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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen 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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Aus
der
EP 1 612 403 A1 ist
ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Injektor mit einem in axialer
Richtung druckausgeglichenen Steuerventil (Servo-Ventil) zum Sperren
und Öffnen eines Kraftstoff-Ablaufkanals aus einer Steuerkammer
bekannt. Mittels des Steuerventils kann der Kraftstoffdruck innerhalb
der Steuerkammer beeinflusst werden, wobei die Steuerkammer dauerhaft über
eine Zulaufdrossel mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt
wird. Durch Variation des Kraftstoffdruckes innerhalb der Steuerkammer
wird ein Einspritzventilelement zwischen einer Öffnungsstellung
und einer Schließstellung verstellt, wobei das Einspritzventilelement
in seiner Öffnungsstellung den Kraftstofffluss in einen
Brennraum einer Brennkraftmaschine freigibt. Das Steuerventil umfasst
ein in axialer Richtung mittels eines elektromagnetischen Aktuators
verstellbares, hülsenförmiges Steuerventilelement,
das mit seinem Innenumfang an einem, einstückig mit einem Ventilstück
ausgebildeten, Führungsbolzen geführt ist. Das
hülsenförmige Steuerventilelement begrenzt mit
seinem Innenumfang eine an einem durchmesserreduzierten Abschnitt
des Führungsbolzens ausgebildete Ventilkammer des Steuerventils
lediglich radial außen, sodass in axialer Richtung keine öffnenden
oder schließenden Kräfte von dem unter Hochdruck
stehenden Kraftstoff innerhalb der Ventilkammer auf das Steuerventilelement
wirken. An der Stirnseite des Steuerventilelementes ist eine Dichtlinie
ausgebildet, die mit einem am Ventilstück angeordneten
Steuerventilsitz dichtend zusammenwirkt. Der Durchmesser der Dichtlinie
entspricht dabei dem Führungsdurchmesser des Steuerventilelementes, wobei
der Führungsdurchmesser dem Außendurchmesser des
Führungsbolzens zuzüglich eines minimalen Spiels
entspricht. Aufgrund seiner axialen Druckausgeglichenheit ist das
bekannte Steuerventil zum Schalten sehr großer Drücke
geeignet. Nachteilig bei dem bekannten Injektor ist jedoch die hohe
Belastung auf der linienförmigen Dichtkante beim Schließen
des Steuerventils, die zu einem nicht unerheblichen Verschleiß an
der Dichtlinie führen kann. Auch kommt es durch im Kraftstoff
vorhandene Partikel an der Dichtlinie zu nicht unerheblichen Verschleißerscheinungen.
Stellenweise treten dabei sehr starke, die Dichtigkeit negativ beeinflussende
Deformationen an der Dichtlinie auf.
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Aus
der zum Anmeldezeitpunkt vorliegender Anmeldung noch nicht offengelegten
Patentanmeldung
DE 10 2008
005 532.8 (Anmeldetag 22.01.2008) ist ein gegenüber
dem zuvor beschriebenen Injektor verbesserter Injektor bekannt,
bei dem die Gefahr einer Beschädigung der Dichtlinie reduziert
ist. Hierzu weist das Steuerventilelement einen die Dichtlinie in
radialer Richtung zum Hochdruckbereich hin überragenden
Stützbereich auf, der den Einschlagimpuls, mit dem das
Steuerventilelement auf den ihm zugeordneten Steuerventilsitz einschlägt,
gleichmäßiger im Steuerventilelement verteilt,
was geringere Bauteilverspannungen zur Folge hat, mit der positiven
Konsequenz, dass Verschleißerscheinungen der Dichtlinie über
die Lebensdauer des Injektors minimiert werden. Gleichzeitig können in
dem zwischen der Stirnseite des Stützbereichs und dem Ventilstück
gebildeten Spalt Kraftstoffpartikel vor Erreichen der Dichtlinie
aufgehalten und bei einer Schließbewegung des Steuerventils
zwischen der Stirnfläche des Stützbereichs und
dem den Steuerventilsitz aufweisenden Ventilstück zertrümmert
werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kraftstoff-Injektor
mit einem zumindest näherungsweise in axialer Richtung
druckausgeglichenen Steuerventil vorzuschlagen, bei dem der Dichtlinienverschleiß des
Steuerventilelementes reduziert ist.
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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
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, zur Realisierung einer Art
injektorinterner Partikelfilter das Steuerventilelement quer zu
seiner Längserstreckung in den Hochdruckbereich zu verbreitern, also
einen in Richtung in den Hochdruckbereich hineinragenden, die Dichtlinie
radial überragenden Stützbereich vorzusehen, wobei
zwischen der (unteren) dem den Steuerventilsitz aufweisenden Ventilstück
zu gewandten Stirnseite des Steuerventilelementes und dem Ventilstück
ein sich in den Hochdruckbereich, also entgegen der Kraftstoffströmungsrichtung öffnender,
d. h. breiter werdender, Ringspalt gebildet ist, in dem im Kraftstoff
vorgesehene Partikel vor Erreichen der am Steuerventilelement gebildeten
Dichtlinie (Dichtkante) hängen bleiben und bei einer Schließbewegung
des Steuerventilelementes, also bei einer axialen Verstellbewegung
des Steuerventilelementes in Richtung Ventilstück, außerhalb
des Sitzbereichs zerkleinert werden, sodass kleine Partikel durch
den Sitzbereich hindurch strömen können ohne den
Sitz zu schädigen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die
dem Ventilstück zugewandte, den vorgenannten Spalt (oben)
begrenzende Stirnfläche des Stützbereichs und/oder
eine Stirnfläche des Ventilstücks gekrümmt,
also einen Radius aufweisend, ausgebildet sind/ist, wodurch der
Stützbereich bzw. das Ventilstück eine erhöhte
Robustheit erhalten. Zudem wirkt sich eine gekrümmte Ausbildung
des Stützbereichs im Bereich seiner Stirnfläche bzw.
eine gekrümmte Ausbildung der der Stirnseite zugewandten
Fläche des Ventilstücks positiv auf das Strömungsverhalten
des Kraftstoffs aus dem Hochdruckbereich in Richtung Niederdruckbereich
aus.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
Stirnfläche des Stützbereichs und/oder die der
Stirnfläche des Stützbereichs zugewandte Fläche
des Ventilstücks konvex, also ballig gekrümmt
sind.
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Ebenso
ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der die Stirnfläche
des Steuerventilelementes und/oder die der Stirnfläche
zugewandten Fläche (Flächenabschnitt des Ventilstücks)
konkav gekrümmt sind/ist.
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Alternativ
zu der zuvor beschriebenen Maßnahme, die Stirnfläche
des Stützbereichs und/oder eine der Stirnseite zugewandte
Fläche (Flächenabschnitt) des Ventilstücks
gekrümmt, insbesondere konkav oder konvex gekrümmt
auszuformen, ist ein Kraftstoff-Injektor realisierbar, bei der der
zwischen der Stirnseite des Steuerventilelementes und dem Ventilstück
im Hochdruckbereich ausgebildete Spalt unmittelbar benachbart zu
dem Steuerventilsitz bzw. der Dichtkante einen Öffnungswinkel,
d. h. einen Hochdruckfreilassungswinkel, aufweist, der aus einem
Wertebereich zwischen etwa 65° und etwa 90°, vorzugsweise
zwischen etwa 70° und etwa 85°, besonders bevorzugt
zwischen etwa 75° und etwa 85° gewählt
ist. Die Realisierung eines derartig großen Hochdruckfreilassungswinkels
eignet sich insbesondere zur Zerstörung besonders großer
Partikel. Bei einer zuvor beschriebenen Ausführungsform
kann der Spalt beidseitig von nicht gekrümmten, d. h. ebenen,
Flächenabschnitten begrenzt sein, oder an zumindest einer
Seite von einer gekrümmten Fläche (Stirnfläche
des Stützbereichs oder der Stirnfläche zugewandte
Fläche des Ventilstücks). Es ist auch eine Ausführungsform
realisierbar, bei der der Spalt von zwei gekrümmten Flächen
begrenzt ist, wobei in diesem Fall der Hochdruckfreilassungswinkel
zwischen zwei im Kontaktbereich an den gekrümmten Flächen
anliegenden Tangenten aufgespannt ist.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der zwischen
der Stirnfläche des Stützbereichs und der Fläche
des Ventilstücks gebildete Spalt derart dimensioniert ist,
dass Kraftstoffpartikel, die ohne das Vorsehen eines erfindungsgemäßen Spaltes
zwischen der Dichtlinie des Steuerventilelementes und dem Steuerventilsitz
hängen bleiben würden, nun vor Erreichen der Dichtlinie
innerhalb des Spaltes abgefangen werden und beim Schließen des
Steuerventilele mentes zumindest ein Stück weit außerhalb
des Dichtbereichs zertrümmert werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der
Stützbereich derart ausgebildet und/oder angeordnet ist,
dass dieser die Druckausgeglichehheit des Steuerventilelementes
in seiner Schließstellung nicht oder zumindest nicht wesentlich
negativ beeinflusst. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert
werden, dass der Stützbereich derart ausgebildet und/oder
angeordnet ist, dass sich die auf ihn in einander entgegengesetzte
Richtungen wirkenden Druckkräfte, zumindest näherungsweise vollständig,
vorzugsweise vollständig, aufheben. Dies wird mit einem
Stützbereich erreicht, bei dem die Wirk- bzw. Projektionsflächen
zum Erzeugen von in einander entgegengesetzte Richtungen wirkenden Druckkräften
gleich groß sind. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert
werden, dass der innere oder der äußere Durchmesser
(abhängig von der Bauform) des Steuerventilelementes im
Bereich der Dichtlinien dem Durchmesser des Steuerventilelementes
oberhalb des Stützbereichs entspricht.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des Injektors,
bei der der Durchmesser der Dichtlinie, die sich durch nicht zu
vermeidende Verschleißerscheinungen über die Lebensdauer
des Injektors (etwas) verbreitert, und dem Führungsdurchmesser
(Innendurchmesser oder Außendurchmesser des Steuerventils – abhängig
von der Bauform des Steuerventilelementes) entspricht. Ein vollkommen druckausgeglichenes
Steuerventil wird erhalten, wenn der innere Durchmesser der Dichtlinie
exakt dem inneren Führungsdurchmesser bzw. der äußere Durchmesser
der Dichtlinie exakt dem äußeren Führungsdurchmesser
des Steuerventilelementes entspricht.
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Ein
druckausgeglichenes Steuerventil kann sowohl mit einem hülsenförmigen
Steuerventilelement (Ventilhülse) als auch mit einem kolbenförmigen
(nicht durchgehend hohlen) Steuerventilelement realisiert werden.
Für den Fall des Vorsehens eines als Ventilhülse
ausgebildeten Steuerventilelementes ist eine Ausführungsform
bevorzugt, bei der innerhalb des Steuerventilelementes ein Druckstift
aufgenommen ist. Dabei ist der Druckstift bevorzugt als von dem
den Steuerventilsitz aufweisenden Ventilstück separates
Bauteil ausgebildet, welches eine radial innerhalb des Steuerventilelementes
ausgebildete Ventilkammer in axialer Richtung abdichtet. Bevorzugt
ist das hülsenförmige Steuerventilelement dabei mit
seinem Innenumfang am Außenumfang des Druckstiftes geführt,
welcher sich bevorzugt an einem Injektorbauteil in axialer Richtung,
vorzugsweise an einem Injektordeckel oder einer Elektromagnetanordnung
(Haltekörper), abstützt. Zusätzlich oder
alternativ zu der Ausbildung des Druckstiftes als innere Führung
kann eine Außenführung für das hülsenförmige
Steuerventilelement vorgesehen werden. Unabhängig davon,
ob eine innere und/oder äußere Führung
für die Ventilhülse vorgesehen wird, entspricht
der Durchmesser der Dichtlinie bevorzugt zumindest näherungsweise
dem Außendurchmesser des Druckstiftes zuzüglich
eines minimalen Spiels. Bei einer Ausführungsform des Steuerventilelementes
als Ventilhülse ragt der Stützbereich bevorzugt
in die innerhalb des hülsenförmigen Steuerventilelementes
ausgebildete, vorzugsweise unmittelbar mit der Steuerkammer verbundene
Ventilkammer hinein und befindet sich in axialer Richtung betrachtet
zwischen der Dichtlinie und dem Druckstift.
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Bei
einem Injektor mit einem als Kolben ausgebildeten Steuerventilelement
befindet sich der Stützbereich im Gegensatz zu der zuvor
beschriebenen Ausführungsform bevorzugt am Außenumfang und
zwar in axialer Richtung betrachtet zwischen der Dichtlinie des
Steuerventilelementes und einem Führungsbauteil, wobei
der (äußere) Durchmesser der Dichtlinie bevorzugt
dem Führungsdurchmesser des kolbenförmigen Steuerventilelementes
entspricht. Bei einer derartigen Ausführungsform ragt der
Stützbereich nicht wie bei einem hülsenförmigen
Steuerventilelement nach innen, sondern radial nach außen in
den Hochdruckbereich hinein.
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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
schematische Darstellung eines als Common-Rail-Injektor ausgebildeten
Injektors mit einem hülsenförmigen Steuerventilelement,
welches einen nach radial innen weisenden Stützbereich
für die Dichtlinie aufweist,
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2 eine
unvollständige Darstellung einer Ausführungsform
eines Injektors, bei der das Steuerventilelement als massiver Kolben
ausgebildet ist, der am Außenumfang, axial benachbart zur
Dichtlinie, einen umlaufenden Stützbereich trägt,
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3 eine
mögliche Ausführungsform eines Steuerventilelementes
dessen Stützbereich eine konvex gekrümmte Stirnfläche
aufweist,
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4 ein
weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Steuerventils
mit einer konkav gekrümmten Stirnfläche, und
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5 ein
weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Steuerventilelementes
mit einem großen Hochdruckfreilassungswinkel.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente 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 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 etwa 2000 bar, 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 8 ist
ein Niederdruckbereich 9 des Injektors 1 an den
Vorratsbehälter 3 angeschlossen. Über
die Rücklaufleitung 8 kann eine später noch
zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff von dem Injektor 1 zu
dem Vorratsbehälter 3 abfließen.
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Innerhalb
eines Düsenkörpers 13 ist ein Einspritzventilelement 11 angeordnet.
Das Einspritzventilelement 11 ist zum einen längsverschieblich
in einem unteren, hülsenförmigen Abschnitt eines
Ventilstücks 12 und zum anderen mit Axialabstand
dazu in einer Bohrung im Düsenkörper 13 geführt.
Dabei sind am Außenumfang des Einspritzventilelementes 11 im Bereich
seiner Führung innerhalb des Düsenkörpers 13 Axialkanäle 14 (Anschliffe)
ausgebildet, über die der Druckraum 6 mit einem
Düsenraum 7 verbunden ist. Der Düsenkörper 13 ist über
eine nicht dargestellte Überwurfmutter mit einem Injektorkörper 10 verschraubt.
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Das
Einspritzventilelement 11 weist an seiner Spitze 15 eine
Schließfläche 16 auf, mit der das Einspritzventilelement 11 in
dichte Anlage an einen innerhalb des Düsenkörpers 13 ausgebildeten
Einspritzventilelementsitz 17 bringbar ist. Wenn das Einspritzventilelement 11 an
seinem Einspritzventilelementsitz 17 anliegt, d. h. sich
in einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt
aus einer Düsenlochanordnung 18 gesperrt. Ist
es dagegen von seinem Einspritzventilelementsitz 17 abgehoben,
kann Kraftstoff aus dem Druckraum 6 über die Axialkanäle 14 in
den Düsenraum 7 an dem Einspritzventilelement 11 vorbei
zur Düsenlochanordnung 18 innerhalb des Düsenkörpers 13 strömen
und dort im Wesentlichen unter Hochdruck (Raildruck) stehend in den
Brennraum (nicht gezeigt) gespritzt werden.
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Von
einer oberen Stirnseite 19 des Einspritzventilelementes 11,
welches anstelle der gezeigten einteiligen Ausbildung auch mehrteilig
ausgebildet werden kann, und dem in der Zeichnungsebene unteren,
hülsenförmigen Abschnitt des Ventilstückes 12 wird
eine Steuerkammer 20 begrenzt, die über eine radial
in dem hülsenförmigen Abschnitt des Ventilstücks 12 verlaufende
Zulaufdrossel 21 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff
aus dem Druckraum 6 versorgt wird. Die Steuerkammer 20 ist über
einen, in dem oberen plattenförmigen Abschnitt des Ventilstücks 12 angeordneten
Ablaufkanal 22 mit Ablaufdrossel 23 mit einer
Ventilkammer 24 verbunden, die radial außen von
einem hülsenförmigen Steuerventilelement 25 eines
Steuerventils 26 (Servo-Ventil) begrenzt ist. Aus der Ventilkammer 24 (Hochdruckbereich 37)
kann Kraftstoff in den Niederdruckbereich 9 des Injektors 1 strömen,
wenn das von einem elektromagnetischen Aktuator 27 betätigbare
Steuerventilelement 25 von seinem als Flachsitz ausgebildeten und
an dem plattenförmigen Abschnitt des Ventilstücks 12 angeordneten
Steuerventilsitz 28 abgehoben, d. h. das Steuerventil 26 geöffnet
ist. Der Steuerventilsitzwinkel beträgt bei dem gezeigten
Flachsitz 180°. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 21 und
der Ablaufdrossel 23 sind derart aufeinander abgestimmt,
dass bei geöffnetem Steuerventil 26 ein Nettoabfluss
von Kraftstoff (Steuermenge) aus der Steuerkammer 20 über
die Ventilkammer 24 in den Niederdruckbereich 9 des
Injektors 1 und von dort aus über die Rücklaufleitung 8 in
den Vorratsbehälter 3 resultiert.
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Das
Steuerventil 26 ist als im geschlossenen Zustand in axialer
Richtung druckausgeglichenes Ventil ausgebildet. Das Steuerventilelement 25 ist
mit seinem in der Zeichnungsebene oberen Abschnitt einstückig
mit einer Ankerplatte 29 ausgebildet, die mit einer Elektromagnetanordnung 30 des
elektromagnetischen Aktuators 27 in an sich bekannter Weise
zusammenwirkt. Radial innerhalb des hülsenförmigen
Steuerventilelementes 25 ist ein Druckstift 31 angeordnet,
der als von dem Ventilstück 12 separates Bauteil
ausgebildet ist, und der die Ventilkammer 24 in axialer
Richtung nach oben abdichtet. Die auf ihn wirkenden Druckkräfte
stützt der Druckstift 31 an einem mit dem Injektorkörper 10 verschraubten
Injektordeckel 32 ab. Hierzu durchsetzt der Druckstift 31 eine
zentrale Durchgangsöffnung 33 innerhalb der Elektromagnetanordnung 30.
Eine kreisringförmige, linienförmige Dichtlinie 34 (Dichtkante)
des Steuerventilelementes 25, die in geschlossenem Zustand des
Steuerventils 26 mit dem Steuerventilsitz 28 dichtend
zusammenwirkt, befindet sich auf einem inneren Führungsdurchmesser
DiF, mit dem das Steuerventilelement 25 am
Druckstift 31 geführt ist. Zusätzlich
ist das Steuerventilelement 25 an seinem Außenumfang
mittels einer Führungsplatte 35 geführt, die
von dem Steuerventilelement 25 durchsetzt ist und die sich
axial zwischen der Ankerplatte 29 und dem Ventilstück 12 mit
seinem Steuerventilsitz 28 befindet. Innerhalb der Durchgangsöffnung 33 befindet sich
neben dem in diesem Ausführungsbeispiel einteilig ausgebildeten,
bei Bedarf mehrteilig ausbildbaren, Druckstift 31 eine
Steuerschließfeder 36, die sich in axialer Richtung
zum einen am Injektordeckel 32 und zum anderen an der Einheit,
bestehend aus Steuerventilelement 25 und Ankerplatte 29,
abstützt.
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Wird
die Elektromagnetanordnung 30 des elektromagnetischen Aktuators 27 bestromt,
hebt das hülsenförmige Steuerventilelement 25 von
seinem als Flachsitz ausgebildeten Steuerventilsitz 28 ab,
wodurch die Ventilkammer 24, also der Hochdruckbereich 37 des
Injektors 1, mit dem Niederdruckbereich 9 hydraulisch
verbunden wird, wodurch wiederum der Druck innerhalb der hydraulisch über die
Ablaufdrosseln 23 mit der Ventilkammer 24 verbundenen
Steuerkammer 20 rapide abfällt und sich das Einspritzventilelement 11 in
axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben in die Steuerkammer 20 hineinbewegt,
wodurch in der Folge Kraftstoff aus dem Düsenraum 7 in
den Brennraum strömen kann.
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Zum
Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung der Elektromagnetanordnung 30 des elektromagnetischen
Aktuators 27 unterbrochen. Die Steuerschließfeder 36 bewegt
in der Folge das hülsenförmige Steuerventilelement 25 zurück
auf seinen Steuerventilsitz 28 an der in der Zeichnungsebene oberen
Seite des Ventilstücks 12. Durch den durch die
Zulaufdrossel 21 nachströmenden Kraftstoff steigt
der Druck in der Steuerkammer 20 rapide an, wodurch das
Einspritzventilelement 11, unterstützt durch die
Federkraft einer Schließfeder 38, die sich an
einem Umfangsbund 39 des Einspritzventilelementes 11 sowie
am hülsenförmigen, unteren Abschnitt des Ventilstücks 12 abstützt,
in Richtung des Einspritzventilelementsitzes 17 bewegt
wird, wodurch wiederum der Kraftstofffluss aus der Düsenlochanordnung 18 in
den Brennraum unterbrochen wird.
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Wie
erwähnt, befindet sich die zumindest näherungsweise
linienförmige Dichtkante (Dichtlinie 34) auf dem
inneren Führungsdurchmesser DiF.
Anders ausgedrückt entspricht der Durchmesser DD der Dichtlinie 34 dem inneren
Führungsdurchmesser DiF des Steuerventilelementes 25.
In radialer Richtung nach innen wird die Dichtlinie 34 überragt
von einem ringförmigen, von der Dichtlinie 34 ausgehenden, Stützbereich 40,
der vollständig innerhalb des Hochdruckbereichs 37,
genauer innerhalb der Ventilkammer 24, angeordnet ist.
Da die wirksame Druckangriffsfläche (axiale Projektionsfläche)
des Stützbereichs 40 für Druckkräfte
in eine erste Axialrichtung und die Druckangriffsfläche
des Stützbereichs 40 für Druckkräfte
in eine zweite, der ersten Axialrichtung entgegengesetzte Axialrichtung,
gleich groß sind, wird die axiale Druckausgeglichenheit
des Steuerventilelementes 25 durch den ringförmigen
Stützbereich 40 nicht negativ beeinflusst. Wie
aus 1 unschwer zu erkennen ist, befindet sich der
Stützbereich 40 in axialer Richtung betrachtet
zwischen der in der Zeichnungsebene unteren, freien Stirnseite des
Druckstiftes 31 und dem als Flachsitz ausgebildeten Steuerventilsitz 28.
Aufgrund des Vorsehens des Stützbereichs 40 bildet
die Dichtlinie 34 nicht die radial innerste Grenze des
Steuerventilelementes 25.
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Wie
sich aus 1 ergibt, ist eine in der Zeichnungsebene
untere, dem Ventilstück 12 zugewandte ringförmige
Stirnfläche 41 konvex gekrümmt (gewölbt).
Anders ausgedrückt erstreckt sich die Stirnfläche 41 ausgehend
von der Dichtlinie 34 auf einer gekrümmten Bahn
in radialer Richtung nach innen und gleichzeitig in axialer Richtung
in der Zeichnungsebene nach oben. Eine der Stirnfläche 41 gegenüberliegende
Fläche 42 (Flächenabschnitt, Ringfläche)
des Ventilstückes 12 radial innerhalb des Steuerventilsitzes 28 ist
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eben ausgeformt. Von
der Stirnfläche 41 des Stützbereichs 40 und
der ebenen Fläche 42 wird ein ringförmiger
Spalt 43 begrenzt, der sich in radialer Richtung nach innen,
also in den Hochdruckbereich 37 hinein, vergrößert.
Der Spalt 43 ist so dimensioniert, dass in diesem im Kraftstoff
vorgesehene und durch den Ablaufkanal 22 in die Ventilkammer 24 gespülte
Partikel innerhalb des Spaltes 43 mit Radialabstand zur
Dichtlinie 34 hängen bleiben und bei einer Schließbewegung
des Steuerventilelementes 25 mit Radialabstand zum eigentlichen
Dichtbereich zertrümmert werden.
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Bei
dem in 2 ausschnittsweise dargestellten Injektor 1 ist
das Steuerventilelement 25 als Vollmaterialkolben ausgebildet,
also als Steuerventilelement 25 ohne axialen Durchgangskanal.
An dem Steuerventil 26 ist eine Ankerplatte 29 festgelegt,
die analog zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
mit der Elektromagnetanordnung 30 zusammenwirkt.
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Das
Steuerventilelement 25 ist mit seinem Außenumfang
in einem Führungsbauteil 44 geführt, welches
von dem Steuerventilelement 25 durchsetzt wird. Dabei weist
das Steuerventilelement 25 in seinem Führungsbereich
einen Außendurchmesser DaF auf,
der dem Durchmesser der stirnseitigen, kreisringförmigen
Dichtlinie 34 entspricht. Im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiel befindet sich die zum Hochdruckbereich 37 des
Injektors 1 gehörende Ventilkammer 24 nicht
radial innerhalb des Steuerventilelementes 25, sondern
begrenzt dieses im geschlossenen Zustand des Steuerventils 26 radial
außen. Folglich führt der Ablaufkanal 22 mit
seiner Ablaufdrossel 23 in die radial außerhalb des
Steuerventilelementes 25 angeordnete Ventilkammer 24,
wobei der Ablaufkanal 22 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
als Schrägkanal innerhalb des plattenförmigen
Abschnittes des Ventilstücks 12 ausgebildet ist.
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Bei
geöffnetem Steuerventil 26, also bei von dem als
Flachsitz ausgebildeten Steuerventilsitz 28 abgehobenem
Steuerventilelement 25, strömt Kraftstoff aus
der Ventilkammer 24 radial nach innen in einen Niederdruckkanal 45 innerhalb
des Ventilsstücks 12, wobei der Niederdruckkanal 45 zum
Niederdruckbereich 9 des Injektors 1 gehört.
Der Niederdruckkanal 45 mündet in einen radial
außen angeordneten ringförmigen Niederdruckraum 46,
der über einen Radialkanal 47 mit einer Ankerkammer 48 hydraulisch
verbunden ist. Über die Ankerkammer 48 kann Kraftstoff
zur Rücklaufleitung 8 (Injektorrücklauf)
und über diesen zum Vorratsbehälter 3 strömen.
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Wesentlich
bei dem in 2 gezeigten Injektor 1 ist,
dass der Stützbereich 40, der die Dichtlinie 34 in
radialer Richtung überragt und in der Ventilkammer 24 und
damit im Hochdruckbereich 37 des Injektors 1 angeordnet
ist, am Außenumfang des Steuerventilelementes 25 platziert
ist. Dabei überragt der Stützbereich 40 den
Außendurchmesser DaF im Führungsbereich
des Steuerventilelementes 25 und damit auch, wie erwähnt,
die Dichtlinie 34 in radialer Richtung. Der Steuerventilsitzwinkel
beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 180°.
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Wie
sich aus 2 ergibt, ist die im Hochdruckbereich 27,
genauer in der Ventilkammer 24, gelegene Fläche 42 eben,
wohingegen die der Fläche 42 zugewandte Stirnfläche 41 des
Stützbereichs 40 konkav gekrümmt ist,
wodurch sich ein Spalt 43 analog zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1, jedoch mit gegensätzlicher
Orientierung in Bezug auf die Injektorgeometrie ergibt.
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Im
Folgenden werden anhand der 3 bis 5 unterschiedliche
Ausführungsvarianten der Stirnfläche 41 des
Stützbereichs 40 sowie der Fläche 42 beschrieben.
Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen gemäß der 3 bis 5 wird
eine Injektorbauform, wie diese in 1 gezeigt
ist mit innenliegender Ventilkammer 24 zugrundegelegt,
wobei selbstverständlich, bei gespiegelter Betrachtungsweise auch
eine analoge Ausführungsform mit außen angeordneter
Ventilkammer 24 realisierbar ist.
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In 3 ist
ein (unterer) Ausschnitt des hülsenförmigen Steuerventilelementes 25 gezeigt,
welches an seiner dem Ventilstück 12 zugewandten Stirnseite
die Dichtlinie 34 aufweist, die mit dem leicht konischen
Steuerventilsitz 28 zusammenwirkt. Zu erkennen ist, dass
sowohl die ringförmige, der Stirnfläche 41 des
Stützbereichs 40 zugewandte Fläche 42, als
auch die Stirnfläche 41 des Stützbereichs 40 selbst
konkav gewölbt sind. Die Stirnfläche 41 und die
Fläche 42 spannen den mit dem Bezugszeichen 43 gekennzeichneten
Spalt auf, innerhalb dessen Partikel 49 vor Erreichen der
Dichtlinie 34 hängen bleiben und durch eine Schließbewegung
oder mehrere aufeinander folgende Schließbewegungen des Steuerventilelementes 25 zerstört
werden.
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Das
Ausführungsbeispiel gemäß 4 unterscheidet
sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 im
Wesentlichen nur dadurch, dass die Stirnfläche 41 des
in den Hochdruckbereich 37 ragenden Stützbereichs 40 nicht
konvex sondern konkav gewölbt ist. Der zwischen der Stirnfläche 41 und der
Fläche 42 des Ventilstücks 12 aufgespannte Spalt 43 weist
dabei einen Hochdruckfreilassungswinkel γ zwischen der
Fläche 42 und einer an der Grenze zwischen Dichtlinie 34 und
der Stirnfläche 41 anliegenden Tangente 50 von
etwa 75° auf.
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Das
Ausführungsbeispiel gemäß 5 entspricht
aufgrund seiner gestuften Ausformung der Stirnfläche 41 des
Stützbereichs 40 des Steuerventilelementes 25 im
Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 4.
Es wurde lediglich auf eine konvexe Krümmung der Stirnfläche 41 verzichtet.
Somit wird der Hochdruckfreilassungswinkel γ von etwas über 75° aufgespannt
zwischen der Fläche 42 des Ventilstücks 12 und
einem ringförmigen, unmittelbar an die Dichtlinie 34 angrenzenden
Flächenabschnitt 51 der Stirnfläche 41.
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Die
in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiele
sind fertigungstechnisch von Vorteil und eignen sich besonders gut
zur Zerstörung von vergleichsweise großen Partikeln.
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Radial
außen schließt an den Flächenabschnitt 51 ein
weiterer Flächenabschnitt 52 der gestuften Stirnfläche 41 an,
der unter einem Winkel von etwa 120° zum Flächenabschnitt 51 verläuft
und näherungsweise parallel zur Fläche 42.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1612403
A1 [0002]
- - DE 102008005532 [0003]