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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Einspritzdüse
ist beispielsweise aus der
DE
100 60 836 C1 bekannt und besitzt einen Düsenkörper, der
mindestens ein Spritzloch aufweist. Der Düsenkörper enthält außerdem eine Nadelführung, in
der eine Düsennadel
geführt
ist. Mit der Düsennadel
ist die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch
steuerbar. Bei der bekannten Einspritzdüse ist in einer Zuführungsleitung,
die dem wenigstens einen Spritzloch unter Hochdruck stehenden Kraftstoff
zuführt,
ein Steuerventil angeordnet, mit dem die Kraftstoffzuführung durch
die Zuführungsleitung
zu dem wenigstens einen Spritzloch gesteuert werden kann. Dieses
Steuerventil ist zu seiner Betätigung
mit einem Aktor antriebsgekoppelt. Die Düsennadel trägt an ihrem vom wenigstens
einen Spritzloch abgewandten Ende einen Steuerkolben, der in einem
Steuerraum hubverstellbar geführt
ist. Dieser Steuerraum kommuniziert zum einen mit der mit dem Steuerventil
steuerbaren Zuführungsleitung.
Zum anderen geht vom Steuerraum eine zweckmäßig gedrosselte Ablaufleitung
ab, die zu einem Leckölraum
führt und
die mit einem Schieber steuerbar ist. Dieser Schieber bildet dabei einen
Bestandteil des Steuerventils und wird somit gemeinsam mit dem Steuerventil
vom Aktor betätigt. Die
Düsennadel
besitzt an ihrem dem wenigstens einen Spritzloch zugewandten Ende
eine Druckstufe, die bei einer Druckbeaufschlagung in Öffnungsrichtung
der Düsennadel
wirkt.
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Bei
einer Nichtansteuerung des Aktuators schließt das Steuerventil die Zuführungsleitung
und der Schieber öffnet
die Ablaufleitung. Die Düsennadel
ist dann mittels Federkraft in ihre Schließstellung vorgespannt; das
wenigstens eine Spritzloch ist somit geschlossen.
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Bei
einer Teilansteuerung des Aktors hebt das Steuerventil vom zugehörigen Sitz
ab, wodurch die Zuführungsleitung
geöffnet
ist und an der Druckstufe der Düsennadel
der hohe Kraftstoffdruck angreifen kann. Im Steuerraum kann sich
dabei der hohe Kraftstoffdruck nicht aufbauen, da die Ablaufleitung
noch offen ist. Dementsprechend überwiegen an
der Düsennadel
die Öffnungskräfte, so
dass die Düsennadel öffnet und
eine Einspritzung stattfindet.
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Bei
einer Vollansteuerung des Aktors öffnet das Steuerventil weiter
und der Schieber sperrt die Ablaufleitung. Dementsprechend kann
sich nun auch im Steuerraum der hohe Kraftstoffdruck aufbauen, so dass
nunmehr die Schließkräfte an der
Düsennadel überwiegen
und diese in die Schließstellung
antreiben. Der hierbei erforderliche Aufwand zum Betätigen der
Düsennadel
ist relativ groß.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den
Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs hat dem gegenüber
den Vorteil, dass die Düsennadel durch
die Betätigung
des Steuerkolbens direkt gesteuert werden kann. Ermöglicht wird
dies dadurch, dass sowohl an einer Kompensatorfläche der Düsennadel als auch an einer
Steuerfläche
des Steuerkolbens der hohe Kraftstoffdruck anliegt, wobei die Steuerfläche und
die Kompensatorfläche über einen entsprechenden
Hydraulikpfad miteinander gekoppelt sind. Das bedeutet, dass eine
Druckänderung
an der Steuerfläche,
die durch eine Betätigung
des Aktors, also des Steuerkolbens ausgelöst wird, auch direkt an der
Kompensatorfläche
der Düsennadel
wirksam ist, wodurch sich direkt das Kräftegleichgewicht an der Düsennadel
zum Öffnen
bzw. zum Schließen der
Düsennadel ändert. Der
Aufwand zur Realisierung einer derartigen direkten Düsennadelsteuerung ist
erheblich reduziert.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform,
bei welcher die Düsennadel
eine Druckstufe aufweist, die erfindungsgemäß permanent mit der Zuführungsleitung
hydraulisch verbunden ist. Auf diese Weise herrscht an der Düsennadel
stets eine in Öffnungsrichtung
gerichtete Kraftkomponente, die zur Unterstützung der Öffnungsbewegung der Düsennadel
unmittelbar zur Verfügung
steht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform kann
der Steuerkolben zum Öffnen
der Düsennadel so
betätigt
werden, dass an der der Düsennadel
zugeordneten ersten Kompensatorfläche der anliegende Druck abfällt. Bei
dieser Ausführungsform
treibt der Aktor den Steuerkolben in diejenige Richtung an, in welche
die dem Steuerkolben zugeordnete erste Steuerfläche durch den daran anliegenden
Kraftstoffhochdruck ohnehin vorgespannt ist. D.h. durch die Betätigung des
Aktors gibt die erste Steuerfläche
in Richtung der daran angreifenden Druckkräfte nach. Folglich muss der
Aktor keine Stellkräfte
erzeugen, sondern lediglich eine hinreichend schnelle Verstellung
des Steuerkolbens bewirken. Diese Ausführungsform ist von Vorteil,
da der Kraftstoff bei modernen Einspritzanlagen zwischenzeitlich
mit sehr hohen Drücken,
z.B. 800 bar (???), über
die Zuführungsleitung
dem wenigstens einen Spritzloch zugeführt wird.
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Eine
zweckmäßige Weiterbildung
charakterisiert sich dadurch, dass der Steuerkolben über eine Antriebsstange
mit dem Aktor antriebsgekoppelt ist, wobei der Aktor als Hohlaktor
ausgebildet ist, durch den die Antriebsstange zentral hindurchgeführt ist. Die
Antriebsstange trägt
an einer vom Steuerkolben abgewandten Seite des Aktors einen vom
Aktor antreibbaren Antriebskolben, wobei der Aktor so ausgebildet
und angeordnet ist, dass er bei seiner Betätigung den Antriebskolben in
einer Öffnungshubrichtung
der Düsennadel
antreibt. Durch die vorgeschlagene Bauweise ist es möglich, den
Steuerkolben in der Öffnungsrichtung
der Düsennadel
anzutreiben, was zur Erzeugung eines Druckabfalls an der ersten Steuerfläche vorteilhaft
sein kann.
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Bei
einer speziellen Ausführungsform
können
die erste Steuerfläche
und die erste Kompensatorfläche
in einem gemeinsamen Umsetzraum angeordnet sein, wobei dann der
Steuerkolben und der Kompensatorkolben koaxial ineinander geführt sind. Bei
dieser Ausführungsform
ist der erste Hydraulikpfad extrem kurz, da er quasi noch innerhalb
des Umsetzraums realisiert ist. Die Düsennadel wird dadurch besonders
direkt angesteuert.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteil der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ergeben
sich aus den Unteransprüchen,
aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Einspritzdüse sind
in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert, wobei sich
gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche
Bauteile beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 bis 5 jeweils einen stark vereinfachten Prinzip-Längsschnitt durch eine Einspritzdüse nach der
Erfindung, bei unterschiedlichen Ausführungsformen.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
Entsprechend 1 besitzt
eine erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 einen
Düsenkörper 2,
der mit wenigstens einem Spritzloch 3 ausgestattet ist.
Es ist klar, dass der Düsenkörper 2 regelmäßig mehr
als ein Spritzloch 3 aufweist. Durch das wenigstens eine Spritzloch 3 kann
die Einspritzdüse 1 Kraftstoff
in einen Brennraum oder Gemischbildungsraum 4 einspritzen.
Zur Steuerung des wenigstens einen Spritzlochs 3 enthält der Düsenkörper 2 eine
einzige Düsennadel 5,
die im Düsenkörper 2 in
einer Nadelführung 6 hubverstellbar
geführt
ist. Die Düsennadel 5 wirkt
an ihrer, dem wenigstens einen Spritzloch 3 zugewandten
Düsenspitze 7 mit
einem Dichtsitz 8 zusammen, der im Düsenkörper 2 ausgebildet
ist und üblicherweise
eine Kreisringform besitzt.
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Im
Düsenkörper 2 ist
eine Zuführungsleitung 9 ausgebildet,
die im Düsenkörper 2 zu
einem Düsenraum 10 führt und
mit Kraftstoff versorgt wird, der unter einem hohen Druck steht. Üblicherweise
ist die Zuführungsleitung 9 an
eine für
mehrere Einspritzdüsen 1 gemeinsame
Hochdruckleitung angeschlossen, sogenanntes „Common-Rail-Prinzip". Die gemeinsame
Hochdruckleitung wird dabei mittels einer gemeinsamen Hochdruckpumpe
gespeist. Ebenso ist es möglich,
auf andere Weise die Zuführungsleitung 9 mit
unter Hochdruck stehendem Kraftstoff zu versorgen. Beispielsweise
kann die Zuführungsleitung 9 direkt
an eine Hochdruckpumpe angeschlossen sein.
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Der
Düsenraum 10 ist über einen
Ringraum 11 mit dem wenigstens einen Einspritzloch 3 verbindbar,
wobei zwischen dem Ringraum 11 und dem wenigstens einen
Spritzloch 3 der Dichtsitz 8 angeordnet ist. Die
Düsennadel 5 besitzt
im Düsenraum 10 und
im Ringraum 11 eine Druckstufe 12, die dem wenigstens
einen Spritzloch 3 zugewandt ist. Die Druckstufe 12 ist
die Differenz aus einer Führungsfläche 13 im
Querschnitt der Nadelführung 6 abzüglich einer Dichtfläche 14 im
Dichtsitz 8. Im Betrieb der Einspritzdüse 1 liegt an der
Druckstufe 12 permanent der Kraftstoffhochdruck an, so
dass die Düsennadel 5 mit
einer Öffnungskraft,
die in ihrer durch einen Pfeil symbolisierten Öffnungsrichtung 15 wirkt,
belastet ist.
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Der
Düsennadel 5 ist
eine erste Kompensatorfläche 16 zugeordnet,
die zur Einleitung von Druckkräften
in die Düsennadel 5 dient.
Bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
ist die erste Kompensatorfläche 16 an
der Düsennadel 5 selbst
ausgebildet, und zwar an einer von dem wenigstens einen Spritzloch 3 abgewandten
Seite. Dementsprechend wirkt die erste Kompensatorfläche 16 bei
einer Druckbeaufschlagung in einer durch einen Pfeil symbolisierten
Schließrichtung 17 der
Düsennadel 5.
Die erste Kompensatorfläche 16 ist
hier größer als
die Druckstufe 12, so dass es zum Schließen bzw.
zum Geschlossenhalten der Düsennadel 5 ausreicht,
an der ersten Kompensatorfläche 16 den
Kraftstoffhochdruck anzulegen.
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Die
Einspritzdüse 1 enthält außerdem einen Steuerkolben 18,
der mit einem Aktor 19 antriebsgekoppelt ist. Der Aktor
oder Aktuator 19 dient zum Verstellen des Steuerkolbens 18 und
kann beispielsweise als Piezzoaktuator ausgebildet sein. Der Aktor 19 treibt
dabei einen Antriebskolben 39 an, der fest mit einer Antriebsstange 40 verbunden
ist, die ihrerseits fest mit dem Steuerkolben 18 verbunden
ist. Grundsätzlich
sind jedoch auch andere Antriebskopplungen zwischen Aktor 19 und
Steuerkolben 18 durchführbar.
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Der
Steuerkolben 18 ist in einer Steuerkolbenführung 20 hubverstellbar
im Düsenkörper 2 gelagert
und besitzt eine erste Steuerfläche 21.
Im Düsenkörper 2 ist
ein erster Hydraulikpfad 22 ausgebildet, der die erste
Steuerfläche 21 hydraulisch
mit der ersten Kompensatorfläche 16 koppelt.
Unter einer hydraulischen Kopplung wird im vorliegenden Fall eine
Druckübertragungsstrecke
verstanden, die den an der ersten Steuerfläche 21 anliegenden
Druck bis zur ersten Kompensatorfläche 16 übertragen
kann und umgekehrt.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 1 ist die erste Steuerfläche 21 in
einem ersten Steuerraum 23 angeordnet und darin mit einem
Druck beaufschlagbar. In entsprechender Weise ist auch die erste
Kompensatorfläche 16 in
einem ersten Kompensatorraum 24 angeordnet und dort mit
einem Druck beaufschlagbar. Der erste Steuerraum 21 kommuniziert mit
dem ersten Kompensatorraum 24 über eine Verbindungsleitung 25.
Im vorliegenden Fall führt
der erste Hydraulikpfad 22 somit durch den ersten Steuerraum 23,
die Verbindungsleitung 25 und den ersten Kompensatorraum 24.
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Im
ersten Kompensatorraum 24 ist außerdem eine Rückstellfeder 26 angeordnet,
die sich einenends am Düsenkörper 2 und
anderenends an der ersten Kompensatorfläche 16 abstützt und
die Düsennadel 5 in
deren Schließrichtung 17 antreibt.
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Die
erste Steuerfläche 21 ist
am Steuerkolben 18 an einer vom wenigstens einen Spritzloch 3 abgewandten
Seite angeordnet. Der Steuerkolben 18 ist bei der hier
gezeigten Ausführungsform
außerdem
mit einer zweiten Steuerfläche 27 ausgestattet, die
der ersten Steuerfläche 21 gegenüber liegt
und somit dem wenigstens einen Spritzloch 3 zugewandt ist.
Die zweite Steuerfläche 27 ist
in einem zweiten Steuerraum 28 angeordnet und dort mit
einem Druck beaufschlagbar. Der zweite Steuerraum 28 kommuniziert
mit der Zuführungsleitung 9,
so dass im zweiten Steuerraum 28 der Kraftstoffhochdruck
herrscht.
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Im
Düsenkörper 2 ist
außerdem
ein zweiter Hydraulikpfad 29 ausgebildet, über den
der erste Steuerraum 23 mit dem zweiten Steuerraum 28 bzw. mit
der Zuführungsleitung 9 hydraulisch
gekoppelt ist. Das bedeutet, dass der Kraftstoffhochdruck der Zuführungsleitung 9 bzw.
des zweiten Steuerraums 28 auch im ersten Steuerraum 23 herrscht.
Bei der hier gezeigten speziellen Ausführungsform ist radial zwischen
dem Steuerkolben 18 und der Steuerkolbenführung 20 ein
Steuerkolbenbypass 30 ausgebildet, der den ersten Steuerraum 23 mit
dem zweiten Steuerraum 28 verbindet. Dieser Steuerkolbenbypass 30 kann
beispielsweise durch eine im Steuerkolben 18 und/oder in
der Steuerkolbenführung 20 ausgebildete
axiale Nut oder durch ein entsprechendes Radialspiel zwischen Steuerkolben 18 und
Steuerkolbenführung 20 ausgebildet
sein. Der Steuerkolbenbypass 30 stellt dabei eine gedrosselte
Verbindung zwischen den beiden Steuerräumen 23 und 28 her.
Das bedeutet, dass der Steuerkolbenbypass 30 bei statischen
Zuständen,
also bei stehendem oder nur geringer Geschwindigkeit verstelltem
Steuerkolben 18 einen Druckausgleich zwischen den Steuerräumen 23 und 28 ermöglicht.
Bei dynamischen Vorgängen,
also bei Stellbewegungen des Steuerkolbens 18 mit vergleichsweise
hoher Stellgeschwindigkeit kann der gedrosselte Steuerkolbenbypass 30 einen
Druckausgleich zwischen den Steuerräumen 23 und 28 nur
deutlich verzögert
ermöglichen.
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Die
erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 entsprechend
der Ausführungsform
gemäß 1 arbeitet wie folgt:
In
einem in 1 gezeigten
Ausgangszustand ist der Aktor 19 unbetätigt, so dass der Steuerkolben 18 still steht.
Die Zuführungsleitung 9 ist
mit dem Kraftstoffhochdruck beaufschlagt, so dass der hohe Kraftstoffdruck
auch im Düsenraum 10,
im Ringraum 11 sowie im zweiten Steuerraum 28 herrscht.
Im statischen Zustand kann der zweite Hydraulikpfad 29 einen
Druckausgleich zwischen den Steuerräumen 23 und 28 ermöglichen,
so dass dementsprechend auch im ersten Steuerraum 23 der
Kraftstoffhochdruck herrscht. Über
den ersten Hydraulikpfad 22 herrscht der Kraftstoffhochdruck
folglich dann auch im ersten Kompensatorraum 24. An der
Düsennadel 5 wirkt
zum einen in Schließrichtung 17 der
Brennstoffhochdruck mit der ersten Kompensatorfläche 16 zusammen. Zum andern
wirkt der Kraftstoffhochdruck im Düsenraum 10 und im
Ringraum 11 mit der Druckstufe 12 in der Öffnungsrichtung 15 zusammen.
Da die erste Kompensatorfläche 16 größer ist
als die Druckstufe 12 ergibt sich an der Düsennadel 5 insgesamt
eine in Schließrichtung 17 wirksame
resultierende Kraft. Darüber
hinaus wirkt auch die Rückstellfeder 26 in der
Schließrichtung 17 auf
die Düsennadel 5 ein. Dementsprechend
ist die Düsennadel 15 an
ihrer Nadelspitze 17 in den Dichtsitz 8 gedrückt. Die
Düsennadel 5 ist
somit geschlossen und trennt das wenigstens eine Spritzloch 3 vom
Ringraum 11 bzw. von der Kraftstoffzuführung 9 ab.
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Um
eine Kraftstoffeinspritzung durch das wenigstens eine Spritzloch 3 in
den Brennraum 4 zu erzeugen, wird der Aktor 19 betätigt, wodurch
dieser den Steuerkolben 18 zur Durchführung eines durch einen Pfeil
symbolisierten Öffnungshubs 31 antreibt. Durch
den Öffnungshub 31,
der mit einer relativ hohen Stellgeschwindigkeit durchgeführt wird,
verkleinert sich zum einen das Volumen des zweiten Steuerraums 28.
Der dadurch verdrängte
Kraftstoff kann in die Zuführungsleitung 9 entweichen.
Durch den Öffnungshub 31 vergrößert sich
zum andern das Volumen des ersten Steuerraums 23. Da der
zweite Hydraulikpfad 29 bei dynamischen Vorgängen keinen oder
nur einen verzögerten
Druckausgleich zwischen den Steuerräumen 23 und 28 ermöglicht,
kommt es folglich im ersten Steuerraum 23 zu einem Druckabfall.
Dieser Druckabfall pflanzt sich über
den ersten Hydraulikpfad 22 direkt in den ersten Kompensatorraum 24 fort,
so dass an der ersten Kompensatorfläche 16 nur noch ein
reduzierter Druck wirksam ist. Der Öffnungshub 31 ist
dabei so gewählt,
dass sich durch den Druckabfall an der ersten Kompensatorfläche 16 die
Kräftebilanz
an der Düsennadel 5 soweit ändert, dass
nunmehr eine in Öffnungsrichtung 15 wirksame
resultierende Kraft entsteht. Das bedeutet, dass der nach wie vor
an der Druckstufe 12 wirksame Kraftstoffhochdruck an der
Düsennadel 5 überwiegt. Dementsprechend
hebt die Düsennadel 5 vom
Sitz 8 ab, d.h., die Düsennadel 5 öffnet. Dementsprechend kann
nun Kraftstoff unter hohem Druck bis zum wenigstens einen Spritzloch 3 gelangen
und von diesem in den Brennraum 4 eindüsen.
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Zum
Beenden des Einspritzvorgangs wird der Aktor 19 wieder
zurückgestellt.
Dementsprechend verkleinert sich das Volumen im ersten Steuerraum 23,
mit der Folge, dass im ersten Steuerraum 23 der Druck ansteigt.
Dieser Druckanstieg pflanzt sich durch den ersten Hydraulikpfad 22 wieder
bis zur ersten Kompensatorfläche 16 fort.
Der hierbei entstehende Druck kann durchaus über dem Kraftstoffhochdruck
liegen. Desweiteren unterstützt
auch die Rückstellfeder 26 die
Schließbewegung
der Düsennadel 5.
Insgesamt ergibt sich an der Düsennadel 5 jedenfalls
eine in Schließrichtung 17 wirksame
resultierende Kraft. Es ist klar, dass das Öffnen und Schließen der
Düsennadel 5 innerhalb
sehr kurzer Zeit, also mit einer hohen Dynamik erfolgt, so dass über den
zweiten Hydraulikpfad 29 zwar in geringen Maßen Kraftstoff
vom zweiten Steuerraum 28 in den ersten Steuerraum 23 überströmen kann,
jedoch keinesfalls soviel, dass sich im ersten Steuerraum 23 dadurch
ein das Schließen
der Düsennadel 5 bewirkender
Druckanstieg ausbilden kann.
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Die
Einspritzdüse 1 entsprechend 1 zeichnet sich durch einen
besonders einfachen Aufbau aus, der außerdem eine direkte Ansteuerung
der Düsennadel 5 über den
Steuerkolben 8 ermöglicht. Wichtig
ist dabei, dass auch bei geschlossener Düsennadel 5 an deren
Druckstufe 12 der Kraftstoffhochdruck wirksam ist. Vorteilhaft
ist bei dieser Ausführungsform
außerdem,
dass die erste Kompensatorfläche 16 bei
einer Druckbeaufschlagung in der Schließrichtung 17 wirkt,
so dass zum Öffnen
der Düsennadel 5 lediglich
eine Druckabsenkung an der ersten Kompensatorfläche 16 erforderlich
ist. Die zur Erzeugung einer Druckabsenkung erforderlichen Kräfte sind
jedoch vergleichsweise gering, so dass insgesamt sehr kurze Stellzeiten
realisierbar sind.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1,
wobei wegen der Übereinstimmungen
mit dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß
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1 hinsichtlich Bauteilen
und Funktionen auf das betreffend zu 1 gesagte
verwiesen und nachfolgend im wesentlichen nur die Unterschiede erläutert werden.
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Entsprechend 2 ist bei dieser Ausführungsform
der Einspritzdüse 1 die
erste Kompensatorfläche 16 an
einem Kompensatorkolben 32 ausgebildet, der in einer Kompensatorkolbenführung 33 im Düsenkörper 2 hubverstellbar
geführt
ist und der mit der Düsennadel 5 antriebsgekoppelt
ist. Vorzugsweise ist der Kompensatorkolben 32 fest mit
der Düsennadel 5 verbunden
und kann insbesondere mit dieser einstückig oder einteilig hergestellt
sein. Ebenso ist es grundsätzlich
möglich,
Düsennadel 5 und
Kompensatorkolben 32 so anzuordnen, dass sie stirnseitig
aneinander anliegen, ohne fest miteinander verbunden zu sein. Die
herrschenden Druckverhältnisse können dabei
bewirken, dass sich Düsennadel 5 und Kompensatorkolben 32 gemeinsam
verstellen, wobei stets Kräfte
angreifen, welche die beiden Komponenten an ihren Stirnseiten aneinander
drücken.
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Desweiteren
ist hier bemerkenswert, dass die erste Kompensatorfläche 16 wie
die Druckstufe 12 dem wenigstens einen Spritzloch 3 zugewandt
ist und somit bei einer Druckbeaufschlagung in der Öffnungsrichtung 15 wirkt.
Der Kompensatorkolben 32 weist an einer vom wenigstens
einen Spritzloch 3 abgewandten Seite eine zweite Kompensatorfläche 34 auf,
die dementsprechend der ersten Kompensatorfläche 16 gegenüberliegt.
Die zweite Kompensatorfläche 34 ist
in einem zweiten Kompensatorraum 35 angeordnet und dort
mit einem Druck beaufschlagbar. Der zweite Kompensatorraum 35 kommuniziert mit
der Zuführungsleitung 9,
so dass im zweiten Kompensatorraum 35 permanent der Kraftstoffhochdruck
herrscht. Der an der zweiten Kompensatorfläche 34 wirksame Kraftstoffhochdruck
erzeugt eine in Schließrichtung 17 wirksame
Kraft an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5.
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Der
erste Hydraulikpfad 22 führt auch hier wieder von der
ersten Kompensatorfläche 16 durch den
ersten Kompensatorraum 24, durch die Verbindungsleitung 25 und
durch den ersten Steuerraum 23 zur ersten Steuerfläche 21.
Der zweite Hydraulikpfad 29 koppelt zwar die erste Steuerfläche 21 mit
der Zuführungsleitung 9,
führt bei
dieser Ausführungsform jedoch
durch eine Einspeisleitung 36, in der ein Einspeisventil 37 angeordnet
ist. Das Einspeisventil 37 ist hier als Rückschlagsperrventil
ausgebildet, das zur Zuführungsleitung 9 hin
sperrt und zum ersten Steuerraum 23 hin öffnet und
das außerdem
in seine Sperrichtung federbelastet ist.
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Desweiteren
ist bei dieser Ausführungsform eine
weiter Feder 38 gezeigt, die zur Rückstellung des Steuerkolbens 18 dient
und sich einerseits am Düsenkörper 2 und
andererseits am Antriebskolben 39 abstützt.
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Die
in 2 gezeigte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 arbeitet
wie folgt:
In dem in 2 gezeigten
Ausgangszustand ist die Düsennadel 5 geschlossen,
d.h. die Nadelspitze 7 sitzt im Dichtsitz 8 und
trennt dadurch das wenigstens eine Spritzloch 3 von der
Zuführungsleitung 5. Im
Ausgangszustand ermöglicht
die Einspeisleitung 36 einen Druckausgleich zwischen der
Zuführungsleitung 9 und
dem ersten Steuerraum 23, so dass im ersten Steuerraum 23 im
wesentlichen der Kraftstoffhochdruck herrscht. Über den ersten Hydraulikpfad 22 steht
der Kraftstoffhochdruck auch an der ersten Kompensatorfläche 16 an.
Desweiteren herrscht im zweiten Kompensatorraum 35 permanent
der Kraftstoffhochdruck, so dass dieser auch an der zweiten Kompensatorfläche 34 anliegt.
Die Kompensatorflächen 16, 34 und
die Druckstufe 12 sind so aufeinander abgestimmt, dass
sich im Ausgangszustand an der Düsennadel 5 bzw.
an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 eine
resultierende Kraft einstellt, die in der Schließrichtung 17 wirkt. Dementsprechend
ist die Düsennadel 5 mit
ihrer Nadelspitze 7 gegen den Dichtsitz 8 gedrückt. Darüber hinaus
wirkt auch die Rückstellfeder 26 in
die Schließrichtung
und übt
eine zusätzliche
Schließkraft auf
die Düsennadel 5 aus.
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Zum
Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 4 wird nun
der Aktor 19 betätigt,
derart, dass der Steuerkolben 18 wieder einen Öffnungshub 31 ausführt. Hierbei
dringt der Steuerkolben 18 mit seiner ersten Steuerfläche 21 tiefer
in den ersten Steuerraum 23 ein, wodurch das Volumen des
ersten Steuerraums 23 abnimmt. Hierdurch entsteht im ersten
Steuerraum 23 ein Druckanstieg, der zum einen das Einspeisventil 37 sperrt
und dadurch ein Entweichen des Kraftstoffs vom ersten Steuerraum 23 durch die
Einspeisleitung 36 in die Zuführungsleitung 9 verhindert.
Zum anderen pflanzt sich der ansteigende Druck vom ersten Steuerraum 23 unmittelbar
in den ersten Kompensatorraum 24 fort. Dementsprechend steigt
auch der Druck an der ersten Kompensatorfläche 16, so dass die
in der Öffnungsrichtung 15 wirksamen
Kräfte
an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 zunehmen.
Im Unterschied dazu bleibt der Druck im zweiten Kompensatorraum 35 konstant,
so dass die in Schließrichtung
wirksamen Kräfte
auf die Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 konstant
bleiben. Der durch den Öffnungshub 31 bewirkte
Druckanstieg ist so hoch, dass sich die Kräftebilanz an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und
Düsennadel 5 dahingehend ändert, dass
nunmehr eine in Öffnungsrichtung 15 wirksame
resultierende Kraft entsteht. Folglich hebt die Düsennadel 5 von
ihrem Dichtsitz 8 ab und das wenigstens eine Spritzloch 3 kommuniziert
mit der Zuführungsleitung 9.
Dementsprechend wird Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch 3 in den
Brennraum 4 eingedüst.
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Zum
Beenden des Einspritzvorgangs wird der Aktor 19 zum Zurückstellen
des Steuerkolbens 18 betätigt, wobei die Rückstellbewegung
des Steuerkolbens 18 durch die Feder 38 unterstützt wird. Hierbei
wird das Volumen des ersten Steuerraums 23 wieder vergrößert, so
dass in entsprechendem Maßen
auch der Druck im ersten Steuerraum 23 wieder abfällt. Dieser
Druckabfall pflanzt sich über
den ersten Hydraulikpfad 22 wieder bis zum ersten Kompensatorraum 24 fort.
Der damit einhergehende Druckabfall an der ersten Kompensatorfläche 16 führt im folgenden
erneut zu einer Änderung
der Kräftebilanz an
der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5,
dahingehend, dass wieder eine in Schließrichtung 17 wirksame
resultierende Kraft entsteht. Die resultierende Druckkraft treibt
somit unterstützt
durch die Rückstellfeder 26 die
Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 in die Schließstellung
der Düsennadel 5 an.
Sobald die Nadelspitze 7 wieder in ihren Dichtsitz 8 einfährt, ist
das wenigstens eine Spritzloch 3 wieder von der Zuführungsleitung 9 getrennt,
so dass der Einspritzvorgang beendet ist.
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Auch
die in 2 gezeigte Ausführungsform zeichnet
sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus und arbeitet mit
einer direkten Ansteuerung der Düsennadel 5.
Im Unterschied zu der in 1 gezeigten
Ausführungsform
wird bei der Variante gemäß 2 zum Öffnen der Düsennadel 5 der Druck an
der ersten Kompensatorfläche 16 erhöht.
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Der
Druck im ersten Steuerraum 23 und somit im ersten Kompensatorraum 24 kann
beim Zurückstellen
des Steuerkolbens 18 dabei im wesentlichen nicht unter
den Kraftstoffhochdruck abfallen, da die Einspeisleitung 36 durch
das entsprechende arbeitende Einspeisventil 37 einen entsprechenden Druckausgleich
herbeiführt.
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3 zeigt eine drittes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1,
wobei wegen der Übereinstimmungen
mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
gemäß den 1 und 2 hinsichtlich Bauteilen und Funktionen
auf das betreffend zu den 1 und 2 gesagte verwiesen und nachfolgend
im wesentlichen nur die Unterschiede erläutert werden.
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Entsprechend 3 ist bei der hier gezeigten
Ausführungsform
die erste Kompensatorfläche 16 am
Kompensatorkolben 32 an einer vom wenigstens einen Spritzloch 3 abgewandten
Seite angeordnet, so dass sie bei einer Druckbeaufschlagung in Schließrichtung 17 wirkt.
Dementsprechend wirkt die gegenüberliegende
zweite Kompensatorfläche 34 in Öffnungsrichtung 15.
Die Rückstellfeder 26 ist
bei dieser Ausführungsform
dementsprechend im ersten Kompensatorraum 24 angeordnet
und stützt
sich am Düsenkörper 2 und
an der ersten Kompensatorfläche 16 ab.
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Das
Einspeisventil 37 ist bei der hier gezeigten Ausführungsform
so aufgebaut, dass es bei einem Druckabfall im ersten Steuerraum 23 sperrt
und dadurch ein Nachfließen
von Kraftstoff von der Zuführungsleitung 9 in
den ersten Steuerraum 23 verhindert. Eine Federanordnung 41 im
Einspeisventil 37 sorgt dabei dafür, dass das Einspeisventil 37 bei einem
weniger stark ausfallenden Druckabfall noch öffnen kann, um einen Druckausgleich
zwischen erstem Steuerraum 23 und Zuführungsleitung 9 zu
ermöglichen.
Zusätzlich
oder alternativ zum Einspeisventil 37 könnte die Einspeisleitung 36 auch
eine Drosselstelle enthalten, die entsprechend dem gedrosselten
Steuerkolbenbypass 30 der in 1 gezeigten
Variante bei dynamischen Vorgängen
den zweiten Hydraulikpfad 29 quasi sperrt und einen Druckausgleich
ermöglicht,
wenn quasi statische Zustände
vorliegen.
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Bei
der in 3 gezeigten Ausführungsform ist
der Aktor 19 als Hohlaktor ausgebildet, der eine zentrale
Durchgangsöffnung 42 enthält, durch
welche die Antriebsstange 40 hindurchgeführt ist.
Der Antriebskolben 39 ist dann an einer vom Steuerkolben 18 abgewandten
Seite des Aktors 19 an der Antriebsstange 40 befestigt.
Durch diese Bauweise kann der Aktor 19 im Unterschied zu
den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen einen Öffnungshub 31 durchführen, der
vom wenigstens einen Spritzloch 3 weggerichtet orientiert
ist. Durch diese Bauweise wird der Steuerkolben 18 bei
seinem Öffnungshub 31 somit
in der Öffnungsrichtung 15 der Düsennadel 5 verstellt.
Dies hat zur Folge, dass innerhalb der hydraulischen Kopplung zwischen
Steuerkolben 18 und Kompensatorkolben 32 keine
Kraftrichtungsumkehr erforderlich ist.
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Die
in 3 gezeigte dritte
Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 arbeitet
wie folgt:
In der in 3 gezeigten
Ausgangslage ist die Düsennadel 5 geschlossen,
d.h. ihre Nadelspitze 7 sperrt das wenigstens eine Spritzloch 3.
An der Druckstufe 12 liegt der Kraftstoffhochdruck an.
Ebenso herrscht im zweiten Kompensatorraum 35 der Kraftstoffhochdruck.
Desweiteren ist beim vorliegenden statischen Zustand der zweite
Hydraulikpfad 29 aktiv, so dass ein Druckausgleich zwischen
Zuführungsleitung 9 und
erstem Steuerraum 23 stattfinden kann. Dementsprechend
herrscht der Kraftstoffhochdruck auch im ersten Steuerraum 23. Über den
ersten Hydraulikpfad 22 herrscht der Kraftstoffhochdruck
folglich auch im ersten Kompensatorraum 24. An der ersten
Kompensatorfläche 16,
an der zweiten Kompensatorfläche 34 und
an der Druckstufe 12 liegt somit jeweils derselbe Druck,
nämlich
der Kraftstoffhochdruck an. Da die erste Kompensatorfläche 16 größer ist
als die Summe aus zweiter Kompensatorfläche 34 und Druckstufe 12 überwiegt
die Schließkraft,
so dass die Kräftebilanz
an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 eine
in Schließrichtung 17 wirksame
resultierende Kraft ergibt. Hinzu kommt die in Schließrichtung
wirkende Rückstellfeder 26.
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Falls
nun ein Einspritzvorgang durchgeführt werden soll, wird der Aktor 19 betätigt, so
dass dieser den Steuerkolben 18 zur Durchführung des Öffnungshubs 31 antreibt.
Der in der Öffnungsrichtung 15 wirkende Öffnungshub 31 bewirkt
eine Vergrößerung des
ersten Steuerraums 23, mit der Folge, dass im ersten Steuerraum 23 der
Druck stark und schnell abfällt.
Dieses dynamische Verhalten führt
zum einen dazu, dass das Einspeisventil 37 sperrt und ein Nachfließen von
Kraftstoff aus der Zuführungsleitung 9 in
den ersten Steuerraum 23 verhindert. Über den ersten Hydraulikpfad 22 pflanzt
sich zum anderen der sich im ersten Steuerraum 23 ausbildende
Druckabfall bis in den ersten Kompensatorraum 24 fort.
Dementsprechend reduziert sich die an der ersten Kompensatorfläche 16 in
Schließrichtung 17 wirksame Kraft.
Im Unterschied dazu herrscht an der Druckstufe 12 und an
der zweiten Kompensatorfläche 34 nach wie
vor der Kraftstoffhochdruck. Hierdurch ändert sich die Kräftebilanz
an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 dahingehend,
dass eine in Öffnungsrichtung
wirkende resultierende Kraft entsteht. Dementsprechend hebt die
Düsennadel 5 von
ihrem Dichtsitz 8 ab, so dass der unter Hochdruck stehende
Kraftstoff ungehindert zum wenigstens einen Spritzloch 3 gelangt
und über
dieses in den Brennraum 4 eingedüst wird.
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Zum
Beenden des Einspritzvorgangs wird nun der Aktor 19 so
betätigt,
dass er den Steuerkolben 18 wieder zurück verstellt. In der Folge
verkleinert sich das Volumen des ersten Steuerraums 23,
so dass dort der Druck wieder ansteigt. Die Federanordnung 41 im
Einspeisventil 37 bewirkt gleichzeitig, dass im ersten
Steuerraum 23 sehr schnell wieder der Kraftstoffhochdruck
herrscht. Der durch die Rückstellung
des Steuerkolbens 18 bewirkte Druckanstieg im ersten Steuerraum 23 wird
durch den ersten Hydraulikpfad 22 unmittelbar in den ersten
Kompensatorraum 24 übertragen,
so dass die an der ersten Kompensatorfläche 16 wirksame Schließkraft wieder im
wesentlichen bis auf den Ausgangswert ansteigt. Hinzu kommt die
Kraftwirkung der Rückstellfeder 26. In
der Folge ändert
sich die Kräftebilanz
an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 erneut
dahingehend, dass nunmehr wieder eine in Schließrichtung 17 wirksame
resultierende Kraft entsteht. Dementsprechend fährt die Düsennadel 5 dann wieder
in ihren Dichtsitz 8 ein und trennt das wenigstens eine
Spritzloch 3 von der Zuführungsleitung 9.
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Auch
diese Ausführungsform
zeichnet sich durch einen vergleichsweise einfachen Aufbau aus, wobei
sie eine direkte Betätigung
der Düsennadel 5 ermöglicht.
Wie die Variante gemäß 1 wird auch bei dieser Ausführungsform
zum Öffnen
der Düsennadel 5 an
der ersten Kompensatorfläche 16 ein Druckabfall
erzeugt.
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4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1,
wobei wegen der Übereinstimmungen
mit den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
gemäß den 1 bis 3 hinsichtlich Bauteilen und Funktionen
auf das betreffend zu den 1 bis 3 gesagte verwiesen und nachfolgend
im wesentlichen nur die Unterschiede erläutert werden.
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Entsprechend 4 sind bei der hier gezeigten
Variante die erste Steuerfläche 21 und
die erste Kompensatorfläche 16 in
einem gemeinsamen Umsetzraum 43 angeordnet und mit einem
Druck beaufschlagbar. Dieser Umsetzraum 43 bildet somit
sowohl den ersten Steuerraum 23 als auch den ersten Kompensatorraum 24.
Bei dieser Bauweise ist der erste Hydraulikpfad 22 quasi
innerhalb des Umsetzraums 43 ausgebildet.
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Desweiteren
sind Steuerkolben 18 und Kompensatorkolben 32 koaxial
ineinander geführt,
so dass es möglich
ist, die ersten Steuerfläche 21 und die
erste Kompensatorfläche 16 radial
nebeneinander benachbart anzuordnen. Erreicht wird dies bei der
in 4 gezeigten Ausführungsform
dadurch, dass der Steuerkolben 18 als Hohlkolben ausgebildet ist,
der in seinem Inneren die Kompensatorkolbenführung 33 aufweist,
so dass der Kompensatorkolben 32 im Inneren des Steuerkolbens 18 hubverstellbar geführt ist.
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Im
Inneren des Steuerkolbens 18 ist außerdem der zweite Kompensatorraum 35 ausgebildet,
in dem hier die Rückstellfeder 26 angeordnet
ist und der in Richtung zum wenigstens einen Spritzloch 3 durch die
zweite Kompensatorfläche 34 begrenzt
ist. Die Rückstellfeder 26 stützt sich
im zweiten Kompensatorraum 35 einerseits am Steuerkolben 18 und
andererseits am Kompensatorkolben 32 ab und erzeugt auf
diese Weise an der aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 gebildeten
Einheit eine in Schließrichtung 17 wirkende
Vorspannung und am Steuerkolben 18 eine in Öffnungsrichtung 15 wirkende
Vorspannung.
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Der
Steuerkolben 18 enthält
wenigstens eine Querbohrung 44, die den zweiten Kompensatorraum 35 mit
einer Ringnut 45 verbindet. Diese Ringnut 45 kommuniziert über eine Verbindungsleitung 46 mit der
Zuführungsleitung 9.
Dementsprechend herrscht im zweiten Kompensatorraum 35 stets
der Kraftstoffhochdruck.
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Der
zweite Hydraulikpfad 29 kann wie bei der Ausführungsform
gemäß 1 wieder durch einen Steuerkolbenbypass 30 ausgebildet
sein, der zwischen dem Steuerkolben 18 und der Steuerkolbenführung 20 angeordnet
ist und hier die Ringnut 45 mit dem Umsetzraum 43 kommunizierend
verbindet. Zusätzlich
oder alternativ kann auch ein Kompensatorkolbenbypass 47 vorgesehen
sein, der radial zwischen dem Kompensatorkolben 32 und
der Kompensatorkolbenführung 33 ausgebildet
ist und der den zweiten Kompensatorraum 35 mit dem Umsetzraum 43 kommunizierend
verbindet. Der Steuerkolbenbypass 30 bzw. der Kompensatorkolben 47 ist/sind
jeweils gedrosselt ausgestaltet, so dass nur bei quasi statischen
Zuständen
ein Druckausgleich zwischen dem Umsetzraum 43 einerseits
und dem zweiten Kompensatorraum 35 und/oder der Ringnut 45 andererseits
erfolgt, während
bei dynamischen Zuständen der
jeweilige Bypass 30, 47 quasi gesperrt ist.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 4 ist der Kompensatorkolben 32 über eine
Kolbenstange 48 mit der Düsennadel 5 verbunden.
Im Übergangsbereich
zwischen Kolbenstange 48 und Düsennadel 5 ist ein
erster Leckageraum 49 ausgebildet, der über eine Leckageleitung 50 zu
einem relativ drucklosen Reservoir, insbesondere Kraftstofftank,
führt.
Auf diese Weise können
Leckagen, die entlang der Kolbenstange 48 vom Umsetzraum 43 in
den ersten Leckageraum 49 oder vom Düsenraum 10 entlang
der Düsennadel 5 in
den ersten Leckageraum 49 gelangen, abgeführt werden,
ohne dass es dabei zu kritischen Wechselwirkungen mit anderen Komponenten
der Einspritzdüse 1 kommt.
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Die
Einspritzdüse 1 enthält außerdem einen zweiten
Leckageraum 51, der ebenfalls an die Leckageleitung 50 angeschlossen
ist und an der vom Umsetzraum 43 entgegengesetzten Seite
des Steuerkolbens 18 im Düsenkörper 2 angeordnet
ist. Leckagen, die von der Ringnut 45 entlang des Steuerkolbens 18 in
den zweiten Leckageraum 51 gelangen, können so gefahrlos für den Aktor 19 abgeführt werden.
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Die
in 4 gezeigte vierte
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 arbeitet
wie folgt:
In der 4 gezeigten
Ausgangsstellung ist die Düsennadel 5 geschlossen,
d.h. ihre Nadelspitze 7 sitzt im Dichtsitz 8 und
sperrt somit das wenigstens eine Spritzloch 3 von der Zuführungsleitung 9 ab.
In diesem Ausgangszustand ist die Druckstufe 12 mit dem Kraftstoffhochdruck
beaufschlagt. Desweiteren herrscht im zweiten Kompensatorraum 25 ebenfalls der
Kraftstoffhochdruck. Über
den zweiten Hydraulikpfad 29, also über den Steuerkolbenbypass 30 und/oder über den
Kompensatorkolbenbypass 47 stellt sich im Umsetzraum 43 somit
auch der Kraftstoffhochdruck ein. Im Ausgangszustand führt die Kräftebilanz
an der aus Kompensatorkolben 32, Düsennadel 5 und Kolbenstange 48 gebildeten
Einheit zu einer in Schließrichtung 17 wirkenden
resultierenden Kraft. Dementsprechend ist die Düsennadel 5 mit einer
entsprechenden Schließkraft
in ihren Dichtsitz 8 gepresst.
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Zur
Durchführung
eines Einspritzvorgangs wird nun der Aktor 19 so betätigt, dass
er den Steuerkolben 18 zur Durchführung des Öffnungshubs 31 antreibt.
Der Öffnungshub 31 ist
hier wieder in Richtung des wenigstens einen Spritzlochs 3 orientiert, d.h.,
der Steuerkolben 18 dringt mit seiner ersten Steuerfläche 21 in
den Umsetzraum 43 ein. In der Folge kommt es im Umsetzraum 43 zu
einem Druckanstieg, der unmittelbar an der ersten Kompensatorfläche 16 angreift.
Da der Öffnungshub 31 mit einer
hohen Dynamik erfolgt, kann der im Umsetzraum 43 ansteigende
Druck über
die gedrosselten Bypass-Wege 30, 47 nicht entweichen
und ist somit unmittelbar an der ersten Kompensatorfläche 16 wirksam.
Der Druckanstieg im Umsetzraum 43 hat daher zur Folge,
dass sich die Kräftebilanz
an der die Düsennadel 5 umfassenden
Einheit dahingehend ändert,
dass nunmehr eine in Öffnungsrichtung 15 wirksame
resultierende Kraft entsteht. Dementsprechend hebt die Düsennadel 5 von
ihrem Dichtsitz 8 ab. Folglich kann der unter Hockdruck
stehende Kraftstoff zum wenigstens einen Spritzloch 3 gelangen
und kann durch dieses in den Brennraum 4 eingedüst werden.
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Zum
Beenden des Einspritzvorgangs wird der Aktor 19 zum Zurückstellen
des Steuerkolbens 18 angesteuert, der dementsprechend aus
dem Umsetzraum 43 zurückfährt. In
der Folge sinkt im Umsetzraum 43 der Druck rasch ab. Die
Dynamik des Druckabfalls verhindert auch hier einen Druckausgleich über den
gedrosselten zweiten Hydraulikpfad 29, so dass der Druckabfall
unmittelbar auch an der ersten Kompensatorfläche 16 wirksam ist. In der
Folge ändert
sich wieder die Kräftebilanz
an der die Düsennadel 5 umfassenden
Einheit, derart, dass wieder eine in Schließrichtung 17 wirkende
resultierende Kraft entsteht. Die Düsennadel 5 fährt dann
wieder in ihren Dichtsitz 8 ein und sperrt das wenigstens
eine Spritzloch 3. Auch diese Ausführungsform ermöglicht eine
direkte Ansteuerung der Düsennadel 5,
wobei der hierzu erforderliche Aufwand relativ gering gehalten ist.
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5 zeigt ein fünfte Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1,
wobei wegen der Übereinstimmungen
mit den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
gemäß der 1 bis 4 hinsichtlich Bauteilen und Funktionen
auf das betreffend zu den 1 bis 4 gesagte verwiesen und nachfolgend
im wesentlichen nur die Unterschiede erläutert werden.
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Bei
der Variante gemäß 5 ist für die erste Steuerfläche 21 und
für die
erste Kompensatorfläche 16 wieder
ein gemeinsamer Umsetzraum 43 vorgesehen, der gleichzeitig
als erster Steuerraum 23 und erster Kompensatorraum 24 dient
und im wesentlichen den ersten Hydraulikpfad 22 bildet.
Im Unterschied zu der in 4 gezeigten
Ausführungsform ist
bei der Variante gemäß 5 nicht der Steuerkolben 18,
sondern der Kompensatorkolben 32 als Hohlkolben ausgebildet,
so dass der Steuerkolben 18 zentrisch im Kompensatorkolben 32 hubverstellbar geführt ist.
Dementsprechend ist die Steuerkolbenführung 20 an der Innenseite
des Kompensatorkolbens 32 ausgebildet. Im Inneren des Kompensatorkolbens 32 ist
außerdem
wieder ein erster Leckageraum 54 angeordnet, in dem sich
die Rückstellfeder 26 einerseits
am Steuerkolben 18 und andererseits an einem Fortsatz 52 der
Düsennadel 5 abstützt. Dieser
Fortsatz 52 besitzt umfangsmäßig verteilt mehrere Längsnuten 53, über die
der erste Leckageraum 54 mit einem zweiten Leckageraum 55 kommuniziert, der
an eine Leckageleitung 56 angeschlossen ist. Die Leckageleitung 56 führt wie
zuvor in ein relativ druckloses Reservoir.
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Im
Bereich des zweiten Leckageraums 55 ist der Kompensatorkolben 32 über Zapfen 57 mit
der Düsennadel 5 antriebsgekoppelt.
Wie bereits weiter oben zu der Variante gemäß 1 erläutert,
reicht es aus, wenn der Kompensatorkolben 32 so mit der
Düsennadel 5 antriebsgekoppelt
ist, dass lediglich Druckkräfte übertragen
werden können.
Insbesondere kann es dann ausreichend sein, wenn der Kompensatorkolben 32 axial
an den Zapfen 57 anliegt und diese axial an der Düsennadel 5 anliegen.
Ebenso ist es zweckmäßig, die
einzelnen Komponenten der gemeinsam hubverstellbaren Einheit aus
Kompensatorkolben 32, Zapfen 57 und Düsennadel 5 aneinander
zu befestigen.
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Der
zweite Hydraulikpfad 29 ist bei der Variante gemäß 5 durch den Kompensatorkolbenbypass 47 geführt, der
den Umsetzraum 43 mit der Ringnut 45 kommunizierend
verbindet, wobei auch hier die hydraulische Kopplung über den
zweiten Hydraulikpfad 29 gedrosselt erfolgt.
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Die
in 5 gezeigte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 arbeitet
wie folgt:
In dem in 5 gezeigten
Ausgangszustand schließt die
Düsennadel 5 das
wenigstens eine Spritzloch 3, in dem die Nadelspitze 7
im Dichtsitz 8 sitzt. Da das wenigstens eine Spritzloch 3 stromab
des Dichtsitzes 8 angeordnet ist, ist es somit von der
Zuführungsleitung 9 getrennt.
Die Druckstufe 12 ist permanent mit dem Kraftstoffhochdruck
beaufschlagt, der über
die Verbindungsleitung 46 auch in der Ringnut 45 herrscht.
Da der Ausgangszustand statisch ist, ist der zweite Hydraulikpfad 29 aktiv,
so dass durch den gedrosselten Kompensatorkolbenbypass 47 ein
Druckausgleich zwischen Ringnut 45 und Umsetzraum 43 stattfindet.
Dementsprechend herrscht im Umsetzraum 43 ebenfalls der
Kraftstoffhochdruck. Folglich stellt sich an der die Düsennadel 5 umfassenden hubverstellbaren
Einheit eine Kräftebilanz
ein, die zu einer in Schließrichtung 17 wirkenden
resultierenden Kraft führt.
Die Düsennadel 5 ist
somit in ihren Dichtsitz 8 vorgespannt.
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Zur
Durchführung
eines Einspritzvorgangs wird nun der Aktuator 19 betätigt, derart,
dass der Steuerkolben 18 den Öffnungshub 31 durchführt. Der Steuerkolben 18 taucht
somit tiefer in den Kompensatorkolben 32 ein, mit der Folge,
dass sich die erste Steuerfläche 21 in
Richtung des Öffnungshubs 31 verstellt.
In der Folge kommt es im Umsetzraum 43 zu einem Druckabfall.
Da der Öffnungshub 31 mit
einer hohen Dynamik durchgeführt
wird, kann über
den Kompensatorkolbenbypass 47 kein ausreichender Druckausgleich
stattfinden, so dass der zweite Hydraulikpfad 29 quasi
gesperrt ist. Dementsprechend kann sich der im Umsetzraum 43 ausbildende
Druckabfall unmittelbar auf die erste Kompensatorfläche 16 übertragen.
Folglich verändert
sich die Kräftebilanz
an der die Düsennadel 5 enthaltenden
hubverstellbaren Einheit, derart, dass sich eine in Öffnungsrichtung 15 wirksame
resultierende Kraft einstellt. Dementsprechend hebt die Düsennadel 5 von
ihrem Dichtsitz 8 ab. Somit ist das wenigstens eine Spritzloch 3 mit
der Zuführungsleitung 9 verbunden,
so dass der unter Hochdruck stehende Kraftstoff durch das wenigstens
eine Spritzloch 3 in den Brennraum 4 eindüst.
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Zum
Beenden des Einspritzvorgangs wird der Aktor 19 entsprechend
zum Zurückfahren
des Steuerkolbens 18 betätigt. Hierbei kommt es im Umsetzraum 43 wieder
zu einem Druckanstieg der sich aufgrund des dabei deaktivierten
zweiten Hydraulikpfads 29 unmittelbar auf die erste Kompensatorfläche 16 überträgt. Hierdurch
verändert
sich wiederum die Kräftebilanz
an der Düsennadel 5,
so dass sich eine in Schließrichtung 17 wirkende
resultierende Kraft ausbildet. In der Folge fährt die Düsennadel 5 wieder
in ihren Dichtsitz 8 ein und trennt erneut das wenigstens
eine Spritzloch 3 von der Zuführungsleitung 9.
-
Auch
diese Ausführungsform
ermöglicht
eine direkte Ansteuerung der Düsennadel 5 bei
einem gleichzeitig relativ einfachen Aufbau.
-
- 1
- Einspritzdüse
- 2
- Düsenkörper
- 3
- Spritzloch
- 4
- Brennraum
- 5
- Düsennadel
- 6
- Nadelführung
- 7
- Nadelspitze
- 8
- Dichtsitz
- 9
- Zuführungsleitung
- 10
- Düsenraum
- 11
- Ringraum
- 12
- Druckstufe
- 13
- Führungsfläche
- 14
- Dichtfläche
- 15
- Öffnungsrichtung
der Düsennadel
- 16
- erste
Kompensatorfläche
- 17
- Schließrichtung
der Düsennadel
- 18
- Steuerkolben
- 19
- Aktor
- 20
- Steuerkolbenführung
- 21
- erste
Steuerfläche
- 22
- erster
Hydraulikpfad
- 23
- erster
Steuerraum
- 24
- erster
Kompensatorraum
- 25
- Verbindungsleitung
- 26
- Rückstellfeder
- 27
- zweite
Steuerfläche
- 28
- zweiter
Steuerraum
- 29
- zweiter
Hydraulikpfad
- 30
- Steuerkolbenbypass
- 31
- Öffnungshub
- 32
- Kompensatorkolben
- 33
- Kompensatorkolbenführung
- 34
- zweite
Kompensatorfläche
- 35
- zweiter
Kompensatorraum
- 36
- Einspeisleitung
- 37
- Einspeisventil
- 38
- Feder
- 39
- Antriebskolben
- 40
- Antriebsstange
- 41
- Federanordnung
- 42
- Durchgangsöffnung
- 43
- Umsetzraum
- 44
- Querbohrung
- 45
- Ringnut
- 46
- Verbindungsleitung
- 47
- Kompensatorkolbenbypass
- 48
- Kolbenstange
- 49
- erster
Leckageraum
- 50
- Leckageleitung
- 51
- zweiter
Leckageraum
- 52
- Fortsatz
- 53
- Axialnut
- 54
- erster
Leckageraum
- 55
- zweiter
Leckageraum
- 56
- Leckageleitung
- 57
- Zapfen