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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von
Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend
eine Ventilplatte und eine Drosselplatte, die einen zwischenliegenden Ventilraum
definieren, welcher über
einen, durch die Drosselplatte hindurch verlaufende Ablaufdrossel
mit einem Steuerraum einer Düsennadel
in Kontakt steht und über
einen Bypass mit einer Kraftstoffzuführleitung verbindbar ist, wobei
in einer, im Ventilraum vorgesehenen Dichthülse ein Ventilbolzen verschiebbar geführt ist,
der durch Kontakt mit einem, an der Ventilplatte ausgebildeten Ventilsitz
den Ventilraum von einem Rücklaufraum
abtrennt und mittels Betätigung einer
Aktoreinheit in eine Öffnungsstellung
bewegbar ist, um ein Strömen
von Kraftstoff aus dem Ventilraum in den Rücklaufraum zu ermöglichen
und damit eine Öffnungsbewegung
der Düsennadel
einzuleiten.
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In 1 ist
ein Kraftstoffinjektor des Standes der Technik im Bereich einer
Ventilplatte 1' zu
sehen. Diese Ventilplatte 1' ist
dabei gemeinsam mit einer Drosselplatte 2' innerhalb eines Gehäuses 3' angeordnet,
wobei die Ventilplatte 1' und
die Drosselplatte 2' zwischen
sich einen Ventilraum 4' definieren.
Im Ventilraum 4' ist
ein Ventilbolzen 5' angeordnet,
welcher über
einen Bolzenkopf 6' mit
einem, an der Ventilplatte 1' ausgebildeten
Ventilsitz 7' in
Kontakt bringbar ist und zudem in einer Dichthülse 8' verschiebbar geführt ist.
Zwischen dem Bolzenkopf 6' des
Ventilbolzens 5' und
der Dichthülse 8' ist ferner
ein Federelement 9' platziert,
das zum einen im unbetätigten Zustand
des Kraftstoffinjektors den Bolzenkopf 6' an den Ventilsitz 7' andrückt und
zum anderen die Dichthülse 8' gegen die Drosselplatte 2' vorspannt.
Bei einem Kontakt des Bolzenkopfs 6' mit dem Ventilsitz 7' wird durch
den Ventilbolzen 5' der
Ventilraum 4' von einem
Rücklaufraum 10' abgetrennt,
welcher mit einem Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors in Verbindung
steht. Des Weiteren ist der Ventilraum 4' über eine, durch die Drosselplatte 2' hindurch verlaufende
Ablaufdrossel 11' mit
einem Steuerraum 12' einer
Düsennadel 13' verbunden,
der mittels einer ebenfalls durch die Drosselplatte 2' hindurch verlaufende
Zulaufdrossel 14' mit
einer Kraftstoffzuführleitung 15' des Kraftstoffinjektors
in Verbindung steht. Schließlich
ist in der Drosselplatte 2' noch
eine Entlastungsbohrung 16' vorgesehen,
die einen, zwischen Ventilbolzen 5', Dichthülse 8' und Drosselplatte 2' definierten
Raum mit dem Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors verbindet.
Durch diese Verbindung liegt an den stirnseitigen Enden des Ventilbolzens 5' jeweils ein
nahezu gleich großer
Druck an, was dazu führt,
dass der Ventilbolzen 5' mit
einer verminderten Betätigungskraft
und nur fast ausschließlich
entgegen einer Kraft des Federelements 9' in der Dichthülse 8' verschoben werden kann.
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Wird
der Ventilbolzen 5' nun
durch die Einwirkung eines Kopplermoduls 17' einer – hier nicht dargestellten – Aktoreinheit
axial verschoben, so wird der mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff
befüllte Ventilraum 4' mit dem unter
Niederdruck stehenden Rücklaufraum 10' durch ein Abheben
des Bolzenkopfs 6' aus
dem Ventilsitz 7' verbunden.
Dies bewirkt einen Druckabfall im Ventilraum 4' und über die Ablaufdrossel 11' auch im Steuerraum 12', was auf dem
Fachmann bekannte Art und Weise eine Öffnungsbewegung der Düsennadel 13' hervorruft
und einen Einspritzvorgang einleitet. Während des Einspritzvorgangs
verbleibt der Ventilbolzen 5' in
der Öffnungsstellung,
so dass unter Hochdruck stehender Kraftstoff stetig aus dem Ventilraum 4' in den Rücklaufraum 10' entweicht.
Schließlich
wird ein Ende des Einspritzvorganges durch eine Entladung der jeweiligen
Aktoreinheit eingeleitet, wobei sich das Kopplermodul 17' in axialer
Richtung zurück
bewegt und der Ventilbolzen 5' über das Federelement 9' mit dem Bolzenkopf 6' in den Ventilsitz 7' gedrückt wird.
Dies führt
dazu, dass kein weiterer Kraftstoff aus dem Ventilraum 4' in den Rücklaufraum 10' zurückströmen kann
und der Druck im Steuerraum 12' über die Zulaufdrossel 14' wieder angehoben
wird. Ab einem definierten Druck im Steuerraum 12' bewirkt dies
eine Schließbewegung
der Düsennadel 13' und damit ein Ende
des Einspritzvorgangs.
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Es
ist des Weiteren im allgemeinen bekannt, dass der Ventilraum 4' eines derartigen
Kraftstoffinjektors über
einen Bypass ebenfalls mit der Kraftstoffzuführleitung 15' direkt in Verbindung
steht, um zum Ende des Einspritzvorganges und ab einem Kontakt des
Bolzenkopfs 6' mit
dem Ventilsitz 7' den
Ventilraum 4' und über die
Ablaufdrossel 11' auch
den Steuerraum 12' mit
unter Hochdruck stehenden Kraftstoff zu befüllen. Dadurch erfolgt eine
zusätzliche
Befüllung
des Steuerraums 12',
was insgesamt in einem schnelleren Druckanstieg im Steuerraum 12' und damit auch
einer früheren
Schließbewegung der
Düsennadel 13' resultiert. Üblicherweise
verläuft der
Bypass dabei ebenfalls in der Drosselplatte 2' und mündet zwischen
Dichthülse 8' und den Wänden des
Ventilraums 4' in
diesen ein.
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Allerdings
weist ein Kraftstoffinjektor des Standes der Technik den erheblichen
Nachteil auf, dass in der Öffnungstellung
des Ventilbolzens ständig
Kraftstoff aus dem Bypass in den Rücklaufraum strömt. Hierdurch
erhöht
sich die Rücklaufmenge
des Kraftstoffinjektors erheblich, was in einem Ansteigen der Rücklauf- und der Betriebstemperatur
des Kraftstoffinjektors und einer Verminderung des Einspritzdrucks
resultiert. Zudem ist das Zeitintervall zwischen dem Bewegen des
Ventilbolzens in die Öffnungsstellung
und der Öffnungsbewegung
der Düsennadel vergrößert, da
die Verminderung des Drucks im Steuerraum aufgrund des stetig in
den Ventilraum nachströmenden
Kraftstoffs langsamer von statten geht.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstoffinjektor
zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
zur Verfügung
zu stellen, bei welchem in einer Öffnungsstellung des Ventilbolzens
ein Nachströmen
von Kraftstoff aus dem Bypass in den Ventilraum wirksam verhindert
wird, während
zum Ende des Einspritzvorgangs ein schnelles Befüllen des Steuerraums über den
Bypass möglich
ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung
mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben
jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die
Erfindung umfasst die technische Lehre, dass der Bypass radial in
den Ventilraum einmündet, wobei
am Ventilbolzen eine Zulaufblende vorgesehen ist, die in der Öffnungsstellung
des Ventilbolzens den Bypass verschließt.
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Vorteile der Erfindung
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Mittels
einer Abschaltung des Bypasses in der Öffnungsstellung des Ventilbolzens
kann die über den
Rücklaufraum
entweichende Kraftstoffmenge erheblich reduziert werden, wodurch
gleichzeitig auch eine Absenkung der Betriebstemperatur des Kraftstoffinjektors
sowie der Rücklauftemperatur
des Kraftstoffs möglich
wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund des nicht mehr über den
Bypass stetig in den Steuerraum nachströmenden Kraftstoffs ein schnellerer
Druckabfall im Ventilraum und damit auch im, mit diesem verbundenen
Steuerraum erreicht wird, was in einem schnelleren Öffnen der
Düsennadel
resultiert und somit einen früheren
Einspritzbeginn ermöglicht.
Zugleich kann aber über
das erneute Zuschalten des Bypasses bei einer Rückbewegung des Ventilbolzens
in den Ventilsitz auch ein schnelleres Schließen der Düsennadel erreicht werden. Schließlich ist
es hierdurch möglich,
eine Absenkung des Einspritzdrucks aufgrund der Reduzierung der
Rücklaufmenge
zu vermeiden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die Zulaufblende als Scheibe ausgebildet, die
an einem Innendurchmesser mit dem Ventilbolzen verbunden ist und
mit einem Außendurchmesser in
radialer Richtung gemeinsam mit dem umliegenden Ventilraum eine
Gleitpaarung ausbildet. Durch eine Gestaltung der Zulaufblende als
Scheibe ergibt sich eine sehr kompakte Ausführung einer Zulaufblende. Zudem
kann durch das Ausbilden einer Gleitpaarung mit dem umliegenden
Ventilraum, beispielsweise durch Einschleifen des Außendurchmessers der
Scheibe, ein zuverlässiges
Verschließen
des Bypasses erreicht werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung sind in der Scheibe und im Bereich Innendurchmessers
mehrere, in axialer Richtung verlaufende Nuten vorgesehen. Hierdurch
kann in der Öffnungsstellung
des Ventilbolzens Kraftstoff aus dem Steuerraum über die Ablaufdrossel ungehindert
zum Rücklaufraum
strömen.
Des Weiteren kann ein aufwendiges und teures Einbringen von Bohrungen
oder Nuten in den Ventilbolzen entfallen, sowie eine hiermit einhergehende Festigkeitreduzierung
in diesem Bereich vermieden werden.
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Es
ist eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, dass
die Scheibe über
eine Rückstellfeder
des Ventibolzens am Ventilbolzen in axialer Richtung fi xiert ist.
Vorteilhafterweise wird dadurch die Vorspannkraft der Rückstellfeder
neben einem Vorspannen des Ventilbolzens gegen den Ventilsitz und
einem Niederhalten der Dichthülse
an der Drosselplatte auch zum Fixieren der Scheibe genutzt, wodurch
zusätzliche
Fixierungsmittel entfallen können. Dementsprechend
kann der Herstellungsaufwand reduziert und gleichzeitig Bauraum
eingespart werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist die Scheibe auf den Ventilbolzen
aufgepresst. Hierdurch wird der zuverlässige Sitz der Scheibe auf
dem Ventilbolzen und damit auch das Verschließen des Bypasses gewährleistet.
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Entsprechend
einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mündet der
Bypass in den Ventilraum über
einen umlaufenden, radialen Einstich ein. Dies hat den Vorteil,
dass die Scheibe bei Verschließen
des Bypasses über
ihren gesamten Umfang mit dem gleichen Druck beaufschlagt wird, so
dass keine Querkräften
in den Ventilbolzen eingeleitet werden. Zudem können hierdurch Leckageströme zwischen
der Scheibe und dem umliegenden Ventilraum reduziert werden.
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Zweckmäßiger Weise
ist die Scheibe des Weiteren als Stanzteil ausgeführt. Durch
diese Maßnahme
kann die Scheibe mit niedrigem Herstellungsaufwand gefertigt werden.
Eine Nachbearbeitung des Innen- und des Außendurchmessers, sowie der Höhe auf die
jeweils geforderten Maße
muss im Anschluss daran nur noch durch Feinbearbeitung, beispielsweise
in Form von Schleifen, erfolgen.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung anhand der Figuren näher
dargestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines Kraftstoffinjektors des Standes der Technik,
im Bereich einer Ventilplatte,
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2 eine
Schnittansicht des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors,
im Bereich einer Ventilplatte, und
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3 eine
Draufsicht einer Scheibe des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors.
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Ausführungsform der Erfindung
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In 2 ist
eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im
Bereich einer Ventilplatte 1 zu sehen. Diese Ventilplatte 1 definiert gemeinsam
mit einer, in axialer Richtung benachbart liegenden Drosselplatte 2 einen
zwischenliegenden Ventilraum 4, in welchem ein Ventilbolzen 5 in
einer Dichthülse 8 verschiebbar
geführt
ist. Der Ventilbolzen 5 verfügt über einen Bolzenkopf 6, über welchen er
mit einem, an der Ventilplatte 1 ausgebildeten Ventilsitz 7 in
Kontakt steht und dadurch den Ventilraum 4 von einem Rücklaufraum 10 abtrennt.
Diese Rücklaufraum 10 steht
mit einem Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors in Verbindung
und nimmt ein Kopplermodul 17 einer – hier nicht dargestellten – Aktoreinheit
auf, das eine, bei Bestromung der Aktoreinheit hervorgerufene Längenänderung
auf den Ventilbolzen 5 überträgt. Des
Weiteren ist zwischen der Dichthülse 8 und
dem Bolzenkopf 6 des Ventilbolzens 5 eine Rückstellfeder 18 vorgesehen,
welche über
ihre Vorspannkraft zum einen den Bolzenkopf 6 des Ventilbolzens
in den Ventilsitz 7 und gegen das Kopplermodul 17 drückt und
zum anderen die Dichthülse 8 gegen
die Drosselplatte 2 vorspannt. Mittels dieser Vorspannung
wird durch die Dichthülse 8 ein, zwischen
Drosselplatte 2, Dichthülse 8 und
Ventilbolzen 5 gebildeter Raum 19 vom Ventilraum 4 abgetrennt,
der ebenfalls mit dem Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors
in Verbindung steht. Dadurch kann eine Verschiebung eines Schafts 20 des
Ventilbolzens 5 in der Dichthülse 8 mit einer verminderten Stellkraft
im Bereich der Federkraft der Rückstellfeder 18 erfolgen,
da an den stirnseitigen Enden des Ventilbolzens 5 jeweils
ein gleich hoher Druck anliegt.
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In
der Drosselplatte 2 ist des Weiteren eine Ablaufdrossel 11 vorgesehen,
die durch die Drosselplatte 2 hindurch verläuft und
den Ventilraum 4 mit einem – hier ebenfalls nicht dargestellten – Steuerraum einer
Düsennadel
verbindet. Zudem verläuft
in der Ventilplatte 1 ein Bypass 21, über welchen
unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus einer Kraftstoffzuführleitung 15 des
Kraftstoffinjektors dem Ventilraum 4 direkt zuführbar ist.
Der Bypass 21 mündet dabei
in einen umlaufenden, radialen Einstich 22 ein, der im
oberen Bereich des Ventilraums 4 vorgesehen ist und über welchen
eine gleichmäßige Zuführung von
Kraftstoff möglich
wird.
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Um
allerdings das Strömen
von Kraftstoff aus dem Bypass 21 in den Ventilraum 4 nur
bei definierten, axialen Positionen den Ventilbolzens 5 zuzulassen,
ist zwischen dem Bolzenkopf 6 und der Rückstellfeder 18 eine
Scheibe 23 vorgesehen, die mit ihrem Innendurchmesser auf
den Schaft 20 des Ventilbolzens 5 aufgepresst
ist und deren Außendurchmesser
dem Bohrungsdurchmesser des Ventilraums 4 in diesem Bereich
entspricht. Durch diese Scheibe 23 wird der Einstich 22 bei
einer Öffnungsstellung des
Ventilbolzens 5 vollständig
verschlossen und damit ein Strömen
von Kraftstoff aus dem Bypass 21 über den Einstich 22 in
den Ventilraum 4 verhindert.
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Wie
des Weiteren aus der Draufsicht in 3 hervorgeht,
verfügt
die Scheibe 23 im Bereich ihres Innendurchmessers über mehrere, äquidistant zueinander
angeordnete Nuten 24, die die Scheibe 23 in axialer
Richtung durchdringen. In radialer Richtung erstrecken sich diese
Nuten 24 dabei derart weit, dass keine vollständige Abdeckung
durch den Bolzenkopf 6 des Ventilbolzens 5 im
verbauten Zustand stattfindet. Ein Außendurchmesser des Bolzenkopfs 6 ist
in diesem Fall durch die gestrichelte Linie 25 veranschaulicht.
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Wird
nun die Aktoreinheit des Kraftstoffinjektors mit Strom beaufschlagt,
so bewegt das Kopplermodul 17 den Ventilbolzen 5 entgegen
der Rückstellfeder 18 in
axiale Richtung und drückt
damit den Bolzenkopf 6 aus dem Ventilsitz 7. Daraufhin
strömt Kraftstoff
aufgrund der vorherrschenden Druckdifferenz aus dem Ventilraum 4 in
den Rücklaufraum 10 und
bewirkt damit eine Druckabsenkung im Ventilraum 4. Aufgrund
dieses Druckabfalls strömt
Kraftstoff zum einen aus dem Steuerraum über die Ablaufdrossel 11 und
zum anderen zunächst
noch über
den Bypass 21 aus der Kraftstoffzuführleitung 15 in den Ventilraum 4 nach.
Das Strömen über die
Ablaufdrossel 11 zum Rücklaufraum 10 wird
dabei über
die Nuten 24 in der Scheibe 23 ermöglicht.
Ab einer bestimmten axialen Position des Ventilbolzens 5 wird
jedoch der Einstich 22 durch die Scheibe 23 verschlossen,
wodurch kein Kraftstoff mehr über
den Bypass 21 nachströmen
kann. Aufgrund dieser Tatsache und des immernoch in den Rücklaufraum 10 entweichenden Kraftstoffs
vergrößert sich
die über
die Ablaufdrossel 11 strömende Kraftstoffmenge, was
eine schnellere Druckabsenkung im Steuerraum mit sich bringt. Ab
einem bestimmten Druck im Steuerraum führt dies auf dem Fachmann bekannte
Art und Weise zum Öffnen
der Düsennadel
und zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine.
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Zum
Ende des Einspritzvorgangs wird die Aktoreinheit wieder entladen,
was zu einer Rückbewegung
des Kopplermoduls 17 und zu einem Drücken des Bolzenkopfs 6 über die
Rückstellfeder 18 in den
Ventilsitz 7 führt.
Auf dem Weg in diese Position wird ab einem bestimmten Zeitpunkt
der Einstich 22 wieder durch die Scheibe 23 freigegeben,
so dass unter Hochdruck stehender Kraftstoff über den Bypass 21 in
den Ventilraum 4 strömen
kann. Dieser Kraftstoff gelangt im weiteren Verlauf auch über die Ablaufdrossel 11 in
den Steuerraum und sorgt dort neben einer Zuführdrossel des Steuerraums für einen
schnellen Druckanstieg. Ab Erreichen eines bestimmten Drucklevels
bewirkt dies eine Rückbewegung
der Düsennadel
und das Ende der Kraftstoffeinspritzung.
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Mittels
des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors
ist es somit möglich,
die während
des Einspritzvorganges in den Rücklaufraum 10 zurückströmende Kraftstoffmenge
erheblich zu reduzieren und damit eine Erhöhung der Rücklauf- und der Betriebstemperatur
des Kraftstoffinjektors zu vermeiden, sowie einen Abfall des Einspritzdrucks
zu unterbinden. Es ist hierbei allerdings auch denkbar, entsprechend der
Gestaltung der Scheibe 23 den Bypass 21 in der Öffnungsstellung
des Ventilbolzens 5 nicht vollständig zu verschließen bzw.
auch in einer geschlossenen Stellung des Ventilbolzens 5 die über den
Bypass 21 nachströmende
Kraftstoffmenge abzudrosseln.