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Diese
Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil zur Verwendung
bei der Zufuhr von Kraftstoff an einen Verbrennungsraum eines Dieselmotors.
Solch ein Kraftstoffeinspritzventil kann beispielsweise für den Einsatz
in einem Kraftstoffsystem mit gemeinsamer Druckleitung ("common rail type
fuel system") geeignet
sein und dafür,
dass es durch eine elektronische Steueranordnung gesteuert wird.
Ein Beispiel für
ein derartiges Einspritzventil ist in der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung
0 789 142 A1 gegeben.
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Es
ist häufig
eine Notwendigkeit, in die Lage versetzt zu sein, die Menge (bzw.
Menge pro Zeiteinheit), mit der Kraftstoff vom Einspritzventil abgegeben
wird, zu variieren. Üblicherweise
ist die Menge (bzw. Menge pro Zeiteinheit) der Kraftstoffeinspritzung
abhängig
von der Wegstrecke, über
die eine Ventilnadel weg von ihrem Sitz angehoben wird, wobei die
Bewegung der Ventilnadel innerhalb einer in einem Düsenkörper angeordneten
Bohrung mit Hilfe eines piezoelektrischen Betätigungselementes gesteuert
wird. Das piezoelektrische Betätigungselement
kann betrieben werden, um die von einem Steuerkolben eingenommene
Stellung zu steuern, wobei der Kolben bewegt werden kann, um den
Kraftstoffdruck innerhalb einer Steuerkammer zu steuern, die teilweise
von einer mit der Ventilnadel des Einspritzventils verbundenen Oberfläche begrenzt
wird, um die Bewegung der Ventilnadel weg von ihrem Sitz zu steuern.
Wenn die Ventilnadel weg von ihrem Sitz in eine erste, die Kraftstoffeinspritzung
erlaubende Stellung angehoben wird, wird ein Satz oberer Auslassöffnungen
freigelegt, und Kraftstoff wird daraus abgegeben. Wenn die Ventilnadel
weg von ihrem Sitz bis in eine zweite, die Kraftstoffeinspritzung
erlaubende Stellung angehoben ist, wird außerdem ein Satz von unteren
Auslassöffnungen
freigelegt, wodurch Kraftstoff durch beide Sätze von Auslassöffnungen
abgegeben wird, um die Kraftstoffeinspritzrate zu erhöhen.
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Ein
Nachteil bei zweistufigen Kraftstoffeinspritzventilen des voranstehend
erläuterten
Typs ist der, dass dann, wenn die Kraftstoffabgabe beendet werden
soll, das plötzliche
Verschließen
des unteren Satzes von Auslassöffnungen
zu einem sehr schnellen Anstieg des Kraftstoffdrucks in der Spitze
des Düsenkörpers führt. Wenn
der Druckanstieg mit Spitzen in den Druckwellen in den Zuführ-Bohrungen
zusammenfällt, kann
dies zu einem nachteilig langsamen Schließen der Auslassöffnungen
führen.
Demzufolge wird die Kraftstoffeinspritzung relativ langsam beendet,
was zu einer schlechten Kraftstoffsprühstrahl-Charakteristik und
einer schlechten Einspritzleistung führt. Zweitens besteht die Tendenz,
dass die Ventilnadel zwischen der ersten und der zweiten Kraftstoffeinspritzstellung
oszilliert, da es keinen mechanischen Anschlag gibt, der das Ausmaß der Bewegung
der Ventilnadel weg von ihrem Sitz begrenzt. Dies kann zu einer
schlechten Steuerungsfähigkeit führen. Zusätzlich ist
es notwendig, dass die Bewegung der Ventilnadel in die erste und
die zweite Kraftstoffeinspritzstellung einen relativ großen Ausschlag besitzt,
um sicherzustellen, dass die Ventilnadel für einen Zeitraum in der zweiten
Kraftstoffeinspritzstellung verbleibt, der ausreicht, damit eine
angemessene Kraftstoffmenge abgegeben werden kann, und auch um sicherzustellen,
dass es einen Totzeitbereich gibt, wenn die Kraftstoffeinspritzung
ausschließlich
durch die oberen Öffnungen
stattfindet, bevor der untere Satz Auslassöffnungen geöffnet wird.
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Hinsichtlich
des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung beschreibt die
US 5,452,858 ein Kraftstoffeinspritzventil
mit einer Steuerkammer für
Kraftstoff. Die
US 5,803,370 beschreibt
ein Einspritzventil, das eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung umfasst,
die sich innerhalb des Ventilkörpers
befindet. Die hydraulische Dämpfungsvorrichtung
ist auf dem Schaft der Ventilnadel axial verschieblich.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzventil
bereitzustellen, das die vorgenannten Probleme des Standes der Technik abmildert.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzventil bereitgestellt,
umfassend eine Ventilnadel, die innerhalb einer Bohrung verschiebbar
ist und an einem Sitz zur Anlage gelangen kann, um die Kraftstoffabgabe
durch erste und zweite Auslassöffnungen
zu steuern, wobei die Ventilnadel zwischen einer geschlossenen Stellung,
einer ersten und einer zweiten Kraftstoffeinspritzstellung bewegbar
ist, eine Kraftstoffversorgungsleitung zur Abgabe von unter Druck stehendem
Kraftstoff an die Bohrung, eine Steuerkammer, die so angeordnet
ist, dass sie im Betrieb Kraftstoff von der Kraftstoffleitung aufnehmen
kann, wobei im Betrieb eine Kraft auf die Ventilnadel einwirkt,
die auf dem Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerkammer beruht, eine
Betätigungsanordnung
zum Steuern des Kraftstoffdrucks innerhalb der Steuerkammer, und
(ein) Dämpfungsmittel
zum Dämpfen der
Bewegung, die die Ventilnadel weg von ihrem Sitz in die erste oder
in die zweite Kraftstoffeinspritzstellung ausführt; wobei die Steuerkammer
eine erste Kammer, die mit der Ventilnadel in Verbindung steht, und
eine zweite Kammer, die mit der Betätigungsanordnung in Verbindung
steht, umfasst, und worin das bzw. die Dämpfungsmittel einen Durchflussbegrenzer
umfasst/umfassen, der im Betrieb dazu dient, den Kraftstoff-Fluss
von der ersten Kammer zur zweiten Kammer zu beschränken; worin
eine Oberfläche
der Ventilnadel dem Kraftstoffdruck innerhalb der ersten Kammer
ausgesetzt ist, wobei eine Kraft, die auf dem Kraftstoffdruck innerhalb
der ersten Kammer beruht, auf die Ventilnadel einwirkt, um die Ventilnadel
gegen ihren Sitz zu drücken,
wobei die Betätigungsanordnung
ein Kolbenelement umfasst, welches eine Oberfläche aufweist, die dem Kraftstoff
innerhalb der zweiten Kammer ausgesetzt ist, worin die erste und die
zweite Steuerkammer und der Durchflussbegrenzer derart angeordnet
sind, dass im Betrieb Kraftstoff zwischen der ersten und der zweiten
Kammer durch den Durchflussbegrenzer fließt, wobei der Durchflussbegrenzer
so angeordnet ist, dass es eine relativ geringere Beschränkung des
Flusses von Kraftstoff aus der zweiten Kammer zur ersten Kammer
gibt als aus der ersten Kammer zur zweiten Kammer.
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Durch
das Dämpfen
der Bewegung der Ventilnadel, während
sich diese weg von dem Sitz in entweder die erste oder die zweite
Kraftstoffeinspritzstellung bewegt, kann das Problem der Ventilnadel-Oszillation
beseitigt oder abgemildert werden. Außerdem können durch das Dämpfen der
Bewegung der Ventilnadel weg von dem Sitz die ersten und die zweiten
Auslassöffnungen
so angeordnet werden, dass die Ventilnadel nur um einen relativ kleinen
Betrag weg von ihrem Sitz in die erste und/oder die zweite Kraftstoffeinspritzstellung
bewegt werden muss.
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Es
ist günstig,
dass die Bewegung der Ventilnadel weg von dem Sitz in die erste
Kraftstoffeinspritzstellung bewirkt, dass Kraftstoff durch die erste Auslassöffnung abgegeben
wird, und dass die Bewegung der Ventilnadel weg von dem Sitz in
die zweite Kraftstoffeinspritzstellung bewirkt, dass Kraftstoff durch
die erste(n) und die zweite(n) Auslassöffnung(en) abgegeben wird.
Damit bewirkt die Bewegung der Ventilnadel in die zweite Kraftstoffeinspritzstellung
die Abgabe von Kraftstoff in erhöhtem
Ausmaß.
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Der
Durchflussbegrenzer kann durch eine in einem Gehäuseteil angeordnete Bohrung
gebildet sein. In günstiger
Weise kann der Durchflussbegrenzer die Form eines verengten Durchflusskanals
von gestufter Form oder die Form eines Durchflusskanals vom Venturi-Typ
annehmen.
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Das
Einspritzventil kann vorzugsweise eine innere Ventilnadel umfassen,
die auf die Bewegung der Ventilnadel weg von ihrem Sitz bis jenseits
eines vorgegebenen Betrags hin innerhalb der Ventilnadel bewegbar
ist, wobei die innere Ventilnadel an einem weiteren Sitz zur Anlage
gelangen kann, um den Fluss von Kraftstoff durch die zweite Auslassöffnung zu
steuern.
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Die
Versorgungsleitung kann einen zusätzlichen verengten Durchflussweg
umfassen, der dazu dient, die Amplitude von Druckwellen innerhalb
der Versorgungsleitung zu begrenzen. Auf diese Weise wird die Folge
vermieden, dass die Bewegung der Ventilnadel gegen den Sitz zur
Beendigung der Kraftstoffeinspritzung aufgrund der Übertragung
von Druckwellen mit großer
Amplitude durch die Versorgungsleitung hindurch verlangsamt wird.
Vorzugsweise besitzt der verengte Weg oder Kanal eine Abmessung,
die nicht dazu führt,
dass der Kraftstoffdruck zwischen dem Einlass- und dem Auslassende des
verengten Kanals substantiell abfällt.
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Die
Erfindung wird nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, worin
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1 eine
Querschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer
ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
vergrößerte Ansicht
eines Teils des Kraftstoffeinspritzventils der 1 ist
und
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3 eine
Ansicht ist, die eine andere Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzventils
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 umfasst
das Einspritzventil eine Ventilnadel 10, die innerhalb
einer in einem Düsenkörper 14 ausgebildeten
Bohrung 12 verschieblich angeordnet ist. Die Bohrung 12 ist
eine geschlossenendige Bohrung, wobei das geschlossene Ende der
Bohrung 12 einen Sitz bildet, an dem ein Endbereich der
Ventilnadel 10 zur Anlage kommen kann, um die Zufuhr von
Kraftstoff aus der Bohrung 12 am Sitz vorbei bis zu dem oberen
und dem unteren Satz von im Düsenkörper 14 vorhandenen
Auslassöffnungen
(nicht gezeigt) zu steuern. Die Bohrung 12 ist so angeordnet,
dass sie durch eine Versorgungsleitung 18, die mit einem von einem
Teil der Bohrung 12 gebildeten, ringförmigen Galerieraum 20 in
Verbindung steht, mit Kraftstoff aus einer Quelle für unter
hohem Druck stehenden Kraftstoff, beispielsweise ein "common rail" eines Kraftstoffsystems
mit gemeinsamer Druckleitung, versorgt werden kann. Der obere und
der untere Satz von Auslassöffnungen
nimmt jeweils eine unterschiedliche axiale Stellung im Düsenkörper 14 ein,
so dass dann, wenn die Ventilnadel weg von ihrem Sitz in eine erste
Kraftstoffeinspritzstellung angehoben wird, Kraftstoff ausschließlich durch
den oberen Satz von Auslassöffnungen
abgegeben wird, und dann, wenn die Ventilnadel 10 weg von
ihrem Sitz in eine zweite Kraftstoffeinspritzstellung angehoben
wird, Kraftstoff sowohl durch den oberen als auch den unteren Satz
von Auslassöffnungen
abgegeben wird, wie hier nachstehend beschrieben werden wird. Dies kann
beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Ventilnadel 10 mit
einer inneren Nadel ausgestattet ist, die auf die axiale Bewegung
der Ventilnadel 10 bis jenseits einer vorgegebenen Stellung
hin mit der Ventilnadel 10 bewegt werden kann, wobei die
Ventilnadel 10 die Einspritzung durch den oberen Satz von
Auslassöffnungen
direkt steuert und die innere Nadel an einem Sitz zur Anlage kommen
kann, um die Einspritzung durch die unteren Öffnungen zu steuern.
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Die
Ventilnadel 10 besitzt eine gestufte Form und umfasst einen
oberen Endbereich 10a mit einem Durchmesser, der im wesentlichen
gleich dem Durchmesser des benachbarten Teils der Bohrung 12 ist, sowie
einen unteren Bereich 10b, der einen Durchmesser besitzt,
der kleiner als der Durchmesser der Bohrung 12 ist. Damit
Kraftstoff vom ringförmigen Galerieraum 20 zu
demjenigen Teil der Bohrung 12 fließen kann, der den Bereich 10b der
Ventilnadel 10 mit verringertem Durchmesser beherbergt,
ist die Ventilnadel 10 mit Vertiefungen oder Kanellierungen (Sicken) 22 ausgestattet.
Die Gestalt der Ventilnadel 10 ist derart, dass sie Druckflächen 10c aufweist,
die so ausgerichtet sind, dass das Aufbringen von unter Druck stehendem
Kraftstoff auf die Bohrung 12 eine Kraft auf die Nadel 10 ausübt, die
die Nadel 10 in eine Öffnungsstellung
(nach oben, wie in 1 gezeigt), weg von ihrem Sitz,
drückt.
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Das
obere Ende des Düsenkörpers 14 liegt an
einem Teilerstück 23 an,
das seinerseits an einem Abstandsstück 24 anliegt, wobei
der Düsenkörper 14,
das Teilerstück 23 und
das Abstandsstück 24 in einer
Hutmutter 25 aufgenommen sind. Das Abstandsstück 24 ist
mit einer Drillbohrung ausgestattet, die einen Teil der Versorgungsleitung 18 bildet. Darüber hinaus
ist das Teilerstück 23 mit
einer verengten Bohrung 18a versehen, die einen Teil der
Versorgungsleitung 18 mit verringertem Durchmesser bildet.
Wie man am besten in 2 erkennen kann, besitzt das
Abstandsstück 24 außerdem eine
durchgehende Bohrung 26, in der ein Kolbenelement 27 bewegbar
angeordnet ist. Das Kolbenelement 27 weist eine durchgehende
Bohrung auf, innerhalb der ein mit einem Schraubgewinde versehenes
Feder-Anlageelement 28 aufgenommen ist. Das Feder-Anlageelement 28 greift
an einem Ende einer Druckfeder 30 an. Das andere Ende der
Feder 30 liegt an einem lastübertragenden Element 32 an,
das innerhalb einer in einer oberen Außenfläche des Tellerstücks 23 vorhandenen
Aussparung 23a aufgenommen ist. Die Feder 30 wirkt
in einer solchen Richtung, dass sie die Ventilnadel 10 in
eine schließende Richtung
zum durch die Bohrung 12 gebildeten Sitz hin spannt.
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Das
lastübertragende
Element 32 umfasst eine axiale Verlängerung 32a, die sich
durch eine im Teilerstück 23 vorhandene
Bohrung erstreckt und gegen die Ventilnadel 10 an deren
oberster Endfläche 10d anliegt,
so dass die Federlast durch das lastübertragende Element 32 auf
die Ventilnadel 10 übertragen
wird. Die obere Endfläche 10d der
Ventilnadel 10 ist innerhalb einer Aussparung 14a angeordnet, die
in der oberen Endfläche
des Düsenkörpers 14 ausgebildet
ist. Der Durchmesser der axialen Verlängerung 32a ist im
Wesentlichen derselbe, wie ihn die im Teilerstück 23 vorhandene Bohrung
besitzt, so dass eine Verschiebe-Bewegung des Elements 32 innerhalb
der Bohrung geführt
wird.
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Die
obere Endfläche 10d der
Ventilnadel 10, die sich innerhalb der Aussparung 14a befindet,
und die untere Außenfläche des
Tellerstücks 23 bilden
zusammen eine erste, untere Kammer 38 für Kraftstoff. Zusätzlich begrenzen
die im Abstandsstück 24 vorhandene
Bohrung 26, das Kolbenelement 27, das Anlageelement 28 und
die Aussparung 23a eine zweite, obere Kammer 40 für Kraftstoff.
Das Teilerstück 23 ist
mit einem verengten Durchflussweg 42 versehen, durch den
eine Verbindung zwischen der unteren Kammer 38 und der
oberen Kammer 40 geschaffen wird. Damit bilden das Kolbenelement 27, das
Abstandsstück 24,
das Teilerstück 23 und
die Ausnehmung 14a im Effekt eine Steuerkammer mit einem
ersten Kammerteil in Form der unteren Kammer 38, die zwischen
dem Düsenkörper 14 und
dem Teilerstück 23 angeordnet
ist und von diesen begrenzt wird, und einem zweiten Kammerteil in
Form der oberen Kammer 40, die zwischen dem Kolbenelement 27 und
dem Teilerstück 23 angeordnet
ist und von diesen begrenzt wird, wobei sich der erste und der zweite
Kammerteil über
den verengten Durchflussweg 42 in wechselseitiger Verbindung
befinden. Die Ausrichtung und die Gestaltung des Flusswegs 42 ist
derart, dass der Durchfluss von der unteren Kammer 38 zur
oberen Kammer 40 stärker
behindert ist als von der oberen Kammer 40 zur unteren
Kammer 38.
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Im
Betrieb wird Kraftstoff von der Quelle für unter hohem Druck stehenden
Kraftstoff durch die Versorgungsleitung 18 und den verengten
Weg 18a zur ringförmigen
Kammer 20 geführt.
Kraftstoff innerhalb der ringförmigen
Kammer 20 ist in der Lage, zwischen der Ventilnadel 10 und
dem benachbarten Teil der Wand der Bohrung 12 hindurch
in beschränktem Umfang
in die untere Kammer 38 zu fließen. Es sollte klar sein, dass
ein solcher Kraftstoff-Fluss nur in beschränkter Menge erfolgt, weil die
Durchmesser der Nadel 10 und des benachbarten Teils der
Bohrung 12 im Wesentlichen gleich sind. Von der unteren
Kammer 38 kann Kraftstoff über den verengten Weg 42 in die
obere Kammer 40 fließen.
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An
demjenigen Ende des Kolbens 27, das der Kammer 40 abgewandt
ist, ist das Kolbenelement 27 durch das Federanlageelement 28 an
einem Anlageelement 44 gesichert, das eine Außenfläche von teilweise
sphärischer
Form besitzt, wobei dieses Anlageelement an einem Ambosselement 46 anliegt und
dieses Ambosselement 46 Teil einer piezoelektrischen Betätigungsanordnung
bildet, die einen piezoelektrischen Stapel 48 aus piezokeramischen
Elementen aufweist. Die Elemente des Stapels 48 sind von
der Art, die sich bei Energieeintrag verlängert, so dass dann, wenn das
energetische Niveau des piezoelektrischen Stapels erhöht wird,
sich auch die axiale Länge
des Stapels 48 erhöht,
was bewirkt, dass eine nach unten gerichtete Kraft auf das Kolbenelement 27 aufgebracht
wird, was die Steuerkammer unter Druck setzt und eine nach unten
gerichtete Kraft auf die Ventilnadel 10 ausübt. Das
Herunter- oder Abschalten des piezoelektrischen Stapels 48 bewirkt, dass
sich die axiale Länge
des Stapels 48 verringert, wodurch die auf die Ventilnadel 10 einwirkende,
nach unten gerichtete Kraft abnimmt. Das Anlageelement 44 ist
mit einer Bohrung versehen, durch die sich ein Feder-Anlageelement 28 erstreckt.
Das Feder-Anlageelement 28 ist mit einer Aussparung versehen,
die eine für
das Zusammenwirken mit einem Werkzeug vorgesehene Form besitzt,
um die Justierung der axialen Stellung des Feder-Anlageelements 28 relativ zum
Kolbenelement 27 zu ermöglichen.
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Im
Betrieb, nach dem Starten des Motors, ist der Kraftstoffdruck, der
der Zuführungsleitung 18 zugeführt wird,
relativ gering, und demzufolge ist die Kraft, die auf die Druckflächen 10c der
Ventilnadel einwirkt, um die Ventilnadel 10 weg von ihrem
Sitz zu drücken,
ebenfalls relativ gering, wobei die Feder 30 ausreichend
Kraft ausübt,
um sicherzustellen, dass die Ventilnadel 10 in diesem Betriebsstadium
in Anlage mit ihrem Sitz verbleibt. Wie voranstehend beschrieben,
kann Kraftstoff in beschränktem
Umfang zwischen der Ventilnadel 10 und der Wand der Bohrung 12 hindurch
und in die untere Kammer 38, und von der unteren Kammer 38 über den
verengten Weg 42 in die obere Kammer 40 fließen. Ein
solcher Fluss von Kraftstoff steigert den Kraftstoffdruck, der auf
die Endfläche 10d der
Ventilnadel einwirkt, und unterstützt damit die Feder 30 dabei,
die Ventilnadel 10 in Anlage mit ihrem Sitz zu halten,
weil der Kraftstoffdruck innerhalb der Versorgungsleitung 18 ansteigt.
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Wenn
in diesem Betriebsstadium des Einspritzventils der piezoelektrische
Stapel 48 noch nicht angeschaltet war, zwingt das Beaufschlagen des
Stapels 48 mit Energie das Kolbenelement 27 dazu,
sich nach unten zu bewegen. Die nach unten gerichtete Bewegung des
Kolbenelements 27 dient dazu, die Feder 30 zusammenzudrücken und
das Volumen der oberen Kammer 40 zu verringern, so dass der
Kraftstoffdruck innerhalb der oberen Kammer 40 ansteigt.
Dieser Druckanstieg wird über
den verengten Weg 42 in die untere Kammer 38 übertragen
und stellt sicher, dass die Ventilnadel 10 in Anlage an
ihrem Sitz verbleibt. Einspritzung von Kraftstoff findet deshalb
weder durch den oberen noch den unteren Satz von Auslassöffnungen
statt.
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Um
mit der Einspritzung zu beginnen, wird der piezoelektrische Stapel 48 auf
ein erstes energetisches Niveau teilweise heruntergeschaltet, was
die axiale Länge
des Stapels 48 verringert und eine Bewegung des Kolbenelements 27 in
Aufwärtsrichtung erlaubt.
Die obere Kammer 40 wird von Druck entlastet, und die Wirkung
des Kraftstoffdrucks auf die Druckflächen 10c der Ventilnadel 10 drückt die
Ventilnadel 10 weg von ihrem Sitz. Die Öffnungsbewegung der Ventilnadel 10 ermöglicht es,
dass Kraftstoff am Sitz vorbei durch den oberen Satz von Auslassöffnungen
fließen
kann, während
der untere Satz von Auslassöffnungen
durch einen unteren Endbereich der Ventilnadel 10 bedeckt
bleibt. Während
einer solchen Öffnungsbewegung
fließt
Kraftstoff von der unteren Kammer 38 durch den verengten
Weg 42 und in die obere Kammer 40. In dieser Fließrichtung
ist die Gestaltung des Wegs 42 derart, dass er eine relativ
große Behinderung
für den
Kraftstoff-Fluss darstellt, mit dem Ergebnis, dass der Kraftstoffdruck
innerhalb der unteren Steuerkammer 38 nur relativ langsam
abnimmt, was bewirkt, dass die Bewegung der Ventilnadel 10 in
eine erste Kraftstoffeinspritzstellung gedämpft wird. Da sich die Bewegung
der Ventilnadel 10 gegen das Ende ihrer Anhebung verlangsamt,
wird eine Oszillation der Ventilnadel, wenn sie sich in ihrer ersten
Kraftstoffeinspritzstellung befindet, verringert oder vermieden.
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Um
bei Normalbetrieb die Einspritzung zu beenden, wird der piezoelektrische
Stapel 48 erneut mit Energie beaufschlagt, was zu einer
Verlängerung des
Stapels 48 führt,
und auf diese Weise übt
er eine nach unten gerichtete Kraft auf das Kolbenelement 27 aus,
was den Kraftstoffdruck innerhalb der oberen Kammer 40 ansteigen
lässt,
wobei Kraftstoff in der oberen Kammer 40 durch den verengten
Weg 42 in die untere Kammer 38 fließt, wodurch
die auf die Endfläche 10d der
Ventilnadel 10 einwirkende Kraft als Folge des Kraftstoffdrucks
innerhalb der unteren Kammer 38 ansteigt. Die auf die Ventilnadel 10 aufgebrachten,
nach unten gerichteten Kräfte
wirken gegen die Kraft, die aufgrund des Kraftstoffdrucks innerhalb
der Bohrung 12 auf die Druckfläche 10d einwirkt,
und sie sind ausreichend, um die Nadel 10 in Anlage mit
ihrem Sitz zu drücken.
Wenn die Ventilnadel 10 an ihrem Sitz zu liegen kommt,
kann Kraftstoff innerhalb der Bohrung 12 nicht aus dem
oberen Satz von Auslassöffnungen
fließen,
und die Kraftstoffeinspritzung hört
auf.
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Alternativ
kann zu dem Zweck, dass Kraftstoff in erhöhter Menge oder mit einer unterschiedlichen
Kraftstoffeinspritz-Charakteristik eingespritzt wird, der piezoelektrische
Stapel 48 weiter auf ein zweites Energieniveau heruntergeschaltet
werden, was die axiale Länge
des piezoelektrischen Stapels 48 weiter verringert. Das
Kolbenelement 27 wird deshalb um eine weitere Wegstrecke
nach oben bewegt, was bewirkt, dass der Kraftstoffdruck innerhalb
der oberen Kammer 40 weiter verringert wird. Kraftstoff
in der unteren Kammer 38 fließt über den verengten Weg 42 in
die obere Kammer 40, wodurch der Kraftstoffdruck innerhalb
der unteren Kammer 38, der auf die Endfläche 10d der
Ventilnadel 10 einwirkt, verringert wird, was die auf die
Ventilnadel 10 in Abwärtsrichtung
aufgebrachte Kraft weiter senkt. Die Ventilnadel 10 bewegt
sich daher um einen weiteren Betrag weg von ihrem Sitz in eine zweite
Kraftstoffeinspritzstellung, in der sowohl der obere als auch der untere
Satz von Auslassöffnungen
von der Ventilnadel 10 freigegeben sind, weshalb Kraftstoff
aus der Bohrung 12 durch beide Sätze von Auslassöffnungen abgegeben
wird. Kraftstoffeinspritzung findet deshalb in gesteigertem Ausmaß statt.
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Wie
zuvor beschrieben, verringert sich der Kraftstoffdruck innerhalb
der Steuerkammer während einer
solchen weiteren Öffnungsbewegung
der Ventilnadel 10 in relativ kleinem Ausmaß, da es
für den Fluss
von Kraftstoff aus der unteren Kammer 38 zur oberen Kammer
durch den verengten Weg 42 eine relativ große Behinderung
gibt. Die Ventilnadel 10 bewegt sich deshalb mit verringerter
Geschwindigkeit in die zweite Kraftstoffeinspritzstellung, wobei
die gedämpfte
Bewegung der Ventilnadel zu einer Verringerung oder Vermeidung von
Ventilnadel-Oszillationen führt,
wenn sie sich in der zweiten Kraftstoffeinspritzstellung befindet.
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Durch
das Dämpfen
der Bewegung der Ventilnadel weg von ihrem Sitz können der
erste und der zweite Satz von Auslassöffnungen so angeordnet sein,
dass die Ventilnadel nur um einen relativ geringen Betrag weg von
ihrem Sitz in die erste oder in die zweite Kraftstoffeinspritzstellung
bewegt werden muss. Darüber
hinaus hat die Erfindung den weiteren Vorteil, dass die Amplitude
der Druckwellen, die durch die Versorgungsleitung 18 übertragen
werden, durch das Vorsehen des verengten Wegs 18a verringert
wird. Die Abmessungen des verengten Wegs 18a werden so
gewählt,
dass sichergestellt ist, dass kein wesentlicher Abfall des Kraftstoffdrucks über den
verengten Weg 18a hinweg auftritt.
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Die
in 2 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist ökonomisch
in der Herstellung, weil der verengte Weg 42 eine relativ
einfache, mit einer gestuften Öffnung
versehene Gestalt besitzt. Jedoch ist der Kraftstoff-Fluss von der
oberen Kammer 40 zur unteren Kammer 38 ebenfalls
in einem gewissen Ausmaß behindert,
so dass die Bewegung der Ventilnadel 10 gegen ihren Sitz
zum Zwecke der Beendigung der Kraftstoffeinspritzung ebenfalls in
gewissem Ausmaße
gedämpft
wird. Dies kann in manchen Anwendungen unerwünscht sein.
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In
der Ausführungsform
der 3 sind Teile, die denjenigen des in den 1 und 2 gezeigten Einspritzventils
vergleichbar sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In
dieser Ausführungsform ist
der verengte Flussweg 42 ein Flusskanal vom Venturi-Typ,
der eine stärker
gerichtete Fließcharakteristik
ermöglicht.
Der verengte Weg umfasst einen oberen Endbereich 42a von im wesentlichen konischer Form,
einen mittigen Bereich 42b und
einen unteren Endbereich 42c mit
im wesentlichen konischer Form. Typischerweise liegt der Konuswinkel des
oberen Endbereichs zwischen 40 und 90 Grad. Der Konuswinkel des
unteren Endbereichs 42c beträgt typischerweise
weniger als 20 Grad.
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Der
Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils der 3 verläuft im Wesentlichen
auf die gleiche Weise wie zuvor beschrieben. Das Beaufschlagen des
piezoelektrischen Stapels 48 bewirkt demnach eine nach
unten gerichtete Bewegung des Kolbenelements 27, was dazu
führt,
dass Kraftstoff in der oberen Kammer 40 in die untere Kammer 38 fließt. Unter solchen
Umständen
ist der Kraftstoff Fluss aus der oberen Kammer zur unteren Kammer
infolge des relativ großen
Konuswinkels des oberen Bereichs 42a des
Wegs 42 um einen nur relativ kleinen Betrag behindert.
Demzufolge ist die Dämpfung
der Bewegung der Ventilnadel 10, wenn sie sich in Richtung
ihres Sitzes bewegt, relativ gering. Darüber hinaus sind Austrittsverluste
durch den relativ kleinen Konuswinkel des unteren Endbereichs 42c minimiert. Wenn das
piezoelektrische Betätigungselement
auf das erste oder zweite Energieniveau heruntergeschaltet wird,
was bewirkt, dass sich das Kolbenelement 27 innerhalb der
Bohrung 26 nach oben bewegt, fällt der Kraftstoffdruck innerhalb
der oberen Kammer 40 ab, und Kraftstoff fließt von der
unteren Kammer 38 durch den verengten Weg zur oberen Kammer 40. Da
der Konuswinkel des unteren Endbereichs 42c relativ klein ist, wird der Kraftstoff-Fluss
in dieser Richtung um einen relativ großen Betrag behindert. Damit wird
die Bewegung der Ventilnadel 10 in Aufwärtsrichtung in die erste oder
zweite Kraftstoffeinspritzventilstellung um einen relativ großen Betrag
gedämpft.
Außerdem
sind Austrittsverluste infolge des relativ großen Konuswinkels des oberen
Bereichs 42a so groß wie
möglich.
Der in 3 gezeigte verengte Weg 42 kann durch
ein übliches
EDM-Verfahren oder durch das Bereitstellen einer Drillbohrung durch
das Tellerstück 23,
wobei die Bohrung so gestaltet wird, dass sie den oberen Endbereich 42a und den Steuerbereich 42b begrenzt, und anschließendes Drahterodieren
des unteren Bereichs 42c mit
relativ kleinem Konuswinkel gebildet werden.
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Obwohl
der verengte Durchflussweg, durch den Kraftstoff zu der Ausnehmung 14a fließt, von
der Nadel 10 und dem benachbarten Teil der Wand der Bohrung 12 gebildet
wird, sollte klar sein, dass auf Wunsch eine separate Drillbohrung
vorgesehen werden kann, um einen solchen verengten Durchflussweg
zu schaffen.
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Es
sollte klar sein, dass der verengte Weg 42 eine andere
Form annehmen kann als diejenige, die in den beigefügten Figuren
gezeigt ist, um einen verengten Durchflusskanal für den Fluss
von Kraftstoff zwischen der oberen und der unteren Kammer bereitzustellen,
damit eine Dämpfung
der Bewegung der Ventilnadel 10 erzielt wird, und vorzugsweise,
damit eine Dämpfung
der Bewegung der Ventilnadel 10 um einen größeren Betrag
erzielt wird, wenn sich die Ventilnadel 10 weg von ihrem
Sitz bewegt, verglichen mit der Dämpfung der Bewegung, wenn die
Ventilnadel 10 in Richtung ihres Sitzes bewegt wird.
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Es
sollte klar sein, dass das Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden
Erfindung auch mit einem dritten oder weiteren Satz Auslassöffnungen ausgestattet
werden kann, wobei das piezoelektrische Betätigungselement dann so eingerichtet
wird, dass eine Bewegung der Ventilnadel in eine dritte oder weitere
Kraftstoffeinspritzstellung ermöglicht wird.
Die Sätze
von Auslassöffnungen
können
eine unterschiedliche Anzahl von Auslassöffnungen umfassen, oder sie
können Öffnungen
mit unterschiedlicher Größe aufweisen
oder sie können
so angeordnet sein, dass sie unterschiedliche Kraftstoffsprühstrahl-Konuswinkel
aufweisen, um es im Betrieb möglich
zu machen, die Menge der Kraftstoffeinspritzung oder andere Kraftstoffeinspritz-Charakteristika zu
verändern
bzw. zu variieren.