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Die
Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Einspritzdüse
ist beispielsweise aus der
DE
100 58 153 A1 bekannt und besitzt einen Düsenkörper, der
zumindest eines erstes Spritzloch und zumindest ein zweites Spritzloch
aufweist und eine erste Düsennadel
sowie eine zweite Düsennadel
enthält.
Die erste Düsennadel
ist als Hohlnadel ausgebildet und die zweite Düsennadel ist koaxial zur ersten
Düsennadel
in der ersten Düsennadel
angeordnet. Mit Hilfe der ersten Düsennadel kann die Einspritzung
von Kraftstoff durch das wenigstens eine erste Spritzloch gesteuert
werden, während
die zweite Düsennadel
zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens
eine zweite Spritzloch dient. Der Düsenkörper enthält einen ersten Steuerraum,
in dem eine erste Steuerfläche
angeordnet ist. Diese erste Steuerfläche ist mit der zweiten Düsennadel
antriebsgekoppelt und so orientiert, dass ein im ersten Steuerraum
herrschender Druck an der ersten Steuerfläche Druckkräfte erzeugt, die in die zweite
Düsennadel
Schließkräfte einleiten.
Mit diesem ersten Steuerraum kommuniziert eine Steuerleitung, mit
der der Druck im ersten Steuerraum steuerbar ist.
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Bei
der bekannten Einspritzdüse
enthält
der Düsenkörper außerdem einen
Druckraum, an den eine Kraftstoffversorgungsleitung angeschlossen
ist. In diesem Druckraum besitzt die erste Düsennadel zumindest eine Druckstufe,
die bei einer Druckbeaufschlagung des Druckraums Öffnungskräfte in die
erste Düsennadel
einleitet. Sofern in der Kraftstoffversorgungsleitung ein niedriger
Druck herrscht, überwiegen
an der ersten Düsennadel
Schließkräfte, die von
einer entsprechenden Schließfeder
erzeugt werden. Zum Öffnen
der ersten Düsennadel
wird in der Kraftstoffversorgungsleitung ein Hochdruck erzeugt, der
in der ersten Düsennadel über deren
Druckstufe hinreichend große Öffnungskräfte erzeugt.
Die erste Düsennadel
wird somit direkt durch den an ihrer Druckstufe anliegenden Druck
gesteuert, so dass die erste Düsennadel
druckgesteuert ist.
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Auch
die zweite Düsennadel
ist mit einer Druckstufe ausgestattet, die allerdings nur bei geöffneter
erster Düsennadel
mit dem Hochdruck beaufschlagt wird und in Öffnungsrichtung der zweiten
Düsennadel
wirksame Kräfte
erzeugen kann. Solange im ersten Steuerraum ein entsprechender Hochdruck herrscht, überwiegen
in der zweiten Düsennadel
die Schließkräfte. Wenn
nun bei geöffneter
erster Düsennadel über die
Steuerleitung der Druck im ersten Steuerraum abgesenkt wird, überwiegen
an der zweiten Düsennadel
die Öffnungskräfte. Die
zweite Düsennadel
wird somit nicht direkt durch den an ihrer Druckstufe anliegenden
Druck gesteuert, sondern indirekt über den Druck im ersten Steuerraum.
Dementsprechend ist die zweite Düsennadel
hier servogesteuert.
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Damit
die zweite Düsennadel
schnell öffnen kann,
fällt der
Druck im ersten Steuerraum entsprechend rasch ab. Hierdurch erhält die zweite
Düsennadel
eine relativ hohe Hubgeschwindigkeit. Bei bestimmten Betriebspunkten
der Brennkraftmaschine ist es erforderlich, die Einspritzung bereits
kurz nach dem Öffnen
der zweiten Düsennadel
wieder zu beenden. Hierbei können
Konstellationen entstehen, bei welcher die zweite Düsennadel
zu früh
schließt, wenn
sie beispielsweise aufgrund ihrer hohen Hubgeschwindigkeit von einem
den maximalen Öffnungshub
der zweiten Düsennadel
begrenzenden Anschlag zurückprellt.
Zur Erzielung optimaler Emissions- und Leistungswerte für die Brennkraftmaschine
ist es jedoch erforderlich, die Öffnungs-
und Schließzeitpunkte
der Einspritzdüse
möglichst
exakt vorgeben zu können.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den
Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, dass sich beim Öffnen der
zweiten Düsennadel
für diese
eine kleinere Hubgeschwindigkeit einstellt, so dass ein Prellen
der zweiten Düsennadel
nicht oder nur noch reduziert auftritt. Hierdurch kann das Einspritzende
für die Kraftstoffeinspritzung
durch das wenigstens eine zweite Spritzloch bzw. durch sämtliche
Spritzlöcher mit
einer höheren
Genauigkeit vorgegeben werden. Erreicht wird dies bei der Erfindung
dadurch, dass der erste Steuerraum über einen ersten Kopplungspfad
direkt oder indirekt mit einer geeigneten Druckquelle kommunizierend
verbunden ist. Dadurch kann der Druck im Steuerraum nicht so stark
abfallen, da über
den ersten Kopplungspfad permanent Hydraulikfluid, insbesondere
Kraftstoff, nachströmt.
Von besonderer Bedeutung ist bei der vorliegenden Erfindung außerdem,
dass nunmehr beide Düsennadeln servogesteuert
sind. Zu diesem Zweck ist eine zweite Steuerfläche vorgesehen, die an der
ersten Düsennadel
ausgebildet oder mit dieser antriebsgekoppelt ist und die im ersten
Steuerraum angeordnet und dort mit einem in Schließrichtung
der ersten Düsennadel wirkenden
Druck beaufschlagbar ist. Der Druck im ersten Steuerraum steuert
somit sowohl die erste Düsennadel
als auch die zweite Düsennadel.
Besondere Bedeutung kommt hierbei einem zweiten Kopplungspfad zu,
der ebenfalls den ersten Steuerraum mit der Druckquelle kommunizierend
verbindet und der in Abhängigkeit
des Hubs der ersten Düsennadel gesteuert
ist. Die Steuerung des zweiten Kopplungspfads ist dabei so gestaltet,
dass der zweite Kopplungspfad ausgehend von der Schließstellung
der ersten Düsennadel
bis zu einem vorbestimmten Vorhub der ersten Düsennadel offen ist und ab einem über den
Vorhub hinausgehenden Hub der ersten Düsennadel gesperrt ist. Aufgrund
dieser Bauweise wird der erste Steuerraum beim Öffnen der ersten Düsennadel
bis zum Erreichen des Vorhubs sowohl durch den ersten Kopplungspfad
als auch durch den zweiten Kopplungspfad mit nachströmendem Hydraulikfluid
versorgt. Ab dem Vorhub, also bei gesperrtem zweiten Kopplungspfad
erfolgt die Versorgung des ersten Steuerraums mit Hydraulikfluid
nur noch über
den ersten Kopplungspfad. Dies hat zur Folge, dass der Druck im
ersten Steuerraum beim Öffnen
der mit dem ersten Steuerraum verbundenen Steuerleitung zunächst auf
einen ersten Wert abfällt und
bei Erreichen des Vorhubs auf einen zweiten Wert abfällt, der
kleiner ist als der erste Wert. Diese Druckwerte lassen sich so
auslegen, dass beim ersten Druckwert nur die erste Düsennadel öffnet und beim
zweiten Druckwert zusätzlich
auch die zweite Düsennadel öffnet. Der
Realisierungsaufwand für
die Servosteuerung beider Düsennadeln
ist dadurch vergleichsweise gering.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ergeben
sich aus den abhängigen
Ansprüchen,
aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der
Zeichnung.
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Zeichnung
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ist in
der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
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Die
einzige 1 zeigt einen
stark vereinfachten Längsschnitt
durch eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Einspritzdüse.
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Beschreibung
der Ausführunsgbeispiele
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Entsprechend 1 besitzt eine erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 einen
Düsenkörper 2,
der mit einer Düsenspitze 3 in
einen Brennraum 4 oder in einen Gemischbildungsraum 4 einer
Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, hineinragt. Im
Bereich der Düsenspitze 3 enthält der Düsenkörper 2 wenigstens
ein ersten Spritzloch 5 sowie wenigstens ein zweites Spritzloch 6. Üblicherweise
sind mehrere erste Spritzlöcher 5 vorgesehen,
die insbesondere ringförmig
angeordnet sind. In entsprechender Weise können auch mehrere zweite Spritzlöcher 6 vorgesehen
sein, die ebenfalls zweckmäßig ringförmig angeordnet
sind.
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Im
Düsenkörper 2 ist
eine erste Düsennadel 7 hubverstellbar
gelagert. Zu diesem Zweck enthält der
Düsenkörper 2 eine
erste Nadelführung 8,
die einen ersten Führungsquerschnitt 9 aufweist.
Die erste Düsennadel 7 sitzt
in der hier gezeigten Schließstellung
in einem ersten Sitz 10, der einen ersten Sitzquerschnitt 11 aufweist.
Die erste Düsennadel 7 ist mit
wenigstens einer Druckstufe 12 ausgestattet, die den Spritzlöchern 5, 6 zugewandt
ist. Diese Druckstufe 12 ist dadurch ausgebildet, dass
der erste Führungsquerschnitt 9 größer ist
als der erste Sitzquerschnitt 11.
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An
der vom ersten Sitz 10 abgewandte Seite ist die erste Düsennadel 7 an
einem Übertragungskörper 13 abgestützt, der
hier eine scheibenförmige oder
hülsenförmige Gestalt
besitzt. Der Übertragungskörper 13 ist
an einer von der Düsennadel 7 abgewandten
Seite seinerseits an einer Kopplungshülse 14 abgestützt. Die
erste Düsennadel 7,
der Übertragungskörper 13 und
die Kopplungshülse 14 bilden
hier einen ersten Nadelverband 15, der als Einheit hubverstellbar
im Düsenkörper 2 gelagert
ist. Da im Betrieb der Einspritzdüse 1 zwischen den
einzelnen Komponenten des ersten Nadelverbands 15, also
zwischen erster Düsennadel 7, Übertragungskörper 13 und
Kopplungshülse 14,
ausschließlich Druckkräfte übertragen
werden, können
die einzelnen Komponenten 7, 13, 14 des
ersten Nadelverbands 15 quasi lose aneinander anliegen.
Ebenso ist es möglich,
die einzelnen Komponenten 7, 13, 14 aneinander
zu befestigen.
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Ebenso
ist es möglich,
zumindest zwei der Komponenten, z. B. den Übertragungskörper 13 und die
Kopplungshülse 14 zu
einem einstückigen
Bauteil zusammenzufassen.
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Der
ersten Düsennadel 7 ist
eine Rückstellfeder 16 zugeordnet, über welche
der erste Nadelverband 15 am Düsenkörper 2 abgestützt ist.
Die Rückstellfeder 16 kann
dabei eine in der durch einen Pfeil 17 symbolisierten Schließrichtung
wirksame Rückstellkraft
in die erste Düsennadel 7 einleiten.
Die Öffnungsrichtung
ist in entsprechender Weise durch einen Pfeil 18 dargestellt.
Die Rückstellfeder 16 stützt sich
hierbei am Übertragungskörper 13 ab,
der die Rückstellkräfte 13 somit
auf die erste Düsennadel 7 überträgt.
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Die
erste Düsennadel 7 ist
als Hohlnadel ausgebildet und dient in ihrem Inneren zur Lagerung einer
zweiten Düsennadel 19,
die koaxial zur ersten Düsennadel 7 angeordnet
ist. Dementsprechend enthält
die erste Düsennadel 7 eine
zweite Nadelführung 20,
die einen zweiten Führungsquerschnitt 21 besitzt. Die
zweite Düsennadel 19 sitzt
bei der hier gezeigten Schließstellung
in einem zweiten Sitz 22, der zwischen dem wenigstens einen
ersten Spritzloch 5 und dem wenigstens einen zweiten Spritzloch 6 angeordnet
ist und einen zweiten Sitzquerschnitt 23 aufweist. Entsprechend
der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform kann es zweckmäßig sein,
auch die zweite Düsennadel 19 mit
wenigstens einer Druckstufe 24 auszustatten, die den Spritzlöchern 5, 6 zugewandt
ist. In entsprechender Weise wird diese Druckstufe 24 dadurch
ausgebildet, dass der zweite Sitzquerschnitt 23 kleiner
ist als der zweite Führungsquerschnitt 21.
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An
einer von den Spritzlöchern 5, 6 abgewandten
Seite ist die zweite Düsennadel 19 an
einem Übertragungsbolzen 25 abgestützt, der
seinerseits an einer Kopplungsstange 26 abgestützt ist.
Die zweite Düsennadel 19,
der Übertragungsbolzen 25 und
die Kopplungsstange 26 bilden wieder eine gemeinsam hubverstellbare
Einheit, also einen zweiten Nadelverband 27. Sofern im üblichen
Betrieb der Einspritzdüse 1 innerhalb
des zweiten Nadelverbands 27 ausschließlich Druckkräfte auftreten,
können
auch hier die Mitglieder des zweiten Nadelverbands 27, also
die zweite Düsennadel 19,
der Übertragungsbolzen 25 und
die Kopplungsstange 26, lose aneinander anliegen. Dabei
kann es auch hier zweckmäßig sein, zumindest
zwei der Komponenten 19, 25, 26 aneinander
zu befestigen bzw. als einstückiges
Bauteil herzustellen.
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Der
Düsenkörper 2 enthält außerdem einen ersten
Steuerraum 28, in dem eine erste Steuerfläche 29 sowie
eine zweite Steuerfläche 30 angeordnet sind.
Die erste Steuerfläche 29 ist
ein Bestandteil des zweiten Nadelverbands 27 und ist hier
an der Kopplungsstange 26 ausgebildet. Bei einer anderen
Ausführungsform
kann die erste Steuerfläche 29 auch
direkt an der ersten Düsennadel 19 ausgebildet
sein. Die erste Steuerfläche 29 ist
von den Spritzlöchern 5, 6 abgewandt,
sodass eine Druckbeaufschlagung der ersten Steuerfläche 29 eine
in die Schließrichtung 17 wirkende
Kraft auf den zweiten Nadelverband 27 überträgt und somit in die zweite
Düsennadel 19 einleitet.
Im Unterschied dazu ist die zweite Steuerfläche 30 am ersten Nadelverband 15 ausgebildet
und ebenfalls von den Spritzlöchern 5, 6 abgewandt. Dementsprechend
führt eine
Druckbeaufschlagung der zweiten Steuerfläche 30 zur Einleitung
einer in Schließrichtung 17 wirksamen
Kraft in den ersten Nadelverband 15 und somit in die erste
Düsennadel 7.
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Der
erste Steuerraum 28 kommuniziert mit einer Steuerleitung 31,
mit deren Hilfe der Druck im ersten Steuerraum 28 steuerbar
ist. Bei der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist diese Steuerleitung 31 als
Ablaufleitung ausgebildet, sodass sie im Folgenden auch als Ablaufleitung 31 bezeichnet wird.
Die Ablaufleitung 31 enthält hier ein Steuerventil 32,
das zwei Anschlüsse
und zwei Schaltstellungen besitzt und dementsprechend nach Art eines
2/2-Wege-Ventils ausgebildet sein kann. In der hier gezeigten ersten
Schaltstellung ist die Ablaufleitung 31 gesperrt (Sperrzustand).
In der anderen Schaltstellung ist die Ablaufleitung 31 mit
einer Rücklaufleitung 33 verbunden,
die zu einem nicht mehr dargestellten Rücklauf 34 führt, der
relativ drucklos ist und insoweit eine Drucksenke 34 bildet
(Offenzustand). Beispielsweise handelt es sich beim Rücklauf bzw.
bei der Drucksenke 34 um ein Reservoir, insbesondere um einen
Kraftstofftank.
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Des
Weiteren enthält
der Düsenkörper 2 einen
zweiten Steuerraum 35, der über eine Zulaufleitung 36 an
eine Druckquelle 37 angeschlossen ist. Bei dieser Druckquelle 37 handelt
es sich beispielsweise um eine Kraftstoffhochdruckleitung, die zur Versorgung
des Einspritzventils 1 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff
dient. Üblicherweise
versorgt die Kraftstoffhochdruckleitung 37 mehrere derartige
Einspritzventile 1 gleichzeitig mit Kraftstoff, sog. „Common-Rail-Prinzip". Diese gemeinsame Kraftstoffhochdruckleitung 37 wird
dann von einer gemeinsamen, nicht gezeigten Kraftstoffhochdruckpumpe
gespeist. Alternativ ist es ebenso möglich, für jede Einspritzdüse 1 eine
eigene Kraftstoffhochdruckleitung 37 und/oder eine eigene
Kraftstoffhochdruckpumpe vorzusehen.
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Im
zweiten Steuerraum 35 ist eine dritte Steuerfläche 38 angeordnet
und dem im zweiten Steuerraum 35 herrschenden Druck ausgesetzt.
Die dritte Steuerfläche 38 ist
ebenfalls von den Spritzlöchern 5, 6 abgewandt
und am ersten Nadelverband 15 ausgebildet. Der an der dritten
Steuerfläche 38 angreifende
Druck leitet somit eine in der Schließrichtung 17 wirkende
Kraft in den ersten Nadelverband 15 und somit in die erste
Düsennadel 7 ein.
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Erfindungsgemäß ist nun
ein erster Kopplungspfad 39 vorgesehen, der den ersten
Steuerraum 28 direkt oder indirekt mit der Druckquelle 37 (Kraftstoffhochdruckleitung)
verbindet. Bei der hier gezeigten, speziellen Ausführungsform
umfasst dieser erste Kopplungspfad 39 zumindest eine Querbohrung 40,
die einen zylindrischen Abschnitt 41 des ersten Nadelverbands 15,
hier der Kopplungshülse 14,
radial durchdringt. Die Positionierung der Querbohrung 40 ist
dabei so gewählt,
dass sie zum zweiten Steuerraum 35 hin offen ist. Zusätzlich ist
radial zwischen dem ersten Nadelverband 15 und dem zweiten
Nadelverband 27 ein Ringraum 42 ausgebildet, der
zum ersten Steuerraum 28 hin offen ist und in den die Querbohrung 40 einmündet. Auf
diese Weise wird zwischen den Steuerräumen 28 und 35 durch
den Ringraum 42 und die Querbohrung 40 eine kommunizierende
Verbindung geschaffen, die außerdem über die
Zulaufleitung 36 mit der Kraftstoffhochdruckleitung 37,
also mit der Druckquelle 37 kommuniziert. Es ist klar,
dass auch mehrere derartige Querbohrungen 40 vorgesehen
sein können,
die zweckmäßig umfangsmäßig verteilt
am Axialabschnitt 41 der Kopplungshülse 14 angeordnet
sein können.
Der erste Kopplungspfad 39 verbindet hier somit den ersten
Steuerraum 38 direkt mit dem zweiten Steuerraum 35 und
somit indirekt mit der Druckquelle 37.
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Alternativ
hierzu könnte
der erste Kopplungspfad 39 auch durch eine Leitung gebildet
sein, die den ersten Steuerraum 28 direkt mit der Druckquelle 37 oder
direkt mit der Zulaufleitung 36 und somit indirekt mit
der Druckquelle 37 verbindet. Diese Leitung könnte dann
beispielsweise axial in den ersten Steuerraum 28 einmünden.
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Darüber hinaus
ist ein zweiter Kopplungspfad 43 vorgesehen, der den ersten
Steuerraum 28 ebenfalls direkt oder indirekt mit der Druckquelle 37 (Kraftstoffhochdruckleitung)
verbindet. Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform
umfasst der zweite Kopplungspfad 43 zumindest eine Längsnut 44,
die zum ersten Steuerraum 28 hin offen ist und bei geschlossener
erster Düsennadel 7 in
den zweiten Steuerraum 35 hineinragt. Diese Längsnut 44 ist
hier im zylindrischen Abschnitt 41 der Kopplungshülse 14 ausgebildet.
Ebenso könnte
die Längsnut 44 bei
einer entsprechend geformten ersten Düsennadel 7 direkt
an der ersten Düsennadel 7 ausgebildet
sein. Alternativ ist es ebenso möglich,
die Längsnut 44 nicht
am ersten Nadelverband 15, sondern am Düsenkörper 2 auszubilden,
und zwar in einer den ersten Steuerraum 28 radial begrenzenden Wand 45.
Die Längsnut 44 wäre dann
zum zweiten Steuerraum 35 hin axial offen und zum ersten
Steuerraum 28 hin radial offen. Die Längsnut 44 besitzt ein
vom ersten Steuerraum 28 abgewandtes Ende 46.
Des Weiteren besitzt der Düsenkörper 2 einen Wandabschnitt 47,
der den zweiten Steuerraum 35 axial begrenzt. Dieser Wandabschnitt 47 und
das Ende 46 der Längsnut 44 bilden
Steuerkanten, die zum Öffnen
und Sperren des zweiten Kopplungspfads 43 miteinander zusammenwirken.
Auf diese Weise wird eine Steuerung für den zweiten Kopplungspfad 43 in
die Einspritzdüse 1 integriert,
deren Funktionsweise weiter unten näher erläutert wird. Es ist klar, dass
vorzugsweise mehrere derartiger Längsnuten 44 vorgesehen
sind, die insbesondere umfangsmäßig verteilt
am Axialabschnitt 41 angeordnet sind.
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Alternativ
hierzu kann der zweite Kopplungspfad 43 beispielsweise
auch durch eine Leitung gebildet sein, die direkt an die Druckquelle 37 oder
direkt an die Zulaufleitung 36 und somit indirekt an die Druckquelle 37 angeschlossen
ist. Diese Leitung könnte
dann radial in den ersten Steuerraum 28 einmünden und
könnte
in Abhängigkeit
des Hubs des ersten Ventilverbands 15 vom Außenmantel
des Axialabschnitts 41 gesteuert werden.
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Zweckmäßig ist
der erste Kopplungspfad 39 so angeordnet bzw. ausgebildet,
dass er in allen Hubstellungen der Düsennadeln 7, 19 stets
offen ist. Auf diese Weise kann bei geschlossenem Steuerventil 32 in
jeder beliebigen Relativlage zwischen den Düsennadeln 7, 19 untereinander
und relativ zum Düsenkörper 2 eine
Befüllung
des ersten Steuerraums 28 und somit ein Druckaufbau im
ersten Steuerraum 28 sichergestellt werden.
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Darüber hinaus
ist der erste Kopplungspfad 39 zweckmäßig stärker gedrosselt als die Zulaufleitung 36,
sodass über
den ersten Kopplungspfad 39 ein Druckabfall ermöglicht wird.
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Zweckmäßig sind
die Kopplungspfade 39 und 43 so aufeinander abgestimmt,
dass der erste Kopplungspfad 39 stärker gedrosselt ist als der
zweite Kopplungspfad 43.
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Der
zweite Kopplungspfad 43 ist in Abhängigkeit des Hubs der ersten
Düsennadel 7 steuerbar. Ein
axialer Abstand zwischen dem Ende 46 der Längsnut 44 und
dem Wandabschnitt 47 definiert dabei einen Vorhub 48,
bei dem der zweite Kopplungspfad 43 zum Öffnen und Schließen geschaltet
wird.
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Die
Zulaufleitung 36 ist zweckmäßig so angeordnet, dass sie
bei allen auftretenden Hubstellungen der Düsennadeln 7, 19 stets
offen ist und den zweiten Steuerraum 35 speisen kann.
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Zwischen
erstem Nadelverband 15 und zweitem Nadelverband 27 ist
eine Mitnehmeranordnung 49 ausgebildet. Diese Mitnehmeranordnung 49 ist
dabei so gestaltet, dass der erste Nadelverband 15 beim
Schließen
den zweiten Nadelverband 27 bzw. zumindest die zweite Düsennadel 19 in
der Schließrichtung 17 mitnimmt.
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Die
Spritzlöcher 5, 6 werden
bei geöffneten Düsennadeln 7, 19 über eine
Kraftstoffversorgungsleitung 50 mit unter Hochdruck stehendem
Kraftstoff versorgt. Diese Kraftstoffversorgungsleitung 50 ist
zu diesem Zweck an die Druckquelle bzw. die Kraftstoffhochdruckleitung 37 angeschlossen.
Die Kraftstoffversorgungsleitung 50 mündet in einem Düsenraum 51,
von dem aus ein Ringraum 52 zu den Spritzlöchern 5, 6 führt. Dabei
ist der erste Dichtsitz 10 zwischen dem wenigstens einen
ersten Spritzloch 5 und dem Ringraum 52 angeordnet,
sodass die erste Düsennadel 7 die
Kraftstoffzufuhr zu dem wenigstens einen ersten Spritzloch 5 steuert.
Der zweite Dichtsitz 22 ist zwischen dem wenigstens einen
zweiten Spritzloch 6 und dem Ringraum 52 angeordnet,
sodass die zweite Düsennadel 19 bei
geöffneter
erster Düsennadel 7 die
Kraftstoffeinspritzung durch das wenigstens eine zweite Spritzloch 6 steuert.
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Die
erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 arbeitet
wie folgt:
In der in 1 gezeigten
Ausgangsstellung befindet sich das Steuerventil 32 in der
gezeigten Sperrstellung, sodass die Ablaufleitung 31 nicht
mit der Drucksenke 34 verbunden ist. Da der erste Steuerraum 28 zumindest über den
ersten Kopplungspfad 39 und bei kleinen Hüben des
ersten Ventilverbands 15 außerdem über den zweiten Kopplungspfad 43 indirekt
mit der Druckquelle 37 kommuniziert, kann sich im ersten
Steuerraum 28 der Kraftstoffhochdruck aufbauen. Dementsprechend
kann die erste Steuerfläche 29 eine
relativ große
Schließkraft
in den zweiten Nadelverband 27 einleiten.
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Dementsprechend
entsteht in der zweiten Düsennadel 19 eine
in Schließrichtung 19 wirksame resultierende
Kraft.
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Des
Weiteren leitet die zweite Steuerfläche 30 eine relativ
große
Schließkraft
in den ersten Nadelverband 15 ein. Außerdem herrscht im zweiten Steuerraum 35 ebenfalls
der Kraftstoffhochdruck, sodass auch über die dritte Steuerfläche 38 eine
relativ große
Schließkraft
in den ersten Nadelverband 14 eingeleitet werden kann.
Hinzu kommt die Rückstellkraft
der Rückstellfeder 16.
Während
die Druckkräfte an
der zweiten Steuerfläche 30 und
an der dritten Steuerfläche 38 sowie
die Rückstellkräfte der
Rückstellfeder 16 in
Schließrichtung 17 wirken,
erzeugt der Kraftstoffhochdruck an der Druckstufe 12 der
ersten Düsennadel 7 eine
in Öffnungsrichtung 18 wirkende
Kraft.
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Insgesamt
kann sich somit auch in der ersten Düsennadel 7 eine in
Schließrichtung 17 wirksame resultierende
Kraft ausbilden. Folglich sitzt die erste Düsennadel 7 im ersten
Sitz 10, und die zweite Düsennadel 19 sitzt
im zweiten Sitz 22.
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Zum Öffnen der
ersten Düsennadel 7 wird das
Steuerventil 32 in die Offenstellung verstellt, wodurch
die Ablaufleitung 31 geöffnet
wird und somit mit der Drucksenke 34 verbunden ist. Dementsprechend kommt
es im ersten Steuerraum 28 zu einem Druckabfall. Durch
diesen Druckabfall kann sich im ersten Steuerraum 28 ein
erster Druckwert ausbilden. Da die Ablaufleitung 31 eine
Drosselwirkung besitzt und da über
die Kopplungspfade 39, 43 Hydraulikmittel permanent
in den ersten Steuerraum 28 nachströmt, ist der erste Druckwert
zwar kleiner als der Kraftstoffhochdruck, zumindest jedoch größer als
der Druck der Drucksenke 34. Gleichzeitig fällt auch
im zweiten Steuerraum 35 der Druck ab. Die Druckabnahme
an der zweiten Steuerfläche 30 und
an der dritten Steuerfläche 38 führt zu reduzierten
Schließkräften im ersten
Nadelverband 15. Die beteiligten Komponenten der Einspritzdüse 1 sind
dabei so aufeinander abgestimmt, dass sich nunmehr in der ersten
Düsennadel 7 eine
in Öffnungsrichtung 18 wirksame
resultierende Kraft einstellt. Dementsprechend hebt die erste Düsennadel 7 vom
ersten Sitz 10 ab.
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In
der Folge kommt es zu einer Kraftstoffeinspritzung durch das wenigstens
eine erste Spritzloch 5.
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Sobald
die erste Düsennadel 7 vom
ersten Sitz 10 abhebt, liegt im Wesentlichen der Kraftstoffhochdruck
auch an der Druckstufe 24 der zweiten Düsennadel 19 an. Die Komponenten
der Einspritzdüse 1 sind
hier so aufeinander abgestimmt, dass sich im zweiten Nadelverband 27 noch
immer eine in Schließrichtung 17 wirkende
resultierende Kraft ergibt, obwohl der Druck im ersten Steuerraum 28 auf den
ersten Druckwert reduziert ist und die Druckstufe 24 der
zweiten Düsennadel 19 mit
dem Kraftstoffhochdruck beaufschlagt ist. Beispielsweise ist hierzu die
Druckstufe 24 der zweiten Düsennadel 19 relativ klein
dimensioniert. Des Weiteren kann eine hier nicht gezeigte Rückstellfeder
vorgesehen sein, die sich am zweiten Nadelverband 27, beispielsweise
an der ersten Steuerfläche 29 abstützt und
eine entsprechende Schließkraft
in den zweiten Nadelverband 27 einleitet. Dementsprechend
bleibt die zweite Düsennadel 19 auch
bei sich öffnender
erster Düsennadel 7 im
zweiten Sitz 22.
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Wenn
das Steuerventil 32 hinreichend lange offen ist, führt der
erste Nadelverband 15 ausgehend von der Ausgangslage, bei
welcher die erste Düsennadel 7 im
ersten Sitz 10 sitzt, den vorbestimmten Vorhub 48 durch.
Sobald dieser Vorhub 48 vorliegt, liegen die Steuerkanten,
also das axiale Ende 46 der Längsnut 44 und der
Wandabschnitt 47 radial fluchtend zueinander, wodurch der
zweite Kopplungspfad 43 gesperrt ist. Durch das Sperren
oder Verschließen des
zweiten Kopplungspfads 43 fließt nicht mehr so viel Hydraulikmittel
in den ersten Steuerraum 28 nach, sodass darin der Druck
weiter abfällt,
auf einen zweiten Druckwert. Dieser zweite Druckwert ist jedenfalls
kleiner als der bei offenem zweitem Kopplungspfad 43 vorherrschende
erste Druckwert. Da nach wie vor der erste Kopplungspfad 39 ein
Nachströmen
von Hydraulikmittel in den ersten Steuerraum 28 ermöglicht,
ist der zweite Druckwert auch größer als
der Druck der Drucksenke 34. Die Abstimmung der Komponenten
der Einspritzdüse 1 ist
für diesen
Zustand so gewählt,
dass der zweite Druckwert an der ersten Steuerfläche 29 nur noch so
kleine Druckkräfte
einleiten kann, dass sich am zweiten Nadelverband 27 bzw.
an der zweiten Düsennadel 19 eine
in Öffnungsrichtung 18 wirksame
resultierende Kraft einstellt. Folglich hebt die zweite Düsennadel 19 vom
zweiten Sitz 22 ab. Dementsprechend erfolgt nun zusätzlich eine
Kraftstoffeinspritzung durch das wenigstens eine zweite Spritzloch 6.
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Bemerkenswert
ist hier, dass der erste Kopplungspfad 39 den Druckabfall
im ersten Steuerraum 28 auf den genannten zweiten Druckwert
begrenzt, sodass sich für
den Öffnungshub
der zweiten Düsennadel 19 bzw.
des zweiten Nadelverbands 27 nur eine vergleichsweise kleine Öffnungsgeschwindigkeit
ergibt. Insbesondere kann ein hartes Auftreffen und somit ein Prellen
des zweiten Nadelverbands 27 an einer Anschlagfläche, z.
B. an einer axialen Wandung 53 des ersten Steuerraums 28,
vermieden werden.
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Darüber hinaus
ist es grundsätzlich
möglich, den
zweiten Nadelverband 27 so auszugestalten, dass er gedämpft gegen
den Anschlag (Wandung 53) fährt, was beispielsweise durch
eine geeignete Konturgebung der ersten Steuerfläche 28 realisierbar
ist.
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Sobald
die erste Düsennadel 7 den
Vorhub 48 überschritten
hat, ändert
sich auch die Kinematik des ersten Nadelverbands 15. Zum
einen wirkt sich die reduzierte Druckkraft an der zweiten Steuerfläche 30 auf
die Kräftebilanz
am ersten Nadelverband 15 aus. Durch den gesperrten zweiten
Kopplungspfad 43 kann das über die Zulaufleitung 36 in
den zweiten Steuerraum 35 nachströmende Medium nur noch über den
ersten Kopplungspfad 39 aus dem zweiten Steuerraum 35 abfließen, sodass
es im zweiten Steuerraum 35 zu einem Druckanstieg kommt.
Dieser Druckanstieg erhöht
die Schließkraft
der dritten Steuerfläche 38,
was ebenfalls in die Bilanz der am ersten Nadelverband 15 angreifenden
Kräfte
eingeht. Je nach Auslegung kann beispielsweise eine Dämpfung oder
Abbremsung der ersten Düsennadel 7 bzw.
des ersten Nadelverbands 15 erreicht werden.
-
Wenn
nur eine Einspritzung durch das wenigstens eine erste Spritzloch 5 erwünscht ist,
muss das Steuerventil 32 rechtzeitig wieder in die gezeigte Sperrstellung überführt werden,
bevor die erste Düsennadel 7 den
vorbestimmten Vorhub 48 erreicht. Die axiale Länge des
Vorhubs 48 kann somit in Abhängigkeit der Öffnungszeiten
für die
erste Düsennadel 7 gewählt werden.
-
Zum
Schließen
der Düsennadeln 7 und 19 wird
das Steuerventil 32 in die gezeigte Schließstellung überführt. Hierdurch
kommt es zu einem starken Druckanstieg sowohl in dem ersten Steuerraum 28 als
auch im zweiten Steuerraum 35, mit der Folge, dass sich
die Kräftebilanz
am ersten Nadelverband 15 wieder umkehrt und eine in Schließrichtung 17 resultierende
Kraft entsteht, die den ersten Nadelverband 15 in Schließrichtung 17 vorantreibt.
Da bei geöffneter
zweiter Düsennadel 19 auch
am zweiten Sitzquerschnitt der Kraftstoffhochdruck in Öffnungsrichtung 18 angreift,
kann es sein, dass die Kräftebilanz
am zweiten Nadelverband 27 trotz des Hochdrucks an der
ersten Steuerfläche 29 zu
keiner oder nur zu einer relativ kleinen resultierenden Schließkraft führt. Hier
sorgt die Mitnehmeranordnung 49 dafür, dass der erste Nadelverband 15 den
zweiten Nadelverband 27 oder zumindest die zweite Düsennadel 19 mitnimmt.
Sobald die erste Düsennadel 7 im ersten
Sitz 10 ankommt, fällt
stromab des ersten Sitzes 10 der Druck schlagartig ab,
sodass dann auch der zweite Nadelverband 27 bzw. die zweite
Düsennadel 19 in
den zweiten Sitz 22 einfährt.
-
- 1
- Einspritzdüse
- 2
- Düsenkörper
- 3
- Düsenspitze
- 4
- Brennraum
- 5
- erstes
Spritzloch
- 6
- zweites
Spritzloch
- 7
- erste
Düsennadel
- 8
- erste
Nadelführung
- 9
- erster
Führungsquerschnitt
- 10
- erster
Sitz
- 11
- erster
Sitzquerschnitt
- 12
- Druckstufe
von 7
- 13
- Übertragungskörper
- 14
- Kopplungshülse
- 15
- erster
Nadelverband
- 16
- Rückstellfeder
- 17
- Schließrichtung
- 18
- Öffnungsrichtung
- 19
- zweite
Düsennadel
- 20
- zweite
Nadelführung
- 21
- zweiter
Führungsquerschnitt
- 22
- zweiter
Sitz
- 23
- zweiter
Sitzquerschnitt
- 24
- Druckstufe
von 19
- 25
- Übertragungsbolzen
- 26
- Kopplungsstange
- 27
- zweiter
Nadelverband
- 28
- erster
Steuerraum
- 29
- erste
Steuerfläche
- 30
- zweite
Steuerfläche
- 31
- Steuerleitung/Ablaufleitung
- 32
- Steuerventil
- 33
- Rücklaufleitung
- 34
- Rücklauf/Drucksenke
- 35
- zweiter
Steuerraum
- 36
- Zulaufleitung
- 37
- Kraftstoffhochdruckleitung/Druckquelle
- 38
- dritte
Steuerfläche
- 39
- erster
Kopplungspfad
- 40
- Querbohrung
- 41
- Axialabschnitt
von 14
- 42
- Ringraum
- 43
- zweiter
Kopplungspfad
- 44
- Längsnut
- 45
- radiale
Wandung von 28
- 46
- axiales
Ende von 44
- 47
- axialer
Wandabschnitt von 35
- 48
- Vorhub
- 49
- Mitnehmeranordnung
- 50
- Kraftstoffversorgungsleitung
- 51
- Düsenraum
- 52
- Ringraum
- 53
- axiale
Wandung von 28