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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Schaltventil, insbesondere ein Magnetventil
für Brennstoffeinspritzventile, und ein Brennstoffeinspritzventil
mit solch einem Schaltventil. Speziell betrifft die Erfindung das
Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von
luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
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Aus
der
DE 10 2006
021 741 A1 ist ein Kraftstoffinjektor mit einem druckausgeglichenen
Steuerventil bekannt. Bei dem bekannten Injektor wird ein Einspritzventilglied,
welches eine Einspritzöffnung freigibt oder verschließt,
durch ein Steuerventil angesteuert, wobei das Steuerventil eine
Verbindung aus einem Steuerraum in einen Kraftstoffrücklauf
freigibt oder verschließt, indem ein Schließelement
in einen Sitz gestellt wird oder diesen freigibt. Bei dem Steuerventil
werden die hydraulischen Kräfte über einen Druckausgleich
minimiert. Dadurch kann die Federkraft bei gleichzeitig weniger
Hub und größerer Querschnittsfläche reduziert
werden. Hierbei sind kurze Schaltzeiten und eine vorteilhafte Dynamik
möglich.
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Der
aus der
DE 10
2006 021 741 A1 bekannte Kraftstoffinjektor hat den Nachteil,
dass ein relativ hoher und gleich bleibender Druck des zugeführten Brennstoffs
für einen ordnungsgemäßen Betrieb erforderlich
ist. Speziell besteht das Problem, dass der Förderdruck
einer Brennstoffpumpe oder dergleichen zunächst aufgebaut
werden muss, so dass ein regulärer Betrieb erst mit einer
gewissen Verzögerung möglich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Schaltventil mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den Merkmalen des Anspruchs 10 haben den Vorteil, dass eine
Funktionsweise verbessert, ist. Speziell besteht der Vorteil, dass
bei einer Unterbrechung der normalen Betriebsart eine auftretende
Leckage verhindert oder zumindest verringert ist, was beispielsweise
einen verbesserten Anlauf einer Brennstoffeinspritzanlage oder dergleichen
nach einer Unterbrechung ermöglicht.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen
Schaltventils und des im Anspruch 10 angegebenen Brennstoffeinspritzventils
möglich.
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Bei
einer Brennstoffeinspritzanlage ist ein hoher Brennstoffdruck für
eine hohe Leistungsfähigkeit, insbesondere zur Erfüllung
von Abgasvorschriften, von Vorteil. Hierfür eignet sich
besonders ein druckausgeglichenes Schaltventil. Solch ein Schaltventil
kann als magnetgesteuertes oder als piezogesteuertes Schaltventil
ausgestaltet sein. Bei einem druckausgeglichenen Schaltventil tritt
allerdings eine gewisse Leckage auf. Eine solche Leckage begünstigt
allerdings einen Druckabbau, wenn die Brennstoffeinspritzanlage
vorübergehend abgeschaltet wird.
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Beispielsweise
kann es zur Reduktion von Abgasen und somit auch von Kohlendioxid
erforderlich sein, den Motor und somit die von dem Motor in Gang
gehaltene Brennstoffeinspritzanlage abzuschalten. Dies kann beispielsweise
im Rahmen einer Start/Stop-Abschaltung erfolgen. Um einen vorteilhaften
Anlauf des Brennstoffeinspritzsystems nach der Unterbrechung zu
ermöglichen, ist nach der Unterbrechung ein gewisser Restdruck
von Vorteil. Beispielsweise kann eine Brennstoffverteilerleiste
den Druck des gespeicherten Brennstoffs während der Unterbrechung
auf einen Mindestdruck von beispielsweise 12 MPa (120 bar) halten.
Dies setzt allerdings voraus, dass eine Leckage in den Brennstoffeinspritzventilen
verhindert oder zumindest erheblich reduziert ist.
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Hierbei
kann der Ventilschließkörper mit der Ventilsitzfläche
des Ventilstücks zusammen wirken, um den Brennstofffluss über
eine Leckagestelle abzuschalten. Somit kann ein Schaltventil, insbesondere
ein druckausgeglichenes Schaltventil, geschaffen werden, bei dem
die Leckage abgeschaltet werden kann, beispielsweise beim Unterschreiten
eines Mindestdrucks, so dass eine Start/Stop-Abschaltung oder dergleichen
verzögerungsfrei oder mit einer relativ geringen Verzögerung
verwirklicht werden kann.
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Vorteilhaft
ist es, dass zwischen dem Ventilstück und dem Ventilelement
ein Zwischenraum gebildet ist, der einerseits durch den Dichtsitz
an der Ventilsitzfläche des Ventilstücks und andererseits durch
den Dichtsitz an der Ventilsitzfläche des Ventilelements
begrenzt ist, dass in dem Ventilstück ein Ablaufkanal,
insbesondere ein gedrosselter Ablaufkanal, ausgebildet ist und dass
in einer normalen Betriebsart, in der ein normaler Eingangsdruck
bereitgestellt ist, der Dichtsitz an der Ventilsitzfläche
des Ventilstücks geöffnet ist und der Ablaufkanal über
den geöffneten Dichtsitz an der Ventilsitzfläche
des Ventilstücks mit dem Zwischenraum verbunden ist. Dadurch
kann ein Brennstofffluss durch den Ablaufkanal über ein öffnen
und Schließen des Dichtsitzes an der Ventilsitzfläche
des Ventilelements gesteuert werden. Dies ermöglicht in
der normalen Betriebsart eine Ansteuerung einer Düsennadel
eines Brennstoffeinspritzventils oder dergleichen, wobei eine druckausgeglichene
Ausgestaltung des Schaltventils möglich ist.
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Vorteilhaft
ist es hierbei auch, dass in einer speziellen Betriebsart, in der
ein reduzierter Eingangsdruck bereitgestellt ist, der Dichtsitz
an dem Ventilstück geschlossen ist und der Ablaufkanal durch
den geschlossenen Dichtsitz von dem Zwischenraum getrennt ist. Durch
den geschlossenen Dichtsitz an der Ventilsitzfläche des
Ventilstücks ist ein Brennstofffluss über den
Ablaufkanal gesperrt, so dass ein Brennstofffluss zu einer nachgeordneten
Leckagestelle unterbunden ist. Dadurch ist eine Leckage verhindert
oder zumindest eine Gesamtleckage verringert, so dass ein ausreichender
Eingangsdruck aufrechterhalten werden kann. Nach einer vorübergehenden
Unterbrechung kann somit ein rasches Anlaufen der Brennstoffeinspritzanlage
erzielt werden.
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Vorteilhaft
ist es ferner, dass der Ventilschließkörper einerseits
von einem in der normalen Betriebsart über den Ablaufkanal
aufrechterhaltenen relativ hohen Druck beaufschlagt ist und dass
ein Anschlag vorgesehen ist, an dem sich der Ventilschließkörper
in der normalen Betriebsart entgegen dem über den Ablaufkanal
aufrechterhaltenen relativ großen Druck abstützt.
Somit wird in der normalen Betriebsart der Ventilschließkörper
von dem Ablaufkanal her mit einem relativ großen Druck
beaufschlagt, so dass der Dichtsitz zwischen dem Ventilschließkörper
und der Ventilsitzfläche des Ventilstücks geöffnet ist.
In der Stellung des Ventilschließkörpers, in der sich
der Ventilschließkörper an dem Anschlag abstützt,
kann dann eine Steuerung über ein öffnen und Schließen
des Dichtsitzes zwischen dem Ventilschließkörper
und der Ventilsitzfläche des Ventilelements erfolgen.
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Vorteilhaft
ist es hierbei ferner, dass der Zwischenraum durch den Ventilschließkörper
in einen ersten Teilraum, der durch den Dichtsitz an der Ventilsitzfläche
des Ventilstücks begrenzt ist, und einen zweiten Teilraum,
der durch den Dichtsitz an der Ventilsitzfläche des Ventilelements
begrenzt ist, aufgeteilt ist und dass die Teilräume über
zumindest eine in dem Ventilschließkörper ausgebildete
Durchgangsöffnung miteinander verbunden sind. Hierdurch
ist zum einen ein robuster und kompakter Aufbau des Schaltventils
möglich. Zum anderen kann beim Verstellen des Ventilschließkörpers
eine gewisse Dämpfung des Schließimpulses erzielt
werden, beispielsweise, wenn der Ventilschließkörper
aus der Stellung, in der der Dichtsitz an der Ventilsitzfläche
des Ventilstücks geschlossen ist, in die Stellung gelangt, in
der der Ventilschließkörper an dem Anschlag abgestützt
ist.
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In
vorteilhafter Weise ist eine Ventilfeder vorgesehen, die das Ventilelement
beaufschlagt, wobei in der normalen Betriebsart bei geschlossenem Dichtsitz
zwischen der Ventilsitzfläche des Ventilelements und dem
Ventilschließkörper die Ventilfeder das Ventilelement
gegen den Ventilschließkörper beaufschlagt und
der über den Ablaufkanal aufrechterhaltene Druck den Ventilschließkörper
gegen die Ventilsitzfläche des Ventilelements beaufschlagt. Hierbei überwiegt
in der normalen Betriebsart der über den Ablaufkanal aufrechterhaltene
Druck die Kraft der Ventilfeder, so dass eine Steuerung über
ein Öffnen und Schließen des Dichtsitzes zwischen
der Ventilsitzfläche des Ventilelements und dem Ventilschließkörper
ermöglich ist. Vorteilhaft ist es ferner, dass die Ventilfeder
in der speziellen Betriebsart bei unbetätigtem Ventilelement
den Ventilschließkörper über das Ventilelement
zum Schließen des Dichtsitzes starker an der Ventilsitzfläche
des Ventilstücks beaufschlagt als ein über den
Ablaufkanal aufrechterhaltener Druck. Dadurch überwiegt
in der speziellen Betriebsart die Kraft der Ventilfeder den über
den Ablaufkanal aufrechterhaltenen reduzierten Druck, so dass der
Dichtsitz zwischen dem Ventilschließkörper und
der Ventilsitzfläche am Ventilstück geschlossen
wird. Somit kann beispielsweise der Druck in einem Common Rail auf
einem reduzierten Niveau aufrechterhalten werden, um ein verzögerungsfreies Wiederinbetriebnehmen
zu ermöglichen.
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Vorteilhaft
ist es, dass der Ventilschließkörper als kugelförmiger
Ventilschließkörper ausgestaltet ist und dass
der Anschlag durch einen Ankerbolzen gebildet ist. Hierdurch besteht
der Vorteil, dass das Schaltventil robust gegen Verschleiß und
Beschädigungen durch Partikel ist. Vorteilhaft ist es andererseits
auch, dass der Ventilschließkörper in einem Führungsteil
geführt ist und dass der Anschlag durch einen an dem Führungsteil
ausgestalteten Absatz ausgestaltet ist. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt,
ist eine geringere Leckage bei der normalen Betriebsart bedingt
durch den reduzierten Druckausgleichsquerschnitt des Ankerbolzens.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert.
Es zeigt:
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1 ein
Brennstoffeinspritzventil mit einem Schaltventil in einer auszugsweisen,
schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
auszugsweise Darstellung des in 1 dargestellten
Schaltventils in einer normalen Betriebsart im geöffneten
Zustand;
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3 den
in 1 dargestellten Ausschnitt des Schaltventils in
der normalen Betriebsart in einem geschlossenen Zustand;
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4 den
in 2 dargestellten Ausschnitt eines Schaltventils
in einer speziellen Betriebsart im geschlossenen Zustand und
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5 ein
Brennstoffeinspritzventil in einer auszugsweisen, schematischen
Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 mit
einem Schaltventil 2 der Erfindung in einer auszugsweisen,
schematischen, axialen Schnittdarstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann
insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen
von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen
dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht
für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Brennstoffverteilerleiste 3,
einem sog. Common Rail, die Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert und
zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das
erfindungsgemäße Schaltventil 2 eignet
sich besonders für solch ein Brennstoffeinspritzventil 1.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 und das
erfindungsgemäße Schaltventil 2 eignen
sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein mehrteiliges Ventilgehäuse 4 auf,
das beispielsweise einen Haltekörper 5 und einen
mit dem Haltekörper 5 verbundenen Düsenkörper 6 umfasst.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist mit der Brennstoffverteilerleiste 3 über
eine Brennstoffleitung 7 verbunden, so dass Brennstoff
in einen verzweigten Brennstoffkanal 8 innerhalb des Ventilgehäuses 4 führbar
ist. Über den Brennstoffkanal 8 ist somit unter
hohem Druck stehender Brennstoff in einen Brennstoffraum 9 einleitbar.
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In
dem Ventilgehäuse 4 ist ein Ventilstück 15 angeordnet,
dass sich an einem Absatz 16 des Haltekörpers 5 abstützt.
Das Ventilstück 15 weist eine Bohrung 17 auf,
in der eine Düsennadel 18 geführt ist.
Die Düsennadel 18 begrenzt hierbei einen Steuerraum 19 in
der Bohrung 17 des Ventilstücks 15. In dem
Ventilstück 15 ist eine Zulaufdrossel 20 ausgebildet,
die mit dem Brennstoffkanal 8 verbunden ist. Über
die Zulaufdrossel 20 kann Brennstoff aus dem Brennstoffkanal 8 in
den Steuerraum 19 eingeleitet werden. Dadurch baut sich
im Steuerraum 19 zumindest im Wesentlichen ein Eingangsdruck
auf, der von der Brennstoffverteilerleiste 3 zur Verfügung
gestellt wird. In einer normalen Betriebsart, in der über
eine Hochdruckpumpe Brennstoff in die Brennstoffverteilerleiste 3 gefördert
wird, kann der Eingangsdruck beispielsweise größer
als 100 MPa (1000 bar) sein. Je nach Ausgestaltung können
auch deutlich höhere Eingangsdrücke von der Brennstoffverteilerleiste 3 vorgehalten
werden.
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In
dem Ventilgehäuse 4 ist außerdem ein Ventilkäfig 21 angeordnet,
der an dem Ventilstück 15 anliegt und somit ortsfest
ist. In dem Ventilkäfig 21 ist ein Anker 22 geführt,
der in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgestaltet
ist. Hierbei ist der Anker 22 aus einem Ankerelement 23 und
einer Ankerplatte 24 zusammengesetzt. In diesem Ausführungsbeispiel
weist das Ankerelement 23 ein Ventilelement 25 auf.
Das Ventilelement 25 kann auch mit dem Ankerelement 23 verbunden
sein. Der Anker 22 ist dabei an dem Ankerelement 23 in
dem Ventilkäfig 21 geführt.
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Zwischen
dem Ventilelement 25 und dem Ventilstück 15 ist
ein Ventilschließkörper 26 angeordnet.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ventilschließkörper 26 als
kugelförmiger Ventilschließkörper 26 ausgestaltet.
Der Ventilschließkörper 26 wirkt einerseits
an einer Ventilsitzfläche 30 des Ventilstücks 15 mit
der Ventilsitzfläche 30 des Ventilstücks 15 zu
einem Dichtsitz zusammen und andererseits an einer Ventilsitzfläche 31 des
Ventilelements 25 mit der Ventilsitzfläche 31 des
Ventilelements 25 zu einem Dichtsitz zusammen. Zwischen
dem Ventilstück 15 und dem Ventilelement 25 ist
ein Zwischenraum 32 vorgesehen, der in diesem Ausführungsbeispiel ein
Brennstoffraum 32 ist. Der Zwischenraum 32 ist dabei
einerseits durch den Dichtsitz zwischen dem Ventilschließkörper 26 und
der Ventilsitzfläche 30 und andererseits durch
den Dichtsitz zwischen dem Ventilschließkörper 26 und
der Ventilsitzfläche 31 begrenzt.
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Das
Ventilstück 15 weist einen Ablaufkanal 33 auf,
der als gedrosselter Ablaufkanal 33 ausgebildet ist. In
der normalen Betriebsart ist der Dichtsitz zwischen dem Ventilschließkörper 26 und
der Ventilsitzfläche 30 an dem Ventilstück 15 geöffnet,
so dass der Ablaufkanal 33 mit dem Zwischenraum 32 durchgehend
verbunden ist.
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Das
Schaltventil 2 weist einen Ankerbolzen 34 auf,
wobei zwischen dem Ankerelement 23 des Ankers 22 und
dem Ankerbolzen 34 eine Führung vorgesehen ist.
Der Ankerbolzen 34 bildet einen Anschlag 35 für
den kugelförmigen Ventilschließkörper 26.
Das Schaltventil 2 weist eine Ventilfeder 36 auf, die
den Anker 22 in Richtung auf den Ventilschließkörper 26 beaufschlagt.
Außerdem ist eine Magnetspule 37 vorgesehen, die
zum Betätigen des Ankers 22 dient. Eine von der
Magnetspule 37 erzeugte Anzugskraft auf den Anker 22 wirkt
hierbei entgegen der Kraft der Ventilfeder 36. Somit kann
durch Ansteuern der Magnetspule 37 ein öffnen
und Schließen des zwischen der Ventilsitzfläche 31 des
Ventilelements 25 und dem Ventilschließkörper 26 gebildeten
Dichtsitzes erfolgen. Bei geschlossenem Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 31 wird
der Ventilschließkörper 26 in der normalen Betriebsart
von dem Zwischenraum 33 her mit einem relativ hohen Druck
beaufschlagt, der über den Ablaufkanal 33 aufrechterhalten
ist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel sind Einstellelemente 38, 39 vorgesehen,
die als Einstellscheiben 38, 39 ausgestaltet sind. Über
die Einstellscheiben 38, 39 kann ein Hub des Ventilschließkörpers 26 und ein
Hub des Ventilelements 25 des Ankers 22 eingestellt
werden.
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Die
Ausgestaltung des Schaltventils 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 und
seine Funktionsweise sind im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die 2, 3 und 4 im
weiteren Detail erläutert.
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2 zeigt
eine auszugsweise Darstellung des in 1 gezeigten
Schaltventils 2. Hierbei ist das Schaltventil 2 in
einer normalen Betriebsart dargestellt, in der ein normaler Eingangsdruck über
die Zulaufdrossel 20 bereitgestellt ist. Ferner ist das
Schaltventil 2 in einer Schaltstellung dargestellt, in
der sowohl der Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 30 als
auch der Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 31 geöffnet
sind. Der geöffnete Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 30 ist dabei
durch den hohen Eingangsdruck in der normalen Betriebsart bedingt.
Die Öffnung des Dichtsitzes an der Ventilsitzfläche 31 erfolgt
durch Betätigen des Schaltventils 2, das heißt
durch Bestromen der Magnetspule 37, so dass der Anker 22 von
der Magnetspule 37 angezogen wird. Ausgehend von einem
geschlossenen Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 31 erfolgt
bei der Betätigung ein Ankerhub 40 des Ankers 22.
Durch den geöffneten Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 31 wird
der Zwischenraum 32 mit einem Niederdruckraum 41 verbunden,
der über einen Brennstoffrücklauf 42 mit
einem Tank 43 (1) der Brennstoffeinspritzanlage
verbunden ist. Somit bricht der Druck im Zwischenraum 32 zusammen.
Da der Zwischenraum 32 über den Ablaufkanal 33 mit
dem Steuerraum 19 verbunden ist, bricht auch der Druck im
Steuerraum 19 zusammen. Hierdurch erfolgt eine Betätigung
der Düsennadel 18, so dass Brennstoff aus dem
Brennstoffraum 9 über eine oder mehrere Düsenöffnungen 44 abgespritzt
wird.
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Zum
Beenden der Einspritzung wird die Magnetspule 37 stromlos
geschaltet, so dass die Ventilfeder 36 den Anker 22 in
die in der 3 dargestellte Stellung verstellt.
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3 zeigt
den in 2 dargestellten Ausschnitt des Schaltventils 2 in
der normalen Betriebsart bei geschlossenem Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 31.
Die Ventilfeder 36 beaufschlagt den Anker 22,
so dass das Ventilelement 25 mit einer Ventilfederkraft 45 gegen
den Ventilschließkörper 26 beaufschlagt
ist. Außerdem wirkt bei geschlossenem Dichtsitz an der
Ventilsitzfläche 31 eine hydraulische Kraft 46 auf
den Ventilschließkörper 26.
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In
der normalen Betriebsart kann ein Wechsel zwischen den anhand der 2 und 3 veranschaulichten
Schaltstellungen des Schaltventils 2 erfolgen, um Brennstoff
in geeigneten Intervallen abzuspritzen.
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4 zeigt
den in 2 gezeigten Ausschnitt des Schaltventils 2 in
einer speziellen Betriebsart. In der normalen Betriebsart wird die
Brennstoffeinspritzanlage beispielsweise von der Brennkraftmaschine
angetrieben, so dass stets ein relativ hoher Eingangsdruck zur Verfügung
steht. Hierdurch kann auch über den Ablaufkanal 33 ein
relativ großer Druck aufrechterhalten werden, der bei geöffnetem Dichtsitz
an der Ventilsitzfläche 30 und bei geschlossenem
Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 31 im Zwischenraum 32 auf
den Ventilschließkörper 26 einwirkt.
Beim Abschalten der Brennkraftmaschine fällt der Druck
in der Brennstoffverteilerleiste 3 ab. Hierdurch kann sich
der Druck über eine auftretende Leckage weiter abbauen.
Solch eine Leckage tritt insbesondere am Schaltventil 2 auf.
Dies kann über einen Führungsspalt 47 zwischen
dem Ankerelement 23 und dem Ventilkäfig 21 auftreten.
Falls die Dichtwirkung des Dichtsitzes an der Ventilsitzfläche 31 nachlässt,
kann auch eine Leckage über eine Öffnung 47' im
Ankerelement 23, über einen Führungsspalt 48 zwischen
dem Ankerelement 23 und dem Ankerbolzen 34 oder
dergleichen auftreten. Hierdurch kommt es zu einem weiteren Abbau
des Drucks in der Brennstoffverteilerleiste 3.
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Allerdings
hat der Eingangsdruck in diesem Ausführungsbeispiel keinen
Einfluss auf die Dichtwirkung am Dichtsitz der Ventilsitzfläche 31.
Der als Kugel ausgestaltete Ventilschließkörper 26 wird
in erster Linie gegen den Bolzen 34 gedrückt.
Somit ist das Schaltventil 2 druckausgeglichen.
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Bei
dem in der 4 dargestellten Schaltventil 2 wird
bei einer Verringerung des über den Ablaufkanal 33 aufrechterhaltenen
Drucks auch die hydraulische Kraft 46 auf den Ventilschließkörper 26 reduziert.
Wenn das Schaltventil 2 nicht betätigt wird, dann
kommt es auf Grund der Ventilfederkraft 45 der Ventilfeder 36 zu
einer weiteren Verstellung des Ventilschließkörpers 26 um
einen Verstellweg 49. Dadurch wird der Dichtsitz an der
Ventilsitzfläche 30 zwischen dem Ventilschließkörper 26 und
der Ventilsitzfläche 30 des Ventilstücks 15 geschlossen.
Wird daher ein gewisser Grenzdruck von dem über den Ablaufkanal 33 aufrechterhaltenen
reduzierten Druck unterschritten, dann bewirkt die Ventilfederkraft 45 eine
ausreichende Dichtwirkung am Dichtsitz der Ventilsitzfläche 30,
wodurch eine Leckage des Schaltventils 2, beispielsweise über
den Führungsspalt 47, die Öffnung 47' oder
den Führungsspalt 48, verhindert ist. Ein unerwünschtes
Abströmen von Brennstoff über den Ablaufkanal 33 ist
dadurch unterbunden. Die genannte Leckage, beispielsweise über den
Führungsspalt 47, die Öffnung 47' oder
den Führungsspalt 48, bewirkt nun einen weiteren
Druckabfall im Zwischenraum 32. Um deshalb im Bereich um einen
vorgegebenen Grenzdruck eine optimale Funktion des Schaltventils 2 zu
gewährleisten, ist es vorteilhaft, dass ein Sitzdurchmesser
des Dichtsitzes an der Ventilsitzfläche 30 gleich
einem Sitzdurchmesser des Dichtsitzes an der Ventilsitzfläche 31 ist.
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Wenn
die Brennkraftmaschine wieder in Betrieb gesetzt wird, beispielsweise
nach einer kurzen Unterbrechung, dann erfolgt ausgehend von der
in der 4 dargestellten Ausgangslage eine Betätigung
des Ankers 22 durch Bestromen der Magnetspule 37.
Dadurch wird der Ventilschließkörper 26 von
der Ventilfederkraft 45 der Ventilfeder 36 entkoppelt.
Auf Grund des über den Ablaufkanal 33 aufrechterhaltenen
reduzierten Drucks wirkt eine hydraulische Kraft 46 auf
den Ventilschließkörper 26, die den Ventilschließkörper 26 aus
dem Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 30 hebt.
Hierbei kann sich der Ventilschließkörper 26 im
Idealfall zusammen mit dem Ankerelement 23 in Öffnungsrichtung
bewegen. Diese Bewegung wird nach dem vorgegebenen Verstellweg 49 durch
den Anschlag 35 begrenzt. Der Ventilschließkörper 26 legt
somit den Verstellweg 49 zurück, während
der Anker 22 weiter in Richtung der Magnetspule 37 verstellt
wird. Somit wird zunächst der Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 30 und
dann der Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 31 geöffnet.
Dies ermöglicht die Erzeugung eines Druckabfalls im Steuerraum 19,
der über den Ablaufkanal 33 nun mit dem Niederdruckraum 41 verbunden
ist. Dadurch ist eine Ansteuerung der Düsennadel 18 zum
Erzielen einer ersten Einspritzung möglich.
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Je
nach Auslegung des Schaltventils 2 und des übrigen
Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt nach dieser ersten
oder nach einigen weiteren Einspritzvorgängen ein Übergang
zu dem anhand der 2 und 3 beschriebenen
normalen Einspritzverhalten. Zumindest bei der ersten Einspritzung
erfolgt ein Ankerhub des Ankers 22, der sich aus dem gewöhnlichen
Ankerhub 40 (2) und dem zusätzlichen Verstellweg 49 zusammen
setzt.
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5 zeigt
ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem Schaltventil 2 in
einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend
einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel
ist der Ventilschließkörper 26 an seiner zylindermantelförmigen
Außenseite in einem Führungsteil 55 des
Ventilkäfigs 21 geführt. Das Führungsteil 55 weist
hierbei einen Anschlag 56 auf, an dem der Ventilschließkörper 26 in
der in der 5 dargestellten normalen Betriebsart
anliegt und abgestützt ist. Der Ventilschließkörper 26 teilt
den Zwischenraum 32 in einen ersten Teilraum 57 und
einen zweiten Teilraum 58 auf.
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Der
Ventilschließkörper 26 weist hierbei Durchgangsöffnungen 59, 60 auf,
die die Teilräume 57, 58 miteinander
verbinden. Die Durchgangsöffnungen 59, 60 sind
hierbei als Bohrungen 59, 60 ausgestaltet.
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Bei
dem in der 5 dargestellten Ausgangszustand
ist der Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 31,
des Ventilelements 25 geschlossen. Zum Betätigen
des Brennstoffeinspritzventils 1 in der normalen Betriebsart
wird der Anker 22 mittels der Magnetspule 37 betätigt,
wodurch der Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 31 des
Ventilelements 25 geöffnet wird.
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In
der normalen Betriebsart liegt der Ventilschließkörper 26 durchgehend
an dem Anschlag 56 des Führungsteils 55 an,
so dass der Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 30 des
Ventilstücks 15 stets geöffnet ist. Somit
besteht bei geöffnetem Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 31 des
Ventilelements 25 eine Verbindung des Steuerraums 19 über
den Ablaufkanal 33, die Durchgangsöffnungen 59, 60 und
den geöffneten Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 31 sowie
in dem Ventilkäfig 21 ausgebildete Durchgangsöffnungen 61, 62 mit
dem Niederdruckraum 41. Dadurch bricht der Druck im Steuerraum 19 zusammen,
so dass die Düsennadel 18 betätigt wird,
um Brennstoff abzuspritzen. Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird
der Anker 22 wieder freigegeben, so dass auf Grund der
Ventilfederkraft der Ventilfeder 36 der Anker 22 wieder
in die in der 5 dargestellte Ausgangsstellung
gestellt wird, in der der Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 31 des
Ventilelements 25 geschlossen ist. Dadurch baut sich der
Druck im Steuerraum 19 über die Zulaufdrossel 20 wieder
auf, so dass die Düsennadel 18 zurückgestellt
wird.
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In
der speziellen Betriebsart liegt ein reduzierter Eingangsdruck an
der Brennstoffleitung 7 an. Bei der in der 5 dargestellten
Stellung des Ventilschließkörpers 26 ist
ein Vorraum 63, in den der Anlaufkanal 33 mündet, über
den geöffneten Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 30 des
Ventilstücks 15 mit dem Teilraum 57 des
Zwischenraums 32 verbunden. Über einen Führungsspalt 64 zwischen
dem Ventilschließkörper 26 und dem Führungsteil 55,
einen Führungsspalt 48 zwischen dem Anker 22 und
dem Ankerbolzen 34, einen Führungsspalt 47 sowie
die Durchgangsöffnungen 61, 62 ist eine
Leckage über das Schaltventil 2 ermöglicht,
die zu einem weiteren Druckabbau führt.
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Allerdings
verringert sich bei einem reduzierten über den Ablaufkanal 33 aufrechterhaltenen Druck
im Vorraum 63 auch eine hydraulische Kraft auf den Ventilschließkörper 26,
die unter anderem durch den auf eine Stirnfläche 65 des
Ventilschließkörpers 26 wirkenden Druck
verursacht ist. Hierdurch erfolgt eine weitere Verstellung des Ankers 22 durch die
Kraft der Ventilfeder 36 und somit des Ventilschließkörpers 26,
der in dem Führungsteil 55 geführt ist.
Hierdurch schließt sich der Dichtsitz zwischen dem Ventilschließkörper 26 und
der Ventilsitzfläche 30 des Ventilstücks 15.
Hierdurch ist der Vorraum 63 von dem Teilraum 57 des
Zwischenraums 32 getrennt. Eine Leckage über das
Schaltventils 2 ist daher unterbrochen. Durch die Leckage
wird aber gegebenenfalls ein weiterer Druckabbau in den Teilräumen 57, 58 des
Zwischenraums 32 ermöglicht. Durch den geschlossenen
Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 30 kann zumindest
vorübergehend ein reduzierter Brennstoffdruck in der Brennstoffverteilerleiste 3 aufrechterhalten
werden.
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Bei
der erneuten Inbetriebnahme wird zumindest bei der ersten Einspritzung
ein vergrößerter Ankerhub des Ankers 22 erzielt,
der sich aus dem Ankerhub 40 und dem zusätzlichen
Verstellweg 49 zusammen setzt. Vorzugsweise wird gleichzeitig
mit dem Anker 22 eine verzögerungsfreie Verstellung des
Ventilschließkörpers 26 erzielt. Allerdings
schlägt der Ventilschließkörper 26 nach
dem Verstellweg 49 an dem Anschlag 56 des Ventilkäfigs 21 an,
während der Anker 22 noch den Ankerhub 40 zurücklegt.
Somit wird zunächst der Dichtsitz an der Ventilsitzfläche 30 des
Ventilstücks 15 und dann auch der Dichtsitz an
der Ventilsitzfläche 31 des Ventilelements 25 geöffnet.
Somit kommt es zu einem Zusammenbruch des Drucks im Steuerraum 19 und
somit zu einer Einspritzung. Sofern nach der ersten Einspritzung
ein gewisser Grenzdruck noch nicht erreicht ist, kann bei der nächsten
Einspritzung ebenfalls eine Rückstellung des Ventilschließkörpers 26 bis
an die Ventilsitzfläche 30 erfolgen. Sobald der
Grenzdruck überschritten ist und spätestens, wenn
der normale Raildruck in der Brennstoffverteilerleiste 3 erreicht
ist, verbleibt der Ventilschließkörper 26 wieder
in der in der 5 dargestellten Lage, in der
der Ventilschließkörper 26 durchgehend
an dem Anschlag 56 anliegt.
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Somit
kann bei einer Unterbrechung der Brennkraftmaschine ein reduzierter
Brennstoffdruck im Vorraum 63 aufrechterhalten werden.
Dies ermöglicht auch die Aufrechterhaltung eines reduzierten Brennstoffdrucks
im Steuerraum 19 und somit eine geschlossene Stellung der
Düsennadel 18. Dadurch kann ein reduzierter Raildruck
in der Brennstoffverteilerleiste 3 zumindest für
einen gewissen Zeitraum aufrechterhalten werden. Dies ermöglicht
insbesondere eine Start/Stop-Abschaltung. Somit kann beispielsweise
nach einer Unterbrechung von wenigen Minuten ein verzögerungsfreies
Anlaufen der Brennstoffeinspritzanlage und der Brennkraftmaschine
erzielt werden.
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Vorteilhaft
ist es somit, dass der Ventilschließkörper 26 in
dem Führungsteil 55 geführt ist und dass
der Anschlag 56 durch den an dem Führungsteil 55 ausgestalteten
Absatz ausgestaltet ist. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt,
ist eine geringere Leckage bei der normalen Betriebsart bedingt durch
den reduzierten Druckausgleichsquerschnitt d0 des
Ankerbolzens 34.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006021741
A1 [0002, 0003]
