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Stand der Technik
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Kraftstoffinjektor mit einem in einem Haltekörper angeordneten Aktormodul, wobei der Haltekörper mit einem Düsenkörper unter Zwischenschaltung einer Drosselplatte verspannt ist, wobei in dem Düsenkörper eine eine Düsennadelstirnfläche aufweisende Düsennadel längsbeweglich geführt ist und zwischen der Düsennadelstirnfläche und der Drosselplatte ein Steuerraum angeordnet ist.
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Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der
DE 100 24 702 A1 bekannt und weist den zuvor beschriebenen Aufbau auf. Bei einem solchen Kraftstoffinjektor wird durch das Schalten des Aktormoduls der Druck im Steuerraum verändert. Der Steuerraum befindet sich bei diesem Kraftstoffinjektor direkt über der Düsennadel bzw. der Düsennadelstirnfläche. Zum Öffnen des Kraftstoffinjektors bzw. der Düsennadel wird der Druck im Steuerraum soweit abgesenkt bis ein Kräftegleichgewicht an der Düsennadel erreicht ist und die Düsennadel von dem an der an der Düsennadelspitze unter hohen Druck zur Einspritzung anstehenden Kraftstoff in Richtung zu der Drosselplatte bewegt wird. Der Nadelhub der Düsennadel ist bei den meisten Kraftstoffinjektoren ballistisch ausgelegt, d. h. die Düsennadel erreicht ihren Hubanschlag an der Drosselplatte nicht. Für bestimmte Anwendungen (beispielsweise Motorsport) ist der Nadelhub jedoch so ausgelegt, dass die Düsennadel den Hubanschlag erreicht. Eine solche Auslegung hat den Vorteil, dass der Kraftstoffinjektor sehr große Düsendurchflüsse ermöglicht und dabei im Idealfall einer an dem Hubanschlag anliegenden Düsennadel keine oder sehr kleine Mengenstreuungen zeigt. In Folge einer schnellen Düsennadelbewegung kann es beim Erreichen des Hubanschlags aber zum Nadelprellen kommen, dass heißt, in diesem Bereich wirkt durch das Prellen eine zusätzliche schließende Kraft auf die Düsennadel. Dieser Vorgang ist mit einem Überschwingen nach dem Hubanschlag in den Kennlinien des Ansteuerdauer-Mengen-Kennfeldes des Kraftstoffinjektors beschreibbar. In diesem Bereich des Kennfeldes sind dann die Mengenstreuungen sehr hoch. Deswegen ist ein solches Nadelprellen prinzipiell unerwünscht.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kraftstoffinjektor bereitzustellen, mit dem große Düsendurchflüsse ohne Mengenstreuungen, die durch Nadelprellen hervorgerufen werden, erreichbar sind.
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Vorteile der Erfindung
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Dies wird dadurch erreicht, dass zwischen der Düsennadelstirnfläche und der Drosselplatte ein Dämpfungsraum angeordnet ist. Dieser Dämpfungsraum bewirkt, dass der Anschlag der Düsennadel an die Drosselplatte abgedämpft wird und somit ein Überschwingen beziehungsweise Zurückschwingen der Düsennadel vermieden wird. Dadurch werden die bekannten Mengenstreuungen eliminiert. Auf diese Weise wird der Kennlinienbereich um den Hubanschlag insbesondere auch für die Applikation am Fahrzeug außerhalb des Motorsportbereichs nutzbar.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Dämpfungsraum Bestandteil der Düsennadel. Bei dieser Ausgestaltung ist also der Dämpfungsraum in geeigneter Weise, wie nachfolgend noch detailliert beschrieben wird, mit der Düsennadel verbunden und der Dämpfungsraum kann somit bei der Produktion des Düsenkörpers und der Düsennadel als komplette Baueinheit produziert werden. Es ist im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, den Dämpfungsraum als Bestandteil der Drosselplatte auszubilden und ggf. in die Drosselplatte zu, integrieren.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Dämpfungsraum von einem Zylinder und einen darin beweglichen Kolben zusammenwirkend mit der Düsennadelstirnfläche gebildet. Bei maximaler Hubsteuerung der Düsennadel stößt nun der Kolben anstelle der Düsennadel an die Drosselplatte und das in dem Dämpfungsraum befindliche Fluid, insbesondere Kraftstoff, wird komprimiert oder in geeigneter Weise verdrängt. Wie zuvor ausgeführt wurde, ist es aber auch möglich, den Dämpfungsraum so in die Drosselplatte zu integrieren, dass der Kolben aus der Drosselplatte hervorsteht und die Düsennadelstirnfläche gegen den Kolben anstößt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Zylinder eine Düsennadelstirnhülse, die mit der Düsennadel verbunden insbesondere verschraubt ist. Durch diese Ausgestaltung ist die Montage bzw. Herstellung vereinfacht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Zylinder bzw. die Düsennadelstirnhülse in einer Steuerraumhülse geführt. Diese Steuerraumhülse ist auch bei konventioneller Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors vorhanden. Dadurch, dass nunmehr der Zylinder bzw. die Düsennadelstirnhülse in der Steuerraumhülse geführt ist, ist bezüglich der Steuerraumhülse keine Umgestaltung notwendig.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Kolben in dem Zylinder bzw. in der Düsennadelstirnhülse gegen einen steuerraumseitigen Ringflansch von einer zwischen der Düsennadelstirnfläche und dem Kolben angeordneten Feder verspannt. Dabei ist wiederrum in weiterer Ausgestaltung der Kolben als Stufenkolben ausgebildet und ragt mit einem Teilbereich aus dem Ringflansch hervor. Eine solche Ausgestaltung hat sich als prozesssicher herstellbar und dabei im Betrieb als zuverlässig erwiesen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist in den Kolben ein den Steuerraum mit dem Dämpfungsraum verbindender Kanal eingelassen. Der Durchmesser dieses Kanals oder einer in weiterer Ausgestaltung in dem Kanal angeordneter Drossel ist so bemessen, dass bei einem Anstoßen des Kolbens an die Drosselplatte zur Erzeugung bzw. zur Unterstützung der Dämpfung Fluid aus dem Dämpfungsraum in den Steuerraum überführt wird. Die Dämpfung ist somit eine Funktion insbesondere des Durchmessers des Kanals beziehungsweise der Drossel und der Steifigkeit der zuvor genannten Feder.
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In weiterer Ausgestaltung ist zwischen dem Zylinder bzw. der Düsennadelstirnhülse und der Düsennadel eine Einstellscheibe angeordnet. Mit dieser Einstellscheibe kann die Länge der Düsennadel und somit der Düsennadelhub einstellt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung und Ausführungsform der Erfindung
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Der in der einzigen Figur ausschnittsweise dargestellte Kraftstoffinjektor besteht im Wesentlichen aus einem Haltekörper 1 und einem Düsenkörper 8, die miteinander unter Zwischenschaltung einer Drosselplatte 5 beispielweise mittels einer Spannmutter verspannt sind.
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Der Haltekörper nimmt insbesondere ein Aktormodul 2 auf. Das Aktormodul 2 wirkt mit einer Ventilkugel 3 zusammen, die wiederum mit einem in dem Aktormodul 2 eingearbeiteten Ventilsitz 4 zusammenwirkt. Der Ventilsitz 4 ist über Verbindungsleitungsabschnitte mit einer in einer Drosselplatte 5 eingelassenen Ablaufdrossel 6 verschaltet, die wiederum mit einem Steuerraum 7 auf der düsenseitigen Seite der Drosselplatte strömungsverbunden ist.
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In dem Düsenkörper 8 ist eine Düsennadel 9 längsbeweglich geführt und wird von einer Düsennadelfeder 14, die sich unter Zwischenschaltung einer Steuerraumhülse 13 gegen die Drosselplatte 5 abstützt, mit einer nicht dargestellten Düsennadelspitze gegen einen Düsennadelventilsitz in dem brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers gedrückt. Dem Düsennadelventilsitz ist zumindest ein Einspritzkanal, durch den Kraftstoff in einem Brennraum einer zugehörigen Zylinder-Kolben-Einheit der Brennkraftmaschine eingebracht werden kann, zugeordnet. Der einem Rail eines Common-Rail-Systems unter hohem Druck (bis zu 3000 bar) entnommene Kraftstoff wird durch einen Hochdruckkanal 10 in der Halteplatte 1 (auch Ventilplatte genannt) und der Drosselplatte 5 in einen Spalt 23 zwischen der Steuerraumhülse 13 und dem Düsenkörper 8 geführt. Der Spalt 23 ist wiederum mit dem Düsennadelventilsitz verbunden, so dass bei von dem Düsennadelventilsitz abgehobener Düsennadel 9 der Kraftstoff durch den zumindest einen Einspritzkanal in den Brennraum eingespritzt wird.
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Der Hochdruckkanal 10 ist weiterhin über eine Zulaufleitung mit eingeschalteter Zulaufdrossel 11 mit dem Steuerraum 7 verschaltet und folglich ist der Steuerraum 7 im Ruhezustand des Systems mit Kraftstoff, der den gleichen Druck wie in dem Hochdruckkanal 10 aufweist, gefüllt.
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Das Aktormodul 2 ist in einer ersten Schaltposition so geschaltet, dass die Ventilkugel 3 dichtend auf dem Ventilsitz 4 aufliegt, und folglich kein Kraftstoff aus dem Steuerraum 7 in eine dem Ventilsitz 4 nachgeschaltete Absteuerleitung in dem Haltekörper 1 abfließen kann. In einer zweiten Schaltposition des Aktormoduls 2 hat die Ventilkugel 3 von dem Ventilsitz 4 abgehoben und es wird Kraftstoff aus dem Steuerraum 7 über die Verbindungsleitungsabschnitte in die Absteuerleitung abgesteuert.
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In diesem Fall wird die in dem Düsenkörper 8 längsbeweglich geführte Düsennadel 9 unterstützt durch den an der Düsennadelspitze unter hohen Druck anstehenden Kraftstoff in Richtung zu der Drosselplatte 5 bewegt. Wird die Ventilkugel 3 von dem Aktormodul 2 wieder auf den Ventilsitz 4 bewegt, erhöht sich der Kraftstoffdruck in dem Steuerraum 7 durch den über die Zulaufdrossel 11 zugeführten Kraftstoff und die Düsennadel 9 wird wieder in den zumindest einen Einspritzkanal verschließende Stellung bewegt.
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Um zu verhindern, dass die Düsennadel 9 bei schneller Düsennadelbewegung gegen die Drosselplatte 5 stoßen und zurückprellen kann, ist ein Dämpfungssystem vorgesehen, dass zwischen der Düsennadel 9 und der Drosselplatte 5 angeordnet ist. Dieses Dämpfungssystem besteht aus einer mit der Düsennadel 9 verschraubten Düsennadelstirnhülse 12, die in der Steuerraumhülse 13 geführt ist.
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Die Düsennadelstirnhülse 12 weist einen steuerraumseitigen Flansch 15 auf, gegen den ein als Stufenkolben ausgebildete Kolben 16 anliegt. Dabei wird der Kolben 16 von einer zwischen der Düsennadelstirnfläche 17 und dem Kolben 16 angeordneten Feder 18 gegen den Ringflansch 15 gedrückt. Der die Feder aufnehmende Raum zwischen dem Kolben 16 und der Düsennadelstirnfläche 17 bildet dabei den Dämpfungsraum 21 des Dämpfungssystems.
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Wird die Düsennadel 9 bei einem Einspritzvorgang in Richtung zu der Drosselplatte 5 bewegt, kommt der Kolben 16 entsprechend der fortschreitenden Bewegung der Düsennadel mit seinem über den. Flansch 15 hinausragenden Bereich zur Anlage an der Drosselplatte 5. Durch einen Kanal 19 mit einer eingesetzten Drossel 20 wird der in dem Dämpfungsraum 21 befindliche Kraftstoff über den Steuerraum 7 in den Abführkanal abgeleitet. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass die Düsennadel zur Darstellung großer Düsendurchflüsse die maximale Öffnungsbewegung ausführen kann, dabei aber zur Vermeidung eines Zu rückprellens der Düsennadel eine Dämpfung der Anschlagbewegung der Düsennadel 9 erfolgt. Diese Dämpfung ist idealerweise so ausgelegt, dass der Kolben 16 soweit in die Düsennadelstirnhülse eintaucht, bis diese mit dem Ringflansch 15 ohne ein Zurückprellen an der Drosselplatte 5 anliegt. Um die Länge der Düsennadel 9 einstellen zu können, ist zwischen der Düsennadel 9 und der Düsennadelstirnhülse 12 eine Einstellscheibe 22 angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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