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Die Erfindung betrifft ein 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 Dämpfungskammer 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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In
DE 10 2004037 250 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil offenbart, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, das eine Ventilnadel, die mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einem an der Ventilnadel angreifenden Anker umfasst. Der Anker ist an der Ventilnadel axial beweglich und wird von einem aus einem Elastomer bestehenden Dämpfungselement gedämpft. Das Dämpfungselement liegt dabei auf einem mit der Ventilnadel kraftschlüssig verbundenen Flansch auf, wobei eine dem Dämpfungselement zugewandte Fläche des Flansches gewölbt ausgebildet ist.
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Die
US-Patentschrift 5,632,467 offenbart eine Düsennadel für ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil, wobei die Düsennadel eine im Wesentlichen zylinderförmige Ausnehmung aufweist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein 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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Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patenansprüche.
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Gemäß eines Aspekts umfasst ein Einspritzventil und eine Düsennadelmit einem 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. Der zweite axiale Endbereich kann ein Dämpfungselement aufweisen, das starr mit der Düsennadel gekoppelt sein kann.
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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 Düsennadel 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 besteht die 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 kann das Dämpfungselement einstückig mit der Düsennadel ausgebildet sein.
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Dies trägt dann zur bestmöglichen starren Kopplung zwischen dem Dämpfungselement und der Düsennadel bei.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsennadel kann das Dämpfungselement stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit der Düsennadel verbunden sein. Dies trägt dann auf einfache Weise 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 kann das Dämpfungselement ein anderes Material als die Düsennadel umfassen. Dies ermöglicht dann eine einfache Steuerung der Dämpfung der Düsennadel durch die Wahl des Materials für das Dämpfungselement.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Düsennadel kann das Dämpfungselement eine Dämpfungsausnehmung umfassen. Die Dämpfungsausnehmung kann sich dann von einer Stirnfläche der Düsennadel an dem zweiten axialen Endbereich in die Düsennadel hinein erstrecken. Dies ermöglicht auf einfache Weise 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 kann in der Dämpfungsausnehmung der Düsennadel axial beweglich ein Kolben angeordnet sein. 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. 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 kann die Düsennadel über eine Kolbenfeder mit dem Kolben gekoppelt sein. Die Kolbenfeder ist dabei 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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Erfindungsgemäß ist die Dämpfungsausnehmung an der Düsennadel kegelförmig ausgebildet. In der kegelförmigen Dämpfungsausnehmung ist 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 Stirnfläche 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 kann das Dämpfungselement einen Dämpfungskörper umfassen, 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 kann der Dämpfungskörper ein Material umfassen, 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 kann der Ventilkörper einen Düsennadelanschlag umfassen, 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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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Einspritzventil gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine mögliche Ausgestaltung einer Ausnehmung an einer Düsennadel,
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3 eine mögliche weitere Ausgestaltung einer Ausnehmung an einer Düsennadel,
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4 eine mögliche weitere Ausgestaltung einer Ausnehmung an einer Düsennadel,
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5 eine mögliche weitere Ausgestaltung einer Ausnehmung an einer Düsennadel,
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6 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Düsennadel,
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7 eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Düsennadel gemäß 6,
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8 eine mögliche weitere Ausgestaltung einer Düsennadel und ein entsprechender Ventilkörper,
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9 eine mögliche weitere Ausgestaltung einer Düsennadel und ein entsprechender Ventilkörper,
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10 eine mögliche weitere Ausgestaltung einer Düsennadel und ein entsprechender Ventilkörper,
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11 eine mögliche Ausgestaltung eines Dämpfungselements an dem Ventilkörper,
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12 eine mögliche weitere Ausgestaltung 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) gemäß dem Stand der Technik 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 axialen Endbereich 25 und einen zweiten axialen Endbereich 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 Einspritzöffnung 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 28 frei, insbesondere in ihrer Offenposition. Sobald die Düsennadel 24 von ihrem Sitz an dem Düsenkörper 16 abhebt wirkt auch im ersten axialen 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 der 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 hydraulisches 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 unterschiedlichen 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 Dämpfungskugel 50 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 Dämpfungskugel 50 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 zwischen 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Injektorgehäuse
- 4
- Piezo-Aktuator
- 6
- Übertrager
- 8
- Leckageraum
- 10
- Schaltventil
- 12
- Ventilplatte
- 13
- Düsennadelanschlag
- 14
- Nadelführungskörper
- 16
- Düsenkörper
- 18
- Düsenspannmutter
- 23
- Stirnfläche
- 24
- Düsennadel
- 25
- Erster axialer Endbereich
- 26
- Düsenfeder
- 27
- Zweiter axialer Endbereich
- 28
- Einspritzöffnung
- 29
- Dämpfungsausnehmung
- 30
- Steuerraum
- 31
- Zulaufdrossel
- 32
- Hochdruckbohrung
- 33
- Kolben
- 34
- Drosselbohrung
- 35
- Kolbenfeder
- 37
- Dämpfungskörper
- 40
- Ventilplattenausnehmung
- 42
- Stift
- 50
- Dämpfungskugel
- 52
- Sackvolumen
