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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff
in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen
Common-Rail-Injektor, gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Aus
der
EP 1 612 403 A1 ist
ein Common-Rail-Injektor mit einem in axialer Richtung druckausgeglichenen
Steuerventil bekannt. Mittels des Steuerventils kann der Kraftstoffdruck
innerhalb einer von einem Einspritzventilelement begrenzten Steuerkammer
beeinflusst werden. Durch Variation des Kraftstoffdruckes innerhalb
der Steuerkammer wird das Einspritzventilelement zwischen einer Öffnungsstellung
und einer Schließstellung verstellt, wobei das Einspritzventilelement
in seiner Öffnungsstellung den Kraftstofffluss in den Brennraum
einer Brennkraftmaschine freigibt. Das Steuerventil weist ein in
axialer Richtung mittels eines elektromagnetischen Aktuators verstellbares,
hülsenförmiges Steuerventilelement auf, das im
geschlossenen Zustand mit einem kegelförmigen Steuerventilsitz
zusammenwirkt.
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Soll
anstelle des kegelförmigen Steuerventilsitzes ein Flachsitz
eingesetzt werden, muss die Dichtfläche (Dichtlinie) des
Steuerventilelementes, um Undichtigkeit zu vermeiden, so ausgerichtet
werden, dass die Dichtfläche gleichmäßig
auf den Flachsitz gepresst wird. Hierzu ist es notwendig, dass das Steuerventilelement über
eine Führung sehr präzise geführt wird.
Um eine entsprechende Präzision mit minimalen Toleranzen
im Mikrometerbereich darstellen zu können, müssen
der Steuerventilsitz und das Steuerventilelement häufig
gepaart werden, was während des Herstellungsprozesses mit
einem hohen Aufwand sowie 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 Injektor vorzuschlagen,
der trotz des Einsatzes eines Flachsitzes als Steuerventilsitz bei
der Gewährleistung einer ausreichenden Dichtigkeit des Steuerventils
kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere soll auf eine
Bauteilaarung (Steuerventilsitz/Steuerventilelement) bei der Herstellung
verzichtet werden können.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird mit einem Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen
auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in
der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten
Merkmalen.
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Die
Erfindung hat erkannt, dass bei herkömmlichen Steuerventilsitzdurchmessern
bzw. Dichtflächendurchmessern in der Größenordnung zwischen
etwa 1 bis 4 mm die während des Betriebs auftretenden Drehmomente,
die bestrebt sind das Steuerventilelement und damit die Dichtfläche (Dichtlinie)
relativ zu dem Steuerventilsitz auszurichten, relativ klein sind.
Um die Drehmomente, mit denen sich das Steuerventilelement relativ
zum Steuerventilsitz selbst ausrichten kann, zu vergrößern,
schlägt die Erfindung vor, radial außerhalb der
Dichtfläche am Steuerventilelement mindestens eine Funktionsfläche
anzuordnen, die mit einer Gegenfläche an einem Ventilkörper
zusammenwirkt, derart, dass ein auf das Steuerventilelement wirkendes
Drehmoment entsteht, welches das Steuerventilelement derart relativ zu
dem als Flachsitz ausgebildeten Steuerventilsitz ausrichtet, dass
die Dichtfläche des Steuerventilelementes, zumindest näherungsweise,
gleichmäßig auf dem Flachsitz gepresst wird. Das
Drehmoment zum Ausrichten kann dabei wie später noch erläutert werden
wird, hydraulisch oder mechanisch erzeugt werden. Bei einem nach
dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Injektor dient die Führung
(Außenführung und/oder Innenführung)
des Steuerventilelementes mit Vorteil nur noch als „grobe"
Ausrichtung bzw. „grobe" radiale Positionierungshilfe,
wodurch größere Fertigungstoleranzen bei der Führung
akzeptabel werden. Dies wiederum senkt die Herstellungskosten. Auf
eine Bauteilpaarung kann mit Vorteil verzichtet werden. Das Vorsehen
einer Funktionsfläche, die radial außerhalb der
Dichtfläche angeordnet ist, hat zusätzlich den
Vorteil, dass der eigentliche Dichtflächendurchmesser weiterhin
so klein wie möglich gewählt werden kann, ohne
auf ausreichend große, selbst ausrichtende, auf das Steuerventilelement
wirkende, Drehmoment verzichten zu müssen. Darüber
hinaus wird durch das Vorsehen mindestens einer Funktionsfläche
die eigentliche Dichtfläche geschützt, da bei
einem schrägen Einschlag des Steuerventilelementes auf
dem Flachsitz zunächst immer die Funktionsfläche
auf der Gegenfläche einschlägt. Hierdurch können
Beschädigungen der Dichtfläche und damit verbundene
Undichtigkeiten des Steuerventilelementes vermieden werden. Aufgrund
der Anordnung der mindestens einen Funktionsfläche auf
einem größeren Durchmesser als die Dichtfläche ist
das selbst ausrichtende Drehmoment entsprechend größer
und das Steuerventilelement richtet sich dadurch deutlich besser
relativ zu dem Flachsitz aus als bei Injektoren nach dem Stand der
Technik.
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Betrachtet
man die Flächenpressung der Dichtfläche bei einem
nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Injektor, so kann diese
unter Umständen aufgrund des Vorsehens der mindestens einen
Funktionsfläche im Vergleich zu einem Injektor ohne Funktionsfläche
etwas geringer ausfallen. Wird die Dichtfläche jedoch als
Fläche mit einer minimalen Radialerstreckung ausgebildet,
so wird sich im eventuellen Axialspalt zwischen Dichtfläche
und Flachsitz eine laminare Strömung ausbilden, wodurch
die auftretenden Leckagen dann so gering sind, dass das Steuerventil,
insbesondere für Dieselanwendungen, als dicht bezeichnet
werden kann.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des Injektors,
bei der das Steuerventilelement, zumindest näherungsweise,
vorzugsweise vollständig in axialer Richtung druckausgeglichen
ist, also auf das Steuerventilelement im geschlossenen Zustand keine
resultierende Axialkraft wirkt, wodurch insgesamt kleinere Aktuatoren,
insbesondere elektromagnetische Aktuatoren, eingesetzt werden können.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das
Steuerventilelement als Hülse ausgebildet ist, die an ihrem
Außenumfang und/oder an ihrem Innenumfang, insbesondere
an einem Bolzen, geführt ist, wobei, wie eingangs erwähnt,
größere Toleranzen im Bereich der Führung
akzeptiert werden können, da die selbst ausrichtenden Drehmomente aufgrund
des Vorsehens der mindestens einen Funktionsfläche vergrößert
sind. Es ist jedoch auch möglich, eine Funktionsfläche
bei einem in axialer Richtung nicht druckausgeglichenen Steuerventilelement zu
realisieren.
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Im
Hinblick auf die relative Anordnung der mindestens einen Funktionsfläche
zu der mindestens einen Gegenfläche gibt es unterschiedliche
Realisierungsmöglichkeiten. Gemäß einer
ersten Realisierungsmöglichkeit ist die Funktionsfläche
relativ zu der Gegenfläche derart anzuordnen, dass die
Funktionsfläche bei geschlossenem Steuerventilelement, also
bei am Steuerventilsitz anliegender Dichtfläche, auf der
Gegenfläche aufliegt, sich also an der Gegenfläche
abstützt. Das mindestens eine, auf das Steuerventilelement
wirkende, selbst ausrichtende Drehmoment entsteht dabei durch unmittelbares
Aufliegen bzw. Abrollen der Funktionsfläche auf der Gegenfläche.
Das Ausrichten erfolgt also mechanisch.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform ist die Funktionsfläche
derart relativ zu der Gegenfläche angeordnet, dass die
Funktionsfläche bei geschlossenem Steuerventil nicht unmittelbar
auf der Gegenfläche aufliegt, sondern dass zwischen der Funktionsfläche
und der Gegenfläche ein minimaler Dämpfungsspalt
(Axialspalt) gebildet wird, der die Einschlaggeschwindigkeit der
Dichtfläche auf den Flachsitz minimiert. Dabei tritt die
Spaltdämpfung erst unmittelbar kurz vor dem Auftreffen
der Dichtfläche auf dem Flachsitz ein, wodurch die Schließgeschwindigkeit
des Steuerventils insgesamt betrachtet hoch bleibt. Anders ausgedrückt
wird das mindestens eine, selbst ausrichtende Drehmoment über
den sich aufbauenden Druck im Dämpfungsspalt, also hydraulisch,
realisiert, wobei der Druck mit kleiner werdendem Dämpfungsspalt
ansteigt und sich auch nur sehr langsam abbaut. Ein enger Spalt
führt also zu einem hohen Flüssigkeitsdruck, der
wiederum bei einem schiefen Einschlag des Steuerventilelementes ein
Drehmoment bewirkt, das das Steuerventilelement, vergleichbar den
mechanischen Kontakt bei einer unmittelbaren Abstützung
der Funktionsfläche auf der Gegenfläche, relativ
zum Flachsitz ausrichtet.
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Um
ein ausreichend großes, selbst ausrichtendes Drehmoment
erzeugen zu können, ist eine Ausführungsform des
Injektors bevorzugt, bei der der Dämpfungsspalt eine maximale
Höhe von 10 μm aufweist. Bevorzugt beträgt
die Höhe des Dämpfungsspaltesweniger als 5 m.
Besonders bevorzugt ist die Höhe des Dämpfungsspaltes
aus einem Bereich zwischen etwa 1 μm und etwa 3 μm
gewählt.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des Injektors,
bei der die mindestens eine mit der mindestens einen Funktionsfläche
zusammenwirkende Gegenfläche mit dem Flachsitz, d. h. mit
der Sitzfläche, in einer gemeinsamen Ebene angeordnet ist.
Dies ermöglicht es, den Flachsitz und die Gegenfläche
auf eine gemeinsame Ebene zu schleifen und somit auf einfache Weise über
ein Zusammenwirken der Funktionsfläche mit der Gegenfläche
ein präzise wirkendes Drehmoment zu erzeugen.
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Um
ein möglichst großes, selbst ausrichtendes Drehmoment
zu erzeugen, ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der
die Funktionsfläche radial nicht unmittelbar an die Dichtfläche
angrenzt, sondern bei der die Funktionsfläche mit Radialabstand zur
Dichtfläche angeordnet ist. Bevorzugt befindet sich zwischen
der, insbesondere kreisringförmigen, Dichtfläche
und der vorzugsweise kreisringförmigen Funktionsfläche
eine Ringnut.
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Da
(minimale) Undichtigkeiten des Steuerventils im geschlossenen Zustand
nicht oder nur schwierig zu vermeiden sind, soll in Weiterbildung der
Erfindung dafür gesorgt werden, dass ein Druckanstieg in
einem Bereich radial zwischen der Dichtfläche und der Funktionsfläche
vermieden wird, der ein unbeabsichtigtes Öffnen des Steuerventils zur
Folge haben könnte. Dies kann dadurch realisiert werden,
dass die Ringnut dauerhaft mit einem Niederdruckbereich des Injektors
verbunden ist. Je nach Ausbildung dieser Verbindung bzw. je nach
dem, wie stark man den Ringnutbereich entdrosseln kann, kann beim
Schließen des Steuerventils eine Dämpfung der
Schließgeschwindigkeit und damit eine Minimierung des Verschleißes
im Dichtbereich realisiert werden. Wenn das Steuerventil vollkommen
geschlossen ist, wird der noch verbleibende Druck über die
Verbindung abgebaut.
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Im
Hinblick auf eine konkrete Ausbildung der Verbindung gibt es unterschiedliche
Möglichkeiten. So ist es beispielsweise realisierbar, mindestens
eine, vorzugsweise zumindest näherungsweise in radialer
Richtung verlaufende, Bohrung und/oder mindestens einen, vorzugsweise
in radialer Richtung verlaufenden, Schlitz vorzusehen. Dabei kann
die mindestens eine Bohrung und/oder der mindestens eine Schlitz
am Steuerventilelement oder am, den Flachsitz tragenden, Ventilkörper
ausgebildet werden, Wird die Funktionsfläche relativ zu
der Gegenfläche derart angeordnet, dass zwischen der Funktionsfläche
und der Gegenfläche ein zuvor erläuterter Dämpfungsspalt
gebildet wird, kann auf zusätzliche Schlitze und/oder Bohrungen,
etc. verzichtet werden.
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Besonders
elegant ist eine Ausführungsform, bei der mehrere in Umfangsrichtung
nebeneinander angeordnete, Funktionsflächen vorgesehen sind.
Bevorzugt befindet sich zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung
benachbarten Funktionsflächen ein Radialkanal, über
den eine dauerhafte Verbindung zwischen der Ringnut und dem Niederdruckbereich
des Injektors sichergestellt wird. Bevorzugt sind die mindestens
zwei in Umfangsrichtung benachbarten Funktionsflächen in
der Form eines Rings angeordnet.
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Um
die Dichtigkeit des Steuerventils zu erhöhen, also um sicherzustellen,
dass die Federkraft einer auf das Steuerventilelement wirkenden
Steuerschließfeder zumindest zum größten
Teil direkt auf die Dichtfläche (Dichtlinie) wirkt, ist
in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass ein
die Funktionsfläche aufweisender Abschnitt des Steuerventilelementes
in axialer Richtung federnd ausgebildet ist. Über die Geometrie
kann die Steifigkeit des die Funktionsfläche aufweisenden
Abschnitts so angepasst werden, dass die Ausrichtung des Steuerventilelementes
relativ zu dem als Flachsitz ausgebildeten Steuerventilsitz sichergestellt
ist und gleichzeitig die Federkraft der Schließfeder im
ausgerichteten Zustand direkt auf die Dichtfläche und von
dieser auf den Steuerventilsitz weitergegeben wird. Zur Realisierung
einer federnden Wirkung in axialer Richtung kann beispielsweise
in einem Bereich oberhalb der Funktionsfläche im Steuerventilelement
eine Umfangsnut (Einschnürung) vorgesehen werden.
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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 unvollständige, schematische Darstellung eines Injektors
mit einem in axialer Richtung druckausgeglichenen Steuerventil,
dessen hülsenförmiges Steuerventilelement zusätzlich
zu einer Dichtfläche eine radial beabstandete Funktionsfläche aufweist,
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2:
eine perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
eines Steuerventilelementes mit integrierter Ankerplatte,
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3:
eine unvollständige Darstellung eines Injektors, bei dem
die Funktionsfläche des Steuerventilelementes mit Axialabstand
zu einer Gegenfläche, mit dieser einen Dämpfungsspalt
bildend angeordnet ist,
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4:
eine unvollständige, schematische Darstellung eines Injektors
mit einem hülsenförmigen Steuerventilelement,
das einen in axialer Richtung federnden, eine Funktionsfläche
aufweisenden, Abschnitt (Ringabschnitt) aufweist,
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5:
eine unvollständige. Darstellung einer Ausführungsform
eines Injektors, bei dem das Steuerventilelement am Außenumfang
geführt ist,
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6:
eine mögliche Ausführungsform eines Injektors
mit einem nicht hülsenförmigen Steuerventilelement,
und
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7:
eine alternative Ausführung eines Injektors mit einem hülsenförmigen
Steuerventilelement.
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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 Injektor 1 zum
Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Eine Hochdruckpumpe 2 pumpt
Kraftstoff aus 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 2000 barg gespeichert. An den
Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist der Injektor 1 neben
anderen, nicht gezeigten, Injektoren über eine Versorgungsleitung 5 angeschlossen.
Die Versorgungsleitung 5 mündet in einen Druckraum 6. Mittels
einer Rücklaufleitung 7, ist ein Niederdruckbereich 8 des Injektors 1 an
den Vorratsbehälter 3 angeschlossen. Über
die Rücklaufleitung 7 kann eine später
noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff von dem Injektor 1 zu
dem Vorratsbehälter 3 abfließen.
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Innerhalb
eines Injektorkörpers 9 ist ein Einspritzventilelement 10,
von dem in der Zeichnung nur ein oberer Abschnitt gezeigt ist, längsverschieblich angeordnet.
Das Einspritzventilelement 10 kann einteilig oder mehrteilig
ausgebildet werden. An seiner nicht gezeigten (unteren) Spitze weist,
das Einspritzventilelement 10 eine Schließfläche
auf, mit welcher das Einspritzventilelement 10 in dichte
Anlage an einen Einspritzventilelementsitz (nicht gezeigt) bringbar
ist.
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Wenn
das Einspritzventilelement 10 an seinem Einspritzventilelementsitz
anliegt, d. h. sich in einer Schließstellung befindet,
ist der Kraftstoffaustritt aus einer nicht gezeigten Düsenlochanordnung
gesperrt. Ist es dagegen von seinem Einspritzventilelementsitz abgehoben,
kann Kraftstoff aus dem Druckraum 6 durch die Düsenlochanordnung
strömen und im Wesentlichen unter Hochdruck (Raildruck)
stehend in den ebenfalls nicht gezeigten Brennraum gespritzt werden.
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Von
einer oberen Stirnseite 11 des Einspritzventilelementes 10 und
einem in der Zeichnungsebene unteren, hülsenförmigen
Abschnitt 12 eines Ventilkörpers 13 wird
eine Steuerkammer 14 begrenzt, die über eine radial
in dem hülsenförmigen Abschnitt 12 des
Ventilkörpers 13 verlaufende Zulaufdrossel 15 mit
unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Druckraum 6 versorgt
wird. Die Steuerkammer 14 ist über einen, in einem
oberen, plattenförmigen Abschnitt 16 des Ventilkörpers 13 angeordneten,
Ablaufkanal 17 mit Ablaufdrossel 18 mit einer
Ventilkammer 19 verbunden, die radial außen von
einem hülsenförmigen Steuerventilelement 20 eines
Steuerventils 21 (Servoventil) begrenzt ist.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Steuerventilelement 20 einteilig
mit einer Ankerplatte 22 verbunden, die Bestandteil eines
elektromagnetischen Aktuators 23 ist. Wird der elektromagnetische
Aktuator 23 bestromt, hebt das Steuerventilelement 20 mit
seiner stirnseitigen, kreislinienförmigen Dichtfläche 24 von
einem als Flachsitz ausgebildeten Steuerventilsitz 25 ab,
wodurch in der Folge Kraftstoff aus der Ventilkammer 19 in
den Niederdruckbereich 8 und von dort aus über
die Rückflussleitung 7 zum Vorratsbehälter 3 strömen
kann. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 15 und
der Ablaufdrossel 18 sind dabei derart aufeinander abgestimmt,
dass bei geöffnetem Steuerventil 21, also bei
von dem Steuerventilsitz 25 abgehobenem Steuerventilelement 20,
ein Nettoabfluss von Kraftstoff (Steuermenge) aus der Steuerkammer 14 über
die Ventilkammer 19 in den Niederdruckbereich 8 des
Injektors 1 und von dort aus über die Rücklaufleitung 7 in
den Vorratsbehälter 3 resultiert. Hieraus resultiert
wiederum ein rapider Druckabfall in der Steuerkammer 14,
wodurch das Einspritzventilelement 10, entgegen der Kraft
einer Schließfeder 26, in der Zeichnungsebene nach
oben in die Steuerkammer 14 hineinbewegt wird, wodurch
wiederum Kraftstoff in den Brennraum strömen kann.
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Zum
Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung des elektromagnetischen
Aktuators 23 unterbrochen. Eine Steuerschließfeder 27 bewegt dabei
das hülsenförmige Steuerventilelement 20, welches
mit seinem Innenumfang an einem unteren Abschnitt eines mit Abstand
zu dem Ventilkörper 13 angeordneten Bolzens 28 (Druckstift)
geführt ist, zurück auf den als Flachsitz ausgebildeten
Steuerventilsitz 25. Die Steuerschließfeder 27 stützt
sich hierzu einenends an einem Umfangsbund 29 des Bolzens 28 und
anderenends an einem Ringteil 30 ab, welches unmittelbar
auf der Ankerplatte 22 aufliegt. Der die in axialer Richtung
(in der Zeichnungsebene nach oben) in der Ventilkammer 19 wirkenden
Druckkräfte aufnehmende Bolzen 28 (Druckstift)
stützt sich wiederum mit seinem Umfangsbund 29 an
einem Ringteil 32 ab, welches an einem Injektordeckel 33 anliegt.
Durch den durch die Zulaufdrossel 15 nachströmenden
Kraftstoff steigt in der Folge der Druck innerhalb der Steuerkammer 14 rapide
an, wodurch das Einspritzventilelement 10, unterstützt
durch die Federkraft der Schließfeder 26, die
sich an einem Umfangsbund 31 des Einspritzventilelementes 10 abstützt,
in Richtung des nicht gezeigten Einspritzventilelementsitzes bewegt
wird, wodurch der Kraftstofffluss aus der ebenfalls nicht gezeigten
Düsenlochanordnung in den Brennraum unterbrochen wird.
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Wie
sich aus 1 weiter ergibt, ist die linienförmige
Dichtfläche 24 unmittelbar am Innenumfang des
hülsenförmigen Steuerventilelementes 20 angeordnet,
so dass auf das Steuerventilelement im geschlossenen Zustand keine
in axialer Richtung orientierte Druckkräfte wirken.
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Mit
Radialabstand zu der Dichtfläche 24, konzentrisch
zu dieser, ist eine Funktionsfläche 34 an der
Stirnseite des Steuerventilelementes 20 vorgesehen. Radial
zwischen der Funktionsfläche 34 und der Dichtfläche 24 befindet
sich eine Ringnut 35. Die Funktionsfläche 34 wirkt
bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bei
geschlossenem Steuerventil 21 derart mit einer am Ventilkörper 13 ausgebildeten Gegenfläche 36 zusammen,
dass bei schräg einschlagendem Steuerventilelement 20 ein
auf dieses wirkendes, selbst ausrichtendes Drehmoment erzeugt wird,
welches die Dichtfläche 24 relativ zu der Gegenfläche 36 ausrichtet,
so dass die Dichtfläche 24, zumindest näherungsweise,
gleichmäßig auf den als Flachsitz ausgebildeten
Steuerventilsitz 25 gepresst wird. Die Ringnut 35 ist
dauerhaft mit dem Niederdruckbereich 8 verbunden (nicht
gezeigt), um einen Druckanstieg im Bereich der Ringnut 35 zu
vermeiden.
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In 2 ist
eine mögliche Ausführungsform des Steuerventilelementes 20 für
einen Injektor 1 gezeigt. Zu erkennen ist die Steuerschließfeder 27,
die konzentrisch um einen Bolzen 28 angeordnet ist, welcher
als Innenführung für das Steuerventilelement 20 sowie
zur Aufnahme der axialen Druckkräfte innerhalb der Ventilkammer 19 dient.
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Stirnseitig
an der dem, in 2 nicht gezeigten Ventilkörper 13,
zugewandten Seite ist am Innenumfang des hülsenförmigen
Steuerventilelementes 20 mit seiner angeformten Ankerplatte 22 eine
ringförmige Dichtfläche 24 zur unmittelbaren
Anlage an dem als Flachsitz ausgebildeten Steuerventilsitz (nicht
gezeigt) angeordnet. Mit Radialabstand zu der Dichtfläche 24 befinden
sich mehrere in Umfangsrichtung beabstandete, kreisringförmig
angeordnete Funktionsflächen 34, wobei zwischen
jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Funktionsflächen 34 ein
Radialkanal 37 gebildet ist, der eine dauerhafte hydraulische
Verbindung zwischen der Ringnut 35, die sich radial zwischen
den Funktionsflächen 34 und der Dichtfläche 24 befindet,
sicherzustellen. Anstelle der dargestellten Variante mit einer Vielzahl
von Funktionsflächen 34 können bei Bedarf
auch lediglich zwei, vorzugsweise gleich große, Funktionsflächen 34 vorgesehen
werden, die über zwei Radialkanäle 37 in
Umfangsrichtung von einander getrennt sind.
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In 3 ist
ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Injektors 1 gezeigt.
Zu erkennen ist der Ventilkörper 13 mit seinem,
an der in der Zeichnungsebene oberen Seite befindlichen, als Flachsitz
ausgebildeten Steuerventilsitz 25, auf dem im geschlossenen
Zustand des Steuerventils 21 das hülsenförmige
Steuerventilelement 20 mit seiner Dichtfläche 24 aufliegt.
Im geschlossenen Zustand des Steuerventils 21 liegt eine
mit Radialabstand zu der Dichtfläche 24 angeordnete
Funktionsfläche 34 nicht unmittelbar auf einer
dieser zugeordneten Gegenfläche 36 auf, sondern
zwischen diesen beiden Flächen 34, 36 ist ein
Dämpfungsspalt 38 mit einer Höhe H von
in diesem Ausführungsbeispiel 2 μm ausgebildet.
Die radial zwischen der Dichtfläche 24 und der
Funktionsfläche 34 angeordnete Ringnut 35 ist über
eine schräg in radialer Richtung verlaufende Bohrung 39 mit
dem Niederdruckbereich 8 des Injektors 1 verbunden.
Bei einer derartigen Ausführungsform kann die Funktionsfläche 34 als
geschlossene Ringfläche ausgebildet sein. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel grenzt die Funktionsfläche 34 an
den Außenumfang des Steuerventilelementes 20 an.
Wie aus 3 zu erkennen ist, ist die Gegenfläche 36 mit
dem Steuerventilsitz 25 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
Dagegen befinden sich die Dichtfläche 24 und die
Funktionsfläche 34 in unterschiedlichen, in axialer
Richtung voneinander beabstandeten Ebenen. Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß
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3 kann
aufgrund des Vorsehens des Dämpfungsspaltes 38 bei
Bedarf auf die mindestens eine Bohrung 39 verzichtet werden.
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Alternativ
ist eine nicht gezeigte Ausführungsform realisierbar, bei
der trotz des Vorsehens eines Dämpfungsspaltes 38 die
Dichtfläche 24 und die Funktionsfläche 34 in
einer Ebene liegen. Hierzu kann beispielsweise die Gegenfläche 36 gegenüber dem
Steuerventilsitz 25 abgesetzt, also nicht in einer Ebene
liegend, angeordnet werden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist
wiederum ein hülsenförmiges Steuerventilelement 20 vorgesehen,
das mit seinem Innenumfang an einem Bolzen 28 geführt
ist. Zu erkennen ist die mit Radialabstand zur Dichtfläche 24 angeordnete
Funktionsfläche 34. Diese ist an einem Abschnitt 40 des Steuerventilelementes 20 angeordnet,
der aufgrund des Vorsehens einer Einschnürung 41 (Umfangsnut) am
Außenumfang des Steuerventilelementes 20 in axialer
Richtung federt, um so trotz der Realisierung eines selbstausrichtenden
Drehmomentes für den Fall eines schrägen Einschlagens
des Steuerventilelementes 20 am Steuerventilsitz 25 eine
ausreichend große Flächenpressung im Bereich der
Dichtfläche 24 zu realisieren. Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 4 befindet sich die mit der
Funktionsfläche 34 zusammenwirkende Gegenfläche 36 in
einer gemeinsamen Ebene mit dem Steuerventilsitz 25 (Sitzfläche).
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Das
Ausführungsbeispiel gemäß 5 entspricht
im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 4,
so dass zur Vermeidung von Wiederholungen hier im Wesentlichen auf
die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 eingegangen
werden soll. Zusätzlich zu dem Bolzen 28, der bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 im
Wesentlichen nur die Funktion zur Aufnahme von in axialer Richtung
wirkenden hydraulischen Kräften aufweist, ist eine Außenführung 42 für
das hülsenförmige Steuerventilelement 20 vorgesehen.
Diese wird von einem hülsenförmigen Bauteil 43 mit
einem Radialkanal 44 gebildet, über den Kraftstoff
bei geöffnetem Steuerventil 21 in Richtung zur
Rücklaufleitung 7 (hier nicht gezeigt) abströmen
kann.
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Wie
aus den 6 und 7 ersichtlich
ist, kann die Kombination aus Dichtfläche 24 auch
bei anders aufgebauten Steuerventilen 21, wobei es sich bei
den Steuerventilen 21 auch nicht zwangsläufig um
in axialer Richtung druckausgeglichene Ventile handeln muss. Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist
das Steuerventilelement 20 nicht hülsenförmig
ausgebildet und die Zuströmung zum Steuerventilelement 20 erfolgt
von radial außen durch einen Ablaufkanal 17 in
einen Ventilkörper 13. Über schräge Bohrungen 38 gelangt
Kraftstoff in eine Ringnut 35 radial zwischen der Dichtfläche 24 und
Funktionsfläche 34. Bei geöffnetem Steuerventil 21 strömt
Kraftstoff zentrisch in der Zeichnungsebene nach unten in einen
Niederdruckbereich 8 des Injektors 1. Das Steuerventilelement 21 ist
am Außenumfang eines bolzenförmigen Fortsatzes 45 geführt.
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Das
Ausführungsbeispiel gemäß 7 entspricht
im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 mit
dem Unterschied, dass es sich bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 6 um ein Steuerventil 21 mit
einem hülsenförmigen Steuerventilelement 20 handelt.
Der Kraftstoff strömt von radial außen zum Steuerventilelement 20 durch
den Ablaufkanal 17 aus der nicht gezeigten Steuerkammer
und bei geöffnetem Steuerventil 21 in axialer
Richtung durch das hohle, hülsenförmige Steuerventilelement 20 hindurch
zum Niederdruckbereich 8 des Injektors 1 und von
dort aus zu dem nicht gezeigten Vorratsbehälter.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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