, der Nadelführungskörper 14 und der Düsenkörper sind mittels
einer Düsenspannmutter 18 an
dem Injektorgehäuse 1 befestigt.
Das Einspritzventil eignet sich zum Einspritzen von Kraftstoff in
einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Der Übertrager 6 ist
in einem Leckageraum 8 angeordnet. Ein Schaltventil 10,
das bevorzugt als Servoventil ausgebildet ist, ist so angeordnet,
dass es abhängig
von seiner Schaltstellung ein Fluid, das in dieser Ausführungsform
bevorzugt Kraftstoff ist, absteuert. Das Schaltventil ist über den Übertrager 6 mit
dem Piezoaktuator 4 gekoppelt und wird von ihm angetrieben,
d.h. die Schaltstellung des Schaltventils 10 wird mittels
des Piezoaktuators 4 eingestellt. Das Schaltventil 10 ist
vorzugsweise in der Ventilplatte 12 angeordnet. Es umfasst
ein Ventilglied, dessen Position mittels des Piezoaktuators 4 einstellbar
ist und das in einer Schaltstellung in Anlage ist mit der Ventilplatte 12 und
so das Absteuern von Fluid in den Leckageraum verhindert. In einer
weiteren Schaltstellung ist es beabstandet zu einer Wandung der
Ventilplatte 12 und ermöglicht
so das Absteuern des Fluids in den Leckageraum 8. Der Piezoaktuator
umfasst einen Stapel Piezoelemente. Der Stapel umfasst z.B. etwa
200 Piezoelemente, die aufeinander geschichtet sind. Der Stapel
der Piezoelemente ist bevorzugt von einer Rohrfeder umgeben, die
den Stapel der Piezoelemente zwischen den Übertrager 6 und einem Abschlusselement
einspannt. Das Einspritzventil kann alternativ auch über einen
anderen Aktor gesteuert werden, beispielsweise über ein Magnetventil.
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Der
Nadelführungskörper 14 hat
eine Ausnehmung, die als Ausnehmung des Düsenkörpers 16 in dem Düsenkörper 16 fortgesetzt
ist und in der eine Düsennadel 24 angeordnet
ist. Die Düsennadel 24 ist in
dem Nadelführungskörper 14 geführt und
umfasst einen ersten und einen zweiten axialen Endbereich 25, 27.
Eine Düsenfeder 26 spannt
die Düsennadel 24 in
eine Schließposition
vor, in der der erste axiale Endbereich 25 in Zusammenwirken
mit einem Sitz des Düsenkörpers 16 einen
Fluidfluss durch eine Einspritzöffnung 28 unterbindet.
Die Ein spritzöffnung 28 umfasst
bei dieser Ausführungsform
vorzugsweise ein oder mehrere Einspritzlöcher. Bei einem nach außen öffnenden
Einspritzventil kann die Einspritzöffnung 28 auch durch
einen Spalt zwischen der Düsennadel 24 und
dem Düsenkörper 16 gebildet
sein.
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An
dem axialen Ende der Düsennadel 24, das
hingewandt ist zu der Ventilplatte 12, ist ein Steuerraum 30 ausgebildet,
der über
eine Zulaufdrossel mit einer Hochdruckbohrung 32 hydraulisch
gekoppelt ist. Befindet sich das Schaltventil 10 in seiner Schließposition,
so ist der Steuerraum 30 hydraulisch entkoppelt von dem
Leckageraum 8. Dies hat zur Folge, dass sich nach einem
Schließen
des Schaltventils 10 der Druck in dem Steuerraum 30 im
wesentlichen dem Druck in der Hochdruckbohrung 32 angleicht.
Die Hochdruckbohrung 32 kann beim Einsatz des Einspritzventils
in der Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher
hydraulisch gekoppelt sein und kann so mit Kraftstoff unter einem
Druck von beispielsweise bis zu 2000 bar oder mehr versorgt werden.
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Über den
Steuerraum 30 wird aufgrund des Fluiddrucks in dem Steuerraum 30 auf
eine Stirnfläche 23 an
dem zweiten axialen Endbereich 27 der Düsennadel 24 eine Kraft
in Schließrichtung
der Düsennadel 24 ausgeübt. Die
Düsennadel 24 weist
ferner axial beabstandet zu ihrer Stirnfläche 23 einen Absatz
auf, der mit Fluid, das durch die Hochdruckbohrung 32 strömt, derart
beaufschlagt wird, dass eine öffnend
wirkende Kraft auf die Düsennadel 24 wirkt,
also entgegen der Schließrichtung.
Bewegt sich die Düsennadel 24 ausgehend
von ihrer Schließposition
hinein in den Steuerraum 30, so gibt sie den Kraftstofffluss
durch die Einspritzöffnung 23 frei,
insbesondere in ihrer Offenposition. Sobald die Düsennadel 24 von
ihrem Sitz an dem Düsenkörper 16 abhebt
wirkt auch im ersten axia len Endbereich 25 eine öffnend wirkende
Kraft aufgrund des Fluiddrucks. In der Offenposition ist die Düsennadel 24 in
Anlage mit einem Düsennadelanschlag 13 im
Bereich der Wandung des Steuerraums 30 ist, der durch die
Ventilplatte 12 gebildet wird.
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Ob
die Düsennadel 24 sich
in ihrer Offenposition oder in ihrer Schließposition befindet hängt davon
ab, ob die Kraft, die an dem Absatz der Düsennadel 24 und dem
ersten axialen Endbereich 25 durch den dort herrschenden
Druck des Fluids hervorgerufen wird, größer oder kleiner ist als die
Kraft, die durch die Düsenfeder 26 und
den auf die Stirnfläche 23 der
Düsennadel 24 einwirkenden
Druck hervorgerufen wird.
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Befindet
sich das Schaltventil 10 in seiner Offenposition, so strömt Fluid
von dem Steuerraum 30 durch das Schaltventil 10 hinein
in den Leckageraum 8. Bei geeigneter Dimensionierung der
Zulaufdrossel 31 sinkt dann der Druck in dem Steuerraum 30,
was schließlich
zu einer Bewegung der Düsennadel 24 in ihre
Offenposition führt.
Der Druck des Fluids in dem Leckageraum 8 ist deutlich
geringer als der Druck des Fluids in der Hochdruckbohrung 32.
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An
der Stirnfläche 23 der
Düsennadel 24,
die der Ventilplatte 12 zugewandt ist, ist in der Düsennadel 24 vorzugsweise
eine Düsennadelausnehmung 29 ausgebildet
(2). Die Düsennadelausnehmung 29 bewirkt
bei einer Bewegung der Düsennadel 24 in Richtung
hin zu der Ventilplatte 12 eine starke Wirbelbildung im
Bereich der Düsennadelausnehmung 29. Zur
Wirbelbildung wird Energie benötigt,
die aus kinetischen Energie der Bewegung der Düsennadel umgewandelt wird.
Dies bremst die Bewegung der Düsennadel 24 in
Richtung hin zu der Ventilplatte 12 ab. Ferner bildet die
Düsennadelausnehmung 29 ein
hydrau lisches Kissen, durch welches der Stoß der Düsennadel 24 auf die
Ventilplatte 12 gedämpft
wird. Der gedämpfte
Stoß bewirkt,
dass weniger axiale Schwingungen in der Düsennadel 24 und/oder
der ganzen Düsennadel 24 erzeugt
werden als bei einer Düsennadel 24 ohne
Düsennadelausnehmung 29. Ferner
bewirkt die Düsennadelausnehmung 29,
dass die Düsennadel 24 im
Bereich der Düsennadelausnehmung 29 ein
Schwingungsverhalten aufweist, das von dem Schwingungsverhalten
der übrigen
Düsennadel 24 abweicht.
Dies kann für
die Düsennadel 24 als
ganzes ein Schwingungsverhalten mit geringerer Amplitude und/oder
kürzerer
Abklingzeit der Schwingungen bewirken. Schwingt die Düsennadel 24 in
axialer Richtung, so kann sie sich bei unterschiedlichen Einspritzzyklen
zu gleichen Zeitpunkten innerhalb der Einspritzzyklen in unterschiedlichen Positionen
befinden. Die Zeitdauer, die die Düsennadel 24 zum Schließen benötigt kann
dann von einem zum anderen Einspritzzyklus abweichen. Das Abweichen
kann das Zumessen einer unterschiedliche Fluidmenge bewirken, die
innerhalb eines Einspritzzyklus dem Brennraum zugemessen wird. Die
Dämpfungsausnehmung 29 trägt einfach
dazu bei, die axialen Schwingungen der Düsennadel und/oder in der Düsennadel
zu verringern, bei jedem Einspritzzyklus die vorgegebene Fluidmenge
zuzumessen und so ein präzises
Zumessen von Fluid zu ermöglichen.
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Die
Düsennadelausnehmung 29 kann
vorzugsweise über
Drosselbohrungen 34 (3) mit dem
Steuerraum 30 kommunizieren. Die Wirkung des hydraulischen
Kissens der Düsennadelausnehmung 29 kann
durch den Durchmesser der Drosselbohrungen 34 eingestellt
werden. Es können
beliebig viele Drosselbohrungen 34 ausgebildet werden,
solange die Düsennadel 24 nicht
zu sehr geschwächt wird.
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In
der Düsennadelausnehmung 29 kann
ein Kolben 33 (4) angeordnet sein. Der Kolben 33 ist vorzugsweise
so angeordnet, dass er kurz vor dem Stoß der Düsennadel 24 gegen
den Ventilkörper 12 in
die Düsennadelausnehmung 29 gedrückt werden kann.
Dadurch wird mehr Fluid aus der Düsennadelausnehmung 29 verdrängt als
ohne den Kolben 33. Dies verstärkt die Dämpfungswirkung der Düsennadelausnehmung 29.
Die Dämpfungswirkung
kann durch die Wahl des Durchmessers des Kolbens 33 relativ
zu dem Durchmesser der Düsennadelausnehmung 29 und/oder
durch Wahl eines geeigneten Materials für den Kolben 33 eingestellt
werden.
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Der
Kolben 33 kann über
eine Kolbenfeder 35 (5) mit der
Düsennadel 24 gekoppelt
werden. Dies bewirkt, dass der Kolben 33 bei unbelasteter Kolbenfeder 35 eine
vorgegebene Position relativ zu der Düsennadel 24 hat. Dies
trägt zu
einer gleichmäßigen Dämpfung der
Düsennadel 24 bei.
Durch die Wahl der Kolbenfederhärte
kann die Dämpfung
der Düsennadel 24 einfach
vorgegeben werden.
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Die
Düsennadelausnehmung 29 kann
auch kegelförmig
ausgebildet sein (6). Bevorzugt ist dann eine
Dämpfungskugel 50 zwischen
dem Ventilkörper 12 und
der Düsennadelausnehmung 29 ausgebildet.
Die sphärische
Form der Dämpfungskugel 50 bewirkt
einen nahezu punktförmigen
Kontakt zwischen der Dämpfungskugel 50 und
dem Ventilkörper 12.
Die gesamte Stirnfläche 23 der
Düsennadel 24 außerhalb
des punktförmigen
Kontakts steht als hydraulisch wirksame Fläche zum Schließen der
Düsennadel 24 zur
Verfügung.
Dies trägt
zu einem schnellen Schließen
der Düsennadel 24 bei.
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Die
Dämpfungskugel 50 ist
so dimensioniert, dass sie zwischen dem Düsennadelanschlag 13 und der
Dämpfungsausnehmung 29 in dem
Fluid schwebt und eingesperrt ist. Bei einer Bewegung der Düsennadel 24 in
axialer Richtung findet eine Relativbewegung zwischen der Dämpfungskugel 50 und der
Düsennadel 24 statt.
Dabei wird das in der Dämpfungsausnehmung 29 befindliche
Fluid durch das Eindringen der Dämpfungskugel 50 verdichtet.
Dabei wird der Effekt der Spaltdrosselung ausgenutzt. Das in der
Dämpfungsausnehmung 29 befindliche
Fluid wird aus der Dämpfungsausnehmung 29 zwischen der
Kugel 23 und der Wandung der Dämpfungsausnehmung 29 hindurchgepresst.
Das verbleibende Fluid wird in der Dämpfungsausnehmung 29 zwischen
der Düsennadel
und der Dämpfungsausnehmung 29 komprimiert
und die Düsennadel 24 wird
gedämpft.
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Die
Dämpfungsausnehmung 29 kann
in ihrer weiteren Erstreckung eine beliebige Form annehmen, bevorzugt
eine zylindrische Form (7). Dadurch wird erreicht, dass
das eingesperrte Volumen zwischen Dämpfungsausnehmung 29 und
Kugel 23 größer wird
und eine andere Dämpfungswirkung
erreicht werden kann als ohne weitere Ausbildung der Dämpfungsausnehmung 29.
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Der
Düsennadelanschlag 13 des
Ventilkörpers 12 kann
abhängig
von dem Dämpfungselement der
Düsennadel 24 so
ausgebildet sein, dass zwischen dem Dämpfungselement und dem Düsennadelanschlag 13 ein
dreidimensionaler Überlappungsbereich
gebildet ist. In dem Düsennadelanschlag 13 kann
beispielsweise ein Stift 42 (8) so angeordnet
sein, dass in der Dämpfungsposition
der Düsennadel
der Stift 42 in die Düsennadelausnehmung 29 ragt
und so bei einer Bewegung der Düsennadel 24 in
ihre Offenposition das Fluid aus der Düsennadelausnehmung 29 verdrängt und
so die Dämpfungswirkung
verstärkt
wird. In diesem Ausführungsbeispiel
wird der dreidimensionale Überlappungsbereich gebildet
zwischen der Mantelfläche
des Stifts 42 und der Mantelfläche der Düsennadelausnehmung 29 sowie
zwi schen der Seite des Stifts 42, die von der Ventilplatte 12 abgewandt
ist, und dem Bereich der Düsennadelausnehmung 29 der
dieser Seite des Stifts 42 gegenüberliegt.
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Die
unterschiedlichen Ausführungsformen können auch
kombiniert werden. Beispielsweise kann die Dämpfungsausnehmung 29 über die
Drosselbohrungen 34 mit dem Steuerraum kommunizieren und
es ist an der Anschlagsfläche 13 der
Stift 42 angeordnet (9). Alternativ
zu dem Stift 42 kann auch der Kolben 33 in der
Düsennadelausnehmung 29 angeordnet
sein. Auch der Kolben 33 und/oder die Kolbenfeder 35 können mit
den Drosselbohrungen 34 kombiniert werden. Die Drosselbohrungen
können
entlang ihrer axialen Erstreckung einen durchgehend gleichen oder
unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
des Einspritzventils kann das Dämpfungselement
auch an der Ventilplatte 12 ausgebildet sein. Die Ventilplatte 12 kann
beispielsweise eine Ventilplattenausnehmung 40 aufweisen
(10). An der Düsennadel 24 kann
dann vorzugsweise ein der Ventilplattenausnehmung 40 entsprechender
Dämpfungskörper 37 ausgebildet
sein. Die Dämpfungswirkung
kann dann durch die Dimensionierung des Dämpfungskörpers 37 im Verhältnis zu
der Dimensionierung der Ventilplattenausnehmung 40 und
durch die Wahl des Materials des Dämpfungskörpers 37 vorgegeben
werden.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
kann lediglich der Ventilkörper 12 Mittel
zum Dämpfen
der Düsennadel 24 umfassen.
Beispielsweise kann der Dämpfungskörper 37 in
der Ventilkörperausnehmung 40 angeordnet
sein (11). Der Dämpfungskörper 37 kann auch
an dem Düsennadelanschlag 13 angeordnet
sein (12). Beispielsweise kann der
Dämpfungskörper 37 an
dem Düsennadelanschlag 13 angeschweißt sein.
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Die
Ausführungsbeispiele
können
beliebig miteinander kombiniert werden. So kann der Ventilkörper 12 bei
allen Ausführungsformen
der Düsennadel 24 zusätzlich Vorrichtungen
zur Dämpfung
der Düsennadel 24 umfassen.
Der Dämpfungskörper 37 und/oder
der zweite axiale Endbereich 27 können einstückig mit der Düsennadel 24 und/oder
dem Ventilkörper 12 ausgebildet
sein oder an der Ventilplatte 12 bzw. der Düsennadel 24 starr
angeordnet sein. Die starre Anordnung kann beispielsweise durch
Verschweißen
erfolgen.