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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor, insbesondere einen
Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum
einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Die
Einhaltung von Schadstoffgrenzwerten hat bei der Entwicklung von
Verbrennungsmotoren die höchste Priorität. Gerade
das Common-Rail-Einspritzsystem hat einen entscheidenden Beitrag
zur Reduzierung der Schadstoffe geleistet. Der Vorteil der Common-Rail-Systeme
liegt in ihrer Unabhängigkeit des Einspritzdrucks von Drehzahl
und Last. Für die Einhaltung zukünftiger Abgaswerte
ist jedoch gerade bei Dieselmotoren eine signifikante Erhöhung des
Einspritzdruckes notwendig.
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Neueste
Kraftstoff-Injektoren, wie beispielsweise der in der
DE 10 2007 021 330 beschriebene Kraftstoff-Injektor,
werden leckagearm ausgeführt, indem auf eine Niederdruckstufe
am Einspritzventilelement verzichtet wird. Bauteile wie der Injektorkörper (Gehäuseteil)
werden flächendeckend mit Hochdruck beaufschlagt, wodurch
im Vergleich zu früheren Kraftstoff-Injektoren ein völlig
neuer Belastungsfall entsteht. Gerade bei Raildrücken jenseits
von 2000 bar sind nicht nur Bauteilverschneidungen problematisch,
sondern auch Materialfehler an an für sich unauffälligen
Stellen, wie beispielsweise an einer Zentralbohrung im Injektorkör per,
führen zu Ausfällen. Diese Ausfälle sind
statistisch bedingt. Gerade wenn ein Bauteil großflächig
mit Druck beaufschlagt wird, wird es immer wahrscheinlicher, dass
das Bauteil unter hohen Druckbelastungen aufgrund eines Gefügefehlers
versagt. Diese Versagensart ist mit herkömmlichen Berechnungsverfahren
nur schwer zu bewerten, weil das Versagen nicht an Stellen auftritt,
die durch eine Spannungsspitze charakterisiert sind, sondern vielmehr
an Stellen, die von der Spannungsverteilung her weniger kritisch
sind.
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Daher
müssen zur Herstellung von Kraftstoff-Injektoren für
höchste Einspritzdrücke von wesentlich größer
als 2000 bar äußerst kostenintensive Spezialwerkstoffe
eingesetzt werden, wobei nicht nur der Werkstoff an sich, sondern
auch dessen Bearbeitung mit hohen Kosten verbunden ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für höchste
Einspritzdrücke ausgelegten Kraftstoff-Injektor vorzuschlagen.
Bevorzugt soll dieser mit herkömmlichen Werkstoffen wie
beispielsweise C45-Stahl herstellbar sein.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird mit einem Kraftstoff-Injektor mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der
Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest
zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den
Figuren offenbarten Merkmalen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, radial zwischen dem Injektorkörper
(Gehäuseteil) und einem, vorzugsweise als injektorseitiger
Raildruckspeicher (Minirail) ausgebildeten, Hochdruckraum einen
Ringraum anzuordnen, in dem dauerhaft oder zeitweise ein geringerer
Kraftstoff-Druck als im Hochdruckraum und ein höherer Kraftstoffdruck
als im Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors herrscht. Auf
diese Weise wird erreicht, dass auf die den Ringraum radial innen
begrenzende Umfangswand lediglich der Differenzdruck aus dem Kraftstoff-Druck
im Hochdruckraum und dem Kraftstoff-Druck im Ringraum wirkt. Die
auf den außen angeordneten Injektorkörper wirkende
Belastung ist ebenfalls reduziert, da dieser lediglich dem Kraftstoff-Druck
im Ringraum ausgesetzt ist. Durch das Vorsehen eines Ringraums mit
geringerem Hydraulikdruck als der Hochdruckraum wird der Druck also von
radial innen nach radial außen stufenweise abgebaut, so
dass kritische Materialbelastungen vermieden werden können.
Auf diese Weise ist es möglich, dass auch Injektorkörper
von für weit über 2000 bar ausgelegte Kraftstoff-Injektoren
mit herkömmlichen Werkstoffen, wie C45-Stahl, ausgeführt
werden können, insbesondere dann, wenn der Kraftstoff-Druck im
Ringraum etwa 1800 bar nicht überschreitet. Soll der Druck
im Hochdruckraum des Kraftstoff-Injektors beispielsweise maximal
2000 bar betragen, ist es in der Regel ausreichend, wenn die Druckdifferenz
zwischen dem Ringraum und dem Hochdruckraum etwa 200 bar beträgt.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform des Kraftstoff-Injektors,
bei der der Druck im Ringraum während des Betriebs des
Kraftstoffs-Injektors mindestens halb so hoch ist wie der Druck
im Druckraum um somit die Abtrennung zwischen dem Ringraum und dem
Hochdruckraum nicht über Gebühr zu belasten.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der aus dem
Kraftstoff-Versorgungsanschluss von einem externen Kraftstoff-Hochdruckspeicher
(Rail) zuströmende Kraftstoff unmittelbar in den Hochdruckraum
geleitet wird. Bevorzugt ist hierzu ein den Ringraum in radialer
Richtung durchsetzender Kanal vorgesehen, der beispielsweise von dem
den Ringraum radial innen begrenzenden Injektorbauteil gebildet
ist.
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Bevorzugt
handelt es sich bei dem Kraftstoff-Injektor um einen sogenannten
leckagearmen Injektor, vorzugsweise ohne dauerhafte, auf das ein- oder
mehrteilig ausgebildete Einspritzventilelement wirkende, eine hydraulische
Schließkraft erzeugende, Niederdruckstufe. Derartige Kraftstoff-Injektoren werden
bevorzugt mit einem langen Einspritzventilelement ausgestattet,
dessen Axialerstreckung bevorzugt mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 60%
oder 70% der Axialerstreckung des gesamten Kraftstoff-Injektors
entspricht. Dabei ist eine Ausführungsform besonders bevorzugt,
bei der sich der Hochdruckraum, in dem das Einspritzventilelement aufgenommen
ist, in axialer Richtung bis zu einer Düsenlochanordnung
erstreckt, wobei der Hochdruckraum bei Bedarf in zwei axial benachbarte
Raumabschnitte unterteilt werden kann, zwischen denen eine Schließdrossel
angeordnet ist, um den Kraftstoff-Druck im Bereich einer Einspritzventilelementspitze
etwas, beispielsweise um 100 bis 200 bar, abzusenken, um hierdurch
eine hydraulische Schließkraftkomponente zu erzeugen. Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der sich der Hochdruckraum
in axialer Richtung bis in einen axial zu dem Injektorkörper
benachbarten Düsenkörper hineinerstreckt, wobei
in diesem Fall auch eine Ausführungsform realisierbar ist,
bei der sich der zwischen dem Injektorkörper und dem Hochdruckraum
ausgebildete, druckreduzierte Ringraum in axialer Richtung bis in
den Düsenkörper hineinerstreckt.
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Zur
Erzielung der benötigten Druckabsenkung im Ringraum ist
es denkbar eine in Reihe geschaltete Drosselkombination zu realisieren,
die aus mindestens einer Ringraumzulaufdrossel und mindestens einer
Ringraumablaufdrossel besteht, wobei über die Ringraumzulaufdrossel
unter Hochdruck, insbesondere zumindest näherungsweise
unter Raildruck, stehender Kraftstoff in den Ringraum zuströmen
kann. Über die Ringraumablaufdrossel kann wiederum Kraftstoff
aus dem Ringraum in Richtung des Niederdruckbereichs des Kraftstoff-Injektors
abströmen, wobei die Durchflussquerschnitte der mindestens
einen Ringraumzulaufdrossel und der mindestens einen Ringraumablaufdrossel
derart dimensioniert sind, dass sich der gewünschte Druckunterschied
zwischen Ringraum und Hochdruckraum einstellt. Dieser Druckabsenkungsmechanismus
ist vergleichbar zur an sich bekannten Steuerraumdruckabsenkung,
wie diese von servogesteuerten Kraftstoff-Injektoren bekannt ist.
Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass der Ringraumdruck
im Vergleich zum Steuerraumdruck keinen Einfluss auf das Einspritzverhalten
des Kraftstoff-Injektors hat, so dass an die mindestens eine Ringraumzulaufdrossel und
die mindestens eine Ringraumablaufdrossel eine geringere Genauigkeitsanforderung
bei der Fertigung gestellt werden kann. Besonders vorteilhaft ist es,
wenn die mindestens eine Ringraumzulaufdrossel und/oder die mindestens
eine Ringraumablaufdrossel konstruktiv über eine Führung
und/oder einen Leckspalt realisiert sind, wodurch zusätzliche
Arbeitsschritte zur Herstellung von Drosselbohrungen eingespart
werden können. Selbstverständlich ist es auch
möglich zumindest eine der Drosseln als Drosselbohrung
auszuführen.
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Die
mindestens eine Ringraumablaufdrossel kann auch durch ein später
noch zu erläuterndes Überdruckventil ersetzt bzw.
gebildet werden.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform des Kraftstoff-Injektors,
bei der Druck im Ringraum nicht während der gesamten Betriebszeit
gegenüber dem Druck im Hochdruckraum abgesenkt wird, sondern
nur zu Zeiten, in denen der Druck im Hochdruckraum eine kritische
Grenze überschreitet. Dies ist in der Regel nur dann der
Fall, wenn der Verbrennungsmotor unter Volllast betrieben wird.
Anders ausgedrückt ist eine Ausführungsform bevorzugt,
bei der der Druck im Ringraum im Vergleich zum Druck im Hochdruckraum
erst ab Überschreiten eines Mindestdrucks, insbesondere
von etwa 1800 bar, reduziert ist bzw. reduziert wird.
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Diese
Forderung kann konstruktiv dadurch realisiert werden, dass in Kraftstoffströmungsrichtung
zwischen dem Ringraum und dem Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors
mindestens ein Überdruckventil vorgesehen ist, welches
bevorzugt als Rückschlagventil ausgebildet ist. Dabei ist
eine Ausführungsform besonders bevorzugt, bei der das Überdruckventil
derart ausgelegt ist, dass es im geöffneten Zustand als
Ringraumablaufdrossel wirkt, so dass sich der gewünschte
Ringraumdruck definiert einstellt. Durch die nur zeitweise Öffnung
des Überdruckventils kann die parasitäre Ablaufmenge
auf ein absolutes Minimum reduziert werden.
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Bevorzugt
umfasst das Überdruckventil mindestens eine Feder, die
ein verstellbares Ventilelement federkraftbeauf schlagt. Besonders
bevorzugt handelt es sich bei der Feder um eine Blattfeder und/oder
bei dem Ventilelement um eine, insbesondere als Stahlkugel ausgebildete,
Ventilkugel. Konstruktiv elegant ist eine Ausführungsform,
bei der das Ventilelement von der Feder auf einen an einem den Niederdruckbereich
axial begrenzenden Injektorbauteil ausgebildeten Ventilsitz gepresst
wird. Dabei kann die Blattfeder beispielsweise axial zwischen einer
Ventilspannschraube zum Festlegen des Injektorbauteils im Injektorkörper
und dem Injektorbauteil geklemmt werden.
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Alternativ
ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der das verstellbare
Ventilelement des Überdruckventils von dem den Niederdruckbereich
axial begrenzenden Injektorbauteil gebildet ist, wobei dieses Injektorbauteil
in diesem Fall mittels einer Feder, beispielsweise einer Dehnhülse
oder einer Tellerfeder, gegen den Injektorkörper federkraftbeaufschlagt ist.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Kraftstoff aus dem Ringraum
bei geöffnetem Überdruckventil durch einen ringförmigen
Leckagespalt in den Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors
strömt, wobei der Leckagespalt, vorzugsweise axial, zwischen
dem Injektorbauteil und dem Injektorkörper gebildet ist,
wobei zur Gewährleistung einer ausreichenden Dichtheit
des geschlossenen Überdruckventils am Injektorkörper
und/oder am Injektorbauteil bevorzugt mindestens eine Beißkante
ausgebildet ist.
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Bevorzugt
ist die Feder des Überdruckventils derart angeordnet, dass
die Vorspannung der Feder und damit der maximale Druck des Ringraums
mittels einer Ventilspannschraube einstellbar ist, wobei die Ventilspannschraube
vorzugsweise eine Axialsicherung für das den Niederdruckbereich
des Kraftstoff-Injektors in axialer Richtung begrenzende Injektorbauteil
ist.
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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 Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1:
eine erste Ausführungsform eines Kraftstoff-Injektors mit
einem zwischen einem Hochdruckraum und einem Injektorkörper
ausgebildeten Ringraum in dem der Kraftstoff-Druck im Betrieb des Kraftstoff-Injektors
gegenüber dem Kraftstoff-Druck im Hochdruckraum dauerhaft
reduziert ist,
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2:
eine alternative, zweite Ausführungsform eines Kraftstoff-Injektors
mit einem zwischen Ringraum und Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors
angeordneten, als Rückschlagventil ausgebildeten Überdruckventils,
das die Aufgabe hat, den Kraftstoff-Druck im Ringraum nur bei Überschreiten eines
Mindestdrucks zu reduzieren und
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3:
ein weiteres alternatives, drittes Ausführungsbeispiel
eines Kraftstoff-Injektors, bei dem das Ventilelement des Überdruckventils
von einem eine Steuerkammer begrenzenden Injektorbauteil gebildet
ist.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoff-Injektor 1 zum
Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Eine Hochdruckpumpe 2 fördert
Kraftstoff von einem Vorratsbehälter 3 in einen
Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 (Rail). In diesem ist Kraftstoff,
insbesondere Diesel oder Benzin, unter hohem Druck, von in diesem
Ausführungsbeispiel etwa 2500 bar, gespeichert. An den
Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist der Kraftstoff-Injektor 1 neben
anderen, nicht gezeigten Injektoren über eine Versorgungsleitung 5 angeschlossen.
Diese Versorgungsleitung 5 führt zu einem Kraftstoff-Versorgungsanschluss 6 des
Kraftstoff-Injektors 1, der über einen Versorgungskanal 7 zu
einem zentrischen, als Minirail dienenden Hochdruckraum 8 führt.
In diesem Hochdruckraum 8 herrscht im Wesentlichen Raildruck
von etwa 2500 bar. An einem Injektordeckel 9 ist ein Kraftstoffrücklaufanschluss 10 vorgesehen,
an den eine Rücklaufleitung 11 angeschlossen ist. Über
den Kraftstoffrücklaufanschluss 10 und die Rücklaufleitung 11 kann eine
später noch zu erläuternde Steuermenge sowie eine
Leckagemenge an Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich 12 des
Kraftstoff-Injektors 1 zu dem ebenfalls auf Niederdruck
von etwa 1 bis 10 bar liegenden Vorratsbehälter 3 abfließen.
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Innerhalb
des Hochdruckraums 8 ist ein in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
einteiliges Einspritzventilelement 13 axial verstellbar
aufgenommen. Alternativ ist das Einspritzventilelement 13 mehrteilig
ausgeführt und besteht beispielsweise aus einer oberen
Steuerstange und einer unteren Düsennadel.
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Das
Einspritzventilelement 13 ist längsverschieblich
in einer Führungsbohrung 14 eines in der Zeichnungsebene
unteren Düsenkörpers 15 geführt. Dabei
sind am Außenumfang des Einspritzventilelementes 13 im
Bereich seiner unteren Führung Axialkanäle 16 als
Anschliffe realisiert, über die der Kraftstoff bei geöffnetem
Einspritzventilelement 13 in axialer Richtung nach unten
zu einer Düsenlochanordnung 17 strömen
kann. Der Düsenkörper 15 ist mittels
einer Überwurfmutter 18 mit einem Injektorkörper 19 verspannt.
Der Injektorkörper 19 bildet bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel das größte Gehäuseteil
eines Gehäuses 20.
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Das
Einspritzventilelement 13 weist an seiner Spitze 21 eine
Schließfläche 22 auf, mit der das Einspritzventilelement 13 in
dichte Anlage an einen innerhalb des Düsenkörpers 15 ausgebildeten
Einspritzventilelementsitz 23 bringbar ist. Wenn das Einspritzventilelement 13 an
seinem Einspritzventilelementsitz 23 anliegt, d. h. sich
in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt
aus der Düsenlochanordnung 17 gesperrt. Ist es
dagegen von seinem Einspritzventilelementsitz 23 abgehoben,
kann Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 8 in axialer Richtung über
die Axialkanäle 16 in einen unteren, als Ringraum
ausgebildeten Düsenraum 24 und von dort aus am
Einspritzventilelementsitz 23 vorbei zur Düsenlochanordnung 17 strömen
und dort im Wesentlichen unter Hochdruck (Raildruck) stehend in
den Brennraum (nicht gezeigt) gespritzt werden.
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Von
einer oberen Stirnseite 25 des Einspritzventilelements 13 und
einem Steuerraumabschnitt 26 eines Injektorbauteils 27 wird
eine Steuerkammer 28 begrenzt, die über eine in
das Einspritzventilelement 13 eingebrachte Zulaufdrossel 29 mit
Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 8 versorgt wird. Die Steuerkammer 28 ist über
einen axial im Injektorbauteil 27 verlaufenden Ablaufkanal 30 mit
Ablaufdrossel 31 mit einer Ventilkammer 32 eines
Steuerventils 33 (Servo-Ventil) verbunden. Die Ventilkammer 32 wird
radial außen von einem hülsenförmigen
Steuerventilelement 34 begrenzt. Das hülsenförmige
Steuerventilelement 34 ist in seiner Schließstellung
in axialer Richtung im Wesentlichen druckausgeglichen. Die Ventilkammer 32 wird
in axialer Richtung nach oben von einem Druckstift 35 begrenzt,
der sich axial am Injektordeckel 9 abstützt und
als von dem Injektorbauteil 27 separates Bauteil ausgebildet
ist. Ein mit dem hülsenförmigen Steuerventilelement 34 zusammenwirkender
Steuerventilsitz 36 (hier Flachsitz) ist am Injektorbauteil 27 ausgebildet.
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Das
hülsenförmige Steuerventilelement 34 ist
einteilig mit einer Ankerplatte 37 ausgebildet, die mit
einem elektromagnetischen Aktuator 38 zusammenwirkt. Wird
dieser bestromt, hebt das Steuerventilelement 34 in axialer
Richtung von seinem Steuerventilsitz 36 ab, so dass Kraftstoff
aus der Ventilkammer 32 und in der Folge aus der Steuerkammer 28 in den
Niederdruckbereich 12 und von dort aus über den
Kraftstoffrücklaufanschluss 10 und die Rücklaufleitung 11 zum
Vorratsbehälter 3 abströmen kann. Dabei
sind die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 29, die
alternativ beispielsweise auch im Injektorbauteil 27 ausgebildet
sein kann, und der Ablaufdrossel 31 derart aufeinander
abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 33 ein
Nettoabfluss von Kraftstoff aus der Steuerkammer 28 resultiert, mit
der Folge, dass der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 33 rapide
abfällt und somit eine hydraulische Öffnungskraft
auf das Einspritzventilelement 13 wirkt, welches in der
Folge von seinem Einspritzventilelementsitz 23 abhebt und
die Düsenlochanordnung 17 zum Einspritzen von
Kraftstoff in den Brennraum freigibt.
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Zum
Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung des elektromagnetischen
Aktuators 38 unterbrochen. Mit einer sich einenends an
einer Schulter des Druckstiftes 35 und anderenends an einer
oberen Stirnseite der Ankerplatte 37 abstützenden
Steuerschließfeder 39 wird das hülsenförmige Steuerventilelement 34 zurück
auf seinen Steuerventilsitz 36 bewegt. Der durch die Zulaufdrossel 29 nachströmende
Kraftstoff sorgt für eine Druckerhöhung in der
Steuerkammer 28 mit der Folge, dass das Einspritzventilelement 13 unterstützt
durch eine Schließfeder 40 zurück auf
den Einspritzventilelementsitz 23 bewegt wird. Die Schließfeder 40 ist
dabei in dem in den Düsenkörper 15 hineinragenden Hochdruckraum 8 angeordnet
und stützt sich einenends an einer unteren Stirnseite des
Injektorbauteils 27 und anderenends an einem Umfangsbund 41 des Einspritzventilelementes 13 ab.
Zum Erzeugen einer ausreichend hohen Schließkraft können
die Axialkanäle 16 als Drosselkanäle
ausgebildet sein, um somit den Druck im Düsenraum 24 im
Vergleich zum Hochdruckraum 8 etwas zu reduzieren. Der
Druck wird jedoch mit Vorteil etwa nur um etwa 100 bis 200 bar reduziert,
so dass der Düsenraum 24 und der Hochdruckraum 8 als
ein gemeinsamer Raum angesehen werden können. Durch den
durch das Schließen des Einspritzventilelementes 13 hervorgerufenen
abrupten Abfall der Einspritzrate entsteht im Düsenraum 24 und
vor allem im Hochdruckraum 8 ein Druckstoß (Joukowski-Stoß)
der am Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 reflektiert wird.
Diese Mengenwellen führen zu Druckschwingungen. Die dadurch
bedingten Spitzendrücke können mehrere hundert
bar über dem maximalen Raildruck liegen, wodurch der gesamte Kraftstoff-Injektor 1 sowie
das Versorgungssystem entsprechend auf die Spitzendrücke
ausgelegt werden müssen.
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Um
zu ermöglichen, dass der Injektorkörper 19 nicht über
die Maßen druckbelastet wird und in der Folge aus herkömmlichen
Stählen, wie beispielsweise C45, hergestellt werden kann,
sieht der in 1 gezeigte Kraftstoff-Injektor 1 einen
Ringraum 42 vor, der sich radial zwischen dem Hochdruckraum 8 und dem
Injektorkörper 19 befindet. Der Ringraum 42 erstreckt
sich in axialer Richtung über den größten
Teil der Axialerstreckung des Injektorkörpers 19 und kann
bei Bedarf auch axial bis in den Düsenkörper 15 hineinragen.
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Der
Ringraum 42 wird radial innen gegenüber dem Hochdruckraum 8 begrenzt
von einem rohrförmigen Abschnitt 43 des Injektorbauteils 27.
Im Injektorbauteil 27 ist hierzu eine Stufenbohrung 44 eingebracht,
die in ihrem in der Zeichnungsebene oberen Ende die Steuerkammer 28 begrenzt.
Im Ringraum 42 herrscht dauerhaft ein geringerer Kraftstoffdruck
als im Hochdruckraum 8 und dauerhaft ein höherer
Kraftstoffdruck als im Niederdruckbereich 12 des Kraftstoff-Injektors 1.
Durch mittels einer im Folgenden noch zu erläuternden Drosselanordnung
ist der Druck im Ringraum 42 dauerhaft geringer als im Hochdruckraum 8.
Die Durchflussquerschnitte der im Folgenden noch zu erläuternden
Drosseln sind dabei derart abgestimmt, dass der Druck im Ringraum 42 1800
bar nicht überschreitet. Hierdurch wird die Druckbelastung
des Injektorkörpers 19, zumindest in druckkriti schen
Bereichen über den größten Teil seiner
Axialerstreckung reduziert.
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Wie
sich aus 1 ergibt, ist der Versorgungskanal 7 abschnittsweise
als Bohrung in einem mit dem Injektorkörper 19 verschraubten,
hülsenförmigen Anschlussteil 60 ausgebildet,
wobei sich der Versorgungskanal 7 in radialer Richtung
in den Hochdruckraum 8 fortsetzt, und dabei den Ringraum 42 in radialer
Richtung durchsetzt und gegenüber diesem abgedichtet ist.
Das Injektorbauteil 22 ist hierzu im Bereich des Versorgungskanals 7 mit
einem positiven Durchmessersprung 45 (Umfangsbund) versehen,
in den mit Abstand zum Versorgungskanal 7 axial verlaufende
Aussparungen 46 eingebracht sind, über die der
Kraftstoff aus einem unteren Abschnitt des Ringraums 42 in
einen oberen Abschnitt des Ringraums 42 ungehindert und
vorzugsweise ungedrosselt strömen kann.
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Das
in 1 gezeigte Injektorbauteil 27 muss nicht
zwangsläufig einteilig ausgeführt werden. So ist
es beispielsweise denkbar, den Ringraum 42 mit einem eigenständigen,
rohrförmigen, hier von dem rohrförmigen Abschnitt 43 gebildeten
Element zu begrenzen, das sich an einem hier als Plattenabschnitt 47 des
Injektorbauteils 27 realisierten separaten, den Niederdruckbereich 12 begrenzenden
Bauteil in axialer Richtung abstützt.
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In
axialer Richtung nach oben wird der Ringraum 42 begrenzt
von dem wie erwähnt auch als separates Bauteil ausführbaren
Plattenabschnitt 47 des Injektorbauteils 27. Dieses
ist von einer Ventilspannschraube 48 gegen eine Ringschulter 49 des
Injektorkörpers 19 gepresst. In axialer Richtung
nach unten wird der Ringraum 42 begrenzt von einem Dichtelement 50, welches
sich radial zwischen dem unteren Bereich des rohrförmigen
Abschnitts 43 des Injektorbauteils 27 und dem
Injektorkörper 19 befindet.
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Wie
sich aus 1 weiter ergibt kann unter Hochdruck
von in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 2500 bar stehender
Kraftstoff in radialer Richtung über eine Ringraumzulaufdrossel 51 in
den Ringraum 42 strömen. Von dort aus strömt
Kraftstoff über eine im Injektorbauteil 27 vorgesehene
Ringraumablaufdrossel 52 in den Niederdruckbereich 12 des
Kraftstoff-Injektors 1. Die Durchflussquerschnitte der
Ringraumzulaufdrossel 51 und der Ringraumablaufdrossel 52 sind
dabei so aufeinander abgestimmt, dass der Druck im Ringraum 42,
wie zuvor erläutert, einen Maximaldruck von 1800 bar nicht überschreitet,
wodurch die Druckbelastung des Injektorkörpers 19 deutlich
reduziert wird. Wie sich aus 1 ergibt,
sind die Ringraumzulaufdrossel 51 und die Ringraumablaufdrossel 52 als
Drosselbohrungen ausgeführt, wobei auch alternative Herstellungsmöglichkeiten
realisierbar sind. Da der Druck im Ringraum 42 keinerlei
Einfluss auf das Einspritzverhalten des Kraftstoff-Injektors 1 hat,
können die Ringraumzulaufdrossel 51 und die Ringraumablaufdrossel 52 sehr
klein ausgeführt werden, wodurch die für die Druckabsenkung
notwendige parasitäre Ablaufmenge gering ist. Zum anderen
reagiert der Druck im Ringraum 42 nicht auf hochdynamische
Druckänderungen im als Minirail dienenden Hochdruckraum 8, sondern
nur auf funktionsbedingte Raildruckänderungen.
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Im
Folgenden werden anhand der 2 und 3 weitere
alternative Ausführungsbeispiele eines Kraftstoff-Injektors 1 erläutert.
Dabei entspricht der Aufbau dieser Ausführungsformen im
Wesentlichen der in 1 gezeigten und zuvor beschriebenen Ausführungsform.
Zur Vermeidung von Wiederholungen werden daher im Folgenden im Wesentlichen
nur Unterschiede zu dem in 1 gezeigten
und zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel erläutert.
Im Hinblick auf Gemeinsamkeiten wird auf 1 sowie die
vorhergehende Figurenbeschreibung verwiesen.
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Im
Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist
der Druck im Ringraum 42 bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 im Vergleich zum Hochdruckraum 8 nicht
dauerhaft reduziert. Dies ist darauf zurückzuführen,
dass der Kraftstoff aus dem Ringraum 42 nur zeitweise in
den Niederdruckbereich 12 des Kraftstoff-Injektors 1 abströmen
kann. Der Zustrom aus dem Hochdruckraum 8 in den Ringraum 42 erfolgt
auch bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel über
eine als Drosselbohrung ausgeführte Ringraumzulaufdrossel 51.
Die Ringraumablaufdrossel 52 wird bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 von einem als Rückschlagventil
ausgebildeten Überdruckventil 53 gebildet, das
so ausgelegt ist, dass dieses erst dann in Richtung Niederdruckbereich 12 öffnet,
wenn ein Mindestdruck im Ringraum 42 überschritten
wird. Auf diese Weise wird eine Druckabsenkung im Ringraum 42 also
nur dann realisiert, wenn dies notwendig ist, also für
die Stabilität kritische Drücke auftreten. Insgesamt
kann hierdurch die parasitäre Ablaufmenge weiter reduziert
werden. Das Überdruckventil 53 umfasst ein als Stahlkugel
ausgebildetes Ventilelement 54, welches von einer als Plattfeder
ausgebildeten Feder 55 in Richtung auf einen am Injektorbauteil 27,
genauer am Plattenabschnitt 47 ausgebildeten Ventilsitz 56 federkraftbeaufschlagt
wird. Dabei steht die Unterseite des Ventilelementes 54 über
einen Kanal 57 im Injektorbauteil 27 dauerhaft
in Verbindung mit dem Ringraumvolumen des Ringraums 42. Übersteigt
der Druck im Ringraum 42 einen Mindestdruck, wird das kugelförmige
Ventilelement 54 entgegen der Federkraft der Feder 55 von
seinem Ventilsitz 56 abgehoben, so dass Kraftstoff gedrosselt
aus dem Ringraum 42 in den Niederdruckbereich 12 abströmen
kann. Das Überdruckventil 53 ist so dimensioniert,
dass die Drosselwirkung des Überdruckventils 53 das
gewünschte Maß an Druckabsenkung im Ringraum 42 zur
Folge hat.
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Wie
sich weiter aus 2 ergibt, ist die als Plattfeder
ausgebildete Feder 55 axial geklemmt zwischen der Ventilspannschraube 48 und
der in der Zeichnungsebene oberen Seite des Plattenabschnittes 47 des
Injektorbauteils 27.
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Das
in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel eines
Kraftstoff-Injektors 1 funktioniert nach dem gleichen Prinzip
wie das in 2 gezeigte und zuvor beschriebene
Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ist hier die Ringraumzulaufdrossel 51 nicht
als Drosselbohrung sondern als Leckagespalt zwischen einem Umfangsbund 58 des
rohrförmigen Abschnitts 43 des Injektorbauteils 27 und
dem Injektorkörper 19 ausgebildet. Eine weitere
Ringraumzulaufdrossel 51 ist vorgesehen zwischen dem oberen
positiven Durchmessersprung 45 (Umfangsbund) und dem Injektorkörper 19.
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Auch
ist kein Drosselkanal als Ringraumablaufdrossel 52 vorgesehen.
Diese wird gebildet von dem Überdruckventil 53, über
das der Ringraum 42 mit dem Niederdruckbereich 12 des
Kraftstoff-Injektors 1 verbindbar ist. Das Ventilelement 54 wird
gebildet von dem Plattenabschnitt 47 des Injektorbauteils 27.
Dieses liegt im geschlossenen Zustand des Überdruckventils 53 auf
der Ringschulter 49 des Injektorkörpers 9 auf.
Bei geöffnetem Überdruckventil 53 ist der
Plattenabschnitt 47 in axialer Richtung nach oben verstellt,
sodass ein Ringspalt axial zwischen dem Plattenabschnitt 47 und
einer Beißkante 59 des Injektorkörpers 19 gebildet
ist, wobei der Durchflussquerschnitt des Ringspaltes so abgestimmt
ist, dass die gewünschte Drosselung erzielt wird.
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Der
Plattenabschnitt 47 hebt erst dann von seinem von der Beißkante 59 gebildeten
Ventilsitz 56 am Injektorkörper 19 ab,
wenn die auf ihn wirkende Druckkraft die Federkraft einer als Tellerfeder
ausgebildeten Feder 55 überschreitet, die sich
in axialer Richtung nach oben an der Ventilspannschraube 48 abstützt.
Die Feder 55 ist bestrebt, den Plattenabschnitt 47 axial
nach unten gegen die Ringschulter 49 des Injektorkörpers 19 zu
pressen. Durch Verstellen der Ventilspannschraube 48 kann
die Vorspannung der Feder 55 eingestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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