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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Injektor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Sogenannte
Common-Rail-Injektoren sind weithin bekannt. Die
DE 102 07 227 A1 beschreibt
einen derartigen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume
von Brennkraftmaschinen mit einem servogesteuerten Ventilelement.
Als Drucksteller kommen als Piezo- oder Magnetventile ausgebildete Steuerventile
zum Einsatz, mit denen der Servokreislauf gesteuert wird. Der Servokreislauf
beinhaltet eine Steuerkammer, die von der Stirnseite des Ventilelements
begrenzt ist und die über eine Zulaufdrossel mit einem
Hochdruckbereich des Injektors und über eine Ablaufdrossel
mit dem Niederdruckbereich des Injektors verbunden ist. Die Durchflussquerschnitte
der Zulaufdrossel und der Ablaufdrossel sind derart aufeinander
abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil ein Nettoabfluss
aus der Steuerkammer resultiert, wodurch das Ventilelement von seinem Ventilsitz
abhebt und den Kraftstofffluss durch eine Düsenlochanordnung
in einen Brennraum freigibt. Um ein schnelles Nadelschließen
zu gewährleisten, ist es aus der Druckschrift bekannt,
eine dauerhafte Niederdruckstufe vorzusehen, über die die
in Öffnungsrichtung mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagte
Wirkfläche des Ventilelementes reduziert wird. Hierdurch
wird eine permanente, schließende Kraft auf das Ventilelement
realisiert. Der Nachteil der bekannten Konstruktion ist eine hohe
Leckage, die sich zwischen dem Hochdruckbereich und der Niederdruckstufe
einstellt. Eine der Leckagemenge entsprechende Kraftstoffmenge muss von
einer Hochdruckpumpe ständig zusätzlich gefördert
werden, wodurch die hierauf entfallende Pumpenleistung nicht zur
Erzeugung höherer Einspritzdrücke genutzt werden
kann.
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Neben
den zuvor beschriebenen Injektoren mit dauerhafter Niederdruckstufe
sind Injektoren bekannt, bei denen keine Niederdruckstufe vorgesehen ist.
Bei derartigen Injektoren handelt es sich um sog. leckagefreie Injektoren.
Das Fehlen der Niederdruckstufe führt jedoch dazu, dass
nur geringe Ventilelementschließkräfte zur Verfügung
stehen. Gerade bei leckagefreien Injektoren ist neben einer Schließfeder zur
Erzeugung einer Schließkraft auf das Ventilelement ein
weiterer Schließmechanismus notwendig, um die Funktion
der fehlenden, dauerhaften Niederdruckstufe zu kompensieren. Lediglich
die Erhöhung der Vorspannkraft der Schließfeder
führt zwar bei hohen Drücken zu einem guten Schließverhalten,
jedoch steht bei kleinen Rail-Drücken wenig Kraft zur Verfügung,
um das Ventilelement zu öffnen. Der Injektor ist somit
nicht für das gesamte Kennfeld applizierbar. Daher wird
in der Regel der Kraftstoffzufluss zu einem die Düsenlochanordnung
unmittelbar mit Kraftstoff versorgenden Druckraum gedrosselt, was jedoch
unweigerlich zu einer Reduzierung des effektiven Einspritzdruckes
führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Injektor vorzuschlagen,
mit dem schnelle Schließzeiten durch die Realisierung hoher auf
das Ventilelement wirkender Schließkräfte realisierbar
sind.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen
aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder
den Ansprüchen offenbarten Merkmale.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen mit dem einteilig oder
mehrteilig ausgebildeten Ventilelement wirkverbundenen Kompressionsraum vorzusehen,
dessen Volumen durch eine Öffnungsbewegung des Ventilelementes
verringert und dadurch der innerhalb des Kompressionsraumes befindliche
Kraftstoff, insbesondere Dieselöl, komprimiert wird. Hierdurch
wird eine auf das Ventilelement in Schließrichtung wirkende
Kraft erzeugt, die mit zunehmendem Ventilelementhub zunimmt. Anders
ausgedrückt, wirkt der komprimierte Kraftstoff als Ersatzfeder
ohne Vorspannkraft mit einer druckabhängigen Federsteifigkeit.
Dies ist in der Zunahme der Kompressibilität des Kraftstoffes
mit steigendem Rail-Druck begründet. Aufgrund dieser Eigenschaft kann
der Injektor für den gesamten Druckbereich des Kennfeldes
abgestimmt werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem vorgeschlagenen
Injektor um einen leckagefreien Injektor, also um einen Injektor
ohne Niederdurckstufe. Aufgrund des Vorsehens einer Kompressionsraumes
kann ausreichend Schließkraft erzeugt werden, so dass bevorzugt
auf eine Drossel zur Erzeugung der Ventilelementschließkraft
vollständig verzichtet werden kann, wodurch ein höherer effektiver
Einspritzdruck zur Verfügung steht. Selbstverständlich
kann ein Kompressionsraum auch bei einem Injektor mit Niederdruckstufe
vorgesehen werden. Bevorzugt wird der Kompressionsraum von dem Ventilelement
(einteilig oder mehrteilig) begrenzt. Der Kompressionsraum liegt
bevorzugt vor dem Öffnen des Ventilelementes zumindest
in etwa auf Systemdruck (Raildruck).
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der
Kompressionsraum innerhalb des Ventilelementes ausgebildet ist,
wobei in den Kompressionsraum ein ortsfester Rückstellkolben
hineinragt, so dass, wenn sich das Ventilelement auf den Rückstellkolben
zu bewegt, der Kraftstoff innerhalb des Kompressionsraumes komprimiert
und somit eine Schließkraft erzeugt wird. Durch die zumindest
teilweise Integration des Kompressionsraumes in das Ventilelement,
das somit abschnittsweise als Hohlkörper ausgebildet ist,
wird kein zusätzlicher Bauraum zur Unterbringung des Kompressionsraumes
benötigt. Der Kompressionsraum kann auch mit Abstand zu
dem Ventilelement angeordnet werden, wenn zwischen Kompressionsraum
und Ventilelement eine Wirkverbindung besteht.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der
Rückstellkolben den Kompressionsraum gegenüber
dem Hochdruckbereich des Injektors abdichtet. Hierzu ist ein kombinierter
Dicht- und Führungsspalt zwischen Rückstellkolben
und Ventilelement vorgesehen. Über den kombinierten Dicht-
und Führungsspalt wird der Kompressionsraum nach der Einspritzung
in Schließstellung des Ventilelementes wieder auf Systemdruck
gebracht. Zusätzlich oder alternativ kann eine Drosselbohrung vorgesehen
sein, über die der Kompressionsraum an den Systemdruck
angeschlossen ist.
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Mit
Vorteil ist vorgesehen, dass der Rückstellkolben den Kompressionsraum
gegenüber einem Steuerraum abdichtet, in dem nur zeitweise
(bei geschlossenem Steuerventil) Hochdruck herrscht. Mittels des
Steuerraumes wird in bekannter Weise eine hydraulische Öffnungs-
und Schließkraft auf das Ventilelement initiiert. Hierzu
ist der Steuerraum über einen mittels eines Steuerventils
zu öffnenden Kraftstoff-Ablaufkanal mit einem Niederdruckbereich,
insbesondere einem Niederdruckraum des Injektors hydraulisch verbunden.
In der Regel weist der Kraftstoff-Ablaufkanal eine Ablaufdrossel
auf oder ist als solche ausgebildet, wobei der Steuerraum über
eine Zulaufdrossel mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff, insbesondere
aus einem den Steuerraum radial umschließenden Druckraum
oder einer Hochdruck-Versorgungsleitung mit unter Hochdruck stehendem
Kraftstoff versorgt wird. Ist das Steuerventil geöffnet,
sinkt der Druck innerhalb des Steuerraumes, wodurch das Ventilelement
von seinem Sitz abhebt und der Kraftstofffluss durch eine Düsenlochanordnung
freigegeben wird. Bei dieser Öffnungsbewegung wird der
Kraftstoff innerhalb des Kompressionsraumes komprimiert, so dass
eine auf das Ventilelement wirkende hydraulische Schließkraft
erzeugt wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften möglichen Ausführungsform der Erfindung
ist der Rückstellkolben einstückig mit einem den
Steuerraum begrenzenden Bauteil ausgebildet, dem insbesondere der
Ventilsitz des Steuerventils zugeordnet ist. Bei dieser Variante hat
der Rückstellkolben eine feste, nicht veränderbare
Position innerhalb des Injektors.
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Gemäß einer
alternativen vorteilhaften Ausführungsform ist der Rückstellkolben
als eigenständiges, separates Bauteil ausgebildet. Diese
Ausführungsform ermöglicht eine einfache Konstruktion
des Injektors, da die Kombination aus Rückstellkolben und
Kompressionsraum auch bei bekannten Injektoren eingesetzt werden
kann, ohne die Geometrie des die Steuerkammer begrenzenden Bauteils
zu verändern.
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Bevorzugt
ist der Rückstellkolben über eine Feder, welche
sich einends an dem Ventilelement abstützt, in Richtung
des den Steuerraum begrenzenden Bauteils federkraftbeaufschlagt.
Diese erfindungsgemäße Weiterbildung hat entscheidende
Vorteile gegenüber einem einstückig mit dem Bauteil ausgebildeten
Rückstellkolben. Bei der einstückigen Ausbildung
von Rückstellkolben und dem den Steuerraum begrenzenden
Bauteil tritt das Problem auf, dass der Kompressionsraumdruck schnellen Änderungen
im Systemdruck nicht folgen kann, da der Kompressionsraum vom sonstigen
Injektorhochdruckvolumen über eine sehr dichte Führung
abgekoppelt ist. Gemäß der Weiterbildung der Erfindung kann
der Rückstellkolben von dem den Steuerraum begrenzenden
Bauteil abheben und in den Kompressionsraum hineinverfahren, wenn
der Druck innerhalb des Kompressionsraumes unterhalb des Druckes
im Steuerraum absinkt. Das Abheben des Rückstellkolbens
von dem den Steuerraum begrenzenden Bauteil kann durch Vorsehen
einer, vorzugsweise umlaufenden Druckangriffsfläche an
dem, insbesondere hülsenförmigen Rückstellkolben
realisiert werden. Durch das Vorsehen eines Verbindungskanals innerhalb
des Rückstellkolbens kann der Kompressionsraum auf diese
Weise hydraulisch mit dem Steuerraum verbunden werden, wodurch unmittelbar
ein Druckausgleich stattfindet – der Kompressionsraumdruck
also unmittelbar dem Systemdruck bzw. dem Druck innerhalb des Steuerraumes
folgt. Hierdurch können schnellere Schaltzeiten realisiert
werden.
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Um
einen Kompressionsraum mit Rückstellkolben auch bei in
Serie befindlichen Injektoren verwirklichen zu können und damit
die Vorteile auch bei bekannten Injektoren realisieren zu können,
ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Rückstellkolben
derart ausgebildet ist, dass eine hydraulische Verbindung zwischen
Steuerraum und Kraftstoff-Ablaufkanal aus dem Steuerraum in den Niederdruckbereich
besteht. Hierdurch kann der Kraftstoff-Ablaufkanal weiterhin auf
der gedachten, verlängerten Längsmittelachse des
Ventilelementes eingesetzt werden.
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Das
Vorsehen eines Kompressionsraumes ermöglicht es, einen
hydraulischen Hubanschlag für das Ventilelement vorzusehen,
so dass auf einen mechanischen Anschlag mit Vorteil verzichtet werden kann,
jedoch nicht verzichtet werden muss. Ein hydraulischer Anschlag
hat den Vorteil, dass dieser verschleißfrei arbeitet. Der
hydraulische Hubanschlag wird dadurch realisiert, dass der Kompressionsraum derart
ausgelegt ist, dass bei einer Öffnungsbewegung des Ventilelementes
eine Schließkraft auf das Ventilelement erzeugt wird, die
gleich oder größer der auf das Ventilelement wirkenden Öffnungskraft
ist, so dass die Öffnungsbewegung, insbesondere vor einem
mechanischen Anschlagen des Ventilelementes an einem Bauteil, gebremst
wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
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1:
eine schematische, teilgeschnittene Ansicht eines Injektors mit
einem Kompressionsraum, wobei das Steuerventil als 2/2-Wegeventil
ausgebildet ist,
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2:
eine schematische, teilgeschnittene Darstellung eines Injektors
mit Kompressionsraum und einem als 3/2-Wegeventil ausgebildeten
Steuerventil,
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3:
eine schematische, teilgeschnittene Darstellung eines Injektors
mit einem Kompressionsraum und einem zusätzlichen mechanischen
Hubanschlag,
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4:
eine schematische, teilgeschnittene Ansicht eines Injektors mit
einem Kompressionsraum, wobei der mit dem Kompressionsraum zusammenwirkende
Rückstellkolben als separates Bauteil ausgebildet ist,
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5:
eine schematische, teilgeschnittene Ansicht eines Injektors, mit
einem als separates Bauteil ausgebildeten Rückstellkolben,
wobei das Ventilelement zweiteilig ausgebildet ist und die beiden
Elemente über einen hydraulischen Kopplerraum miteinander
gekoppelt sind und
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6:
eine schematische, teilgeschnittene Ansicht eines Injektors, bei
dem ein Druckausgleich zwischen Steuerraum und Kompressionsraum
durch Abheben des Rückstellkolbens von seiner Anlagefläche
realisierbar ist.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit gleicher Funktion
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In
den Figuren ist ein Common-Rail-Injektor 1 zum Einspritzen
von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen dargestellt.
Der Injektor 1 wird über eine Hochdruckversorgungsleitung 2 von
einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 3 (Rail) mit unter hohem
Druck (etwa 1800 bis 2000 bar) ste hendem Kraftstoff, insbesondere
Dieselöl oder Benzin, versorgt. Der Kraftstoff-Hochdruckspeicher 3 wird
von einer, der Übersichtlichkeit halber nur in 1 dargestellten,
insbesondere als Radialkolbenpumpe ausgebildeten Hochdruckpumpe 4 mit
Kraftstoff aus einem auf Niederdruck liegendem, ebenfalls nur in 1 dargestellten
Vorratsbehälter 5 versorgt. Ein Niederdruckbereich 6 des
Injektors 1 ist über eine Rücklaufleitung 7 mit
dem Vorratsbehälter 5 hydraulisch verbunden. Der
Druck im Niederdruckbereich des Injektors beträgt je nach
Betriebszustand zwischen etwa 0 und 10 bar. Über die Rücklaufleitung 7 wird
eine später noch zu erläuternde Kraftstoffsteuermenge
abgeführt und über die Hochdruckpumpe 4 dem
Hochdruckkreislauf wieder zugeführt.
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Der
Injektor 1 weist einen Injektorkörper 8, einen
Düsenkörper 9 und einen Steuerventilkörper 10 auf.
Eine aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellte
Düsenspannmutter ist mit dem Injektor 8 verschraubbar
und verspannt so im montierten Zustand den Düsenkörper 9 gegen
den Injektorkörper, wobei die Düsenspannmutter
von dem Düsenkörper 9 in axialer Richtung
durchsetzt ist.
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Innerhalb
des Düsenkörpers 9 ist eine als Stufenbohrung
ausgebildete Führungsbohrung 11 eingebracht, die
sich in axialer Richtung in den Injektorkörper 8 fortsetzt.
In der Führungsbohrung 11 ist ein Druckraum 12 ausgebildet,
in welchem wiederum ein Ventilelement 13 längsverschieblich
aufgenommen ist. An einer Nadelspitze 14 weist das Ventilelement 13 eine
Schließfläche 15 auf, mit welcher es
in dichter Anlage an einen innerhalb des Düsenkörpers 9 ausgebildeten
Nadelsitz 16 anbringbar ist.
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Wenn
das Ventilelement 13 am Nadelsitz 16 anliegt,
d. h. sich in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt
aus einer Düsenlochanordnung 17 gesperrt. Ist
sie dagegen vom Nadelsitz angehoben, kann Kraftstoff aus dem als
Ringraum ausgebildeten Druckraum 12 an den Nadelsitz 16 vorbei
zu dieser Lochanordnung 17 strömen und dort im
Wesentlichen unter dem Hochdruck (Rail-Druck) stehend in einen nicht
gezeigten Brennraum gespritzt werden.
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Das
Ventilelement 13 ist durch eine Schließfeder 18 in
Richtung auf seine Schließstellung vorgespannt. Die Schließfeder 18,
welche innerhalb des Druckraumes 12 aufgenommen ist, stützt
sich einends an einem Umfangsbund 19 des Ventilelementes 13 und
andernends an einer Hülse 20 ab, welche hierdurch
axial gegen den Steuerventilkörper 10 federkraftbeaufschlagt
wird.
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Das
Ventilelement 13 ist in einem Axialabschnitt 21 polygonförmig
konturiert und an der kreisförmig konturierten Führungsbohrung
längsverschieblich geführt, so dass gleichmäßig über
den Umfang verteilte Axialkanäle 22 innerhalb
des Druckraumes 12 gebildet sind, durch die der Kraftstoff
in axialer Richtung von dem Mündungsbereich der Hochdruckversorgungsleitung 2 bis
zu der Düsenlochanordnung 17 bei geöffnetem
Ventilelement 13 strömen kann.
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Am
in der Zeichnungsebene unteren Ende des Axialabschnittes 21 ist
eine im Wesentlichen konische Druckangriffsfläche 23 ausgebildet,
auf die eine Druckkraft in Öffnungsrichtung wirkt. Am gegenüberliegenden
Ende des Axialabschnittes 21 ist eine weitere Druckangriffsfläche 24 am
Ende der Axialkanäle 22 zur Erzielung einer Öffnungskraft
auf das Ventilelement 13 vorgesehen.
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Radial
innerhalb der Hülse 20 ist ein Steuerraum 25 angeordnet,
der in axialer Richtung von dem Ventilkörper 10 (dem
den Steuerraum 25 begrenzenden Bauteil) und gegenüberliegend
von einer ringförmigen Steuerfläche 26 (Teil
der Stirnseite) des Ventilelementes 13 begrenzt wird. Der
Steuerraum 25 ist über eine Zulaufdrossel 27 mit
dem Druckraum 12 dauerhaft hydraulisch verbunden.
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Über
eine Ablaufdrossel 28, die Teil eines Kraftstoff-Ablaufkanals 29 ist,
ist der Steuerraum 25 mit dem Niederdruckbereich 6 verbindbar.
Der die Ablaufdrossel 28 aufweisende Kraftstoff-Ablaufkanal 29 ist
in den Steuerventilkörper 10 (Drosselplatte) integriert.
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Damit
Kraftstoff aus dem Steuerraum 25 in den Niederdruckbereich 6 abströmen
kann, wodurch wiederum der auf die Steuerfläche 26 des
Ventilelementes 13 wirkende Druck reduziert wird, ist ein Steuerventil 30 vorgesehen,
welches bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen einen
elektromagnetischen Aktuator 31 aufweist, der mit einer
Ankerplatte 32 zusammenwirkt. Anstelle eines elektromagnetischen
Aktuators 31 kann auch alternativ ein piezoelektrischer
Aktuator eingesetzt werden. Die Ankerplatte 32 ist fest
mit einem Ventilbolzen 33 des Steuerventils 30 verbunden,
der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 als
Ventilkugel ausgebildet ist. Die Ankerplatte 32 wird über
eine Schraubenfeder 41 in Schließrichtung des
Steuerventils 30 federkraftbeaufschlagt. Das Steuerventil 30 ist
bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 als
2/2-Wegeventil ausgebildet, wohingegen beispielsweise in 2 eine Ausführungsform
mit einem als 3/2-Wegeventil ausgebildetem Steuerventil 30 gezeigt
ist. Bei Bestromung der Magnete des Aktuators 31 hebt der
Ventilbolzen 33 von einem an dem Steuerventilkörper 10 ausgebildeten
Ventilsitz 34 ab, so dass eine Kraftstoffsteuermenge über
die Ablaufdrossel 28 aus dem Steuerraum 25 in
den Niederdruckbereich 6 und von dort aus über
die Rücklaufleitung 7 abströmen kann. Dabei
sind die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 27 und
der Ablaufdrossel 28 so aufeinander abgestimmt, dass der
Zufluss in den Steuer raum 25 aus dem Druckraum 12 schwächer
ist als der Abfluss aus dem Steuerraum 25 in den Niederdruckbereich 6 und
demnach bei geöffnetem Steuerventil 30 ein Nettoabfluss
von Kraftstoff aus dem Steuerraum 25 resultiert. Der daraus
resultierende Druckabfall im Steuerraum 25 bewirkt, dass
der Betrag der Schließkraft unter den Betrag der Öffnungskraft
sinkt und das Ventilelement 13 vom Nadelsitz 16 abhebt.
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Bei
den gezeigten Ausführungsbeispielen handelt es sich um
sog. leckagefreie Injektoren 1 ohne Niederdruckstufe. Um
zu ermöglichen, dass der Kraftstoff im Wesentlichen drosselfrei
in axialer Richtung durch den Druckraum 12 zu der Düsenlochanordnung 17 strömen
kann, ist innerhalb des abschnittsweise hülsenförmig
ausgebildeten, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 einstückigen
Ventilelement 13, ein Kompressionsraum 35 vorgesehen.
In den Kompressionsraum 35, welcher mit Kraftstoff gefüllt
ist, ragt ein Rückstellkolben 36 hinein, wobei
der Rückstellkolben 36 den Kompressionsraum 35 über
einen kombinierten Dicht- und Führungsspalt 37 gegenüber
dem Steuerraum 25 abdichtet. Es besteht keine hydraulische
Anbindung des Kompressionsraumes 35 an einen zumindest
zeitweise mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff gefüllten
Raum des Injektors (Leckageverluste am Dicht-/Führungsspalt 37 können
vernachlässigt werden). Eine Verbindung zu einem Niederdruckbereich
ist ebenfalls nicht vorgesehe, so dass der Kraftstoff innerhalb
des Kompressionsraumes 35 bei einer Öffnungsbewegung des
Ventilkörpers 13 komprimiert wird, wodurch auf eine
den Kompressionsraum 35 begrenzende kreisförmige
Fläche 38 des Ventilelementes 13 ein Überdruck
und somit eine in Schließrichtung wirkende Kraft auf das
Ventilelement 13 wirkt. Diese steigt mit zunehmendem Hub
des Ventilelementes 13, wodurch bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 auf einen mechanischen Anschlag
für das Ventilelement 13 verzichtet wurde, da
der Druck in den Kompressionsraum 35 soweit ansteigt, bis
ein Kräftegleichgewicht zwischen den auf das Ventilelement 13 wirkenden
Schließkräften und den auf das Ventilelement 13 wirkenden Öffnungskräften
hergestellt ist, bevor das Ventilelement 13 an dem Steuerventilkörper 10 anschlagen
kann. Hierdurch wird ein besonders verschleißarmer Injektor 1 bereitgestellt.
Der hydraulische Hubanschlag ist über das Volumen des Kompressionsraumes 35 beliebig
einstellbar. Der Kompressionsraum 35 ist als Sacklochbohrung
in das Ventilelement 13 eingebracht, wobei die Fläche 38 von
dem Bohrungsgrund gebildet wird.
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Das
maximal mögliche Druckniveau im Steuerraum 25 entspricht
bei den gezeigten Ausführungsbeispielen dem Rail-Druck
bzw. dem Druck innerhalb des Druckraumes 12, so dass ohne
das Vorsehen des Kompressionsraumes 25 und des mit diesem
zusammenwirkenden Rückstellkolben 36 keine hydraulische
Schließkraft auf die Düsennadel wirken würde. Lediglich
die Vorspannkraft der Schließfeder 18 würde
zu einer langsamen Schließbewegung führen. Durch
das Vorsehen des Kompressionsraumes 35 wird eine zusätzliche
hydraulische Schließkraft erzeugt, wodurch ein schnelles
Schließen des Ventilelementes 13 realisierbar
ist. Bei der Schließbewegung nimmt die von dem komprimierten
Kraftstoff innerhalb des Kompressionsraumes 35 auf das
Ventilelement 13 wirkende hydraulische Schließkraft
in dem Maße mit dem Hub des Ventilelementes 13 ab, wie
sie in der Öffnungsphase zugenommen hat. Bei kleinen Hüben
hat der Rückstellkolben somit eine minimale Wirkung auf
die Schließbewegung. Dies ist jedoch insoweit unkritisch,
als dass das Ventilelement bei derart kleinen Hüben sich
bereits in einer Sitzdrosselung, also unmittelbar im Bereich des
Nadelsitzes 16, befindet und durch diese Druckdifferenz
eine große Schließkraft erzeugt wird.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist
eine zusätzliche Fülldrossel 39 vorgesehen,
die in den Steuerventilkörper 10 eingebracht ist
und den Druckraum 12 dauerhaft mit einem Axialabschnitt 40 des
Kraftstoff-Ablaufkanals 29 verbindet, so dass bei geschlossenem
Steuerventil 30 eine schnelle Rückbefüllung
des Steuerraumes 25 über die Ablaufdrossel 28 möglich
ist, wodurch die Schaltzeiten weiter verringert werden können.
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Im
Folgenden werden die Ausführungsbeispiele gemäß den 2 bis 6 erläutert,
wobei zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich auf die Unterschiede
zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 eingegangen
wird. Bezüglich der Gemeinsamkeiten wird auf die vorherige
Figurenbeschreibung verwiesen. Auch sind aus Übersichtlichkeitsgründen nur
die zum Verständnis notwendigen Bezugszeichen eingezeichnet.
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Der
wesentliche Unterschied des Ausführungsbeispiels gemäß 2 zu
dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 besteht
in der Ausbildung des Steuerventils 30 als 3/2-Wegeventil.
Bei geschlossenem Steuerventil 30 wird eine Verbindungsleitung 42 innerhalb
des Steuerventilkörpers 10 freigeschaltet, so
dass über die Verbindungsleitung 42 unter Hochdruck
stehender Kraftstoff aus dem Druckraum 12 in eine Ventilkammer 43 und
von dort aus über die Ablaufdrossel 28 in den
Steuerraum 25 fließen kann, um einen schnellen
Druckanstieg im Steuerraum 25 und damit eine schnelle Schließbewegung
realisieren zu können.
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Auch
bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist
der Rückstellkolben 36 einstückig mit
dem Steuerventilkörper 10 ausgebildet.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist
der Injektor 1 um einen mechanischen Hubanschlag 44 für
das Ventilelement 13 ergänzt worden, um Temperatureinflüsse,
die zu einer Veränderung der Rückstellkraft auf
Basis der Komprimierung des Kraftstoffes innerhalb des Kompressionsraumes 35 führen,
ausgleichen bzw. minimieren zu können. Die Federsteifigkeit
des komprimierten Kraftstoffes innerhalb des Kompressionsraumes 35 ist
eine Funktion des Elastizitätsmoduls der jeweiligen Kraftstoffsorte. Das
Elastizitätsmodul ist nicht nur druck-, sondern auch temperaturabhängig,
wobei jedoch das Elastizitätsmodul wesentlich stärker
vom Druck als von der Temperatur abhängt.
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Als
weitere Maßnahme kann der temperaturbedingte Einfluss auf
die Einspritzmenge als Funktion der Kraftstoffzuleitungstemperatur
und dem Rail-Druck korrigiert werden. Geeignete Korrelationen sind
für sämtliche Kraftstoffsorten bekannt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist
der Rückstellkolben 36 als separates Bauteil ausgebildet.
Der Rückstellkolben 36 wird von einer Feder 45,
die sich an seiner Stirnfläche 46 abstützt,
in Richtung des Steuerventilkörpers 10 federkraftbeaufschlagt.
Auf der der Stirnfläche 46 gegenüberliegenden
Seite stützt sich die Feder (Schraubenfeder 45) an
einer Ringschulter 47 in dem als Stufenbohrung ausgebildeten
Kompressionsraum 35 ab.
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Der
Kraftstoff-Ablaufkanal 29 ist koaxial zur gedachten, verlängerten,
nicht eingezeichneten Längsmittelachse des Ventilelementes 13 angeordnet.
Der Rückstellkolben 36 ist wie bei den anderen Ausführungsbeispielen
zentrisch innerhalb des Steuerraumes 25 angeordnet. Um
ein Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum 25 über
den ebenfalls zentrisch angeordneten Kraftstoff-Ablaufkanal 29 mit
Ablaufdrossel 28 in den Niederdruckbereich des Injektors 1 zu
ermöglichen, weist der Rückstellkolben 36 an
seiner der Stirnfläche 46 abgewandten Seite eine Aussparung 48 auf,
die für eine dauerhafte hydraulische Verbindung des Steuerraumes 25 mit
dem Kraftstoff-Ablaufkanal 29 sorgt.
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Die
Feder 45 dient nicht nur zur Abstützung des Rückstellkolbens 36,
sondern gleichzeitig als einzige Schließfeder für
das Ventilelement 13.
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Das
Ausführungsbeispiel gemäß 5 entspricht
im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 4,
wobei jedoch das Ventilelement 13 nicht einstückig,
sondern zweistückig mit zwei Ventilelementteilen 13a und 13b ausgebildet
ist. Die beiden Ventilelementteile 13a und 13b sind über
einen hydraulischen Koppler 49, innerhalb dem sich unter Hochdruck
stehender Kraftstoff befindet, miteinander gekoppelt. Der Koppler 49 wird
von einer Hülse 50 gebildet, die über
eine Feder 51 in Richtung einer Anlagefläche 52 des
Ventilelementteils 13a federkraftbeaufschlagt wird. Am
Ventilelementteil 13a ist ein Anschlag 53 vorgesehen,
mit dem das Ventilelementteil 13a an dem Düsenkörper 9 anschlägt,
so dass im gezeigten, geschlossenen Zustand ein Spalt zwischen den
beiden Ventilelementteilen 13a und 13b verbleibt,
wodurch die auf den Nadelsitz 14 wirkende Masse reduziert
wird.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist
der Rückstellkolben 36 ebenfalls als separates Bauteil
ausgebildet. Der Rückstellkolben 36 ist hülsenförmig
ausgeformt, so dass zentral in seinem Inneren eine Verbindungsleitung 54 ausgebildet
ist, über die der Kompressionsraum 35 mit dem
Steuerraum 25 verbindbar ist.
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Hierzu
wird der hülsenförmige Rückstellkolben 36 über
die Feder 35 in Richtung Steuerventilkörper 10 federkraftbeaufschlagt.
Am in der Zeichnungsebene oberen Ende des hülsen förmigen
Rückstellkolbens 36 ist eine Dichtkante 55 ausgebildet,
mit der der Rückstellkolben 35 an dem Steuerventilkörper 10 dichtend
anliegt. Die obere, ringförmige Stirnfläche 56 des
Rückstellkolbens 36 ist in Richtung der Dichtkante 55 angefast,
so dass eine konische, kreisringförmige Druckangriffsfläche 57 gebildet
ist, die bewirkt, dass der Rückstellkolben 36 von
dem Steuerventilkörper 10 in den Kompressionsraum 35 hinein abhebt,
wenn der Druck innerhalb des Steuerraumes 25 den Druck
innerhalb des Kompressionsraumes 35 überschreitet,
wodurch über die Verbindungsleitung 54 schlagartig
ein Druckausgleich realisiert wird.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist
zusätzlich zu der Feder 35 eine Schließfeder 18 vorgesehen,
die sich einerseits an dem Ventilkörper 10 und
anderseits an dem Umfangsbund 19 des Ventilelementes 13 abstützt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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