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Die
Erfindung betrifft eine Injektorbaugruppe für ein Einspritzventil,
mit einem Injektorkörper, mit einer Düsennadel,
die in einer Ausnehmung des Injektorkörpers so angeordnet
ist, dass sie in einer Schließposition einen Fluidfluss
durch mindestens eine Einspritzöffnung verhindert und in
einer Offenposition einen Fluidfluss durch die Einspritzöffnung frei
gibt. Ferner betrifft die Erfindung ein Einspritzventil mit einer
Injektorbaugruppe und einer Aktuatoreinheit, wobei der die Injektorbaugruppe
und die Aktuatoreinheit miteinander gekoppelt sind.
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Immer
strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen
Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen
angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen
vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden.
Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen
zu senken. Die Bildung von Ruß ist stark abhängig
von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen
Zylinder der Brennkraftmaschine.
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Eine
entsprechend gute Gemischaufbereitung kann erreicht werden, wenn
der Kraftstoff unter sehr hohem Druck zugemessen wird. Im Falle
von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke
bis zu 2000 bar. Derart hohe Drücke stellen sowohl hohe
Anforderungen an das Material der Injektorbaugruppe als auch an
deren Konstruktion. Gleichzeitig müssen von der Injektorbaugruppe
große Kräfte aufgenommen werden können.
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Die
DE 102 20 931 C1 offenbart
einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer
Brennkraftmaschine. Der Injektor umfasst einen Injektorkörper,
eine Düsennadel und eine Steuereinrichtung, um einen Druck
in einem Steuerraum zur Betätigung der Düsennadel
zu steuern. Weiterhin umfasst der Injektor eine Zulaufdrossel und
eine Ablaufdrossel, welche mit dem Steuerraum in hydraulischer Verbindung
stehen. Die Zulaufdrossel und die Ablaufdrossel sind in einem als
separates Bauteil gebildeten und mittels Schneidkanten abgedichteten Drosselmodul
angeordnet.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Injektorbaugruppe und ein Einspritzventil
zu schaffen, die beziehungsweise das einen zuverlässigen
und präzisen Betrieb ermöglicht und Platz sparend
ausgebildet ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß eines
ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Injektorbaugruppe
für ein Einspritzventil, mit einem Injektorkörper
mit einer zentralen Längsachse und einer Ausnehmung mit
einem Fluideintritt, einer Düsennadel, die in der Ausnehmung
axial bewegbar angeordnet ist, derart, dass in einer Schließposition
der Düsennadel ein Fluidfluss durch mindestens eine Einspritzöffnung
verhindert und ansonsten ein Fluidfluss durch die Einspritzöffnung
freigegeben ist, und die Düsennadel eine der Einspritzöffnung
abgewandte Stirnseite aufweist, einer in dem Injektorkörper
ausgebildeten Kammer, die an eine der Einspritzöffnung
abgewandten Stirnseite der Düsennadel grenzt, einem in
der Kammer angeordneten Drosselmodul, wobei in dem Drosselmodul
ausgebildet ist eine mit dem Fluideintritt hydraulisch gekoppelte
Fluidzufuhrkammer, ein über eine Zulaufdrossel mit der
Fluidzufuhrkammer hydraulisch gekoppelter Steuerraum zum Einstellen
einer auf die Düsennadel aufbringbaren Druckkraft, und
eine über eine Ablaufdrossel mit dem Steuerraum hydraulisch
gekoppelte Ventilkammer zur Aufnahme eines Ventils, das ausgebildet
ist zum Abführen von Fluid in eine Fluidrücklaufleitung,
und einem in der Kammer angeordneten und dem Drosselmodul benachbarten
Steuermodul, in dem die Fluidrücklaufleitung angeordnet
ist. Zwischen dem Drosselmodul und dem Injektorkörper und/oder
dem Steuermodul sind genau eine erste und eine zweite Dichtkante ausgebildet.
Mittels der ersten Dichtkante ist eine weitere hydraulische Kopplung
der Fluidzufuhrkammer mit dem Steuerraum und mittels der zweiten Dichtkante
ist eine weitere hydraulische Kopplung der Fluidzufuhrkammer mit
der Ventilkammer unterbunden. Zwischen dem Injektorkörper
und dem Steuermodul ist eine dritte Dichtkante ausgebildet, mittels der
eine hydraulische Kopplung der Fluidzufuhrkammer mit der Fluidrücklaufleitung
unterbunden ist.
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Die
Injektorbaugruppe kann beispielsweise zusammen mit einer Aktuatoreinheit
das Einspritzventil bilden.
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Dies
hat den Vorteil, dass das Drosselmodul kleine Abmessungen erreichen
kann. Damit ist eine geringe axiale Länge des Drosselmoduls
und in der Folge eine geringe axiale Ausdehnung der Injektorbaugruppe
erreichbar. Damit sind auch kleine Ausnehmungen für die
Drosseln im Drosselmodul möglich. Darüber hinaus
sind auch günstige Strömungsverhältnisse
des Fluids in dem Drosselmodul und somit eine geringe Abrasion des
Drosselmoduls erreichbar. Ein Härten des Drosselmoduls
kann deshalb entfallen. Durch die kleine Zahl der Dichtkanten sind
darüber hinaus eine hohe Bauteilfestigkeit und eine geringere
Empfindlichkeit des Drosselmoduls gegenüber äußeren
mechanischen Einflüssen erreichbar. Die Abmessungen der
Fluidzufuhrkammer, des Steuerraums und der Ventilkammer können ebenfalls
sehr klein sein, wodurch der Bearbeitungsaufwand für diese
Kammern gering sein kann. Insgesamt lassen sich geringe Kosten für
das Drosselmodul und damit für die gesamte Injektorbaugruppe
erreichen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Dichtkanten an dem Drosselmodul
ausgebildet. Damit ist eine einfache Fertigung der Dichtkanten möglich.
Das Drosselmodul ist bezüglich seiner Dichtkanten nicht überbestimmt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die eine der Dichtkanten
an einem der Düsennadel zugewandten axialen Ende des Drosselmoduls
und die andere der Dichtkanten an einem der Düsennadel abgewandten
axialen Ende des Drosselmoduls ausgebildet. Damit ist eine einfache
Ausbildung des Drosselmoduls möglich.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Dichtkante
an dem Injektorkörper und/oder die zweite Dichtkante an
dem Steuermodul ausgebildet. Damit ist eine einfache Fertigung der Dichtkanten
möglich.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Dichtkanten
als Schneidkanten ausgebildet. Damit sind besonders gute Dichteigenschaften
der Dichtkanten erreichbar.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil
mit einer Aktuatoreinheit und einer Injektorbaugruppe gemäß des
ersten Aspekts. Die Aktuatoreinheit ist derart mit der Injektorbaugruppe
gekoppelt, dass die Injektorbaugruppe mittels der Aktuatoreinheit
betätigbar ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch ein Einspritzventil mit einer Injektorbaugruppe,
und
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2 eine
Detailansicht der Injektorbaugruppe in einem Längsschnitt.
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1 zeigt
ein Einspritzventil 10 mit einer Injektorbaugruppe 14 und
einer Aktuatoreinheit 16.
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Die
Injektorbaugruppe 14 weist einen Injektorkörper 12 mit
einer zentralen Längsachse L und einer Ausnehmung 32 auf.
Der Injektorkörper 12 kann einstückig
oder mehrstückig ausgeführt sein. In der Ausnehmung 32 des
Injektorkörpers 12 ist eine Düsennadel 34 angeordnet.
Die Düsennadel 34 kann einteilig oder mehrteilig
ausgeführt sein.
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Die
Aktuatoreinheit 16 ist in dem Injektorkörper 12 angeordnet.
Die Aktuatoreinheit 16 kann insbesondere als Piezoaktuator
mit einem Stapel von Piezoelementen ausgebildet sein und ihre axiale Ausdehnung ändert
sich abhängig von der angelegten elektrischen Spannung.
Die elektrische Spannung wird über eine Anschlussbuchse
an die Aktuatoreinheit angelegt. Die Aktuatoreinheit 16 ist
mit einem Übertrager 20 verbunden, der ebenfalls
in dem Injektorkörper 12 angeordnet ist. Die Aktuatoreinheit 16 und
der Übertrager 20 bilden einen Stellantrieb für die
Düsennadel 34.
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Der
Injektorkörper 12 umfasst ferner einen Hochdruckanschluss 18, über
den das Einspritzventil 10 im montierten Zustand mit einem
nicht dargestellten Hochdruckkreis eines Fluids verbunden ist.
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In
der Ausnehmung 32 des Injektorkörpers 12 ist
eine Kammer 22 angeordnet. Die Verbindung zwischen dem
Hochdruckanschluss 18 und der Kammer 22 erfolgt über
einen Fluideintritt 23. In der Kammer 22 sind
ein Drosselmodul 24 und ein Steuermodul 26 angeordnet,
deren Struktur und Funktion weiter unten im Detail beschrieben werden.
In dem Drosselmodul 24 und dem Steuermodul 26 ist
ein mit dem Übertrager 20 gekoppeltes Ventil 28 mit
einem Ventilkörper 29 und einer Ventilfeder 30 angeordnet.
Abhängig von der Form des Ventilkörpers 29 kann
das Ventil 28 in weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsformen
auch ohne Ventilfeder 30 ausgebildet sein. Dies gilt insbesondere
dann, wenn der Ventilkörper 29 als Kugel ausgebildet
ist. Ist das Ventil 28 ohne Ventilfeder 30 ausgebildet,
so kann das Drosselmodul 24 sehr klein ausgebildet sein.
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In
dem Steuermodul 26 sind Fluidrücklaufleitungen 31 angeordnet,
die eine hydraulische Verbindung zu einem nicht gezeigten Tank des
Fahrzeugs ermöglichen. Abhängig von der Stellung
des Ventils 28 ist die Kammer 22 mit den Fluidrücklaufleitungen 31 hydraulisch
gekoppelt oder von diesen hydraulisch entkoppelt.
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Das
Einspritzventil 10 umfasst weiter einen Düsenkörper 35,
der mittels einer Düsenspannmutter 36 mit dem
Injektorkörper 12 verbunden ist. An dem der Aktuatoreinheit 16 abgewandten
Ende ist oder sind in dem Düsenkörper 35 eine
oder mehrere Einspritzöffnungen 52 angeordnet.
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Die
Düsennadel 34 hat eine der Kammer 22 zugewandte
Stirnseite 38. In ihrem der mindestens einen Einspritzöffnung 52 zugewandten
Bereich hat die Düsennadel 34 einen Schaftabschnitt 44.
An seinem der Aktuatoreinheit 16 zugewandten Ende hat der
Schaftabschnitt 44 der Düsennadel 34 einen
Düsennadelabsatz 45, der mit Fluid in Kontakt
steht, das in etwa den Druck des Hochdruckkreises hat. Der Düsennadelabsatz 45 ist
so ausgebildet, dass die durch den Druck des Fluids hervorgerufene
Kraft öffnend auf die Düsennadel 34 wirkt.
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In
dem Injektorkörper 12 ist weiter ein Hohlraum 46 ausgebildet,
der eine Düsenfeder 48 aufnimmt, die sich einerseits
an einem Absatz 50 des Hohlraums 46 abstützt
und andererseits die Düsennadel 34 so vorspannt,
dass sie eine dieser zugeordnete Schließposition einnimmt,
in der sie den Fluidfluss durch die mindestens eine in dem Düsenkörper 35 angeordnete
Einspritzöffnung 52 unterbindet.
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Die
Düsennadelposition hängt von der Kräftebilanz
der Kräfte ab, die hervorgerufen durch den Druck des Fluids
auf den Düsennadelabsatz 45 und auf die Spitze
der Düsennadel 34 wirken, und andererseits der
Federkraft der Düsenfeder 48 und der Kraft, die
durch den Druck des Fluids, das sich in der Kammer 22 befindet,
und die dadurch hervorgerufene Kraft, die über die Stirnseite 38 der
Düsennadel 34 in der Schließrichtung
der Düsennadel 34 eingeleitet wird.
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Wie
in 2 dargestellt, ist das Drosselmodul 24 im
Wesentlichen zylinderförmig mit einem Modulkörper 53 ausgebildet
und erstreckt sich in der Kammer 22 des Injektorkörpers 12 in
Richtung der Längsachse L.
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In
dem Drosselmodul 24 ist eine Fluidzufuhrkammer 54 ausgebildet,
die als ringförmiger Spalt zwischen dem Körper
des Drosselmoduls 24 und dem Injektorkörper 12 angeordnet
ist und mit dem Fluideintritt 23 hydraulisch gekoppelt
ist.
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An
seinem der Stirnseite 38 der Düsennadel 34 zugewandten
Ende hat das Drosselmodul 24 einen Steuerraum 56,
der einen Teil der Kammer 22 bildet, und über
den auf die Düsennadel 34 mittels des Fluids eine
Druckkraft aufgebracht werden kann, mittels der in der Schließposition
der Düsennadel 34 ein Fluidfluss durch die mindestens
eine Einspritzöffnung 52 verhindert und ansonsten
ein Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung 52 freigegeben
ist.
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In
dem Drosselmodul 24 ist zugewandt zu dem Steuermodul 26 eine
Ventilkammer 58 ausgebildet, in der mindestens ein Teil
des Ventilkörpers 29 und die Ventilfeder 30 des
Ventils 28 angeordnet sind.
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Die
Fluidzufuhrkammer 54 steht über eine Zulaufdrossel 60 hydraulisch
mit dem Steuerraum 56 in Verbindung. Des Weiteren ist zwischen
dem Steuerraum 56 und der Ventilkammer 58 eine
Ablaufdrossel 62 in dem Modulkörper 53 des
Drosselmoduls 24 angeordnet, durch die der Steuerraum 56 hydraulisch
mit der Ventilkammer 58 gekoppelt ist.
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Das
Ventil 28, insbesondere der Ventilkörper 29,
ist über die Aktuatoreinheit 60 betätigbar,
und kann einen an dem Steuermodul 26 ausgebildeten Dichtsitz 63 verschließen
beziehungsweise freigeben. Eine Rückstellung des Ventilkörpers 29 erfolgt mittels
der als Spiralfeder ausgebildeten Ventilfeder 30. In den
weiteren Ausführungsformen, bei denen das Ventil 28 ohne
Ventilfeder 30 ausgebildet ist, erfolgt die Rückstellung
des Ventilkörpers 29 mittels einer auf diesen
wirkenden hydraulischen Kraft.
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Zwischen
dem Drosselmodul 24 und dem Injektorkörper 12 ist
eine erste Dichtkante 64 ausgebildet, und zwar an einem
der Düsennadel 34 zugewandten axialen Ende des
Drosselmoduls 24.
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Es
kann so eine weitere hydraulische Kopplung zwischen der als ringförmiger
Spalt ausgebildeten Fluidzufuhrkammer 54 und dem Steuerraum 56 verhindert
werden, wodurch es möglich ist, über die Dimensionierung
der Zulaufdrossel 60 die Fluidzufuhr in den Steuerraum 56 und
damit, bei geschlossenem Ventil 28, den Druckanstieg in
dem Steuerraum 56 festzulegen. Die erste Dichtkante 64 ist
vorzugsweise als Schneidkante ausgebildet, da somit eine besonders
gute Abdichtung zwischen dem Drosselmodul 24 und dem Injektorkörper 12 erreicht werden
kann.
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Zwischen
dem Drosselmodul 24 und dem Steuermodul 26 ist
eine zweite Dichtkante 66 ausgebildet. Die Dichtkante 66 ist
vorzugsweise an einem der Düsennadel 34 abgewandten
axialen Ende des Drosselmoduls 24 angeordnet. Mittels der
zweiten Dichtkante 66 kann eine weitere hydraulische Kopplung
zwischen der Fluidzufuhrkammer 54 und der Ventilkammer 58 verhindert
werden. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Ventil 28 offen
ist, das heißt der Ventilkörper 29 von
dem Dichtsitz 63 abgehoben ist. In diesem Fall kann mittels
der zweiten Dichtkante 66 ein unbeabsichtigtes Abströmen
des Fluids von der Fluidzufuhrkammer 54 über die
Ventilkammer 58 zu der Fluidrücklaufleitung 31 vermieden
werden.
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Zwischen
dem Injektorkörper 12 und dem Steuermodul 26 ist
eine dritte Dichtkante 68 ausgebildet. Mittels der dritten
Dichtkante 68 kann eine direkte hydraulische Kopplung der
Fluidzufuhrkammer 54 mit der Fluidrücklaufleitung 31 unterbunden
sein.
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Durch
die Ausbildung der ersten Dichtkante 64 an dem der Düsennadel 34 zugewandten
axialen Ende des Drosselmoduls 24 und die Ausbildung der zweiten
Dichtkante 66 an den der Düsennadel 34 abgewandten
axialen Ende des Drosselmoduls 24 ist es möglich,
das Drosselmodul 24 zum einen sehr einfach auszubil den,
da insbesondere eine einfache Fertigung der Dichtkanten 64, 66 möglich
ist. Zum anderen ist das Drosselmodul 24 bezüglich
seiner Dichtkanten 64, 66 nicht überbestimmt.
Damit können relativ hohe Toleranzen bei der Fertigung
des Drosselmoduls 24, insbesondere bezüglich der
Toleranzen für die Dichtkanten 64, 66 zugelassen
werden. Die einfache zylindrische Ausbildung des Drosselmoduls 24 erlaubt
darüber hinaus kleine Abmessungen des Drosselmoduls 24 und
eine hohe Bauteilfestigkeit. Durch eine geringe axiale Länge
des Drosselmoduls 24 und damit eine geringe axiale Ausdehnung
der Injektorbaugruppe 14 wird eine geringe axiale Ausdehnung
des gesamten Einspritzventils 10 möglich. Darüber
hinaus ist es möglich, durch die fluidmechanisch günstige
Anordnung insbesondere der Zulaufdrossel 60 und der Ablaufdrossel 62 zu
erreichen, dass nur eine geringe Wirbelbildung des Fluids in dem
Steuerraum 56 und damit ein geringer abrasiver Verschleiß des
Modulkörpers 53 des Drosselmoduls 24 erfolgt.
Auf ein Härten des Drosselmoduls 24 kann deshalb
verzichtet werden.
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Durch
die Ausbildung der Dichtkanten 64, 66 als Schneidkanten
sind gute Dichteigenschaften der Dichtkanten möglich.
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Im
Folgenden soll kurz die Funktion des Einspritzventils 10 dargestellt
werden:
Durch Aktivieren der als Piezoaktuator ausgebildeten Aktuatoreinheit 16 dehnt
sich die Aktuatoreinheit 16 aus und der Ventilkörper 29 wird über
den Übertrager 20 von dem Dichtsitz 63 an
dem Steuermodul 26 abgehoben. Damit wird eine hydraulische
Verbindung von dem Steuerraum 56 über die Ventilkammer 58 zu der
Fluidrücklaufleitung 31 freigegeben und der Druck
in dem Steuerraum 56 sinkt ab. Damit wird das Kräftegleichgewicht
an der Düsennadel 34 derart verändert,
dass sich die Düsennadel 34 in Richtung auf die
Aktuatoreinheit 16 in den Steuerraum 56 hineinbewegt,
wodurch die mindestens eine Einspritzöffnung 52 in
dem Düsenkörper 35 freigegeben wird.
Ist das Einspritzventil 10 als Kraftstoffeinspritzventil
ausgebildet, so kann eine Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum
einer Brennkraftmaschine erfolgen.
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Sobald
die Einspritzung beendet werden soll, wird die Aktuatoreinheit 16 deaktiviert,
wodurch der Ventilkörper 29 wieder in Kontakt
mit dem Dichtsitz 63 in dem Steuermodul 26 gelangt.
Damit ist die hydraulische Kopplung zwischen dem Steuerraum 56 und
der Fluidrücklaufleitung 31 unterbrochen. Durch
die Zufuhr von Fluid von dem Fluideintritt 23 über
die Fluidzufuhrkammer 54 und die Zulaufdrossel 60 in
den Steuerraum 56 steigt der Druck in dem Steuerraum 56 an,
wodurch die Ventilnadel 34, gegebenenfalls mit Unterstützung
der Düsenfeder 48, in axialer Richtung von der
Aktuatoreinheit 16 wegbewegt wird. Damit gelangt die Düsennadel 34 in
eine Schließposition und der Fluidfluss durch die mindestens
eine Einspritzöffnung 52 wird unterbunden. Die Unterstützung
der Düsenfeder 48 für das Schließen der
Düsennadel 34 ist insbesondere während
der Startphase der Brennkraftmaschine und im Hinblick auf eine erhöhte
Funktionssicherheit des Schließvorgangs der Düsennadel 34 von
Bedeutung.
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Durch
die Ausbildung der ersten und zweiten Dichtkante 62, 64 an
dem Drosselmodul 24 kann insbesondere eine sichere Steuerung
des Fluids von der Fluidzufuhrkammer 54 zu dem Steuerraum 56 sowie von
dem Steuerraum 56 über die Ventilkammer 58 zu der
Fluidrücklaufleitung 31 erreicht werden.
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In
weiteren Ausführungsformen, die hier nicht im Detail gezeigt
sind, ist es auch möglich, die erste Dichtkante 64 anstatt
in dem Drosselmodul 24 in dem Injektorkörper 12,
die zweite Dichtkante anstatt in dem Drosselmodul 24 in
dem Steu ermodul 26 und die dritte Dichtkante 68 anstatt
in dem Injektorkörper 12 in dem Steuermodul 26 auszubilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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