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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Dosierventil
für ein
Kraftstoffeinspritzventil, insbesondere für Verbrennungsmotoren.
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Kraftstoffeinspritzer-Dosierventile
umfassen normalerweise eine Steuerkammer, deren Auslassleitung mit
Hilfe einer Hauptfeder durch einen Verschluss geschlossen wird;
und der Verschluss wird geöffnet,
indem ein Elektromagnet aktiviert wird, um die Wirkung der Feder
zu überwältigen.
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Um
die Rückfederung
der arretierten Masse zu reduzieren, wenn das Ventil geschlossen
ist, wurde vorgeschlagen, den Anker von der Stange zu trennen und
eine zweite Feder bereit zu stellen, mit der der Anker gegen die
Stange gedrückt
wird.
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In
einem bekannten Dosierventil, in dem die Stange durch eine befestigte
Muffe geführt
wird, muss dem Anker ein ziemlich großer Überlauf hinsichtlich der Stange
möglich
sein, um es dem Anker zu erlauben, an der Stange angebracht zu werden, sobald
die Stange in die befestigte Muffe eingesteckt ist.
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Um
den Zeitintervall zwischen zwei aufeinander folgenden Operationen
vom Anker zu reduzieren – wie
dies zum Beispiel in Mehrfacheinspritzungs-Motoren gefordert wird,
d.h. mit Einspritzungssystemen, die zu Mehrfacheinspritzungen in
jedem Zylinder und zu jedem Verbrennungszyklus fähig sind -, wurde vorgeschlagen,
den Überlauf
vom Anker hinsichtlich der Stange möglichst gering zu halten, indem
eine C-förmige
Buchse an der Stange angebracht wird, nachdem sie mit dem Anker
verbunden ist.
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Die
Buchse weist den Nachteil auf, nicht positiv in ihrem Sitz verriegelt
zu sein und demgemäß nicht
mehr sitzt. Da sie axial nicht gesichert ist, neigt die Buchse beim
Einsatz ebenfalls dazu, gemeinsam mit dem Anker zu schwingen, und
somit die Schwingung vom Anker zu verlängern.
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Aus
Patentschrift
DE 197
08104 A ist ein Kraftstoffeinspritzer-Dosierventil bekannt,
bei dem der Anker von einem Zwischenelement getrennt ist, das den Verschluss
einrastet, wobei der Anker durch eine Platte arretiert wird, die
normalerweise quer hinsichtlich des Einspritzerkörpers verriegelt ist, und ebenfalls
starr am selben Einspritzerkörper
gesichert ist.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung ein Dosierventil des vorstehenden
Typs bereit zu stellen, das extrem einfach und funktionssicher ist,
das zur Beseitigung der vorgenannten Nachteile, die typischerweise
mit bekannten Ventilen verbunden sind, dient, und das zur schnellen
Arretierung des Ankers in der Ventilöffnungsposition dient.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein elektromagnetisches Dosierventil für ein Kraftstoffeinspritzventil
bereitgestellt, der Folgendes umfasst: einen Verschluss für eine Auslassleitung
einer Steuerkammer, ein Elektromagnet zum Aktivieren eines Ankers
für die
Steuerung des Verschlusses über
ein Zwischenelement, eine erste Feder, die auf das Zwischenelement
wirkt, um den Verschluss in der geschlossenen Position zu halten,
wobei der Anker vom Zwischenelement getrennt ist und durch eine
zweite Feder gegen das Zwischenelement gedrückt ist, und eine Platte, die
unabhängig
vom Verschluss ist, um die Bewegung des Verschlusses, die von der
ersten Feder erzeugt wird, derart zu arretieren, dass der Überlauf
vom Anker hinsichtlich des Laufs vom Zwischenelement reduziert wird,
wenn das Ventil geschlossen ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Platte
transversal hinsichtlich des Zwischenelements durch ein Befestigungselement
des Elektromagnets verriegelt ist, wobei die Platte durch die zweite
Feder in der axialen Richtung elastisch gegen eine feste Arretierung
gehalten wird.
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Speziell
die Platte ist schräg
durch ein Befestigungselement des Elektromagnets verriegelt, und wird
elastisch durch die zweite Feder gegen eine befestigte Arretierung
gehalten.
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Eine
vorzugsweise, nicht eingeschränkte Ausführungsform
der Erfindung wird durch ein Beispiel mit Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen
beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 eine
partiell geschnittene Seitenansicht eines handelsüblichen
Kraftstoffeinspritzventil, das ein erfindungsgemäßes Dosierventil aufnimmt;
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2 einen
vergrößerten,
partiellen Mittelschnitt des handelsüblichen Einspritzventils in 1;
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3a einen
vergrößerten Abschnitt
des 2 Schnitts mit einem erfindungsgemäßen Dosierventil;
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3b ein
erheblich vergrößertes Detail
von 3a;
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4 einen
Schnitt nach der Linie IV-IV in 3a;
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5 einen
vergrößerten Grundriss
eines Details in 4.
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Die
Nummer 5 in 1 zeigt als Einheit einen Kraftstoffeinspritzventil,
z.B. für
einen Dieselverbrennungsmotor. Das Einspritzventil 5 umfasst
einen Hohlkörper 6,
der mit einer Düse 7 verbunden
ist, die mit einer Anzahl von – typischerweise
vier oder acht – Einspritzlöchern 8 versehen
ist. Eine Steuerstange 9 gleitet in den Körper 6 und
rastet einen Ansatz 11 von einem Stift 12 ein,
um die Einspritzlöcher 8 zu schließen. Der
Stift 12 umfasst ebenfalls ein Bund 13, das normalerweise
durch eine Feder 14 gedrückt wird, die dazu beiträgt, die
Einspritzlöcher 8 geschlossen
zu halten.
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Der
Hohlkörper 6 umfasst
ebenfalls einen Ansatz 16, in dem ein Durchlass 17 eingesteckt
ist, der mit der üblichen
unter Druck gesetzten Kraftstoffversorgungsleitung verbunden ist.
Der Ansatz 16 umfasst ein Loch 18 (siehe ebenfalls 2),
das über die
Leitungen 19 und 21 mit einer Einspritzkammer 22 von
der Düse 7 kommuniziert;
und der Stift 12 weist eine Schulter 23 auf, auf
die der unter Druck gesetzte Kraftstoff in der Kammer 22 wirkt.
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Das
Einspritzventil 5 umfasst ebenfalls ein Dosierventil, das
durch 24 als eine Einheit angegeben ist, und das wiederum eine Muffe 25 umfasst,
die ein Elektromagnet 26 trägt, das einen Anker 27 steuert
(2).
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Die
Muffe 25 ist durch eine Ringmutter 28 mit Gewinde
am Körper 6 befestigt,
die über
die Einfügung
einer kalibrierten Unterlegscheibe 29 ein Außengewinde
an den Körper 6 einrastet.
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Der
Elektromagnet 26 weist einen ringförmigen Magnetkern 30 auf,
der ein zentrales Loch 31 definiert; ein ringförmiger Sitz 32 vom
Kern 30 nimmt die übliche
elektrische Windung 33 zum Aktivieren des Elektromagnets 26 auf;
und das zentrale Loch 31 vom Kern 30 ist koaxial
mit einer Auslassleitung 34, die durch einen zylindrischen
Körper 35 getragen wird
und durch eine Leitung mit dem Kraftstofftank verbunden ist.
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Der
Kern 30 ist, gemeinsam mit dem zylindrischen Körper 35,
am Körper 6 befestigt,
indem eine Kante 36 von der Tragmuffe 25 derart
gebogen ist, dass der Kern 30 eine Schulter 37 von
der Muffe 25 einrastet; und eine Basis 38 vom
Isoliermaterial, das die üblichen
Stifte 39 von der Windung 33 trägt, ist
in bekannter Weise an die Muffe 25 formgepresst.
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Das
Dosierventil 24 umfasst ebenfalls einen Körper 41 mit
einem Flansch 42, der normalerweise auf einer Schulter 43 vom
Einspritzkörper 6 gehalten wird
durch eine Ringmutter 44 mit Außengewinde, die an ein Innengewinde
vom Körper 6 geschraubt ist,
wie es weiter unten näher
im Detail beschrieben wird.
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Der
Anker 27 umfasst im Wesentlichen eine Scheibe 46,
die in einer Auslasskammer 47 vom Dosierventil 24 aufgenommen
ist, das durch eine zylindrische Fläche 45 von der Muffe 25 definiert
ist. Die Scheibe 46 weist drei Sektoren auf, die durch
drei Öffnungen 48 getrennt
sind, durch die die Auslasskammer 47 mit dem zentralen
Loch 31 vom Kern 30 kommuniziert. Der Körper 41 vom
Ventil 24 umfasst ebenfalls eine axiale Steuerkammer 49,
die mit einem Loch 51 kommuniziert, in dem ein Abschnitt 52 von
der Stange 9 fluiddicht gleitet; wobei eine kalibrierte
Einlassleitung 53 mit dem Loch 18 vom Ansatz 16 kommunizier;
und wobei eine Auslassleitung 54 mit der Auslasskammer 47 kommuniziert.
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Der
Abschnitt 52 von der Stange 9 weist eine Endfläche 55 auf,
auf die der unter Druck gesetzte Kraftstoff in der Steuerkammer 49 wirkt;
die Fläche 55 und
die Bodenfläche
vom Loch 51 sind derart geformt, dass die Einlassleitung 53 jederzeit
mit der Steuerkammer 49 kommuniziert; und wobei die Zone der
Fläche 55 von
der Stange 9 größer als
die von der Schulter 23 ist (siehe ebenfalls 1),
der Druck des Kraftstoffs hält
normalerweise unter Mitwirkung der Feder 14 die Stange 9 in
einer derartigen Position, dass die Einspritzlöcher 8 von der Düse 7 geschlossen
werden.
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Die
Auslassleitung 54 von der Steuerkammer 49 wird
normalerweise durch einen Verschluss in Form einer Kugel 56 geschlossen
gehalten, die auf einer Kontaktebene von einer konischen Fläche 60 bleibt,
an der die Leitung 54 endet. Die Kugel 56 ist durch
eine Führungsplatte 57 eingerastet,
auf die ein Zwischenelement wirkt, das durch eine zylindrische Stange 58 definiert
ist.
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Die
Scheibe 46 vom Anker 27 bildet eine Einheit mit
einer Muffe 59, die axial auf der Stange 58 gleitet
und die eine Endfläche 65 aufweist.
Die Stange 58 weist eine Rille 61 auf, die einen
C-förmigen Ring 62 aufnimmt,
der gemeinsam mit einer Schulter 63 von der Scheibe 46 wirkt,
die jedoch derart vom Ring 62 ausrücken kann, dass die Scheibe 46 vom Anker 27 von
der Stange 58 getrennt ist. Die Stange 58 erweitert
eine festgesetzte Länge
in Loch 31 und endet mit einem Kleindurchmesserabschnitt 64,
um eine erste Druckfeder 66, die im Loch 31 aufgenommen
ist, zu tragen und zu verankern.
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Die
Stange 58 gleitet in einer Führungsmuffe 67, die
mit einem Flansch 68 eine Einheit bildet, der axiale Löcher 69 aufweist,
um eine Kammer 70, die sich zwischen dem Flansch 68 und
der konischen Fläche 60 befindet,
mit der Auslasskammer 47 zu verbinden. Am unteren Teil
weist die Stange 58 einen Integralflansch 71 auf,
der in der Kammer 70 aufgenommen ist und der gegen die
Bodenfläche
vom befestigten Flansch 68 arretiert ist.
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Der
Flansch 68 ist derart durch die Ringmutter 44 gegen
den Flansch 42 vom Körper 41 des
Ventils 24 gezwungen, dass die Muffe 67 befestigt
ist; eine kalibrierte Unterlegscheibe 72 ist zwischen dem Flansch 68 und
dem Flansch 42 eingefügt,
um den gewünschten
Lauf von der Stange 58 zu definieren; und die Feder 66 ist
vorgespannt, um die Stange 58 und den Anker 27 schnell
zum Körper 41 zu
bewegen, wenn das Elektromagnet 26 erregt ist, und um den
Verschluss 56 mit Hilfe von der Platte 57 in der geschlossenen
Position Schließleitung 54 zu
halten.
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Im
handelsüblichen
Einspritzer, der in 2 gezeigt wird, befindet sich
eine zweite Druckfeder 73 zwischen der Scheibe 46 vom
Anker 27 und dem Flansch 68 von der Führungsmuffe 67,
und wirkt auf die Scheibe 46, um es in normaler Position
zu halten, wobei die Schulter 63 gegen den Ring 62 auf
der Stange 58 bleibt. Die Wirkung der Feder 66 ist
jedoch größer, als
die von der Feder 73.
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Die
Muffe 59 von der Scheibe 46 muss durch eine festgesetzte
Distanz D von der Führungsmuffe 67 getrennt
sein (siehe ebenfalls 3b), um die Einfügung vom
Ring 62 in die Rille 61 zu erlauben, nach Einpassen
der Stange 58 in die Führungsmuffe 67,
Befestigen des Flansches 68 mit Hilfe der Ringmutter 44,
und Einpassen der Feder 73 an Muffe 67 und Muffe 59 an
Stange 58.
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Im
bisher beschriebenen handelsüblichen Einspritzer,
wenn die Feder 66 die Stange 58 aktiviert, um
die Kugel 56 wieder in die geschlossene Position zu bringen,
ist die Kugel 56 gemeinsam mit der Stange 58 durch
die konische Fläche 60 vom
Ventilkörper 41 arretiert.
Mit Hilfe des C-förmigen
Rings 62, nimmt die Stange 58 den Anker 27 mit,
der dazu neigt, sich durch Gravitationskraft abwärts zu bewegen und innerhalb
der Distanz D den Lauf zu überschreiten.
Der Anker 27 wird anschließend durch die Feder 73 zurück in Position
gebracht, wobei die Schulter 63 gegen den Ring 62 bleibt,
und letztlich nach einer bestimmten Menge von relativ starken, relativ
anhaltenden Schwingungen arretiert wird, während der er unfähig ist,
auf die nächste
Erregung vom Elektromagnet 26 zu antworten.
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Die
Einzelteile vom Einspritzer der 3a, die
unter Verwendung derselben Bezugsnummern wie in 2 angegeben
werden, sind in struktureller und in funktioneller Hinsicht genauso
wie diejenigen, die weiter oben beschrieben werden, wodurch jede weiterreichende
Erläuterung überflüssig ist.
Um erfindungsgemäß den Überlauf
vom Anker 27 zu reduzieren und ihn schnell in der geschlossenen
Position von Schlussventil 24 zu arretieren, ist ein Arretierungselement,
das durch eine Platte 74 mit einer kalibrierten Dicke S
definiert ist, zwischen einer Endfläche 75 von der Ringmutter 44 und
einer Endfläche 65 von
der Muffe 59 des Ankers 27 bereit gestellt. Die Platte 74 wird
aus extrem hartem unmagnetischem Material hergestellt, und kann
aus irgendeinem Metallwerkstoff bestehen, z.B. aus einsatzgehärtetem Stahl.
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Die
Platte 74 ist derart geformt, um einen ersten Sektor 76 (4 und 5)
mit mehr als 180° und
mit im Wesentlichen demselben Durchmesser wie die zylindrische Fläche 45 von
der Muffe 25 zu umfassen, so dass die Platte 74 durch
die Muffe 25 verriegelt ist. Der Sektor 76 ist
symmetrisch hinsichtlich einer Achse 77, und die Platte 74 weist
eine Öffnung 78 auf,
die einen im Wesentlichen halbkreisförmigen ersten Abschnitt 79 umfasst,
der konzentrisch mit dem Sektor 76 ist, der ebenfalls symmetrisch
hinsichtlich der Achse 77 ist, und der durch die Stange 58 eingerastet
ist.
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Die
Dicke S von der Platte 74 (3b) ist
genau kalibriert, um mit der Fläche 65 von
der Muffe 59 ein vorbestimmtes Axialspiel P zu bilden,
das erheblich kleiner als die Distanz D ist, das besonders klein ist
und dem gewünschten Überlauf
von Anker 27 entspricht, und das vorzugsweise kleiner als
20 Mikron sein kann.
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Die Öffnung 78 umfasst
ebenfalls einen sektorförmigen
zweiten Abschnitt 81, der ebenfalls symmetrisch hinsichtlich
der Achse 77 ist, der einen größeren Durchmesser als der Außendurchmesser
von der Muffe 59 aufweist, der durch Exzentrizität E exzentrisch
gegenüber
Abschnitt 79 ist, und der durch zwei parallele Abschnitte 82 mit
dem Abschnitt 79 verbunden ist. Vorzugsweise ist der Durchmesser vom
Abschnitt 81 zweimal die Exzentrizität E.
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Die
Platte 74 umfasst ebenfalls einen zweiten Sektor 83,
der konzentrisch mit dem Abschnitt 81 von der Öffnung 78 ist,
und deren Kante mit der Kante vom Sektor 76 verbunden ist.
Eine Druckfeder 84 (3a) befindet
sich zwischen der Platte 74 und der Scheibe 46,
um dieselbe Wirkung auf die Scheibe 46 auszuüben, wie
die Feder 73 vom handelsüblichen Einspritzer in 2.
Die Windungen der Feder 84 weisen einen größeren Durchmesser
als der Abschnitt 81 von der Öffnung 78 auf, um
die Feder 84 daran zu hindern, durch die Öffnung 78 zu
gleiten. Im effektiven Einsatz hält
die Feder 84 die Platte 74 elastisch auf der Fläche 75 von
der Ringmutter 44, und hindert die Platte 74 daran,
axial zu schwingen, wenn die Muffe 59 vom Anker 27 arretiert
ist.
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Für den Zusammenbau
des Ventils 24 wird der Ventilkörper 41 in den Körper 6 eingesteckt;
die kalibrierte Unterlegscheibe 72 auf dem Flansch 42 angebracht,
und die Kugel 56 mit der Platte 57 auf der konischen
Fläche 60;
die Muffe 67 wird in die Ringmutter 44 eingesteckt,
und die Stange 58 in die Muffe 67; die Ringmutter 44 wird
auf das Innengewinde am Körper 6 geschraubt,
um die Muffe 67 zu sichern; die Platte 74 wird
auf der Ringmutter 44 angebracht, und die Feder 84 auf
der Platte 74; und wird letztlich die Muffe 59 des
Ankers 27 auf der Stange 58 angebracht.
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Um
den C-förmigen
Ring 62 in die Rille 61 auf der Stange 58 einzufügen, wird
die Platte 74 derart quer gegenüber der Stange 58 und
parallel zur Achse 77 bewegt, dass der Abschnitt 81 von
der Öffnung 78 koaxial
mit der Stange 58 ist, wie es durch die strichpunktierte
Linie in 4 gezeigt wird. Dann wird, gegenüber der
Feder 84 (siehe ebenfalls 3a), die
Scheibe 46 vom Anker 27 die ganze Distanz D zur
Muffe 67 und über
Rille 61 auf der Stange 58 gezwungen.
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Daraufhin
wird der Ring 62 in die Rille 61 eingesteckt und
die Scheibe 46 gelöst;
die Feder 84 veranlasst die Scheibe dazu, auf dem Ring 62 zu
bleiben; und die Platte 74 wird derart der Achse 77 entlang
bewegt, dass der Abschnitt 79 von der Öffnung 78 die Stange 58 einrastet.
Dieser Zusammenbau bildet den beweglichen Teil vom Elektromagnet 26 und wird
Versuchen unterzogen, bevor der Rest vom Einspritzer zusammengebaut
wird.
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Getrennt
wird der Kern 30 vom Elektromagnet 26 gemeinsam
mit dem Körper 35 von
der Auslassleitung 34 in der Tragmuffe 25 angebracht,
indem die Kante 36 gebogen wird, und dieser feste Teil
vom Elektromagnet 26 wird ebenfalls getrennt Versuchen unterzogen.
Die Unterlegscheibe 29 wird in den Körper 6 eingesteckt;
gemeinsam mit dem festen Teil vom Elektromagnet 26 wird
die Tragmuffe 25 derart in den Körper 6 eingesteckt,
dass die Innenfläche 45 von
der Muffe 25 nun die Platte 74 schräg verriegelt; und
letztlich wird die Muffe 25 mit Hilfe von der Ringmutter 28 am
Körper 6 befestigt.
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Der
beschriebene Einspritzer 5 funktioniert wie folgt.
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Wenn
die Windung 33 erregt ist (3a), zieht
der Kern 30 den Anker 27 an, welcher mit Hilfe von
der Schulter 63 und dem Ring 62 die Stange 58 gegenüber Feder 66 positiv
mit sich zieht. Der Druck des Kraftstoffs in der Kammer 49 öffnet daher
derart den Verschluss 56, dass der Kraftstoff in der Kammer 49 in
die Auslasskammer 47 entladen wird und der Leitung 34 entlang
zurück
in den Tank. Im Betrieb bezwingt der Druck vom Kraftstoff in der
Kammer 22 (siehe ebenfalls 1) den Restdruck
an der Endfläche 55 von
der Stange 9 und hebt derart den Stift 12, dass
durch die Einspritzlöcher 8 Kraftstoff
in die Kammer 22 eingespritzt wird.
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Wenn
die Windung 33 entregt ist, klappt die Feder 66 die
Stange 58 nach unten, die mit Hilfe von Ring 62 den
Anker 27 mit sich nimmt. Die kinetische Energie von der
Stange 58 ist teilweise durch die Turbulenz zerstreut,
die durch den Flansch 71 im Kraftstoff in der Kammer 70 erzeugt
wird, wodurch der Aufprall von der Stange 58, der Platte 57 und
der Kugel 56 abgedämpft
wird. Die Kugel 56 schließt somit die Auslassleitung 54,
und der unter Druck gesetzte Kraftstoff stellt derart den Druck
in der Steuerkammer 49 wieder her, dass der Stift 12 die
Einspritzlöcher 8 schließt.
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Wenn
die Stange 58 arretiert ist, bewegt sich der Anker 27 weiterhin
durch Gravitationskraft gegenüber
der Feder 84, und überschreiten
den Lauf hinsichtlich des Laufs von der Stange 58, um den Verschluss 56 zu
schließen.
Die Fläche 65 von
der Muffe 59 ist auf der Platte 74 arretiert und
federt zurück
und schwingt als ein Ergebnis von Feder 84, aber die Bewegung
des Ankers 27 ist eingeschränkt auf das kleine Spiel P
zwischen der Platte 74 und der Fläche 65 von der Muffe 59.
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Überdies,
die jederzeit durch Feder 84 auf der Ringmutter 44 gehaltene
Platte 74 begleitet weder die Schwingung vom Anker 27,
noch verstärkt
sie diese auf irgendeine Art, so dass die kinetische Energie vom
Anker 27 stark reduziert ist, die Rückfederung in beiden Richtung
schnell gedämpft
ist, und der Intervall zwischen dem Entregen der Windung 33 und der
nächsten
Kraftstoffeinspritzungsoperation vom Anker 27 ebenfalls
stark reduziert ist.
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Im
Vergleich mit der bekannten Technik ergeben sich die Vorteile vom
erfindungsgemäßen Dosierventil 24 aus
der vorhergehenden Beschreibung. Diese bestehen darin, dass die
Platte 74 dem schnellen Arretieren des Ankers 27 auf
dem Ring 62 dient, um den Intervall zwischen den beiden
aufeinander folgenden Operationen vom Anker 27 zu reduzieren und
somit schnell aufeinander folgende Mehrfacheinspritzungen in jeden
Motorzylinder im selben Verbrennungszyklus zu erlauben.
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Überdies
sitzt die Platte 74 fest, da sie jederzeit durch die Innenfläche 45 von
der Muffe 25 schräg verriegelt
ist, und im Einsatz die Schwingung vom Anker 27 nicht begleitet,
da sie jederzeit an einer festen Arretierung gehalten wird, die
durch die Ringmutter 44 definiert ist.
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Es
können
zweifellos Änderungen
am vorliegend beschriebenen Dosierventil vorgenommen werden, ohne
jedoch den Rahmen der angehängten
Ansprüche
zu sprengen. Die Platte 74 und die Öffnung 78 können beispielsweise
anders als die beschriebenen geformt sein; die Feder 84 kann
durch eine Blattfeder oder durch eine oder mehrere Belleville-Federn ersetzt
werden; und die Muffe 25 kann gestaltet sein, um direkt
auf das entsprechende Außengewinde
am Körper 6 geschraubt
zu werden.