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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor zum Einspritzen von
Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 10 2006
008 648 A1 ist ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter
Kraftstoff-Injektor bekannt, der ein zweiteiliges Einspritzventilelement
aufweist, welches über ein Steuerventil (Servo-Ventil)
ansteuerbar ist. Die beiden Teile des Einspritzventilelementes sind über
einen hydraulischen Koppler miteinander gekoppelt. Im Ruhezustand
des Kraftstoff-Injektors herrscht im hydraulischen Koppler Raildruck.
Der bekannte Kraftstoff-Injektor ist leckagearm, d. h. ohne Niederdruckstufe
ausgeführt. Zum Erzielen einer ausreichenden hydraulischen
Nadelschließkraft ist in einem einen unteren Düsenraum mit
Kraftstoff versorgenden Verbindungskanal eine Schließdrossel
eingebracht. Nachteilig bei dem bekannten Kraftstoff-Injektor ist
es, dass die beiden Teile des Einspritzventilelementes nicht wie
ein einziges Teil, sondern verzögert bei einer Ansteuerung
des Einspritzventilelementes reagieren. Dies kann nur durch sehr
schnell schaltende Steuerventile kompensiert werden, was jedoch
mit höheren Kosten verbunden ist.
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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 alternativen Kraftstoff-Injektor
vorzuschlagen, bei dem mindestens zwei Einspritzventilelementteile über
einen leckagearmen hydraulischen Koppler miteinander gekoppelt sind.
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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, eine starke Verpressung der
beiden separaten, mittels des hydraulischen Kopplers gekoppelten
(wirkverbundenen), Einspritzventilelementteile dadurch zu erreichen,
dass der hydraulische Koppler, genauer ein Kopplerraum des Kopplers,
insbesondere dauerhaft, mit einer Niederdruckquelle, insbesondere
einem mit einem Injektorrücklauf verbundenen Niederdruckbereich
des Injektors, verbunden ist. Aufgrund des im Vergleich zum Hochdruckbereich
des Kraftstoff-Injektors reduzierten Drucks innerhalb des hydraulischen
Kopplers werden die Einspritzventilelementteile während
des Betriebs des Kraftstoff-Injektors permanent und mit erheblichen
Kräften miteinander verbunden, sodass sie aus Funktionssicht
als einteilig betrachtet werden können. Dieser Effekt ist gerade
bei einer Mehrfacheinspritzung von signifikantem Vorteil, da im
Vergleich mit bekannten, nicht druckreduzierten hydraulischen Kopplern
ein Unterdruck im hydraulischen Koppler nicht erst mit dem Einspritzventilelementhub
aufgebaut werden muss. Im Vergleich zu einem einteiligen Einspritzventilelement
wird der Vorteil erzielt, dass auf eine auf aktuelle Fertigungsabläufe
abgestimmte Logistik zurückgegriffen werden kann. Darüber
hinaus ist es möglich, den Düsennadelteil des
Einspritzventilelementes aus einem anderen Material auszubilden,
als den Steuerstangenteil, wodurch die Einspritzventilelementteile an
spezifische Anforderungen (Steifigkeit/Festigkeit) optimal angepasst
werden können. Um die durch die den hydraulischen Koppler,
genauer den Kopplerraum, axial begrenzenden Führungsspalte
hindurchströmende Leckagemenge zu minimieren, ist bei einem
nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Kraftstoff-Injektor
vorgesehen, dass beide Führungen zumindest abschnittsweise
radial außen mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umgeben
sind. Anders ausgedrückt, ist das mindestens eine die Führungsspalte
radial außen begrenzenden Injektorbauteil in einem Bereich
radial außerhalb des jeweiligen, zwischen dem mindestens
ein Injektorbauteil und dem Einspritzventilelement ausgebildeten
Führungsspalt mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umgeben,
wodurch eine Aufweitung der Führungsspalte durch in die
Führungsspalte eindringenden, unter Hochdruck stehenden
Kraftstoff vermieden wird. Noch anders ausgedrückt wird
eine Aufweitung des einen oder der die Führungsspalte begrenzenden
Injektorbauteil(e) dadurch minimiert, dass der Druck in den Führungsspalten
zumindest näherungsweise genauso groß ist wie
außerhalb des/der Injektorbauteil(e) in einem Bereich radial
außerhalb der Führungsspalte. Auf die beschriebene
Weise wird besonders elegant eine starke hydraulische Kopplung zweier
Einspritzventilelementteile unter Zuhilfenahme ei nes, insbesondere
wesentlich, geringeren Drucks als der Raildruck erreicht, ohne dass
hierbei besonders große Leckagemengen anfallen.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass innerhalb
des hydraulischen Kopplers eine Niederdruckstufe realisiert ist,
die eine in Schließrichtung auf das Einspritzventilelement
wirkende hydraulische Kraft verursacht. Hierdurch kann die Einspritzventilelementschaltzeit
beschleunigt werden. Da die von der Niederdruckstufe erzeugte, hydraulische,
auf das Einspritzventilelement wirkende, Schließkraft raildruckabhängig
ist, wirkt diese Schließkraft nicht erst während
der Einspritzung, wie bei einer Schließdrossel, sondern
permanent. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn auf eine zusätzliche
Schließdrossel, die den Kraftstoffdruck im Bereich der
Einspritzventilelementstütze im Vergleich zum Kraftstoffdruck
im Bereich eines Zulaufkanals des Kraftstoff-Injektors verringert,
verzichtet wird. Durch das Vorsehen einer Schließdrossel
würde der effektive Einspritzdruck um etwa bis zu 150 bar
reduziert. Hierauf kann aufgrund des Vorsehens einer Niederdruckstufe
im hydraulischen Koppler mit Vorteil verzichtet werden. Die Niederdruckstufe
wird bevorzugt dadurch realisiert, dass der Durchmesser des zur
Düsenlochanordnung benachbarten Einspritzventilelementteils
(Düsennadel) im Vergleich zu dem Durchmesser des düsenlochfernen
Einspritzventilelementteils in einem den hydraulischen Koppler begrenzenden
Abschnitt (etwas) reduziert wird. Anders ausgedrückt ist
der Führungsdurchmesser der der Düsenlochanordnung
zugewandten Führung bevorzugt etwas geringer als der Führungsdurchmesser
der anderen, den hydraulischen Koppler axial begrenzenden (insbesondere
oberen) Führung.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der hydraulische
Koppler über einen Verbindungskanal an einen Niederdruckbereich
des Kraftstoff-Injektors angeschlossen ist. Hierdurch kann der Druck
im hydraulischen Koppler im Vergleich zum Raildruck erheblich reduziert
werden. Für den Fall, dass der Verbindungskanal, zumindest
näherungsweise, drosselfrei ausgebildet ist, herrscht innerhalb
des hydraulischen Kopplers, zumindest näherungsweise, Niederdruck,
vorzugsweise in einem Druckbereich zwischen etwa 0 und 20 bar.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass zumindest
eine der beiden, den hydraulischen Koppler begrenzenden Führungen von
einem hülsenförmigen Fortsatz eines Plattenelementes
gebildet ist, wobei dieser hülsenförmige Fortsatz,
zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, radial
außen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umgeben
ist. Besonders bevorzugt ist es dabei, in dem Plattenelement einen
Abschnitt des Verbindungskanals, insbesondere als Radialkanal, vorzusehen,
der den hydraulischen Koppler mit dem Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors
verbindet. Bevorzugt mündet in den Niederdruckbereich des
Kraftstoff-Injektors nicht nur der genannte Verbindungskanal, sondern
auch ein Ablaufkanal aus einer Steuerkammer, über den bei
geöffnetem Steuerventil Kraftstoff aus der Steuerkammer
in Richtung Injektorrücklauf abströmt.
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Besonders
bevorzugt ist eine Konstruktionsvariante, bei der in dem Plattenelement
mindestens ein, vorzugsweise drosselfreier, Axialkanal vorgesehen
ist, durch den Kraftstoff bei geöffnetem Einspritzventilelement
in axialer Richtung zur Düsenlochanordnung strömen
kann.
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Besonders
zweckmäßig ist es, wenn das Plattenelement zwischen
einem (oberen) Injektorkörper und einem (unteren) eine
Düsenlochanordnung aufweisenden Düsenkörper
angeordnet, also zwischen diesen Gehäuseteilen verspannt
ist. Bevorzugt wird dabei der Düsenkörper mittels
einer Überwurfmutter mit einem Außengewinde des
Injektorkörpers verschraubt.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der zumindest eine
der den Koppler axial begrenzenden Führungen von einer
in einem Hochdruckraum angeordneten, insbesondere federkraftbeaufschlagten,
Hülse gebildet ist. Besonders zweckmäßig
ist dabei eine Ausführungsform, bei der die Hülse
von der Feder in axialer Richtung gegen das zuvor erläuterte
Plattenelement gepresst wird. Dabei ist eine Ausführungsform
besonders bevorzugt, bei der es sich bei dieser Feder gleichzeitig
um die ein Einspritzventilelementteil in Richtung der Düsenlochanordnung
beaufschlagende Schließfeder handelt, die sich einenends
an der Hülse und anderenends am Einspritzventilelementteil,
insbesondere an einem Umfangsbund oder einem Sicherungsring des
Einspritzventilelementteils, abstützt.
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Wie
zuvor erläutert, ist es möglich, den hydraulischen
Koppler auf den am Injektorrücklauf anliegenden Niederdruck
zu legen. Es ist jedoch auch eine Ausführungsform realisierbar,
bei der der Druck im hydraulischen Koppler so dimensioniert wird,
dass er zwar unter dem Hochdruck des Kraftstoffs außerhalb
der den hydraulischen Koppler begrenzenden Führungen, jedoch
oberhalb des Niederdrucks im Bereich des Injektorrücklaufs
liegt. Hierzu wird bevorzugt in dem den hydraulischen Koppler mit
dem Niederdruckbereich verbindenden Verbindungskanal mindestens
eine Drossel ange ordnet. Diese ist dabei so abgestimmt, dass der
Druck im hydraulischen Koppler höher ist als im Bereich
des Injektorrücklaufs. Durch die Realisierung eines im
Vergleich zum Niederdruck im Injektorrücklaufbereich höheren
(Nieder-)Drucks im hydraulischen Koppler wird die Bauteilbelastung
im Bereich des hydraulischen Kopplers reduziert. Da aufgrund des
Vorsehens der Drossel im Verbindungskanal der Druck im hydraulischen
Koppler nun lastabhängig ist, ist es bevorzugt, im Fall
des Vorsehens einer derartigen Drossel, auf eine Niederdruckstufe
im hydraulischen Koppler zu verzichten, sodass der hydraulische
Koppler nicht mehr die Funktion hat, eine hydraulische Schließkraft
zu erzeugen, sondern ausschließlich eine Kopplungsfunktion.
Durch den etwas erhöhten Druck im hydraulischen Koppler
wird die sowieso schon geringe Leckagemenge, die durch die Führungen
in den hydraulischen Koppler und damit in den Niederdruckbereich
abströmt, noch weiter reduziert. Bevorzugt ist die Drossel
so ausgelegt, dass der Druck im hydraulischen Koppler etwa dem halben
Raildruck entspricht.
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Bevorzugt
wird in diesem Fall zum Erzeugen einer hydraulischen Schließkraft
eine Schließdrossel vorgesehen, die derart dimensioniert
ist, dass der Druck im Bereich der Spitze des Einspritzventilelementes
geringer ist, vorzugsweise um etwa 50 bis 200 bar, als der Raildruck.
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Konstruktiv
besonders elegant ist eine Ausführungsform, bei der eine
derartige Schließdrossel in einem Injektorbauteil angeordnet
ist, das radial innen eine Steuerkammer begrenzt. Bevorzugt sind
in diesem Injektorbauteil gleichzeitig auch eine Zulaufdrossel für
die Steuerkammer und eine Ablaufdrossel aus der Steuerkammer und
ggf. auch eine Füll drossel zum beschleunigten Rückbefüllen
der Steuerkammer eingebracht.
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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 ein
erstes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoff-Injektors mit
einem an einen Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors angeschlossenem hydraulischen
Koppler mit Niederdruckstufe und
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2 eine
Ausführungsvariante eines Kraftstoff-Injektors mit an einem
Niederdruckbereich des Kraftstoff-Injektors angeschlossenem hydraulischen Koppler
ohne Niederdruckstufe und mit einer in einem Verbindungskanal zwischen
dem hydraulischen Koppler und dem Niederdruckbereich angeordneten Drossel
zur Einstellung des Drucks im hydraulischen Koppler.
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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 ei nes Kraftfahrzeugs dargestellt. Eine Hochdruckpumpe 2 fördert
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 über 2000 bar, gespeichert.
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An
den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist der Kraftstoff-Injektor 1 neben
anderen, nicht gezeigten Injektoren über eine Versorgungsleitung 5 angeschlossen.
Die Versorgungsleitung 5 mündet in einen Versorgungskanal 6 des
Kraftstoff-Injektors 1, der in einen Hochdruckraum 7 des
Kraftstoff-Injektors 1 mündet. Der Hochdruckraum 7 bildet
ein Mini-Rail, aufgrund dessen Druckschwingungen minimiert werden.
Mittels einer Rücklaufleitung 8 ist ein Niederdruckbereich 9 des
Kraftstoff-Injektors 1 an den Vorratsbehälter 3 angeschlossen. Über
einen Injektor-Rücklaufanschluss 10 und die Rücklaufleitung 8 kann
eine später noch zu erläuternde Steuermenge sowie
eine geringe Leckagemenge an Kraftstoff von dem Kraftstoff-Injektor 1 zu
dem Vorratsbehälter 3 abfließen.
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Der
Kraftstoff-Injektor 1 weist ein Gehäuse 11 auf,
das einen Injektorkörper 12, in den der Versorgungskanal 6 eingebracht
ist und einen unteren Düsenkörper 13 umfasst.
Zwischen dem Injektorkörper 12 und dem Düsenkörper 13 ist
ein später noch zu erläuterndes Plattenelement 14 geklemmt,
wobei der Düsenkörper 13 mittels einer
Uberwurfmutter 15 gegen das Plattenelement 14 und
dieses in der Folge gegen den Düsenkörper 13 verspannt
ist. Hierzu ist die Überwurfmutter 15 mit einem
Außengewinde des Injektorkörpers 12 verschraubt.
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Das
Kopfteil des Gehäuses 11 wird gebildet von einer
Spannmutter 16, die mit dem Injektorkörper 12 verschraubt
ist, und die ein Deckelelement 17, aufweisend den Injektor-Rücklaufanschluss 10,
gegen eine Elektromagnetanordnung 18 eines später noch
zu erläuternden, elektromagnetischen Aktuators 19 verspannt,
welcher wiederum in axialer Richtung auf einer inneren Schulter 20 der
Spannmutter 16 aufliegt.
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In
dem Gehäuse 11, genauer im Injektorkörper 12 und
im Düsenkörper 13, ist ein zweiteiliges Einspritzventilelement 21 aufgenommen.
Dieses umfasst einen oberen, ersten Teil 22 (Steuerstange)
und einen unteren, zweiten Teil 23 (Düsennadel).
Das erste und das zweite Teil 22, 23 des Einspritzventilelementes 21 sind über
einen später noch zu erläuternden hydraulischen
Koppler 24 miteinander gekoppelt und verhalten sich wie
ein einziges Bauteil. Das zweite, untere Teil 23 des Einspritzventilelementes 21 ist
in einer Führungsbohrung 25 im Düsenkörper 13 geführt.
Hier sind am Außenumfang des zweiten Teils 23 in
einem Bereich innerhalb des Führungsbohrung 25 Axialkanäle 26 ausgebildet, über die
bei geöffnetem Einspritzventilelement 21 Kraftstoff
aus dem Hochdruckraum 7 in einen unteren Ringraum 67 strömen
kann, in dem im Wesentlichen der gleiche Kraftstoffdruck herrscht,
wie im Hochdruckraum 7. Um dies zu gewährleisten,
sind die als Anschliffe ausgebildeten Axialkanäle 26 sowie
ein Axialkanal 66 im Plattenelement 14 (zumindest
näherungsweise) drosselfrei ausgebildet. In der Folge entspricht
auch der Kraftstoffdruck in einem zwischen dem Plattenelement 14 und
der Führungsbohrung 25 gebildeten Zwischenraum 27 dem
Kraftstoffdruck innerhalb des Hochdruckraums 7. Auf eine
im Stand der Technik ansonsten notwendige Schließdrossel wird
bei dem Ausführungsbeispiel ge mäß 1 (im Gegensatz
zu dem später noch zu erläuternden Ausführungsbeispiel
gemäß 2) bewusst verzichtet.
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Das
Einspritzventilelement 21, genauer das zweite Teil 23,
weist an seiner Spitze 28 eine Schließfläche 29 auf,
mit der das Einspritzventilelement 21 in dichte Anlage
an einen innerhalb des Düsenkörpers 13 ausgebildeten
Einspritzventilelementsitz 30 (Düsennadelsitz)
bringbar ist. Wenn das Einspritzventilelement 21 an seinem
Einspritzventilelementsitz 30 anliegt, d. h. sich in einer
Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus
einer Düsenlochanordnung 31 gesperrt. Ist es dagegen
von seinem Einspritzventilelementsitz 30 abgehoben und
befindet sich in einer, hier nicht-ballistischen, Öffnungsstellung
kann Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 7 über den
Zwischenraum 27 und den unteren Ringraum 67 an
dem Einspritzventilelementsitz 30 vorbei zur Düsenlochanordnung 31 strömen
und dort im Wesentlichen unter Hochdruck (Raildruck) stehend in
den Brennraum gespritzt werden.
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Von
einer oberen Stirnseite 32 des ersten Teils 22 des
Einspritzventilelementes 21 und einem in der Zeichnungsebene
unteren hülsenförmigen Abschnitt 33 eines
als Drosselbauteil ausgebildeten Injektorbauteils 34 wird
eine Steuerkammer 35 begrenzt, die über eine radial
in dem hülsenförmigen Abschnitt 33 verlaufende
Zulaufdrossel 36 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff
aus dem Hochdruckraum 7 versorgt wird. Die Steuerkammer 35 ist über
eine, in einem oberen, plattenförmigen Abschnitt 37 des
Injektorbauteils 34 vorgesehene Ablaufdrossel 38 mit
einer Ventilkammer 39 eines Steuerventils 40 (Servo-Ventil)
verbunden. Die Ventilkammer 39 wird radial außen
von einem hülsenförmigen Steuerventilelement 41 begrenzt,
das einstückig mit einer mit dem elektromagnetischen Aktuator 19 zusammenwirkenden
Ankerplatte 42 ausgebildet ist. Das hülsenförmige
Steuerventilelement 41 ist in seiner Schließstellung
in axialer Richtung druckausgeglichen. Die Steuerkammer 35 wird
axial nach oben von einem Führungsbolzen 43 begrenzt,
der sich axial am Deckelelement 17 abstützt und
der zum einen die Aufgabe hat, das Steuerventilelement 41 bei
seiner Verstellbewegung zu führen und zum anderen die Ventilkammer 39 in
axialer Richtung nach oben abzudichten. Aus der Ventilkammer 39 kann
Kraftstoff in den Niederdruckbereich 9 des Kraftstoff-Injektors 1 einströmen,
wenn das von dem elektromagnetischen Aktuator 19 betätigbare
Steuerventilelement 41 von seinem als Flachsitz ausgebildeten
und am dem plattenförmigen Abschnitt 37 des Injektorbauteils 34 angeordneten,
Steuerventilsitz 44 abgehoben, d. h. das Steuerventil 40 geöffnet
ist. Bei geöffnetem Steuerventil 40 strömt
dabei über die Ablaufdrossel 38 Kraftstoff aus
der Steuerkammer 35 nach. Die Durchflussquerschnitte der
Zulaufdrossel 36 und der Ablaufdrossel 38 sind
dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem
Steuerventil 40 ein Nettoabfluss von Kraftstoff (Steuermenge)
aus der Steuerkammer 35 über die Ventilkammer 39 in
den Niederdruckbereich 9 des Kraftstoff-Injektors 1 und
von dort aus über die Rücklaufleitung 8 in
den Vorratsbehälter 3 resultiert. Hierdurch sinkt
der Druck in der Steuerkammer 35 rapide ab, wodurch das
Einspritzventilelement 21 eine resultierende Öffnungskraft
erfährt und in der Folge mit einem stirnseitigen Anschlagabschnitt 45 an
der Decke des hülsenförmigen Abschnitts 33 anschlägt.
Das Einspritzventilelement 21 hebt also von seinem Einspritzventilelementsitz 30 ab,
sodass Kraftstoff durch die Düsenlochanordnung 31 ausströmen
kann.
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Zum
Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung der Elektromagnetanordnung 18 des elektromagnetischen
Aktuators 19 unterbrochen. Eine sich an dem Führungsbolzen 43 axial
abstützende Steuerschließfeder 46 bewegt
in der Folge das hülsenförmige Steuerventilelement 41 zurück
auf seinen Steuerventilsitz 44. Durch den durch die Zulaufdrossel 36 nachströmenden
Kraftstoff steigt der Druck in der Steuerkammer 35 rapide
an, wodurch das Einspritzventilelement 21, unterstützt
durch die Federkraft einer Schließfeder 47, zurück
auf seinen Einspritzventilelementsitz 30 bewegt wird, wodurch wiederum
der Kraftstofffluss aus der Düsenlochanordnung 31 in
den Brennraum unterbrochen wird. Das Auffüllen der Steuerkammer 35 über
die Zulaufdrossel 36 wird über eine Fülldrossel 61 beschleunigt,
die den Hochdruckraum 7 dauerhaft hydraulisch mit der Ventilkammer 39 verbindet.
Ggf. kann auch auf diese Fülldrossel 61 verzichtet
werden.
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Das
erste und das zweite Teil 22, 23 des Einspritzventilelementes 21 sind
hydraulisch in dem hydraulischen Koppler 24, genauer in
einem Kopplerraum 48, miteinander gekoppelt und verhalten
sich wie ein einziges Bauteil. Dies ist darauf zurückzuführen,
dass der hydraulische Koppler 24, bzw. der Kopplerraum 48 über
einen mehrteiligen Verbindungskanal 49 dauerhaft mit dem
im Injektorkopf angeordneten Niederdruckbereich 9 des Kraftstoff-Injektors 1 verbunden
ist, und somit während des Betriebs des Kraftstoff-Injektors 1 dauerhaft
auf Niederdruck liegt. Der Verbindungskanal 49 wird gebildet von
einem im Plattenelement 14 vorgesehenen Radialkanal 50,
einem Ringraum 51 radial zwischen dem Plattenelement 14 und
der Überwurfmutter 15 sowie einem senkrecht verlaufenden
Kanal 52 im Injektorkörper 12.
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Der
hydraulische Koppler 24 wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
in axialer Richtung nach oben begrenzt von einer ersten Führung 53 für
den ersten Teil 22 des Einspritzventilelementes 21 und
in axialer Richtung nach unten von einer zweiten Führung 54 für
den zweiten, unteren Teil 23 des Einspritzventilelementes 21.
Dabei umfasst die erste Führung 53 einen ersten
Führungsspalt 55 (Ringspalt) radial zwischen einem
hülsenförmigen Fortsatz 56 des Plattenelementes 14 und
einem unteren Abschnitt des ersten Teils 22 des Einspritzventilelementes 21.
Analog umfasst die zweite Führung 54 einen zweiten
Führungsspalt 57 (Ringspalt) radial zwischen einer
von der Schließfeder 47 federkraftbeaufschlagten
Hülse 58 und einem oberen Abschnitt des zweiten
Teils 23 des Einspritzventilelements 21. Die Schließfeder 47 stützt
sich dabei einenends an der unteren Stirnseite der Hülse 58 und
anderenends an einem Umfangsbund 59 des zweiten Teils 23 des
Einspritzventilelements 21 ab.
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Die
Führungsspalte 55, 57 sind vergleichsweise
kraftstoffdicht ausgeführt. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen,
dass die erste Führung 53, genauer der hülsenförmige
Fortsatz 56 innerhalb des Hochdruckraums 7 angeordnet,
also radial außen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff
umgeben ist. Hierdurch erfährt der erste Führungsspalt 55 durch
die durch den ersten Führungsspalt 55 in den Kopplerraum 48 strömende,
geringe Leckage keine Aufweitung nach radial außen. Analog
ist die zweite Führung 54, genauer die Hülse 58 innerhalb
des Zwischenraums 27 angeordnet, in dem in etwa der gleiche
Druck herrscht wie im Hochdruckraum 7, sodass auch der
zweite Führungsspalt 57 nicht aufgeweitet wird,
da die Hülse 58 radial außen von unter
Hochdruck stehendem Kraftstoff umgeben ist. In der Folge ist die über
die Führungen 53, 54 in den hydraulischen
Koppler 24 strömende Le ckagemenge, die weiter über
den Verbindungskanal 49 in den Niederdruckbereich 9 strömt,
gering.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist
im hydraulischen Koppler 24 eine Niederdruckstufe 60 realisiert,
die eine in Schließrichtung auf das Einspritzventilelement 21 wirkende
Kraft zur Folge hat. Die Niederdruckstufe 60 ist dadurch
realisiert, dass der Durchmesser DI des
ersten Teils 21 im Bereich der ersten Führung 53 (etwas)
größer ist als der Durchmesser DII des
zweiten Teils 23 des Einspritzventilelementes 21 im
Bereich der zweiten Führung 54. Mit Hilfe der
Niederdruckstufe 60 wird eine permanent wirkende, in Schließrichtung
wirkende Kraft auf das Einspritzventilelement 21 erzeugt.
Hierdurch wird die Summe aller schließenden, auf das Einspritzventilelement 21 wirkenden
Kräfte vergrößert, was den Öffnungszeitpunkt
des Einspritzventilelementes 21 verzögert. Dies
ist entscheidend: Aus Toleranzgründen sollte das Einspritzventilelement 21 erst
dann öffnen, wenn das Steuerventil 40 bereits nicht-ballistisch
betrieben werden kann. Ohne die realisierte Niederdruckstufe 60 kann
der Einspritzbeginn nur für ein mechanisch weiches Einspritzventilelement 21 oder
ein kleines Ablauf-/Zulauf-Drosselverhältnis verzögert
werden. Beide Maßnahmen führen zu Nachteilen im
Injektorverhalten: Während ein weiches Einspritzventilelement 21 zu
einer schlechteren Mehrfacheinspritzungseignung führt,
reduziert ein kleines Ablauf-/Zulauf-Drosselverhältnis
den Anstieg der Strahlkraft des Einspritzstrahls und führt
im Allgemeinen zu Emissionsnachteilen.
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Im
Folgenden wird das Ausführungsbeispiel eines Kraftstoff-Injektors 1 gemäß 2 erläutert.
Da wesentliche Funktions- und Konstruktionsmerkmale mit dem in 1 gezeigten und
zuvor beschriebenen Kraftstoff-Injektor 1 übereinstimmen,
werden im Folgenden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem
zuvor gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel erläutert.
Im Hinblick auf die Gemeinsamkeiten wird auf 1 und die
zugehörige Beschreibung verwiesen.
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Im
Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist
in dem Verbindungskanal 49, genauer in dem Radialkanal 50 zwischen
dem hydraulischen Koppler 24 und dem Niederdruckbereich 9, eine
Drossel 62 integriert. Diese ist so ausgelegt, dass im
hydraulischen Koppler 24, genauer im Kopplerraum 48,
etwa der hälftige Druck vorherrscht, wie im Hochdruckraum 7 sowie
im Zwischenraum 27. Dies wird dadurch erreicht, dass der
Druckabfall an den Führungen 53, 54 in
etwa dem Druckabfall an der Drossel 62 entspricht. Durch
den im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 erhöhten Druck
im Kopplerraum 48 wird die über die Führungsspalte 55, 56 abströmende
Leckagemenge noch weiter reduziert. Darüberhinaus wird
die Bauteilbelastung des Plattenelementes 14 sowie der
Hülse 58 reduziert.
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Im
Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind
die Durchmesser DI und DII des ersten
bzw. zweiten Teils 22, 23 des Einspritzventilelementes 21 im
Bereich der Führungen 53, 54 gleich groß – es
wurde also bewusst auf die Realisierung einer Niederdruckstufe im
hydraulischen Koppler 24 verzichtet, da der Druck im hydraulischen
Koppler 24 durch das Vorsehen der Drossel 62 lastabhängig
ist und somit im Betrieb schwankt, was schwankende Schließkräfte
zur Folge hätte für den Fall, dass eine Niederdruckstufe
im Koppler 24 vorgesehen würde. Es ist jedoch
auch denkbar, das Ausführungsbeispiel gemäß 2 mit
einer Niederdruckstufe analog zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 für bestimmte Anwendungen
auszustatten. Aufgrund des Verzichts auf eine Niederdruckstufe wirken
sich fertigungstoleranzbedingte und/oder temperaturabhängige
Führungsleckagenschwankungen an den Führungen 53, 54 nicht
auf die Injektorfunktion aus.
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Um
trotz des Verzichts auf eine Niederdruckstufe eine ausreichend große
hydraulische Schließkraft zu realisieren, ist der Kraftstoff-Injektor 1 gemäß 2 mit
einer zusätzlichen Schließdrossel 63 ausgestattet,
die in den hülsenförmigen Abschnitt 33 des Injektorbauteils 34 eingebracht
ist. Diese verbindet den Hochdruckraum 7 mit einem im Vergleich
zu 1 zusätzlichen, ringförmigen
Zulaufraum 64, der den hülsenförmigen
Abschnitt 33 radial außen umgibt, und der über
ein ringförmiges Dichtelement 65 gegenüber
dem als Minirail dienenden Hochdruckraum 7 abgedichtet
ist. Dabei ist die Schließdrossel 63 im gezeigten
Ausführungsbeispiel so ausgelegt, dass der Druck im Hochdruckraum 7 etwa
50–200 bar geringer ist als der Raildruck im Zulaufraum 64. Im
Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 münden
die Zulaufdrossel 36 und die Fülldrossel 61 nicht
aus dem Hochdruckraum 7, sondern aus dem Zulaufraum 64 aus.
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Die
Drossel 62 kann, wie dargestellt, als einfache Drosselbohrung
ausgeführt werden. Aufgrund der notwendigen kleinen Strömungsquerschnitte
die bei der Drossel 62 notwendig sind, ist eine herkömmliche
Drosselbohrung jedoch aus Gründen der Toleranz vergleichsweise
schwer herstellbar. Daher ist es bevorzugt die Drossel 62 als
Ringspaltdrossel auszuführen. Dies kann beispielsweise
dadurch realisiert werden, dass in der eigentlichen Drosselbohrung
ein Einlegeteil, beispielsweise ein Stift, positioniert wird, an
dem der Kraftstoff radial außen vorbeiströmen muss.
Der Vorteil einer derartigen Konstruktion ist die einfachere Herstellbarkeit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006008648
A1 [0002]