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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einspritzen eines mit einem Systemdruck, der in einem Arbeitsmediumzulauf herrscht, beaufschlagten Mediums in einen Arbeitsraum, insbesondere von mit Hochdruck beaufschlagtem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Düsennadel, die in einem Düsenkörper in einer axialen Richtung bewegbar ist und ein Sackloch verschließt, von dem mindestens eine Einspritzöffnung zum Arbeitsraum ausgeht, wobei eine Öffnungsbewegung der Düsennadel über einen in einem Steuerraum herrschenden Steuerraumdruck initiiert wird, der zum Einspritzen des Mediums über ein Ventil abgesenkt wird.
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Stand der Technik
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 47 194 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einer im Ventilkörper ausgebildeten Bohrung bekannt, in der ein kolbenförmiges, entgegen der Schließkraft einer Feder axial bewegliches Ventilglied angeordnet ist, das an seinem brennraumseitigen Ende wenigstens eine Einspritzöffnung steuert und das einen brennraumseitigen Abschnitt aufweist, welcher in einem mit Kraftstoff unter hohem Druck gefüllten Ringkanal angeordnet ist und an welchem Abschnitt des Ventilglieds eine Druckschulter ausgebildet ist, wobei der Druck des Kraftstoffs auf die Druckschulter entgegen der Schließkraft der Feder wirkt, wobei das Ventilglied eine Druckfläche aufweist, durch die ein das Ventilglied umgebender Steuerraum begrenzbar ist und durch die bei der Schließbewegung des Ventilglieds das Volumen des Steuerraums verkleinerbar ist, wobei der Steuerraum eine ständige Verbindung über einen Drosselspalt mit dem Hochdruckraum am Ventilglied und eine weitere Verbindung mit einem Leckölraum hat, welche ab einem bestimmten Hub der Schließbewegung des Ventilglieds über einen Ringspalt gedrosselt ist, der zwischen einer Steuerbohrung, die zwischen dem Steuerraum und dem Leckölraum angeordnet ist, und einem beim Schließen in die Steuerbohrung eintauchenden Steuerkolben des Ventilglieds gebildet wird. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2016 208 055 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck mit einem in einem Düsenkörper ausgebildeten Düsenraum bekannt, in dem eine Düsennadel längsverschiebbar angeordnet ist, wobei eine Düsennadelspitze der Düsennadel durch die Längsbewegung mit einem an dem Düsenkörper ausgebildeten Düsennadelsitz zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung öffnet und schließt, wobei eine Hülse auf der Düsennadel längsverschiebbar angeordnet ist, wobei zwischen der Hülse der Düsennadelspitze und dem Düsennadelsitz ein Druckraum ausgebildet ist, wobei eine in der Hülse ausgebildete Drosselstelle den Düsenraum mit einem Druckraum hydraulisch verbindet, wobei die Hülse auf der Düsennadel längsverschiebbar geführt ist, wobei eine Schließfläche der Hülse mit dem Düsennadelsitz zusammenwirkt, wobei bei Anlage der Düsennadelspitze an den Düsennadelsitz die Schließfläche gegen den Düsennadelsitz verspannt ist, wobei auf der Düsennadel ein Mitnehmer angeordnet ist, und der Mitnehmer bei der Öffnungshubbewegung der Düsennadel mit der Hülse in Eingriff bringbar ist, so dass die Schließfläche von dem Düsennadelsitz abhebt und dadurch eine Spaltdrossel zwischen der Schließfläche und dem Düsennadelsitz aufsteuert, wobei die Spaltdrossel den Düsenraum mit dem Druckraum hydraulisch verbindet.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Einspritzen eines mit einem Systemdruck beaufschlagten Mediums in einen Arbeitsraum, insbesondere von mit Hochdruck beaufschlagtem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einer Vorrichtung zum Einspritzen eines mit einem Systemdruck, der in einem Arbeitsmediumzulauf herrscht, beaufschlagten Mediums in einen Arbeitsraum, insbesondere von mit Hochdruck beaufschlagtem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Düsennadel, die in einem Düsenkörper in einer axialen Richtung bewegbar ist und ein Sackloch verschließt, von dem mindestens eine Einspritzöffnung zum Arbeitsraum ausgeht, wobei eine Öffnungsbewegung der Düsennadel über einen in einem Steuerraum herrschenden Steuerraumdruck initiiert wird, der zum Einspritzen des Mediums über ein Ventil abgesenkt wird, dadurch gelöst, dass der abgesenkte Steuerraumdruck genutzt wird, um das Sackloch zu befüllen, bevor das mit dem Systemdruck beaufschlagte Medium in den Arbeitsraum eingespritzt wird, wobei zunächst über eine hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerraum und der Einspritzöffnung, insbesondere zwischen dem Steuerraum und mehreren Einspritzöffnungen beziehungsweise Einspritzlöchern, aus dem Steuerraum Medium, das mit dem abgesenkten Steuerraumdruck beaufschlagt ist, der kleiner als der Systemdruck ist, in den Arbeitsraum eingespritzt wird. So kann zunächst aus dem Steuerraum mit dem abgesenkten Steuerraumdruck „sanft“ eingespritzt werden. Dadurch kann Kavitation vermieden werden. Zum Absenken des Steuerraumdrucks dient vorteilhaft die im Folgenden beschriebene zweite Ablaufdrossel. Danach kann dann schon mit vollem Systemdruck eingespritzt werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Mitnehmer umfasst, der eine weitere hydraulische Verbindung zwischen dem Arbeitsmediumzulauf und der Einspritzöffnung freigibt, so dass aus dem Arbeitsmediumzulauf mit Systemdruck beaufschlagter Kraftstoff in den Arbeitsraum eingespritzt wird. Über den Mitnehmer kann auf einfache Art und Weise das „sanfte“ Einspritzen mit dem abgesenkten Steuerraumdruck realisiert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine erste Spritzlochgalerie und eine zweite Spritzlochgalerie umfasst, die hubabhängig durch den Mitnehmer freigegeben wird. So kann das Einspritzverhalten mit der beanspruchten Vorrichtung weiter verbessert werden.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Einspritzen eines Mediums in einen Arbeitsraum mit einer vorab beschriebenen Vorrichtung.
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Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Einspritzen eines mit einem Systemdruck beaufschlagten Mediums in einen Arbeitsraum, insbesondere von mit Hochdruck beaufschlagtem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Düsennadel, die in einem Düsenkörper in einer axialen Richtung bewegbar ist und ein Sackloch verschließt, von dem mindestens eine Einspritzöffnung zum Arbeitsraum ausgeht, wobei eine Öffnungsbewegung der Düsennadel über einen in einem Steuerraum herrschenden Steuerraumdruck initiiert wird, der zum Einspritzen des Mediums über ein Ventil abgesenkt wird, dadurch gelöst, dass der abgesenkte Steuerraumdruck genutzt wird, um das Sackloch zu befüllen, bevor das mit dem Systemdruck beaufschlagte Medium in den Arbeitsraum eingespritzt wird. Bei dem Systemdruck handelt es sich zum Beispiel um einen Hochdruck von etwa bis zu zweitausend bar. Wenn keine Einspritzung erfolgt, wird das Sackloch von der Düsennadel verschlossen. Wenn über das Ventil, das vorzugsweise als Magnetventil ausgeführt ist, eine Öffnungsbewegung der Düsennadel initiiert wird, dann gibt die Düsennadel in herkömmlichen Einspritzvorrichtungen eine Verbindung zwischen einem Hochdruckbereich in der Vorrichtung und dem Sackloch frei. Das kann bei herkömmlichen Einspritzvorrichtungen zu unerwünschten Kavitationsschäden im Bereich des Sacklochs und der Einspritzöffnungen führen. Durch die Nutzung des abgesenkten Steuerraumdrucks, der vorzugsweise mehrere hundert bar kleiner als der Systemdruck ist, können die unerwünschten Kavitationsschäden im Bereich des Sacklochs und der Einspritzöffnungen wirksam reduziert werden.
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Bei einer Vorrichtung zum Einspritzen eines mit einem Systemdruck beaufschlagten Mediums in einen Arbeitsraum, insbesondere von mit Hochdruck beaufschlagtem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass der Steuerraum hydraulisch mit dem Sackloch verbindbar ist, um das Sackloch mit dem abgesenkten Steuerraumdruck zu befüllen, bevor das mit dem Systemdruck beaufschlagte Medium in den Arbeitsraum eingespritzt wird. Die hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerraum und dem Sackloch wird zum Beispiel über Durchgangslöcher in der Düsennadel realisiert. Die hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerraum und dem Sackloch ist vorteilhaft gesperrt, solange keine Einspritzung erfolgt. Die hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerraum und dem Sackloch wird vorteilhaft erst bei einer Betätigung des Ventils freigegeben.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen ersten Steuerraum und einen zweiten Steuerraum umfasst. Der erste Steuerraum wird vorteilhaft dazu genutzt, das Sackloch mit dem abgesenkten Steuerraumdruck zu befüllen. Der zweite Steuerraum, der vorteilhaft über eine gedrosselte Verbindung hydraulisch mit dem ersten Steuerraum in Verbindung steht, dient vorteilhaft dazu, ein Befüllen des Sacklochs mit dem abgesenkten Steuerraumdruck einzuleiten, wenn das Ventil betätigt wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Steuerraum eine erste Zulaufdrossel und eine erste Ablaufdrossel zugeordnet sind, wobei dem zweiten Steuerraum eine zweite Zulaufdrossel und eine zweite Ablaufdrossel zugeordnet sind. Über die Drosseln und die Größe von mit Druck beaufschlagten Flächen an der Düsennadel kann vorteilhaft eingestellt werden, wie weit der Steuerraumdruck gegenüber dem Systemdruck abgesenkt wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Steuerraum über die zweite Zulaufdrossel mit einem Arbeitsmediumzulauf verbunden ist. In dem Arbeitsmediumzulauf herrscht Systemdruck. Der Systemdruck wird zum Beispiel über eine geeignete Pumpe, insbesondere eine Hochdruckpumpe, bereitgestellt. Über die zweite Zulaufdrossel wird eine gewünschte Druckdifferenz zwischen dem Druck im zweiten Steuerraum und dem Systemdruck eingestellt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Steuerraum über die zweite Zulaufdrossel und die erste Zulaufdrossel mit dem ersten Steuerraum verbunden ist. Dadurch wird ein besonders komfortabler Betrieb der Einspritzvorrichtung ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel einen Schließkörper, der das Sackloch verschließt, und einen Nadelkörper umfasst, der mit dem Steuerraumdruck beaufschlagt ist und relativ zu dem Schließkörper bewegbar ist, um die hydraulische Verbindung mit dem Sackloch freizugeben, so dass das Sackloch mit dem abgesenkten Steuerraumdruck befüllt wird, bevor das mit dem Systemdruck beaufschlagte Medium in den Arbeitsraum eingespritzt wird. Die Düsennadel ist vorteilhaft mehrteilig ausgeführt. Der Schließkörper dient vorteilhaft dazu, das Sackloch und die Einspritzöffnungen zu verschließen, solange keine Einspritzung gewünscht ist. Der unabhängig von dem Schließkörper bewegbare Nadelkörper ermöglicht vorteilhaft das Befüllen des Sacklochs mit dem abgesenkten Steuerraumdruck. Zu diesem Zweck umfasst der Nadelkörper vorteilhaft einen insbesondere zentralen Hohlraum, der mit dem Steuerraum, insbesondere mit dem ersten Steuerraum, hydraulisch verbunden ist. Aus diesem Hohlraum kann dann vorteilhaft Arbeitsmedium, das mit dem reduzierten Steuerraumdruck beaufschlagt ist, in das Sackloch strömen. Die Relativbewegung zwischen dem Nadelkörper und dem Schließkörper kann vorteilhaft rein hydraulisch initiiert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper durch einen Mitnehmer so mit dem Nadelkörper gekoppelt ist, dass eine hydraulische Verbindung zwischen einem beziehungsweise dem Arbeitsmediumzulauf und der Einspritzöffnung freigegeben wird, um das mit dem Systemdruck beaufschlagte Medium in den Arbeitsraum einzuspritzen, wenn der Nadelkörper eine definierten Hub relativ zu dem Schließkörper ausgeführt hat. Durch die mechanische Kopplung zwischen dem Schließkörper und dem Nadelkörper wird sichergestellt, dass der Schließkörper sicher von einem zugehörigen Nadelsitz abhebt. Zwischen dem Schließkörper und dem Nadelkörper ist vorteilhaft eine Feder angeordnet, durch welche der Schließkörper in einem Ausgangszustand der Einspritzvorrichtung in seiner Schließstellung gehalten wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper mindestens zwei Spritzlochgalerien umfasst. Ein sukzessives Freigeben der Spritzlochgalerien wird vorteilhaft mit Hilfe des Mitnehmers gesteuert.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Düsenkörper, insbesondere eine Ventilplatte oder eine Drosselplatte, und/oder eine Düsennadel, insbesondere einen Nadelkörper oder einen Schließkörper, für eine vorab beschriebene Vorrichtung. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Einspritzsystem, insbesondere ein Kraftstoffeinspritzsystem, mit einer vorab beschriebenen Vorrichtung. Bei dem Kraftstoffeinspritzsystem handelt es sich vorzugsweise um ein Common-Rail-Einspritzsystem.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine Vorrichtung zum Einspritzen eines mit einem Systemdruck beaufschlagten Mediums in einen Arbeitsraum gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt;
- 2 eine ähnliche Vorrichtung wie in 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, ebenfalls im Längsschnitt;
- 3 ein oberes Ende einer ähnlichen Vorrichtung wie in den 1 und 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, ebenfalls im Längsschnitt; und
- 4 ein unteres Ende der Vorrichtung aus 3, ebenfalls im Längsschnitt.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In den 1 bis 4 ist ein Teil eines Einspritzsystems 1; 51; 61 mit einem Arbeitsraum 2 gemäß drei verschiedenen Ausführungsbeispielen jeweils im Längsschnitt dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile werden in den 1 bis 4 die gleichen Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden zunächst die Gemeinsamkeiten der Einspritzsysteme 1; 51; 61 beschrieben. Danach wird auf die Unterschiede zwischen den Einspritzsystemen 1; 51; 61 eingegangen.
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Das Einspritzsystem 1; 51; 61 umfasst eine Vorrichtung 71; 72; 73 zum Einspritzen eines mit einem Systemdruck beaufschlagten Mediums in einen Arbeitsraum 2. Bei dem Arbeitsraum 2 handelt es sich vorzugsweise um einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, in welchen mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff eingespritzt wird, der das Arbeitsmedium, verkürzt Medium, darstellt.
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Bei dem Medium handelt es sich vorzugsweise um ein Hydraulikmedium. Die Vorrichtung 71; 72; 73 umfasst einen Injektor 3, der auch als Einspritzventil bezeichnet werden kann. Der Injektor 3 umfasst einen Düsenkörper 4, in welchem eine Düsennadel 5 in einer axialen Richtung hin und her bewegbar ist. Die axiale Richtung wird durch eine Längsachse 6 des Injektors 3 definiert. Die Längsachse 6 verläuft in den 1 bis 4 in vertikaler Richtung.
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Der Düsenkörper 5 umfasst an seinem in den 1, 2 und 4 unteren Ende Einspritzöffnungen 7, 8, 9, 10, die in zwei Spritzlochgalerien 11, 12 angeordnet sind. Die Einspritzöffnungen 7 bis 10, die auch als Spritzlöcher bezeichnet werden, gehen von einem Sackloch 13 in dem Düsenkörper 4 aus.
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Aus dem Sackloch 13 kann über die Spritzlöcher oder Einspritzöffnungen 7 bis 10 mit dem Systemdruck beaufschlagter Kraftstoff in den Arbeitsraum 2 eingespritzt werden. Bei dem Systemdruck handelt es sich zum Beispiel um einen relativ hohen Druck, der auch als Hochdruck bezeichnet wird, und der zum Beispiel bis zu zweitausend bar betragen kann.
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Der Düsenkörper 4 umfasst an seinem in den 1, 2 und 3 oberen Ende eine Drosselplatte 15 und eine Ventilplatte 16. Bei der in 1 dargestellten Vorrichtung 71 geht von der Drosselplatte 15 ein ringförmiger Kragen 17 aus, der ein in 1 oberes Ende der Düsennadel 5 umgreift. Bei der in den 2 und 3 dargestellten Vorrichtung 72; 73 ist das in den 2 und 3 obere Ende der Düsennadel 5 innerhalb einer Hülse 57 angeordnet.
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Die Düsennadel 5 umfasst einen Nadelkörper 19 und einen Schließkörper 20. Der Nadelkörper 19 und der Schließkörper 20 der Düsennadel 5 sind in axialer Richtung relativ zueinander bewegbar. Der Nadelkörper 19 weist einen Bund 18 auf, der radial nach außen von dem Nadelkörper 19 absteht.
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Eine erste Feder 21 ist in axialer Richtung zwischen dem Bund 18 und dem Kragen 17 beziehungsweise dem Bund 18 und der Hülse 57 eingespannt. Eine zweite Feder 22 ist in axialer Richtung zwischen dem Nadelkörper 19 und dem Schließkörper 20 eingespannt. Die Federkräfte der Federn 21, 22 sind den im Betrieb der Vorrichtung 71; 72; 73 wirkenden Hydraulikkräften untergeordnet. Die Hydraulikkräfte überwiegen die Federkräfte bis zu einem Faktor zehn. Die Federn 21, 22 sind hauptsächlich dazu dar, die Komponenten der Vorrichtung 71; 72; 73 im Ausgangszustand des Injektors 3 in Position zu halten.
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Der Nadelkörper 19 der Düsennadel 5 umfasst Durchgangslöcher 23, 24, die einen Zwischenraum 25, der zwischen dem Schließkörper 20 und dem Nadelkörper 19 vorgesehen ist, mit einem zentralen Hohlraum 26 in dem Nadelkörper 19 verbinden. Der zentrale Hohlraum 26 in dem Nadelkörper 19 ist zum Beispiel als gestufte Sackbohrung ausgeführt und steht über ein zentrales Durchgangsloch 28, das in einem hohlen Dorn 27; 67 vorgesehen ist, mit einem ersten Steuerraum 31 in Verbindung. Der Injektor 3 umfasst einen Arbeitsmediumzulauf 29, über den mit Hochdruck beaufschlagtes Arbeitsmedium in einen Ringraum 30 gelangt, der zwischen der Düsennadel 5 und dem Düsenkörper 4 vorgesehen ist.
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Der Zwischenraum 25 ist, wenn sich der Nadelkörper 19 in axialer Richtung von dem Schließkörper 20 weg nach oben bewegt, über ein zentrales Durchgangsloch 48 in dem Schließkörper 20 mit dem Sackloch 13 verbindbar.
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Dann gelangt Arbeitsmedium, das mit dem Druck aus dem ersten Steuerraum 31 beaufschlagt ist, über die Durchgangslöcher 23, 24 und den Zwischenraum 25 durch das Durchgangsloch 48 in das Sackloch 13.
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In den 1 und 2 geht der hohle Dorn 27 von der Drosselplatte 15 aus und ragt, vorzugsweise zur Führung der Düsennadel 5, in den zentralen Hohlraum 26 des Nadelkörpers 19. Bei dem in 3 dargestellten Injektor 3 geht ein hohler Dorn 67 von dem Nadelkörper 19 aus und ragt in eine entsprechende Ausnehmung der Drosselplatte 15.
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Dem ersten Steuerraum 31 sind eine erste Zulaufdrossel 33 und eine erste Ablaufdrossel 35 zugeordnet. Einem zweiten Steuerraum 32 sind eine optionale zweite Zulaufdrossel 34 und eine optionale zweite Ablaufdrossel 36 zugeordnet.
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Der erste Steuerraum 31 ist, zumindest teilweise, innerhalb der Drosselplatte 15 angeordnet. Der zweite Steuerraum 32 ist radial innerhalb des Kragens 17 beziehungsweise der Hülse 57 angeordnet.
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Der Druck in den Steuerräumen 31, 32 kann über ein Ventil 37 abgesenkt werden. Das Ventil 37 ist zum Beispiel als Magnetventil ausgeführt. Über das Ventil 37 kann Druck über einen Ablaufkanal 43 in einen Druckentlastungsraum 38 abgebaut werden. Von dem Ventil 37 sind vereinfacht nur eine Ventilkugel 39 und eine Ventilfeder 40 dargestellt.
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Der Ablaufkanal 43 erstreckt sich von einem Ventilraum 41 innerhalb der Ventilplatte 16 zu einem Ventilsitz mit der Ventilkugel 39. Eine F-Drossel 42 verbindet den mit dem Arbeitsmediumzulauf 29 in Verbindung stehenden Ringraum 30 mit dem Ventilraum 41. Die optionale zweite Ablaufdrossel 36 verbindet den zweiten Steuerraum 32 mit dem Ventilraum 41.
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Die erste Ablaufdrossel 35 verbindet den ersten Steuerraum 31 mit dem Ventilraum 41. Die erste Zulaufdrossel 33 verbindet den ersten Steuerraum 31 mit dem Ventilraum 41. Der Ventilraum 41 ist mit dem Arbeitsmediumzulauf 29 verbunden. Die optionale zweite Zulaufdrossel 34 verbindet den zweiten Steuerraum 32 mit dem Ventilraum 41.
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Der Nadelkörper 19 ist über einen Mitnehmer 44 mit dem Schließkörper 20 in axialer Richtung gekoppelt. Der Mitnehmer 44 umfasst einen Ring 45, der axial fest mit dem Nadelkörper 19 verbunden ist. Der Ring 45 ragt in eine Ringnut 46, die innen an dem Schließkörper 20 ausgebildet ist. Die Ringnut 46 hat in axialer Richtung eine größere Abmessung als der Ring 45. Dadurch wird ein Mitnehmerhub realisiert, den der Nadelkörper 19 in axialer Richtung und in den 1, 2 und 4 nach oben relativ zu dem Schließkörper 20 ausführen kann.
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Der Injektor 3 wird zum Beispiel als Einspritzdüse in einem Common-Rail-System verwendet, bei dem der Systemdruck oder Hochdruck direkt am Düsensitz ansteht und dort zum Brennraum oder Arbeitsraum 2 hin abgedichtet wird. Der volle Systemdruck wird beim Öffnen und Schließen der Düsennadel 5 in Geschwindigkeit umgesetzt. Diese hohe Geschwindigkeit im Bereich der Einspritzöffnungen oder Sacklöcher 7 bis 10 kann bei herkömmlichen Injektoren ein Absinken des lokalen Absolutdrucks unter den Dampfdruck verursachen. Dann kann es zu einer Dampfbildung kommen. Der Dampf kann in Gebieten mit höheren Drücken kondensieren und so Kavitationsschäden verursachen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird im Bereich des Sacklochs 13 beziehungsweise der Einspritzöffnungen 7 bis 10 nicht der volle Systemdruck sondern ein reduzierter Druck bereitgestellt. Unmittelbar nach Beginn der Nadelöffnung, also nach dem Öffnen des Ventils 37, fällt der Druck in den Steuerräumen 31, 32 proportional zum Drosselverhältnis beziehungsweise zu einem Ablaufquerschnitt an einem Ventilsitz ab. Der Zulauf von Arbeitsmedium, insbesondere der Kraftstoffzulauf, zu den Spritzlöchern oder Einspritzöffnungen 7 bis 10 erfolgt dann über den ersten Steuerraum 31 und damit aus einem Raum mit einem reduzierten Druck, welcher in einem, über die Drosseldimensionierung, einstellbaren Verhältnis zum Systemdruck steht.
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Durch den reduzierten Zulaufdruck zu den Spritzlöchern 7 bis 10 wird die Einspritzmenge auf ein niedrigeres, stabileres Niveau gebracht. Gleichzeitig wird die Strömungsgeschwindigkeit im Sitz-Sacklochbereich soweit abgesenkt, dass die Dampfbildung reduziert beziehungsweise unterbunden wird.
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Nachdem der Nadelkörper 19 den Schließkörper 20 über den Mitnehmer 44 mitgenommen hat, und der Schließkörper 20 somit von seinem Sitz im Bereich des Sacklochs 13 abhebt, wird ein dann erwünschter Zulauf zu den Spritzlöchern 7 bis 10 mit vollem Systemdruck ermöglicht und eine allenfalls benötigte hohe Einspritzrate realisiert.
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In einer Ausführungsvariante mit einer zweiten Spritzlochgalerie 12, welche von dem Schließkörper 20 in einem ersten Hubstadium abgedeckt wird, wird zusätzlich eine Strahloptimierung für kleine Einspritzmengen ermöglicht, welche speziell bei Gasmotoren zur optimalen Zündung eines Brenngases benötigt wird.
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Über das Ventil 37 und die beiden Steuerräume 31, 32 kann die Düsennadel 5 bei einem im Vergleich zu herkömmlichen Injektoren geringeren, frei einstellbaren Druck, der kleiner als der Systemdruck ist, geöffnet werden. Durch das definierte Abheben des Nadelkörpers 19 von dem Schließkörper 20 kann zum einen das Sackloch 13 mit dem abgesenkten Steuerraumdruck gefüllt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann der abgesenkte Steuerraumdruck genutzt werden, um das Arbeitsmedium, insbesondere den Kraftstoff, in unterschiedlich großen Mengen und/oder mit unterschiedlichen Drücken in den Arbeitsraum oder Brennraum 2 einzuspritzen. Nach dem Öffnen des Schließkörpers 20 kann dann mit vollem Systemdruck eingespritzt werden.
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Das mit Arbeitsmedium gefüllte Volumen in dem Hohlraum 26 des Nadelkörpers 19 ermöglicht es, unabhängig vom Systemdruck Arbeitsmedium, insbesondere Kraftstoff, einzuspritzen. Der Druck in dem Hohlraum 26 ist vorteilhaft kleiner als der Systemdruck. Der Druck in dem Hohlraum 26 kann über die Drosseln 33, 35 frei gewählt werden.
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Der Druck, der in dem ersten Steuerraum 31 und in dem Hohlraum 26 herrscht, ist relevant zum Befüllen des Sacklochs 13 und/oder zur Einspritzverlaufsformung. Der Druck in dem Steuerraum 32 ist relevant für das Abheben der Düsennadel 5 beziehungsweise für eine axiale Bewegung der Düsennadel 5.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19947194 A1 [0002]
- DE 102016208055 A1 [0002]
