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Hintergrund für die Erfindung und Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzeinrichtung für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein Weg, die Emissionsabgaben von Dieselmotoren zu verringern, besteht darin, den Kraftstoff mit einem sehr hohen Druck einzuspritzen. Gewöhnlich wird ein sogenanntes „Common Rail-System“ (Einspritzsystem mit gemeinsamen Speicher) dazu verwendet, Einspritzung in die Verbrennungsräume eines Dieselmotors bei hohem Druck zu bewirken. Ein Common Rail-System umfasst eine Hochdruckpumpe, welche Kraftstoff bei einem hohen Druck in einen Speichertank („Common Rail“) pumpt. Der Druck in dem Speichertank kann während des Betriebs im Bereich von 250 bis 1600 bar liegen. Es ist vorgesehen, den Kraftstoff in dem Speichertank auf alle Zylinder des Verbrennungsmotors zu verteilen. Kraftstoff aus dem Speichertank wird durch eine elektronisch gesteuerte Einspritzeinrichtung in die Verbrennungsräume der jeweiligen Zylinder eingespritzt. Die Einspritzeinrichtung umfasst Einspritzventile, die dazu in der Lage sein müssen, sich sehr schnell zu öffnen und zu schließen. Die Einspritzventile werden durch eine elektrische Steuereinrichtung gesteuert, welche im Wesentlichen fortlaufend die den jeweiligen Zylindern zuzuführende Kraftstoffmenge auf der Basis von Informationen über verschiedene Motorparameter berechnet, z.B. der Motorlast und Geschwindigkeit.
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Ein weiteres bekanntes Vorgehen besteht darin, eine Einspritzeinrichtung mit einer eingebauten hydraulischen Hilfseinheit zu versehen, um dem von einem Speichertank (Commen Rail) zugeführten Kraftstoff einen zusätzlichen Druckanstieg zu vermitteln, bevor er in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird. Ein derartiger sehr hoher Einspritzdruck legt den Komponenten der Einspritzeinrichtung sehr hohe Festigkeitserfordernisse auf. Um zu ermöglichen, dass der hohe Einspritzdruck während der gesamten Einspritzperiode aufrechterhalten wird, ist es erforderlich, dass die Einspritzventile in der Lage sind, sich sehr schnell zu öffnen und zu schließen. Üblicherweise sind die Einspritzventile derart ausgestaltet, dass sie gegen die Wirkung einer Federeinrichtung durch den unter Druck stehenden Kraftstoff in eine offene Stellung und durch die Federeinrichtung in eine geschlossene Stellung bewegt werden, wenn der Druck des unter Druck stehenden Kraftstoffs sich verringert hat. Um zu ermöglichen, dass der Schließvorgang sehr schnell stattfindet, wenn der hohe Kraftstoffdruck sich verringert, muss eine sehr starke Federeinrichtung verwendet werden. Es kann sein, dass eine derartige Federeinrichtung speziell hergestellt werden muss, um die notwendige Kraft bereitzustellen und eine Betriebslebensdauer aufzuweisen, die derjenigen der dem hohen Kraftstoffdruck ausgesetzten umgebenden Komponenten vergleichbar ist. Daher sind Einspritzeinrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoff bei einem sehr hohen Druck bei einem Verbrennungsmotor verhältnismäßig teuer in der Herstellung.
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Die
DE 102 47 903 A1 beschreibt eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die über einen Hochdruckspeicher mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist ein Gehäuse mit einem darin verschiebbar untergebrachten Einspritzventilglied auf, das einen Kolben aufweist, der an einer Seite in Kontakt mit einem Steuerraum und an einer gegenüberliegenden Seite in Kontakt mit einem Düsenraum ist. Der Steuerraum ist dabei über eine Entlastungsleitung, einen Differenzdruckraum, eine Queröffnung, einen Kanal, eine Ausnehmung, eine Überströmleitung, ein Schaltventil, einen Zulauf und eine Druckzuleitung mit dem Hochdruckspeicher verbunden.
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Die
DE 101 23 914 A1 beschreibt eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, bei der ein Injektor über eine Druckübersetzungseinrichtung mit einer Kraftstoffdruckquelle verbunden ist. Der Injektor weist ein Ventilglied mit einem Kolbenelement auf, wobei das Kolbenelement an einer Seite in Kontakt mit einer Kammer und an einer gegenüberliegenden Seite in Kontakt mit einem Druckraum ist.
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Abriss der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff bei einem sehr hohen Druck in einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die den hohen Einspritzdruck während im Wesentlichen der gesamten Einspritzperiode bereitstellen kann. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Einspritzeinrichtung mit robuster Ausgestaltung und verlässlicher Funktionsfähigkeit bereitzustellen, so dass sie eine lange Dienstlebensdauer hat, während sie gleichzeitig relativ günstig in der Herstellung ist.
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Die oben angegebenen Aufgaben werden mit der Einspritzeinrichtung der eingangs erwähnten Art gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist. In diesem Fall umfasst die Einspritzeinrichtung einen Durchgang, der zumindest während eines Schließvorgangs eine unter Druck stehende Kraftstoffquelle, welche die Form eines Speichertanks (Common Rail) annehmen kann, mit einer Schließkammer des Einspritzventils verbindet. Somit übt der unter Druck stehende Kraftstoff eine Kraft aus, welche zusammen mit der durch die Federeinrichtung ausgeübten Kraft bewirkt, dass das Einspritzventil veranlasst wird, sich in Richtung zu der Schließstellung hin zu bewegen. Es ist daher möglich, eine ausreichende Schließkraft bereitzustellen, um ein sehr schnelles Schließen des Einspritzventils zu ermöglichen, so dass der hohe Einspritzdruck des Kraftstoffs im Wesentlichen bis zu der Zeit aufrecht erhalten werden kann, zu der sich das Einspritzventil schließt. Da der Kraftstoffdruck aus der Kraftstoffquelle eine verhältnismäßig große Kraft bietet, braucht die Federeinrichtung nur eine geringe Kraft auszuüben, um die notwendige Schließkraft zu erreichen. Daher kann die Federeinrichtung einen verhältnismäßig unkomplizierten Aufbau haben und günstig hergestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Kolbenelement mindestens einen durch es hindurch verlaufenden Kanal auf. Dies ermöglicht es, zumindest einen verringerten Kraftstofffluss zwischen der Schließkammer und der Öffnungskammer zu erreichen. Wenn eine Einspritzperiode beendet ist, muss die Öffnungskammer erneut mit Kraftstoff befüllt werden. Der Zweck des Kanals besteht darin, zwischen Einspritzperioden eine erneute Kraftstoffbefüllung zu bieten. Dieser Kanal weist jedoch eine beträchtlich geringere Querschnittsfläche auf als die Auslassöffnungen der Einspritzeinrichtung. Folglich wird während des Einspritzvorgangs nur ein vernachlässigbarer Anteil des Kraftstoffs durch den Kanal von der Öffnungskammer zu der Schließkammer gedrückt werden.
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Die Einspritzeinrichtung umfasst eine Ventileinrichtung, die dazu geeignet ist, die Verbindung zwischen dem Durchgang und der Schließkammer zu unterbrechen, wenn das Ventilelement sich im offenen Zustand befindet. Die Tatsache, dass die Verbindung zwischen dem Durchgang und der Schließkammer wegfällt, wenn das Ventilelement sich im offenen Zustand befindet, erlaubt es, dass während des Einspritzvorgangs nur eine sehr beschränkte Kraftstoffmenge durch den Kanal in den Kolben geführt wird, bevor der gleiche hohe Druck in der Schließkammer erreicht wird wie in der Öffnungskammer.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weißt das Ventilelement einen Teil bzw. Abschnitt auf, der dazu vorgesehen ist, im geschlossenen Zustand Kraftstoff von der Öffnungskammer daran zu hindern, durch eine Auslassöffnung der Einspritzeinrichtung herausgeführt zu werden. In der offenen Stellung erlaubt dieser Teil bzw. Abschnitt, dass Kraftstoff von der Öffnungskammer durch die Auslassöffnung nach außen spritzt. Das Einspritzventil kann die Form eines Nadelventils annehmen, welches ein Ventilelement mit einem länglichen nadelförmigen Bereich umfasst. Der nadelförmige Bereich wird derart ausgelegt sein, dass er in der geschlossenen Stellung einen relativ engen Durchgang zwischen der Öffnungskammer und den Auslassöffnungen der Einspritzeinrichtung blockiert, aber diesen Durchgang nicht blockiert, wenn er sich in die offene Stellung bewegt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Druckverstärker dazu ausgelegt, eine Kraftstoffdruckerhöhung auf den zweiten Druck in einer Hochdruckkammer nur bei Gelegenheiten zu erzeugen, bei denen vorgesehen ist, dass Kraftstoff durch die Einspritzeinrichtung in den Verbrennungsmotor eingespritzt werden soll. Die Hochdruckkammer kann somit zwischen Einspritzvorgängen Kraftstoff bei einem niedrigeren Druck enthalten. Folglich sind mit dem Kraftstoff in der Hochdruckkammer in Kontakt stehende Komponenten nur für eine verhältnismäßig kurze Zeit dem hohem zweiten Kraftstoffdruck ausgesetzt. Die Belastungen dieser Komponenten können somit abgemildert werden. Vorteilhafterweise ist der Druckverstärker dazu geeignet, eine Kraftstoffdruckerhöhung auf den zweiten Druck in einem definierten Raum zu erzeugen, der zusätzlich zu der Hochdruckkammer nur die Öffnungskammer, die Schließkammer und einen Durchgang umfasst, der die Hochdruckkammer ständig mit der Öffnungskammer verbindet. Der hohe Kraftstoffdruck kann somit darauf beschränkt werden, innerhalb des einigermaßen kleinen definierten Bereichs der Einspritzeinrichtung zu wirken. Daher wird die Anzahl der dem hohen Druck ausgesetzten Komponenten deutlich verringert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Druckverstärker eine Kolbeneinrichtung mit einem ersten Kolben auf, der auf einer Seite eine Fläche aufweist, die in Kontakt mit einer Kraftstoff bei einem ersten Druck enthaltenden ersten Druckkammer steht, und der auf einer gegenüberliegenden Seite in Kontakt mit einer Kraftstoff bei einem Steuerdruck enthaltenden Steuerkammer steht, sowie eine Federeinrichtung, die dazu geeignet ist, eine Kraft auf den ersten Kolben auszuüben, um die Kolbeneinrichtung in eine Anfangsstellung bzw. Ausgangsstellung zu bewegen, und einen zweiten Kolben, der auf einer Seite eine Fläche aufweist, die in Kontakt mit einer Kraftstoff enthaltenden Hochdruckkammer steht, wobei die Fläche des zweiten Kolbens kleiner ist als die Fläche des ersten Kolbens. Wenn der Druck in der Steuerkammer nachlässt, übt sie zusammen mit der Federeinrichtung eine Kraft aus, die geringer ist als die Kraft, die der Kraftstoffdruck in der ersten Kammer auf das Kolbenelement ausübt. Damit wird dem Kolbenelement eine lineare Bewegung vermittelt. Da die Fläche des zweiten Kolbens kleiner ist als die Fläche des ersten Kolbens, kann in der Hochdruckkammer ein Kraftstoffdruck erzeugt werden, der um ein Vielfaches größer ist als der in der ersten Druckkammer. Vorteilhafterweise ist die Steuerkammer mit einem Ablaufdurchgang verbunden, und in dem Ablaufdurchgang ist ein Steuerventil angeordnet, um in der Steuerkammer einen gewünschten Steuerdruck bereitzustellen. Wenn das Steuerventil in eine offene Stellung gestellt ist, wird der Druck in der Steuerkammer im Wesentlichen der Gleiche sein wie der in dem Ablaufdurchgang. Der Steuerdruck in der Steuerkammer wird somit beträchtlich niedriger sein als der Druck in der ersten Druckkammer. Die Kolbeneinrichtung wird somit mit einer Bewegung versehen, die den sehr hohen Druck in der Hochdruckkammer erzeugt. Während der Bewegung des Kolbens läuft Kraftstoff aus der Steuerkammer ab. Vorteilhafterweise wird der Kraftstoff über den Ablaufdurchgang zu einem Kraftstofftank zurückgeführt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Steuerventil in eine offene Stellung einstellbar, in welcher der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer im Wesentlichen dem Umgebungsdruck gleich ist, sowie in eine geschlossene Stellung, in welcher der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer im Wesentlichen dem ersten Druck gleich ist. Das Steuerventil ist vorteilhafterweise ein Magnetventil, aber es ist auch möglich, andere Arten von Ventilen zu verwenden. Wenn sich das Steuerventil öffnet, wird dadurch die Steuerkammer mit einem Ablaufdurchgang verbunden, der vorteilhafterweise Umgebungsdruck aufweist. Wenn das Steuerventil offen ist, wird der Druck in der Steuerkammer daher ebenfalls im Wesentlichen gleich dem Umgebungsdruck sein. Der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer wirkt daher im Wesentlichen der Bewegung der Kolbeneinrichtung und der Erzeugung des sehr hohen Drucks in der Hochdruckkammer nicht entgegen. Wenn sich das Steuerventil öffnet, werden daher der sehr hohe Druck in der Hochdruckkammer und in der Öffnungskammer erzeugt. Die Einspritzeinrichtung wird somit in eine offene Stellung gebracht und Kraftstoff wird bei dem hohen Druck in den Verbrennungsmotor eingespritzt. Wenn das Steuerventil sich schließt, endet die Bewegung der Kolbeneinrichtung, wodurch bewirkt wird, dass der hohe Druck in der Hochdruckkammer und die Kraftstoffeinspritzung wegfallen. Der erste Kolben kann mindestens einen durch ihn verlaufenden Kanal aufweisen. Es ist somit möglich, dass über diesen Kanal Kraftstoff von der ersten Druckkammer zu der Steuerkammer gelangt, um die während des Einspritzvorgangs abgelassene Kraftstoffmenge zu ersetzen.
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Figurenliste
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Nachfolgend sind beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei gilt:
- 1 zeigt ein Einspritzsystem mit einer Einspritzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 2 zeigt eine Einspritzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu einer Zeit, zu der kein Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird und
- 3 zeigt die Einspritzeinrichtung aus 2 zu einer Zeit, zu der Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird.
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Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt ein Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor in der Form eines schematisch gezeigten Dieselmotors 1 bei einem sehr hohen Druck. Das Einspritzen des Kraftstoffs bei einem sehr hohen Druck verringert Emissionsabgaben von dem Dieselmotor 1. Das Einspritzsystem und der Dieselmotor 1 können in ein schweres Fahrzeug eingebaut werden. Das Einspritzsystem umfasst eine Kraftstoffleitung 2 zum Zuführen von Kraftstoff von einem Kraftstofftank 3 zu den Zylindern des Dieselmotors 1. In der Kraftstoffleitung 2 ist eine Kraftstoffpumpe 4 zum Übertragen von Kraftstoff von dem Kraftstofftank 3 zu einer Hochdruckpumpe 6 über einen Filter 5 angeordnet. Die Hochdruckpumpe 6 ist dazu geeignet, den Kraftstoff derart unter Druck zu setzen, dass er bei einem hohen Druck in einen Speichertank 7 eintritt, der die Form eines sogenannten Common Rail annimmt. An jeder der Verbindungen zwischen dem Speichertank 7 und den jeweiligen Zylindern des Dieselmotors ist eine Einspritzeinrichtung 8 angeordnet. Jede der Einspritzeinrichtungen 8 umfasst einen Druckverstärker 8a, um zu ermöglichen, über ein Einspritzventil 8b Kraftstoff bei einem Druck p2 einzuspritzen, der größer ist als der Druck p1 , den er in dem Speichertank 7 erhält. Eine elektrische Steuereinrichtung 9 ist dazu vorgesehen, den Betrieb der Kraftstoffpumpe 4, der Hochdruckpumpe 6 und der Einspritzeinrichtungen 8 zu steuern. Die elektrische Steuereinheit 9 kann die Form einer mit einer zum Bewirken einer derartigen Steuerung geeigneten Software 9a ausgestatteten Rechnereinheit annehmen. In dem Speichertank 7 ist ein Drucksensor 7a angebracht, um den Druck darin zu erfassen und ein Signal zu der Steuereinheit 9 zu senden, das Informationen über die erfassten Druckwerte übermittelt.
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Während des Betriebs des Dieselmotors 1 empfängt die Steuereinheit 9 im Wesentlichen fortlaufend Motorparameter, wie beispielsweise die Motorlast und die Geschwindigkeit, betreffende Steuersignale. Auf der Basis dieser Informationen berechnet die Steuereinrichtung 9 die den Zylindern des Dieselmotors 1 bereitzustellende Kraftstoffmenge. Die Steuereinheit 9 empfängt außerdem von dem Drucksensor 7a Informationen, die den momentanen Druck p1 in dem Speichertank 7 betreffen, und ist daher durch Kenntnis der Eigenschaften des Druckverstärkers 8a dazu in der Lage, den zweiten Druck p2 zu schätzen. Auf Basis unter anderem dieser Informationen kann die Steuereinheit 9 die Einspritzventile 8b derart regulieren, dass sie sich zu solchen Zeiten öffnen und schließen, dass eine gewünschte Kraftstoffmenge bei dem zweiten hohen Druck p2 in die jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors 1 eingespritzt werden kann.
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2 und 3 zeigen die Einspritzeinrichtung 8 detaillierter. Die Hochdruckpumpe 6 führt dem Speichertank 7 Kraftstoff bei einem ersten Druck p1 zu. Der innerhalb der Einspritzeinrichtung 8 angeordnete Druckverstärker 8a umfasst eine für lineare Bewegung geeignete Kolbeneinrichtung 11. Die Kolbeneinrichtung 11 umfasst einen ersten Kolben 11a, der dazu geeignet ist, sich in einem Raum 12 derart zu bewegen, dass er den Raum 12 in eine Druckkammer 12a und eine Steuerkammer 12b unterteilt. Der erste Kolben 11a weist einen durch ihn verlaufenden Kanal 11d auf. Der Kanal 11d hat eine vergleichsweise beschränkte Querschnittsfläche. Der Kanal 11d lässt einen bestimmten Kraftstofffluss zwischen der ersten Druckkammer 12a und der Steuerkammer 12b zu. Die Kolbeneinrichtung 11 weist eine Kolbenstange 11b auf, die sich von dem ersten Kolben 11a nach oben und durch ein Loch in einer Wand der Einspritzeinrichtung 8 erstreckt. Ein äußeres Ende der Kolbenstange 11b ist mit einer Scheibe 13 verbunden. Zwischen der Scheibe 13 und einer externen Wandfläche der Einspritzeinrichtung 8 ist eine Federeinrichtung 14 derart eingeklemmt, dass die Federeinrichtung 14 dazu drängt, die Kolbeneinrichtung 11 in der Vertiefung 12 nach oben zu bewegen. Die Vertiefung 12 umfasst eine Anhalteeinrichtung 12c, die den Kolben 11a daran hindert, sich an einer extremen oberen Stellung vorbei zu bewegen. Die Kolbeneinrichtung 11 weist einen sich nach unten erstreckenden Teil auf, der aus einem für eine lineare Bewegung in einem Raum 15 angeordneten zweiten Kolben 11c besteht. Der zweite Kolben 11c weist eine untere Fläche 11c' auf, welche zusammen mit den Flächen des Raums 15 eine Hochdruckkammer 16 zusammensetzt. Die Druckkammer 12a befindet sich über einen Durchgang 17 in ständigem Kontakt mit dem Kraftstoff in dem Speichertank 7. Der Kraftstoff in der Druckkammer 12a wird sich daher auf dem gleichen Druck p1 befinden wie derjenige im Speichertank 7. Die Steuerkammer 12b ist mit einem Ablaufdurchgang 18 verbindbar, welcher Kraftstoff zurück zu dem Kraftstofftank 3 führt. In dem Ablaufdurchgang 18 ist ein Magnetventil 20 angeordnet. Die Steuereinrichtung 9 ist dazu ausgelegt, eine Bewegung des Magnetventils 20 in eine offene Stellung und in eine geschlossene Stellung zu initiieren. In der offenen Stellung ist die Steuerkammer 12b mit dem Ablaufdurchgang 18 verbunden, so dass in der Steuerkammer 12b ein Umgebungsdruck p0 eingestellt ist. In der geschlossenen Stellung ist die Verbindung der Steuerkammer 12b mit dem Ablaufdurchgang 18 unterbrochen, so dass in der Steuerkammer 12b der erste Druck p1 eingestellt ist.
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Die Einspritzeinrichtung 8 umfasst in einem unteren Bereich ein Einspritzventil 8b mit einem Ventilelement in der Form eines Nadelventils 21. Das Nadelventil 21 umfasst einen länglichen Teil 21a, der ein sich verjüngendes Ende 21a' mit einer Form aufweist, die es möglich macht, Ausgangsöffnungen 22 der Einspritzeinrichtung zu schließen. Das Nadelventil 21 umfasst ein für eine lineare Bewegung in einem Raum 23 angeordnetes Kolbenelement 21b. Eine Schließkammer 24 ist durch eine obere Oberfläche 21b' des Kolbenelements und Wandflächen des Raums 23 definiert. Ein vorstehender Teil 21c erstreckt sich von dem Kolbenelement 21b nach oben. Der vorstehende Teil hat eine obere Endfläche 21c', welche eine Anhaltefläche für eine Aufwärtsbewegung des Nadelventils darstellt. Wenn die obere Endfläche 21c' in Kontakt mit einer Wandfläche der Schließkammer 24 gelangt, hat das Nadelventil 21 seine vollständig offene Stellung erreicht. Die Schließkammer 24 kommuniziert über einen Durchgang 19 mit dem Kraftstoff in dem Speichertank 7. Die Funktion der oberen Endfläche 21c' besteht darin, die Auslassöffnung des Durchgangs 19 in der Schließkammer 24 zu schließen, wenn das Nadelventil 21 sich in einer vollständig öffnenden Stellung befindet. Die obere Endfläche 21c' weist somit eine größere Fläche auf als die Auslassöffnung des Durchgangs 19 in der Schließkammer 24 und ihre gegenseitige Positionierung ist derart, dass die Schließfunktion bewirkt werden kann. Der vorstehende Teil 21c hat daher auch die Funktion, eine Ventileinrichtung darzustellen.
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Eine Federeinrichtung 25 ist zwischen der oberen Endfläche 21b' des Kolbenelements und einer gegenüberliegenden Fläche in dem Raum 23 eingeklemmt. Die Federeinrichtung 25 drängt daher dazu, das Nadelventil 21 in dem Raum 23 in Richtung einer Schließstellung nach unten zu bewegen. Wenn das Nadelventil 21 sich nicht in der vollständig offenen Stellung befindet, kommuniziert die Schließkammer 24 über den Durchgang 19 mit dem Kraftstoff in dem Speichertank 7. Unter derartigen Umständen ist in der Schließkammer 24 der Kraftstoffdruck p1 eingestellt. Das Kolbenelement 21b weist eine untere Fläche 21b" auf, welche eine Begrenzungsfläche einer Öffnungskammer 27 darstellt. Die Öffnungskammer 27 kommuniziert direkt über einen Durchgang 26 mit der Hochdruckkammer 16. Der Kraftstoffdruck in der Öffnungskammer 27 wird daher demjenigen in der Hochdruckkammer 16 immer gleich sein. Das Kolbenelement 21b weist zumindest einen Kanal 21d auf, der einen bestimmten Kraftstofffluss zwischen der Öffnungskammer 27 und der Schließkammer 24 erlaubt. Der Kanal 21d hat eine verhältnismäßig kleine Querschnittsfläche. Die Querschnittsfläche des Kanals 21d ist zumindest beträchtlich kleiner als die Querschnittsfläche der Auslassöffnungen 22. Wenn das Nadelventil 21 sich in der vollständig offenen Stellung befindet, wird daher die Schließkammer 24 nicht mit dem Kraftstoff in dem Speichertank 7 verbunden sein. Die vollständig offene Stellung des Nadelventils 21 führt zu einem Kraftstofffluss durch den Kanal 21d, bis der gleiche hohe Kraftstoffdruck p2 in der Schließkammer 24 eingestellt ist wie in der Öffnungskammer 27. Der hohe Kraftstoffdruck p2 in der Schließkammer 24 wird jedoch in Kontakt mit einer kleineren Fläche des Kolbenelements 21b stehen als der hohe Kraftstoffdruck p2 in der Öffnungskammer 27, da der niedrigere p1 auf die Fläche 21c' in der Schließkammer 24 wirkt. Die Federeinrichtung 25 ist außerdem derart zu dimensionieren, dass das Nadelventil 21 in der vollständig offenen Stellung verbleiben kann, wenn der hohe Kraftstoffdruck p2 sowohl in der Schließkammer 24 als auch der Öffnungskammer 27 eingestellt ist.
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Wenn in den Dieselmotor 1 kein Kraftstoff eingespritzt werden soll, stellt die Steuereinrichtung 9 das Magnetventil 20 in die geschlossene Stellung, was es unmöglich macht, dass irgendwelcher Kraftstoff aus der Steuerkammer 12b herausgeführt wird. Das Ergebnis hieraus ist das Einstellen eines Kraftstoffdrucks p1 in der Steuerkammer 12b, der dem in der ersten Druckkammer 12a entspricht. Jedoch ist zwischen der ersten Druckkammer 12a und der Steuerkammer 12b über den sich durch den Kolben 11a erstreckenden Kanal 11d ein bestimmter Kraftstofffluss erlaubt. Dieser Kraftstofffluss ermöglicht es der Federeinrichtung 14, den Kolben 11a zu der in 2 gezeigten extremen oberen Stellung zu bewegen. Diese Aufwärtsbewegung der Kolbeneinrichtung 11 führt zu einem verringerten Druck in der Hochdruckkammer 16 und daher auch in der Öffnungskammer 27. Das Ergebnis hieraus ist ein Kraftstoffdruck in der Öffnungskammer 27, der geringer ist als der hohe Kraftstoffdruck p2 , der in der an der gegenüberliegenden Seite des Kolbenelements 21b angeordneten Schließkammer 24 vorherrscht. Dieser Druckunterschied und die durch die Federeinrichtung 25 ausgeübte Kraft erzeugen eine Kraft, welche anfänglich das Nadelventil 21 aus der vollständig offenen Stellung wegbewegt. Sobald jedoch das Nadelventil 21 die vollständig offene Stellung verlässt, ist die Schließkammer 24 mit dem Durchgang 19 verbunden, wo der Kraftstoffdruck p1 herrscht. Der verbleibende Hauptteil der Bewegung des Nadelventils in Richtung zu der geschlossenen Stellung hin wird durch die Kraft bewirkt, die durch den Kraftstoffdruck p1 und die Federeinrichtung 25 erzeugt wird. Wenn das Nadelventil 21 die geschlossene Stellung erreicht, wird Kraftstoff davon abgehalten, durch die Auslassöffnungen 22 hinauszuspritzen. In der geschlossenen Stellung ist dadurch, dass es Kraftstoff erlaubt ist, durch den sich durch das Kolbenelement 21b erstreckenden Durchgang 21d hindurchzufließen, der Druckunterschied zwischen der Schließkammer 24 und der Öffnungskammer 27 ausgeglichen. Nichtsdestotrotz übt die Federeinrichtung 25 ausreichend Kraft aus, um das Nadelventil 21 in der geschlossenen Stellung zu halten. In der geschlossenen Stellung ist daher in allen Kraftstoffkammern 12a, 12b, 16, 24, 27 der Einspritzeinrichtung 8 der erste Kraftstoffdruck p1 eingestellt.
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Wenn die Steuereinheit 9 schätzt, dass die Einspritzeinrichtung 8 Kraftstoff einzuspritzen hat, stellt sie das Magnetventil 20 in eine offene Stellung. Die Steuerkammer 12b ist somit mit dem Ablaufdurchgang 18 verbunden, und Kraftstoff wird von der Steuerkammer 12b zu dem Kraftstofftank 3 zurückgeführt. Der Druck in der Steuerkammer 12b fällt damit im Wesentlichen auf den im Kraftstofftank 3 vorherrschenden Druck ab, der üblicherweise der Umgebungsdruck p0 ist. Der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 12b wird somit beträchtlich niedriger sein als der Kraftstoffdruck p1 in der ersten Druckkammer 12a. Dieser Druckunterschied führt zu einer auf die Kolbeneinrichtung 11 wirkenden Kraft. Diese Kraft ist deutlich größer als die durch die Federeinrichtung 14 ausgeübte Kraft. Daher bewegt sich die Kolbeneinrichtung 11 von der extremen oberen Stellung mit einer verhältnismäßig großen Kraft nach unten. Die Fläche 11c' des zweiten Kolbens, die sich in Kontakt mit dem Kraftstoff in der Hochdruckkammer 16 befindet, ist beträchtlich kleiner als die Fläche 11a' des ersten Kolbens, die sich in Kontakt mit dem Kraftstoff in der ersten Druckkammer 12a befindet. Wenn sich die Kolbeneinrichtung 11 nach unten bewegt, ist das Ergebnis ein Kraftstoffdruck p2 in der Hochdruckkammer 16, der beträchtlich höher ist als der Kraftstoffdruck p1 in der ersten Druckkammer 12a. Wenn die durch den Druck p0 in der Steuerkammer 12b und die Federeinrichtung 14 erzeugte Aufwärtskraft verglichen mit der durch den Kraftstoffdruck p1 in der ersten Druckkammer 12a erzeugten Abwärtskraft vernachlässigbar ist, wird das Druckverhältnis p2/p1 umgekehrt proportional zu dem Verhältnis zwischen den Kolbenflächen 11a', 11c' sein. Der Kraftstoffdruck p2 in der Hochdruckkammer 16 kann vorteilhafterweise mindestens zwei- bis dreimal größer sein als der Kraftstoffdruck p1 in der ersten Druckkammer 12a. Während der Abwärtsbewegung der Kolbeneinrichtung 11 pflanzt sich der hohe Kraftstoffdruck p2 in der Hochdruckkammer über den Durchgang 26 zu dem Kraftstoff in der Öffnungskammer 27 fort. Der hohe Kraftstoffdruck p2 in der Öffnungskammer 27 übt daher auf das Kolbenelement 21b eine Aufwärtskraft auf, die beträchtlich größer ist als die Abwärtskraft, welche der Kraftstoffdruck p1 in der Schließkammer 24 und die Feder 25 zusammen auf das Kolbenelement 21b des Nadelventils 21 ausüben. Das Nadelventil 21 wird dadurch nach oben in eine in 3 gezeigte extreme obere Stellung bewegt. Die Verbindung zwischen der Öffnungskammer 27 und den Auslassöffnungen 22 öffnet sich, so dass Kraftstoff bei dem hohen Druck p2 durch die Auslassöffnungen 22 herausspritzen kann. Wenn das Nadelventil 21 sich in der vollständig offenen Stellung befindet, unterbricht die Fläche 21c' die Verbindung zwischen dem Durchgang 19 und der Schließkammer 24, was dazu führt, dass sich sowohl in der Schließkammer 24 als auch in der Öffnungskammer 27 der hohe Druck p2 einstellt.
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Wenn die Steuereinrichtung 9 schätzt, dass die gewünschte Kraftstoffmenge zugeführt wurde, schließt sie das Magnetventil 20. Der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 12b steigt daraufhin im Wesentlichen sofort auf das gleiche Druckniveau p1 wie in der ersten Druckkammer 12a an. Die Abwärtsbewegung des Kolbens 11a endet, gefolgt durch Umkehren nach oben mit Hilfe der durch die Federeinrichtung 14 ausgeübten Kraft. Der Kraftstoffdruck in der Hochdruckkammer 16, dem Durchgang 26 und der Öffnungskammer 27 verringert sich daraufhin. Die Kraft, welche der Kraftstoffdruck in der Öffnungskammer 27 auf das Kolbenelement 21b ausübt, wird nun deutlich geringer sein als die Kraft in die entgegengesetzte Richtung, welche anfänglich der Kraftstoffdruck p2 und danach der Kraftstoffdruck p1 in der Schließkammer 24 und die Federeinrichtung 25 zusammen auf das Kolbenelement 21b des Nadelelements 21 ausüben. Das Nadelventil 21 wird daraufhin durch die verhältnismäßig große Schließkraft schnell nach unten bewegt, so dass der Durchgang zwischen der Öffnungskammer 27 und den Auslassöffnungen 22 durch das untere Ende 21a' des Nadelventils blockiert ist. Das Einspritzen von Kraftstoff in den Dieselmotor durch diese Einspritzeinrichtung 8 endet daraufhin verhältnismäßig abrupt. Mit einem derartig kraftvollen und schnellen Schließen des Nadelventils 21 kann der hohe Kraftstoffeinspritzdruck p2 während der gesamten Einspritzperiode aufrechterhalten werden.
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Mit der vorliegenden Einspritzeinrichtung 8 kann Kraftstoff bei einem sehr hohen Druck p2 eingespritzt werden, wodurch es möglich wird, Abgasemissionen zu verringern. Der hohe Druck p2 in der Einspritzeinrichtung 8 wird jedoch nur während der Kraftstoffeinspritzperiode erzeugt. Zu anderen Zeiten herrscht in allen Kraftstoffkammern 12a, b, 16, 24, 27 der Einspritzeinrichtung der erste Kraftstoffdruck p1 und wirkt auf deren Komponenten. Darüber hinaus wird der hohe Kraftstoffdruck p2 innerhalb eines verhältnismäßig kleinen Innenbereichs der Einspritzeinrichtung 8 erzeugt, der die Hochdruckkammer 16, die Schließkammer 24, die Öffnungskammer 27 und den die Hochdruckkammer 16 mit der Öffnungskammer 27 verbindenden Durchgang 26 umfasst. Somit wird der hohe Druck p2 von der geringen Anzahl bei der erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung 8 verwendeten beweglichen Komponenten nur mit der unteren Endfläche 11c' der Kolbeneinrichtung 11 und den Flächen des Nadelventils 21 in Kontakt geraten. Unter diesen Umständen ist alles, was dafür erforderlich ist, dass die Einspritzeinrichtung 8 eine Dienstlebensdauer aufweist, die der einer herkömmlichen, einem beträchtlich kleineren Kraftstoffeinspritzdruck ausgesetzten Einspritzeinrichtung 8 ähnlich ist, dass die vorgenannten Flächen eine robustere Ausgestaltung aufweisen. Die Einspritzeinrichtung 8 gemäß der vorliegenden Erfindung kann daher mit im Wesentlichen den gleichen Kosten wie eine herkömmliche Einspritzeinrichtung hergestellt werden.
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Die Erfindung ist in keiner Weise auf die mit Bezug auf die Zeichnungen beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb der Rahmen der Ansprüche frei variiert werden.
