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Die
Erfindung betrifft einen Injektor einer Brennkraftmaschine mit den
Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen in Form eines Ottomotors
und insbesondere eines Dieselmotors wird Kraftstoff unter hohem
Druck mittels eines Injektors direkt in den Brennraum eingespritzt.
Hierzu umfasst der Injektor ein Injektorventil mit einer Injektornadel,
die mit ihrem freien, dem Brennraum zugewandten Ende in einem konischen Injektorventilsitz
dichtend anliegt. Die Injektornadel dichtet dabei die Austrittsöffnung gegen
den anliegenden hohen Kraftstoffdruck ab.
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Zur
Erzeugung der gewünschten
Dichtigkeit ist in vorbekannten Bauformen die Injektornadel mittels
einer Druckfeder gegen ihren Injektorventilsitz angedrückt. Zusätzlich liegt
Kraftstoffdruck in einem Druckraum an, der über einen Druckstößel die Schließkraft der
Injektornadel erhöht.
Mittels eines geeigneten Steuerventils kann der Kraftstoffdruck aus
dem Druckraum des Druckstößels entlassen werden.
Der an der Injektornadel anliegende Kraftstoffdruck hebt diese dann
gegen die Vorspannkraft der Druckfeder an; Kraftstoff wird eingespritzt.
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Ein
derartig ausgeführter
Injektor ist beispielsweise aus der
US
6,405,940 82 bekannt. Der dort gezeigte Injektor weist
ein das Injektorventil über Kraftstoffdruck
steuerndes Steuerventil auf. Das Steuerventil umfasst einen elektromagnetisch
betätigten
Ventilstößel, der
in einem Ventilgehäuse
axial verschiebbar geführt
ist. Das Ventilgehäuse
ist mit einem konischen Ventilsitz versehen. Der Ventilstößel weist
einen ebenfalls konischen, zur Anlage am Ventilsitz vorgesehenen
Ventilkörper
auf. Eine Druckfeder des Steuerventils liegt in einer Federkammer
und drückt
den Ventilstößel in axialer
Richtung derart, dass der konische Ventilkörper vom ebenfalls konischen
Ventilsitz abgehoben ist und einen kraftstoffgefüllten Steuerkanal freigibt.
Ein Elektromagnet zieht im stromdurchflossenen Zustand den Ventilstößel über eine
daran befestigte Ankerplatte gegen die Vorspannkraft der Druckfeder
an, bis der konische Ventilkörper
dichtend am konischen Ventilsitz anliegt.
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Im
Betrieb eines derartigen Injektors wurden Instabilitäten beobachtet,
die zu einem unruhigen Motorlauf und zu überhöhten Bauteilbelastungen im Bereich
des elektromagnetischen Steuerventils führten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Injektor einer Brennkraftmaschine
mit verbesserter Zuverlässigkeit
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Es
wird ein Injektor vorgeschlagen, bei dem ein aus der Federkammer
herausführender
Druckausgleichskanal vorgesehen ist. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung
beruht auf der Erkenntnis, dass die beobachteten Instabilitäten im Injektor
auf die Verhältnisse
im elektromagnetischen Luftspalt zwischen der Ankerplatte und dem
Kern der stromdurchflossenen Spule des elektromagnetischen Steuerventils
und deren Wechselwirkung mit der Federkammer zurückzuführen sind. In der Federkammer
kann sich ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff ansammeln, was eine
präzise
definierte Beweglichkeit des Ventilstößels und der Ankerplatte erschwert.
Durch die Anordnung eines Druckausgleichskanals wird die Ausbildung
eines Luft- oder Kraftstoffpolsters im Spalt zwischen der Ankerplatte
und deren Anschlag am Kern der Spule wirksam verhindert. Kraftstoff und/oder
Luft wird aus der Federkammer abgeleitet, ohne dass eine nennenswerte
Kompression erforderlich ist. Die Präzision der Führung von
Ventilstößel und
Ankerplatte ist erhöht.
Die Ankerplatte kann sich spielfrei flächig an ihrer Anschlagfläche am Kern
der Spule anlegen. Die beobachteten Instabilitäten im Betrieb konnten auf
diese Weise zuverlässig
beseitigt werden. Die Zuverlässigkeit
des Injektors ist im Hinblick auf eine verbesserte Laufruhe der
Brennkraftmaschine und auch im Hinblick auf eine gleichmäßigere Bauteilbelastung
im Bereich des Ventilstößels, der
Ankerplatte und der Spule verbessert.
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Es
kann zweckmäßig sein,
den Druckausgleichskanal im Bereich der Anschlagfläche für die Ankerplatte
anzuordnen. Vorteilhaft verläuft
der Druckausgleichskanal mit Abstand zur Ankerplatte und mündet insbesondere
in die Federkammer an deren der Ankerplatte gegenüberliegenden,
im eingebauten Zustand oberen Ende. Die Anschlagfläche der
Spule und auch die Ankerplatte sind jeweils eben ausgeführt. Die
flächige
Anlage beider Bauteile im angezogenen Zustand ist durch den Verlauf
des Druckausgleichskanals nicht gestört. Luftblasen in der Federkammer
steigen nach oben und werden durch den Druckausgleichskanal wirksam
abgeführt. Im
Bereich der Ankerplatte und ihrer Anlagefläche ist das elektromagnetische
Feld der Spule nicht durch den Druckausgleichskanal gestört.
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Die
Federkammer kann luftgefüllt
sein. In vorteilhafter Weiterbildung ist die Federkammer mit Kraftstoff
gefüllt.
Zweckmäßig ist
dabei die Ankerplatte in einem hydraulisch mit der Federkammer in
Verbindung stehenden Ankerraum angeordnet, der ebenfalls mit Kraftstoff
gefüllt
ist. Aufgrund der imkompressiblen Füllung mit Kraftstoff macht
sich hier die Wirkung des Druckausgleichskanals besonders bemerkbar.
Im kraftstoffgefüllten
Spalt zwischen der Ankerplatte und der Anschlagfläche der
Spule, der im elektromagnetischen Sinne trotz seiner Kraftstoffüllung ein
Luftspalt ist, muss beim Anziehen der Ankerplatte kein viskoser
und inkompressibler Kraftstoff herausgedrückt werden. Der entsprechende
Druckausgleich wird zuverlässig
durch den Druckausgleichskanal vorgenommen. Gleichzeitig vermeidet die
Kraftstoffbefüllung
der Federkammer bzw. des Ankerraumes die Notwendigkeit einer Abdichtung gegen
kraftstoffführende
Bereiche des Injektors.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
ist der Druckausgleichskanal zur Außenseite des Injektors geführt. Insbesondere
ist der Druckausgleichskanal dazu vorgesehen, im montierten Zustand
des Injektors von der Federkammer aus in einen Hochdruckbereich
der Kraftstoffanlage der Brennkraftmaschine zu münden. Es kann zwar möglich sein,
den Druckausgleichskanal intern im Injektor geschlossen verlaufen
zu lassen und darüber
eine Verbindung zu geeigneten Räumen
im Injektor herzustellen. Die Führung
des Druckausgleichskanals nach außen entkoppelt jedoch die sich
im Druckausgleichskanal einstellenden Druckschwankungen von den
anderen kraftstoffführenden
Bereichen des Injektors. Die Laufruhe ist verbessert. Über die
Ankopplung an den Hochdruckbereich der Kraftstoffanlage stehen die
Federkammer und auch der Ankerraum unter Kraftstoffhochdruck. Es
stellt sich hier das gleiche Druckniveau wie im Inneren des Steuerventils
ein. Dichtigkeitsprobleme im Bereich des Ventilstößels und
des Ventilgehäuses
sind vermieden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
Längsschnittdarstellung
durch einen erfindungsgemäß ausgeführten Injektor
mit einem Injektorventil und einem das Injektorventil über Kraftstoffdruck
steuernden Steuerventil;
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2 eine
vergrößerte Detailansicht
des Injektors nach 1 im Bereich seines Steuerventils mit
einem Druckausgleichskanal;
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3 eine
schematische Schnittdarstellung des Steuerventils nach 2 mit
einer Stellung seines Ventilstößels, bei
der der Ventilkörper
vom Ventilsitz abgehoben ist;
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4 eine
schematische Ausschnittsdarstellung der Anordnung nach 2 mit
dem geöffneten
Steuerventil nach 3 und einer sich daraus ergebenden
Führung
des Kraftstoffflusses;
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5 eine
Darstellung der Anordnung nach 4 mit einer
um die Hochachse gedrehten Schnittführung zur Darstellung der Druckübertragung
vom Steuerventil auf den Druckstößel des
Injektorventils;
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6 eine
weitere Darstellung der Anordnung nach den 4 und 5 in
einem nochmals um die Hochachse gedrehten Längsschnitt zur Darstellung
eines druckfreien Entlastungskanals;
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7 die
Anordnung nach 3 mit angehobenem Ventilstößel und
am konischen Dichtsitz anliegenden Ventilkörper;
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8 die
Anordnung nach 4 mit dem Steuerventil in der
Position nach 7 und Einzelheiten des sich
daraus ergebenden Kraftstoffflusses;
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9 die
Anordnung nach 5 bei geschlossenem Steuerventil
mit Einzelheiten zur Rückströmung des
Kraftstoffes aus dem Druckraum oberhalb des Druckstößels;
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10 die
Anordnung nach 6 mit geöffnetem Steuerventil und der
sich daraus ergebenden Rückströmung des
Kraftstoffes aus dem Entlastungskanal.
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1 zeigt
in einer Längsschnittdarstellung ein
Injektorventil für
einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeuges. Der Injektor ist zum Einspritzen
von Dieselkraftstoff in einen Brennraum des Dieselmotors bzw. der
Brennkraftmaschine vorgesehen. Eine vergleichbare Ausführung kann
auch zum Direkteinspritzen von Benzin vorgesehen sein. Der gezeigte
Injektor umfasst ein Injektorventil 1 und ein das Injektorventil 1 über Kraftstoffdruck
steuerndes Steuerventil 2.
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Das
Injektorventil 1 umfasst eine Injektornadel 14,
die in einem Gehäuse
von einem umlaufenden Ringraum 15 umgeben ist. Der Ringraum 15 erstreckt
sich in Längsrichtung
der Injektornadel 14 ausgehend von einer Mündung eines
Kraftstoffkanals 13 bis hin zu einem Injektorventilsitz 35.
Im Ruhezustand liegt ein konisch ausgebildetes freies Ende der Injektornadel 14 in
dem ebenfalls konisch ausgebildeten Injektorventilsitz 35 an
und dichtet den Ringraum 15 gegenüber einer nicht dargestellten
Injektoröffnung
am unteren Ende des Injektors ab.
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Im
montierten Zustand ist der gezeigte Injektor in den Zylinderkopf
der Brennkraftmaschine eingeschraubt und mittels eines umlaufenden
Dichtringes 16 abgedichtet. Unterhalb des Dichtringes 16 ist ein
Grundkörper 7 des
Injektors mit einer Zuflussöffnung 12 versehen,
in die Kraftstoff in Richtung eines Pfeils 11 unter hohem
Druck einströmt.
Von der Zuflussöffnung 12 verläuft der
Kraftstoffkanal 13 bis zum Ringraum 15. Der an
der Zuflussöffnung 12 dauerhaft
anliegende hohe Kraftstoffdruck setzt sich über den Kraftstoffkanal 13 und
den Ringraum 15 bis hin zum Injektorventilsitz 35 fort.
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Um
die Injektornadel 14 im Ruhezustand in der gezeigten geschlossenen
Position zu halten, ist oberhalb der Injektornadel 14 ein
Druckstößel 31 angeordnet,
der in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist. Eine Druckfeder 33 drückt mit
Vorspannung den Druckstößel 31 in
Richtung eines Pfeils 34 und wirkt dabei in gleicher Richtung
derart auf die Injektornadel 14, dass ihr unteres konisches
Ende gegen den konischen Injektorventilsitz 35 dichtend
angepresst wird. Ein oberes Ende des Druckstößels 31 ist dichtend
derart in einem Innengehäuse 28 längsverschiebbar
geführt,
dass an seinem der Injektornadel 14 gegenüberliegenden
Ende ein Druckraum 32 ausgebildet ist. Der Druckraum 32 ist
in weiter unten näher
beschriebener Weise mit Kraftstoff gefüllt und steht im Ruhezustand
unter Kraftstoffhochdruck. Der Kraftstoffhochdruck wirkt unterstützend zur
Druckfeder 33 auf den Druckstößel 31 in Richtung
des Pfeils 34, wodurch die Schließkraft an der Injektornadel 14 erhöht wird.
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Der
Injektor ist mit einem Steuerventil 2 versehen, welches über einen
vom Kraftstoffkanal 13 abzweigenden Zulaufkanal 36 mit
Kraftstoff versorgt wird. Das Steuerventil 2 steuert in
weiter unten näher beschriebener
Weise Zufluss, Abfluss und Druck des Kraftstoffes im Druckraum 32.
Ein Ventilstößel 5 des Steuerventils 2 ist
mit einer ringförmigen
Ankerplatte 9 verbunden, die im Wirkbereich einer bedarfsweise mit
Strom beaufschlagbaren Spule 8 steht. Im stromdurchflossenen
Zustand der Spule 8 zieht diese die Ankerplatte 9 an,
wodurch der Ventilstößel 5 des Steuerventils 2 betätigt wird
und wodurch bedarfsweise der Kraftstoffdruck im Druckraum 32 des Druckstößels 31 entlassen
werden kann.
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Die
Injektornadel 14 und das sie umgebende Gehäuse sind
geometrisch derart aufeinander abgestimmt, dass der im Ringraum 15 bis
hin zum Injektorventilsitz 35 dauerhaft anliegende Kraftstoffdruck eine
resultierende Kraft auf die Injektornadel 14 ausübt, die
entgegen dem Pfeil 34 wirkt. Die Summe der Kräfte des
unter Druck stehenden Druckraumes 32 und der Druckfeder 33 weist
einen größeren Betrag auf
als die entgegengesetzt wirkende resultierende Kraft des Kraftstoffdruckes
an der Injektornadel 14, wodurch diese am Injektorventilsitz 35 geschlossen gehalten
wird. Sofern jedoch der Kraftstoffdruck aus dem Druckraum 32 entlassen
wird, überwindet
die resultierende Druckkraft des Kraftstoffes an der Injektornadel 14 die
entgegengesetzt wirkende Druckkraft der Druckfeder 33,
wodurch die Injektornadel 14 vom Injektorventilsitz 35 abgehoben
wird. In dieser Position wird Kraftstoff in Richtung des Pfeils 11 durch
den Kraftstoffkanal 13 und den Ringraum 15 hindurch
am Injektorventilsitz 35 vorbei in den Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzt.
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2 zeigt
eine vergrößerte Detailansicht des
Injektors nach 1 im Bereich des Steuerventils 2.
Im Grundkörper 7 des
Injektors ist eine Federkammer 25 mit einer darin achsparallel
zum Injektor angeordneten Druckfeder 17 vorgesehen, die
unter Vorspannung in Richtung eines Pfeils 18 auf den Ventilstößel 5 wirkt.
In dem hier gezeigten Ruhezustand wird der Ventilstößel 5 durch
die Vorspannkraft der Druckfeder 17 in Richtung des Pfeils 18 mit
einer der Druckfeder 17 gegenüberliegenden stirnseitigen Ventilfläche 24 gegen
eine ebene Oberseite des Innengehäuses 28 gepresst.
Ein unterhalb der stirnseitigen Ventilfläche 24 mündender
Entlastungskanal 23 wird durch die dichtend an der Oberseite
des Innengehäuses 28 anliegenden
Ventilfläche 24 strömungs- und druckdicht verschlossen.
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Der
Ventilstößel 5 des
Steuerventils 2 ist in einem Ventilgehäuse 3 in axialer Richtung
verschiebbar geführt.
Dabei ist der Ventilstößel 5 von
insgesamt zwei in axialer Richtung gegeneinander versetzten Ringräumen 20, 21 umgriffen.
Der vom Kraftstoffkanal 13 abzweigende Zulaufkanal 36 mündet in den
oberen Ringraum 20. Abhängig
von der axialen Stellung des Ventilstößels 5 besteht zwischen
dem oberen Ringraum 20 und dem unteren Ringraum 21 eine
druck- und strömungsübertragende
Verbindung.
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Zu
deren Unterbrechung ist im Ventilgehäuse 3 ein konischer
Ventilsitz 4 eingearbeitet. Der Ventilstößel 5 weist
in diesem Bereich einen ebenfalls konischen Ventilkörper 6 auf,
der bei einer Bewegung des Ventilstößels 5 entgegen der
Richtung des Pfeils 18 zur dichtenden Anlage an den Ventilsitz 4 kommt. Hierbei
ist dann die druck- und strömungsleitende Verbindung
zwischen dem oberen Ringraum 20 und dem unteren Ringraum 21 unterbunden.
Unabhängig von
der Stellung des Ventilstößels 5 liegt
aber dauerhaft Kraftstoffhochdruck des in Richtung des Pfeiles 11 durch
die Zuflussöffnung 12 einströmenden und mittels
des Zulaufkanals 36 abgezweigten Kraftstoffes im oberen
Ringraum 20 an.
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Darüber hinaus
ist auch die Federkammer 25 dauerhaft mit Kraftstoff gefüllt.
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Zur
Betätigung
des Ventilstößels 5 ist
eine elektromagnetische Spule 8 vorgesehen, die ringförmig um
die Federkammer 25 herumläuft. Am Ventilstößel 5 ist
eine tellerförmige
Ankerplatte 9 befestigt, die unter Bildung eines geringen
Luftspaltes 19 an der unteren Stirnseite der Spule 8 angeordnet
ist. Die gewählte
Bezeichnung des Luftspaltes 19 ist hier im elektromagnetischen
Sinn zu verstehen, wonach die Ankerplatte 9 im gezeigten
Ruhezustand nicht direkt an der Spule 8 anliegt. Im Betrieb
ist der Luftspalt 19 ebenso wie die Federkammer 25 mit
Kraftstoff gefüllt.
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Zur
Betätigung
des Steuerventils 2 wird die Spule 8 mit elektrischem
Strom beaufschlagt. Das dabei entstehende elektromagnetische Feld
zieht die Ankerplatte 9 mit dem daran befestigten Ventilstößel 5 entgegen
der Druckkraft der Druckfeder 17 und damit entgegen der
durch den Pfeil 18 vorgegebenen Richtung an, bis der Luftspalt 19 unter
Verdrängung des
zwischenliegenden Kraftstoffes geschlossen ist.
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Der
Ventilstößel 5 wird über einen
sehr kleinen, grafisch hier nicht darstellbaren Stellweg entgegen
dem Pfeil 18 derart angehoben, dass sich der konische Ventilkörper 6 dichtend
an den ebenfalls konischen Ventilsitz 4 anlegt. Die Druck-
und strömungsleitende
Verbindung zwischen dem oberen Ringraum 20 und dem unteren
Ringraum 21 ist hierbei unterbrochen.
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Gleichzeitig
wird die stirnseitige Ventilfläche 24 von
der Oberseite des Innengehäuses 28 abgehoben.
Seitlich in diesem Bereich ist der Ventilstößel 5 mit zwei diametral
gegenüberliegenden
Abflachungen 22 versehen, wodurch bei abgehobener Ventilfläche 24 eine
druck- und strömungsübertragende Verbindung
zwischen dem Entlastungskanal 23 und dem unteren Ringraum 21 hergestellt
ist. Der Entlastungskanal 23 steht in druck- und strömungsübertragender
Verbindung zu einem Ringraum 26, der um das Ventilgehäuse 3 und
das Innengehäuse 28 umläuft, und
der in radialer Richtung nach außen durch ein rohrartiges Außengehäuse 27 begrenzt
ist. In axialer Richtung ist der Ringraum 26 an der Schnittstelle zwischen
dem Ventilgehäuse 3 und
dem Grundkörper 7 begrenzt.
Darüber
hinaus ist das Außengehäuse 27 mit
einer Rückströmöffnung 29 versehen, durch
die Kraftstoff aus dem Ringraum 26 heraus in Richtung eines
Pfeils 30 ausströmen
kann.
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Im
montierten Zustand des Injektors mündet die Rückströmöffnung 29 in einem äußeren, den
Injektor umschließenden
Ringraum 50, der hydraulisch mit einem Niederdruckbereich 46 des
Kraftstoffsystems der Brennkraftmaschine verbunden ist. Ein weiterer äußerer Ringraum 49 ist
mit einem Hochdruckbereich 45 des Kraftstoffsystems der
Brennkraftmaschine hydraulisch verbunden. Wie durch eine gestrichelte
Trennlinie 44 angedeutet, sind der Ringraum 50 mit
dem Niederdruckbereich 46 von dem Ringraum 49 mit
dem Hochdruckbereich 45 hydraulisch getrennt. Die Zuflussöffnung 12 ist
dauerhaft vom Hochdruckbereich 45 mit Kraftstoff unter
hohem Druck versorgt. Unabhängig
davon, jedoch abhängig von
der Stellung des Steuerventils 2 kann Kraftstoff aus dem
Entlastungskanal 23 durch den Ringraum 26 und
die Rückströmöffnung 29 heraus in
Richtung des Pfeils 30 in den Ringraum 50 und
damit in den Niederdruckbereich 46 austreten.
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Weitere
Einzelheiten der Steuerung des Injektorventils 1 (1)
mittels des Steuerventils 2 ergeben sich aus den Phasendarstellungen
nach den 3 bis 10. 3 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung des Steuerventils 2 nach
den 1 und 2 im Ruhezustand, demnach der
Ventilstößel 5 in
Richtung des Pfeils 18 nach unten gedrückt ist. Seine stirnseitige
Ventilfläche 24 liegt
dichtend auf und verschließt
den Entlastungskanal 23. Ein zylindrischer Abschnitt 39 des
Ventilstößels 5 ist umfangsseitig
von einer zylindrischen Bohrung 40 im Ventilgehäuse 3 dichtend
umschlossen und dichtet die seitlichen Abflachungen 22 im
unteren Bereich des Ventilstößels 5 gegen
den unteren Ringraum 21 ab.
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Der
Ventilstößel 5 ist
im Bereich des oberen Ringraums 20 derart mit einer umlaufenden
Ringnut versehen, dass an ihrem unteren Ende ein konischer Ventilkörper 6 ausgebildet
ist. Der konische Ventilkörper 6 liegt
im unteren Ringraum 21 mit Abstand zu einem konischen Ventilsitz 4 des
Ventilgehäuses 3.
In der gezeigten Position des Ventilstößels 5 ist eine druck- und strömungsleitende
Verbindung zwischen dem oberen Ringraum 20 und dem unteren
Ringraum 21 derart hergestellt, dass Kraftstoff durch den Zulaufkanal 36 entlang
eines Pfeils 37 in den oberen Ringraum 20 einströmen kann.
Strömung
und Druck setzen sich vom oberen Ringraum 20 aus zwischen dem
Ventilkörper 6 und
dem Ventilsitz 4 hindurch über den unteren Ringraum 21 entlang
eines Pfeils 37 aus einem Druckkanal 38 heraus
fort.
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4 zeigt
eine Detailansicht der Anordnung nach 2 im Bereich
des Steuerventils 2, dessen Ventilstößel 5 in der Position
nach 3 steht. Demnach überträgt sich der Hochdruck des Kraftstoffes
entlang von Pfeilen 11 durch den Kraftstoffkanal 13 und
auch entlang des Pfeils 37 durch den vom Kraftstoffkanal 13 abzweigenden
Zulaufkanal 36 in den Ringraum 20 hinein. Gleichzeitig
liegt die untere Ventilfläche 24 des
Stößels 5 in
Richtung des Pfeils 18 auf der Oberseite des Innengehäuses 28 dichtend
an.
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5 zeigt
die Anordnung nach 4 in einem um die Längsachse
gedrehten Schnitt. In dieser gegenüber der Darstellung nach 4 gedrehten Schnittdarstellung
ist der Druckkanal 38 zu erkennen, der vom unteren Ringraum 21 zu
dem oberhalb des Druckstößels 31 angeordneten
Druckraum 32 führt.
Bei der in 3 gezeigten Stellung des Stößels 5 strömt Kraftstoff
unter hohem Druck zunächst
entsprechend der Darstellung nach 4 in den
oberen Ringraum 20 und von dort aus in den unteren Ringraum 21 (3).
Nach 5 strömt
der Kraftstoff weiter aus dem unteren Ringraum 21 entlang
von Pfeilen 37 durch den Druckkanal 38 in den
Druckraum 32 (5), demnach der Druckstößel 31 entsprechend
der Darstellung nach 1 in Richtung des Pfeils 34 nach
unten gedrückt
wird; das Injektorventil 1 ist geschlossen.
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Nachdem
der Druckraum 32 mit Kraftstoff gefüllt und der Druckstößel 31 in
seine untere, geschlossene Position ausgelenkt ist, findet zunächst keine
weitere Kraftstoffströmung
in Richtung der Pfeile 37 (3 bis 5)
statt. Der hohe, dem Einspritzdruck entsprechende Kraftstoffdruck
pflanzt sich jedoch in Richtung der Pfeile 37 fort und übt dauerhaft
eine axiale Druckkraft auf den Druckstößel 31 aus.
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6 zeigt
eine Schnittdarstellung der Anordnung nach den 4 und 5,
wobei die Schnittführung
gegenüber
den beiden vorgenannten Darstellungen derart gedreht ist, dass der
Entlastungskanal 22 im Längsschnitt gezeigt ist. Es
ist zu erkennen, dass der Entlastungskanal 23 quer durch das
Innengehäuse 28 verläuft und
beidseitig in den Ringraum 26 mündet. Unter Verweis auf 2 und die
zugehörige
Beschreibung liegt im Ringraum 26 und auch im Entlastungskanal 23 Niederdruck
des Kraftstoffes an, der durch die dichtend anliegende Ventilfläche 24 vom
Hochdruck in den Ringräumen 20, 21 des
Steuerventils 2 getrennt ist. Bei der zuvor beschriebenen
Druck- und Strömungsverteilung
des Kraftstoffes mittels des Steuerventils 2 ist das Injektorventil 1 nach 1 geschlossen.
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Um
eine Einspritzung von Kraftstoff herbeizuführen, wird Strom durch die
Spule 8 (2) geleitet, in dessen Folge
der Ventilstößel 5 unter
Einwirkung der Ankerplatte 9 entgegen dem Pfeil 18 angezogen
wird. Das Steuerventil 2 nimmt die Stellung entsprechend
der schematischen Darstellung nach 7 ein. Hierbei
ist die stirnseitige Ventilfläche 24 angehoben.
Gleichzeitig ist der zylindrische Abschnitt 39 aus der
Bohrung 40 so weit herausgezogen, dass die beiden gegenüberliegenden
seitlichen Abflachungen 22 am unteren Ende des Ventilstößels 5 eine
druck- und strömungsleitende
Verbindung des Entlastungskanals 23 mit dem unteren Ringraum 21 herstellen.
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Gleichzeitig
liegt der Ventilkörper 6 dichtend am
konischen Ventilsitz 4 an, wodurch eine strömungs- und
druckleitende Verbindung zwischen dem oberen Ringraum 20 und
dem unteren Ringraum 21 unterbunden ist. Der unter hohem
Druck in Richtung des Pfeils 37 durch den Zulaufkanal 36 in
den oberen Ringraum 20 geführte Kraftstoffdruck kann sich
nicht in den unteren Ringraum 21 fortpflanzen. Vielmehr strömt Kraftstoff
durch den Druckkanal 38 in den unteren Ringraum 21 und
von dort an den Abflachungen 22 und der unteren Ventilfläche 24 vorbei
in Richtung eines Pfeils 41 aus dem Entlastungskanal 23 heraus.
Im Druckkanal 38, im unteren Ringraum 21 und im
Entlastungskanal 23 stellt sich Niederdruck ein.
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8 zeigt
die Anordnung nach 4 mit dem Ventilstößel 5 des
Steuerventils 2 in der Position nach 7.
Kraftstoff wird weiterhin unter Hochdruck entlang von Pfeilen 11 durch
den Kraftstoffkanal 13 zum Injektorventil 1 (1)
geleitet, wobei sich der Hochdruck des Kraftstoffes entlang eines
Pfeils 37 durch den Zulaufkanal 36 in den oberen
Ringraum 20 fortpflanzt. Der untere Ringraum 21 ist
jedoch von diesem hohen Kraftstoffdruck nicht beaufschlagt.
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9 zeigt
die Anordnung nach 5 mit der Stellung des Ventilstößels 5 vom
Steuerventil 2 nach 7. Der entsprechend
der Darstellung nach 5 zuvor in den Druckraum 32 eingeleitete
Kraftstoffhochdruck wird nun entlang von Pfeilen 42 durch den
Druckkanal 38 hindurch in den unteren Ringraum 21 entlassen.
Der Druckstößel 31 hebt
sich zusammen mit der darunter liegenden Injektornadel 14 entsprechend
der Darstellung nach 1 entgegen der Richtung des
Pfeils 34 an, wodurch der Kraftstoff aus dem Druckraum 32 entlang
der Pfeile 42 herausgedrückt wird. Das Injektorventil 1 (1) öffnet sich.
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10 zeigt
die Anordnung nach 6 mit dem Ventilstößel 5 in
der Position nach 7. Ausgehend von der Darstellung
nach 9 wird in Verbindung mit der Darstellung nach 7 der
Kraftstoff aus dem unteren Ringraum 21 durch den Entlastungskanal 23 in
Richtung von Pfeilen 43 in den Ringraum 26 entlassen.
Von dort aus entweicht der überschüssige Kraftstoff
entsprechend der Darstellung nach 2 entlang
des Pfeils 30 aus der Rückströmöffnung 29 in
den Ringraum 50 und damit in den Niederdruckbereich 46 ( 2).
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Sobald
die Stromzufuhr in der Spule 8 (2) wieder
unterbrochen wird, drückt
die dort gezeigte Druckfeder 17 den Ventilstößel 5 wieder
in die Position nach 3, wodurch entsprechend der
Darstellung nach den 4 bis 6 Kraftstoff
wider unter hohem Druck in den Druckraum 32 geleitet wird.
Der sich dort aufbauende Hochdruck verschließt entsprechend der Darstellung
nach 1 das Injektorventil 1; die Einspritzung
des Kraftstoffes ist beendet.
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Die
zeichnerische Darstellung insbesondere nach den 3 und 7 ist
nicht maßstäblich. Zur Ausführung der
zuvor beschriebenen Steuerung des Injektorventils 1 über das
elektromagnetische Steuerventil 2 ist ein nur sehr geringer
Hub des Ventilstößels 5 in
Richtung des Pfeils 18 bzw. in Gegenrichtung (2)
erforderlich.
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Unter
erneutem Bezug auf 2 ist zu erkennen, dass die
Spule 8 einen Eisenkern 53 und eine außenseitig
umlaufende Drahtwicklung 54 aufweist. Im stromdurchflossenen
Zustand der Drahtwicklung 54 bildet sich im Eisenkern 53 ein
elektromagnetisches Feld aus, welches auf die Ankerplatte 9 wirkt.
Der Eisenkern 53 ist auf seiner der Ankerplatte 9 zugewandten
Stirnseite mit einer Anschlagfläche 51 für die Ankerplatte 9 versehen.
In der dort gezeigten Ruheposition des Ventilstößels 5 ist ein im
Vergleich zu den übrigen
Abmessungen geringer Luftspalt 19 zwischen der kreisscheibenförmigen Ankerplatte 9 und
der stirnseitigen Anschlagfläche 51 des
Eisenkerns 53 vorgesehen. Die Ankerplatte 9 liegt
in einem ringförmigen
Ankerraum 52. Der Ankerraum 52, der Luftspalt 19 und
die Federkammer 25 sind mit Kraftstoff gefüllt. Ein
schematisch angedeuteter Druckausgleichskanal 48 verläuft bezogen
auf die axiale Richtung der Federkammer 25 mit Abstand zur
Ankerplatte 9 und führt
von der Federkammer 25 zur Außenseite des Injektors in den
den Injektor umgebenden Ringraum 49. Der Ringraum 49 und
der Druckausgleichskanal 48 sind ebenfalls mit Kraftstoff gefüllt. Da
der Ringraum 49 in hydraulischer Verbindung zum Hochdruckbereich 45 der
Brennkraftmaschine steht, stellt sich über den Druckausgleichskanal 48 in
der Federkammer 25 und auch im Ankerraum 52 Kraftstoffhochdruck
ein.
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Es
kann aber auch zweckmäßig sein,
den Druckausgleichskanal 48 zum Ringraum 50 und
damit zum Niederdruckbereich 46 zu führen. Ebenso kann es zweckmäßig sein,
den Druckausgleichskanal 48 zur Umgebungsluft zu führen, wodurch
die Federkammer 25 und der Ankerraum 52 luftbefüllt sind. Eine
weitere bevorzugte Möglichkeit
kann darin bestehen, den Druckausgleichskanal 48 ausschließlich im
Inneren des Injektors verlaufen zu lassen. Hierbei kann der Druckausgleichskanal 48 z.
B. von der Federkammer 25 zum Ankerraum 52 führen, wobei
beispielsweise eine Nut oder dgl. in die Ankerplatte 9 und/oder
die Anschlagfläche 51 eingearbeitet
ist.
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Die
Federkammer 25 ist als zylindrische Bohrung ausgeführt, die
an ihrer dem Ventilstößel 5 gegenüberliegenden
Stirnseite dicht verschlossen ist. In Richtung des Ventilstößels 5 ist
die Federkammer 25 durch die Ankerplatte 9 und
durch einen in die Federkammer 25 eintauchenden Abschnitt
des Ventilstößels 5 begrenzt.
Die Federkammer 25 ist mit Ausnahme des Luftspaltes 19 und
des Druckausgleichskanals 48 geschlossen.
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Sofern
die Spule 8 mit Strom beaufschlagt wird, zieht das sich
einstellende elektromagnetische Feld die Ankerplatte 9 entgegen
der Richtung des Pfeils 18 an, wodurch sich der Luftspalt 19 verkleinert.
Dabei taucht auch das Ende des Ventilstößels 5 weiter in die
Federkammer 25 ein. Kraftstoff im Inneren der Federkammer 25 muss
jedoch nicht durch den Luftspalt 19 in den Ankerraum 52 entweichen. Auch
bildet sich kein Kraftstoffpolster zwischen der Ankerplatte 9 und
der Anschlagfläche 51.
Vielmehr entsteht ein Druckausgleich durch den Druckausgleichskanal 48.
Der Luftspalt 19 kann dementsprechend derart bemessen sein,
dass bei Anlage des Ventilkörpers 6 am
Ventilsitz 4 auch die Ankerplatte 9 flächig und
dicht an der Anschlagfläche 51 der
Spule 8 anliegt.
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Der
Injektor ist in seiner Einbaulage gezeigt, demnach das Injektorventil 1 bezogen
auf die Gewichtskraftrichtung unten und die Federkammer 25 oberhalb
des Ventilstößels 5 liegt.
Bezogen auf die Gewichtskraftrichtung mündet der Druckausgleichskanal 48 in
die Federkammer 25 an deren oberen Ende. Luftblasen oder
dgl. steigen in der Federkammer 25 nach oben und werden
wirksam durch den Druckausgleichskanal 48 abgeführt.