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Technisches
Gebiet
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Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender
Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff können sowohl druckgesteuerte
als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme
kommen neben Pumpe-Düse-Einheiten,
Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten auch
Speichereinspritzsysteme zum Einsatz. Speichereinspritzsysteme (Common-Rail)
ermöglichen
in vorteilhafter Weise, den Einspritzdruck an Last- und Drehzahl der
Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Zur Erzielung hoher spezifischer
Leistungen und zur Reduktion der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine
ist generell ein möglichst
hoher Einspritzdruck erforderlich.
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Stand der Technik
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Aus Gründen der Festigkeit ist das
erreichbare Druckniveau bei heute eingesetzten Speichereinspritzsystemen
z.Zt. auf etwa 1.600 bar begrenzt. Zur weiteren Drucksteigerung
an Speichereinspritzsystemen kommen an Common-Rail-Systemen Druckverstärker zum
Einsatz.
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EP 0 562 046 B1 offenbart eine Betätigungs- und
Ventilanordnung mit Bedämpfung
für eine
elektronisch gesteuerte Einspritzeinheit. Die Betätigungs- und
Ventilanordnung für
eine hydraulische Einheit weist einen elektrisch erregbaren Elektromagneten mit
einem festen Stator und einem bewegbaren Anker auf. Der Anker weist
eine erste und eine zweite Oberfläche auf. Die erste und die
zweite Oberfläche des
Ankers definieren einen ersten und einen zweiten Hohlraum, wobei
die erste Oberfläche
des Ankers dem Stator zuweist. Es ist ein Ventil vorgesehen, welches
mit dem Anker verbunden ist. Das Ventil ist in der Lage, aus einem
Sumpf ein hydraulisches Betätigungsfluid
an die Einspritzvorrichtung zu leiten. Ein Dämpfungsfluid kann in bezug
auf einen der Hohlräume
der Elektromagnetanordnung dort gesammelt werden bzw. von dort auch
wieder abgelassen werden. Mittels eines in eine Zentralbohrung hineinragenden
Bereiches eines Ventiles kann die Strömungsverbindung. des Dämpfungsfluides
proportional zu dessen Viskosität
selektiv freigegeben bzw. verschlossen werden.
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DE
101 23 910.6 bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung.
Diese wird an einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Die Brennräume der
Verbrennungskraftmaschine werden über Kraftstoffinjektoren mit
Kraftstoff versorgt. Die Kraftstoffinjektoren werden über eine
Hochdruckquelle beaufschlagt; ferner umfasst die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gemäß
DE 101 23 910.6 einen
Druckübersetzer,
der einen beweglichen Druckübersetzerkolben
aufweist, welcher einen an die Hochdruckquelle anschliessbaren Raum
von einem mit dem Kraftstoffinjektor verbundenen Hochdruckraum trennt.
Der Kraftstoffdruck im Hochdruckraum lässt sich durch Befüllen eines
Rückraumes
des Druckübersetzers
mit Kraftstoff bzw. durch Entleerung dieses Rückraumes von Kraftstoff variieren.
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Der Kraftstoffinjektor umfasst einen
beweglichen Schliesskolben zum Öffnen
bzw. Verschliessen der dem Brennraum zuweisenden Einspritzöffnungen.
Der Schliesskolben ragt in einen Schliessdruckraum hinein, so dass
dieser mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist. Dadurch wird eine
den Schliesskolben in Schliessrichtung beaufschlagende Kraft erzeugt. Der
Schliessdruckraum und ein weiterer Raum werden durch einen gemeinsamen
Arbeitsraum gebildet, wobei sämtliche
Teilbereiche des Arbeitsraumes permanent zum Austausch von Kraftstoff
miteinander verbunden sind.
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Mit dieser Lösung kann durch Ansteuerung des
Druckübersetzers über dessen
Rückraum
erreicht werden, dass die Ansteuerverluste im Kraftstoffhochdrucksystem
im Vergleich zu einer Ansteuerung über einen zeitweise mit der
Kraftstoffhochdruckquelle verbundenen Arbeitsraum kleingehalten werden
können.
Ferner wird der Hochdruckraum nur bis auf das Druckniveau des Hochdruckspeicherraumes
entlastet und nicht bis auf Leckargedruckniveau. Dies verbessert
einerseits den hydraulischen Wirkungsgrad, andererseits kann ein
schnellerer Druckaufbau bis auf das Systemdruckniveau erfolgen,
so dass die zwischen den Einspritzphasen liegenden zeitlichen Abstände erheblich
verkürzt
werden können.
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Bei druckgesteuerten Common-Rail-Einspritzsystemen
mit Druckübersetzer
tritt das Problem auf, dass die Stabilität in den Brennraum einzuspritzenden
Einspritzmengen, besonders die Darstellung sehr kleiner Voreinspritzmengen,
die im Rahmen einer Voreinspritzung erforderlich sind, nicht zuverlässig gewährleistet
ist. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die Düsennadel
bei druckgesteuerten Einspritzsystemen sehr schnell öffnet. Daher
können sich
sehr kleine Streuungen in der Ansteuerdauer des Steuerventiles stark
auf die Einspritzmenge auswirken.
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Angesichts weiter steigender Anforderungen an
die Emissions- und Geräuschentwicklung
selbstzündender
Verbrennungskraftmaschinen sind weitere Maßnahmen am Einspritzsystem
erforderlich, um die in naher Zukunft zu erwartenden verschärften Grenzwerte
zu erfüllen.
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Darstellung
der Erfindung
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Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einrichtung
zum Einspritzen von Kraftstoff lässt
sich die Öffnungsgeschwindigkeit
eines Einspritzventilgliedes wie z.B. einer Düsennadel dämpfen, ohne das ein schnelles
Schliessen des Einspritzventilgliedes beeinträchtigt würde. Ein mit verringerter Öffnungsgeschwindigkeit
erfolgendes Öffnen
eines Einspritzventilgliedes verbessert die Kleinstmengenfähigkeit
eines Kraftstoffinjektors erheblich. Lassen sich kurze Einspritzungsabstände erreichen,
können Kleinstmengen
auch im Rahmen mehrfacher Voreinspritzungen in den Brennraum einer
Verbrennungskraftmaschine erfolgen.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung bleibt
ohne Rückwirkung
hinsichtlich eines schnell ablaufendes Schliessvorganges des Einspritzventilgliedes.
Ein schnelles Schliessen des Einspritzventilgliedes beeinflusst
die Emissionswerte einer selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine günstig,
da in einem fortgeschrittenen Stadium der Verbrennung kein Kraftstoff
mehr in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine gelangt. Der
im Brennraum befindliche Kraftstoff kann vollständig umgesetzt werden; unzulässig hohe
HC-Werte werden
ebenso wie die Rußbildung
durch ein schnelles Schliessen des Einspritzventilgliedes unterdrückt. Ein
schnelles Nadelschliessen begünstigt
ferner einen flachen Verlauf der Mengenkennlinien des in den Brennraum
einzuspritzenden Kraftstoffes beim balistischen Betrieb des Einspritzventilgliedes,
d.h. während
der Hubbewegung zwischen seinem oberen Anschlag und seinem brennraumseitigen
Sitz. Ein flacher Verlauf der Mengenkennlinie erhöht ferner
die Zumessungsgenauigkeit des in den Brennraum einzubringen Kraftstoffes
erheblich, da Abweichungen hinsichtlich der Ansteuerung des Einspritzventilgliedes
keine starke Veränderung
der einzuspritzenden Kraftstoffmenge zur Folge haben. Im Gegensatz dazu
führen
Abweichungen hinsichtlich der Ansteuerung des Einspritzventilgliedes
bei steil verlaufenden Mengenkennlinien dazu, dass diese Abweichungen mit
einer starken Zunahme der in den Brennraum einer selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine eingespritzten Kraftstoffmenge einhergehen.
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Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung
der vorgeschlagenen Einrichtung zur Dämpfung eines Einspritzventilgliedes,
wenn diese mit einem weiteren Befüllungspfad versehen wird. Dies
ermöglicht es,
dass ein Dämpfungselement
sehr schnell in seiner Ausgangsstellung zurückfährt und damit eine Dämpfungswirkung,
d.h. eine Verringerung der Öffnungsge schwindigkeit
des Einsprizventilgliedes erreicht wird und so dicht aufeinander
folgende Mehrfacheinspritzungen realisiert werden können, z.B.
im Rahmen einer doppelten Voreinspritzung.
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Wird die erfindungsgemäß vorgeschlagene Einrichtung
an einem druckübersetzten
Kraftstoffinjektor eingesetzt, ergibt sich ein Einspritzsystem mit hohem
Einspritzdruck, einem guten hydraulischen Wirkungsgrad und einer
stark verbesserten Kleinstmengenfähigkeit. Die vorgeschlagene
Einrichtung zur Hubdämpfung
eines Einspritzventilgliedes ist ferner an weiteren druckgesteuerten
Einspritzsystemen, wie z.B. an Pumpe-Düse-Einheiten, Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten
sowie Verteilereinspritzpumpen als auch an Common-Rail-Systemen mit Kraftstoffinjektoren
ohne Druckverstärker
einsetzbar.
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Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wird die erfindungsgemäße Lösung nachfolgend
eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
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1 eine
erste Ausführungsvariante
einer Einrichtung zur Hubdämpfung
an einem Einspritzventilglied mit einem im Dämpfungselement ausgebildeten
Befüllpfad
eines Dämpfungsraumes
und
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2 eine
weitere, zweite Ausführungsvariante
einer Einrichtung zur Hubdämpfung
eines Einspritzventilgliedes mit einem Dämpfungselement, welches zwei
Befüllpfade
zur Befüllung
eines hydraulischen Dämpfungsraumes
umfasst.
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Ausführungsvarianten
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1 ist
die erste Ausführungsvariante
einer Einrichtung zur Hubdämpfung
eines Einspritzventilgliedes mit einem Dämpfungselement zu entnehmen,
weiches einen Befüllungspfad
für einen
hydraulischen Dämpfungsraum
umfasst.
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Die Beschreibung der erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Dämpfung
der Hubbewegung eines Einspritzventilgliedes erfolgt anhand eines
Kraftstoffinjektors mit Druckübersetzer.
Die vorgeschlagene Einrichtung zur Dämpfung der Hubbewegung, insbesondere
hinsichtlich einer Verringerung von dessen Öffnungsgeschwindigkeit, lässt sich
auch an anderen Kraftstoffeinspritzsystemen wie beispielsweise Pumpe-Düse-Systemen
als auch an Pumpe- Leitungs-Düse-Systemen,
Verteileremspritzpumpen sowie auch an Hochdruckspeichereinspritzsystemen
(Common-Rail) Einspritzanlagen einsetzen, deren Kraftstoffinjektor
keinen Druckübersetzer
umfassen.
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Der in 1 dargestellte
druckübersetzte Kraftstoffinjektor 1 wird über einen
hier nur schematisch dargestellten Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail)
mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt. Vom Innenraum
des Hochdruckspeicherraumes 2 erstreckt sich eine Zuleitung 9 zu
einem Druckübersetzer 5,
der in den Kraftstoffinjektor 1 gemäß der in 1 wiedergegebenen
Ausführungsvariante
integriert ist. Der Druckübersetzer 5 ist von
einem Injektorkörper 3 des
Kraftstoffinjektors 1 umschlossen. Der Kraftstoffinjektor 1 umfasst
ferner ein Zumessventil 6, welches in der in 1 dargestellten Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors als
312-Wege-Ventil ausgebildet ist. Anstelle eines hier schematisch
wiedergegebenen 3/2-Wege-Ventiles lässt sich auch ein 2/2-Wege-Ventil einsetzen. Das
Zumessventil 6 kann sowohl als ein Magnetventil ausgebildet
sein als auch über
einen Piezoaktor betätigt
werden. Daneben kann das Zumessventil 6 auch als Servoventil
oder als direkt schaltendes Ventil ausgebildet sein. Im unteren
Bereich des Kraftstoffinjektors 1, sich an den Injektorkörper 3 anschliessend,
ist ein Düsenkörper 4 ausgebildet,
welcher ein Einspritzventilglied 34 aufnimmt, über welches
der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in den Brennraum 7 einer
selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Das Einspritzventilglied 34 kann
als eine einteilige oder auch als eine mehrteilig konfigurierte
Düsennadel
ausgebildet sein. Vom Zumessventil 6 aus erstreckt sich
ein mit Bezugszeichen 8 bezeichneter niederdruckseitiger
Rücklauf
zu einem in 1 nicht dargestellten
Kraftstoffreservoir, so z.B: dem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges.
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Der über die Zuleitung 9,
in welcher eine Druckpulsationen dämpfende Drosselstelle 42 integriert
sein kann, über
den Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail) beaufschlagbare
Druckübersetzer 5 umfasst
einen Arbeitsraum 10, in welchen die Zuleitung 9 mündet. Der
Druckübersetzer 5 umfasst
ferner einen Steuerraum 11. Der Arbeitsraum 10 und
der Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 sind
durch eine Kolbeneinheit 12 voneinander getrennt. Die Kolbeneinheit 12 umfasst
in der Ausführungsvariante des
Druckübersetzers
gemäß 1 einen ersten Teilkolben 13 sowie
einen zweiten Teilkolben 14. Die untere Stirnseite 14.1 des
zweiten Teilkolbens 14 beaufschlagt einen Kompressionsraum 15 des
Druckübersetzers 5.
Im Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 ist ein
Rückstellfederelement 17 aufgenommen,
welches sich einerseits an der als Widerlagers 16 dienenden
Bodenfläche
des Steuerraumes 11, d.h. an einer Ringfläche innerhalb
des Injektorkörpers 3 abstützt und
andererseits an einem am zweiten Teilkolben 14 ausgebildeten
Anschlag 18 anliegt. Die Kolbeneinheit 12 des
Druckübersetzers 5 kann sowohl
als einstöckiges
Bauteil als auch – wie
in 1 dargestellt – als mehrteiliges Bauteil
ausgebildet sein. Der Durch messer des ersten Teilkolbens 13 ist
in einem größeren Durchmesser
ausgeführt,
als der Durchmesser des zweiten Teilkolbens 14, dessen untere
Stirnseite 14.1 den Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 begrenzt.
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Vom Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 erstreckt
sich eine Zuleitung 19 zum Zumessventil 6, welches
in der in 1 dargestellten Stellung
in Offenstellung steht, so dass vom Arbeitsraum 10 über die
Zuleitung 19 zum Zumessventil 6 und eine Steuerleitung 20 Kraftstoff
in den Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 strömt.
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Der über den zweiten Teilkolben 14 druckbeaufschlagbare
Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 steht über eine
Verbindungsleitung 21 mit einem im Düsenkörper 4 des Kraftstoffinjektors 1 ausgebildeten
Düsenraum 22 in
Verbindung. Der Düsenraum 22 umgibt
das bevorzugt als Düsennadel ausgebildet
Einspritzventilglied 34 im Bereich einer am Außenumfang
des Einspritzventilgliedes 34 ausgebildeten Druckschulter 37.
Vom Düsenraum 22 erstreckt
sich ein Ringspalt 38 in Richtung auf die Spitze 39 des
Einspritzventilgliedes. Entlang dieses Ringspaltes 38 strömt der unter
sehr hohem Druck stehende Kraftstoff am Düsenraum 22 zum brennraumseitigen
Sitz 40 des Einspritzventilgliedes 34. Unterhalb
des brennraumseitigen Sitzes 40 des Einspritzventilgliedes
sind in den Brennraum 7 einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine
mündende
Einspritzöffnungen 39 ausgebildet.
Die Einspritzöffnungen 39 werden
bevorzugt als konzentrische Lochkreise ausgebildet, so dass eine
feine Zerstäubung
des in den Brennraum 7 eingebrachten Kraftstoffes gewährleistet
ist.
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An der dem brennraumseitigen Sitz 40 des Einspritzventilgliedes 34 gegenüberliegenden
Seite ist dem Einspritzventilglied 34 ein weiterer hydraulischer
Raum 23 zugeordnet. Der weitere hydraulische Raum 23 nimmt
sowohl ein erstes Federelement 32 als auch ein zweites
Federelement 33 auf. Das mit Bezugszeichen 33 identifizierte
zweite Federelement beaufschlagt eine Stirnseite 35 des
Einspritzventilgliedes. Das zweite Federelement 33 stützt sich
an der Oberseite des weiteren hydraulischen Raumes 23 innerhalb
des Düsenkörpers 4 des
Kraftstoffinjektors 1 ab.
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Im weiteren hydraulischen Raum 23 ist
ein Dämpfungselement 29 aufgenommen,
welches beispielsweise in Kolbenform ausgebildet werden kann. Das
Dämpfungselement 29 begrenzt
mit seiner der Stirnseite 35 des Einspritzventilgliedes 34 abgewandten
Stirnseite einen Dämpfungsraum 28.
Das Dämpfungselement 29 ist
unabhängig
vom Hub des Einspritzventilgliedes 34 zu diesem bewegbar.
Das Dämpfungselement 29 umfasst
auf seiner dem Dämpfungsraum 28 abgewandten
Stirnseite eine Ringfläche 31.
An der Ringfläche 31 des
Dämpfungselementes 29 stützt sich
das erste Federelement 32 ab, welches sich mit seinen gegenüberliegenden
Ende, analog zum zweiten Federelement 33, an der Decke
des weiteren hydraulischen Raumes 23 innerhalb des Düsenkörpers 4 abstützt. Das
Dämpfungselement 29 und
die Stirnseite 35 liegen im weiteren hydraulischen Raum 23 entlang
einer Trennfuge 36 aneinander an. In der in 1 dargestellten Ausführungsvariante sind die die
Trennfuge 36 bildenden Flächen, d.h. die Unterseite der
Ringfläche 31 und die
Stirnseite 35 im oberen Bereich des Einspritzventilgliedes 34 als
Planflächen
ausgebildet.
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Vom weiteren hydraulischen Raum 23 erstreckt
sich ein Befüllpfad 26,
in welchem ein Rückschlagventil 27 angeordnet
ist zum Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5, welcher
durch den Befüllpfad 26 mit
Kraftstoff befällt
werden kann. Darüber
hinaus ist der weitere hydraulische Raum 23 über eine Überströmleitung 24 mit
dem Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 verbunden.
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Im Ruhezustand des in 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzsystems
ist das Zumessventil 6 nicht angesteuert und es findet
keine Einspritzung am brennraumseitigen Ende des Einspritzventilgliedes 34 in
den Brennraum 7 der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine
statt. Der im Inneren des Hochdruckspeicherraumes 2 (Common-Rail)
herrschende Druck steht über
die Zuleitung 9 im Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 an.
Ferner steht der im Arbeitsraum 10 herrschende Druck über die
Zuleitung 19 am Zumessventil 6 an und über dieses
via Steuerleitung 20 auch im Steuerraum 11 des
Druckübersetzeres 5.
Darüber
hinaus steht der im Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 anstehende
Druck, der den im Innenraum des Hochdruckspeicherraumes 2 (Common-Rail)
herrschenden Druck entspricht, über
die Überströmleitung 24 auch
im weiteren hydraulischen Raum 23 innerhalb des Düsenkörpers 4 an. Über den
Befüllpfad 26 des
darin aufgenommene Rückschlagventil 27 steht
der Raildruck, d.h. der im Innenraum des Hochdruckspeicherraumes 2 herrschende
Druck darüber
hinaus im Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 an und über die
Verbindungsleitung 21 auch in dem das Einspritzventilglied 34 umgebenden
Düsenraum 22.
Ferner steht der im Inneren des weiteren hydraulischen Raumes 23 herrschende
Druck über
einen eine Drosselstelle enthaltenden Überströmkanal 30 auch im Dämpfungsraum 28,
der von einer Stirnseite des Dämpfungselementes 29 begrenzt
wird, an.
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Im Grundzustand sind demnach alle
hydraulisch beaufschlagbaren Räume 10, 11 und 15 am Druckübersetzer 5 mit
Raildruck, d.h. mit dem im Inneren des Hochdruckspeicherraumes 2 herrschenden
Druckniveau beaufschlagt und die Kolbeneinheit 12 innerhalb
des Druckübersetzers 5 befindet
sich in ihrem druckausgeglichenen Zustand. In diesem Zustand ist
der Druckübersetzer 5 deaktiviert
und es findet keine Druckverstärkung
statt. In diesem Zustand wird die Kolbeneinheit 12 des
Druckübersetzers 5 über ein
Rückstellfederelement 17 in
der Ausgangslage gehalten. Der Kompressionsraum 15 wird
vom weiteren hydraulischen Raum 23 über die von diesem abzweigende
Befüllleitung 26,
mit inte griertem Rückschlagventil 27,
mit einem Kraftstoffvolumen befüllt.
Durch den im weiteren hydraulischen Raum 23 herrschenden
Druck wird eine hydraulische Schließkraft auf das Einspritzventilglied 34 ausgeübt. Die
auf das Einspritzventilglied 34 wirkende an dessen Stirnseite 35 angreifende
hydraulische Kraft kann durch die Federkraft des zweiten Federelementes 33 unterstützt werden.
Daher kann dem Inneren des Hochdruckspeicherraumes 2 anstehende
Druck, d.h. der Rail-Druck stets im das Einspritzventilglied 34 umgebenden
Druckraum 22 (Düsenraum)
anstehen, ohne dass das Einspritzventilglied 34 ungewollt
die Einspritzöffnungen 39 zum
Brennraum 7 der selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine freigibt.
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Die Zumessung des Kraftstoffes erfolgt durch
eine Entlastung des Steuerraumes 11 des Druckübersetzers 5 über eine
Aktivierung, d.h. eine Ansteuerung des beispielsweise als 3/2-Wege-Ventil ausgebildeten
Zumessventiles 6. Der Steuerraum 11 wird durch
eine Aktivierung des Zumessventils 6 in seine Schliessstellung
von der Systemdruckversorgung, d.h. vom Hochdruckspeicherraum 2 und
von der Zuleitung 19 zum Zumessventil 6 getrennt
und mit den niederdruckseitigen Rücklauf 8 verbunden. Der
Druck im Steuerraum 11, der auch als Rückraum bezeichnet wird, nimmt
ab, wodurch der Druckübersetzer 5 aktiviert
wird und der Druck im Kompressionsraum 15 und damit aufgrund
der Verbindungsleitung 21 auch im Druckraum 22 ansteigt.
Auch dadurch bedingt erhöht
sich die in Öffnungsrichtung
am Einspritzventilglied 34 an dessen Druckschulter 37 angreifende
hydraulische Kraft, wobei sich gleichzeitig der Druck im im weiteren
hydraulischen Raum 23 aufgrund von dessen Verbindung über die Überströmleitung 24 mit
dem druckentlasteten Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 abbaut
und dadurch die in Schließrichtung
wirkende Druckkraft auf die Stirnseite 35 des Einspritzventilgliedes 34 abnimmt.
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Aufgrund der ansteigenden hydraulischen Kraft,
die an der Druckschulter 37 des Einspritzventilgiedes 34 im
Druckraum 22 angreift, öffnet
das Einspritzventilglied 34 druckgesteuert und gibt die
Einspritzöffnungen 39 an
der brennraumseitigen Spitze 39 des Einspritzventilgliedes 34 frei.
Bei der Öffnungshubbewegung
des Einspritzventilgliedes 34 drückt dessen Stirnseite 35,
die entlang der Stoßfuge 36 an
der Ringfläche 31 des
Dämpfungselementes 29 anliegt,
dieses nach oben, so dass dessen der Stirnseite 35 des
Einspritzventilgliedes 34 abgewandte Stirnseite in den
Dämpfungsraum 28 einfährt. Das
im Dämpfungsraum 28 enthaltene
Kraftstoffvolumen strömt über den
eine Drosselstelle enthaltenden Überströmkanal 30 in
den weiteren hydraulischen Raum 23, wird demnach über die Überströmleitung 30 in
den weiteren hydraulischen Raum 23 verdrängt. Aufgrund
dieser Verdrängung
stellt sich eine einem zu schnellen Auffahren des Einspritzventilgliedes 34 entgegenwirkende
Dämpfungskraft
ein. Daraus resultiert eine Verzögerung
der Öffnungsgeschwindigkeit
des Einspritzventilgliedes 34. Die Nadelöffnungsgeschwindigkeit
lässt sich über die
Auslegung, d.h. den Durchflussquerschnitt der in der Überströmleitung 30 enthaltene
Drosselstelle variieren.
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Solange der Steuerraum 11 des
Druckübersetzers 5 druckentlastet
bleibt und der Druckübersetzer 5 aktiviert
ist, wird der Kraftstoff im Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers
verdichtet. Der im Kompressionsraum 15 durch Einfahren
des zweiten Teilkolbens 14 mit seiner Stirnseite 14.1 im
Kompressionsraum 15 verdichtete Kraftstoff strömt über die Verbindungsleitung 21 in
den Druckraum 22 im Injektorkörper 4 und von diesem
den Ringspalt 38 entlang in Richtung auf die geöffneten
Einspritzöffnungen 39 und
zerstäubt
in den Brennraum 7 der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine.
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Zum Beenden der Einspritzung wird
bei erneuter Aktivierung des Zumessventiles 6 in seine
in 1 dargestellte Schaltstellung der
Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 wieder
vom niederdruckseitigen Rücklauf 8 getrennt
und mit der Zuleitung 19 zum Zumessventil 6 verbunden,
wodurch der Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 wieder
mit dem im Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail) herrschenden
Druckniveau beaufschlagt wird. Dadurch baut sich sowohl im Steuerraum 11 als
auch im weiteren hydraulischen Raum 23 das im Inneren des Hochdruckspeicherraumes 2 herrschende
Druckniveau auf. Der mit seiner Stirnseite 14.1 in den
Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 eingefahrene
zweite Teilkolben 14 wird aufgrund der Druckbeaufschlagung
des Steuerraumes 11 durckausgeglichen, wodurch der Druck
im. Kompressionsraum 15 und damit im Druckraum 22 abnimmt.
Da im weiteren hydraulischen Raum 23, bedingt durch die
Verbindung des Steuerraumes 11 mit dem weiteren hydraulischen
Raum 23 über
die Überströmleitung 24,
ebenfalls das im Inneren des Hochdruckspeicherraumes 2 herrschende
Druckniveau ansteht, ist das Einspritzventilglied 34 nunmehr
hydraulisch ausgeglichen und wird durch das im weiteren hydraulischen
Raum 23 angeordnete, die Stirnseite 35 des Einspritzventilgliedes 34 beaufschlagende
Feder geschlossen und in den brennraumseitigen Sitz 40 gedrückt. Dadurch wird
die Einspritzung von Kraftstoff über
die Einspritzöffnungen 39 in
den Brennraum 7 der Verbrennungskraftmaschine beendet.
Bei geeigneter hydraulischer Auslegung kann auf die die Stirnseite 35 des Einspritzventilgliedes 34 wirkende
Feder, d.h. auf das zweite Federelement 33 auch verzichtet
werden, da dann während
des Schliessens des Einspritzventilgliedes 34, d.h. während dessen
Einfahren in den brennraumseitigen Sitz 40 eine hydraulische Schliesskraft
erzeugt werden kann.
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Das Einspritzventilglied 35 kann
sich beim Einfahren in den brennraumseitigen Sitz 40, d.h. beim
Schliessen an der Trennfuge 36 von der Ringfläche 31 des
Dämpfungselementes 29 trennen.
Dadurch wird ein schnelles und gedämpftes Schliessen des Einspritzventilgliedes 34 in
seine die Einspritzöffnungen 39 zum
Brennraum 7 verschliessende Stellung sichergestellt. Zur
Verringerung der Schliessgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes 35 kann
in der Überströmleitung 24 zwischen
dem Steuerraum 11 des Druckübersetzers und dem weiteren
hydraulischen Raum 23 eine Drosselstelle 25 vorgesehen werden.
Nach dem Druckausgleich des Systems wird die Kolbeneinheit 12 des
Druckübersetzers
durch die Rückstellfeder 17 in
ihre Ausgangslage zurückgestellt,
wobei eine Befüllung
des Kompressionsraumes 15 über den weiteren hydraulischen
Raum 23 mittels des bereits erwähnten Befüllpfades 26 mit integriertem
Rückschlagventil 27 erfolgen
kann. Das bevorzugt als Dämpfungskolben
ausgebildete Dämpfungselement 29 wird
durch das die Ringfläche 31 beaufschlagende
erste Federelement 32 in seine Ausgangsstellung zurückgestellt,
wobei eine Wiederbefüllung
des Dämpfungsraumes 28 über den Überströmkanal 30 mit
Drosselstelle vom weiteren hydraulischen Raum 23 aus erfolgt.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsvariante
einer Einrichtung zur Hubdämpfung
eines Einspritzventilgliedes mit zwei im hydraulischen Dämpfungselement
vorgesehenen Befüllfaden.
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Die in 2 dargestellte
weitere Ausführungsvariante
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Einrichtung zur Dämpfung
der Hubbewegung eines Einspritzventilgliedes 34 entspricht
hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise im wesentlichen
der in 1 beschriebenen Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Lösung.
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Im Unterschied zur in 1 dargestellten Einrichtung zur Dämpfung der
Hubbewegung eines Einspritzventilgliedes 34, ist mit der
in 2 dargestellten Ausführungsvariante
eine weitere Ausführung
eines Dämpfungselementes 29 dargestellt,
welche auch für
dicht aufeinander folgende Mehrfacheinspritzungen, wie z.B. einer
doppelten Voreinspritzung wirksam ist. Die in 2 dargestellte Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung
unterscheidet sich von der in 1 dargestellten
Ausführungsvariante
dadurch, dass der Dämpfungsraum 28 im
Injektor des Düsenkörpers 4 über einen
weiteren, größer dimensionierten
Befüllkanal 45 befüllt werden
kann.
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Im Unterschied zur in 1 dargestellten Ausführungsvariante des Dämpfungselementes 29 umfasst
das in 2 dargestellte
Dämpfungselement 29 an
seiner der Stirnseite 35 des Einspritzventilgliedes 34 zuweisenden
Stirnfläche
eine Dichtfläche 43.
Die Dichtfläche 43 kann
wie in 2 dargestellt
mit einer balligen Kontur 44 versehen sein. Der das Dämpfungselement 29 gemäß 2 durchziehende Strömungskanal 45 mündet einerseits
an der Stirnseite, die den Dämpfungsraum 28 begrenzt
und andererseits an der Dichtfläche 43 mit
balliger Kontur 44 unterhalb der Ringfläche 31. Der das Dämpfungselement 29 koaxial
zu dessen Symmetrielinie durchziehende Überströmkanal 45 umfasst
einen ersten Kanalabschnitt 45.1 sowie einen zweiten Kanalabschnitt 45.2.
Der erste Kanalabschnitt 45.1 ist im Vergleich zum zweiten
weiteren Kanalabschnitt 45.2 in einem verringerten Durchmesser ausgebildet,
wodurch dem ersten Kanalabschnitt 45.1 eine Drosselfunktion
zukommen kann. Damit kann ein Prellen des Dämpfungselementes (29)
unterbunden werden.
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Analog zu in 1 dargestellte
Dämpfungselement 29 ist
das in 2 dargestellte
Dämpfungselement über ein
erstes Federelement 32 beaufschlagt, welches sich an der
Decke des weiteren hydraulischen Raumes 23 im Düsenkörper 4 einerseits und
an der Innenseite der Ringfläche 31 am
Dämpfungselement 29 andererseits
abstützt.
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Beim Öffnen des Einspritzventilgliedes 34 durch
einen Druckaufbau im Druckraum 22, bedingt durch Zuströmen von
Kraftstoff aus dem Kompressionsraum 15 über die Verbindungsleitung 21 in
den Druckraum 22 und einer auf die Druckschulter 37 des Einspritzventilgliedes 34 wirkenden
Druckkraft, fährt das
Einspritzventilglied 34 in Öffnungsrichtung in den weiteren
hydraulischen Raum 23 ein. Dabei wird die Dichtfläche 43 an
der Unterseite der Ringfläche 31 verschlossen.
Damit ist der Strömungskanal 45.1 im Inneren
des Dämpfungselementes 29 verschlossen. Der
aus dem Dämpfungsraum 28 verdrängte Kraftstoff
vermag lediglich über
den zweiten Kanalabschnitt 45.2 und die eine Wandung 47 des
Dämpfungselementes 29 durchsetzende Überströmleitung mit
Drosselstelle 30 in den weiteren hydraulischen Raum 23 abzuströmen. Auf
diese Weise wird die Öffnungsgeschwindigkeit
des Einspritzventilgliedes 34 begrenzt und ist abhängig von
der Konfiguration der Drosselstelle, d.h. deren Durchfluss in der
Wandung 47 des Dämpfungselementes 29.
Beim Schliessen des Einspritzventilgliedes 34 trennt sich
dessen Stirnseite 35 von der Dichtfläche 43 an der Unterseite der
Ringfläche 31 des
Dämpfungselementes 29.
Dadurch wird die Öffnung
des Strömungskanales 45.1 des
Dämpfungselementes 29 in
der Dichtfläche 43 freigegeben,
wodurch Kraftstoff über
den ersten Kanalabschnitt 45.1 und den zweiten Kanalabschnitt 45.2 in
den Dämpfungsraum 28 überströmt. Auf
diese Weise erfolgt ein schnelles Befüllen des Dämpfungsraumes 28,
so dass das bevorzugt als Dämpfungskolben
ausgebildete Dämpfungselement 29 wieder
in seine Ausgangslage zurückfährt. Auf
diese Weise lässt
sich eine Dämpfung
der Öffnungsgeschwindigkeit
des Einspritzventilgliedes 35 bei dessen Öffnungsbewegung
erreichen, wobei jedoch dessen schnelles Schliessen durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Einrichtung zur Dämpfung
der Hubbewegung des Einspritzventilgliedes 35 nicht beeinträchtigt wird.
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In Abwandlung zu den dargestellten
Ausführungsvarianten
kann die Überströmleitung 24 anstelle
des Steuerraumes 11 des Druckübersetzers 5 auch
mit dessen Arbeitsraum 10 verbunden werden. Ferner lässt sich
ein Befüllen
des Kompressionsraumes 15 des Druckübersetzers über den Befüllpfad 26 anstelle
aus Raum 23 auch aus dem Steuerraum 11 oder dem
Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 realisieren.
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Die Darstellung und Beschreibung
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Einrichtung zur Dämpfung
der Öffnungsgeschwindigkeit
eines bevorzugt als Düsennadel
konfigurierten Einspritzventilgliedes 34 wurde vorstehend
anhand eines druckübersetzten
Kraftstoffinjektors 1 mit Druckübersetzer 5 beschrieben.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Einrichtung,
sei sie mit einer Überströmleitung 30 zwischen
Dämpfungsraum 28 und
dem weiteren Druckraum 23 versehen, sei sie mit zwei unterschiedlich
konfigurierten Befüllpfaden 30 bzw. 45 versehen, lässt sich
auch an anderen druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzkomponenten
wie z.B. Pumpe-Düse-Einheiten
und Verteilereinspritzsystemen einsetzen. Ferner kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung
zur Dämpfung
der Öffnungsgeschwindigkeit
eines Einspritzventilgliedes 34 unter Beibehaltung von
dessen schneller Schließgeschwindigkeit
in einen brennraumseitigen Sitz 40 auch an solchen Kraftstoffinjektoren 1 von
Speichereinspritzsystemen eingesetzt werden, die ohne Druckübersetzer 5 ausgelegt
sind.
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- 1
- Kraftstoffinjektor
- 2
- Hochdruckspeicherraum
(Common-Rail)
- 3
- Injektorkörper
- 4
- Düsenkörper
- 5
- Druckübersetzer
- 6
- Zumessventil
- 7
- Brennraum
- 8
- niederdruckseitiger
Rücklauf
- 9
- Zuleitung
- 10
- Arbeitsraum
- 11
- Steuerraum
- 12
- Kolbeneinheit
- 13
- erster
Teilkolben
- 14
- zweiter
Teilkolben
- 14.1
- Stirnseite
zweiter Teilkolben
- 15
- Kompressionsraum
- 16
- Wiederlager
- 17
- Rückstellfeder
- 18
- Anschlag
- 19
- Zuleitung
Zumessventil
- 20
- Steuerleitung
Steuerraum 11
- 21
- Verbindungsleitung
Kompressionsraum 15
- 22
- Druckraum
- 23
- weiterer
hydraulischer Raum
- 24
- Überströmleitung
Steuerraum 11 – weiterer hydraulischer
Raum 23
- 25
- Drosselstelle
(optional)
- 26
- Befüllpfad Kompressionsraum
15
- 27
- Rückschlagventil
- 28
- Dämpfungsraum
- 29
- Dämpfungselement
- 30
- Überströmkanal (optional
mit Drosselstelle)
- 31
- Ringfläche Dämpfungselement
29
- 32
- erstes
Federelement
- 33
- zweites
Federelement
- 34
- Einspritzventilglied
- 35
- Stirnseite
- 36
- Trennfuge
- 37
- Druckschulter
- 38
- Ringspalt
- 39
- Spitze
- 40
- brennraumseitiger
Sitz
- 41
- Einspritzöffnungen
- 42
- Drosselstelle
Zuleitung 9
- 43
- Dichtfläche
- 44
- ballige
Kontur
- 45
- Überströmkanal
- 45.1
- erster
Kanalabschnitt
- 45.2
- zweiter
Kanalabschnitt
- 46
- Strömungsrichtung
- 47
- Wandung
Dämpfungselement
29