DE602005000060T2 - Einspritzdüse - Google Patents

Einspritzdüse Download PDF

Info

Publication number
DE602005000060T2
DE602005000060T2 DE602005000060T DE602005000060T DE602005000060T2 DE 602005000060 T2 DE602005000060 T2 DE 602005000060T2 DE 602005000060 T DE602005000060 T DE 602005000060T DE 602005000060 T DE602005000060 T DE 602005000060T DE 602005000060 T2 DE602005000060 T2 DE 602005000060T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
valve needle
outer valve
seat
injection
injector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE602005000060T
Other languages
English (en)
Other versions
DE602005000060D1 (de
Inventor
Michael P. Cooke
Andrew J. Limmer
Louise A. Connelly
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Original Assignee
Delphi Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Delphi Technologies Inc filed Critical Delphi Technologies Inc
Publication of DE602005000060D1 publication Critical patent/DE602005000060D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE602005000060T2 publication Critical patent/DE602005000060T2/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/042The valves being provided with fuel passages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • F02M61/182Discharge orifices being situated in different transversal planes with respect to valve member direction of movement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/46Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse zur Verwendung in einem Kraftstoff-Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor. Sie betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich eine Einspritzdüse zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung (Dieselmotor), in welchem eine erste und zweite Ventilnadel betätigt werden können, um die Einspritzung von Kraftstoff in einen zugehörigen Verbrennungsraum durch eine Mehrzahl von Düsenauslässen zu steuern.
  • Eine so genannte variable Einspritzdüse besitzt mindestens zwei Auslassöffnungen, durch welche Kraftstoff in einen zugehörigen Verbrennungszylinder eingespritzt wird, wobei eine erste und eine zweite Ventilnadel betätigt werden können, um zu steuern, ob eine Einspritzung durch nur einen der Auslässe oder durch beide Auslässe zusammen erfolgen soll. Bei einer bekannten Einspritzdüse dieser Art wird der Strom des Kraftstoffs zu einem ersten Satz von Düsenauslässen durch eine äußere Ventilnadel gesteuert. Der Strom zu einem zweiten Satz von Düsenauslässen wird von einer inneren Ventilnadel gesteuert, die von der äußeren Ventilnadel nur dann angehoben wird, wenn der Kraftstoffstrom durch den ersten Satz von Düsenauslässen ein ausreichendes Maß erreicht. Diese Anordnung ermöglicht die Auswahl eines großen Düsen-Gesamtauslassbereichs für Hochleistungsbetriebsarten und einen kleinen Düsen-Gesamtauslassbereich, um optimale Motoremissionen bei niedrigen bis mittleren Leistungsbereichen zu erreichen. Die Einspritzdüse hat daher einen breiteren Anwendungsbereich als einstufige Einspritzdüsen, in denen nur eine einzige Ventilnadel die Einspritzung durch einen Düsenauslass oder durch einen einzigen Satz von Düsenauslässen steuert.
  • Das Dokument WO 03/040543 A zeigt eine variable Einspritzdüse mit einem ersten und einem zweiten Satz von Düsenauslässen, die jeweils von einer äußeren bzw. einer inneren Ventilnadel gesteuert werden.
  • Es gibt jedoch zwei hauptsächliche Probleme mit variablen Einspritzdüsen der vorgenannten Art. Zum ersten sind die Erfordernisse für das Anheben der gesamten Ventilnadel groß, verglichen mit einer einstufigen Einspritzdüse, die nur eine einzige Ventilnadel besitzt. Zum zweiten befindet sich eine zwischen der inneren und der äußeren Ventilnadel gebildete Kammer zwischen den einzelnen Einspritz-Ereignissen in strömungstechnischer Verbindung mit dem ersten Satz von Düsenauslassungen. Der Kraftstoff in dieser Kammer kann zu einem späten Zeitpunkt des Verbrennungszyklus aus den Düsenauslässen gespritzt werden, was verursacht, dass der Motor Kohlenwasserstoff-Emissionen erzeugt, d. h. unverbrannten oder nur teilweise verbrannten Kraftstoff im Abgas.
  • In einer Art Einspritzdüse mit variabler Öffnung ist ein piezoelektrisches Betätigungsorgan integriert, um die Ventilnadel anzuheben. Ein Betätigungsorgan mit einem piezoelektrischen Stapel wird wiederholt abwechselnd energetisiert und de-energetisiert, um die Stapellänge und damit die Bewegung der Düsenventilnadel zu steuern. Die für das Anheben der Ventilnadel erforderliche Energie wird also elektrisch bereitgestellt, was eine direkte Wirkung auf das Stapelvolumen (d. h. die Breite, die Länge und die Tiefe) und die gesamte Zuverlässigkeit des Betätigungsorgans hat. Da die Wirkung des Kraftstoffvolumens während Einspritzungen für derzeitige Anforderungen an die Motoremissionen immer kritischer wird, sind die Genauigkeit der Steuerung und die Wiederholbarkeit der Einspritzleistung von zunehmender Bedeutung. Um vorgeschlagenen Regulierungen für die Emissionen zu genügen, werden Motoren beispielsweise so betrieben, dass während des Betriebs in unteren und mittleren Leistungsbereichen ein hoher Anteil an Abgas rezirkuliert wird, was bedeutet, dass die geringere Menge an verfügbarem Sauerstoff die Möglichkeit verringert, dass nur schlecht versprühter Kraftstoff verbrannt wird.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einspritzdüse mit variabler Öffnung bereitzustellen, die in der Lage ist, den derzeitigen und zukünftigen Emissionsanforderungen zu genügen, während die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Einspritzdüse für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei die Einspritzdüse eine äußere Ventilnadel, die an einem äußeren Ventilsitz zur Anlage gelangen kann, um die Einspritzung durch einen ersten Düsenauslass zu steuern, und eine innere Ventilnadel umfasst, die innerhalb der äußeren Ventilnadel bewegbar ist und an einem inneren Ventilsitz zur Anlage gelangen kann, um die Einspritzung durch einen zweiten Düsenauslass zu steuern. Der äußere Ventilsitz bildet einen ersten und einen zweiten Sitz für die äußere Ventilnadel, wobei das Zusammenwirken zwischen der äußeren Ventilnadel und dem ersten Sitz den Kraftstoffstrom zwischen einer ersten Abgabekammer und dem ersten Düsenauslass steuert und das Zusammenwirken zwischen der äußeren Ventilnadel und dem zweiten Sitz den Kraftstoffstrom zwischen einer zweiten Abgabekammer und dem ersten Düsenauslass steuert, wobei die zweite Abgabekammer mit der ersten Abgabekammer über einen ergänzenden Durchflussweg in Verbindung steht, der zumindest teilweise innerhalb der äußeren Ventilnadel ausgebildet ist. Die innere Ventilnadel umfasst einen Sitzbereich, der an dem inneren Ventilsitz zur Anlage gelangen kann, wobei der Sitzbereich einen teilkugelförmigen Bereich aufweist, der zusammen mit dem inneren Ventilsitz eine Sitzverengung bzw. einen Engsitz bildet, durch die bzw. den unter solchen Umständen, in denen die innere Ventilnadel von dem inneren Ventilsitz weg gehoben ist, Kraftstoff zwischen der zweiten Abgabekammer und dem zweiten Düsenauslass fließt.
  • Vorzugsweise kann der Sitzbereich stromabwärts des teilkugelförmigen Bereichs einen Bereich mit konischer Gestalt aufweisen, um eine Verzögerungswirkung auf die Geschwindigkeit des Kraftstoffstroms stromabwärts der Sitzverengung zu erzielen. Dies ist vorteilhaft, weil es sicherstellt, dass der höchstmögliche Druck in dem Hohl- oder Sackvolumen der Düse stromabwärts der Sitzverengung erhalten wird, bevor der Kraftstoff in den zweiten Auslass fließt. Dies stellt sicher, dass eine gute Strömungscharakteristik in Richtung des zweiten Auslasses erreicht wird, ohne dass es erforderlich wäre, übermäßig große Hubstrecken für die innere Ventilnadel bereitzustellen, die für bekannte Sitzgeometrien erforderlich sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Einspritzdüse ein Kopplungsmittel für das Ankoppeln der Bewegung der äußeren Ventilnadel an die innere Ventilnadel, und zwar unter solchen Umständen, in denen die äußere Ventilnadel über einen zuvor festgelegten Betrag hinaus weg von dem äußeren Ventilsitz bewegt wird, wodurch es möglich wird, dass eine Einspritzung von Kraftstoff durch sowohl den ersten als auch den zweiten Düsenauslass erfolgt.
  • Die Einspritzdüse der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass durch das Einspritzventil-Betätigungsorgan eine verringerte Kraft auf die äußere Ventilnadel wirkt, während immer noch ein annehmbarer Kraftstofffluss zu dem ersten Auslass erzielt wird. Eine verringerte Anhebekraft kann deshalb verwendet werden, weil der Kraftstoff an zwei Sitzen vorbei zu dem ersten Auslass fließt. Dies ist ein Unterschied gegenüber bekannten Düsen mit variabler Öffnung, in denen der Kraftstoffstrom zu den Düsenauslässen nur an einem einzigen Sitz vorbei fließt. Die verringerte Anforderung an das Betätigungsorgan verlängert die Betriebsdauer dieses relativ teuren Bestandteils des Einspritzventils. Außerdem wird die Steuerung der Einspritzung verbessert, was das Einhalten von Emissionserfordernissen unterstützt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die äußere Ventilnadel mit einer axialen Bohrung ausgestattet, in welcher die innere Ventilnadel aufgenommen ist, und worin der ergänzende Durchflussweg teilweise durch einen Bereich der axialen Bohrung gebildet wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der ergänzende Durchflussweg außerdem durch mindestens einen radialen Durchlass gebildet, der in der äußeren Ventilnadel ausgebildet ist, wobei der radiale Durchlass eine Verbindung zwischen der ersten Abgabekammer und der axialen Bohrung in der äußeren Ventilnadel bewirkt.
  • In einer Ausführungsform besitzt das elastische oder federnde Element die Gestalt eines länglichen oder langgestreckten Elements mit einer seitlichen Elastizität, beispielsweise als Federstift mit im Allgemeinen C-förmigem Querschnitt. Ein Teil der inneren Ventilnadel ist innerhalb des Federstifts aufgenommen und kann sich in Folge einer Bewegung der äußeren Ventilnadel von dem äußeren Ventilnadelsitz um weniger als den vorherbestimmten Betrag weg zusammen mit dem Stift bewegen.
  • Vorzugsweise wird das elastische oder federnde Element von der äußeren Ventilnadel durch Reibschluss zwischen diesen Teilen getragen. Beispielsweise steht eine äußere Oberfläche des Federstifts in Reibschluss mit der äußeren Ventilnadel, um den Federstift und die äußere Ventilnadel zusammenzukoppeln.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das elastische oder federnde Element eine erste Kontaktoberfläche zum Angriff an eine zweite Kontaktoberfläche der inneren Ventilnadel, wobei die genannten Oberflächen im Wesentlichen flach sind. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform besitzen die genannten Kontaktoberflächen eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Gestalt.
  • Die letztgenannte Ausführungsform kann von Vorteil sein, weil sie eine stärkere innere Ventilnadel-Struktur ergibt. Insbesondere bildet das elastische oder federnde Element eine erste obere konische Oberfläche, und das vergrößerte Ende der inneren Ventilnadel eine entsprechend geformte zweite obere konische Oberfläche zur Anlage oder zum Angriff an der genannten ersten oberen konischen Oberfläche des elastischen oder federnden Elements aus, wobei die genannten oberen Oberflächen zwischen sich einen Spalt mit einem Abstand bilden, der gleich dem zuvor festgelegten Betrag ist, wenn sich die innere und äußere Ventilnadel jeweils an ihrem Sitz befindet, und worin das genannte äußere Ventilelement um den zuvor festgelegten Betrag weg von dem äußeren Ventilsitz bewegt werden kann, derart, dass es an den genannten oberen Kontaktoberflächen angreift, was zur Folge hat, dass jede weitere Bewegung der äußeren Ventilnadel weg von dem äußeren Ventilsitz auf die innere Ventilnadel übertragen wird.
  • Als Hintergrund für die Erfindung umfasst eine Einspritzdüse für einen Verbrennungsmotor eine äußere Ventilnadel, die an einem äußeren Ventilnadelsitz zur Anlage gelangen kann, um die Einspritzung durch einen ersten Düsenauslass zu steuern, eine innere Ventilnadel, die mit der äußeren Ventilnadel bewegbar ist und an einem inneren Ventilsitz zur Anlage gelangen kann, um die Einspritzung durch einen zweiten Düsenauslass zu steuern, und ein Kopplungsmittel zum Koppeln der Bewegung der äußeren Ventilnadel an die innere Ventilnadel unter solchen Umständen, in denen die äußere Ventilnadel über einen zuvor festgelegten Betrag hinaus weg von dem äußeren Ventilsitz bewegt wird, wodurch die Einspritzung von Kraftstoff durch sowohl den ersten als auch den zweiten Düsenauslass bewirkt wird. Der äußere Ventilsitz bildet einen ersten und einen zweiten Sitz für die äußere Ventilnadel, wobei das Zusammenwirken zwischen der äußeren Ventilnadel und dem ersten Sitz den Kraftstoffstrom zwischen einer ersten Abgabekammer und dem ersten Düsenauslass steuert, und ein Zusammenwirken zwischen der äußeren Ventilnadel und dem zweiten Sitz den Kraftstoffstrom zwischen einer zweiten Abgabekammer und dem ersten Düsenauslass steuert. Die zweite Abgabekammer steht über einen ergänzenden Durchflussweg, der zumindest teilweise innerhalb der äußeren Ventilnadel ausgebildet ist, mit der ersten Abgabekammer in Verbindung. Außerdem umfasst das Kopplungsmittel ein elastisches oder federndes Element, das durch die äußere Ventilnadel getragen ist und in Folge einer Bewegung der äußeren Ventilnadel über den zuvor festgelegten Betrag hinweg in Eingriff oder Anlage mit der inneren Ventilnadel gebracht wird, was zur Folge hat, dass die innere Ventilnadel sich zusammen mit der äußeren Ventilnadel bewegt.
  • Optionale oder bevorzugte Merkmale der ersten Ausgestaltung der Erfindung können auch in dem obigen Beispiel enthalten sein, welches jedoch nicht zu demjenigen Gegenstand gehört, für den Schutz angestrebt wird.
  • In einer anderen Ausgestaltung stellt die Erfindung ein Einspritzventil zur Verwendung in einem Kraftstoff-Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors bereit, wobei das Einspritzventil eine Einspritzdüse gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung und ein Betätigungsorgan zum Bewirken der Bewegung der äußeren Ventilnadel umfasst. Vorzugsweise ist das Betätigungsorgan vom piezoelektrischen Typ.
  • In einer anderen Ausgestaltung wird ein Einspritzventil zur Verwendung in einem Kraftstoff-Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors bereit gestellt, wobei das Einspritzventil eine Einspritzdüse gemäß der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, ein erstes Betätigungsorgan zum Bewirken der Bewegung der äußeren Ventilnadel und ein zweites Betätigungsorgan zum Bewirken der Bewegung der inneren Ventilnadel umfasst.
  • Die Erfindung eignet sich insbesondere in Kombination mit piezoelektrisch angetriebenen Kraftstoff-Einspritzventilen, und zwar auf Grund der Vorteile, dass die äußere Ventilnadel zwei Sitze aufweist, wie voranstehend beschrieben wurde, was es möglich macht, verringerte Anhebekräfte zu verwenden. Die Betriebsdauer des Betätigungsorgans wird deshalb verlängert und die Leistung verbessert.
  • Die Erfindung wird nachstehend rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
  • 1 eine Querschnittsansicht eines Einspritzventils ist, welches eine Einspritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;
  • 2 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausgestaltung der Einspritzdüse in einem geschlossenem Zustand (nicht einspritzend) ist;
  • 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der äußeren Ventilnadel der Einspritzdüse gemäß der 2 ist;
  • 4 eine vergrößerte Ansicht eines Federstifts ist, der einem Teil der Einspritzdüse gemäß der 2 bildet;
  • 5 eine Querschnittsansicht der Einspritzdüse gemäß der 2 in einem ersten, offenen Zustand (einem ersten Einspritz-Zustand) ist;
  • 6 eine Querschnittsansicht der Einspritzdüse gemäß der 2 in einem zweiten offenen Zustand (einem zweiten Einspritz-Zustandes) ist; und
  • 7 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der Einspritzdüse in geschlossenem Zustand (nicht einspritzend) ist.
  • Die Einspritzdüse der vorliegenden Erfindung ist vom Düsentyp mit variabler Öffnung (variablem Öffnungsquerschnitt) und umfasst eine erste und eine zweite Ventilnadel zum Steuern der Einspritzung durch entsprechende erste und zweite Sätze von Düsenauslässen, die in einem Einspritzdüsenkörper vorhanden sind. Die Einspritzdüse ist besonders geeignet für den Einbau in ein Einspritzventil mit einem piezoelektrischen Betätigungsorgan zum Steuern der Bewegung der Ventilnadeln.
  • 1 zeigt ein piezoelektrisches Einspritzventil, insgesamt mit 10 bezeichnet, in welchem die Einspritzdüse der vorliegenden Erfindung enthalten sein kann. Die Einspritzdüse wird allgemein mit 12 bezeichnet. Nur bestimmte Elemente der Einspritzdüse 12 sind in 1 sichtbar, Einzelheiten lassen sich jedoch deutlicher in dem vergrößerten Querschnitt erkennen, der in 2 gezeigt wird.
  • Nun sei auf die 1 und 2 Bezug genommen. Eine äußere Ventilnadel 14 der Düse 10 ist innerhalb einer in einem Düsenkörper 18 ausgebildeten Blindbohrung 16 bewegbar, um die Einspritzung von Kraftstoff durch einen ersten Satz von Auslassöffnungen 20 (nur in 2 sichtbar) zu steuern. Die Einspritzdüse besitzt außerdem eine innere Ventilnadel 22, die innerhalb einer in einem unteren Bereich der äußeren Ventilnadel 14 ausgebildeten axialen Bohrung 24 gleitbar montiert ist. Die Bewegung der inneren Ventilnadel 22 steuert die Einspritzung von Kraftstoff durch einen zweiten Satz von Auslässen 26 (nur in 2 sichtbar). Das geschlossene Ende der Bohrung 16 des Düsenkörpers bildet ein Tot- oder Sackvolumen 27 aus, mit welchem innenseitige Enden des zweiten Satzes von Auslässen 26 in Verbindung stehen. Der erste und der zweite Satz von Auslässen 20, 26 sind jeweils gezeigt als mit zwei oder mehr Auslässen in jedem Satz versehen, obwohl gleichermaßen jeder Satz durch nur einen einzigen Auslass ersetzt sein kann, von denen sich einer in einer ersten axialen Höhe entlang des Düsenkörpers 18 befindet und ein weiterer in einer zweiten, unterschiedlichen Höhe entlang des Düsenkörpers 18 befindet. Für die Zwecke dieser Beschreibung soll jeder Bezug auf "Auslass" so verstanden werden, dass er einen oder mehrere Auslässe bedeutet.
  • Die äußere Ventilnadel 14 ist mit Hilfe einer ersten Schließfeder 32 (nur in 1 sichtbar) in Richtung eines äußeren Ventilsitzes von im Wesentlichen kegelstumpfförmiger Gestalt vorgespannt und wird mit Hilfe eines piezoelektrischen Betätigungsorgans 28 veranlasst, sich gegen die Federkraft weg von dem äußeren Ventilsitz 30 zu bewegen. Die innere Ventilnadel 22 wird mit Hilfe einer zweiten Schließfeder 36 gegen einen inneren Ventilsitz 34 vorgespannt und wird veranlasst, sich bei einer Bewegung der äußeren Ventilnadel 14 über einen zuvor festgelegten Betrag hinaus gegen die Federkraft weg von dem inneren Ventilsitz 34 zu bewegen, was weiter unten genauer beschrieben werden wird. Der innere Ventilsitz 34 ist stromabwärts des äußeren Ventilsitzes 30 angeordnet, wobei beide Sitze 30, 34 von einem unteren Bereich der Düsenkörper-Bohrung 16 gebildet bzw. begrenzt werden. Die zweite Schließfeder 36 ist innerhalb einer Federkammer 23 untergebracht, die in einem oberen Ende der axialen Bohrung 24 in der äußeren Ventilnadel 14 ausgebildet ist. Typischerweise können die erste und die zweite Schließfeder 32, 36 Spiraldruckfedern sein, obwohl andere Arten von elastischen oder federnden, vorspannenden Bauteilen als Alternativen eingesetzt werden können. Das Vorsehen der Federn 32, 36 stellt sicher, dass die Ventilnadeln 14, 22 zu solchen Zeiten an ihrem Sitz verweilen, zu denen es keinen Kraftstoffdruck innerhalb des Einspritzventils gibt.
  • Das piezoelektrische Betätigungsorgan 28 umfasst einen Stapel 40 aus piezoelektrischen Elementen, wobei der Stapel 40 innerhalb eines Einspritzventil-Speichervolumens 42 angeordnet ist, welches mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff befüllt ist, um eine hydrostatische Belastung auf den Stapel 40 aufzubringen.
  • Der piezoelektrische Stapel 40 besitzt einen mit ihm verbundenen elektrischen Verbinder 44, um es möglich zu machen, dass eine veränderliche Spannung quer über den Stapel 40 aufgebracht wird. Das Betätigungsorgan 28 ist über eine geeignete Kopplungsanordnung, beispielsweise eine hydraulische Verstärkeranordnung 37, an die äußere Ventilnadel 14 angekoppelt. Indem die Spannung quer über den piezoelektrischen Stapel 40 verändert wird, kann daher die Länge des Stapels 40 verändert werden, um die Bewegung der äußeren Ventilnadel 14 durch den hydraulischen Verstärker 37 zu steuern.
  • Kraftstoff wird durch einen Einlass 39 (sichtbar in 1) an das Einspritzventil abgegeben, beispielsweise ein "common rail" (eine gemeinsame Druckleitung) oder ein anderes gemeinsames Kraftstoffvolumen, das außerdem ausgebildet ist, um Kraftstoff zusätzlich an ein oder mehrere weitere Einspritzventile des Motors abzugeben. Der Einlass 39 versorgt das Speichervolumen 42 mit Kraftstoff, und von diesem Ort wird Kraftstoff an eine erste, obere Abgabekammer 46 geführt. Die obere Abgabekammer 46 ist zwischen der äußeren Oberfläche der äußeren Ventilnadel 14 und der Düsenkörperbohrung 16 in einem Bereich ausgebildet, der sich stromaufwärts des äußeren Ventilsitzes 30 befindet. Die äußere Ventilnadel 14 ist mit radialen Querbohrungen 47 ausgestattet, wobei ein Ende jeder Bohrung 47 mit der oberen Abgabekammer 46 und das andere Ende jeder Bohrung 47 mit der Nadelbohrung 24 in Verbindung steht. Die radialen Bohrungen 47 bilden einen Teil eines Strömungsweges für den Kraftstoff zwischen der oberen Abgabekammer 46 und einer zweiten, unteren Abgabekammer 49, die stromabwärts der ersten Auslässe 20 angeordnet ist. Von der unteren Abgabekammer 49 aus kann der Kraftstoff in die ersten Auslässe 20 fließen, wenn die äußere Ventilnadel 14 von dem äußeren Ventilsitz 30 abgehoben ist, und aus dieser Kammer kann er auch aus den Auslässen 26 fließen, und aus dieser Kammer kann der Kraftstoff auch in die zweiten Auslässe 26 fließen, wenn die innere Ventilnadel 22 von dem inneren Ventilsitz 34 abgehoben ist, was weiter unten genauer diskutiert werden wird.
  • Die äußere Ventilnadel 14 umfasst einen oberen Endbereich 14a (nur sichtbar in der 1) mit einem Durchmesser, der im wesentlichen gleich demjenigen der Düsenkörperbohrung 16 ist, so dass das Zusammenwirken zwischen diesen Teilen dazu dient, die Bewegung der äußeren Ventilnadel 14 zu führen, wenn sie sich während des Gebrauchs innerhalb der Düsenkörperbohrung 16 bewegt. Der untere Bereich der äußeren Ventilnadel 14 umfasst einen Sitzbereich 14b, der zur Anlage mit den äußeren Ventilnadelsitz 30 ausgeformt ist.
  • Wie deutlicher in 3 gezeigt ist, ist es ein besonderes Merkmal der Erfindung, dass die äußere Oberfläche der äußeren Ventilnadel 14 so geformt ist, dass sie eine erste (obere) Sitzlinie 50 stromaufwärts der ersten Auslässe 20 und eine zweite (untere) Sitzlinie 52 stromabwärts der ersten Auslässe 20 bildet. Die äußere Ventilnadel 14 ist mit einem vertieften oder mit einer Ausnehmung versehenen Bereich ausgestattet, der an entsprechenden oberen und unteren Kanten davon die obere und untere Sitzlinie 50, 52 bildet.
  • Vier unterschiedliche Bereiche der äußeren Ventilnadel 14 sind in 3 sichtbar: Ein oberer Bereich 14c, ein oberer Sitzbereich 14d, ein unterer Sitzbereich 14e und ein Endbereich 14f. Aus Klarheitsgründen sind die Bereiche 14c bis 14f der äußeren Ventilnadel 14 in der 2 nicht kenntlich gemacht. Der obere Sitzbereich 14d und der untere Sitzbereich 14e bilden zusammen den eingezogenen oder vertieften Bereich der äußeren Ventilnadel 14 und begrenzen, zusammen mit dem angrenzenden Bereich der Bohrung 16, ein ringförmiges Volumen 54 für den Kraftstoff am einlassseitigen Ende der ersten Auslässe 20. Die obere Kante des oberen Sitzbereichs 14c bildet die obere Sitzlinie 50, und die untere Kante des unteren Sitzbereiches 14e bildet die untere Sitzlinie 52. Wenn die äußere Ventilnadel 14 ihre Sitzstellung in Anlage gegen den äußeren Ventilsitz 30 annimmt, gelangen sowohl die obere als auch die untere Sitzlinie 50, 52 mit dem äußeren Ventilsitz 30 an entsprechenden ersten und zweiten Sitzen 56, 58 in Anlage.
  • Unter nochmaliger Bezugnahme auf die 2 sei darauf verwiesen, dass die innere Ventilnadel 22 so geformt ist, dass sie drei unterschiedliche Bereiche umfasst: einen unteren Bereich 22a, einen gestuften Bereich 22b und einen oberen, vergrößerten Endbereich 22c. Der untere Bereich der inneren Ventilnadel 22 bildet einen Sitzbereich 22a für die innere Ventilnadel 22, der so geformt ist, dass er an dem inneren Ventilsitz 34 angreift. Der Sitzbereich 22a kann mit dem inneren Ventilsitz 34 zur Anlage gelangen, um die Einspritzung durch die zweiten Auslässe 26 zu steuern. Es ist ein besonderes Merkmal des Sitzbereichs 22a, dass er eine teilkugelförmige oder teilsphäroide Form besitzt, die sich zu einem konisch geformten Bereich abschrägt oder abflacht, der in einer kegelförmigen Spitze endet.
  • Die äußere Ventilnadel 14 ist an ein elastisches oder federndes Element 60 in Gestalt eines Federstifts 60 gekoppelt oder trägt dieses Element, das genauer in der 4 gezeigt ist. Der Federstift 60 hat einen allgemein C-förmigen Querschnitt und ist über einen Reibkontakt zwischen seiner äußeren Oberfläche und der Oberfläche der Bohrung 24 in der äußeren Ventilnadel 14 an diese gekoppelt bzw. mit ihr verbunden. Der Federstift besitzt eine laterale Elastizität (im Gegensatz zu einer axialen Elastizität) und es ist diese Elastizität, die eine Reibverbindung zwischen den Teilen 60, 14 ergibt. Der äußere Durchmesser des Federstifts 60 ist so gewählt, dass er geringfügig größer als der Innendurchmesser der axialen Bohrung 27 in der äußeren Ventilnadel 14 ist, so dass dann, wenn die Kombination aus innerer Ventilnadel 22 und Federstift 60 in der axialen Bohrung 24 der äußeren Ventilnadel 14 aufgenommen ist, die Elastizität des Federstifts 60 in der lateralen Richtung dazu dient, die äußere Oberfläche des Federstifts 60 in einen Reibungskontakt mit der Oberfläche der Bohrung zu zwingen.
  • Der Federstift 60 besitzt obere und untere Endflächen 60a bzw. 60b, die im Wesentlichen flach sind. Wie in der 2 dargestellt ist, bilden der gestufte Bereich 22b und der vergrößerte Endbereich 22c der inneren Ventilnadel 22 entsprechende flache Oberflächen 122a bzw. 122b. Die untere Endfläche 60a des Federstifts 60 bildet eine Anlagefläche für den gestuften Bereich 22b der inneren Ventilnadel 22. Die obere Endfläche 60b des Federstifts 60 kann an der Oberfläche 122b des vergrößerten Endes 22c der inneren Ventilnadel 22 zur Anlage gelangen oder angreifen, wodurch ein Mittel für eine Kopplung der Bewegung der äußeren Ventilnadel 14 an die innere Ventilnadel 22 bereitgestellt wird, wenn die erstere um einen Betrag, der eine Strecke L übersteigt, von dem äußeren Ventilsitz 30 abgehoben wird. Die Strecke L wird durch den Spalt zwischen der oberen Endfläche 60b des Federstifts 60 und der Oberfläche 122b des vergrößerten Endbereichs 22c der inneren Ventilnadel 22 definiert, der vorhanden ist, wenn beide Nadeln 22, 14 an ihrem jeweiligen Sitz anliegen.
  • Nun soll der Betrieb des Einspritzventils genauer beschrieben werden. Unter hohem Druck stehender Kraftstoff wird von dem "common rail" (der gemeinsamen Druckleitung) des Einspritzsystems an die obere Abgabekammer 46 abgegeben. Anfänglich ist das piezoelektrische Betätigungsorgan 28 mit Energie beaufschlagt, und der Stapel 40 besitzt eine relativ ausgedehnte Länge. In dieser Situation werden die innere und die äußere Ventilnadel 22, 14 auf Grund der Kräfte ihrer entsprechenden Federn 36, 32 gegen ihre entsprechenden Sitze 30, 34 gehalten.
  • Wenn das piezoelektrische Betätigungsorgan 28 auf ein erstes energetisches Niveau heruntergeschaltet wird, wird der Stapel 40 veranlasst, sich zusammenzuziehen. Dies hat zur Folge, dass über den hydraulischen Verstärker 37 eine Hubkraft auf die äußere Ventilnadel 14 übertragen wird, was bewirkt, dass die äußere Ventilnadel 14 von dem äußeren Ventilsitz 30 fortbewegt wird, wobei sich sowohl die obere Sitzlinie 50 aus der Anlage mit dem oberen Sitz 56 als auch die untere Sitzlinie 52 aus der Anlage mit dem unteren Sitz 58 entfernt. Dies ist die Stellung der äußeren Ventilnadel 14, die in der 5 gezeigt ist. Während dieses anfänglichen Herunterschaltens des Betätigungsorgans 28 wird die äußere Ventilnadel 14 veranlasst, sich über eine relativ kurze Strecke zu bewegen, die kleiner als die Strecke L ist. Die Elastizität des Federstifts 60 veranlasst diesen zu einer reibschlüssigen Anlage an der axialen Bohrung 24 in der äußeren Ventilnadel 14, so dass dann, wenn sich die äußere Ventilnadel 14 bewegt, sie den Federstift 60 mit sich trägt, wodurch ein Spalt (in 5 mit G gekennzeichnet) zwischen der unteren Oberfläche 122a auf dem gestuften Bereich 22b der inneren Ventilnadel 22 und der unteren Außenfläche 60a des Stifts 60 öffnet. Unter der Voraussetzung, dass die Strecke, über die die äußere Ventilnadel 14 hinweg bewegt wird, kleiner als die Strecke L ist, greift das obere Ende des Federstifts 60 nicht an dem vergrößerten Ende 22c der inneren Ventilnadel 22 an, die dementsprechend in Anlage gegen ihren inneren Ventilsitz 34 verbleibt.
  • Während sich die äußere Ventilnadel 14 in einer Stellung befindet, in welcher sie von dem äußeren Ventilsitz 30 abgehoben ist, kann Kraftstoff aus der oberen Abgabekammer 46 an dem oberen Sitz 56 vorbei in das ringförmige Volumen 54 und durch die ersten Auslässe 20 in die Verbrennungskammer fließen. Außerdem kann Kraftstoff aus der oberen Abgabekammer 46 durch den ergänzenden Durchflussweg, der in der äußeren Ventilnadel 14 ausgebildet ist (d. h. den Durchflussweg, der von den radialen Bohrungen 47 und der axialen Bohrung 24 gebildet wird) in die untere Abgabekammer 49 fließen. Der unteren Abgabekammer 49 zugeführter Kraftstoff ist in der Lage, an dem aufgedeckten unteren Sitz 58 vorbei in das ringförmige Volumen 54 zu strömen und von dort durch die ersten Auslässe 20 herauszufliessen. Wenn also die äußere Ventilnadel 14 von dem äußeren Ventil 36 abgehoben ist, gibt es zwei Wege für den Kraftstoffstrom zu den ersten Auslässen 20: Ein erstere Strömungsweg (dargestellt durch den Pfeil A) am oberen Sitz 56 vorbei direkt aus der oberen Abgabekammer 46 und ein zweiter Strömungsweg (dargestellt durch den Pfeil B) an dem unteren Sitz 58 vorbei, indirekt aus der oberen Abgabekammer 46 über die untere Abgabekammer 49.
  • Vorausgesetzt, dass die äußere Ventilnadel 14 nur um einen Betrag bewegt wird, der geringer als die Strecke L ist, wird die innere Ventilnadel 22 weiterhin auf dem inneren Ventilsitz 34 sitzen, da das obere Ende des Federstiftes 60 von dem vergrößerten Endbereich 22c der inneren Ventilnadel 22 beabstandet bleibt, so dass die Nadeln 22, 14 entkoppelt bleiben. Wenn die innere Ventilnadel 22 auf dem inneren Ventilsitz 34 sitzt, ist eine Strömung von Kraftstoff von der unteren Abgabekammer 49 über den inneren Ventilsitz 34 und in die zweiten Auslässe 26 nicht möglich, weshalb die Einspritzung nur durch die ersten Auslässe 20 stattfindet.
  • Falls es erforderlich ist, die Einspritzung zu beenden, wird das Betätigungsorgan 28 energetisiert, um auf diese Weise die Länge des Stapels 40 zu vergrößern, wodurch die äußere Ventilnadel 14 unter der Schließkraft der Feder 32 aufsitzt.
  • Bezugnehmend auf die 6 kann das piezoelektrische Betätigungsorgan 28 während eines nachfolgenden oder eines anderen Zustandes der Einspritzbetätigung weiter auf ein zweites Deenergetisierungsmaß heruntergeschaltet werden, wodurch verursacht wird, dass sich die Länge des Stapels 40 weiterhin verringert. Als Ergebnis wird die äußere Ventilnadel 14 um einen weiteren Betrag, der größer als die Strecke L ist, von dem äußeren Ventilsitz 30 abgehoben. Die obere Endfläche 60b des Federstiftes 60 wird dadurch dazu gebracht, an dem vergrößerten Endbereich 22c der inneren Ventilnadel 22 anzugreifen. Diese Verbindung zwischen der äußeren Ventilnadel 14 und der inneren Ventilnadel 22 führt dazu, dass die auf die äußere Ventilnadel 14 angewendete Anhebekraft auf die innere Ventilnadel 22 übertragen wird. Die innere Ventilnadel 22 wird somit dazu gebracht, sich von dem inneren Ventilsitz 34 abzuheben. Es ist zu beachten, dass die Oberfläche 122a des gestuften Bereiches der inneren Ventilnadel 22 und die untere Oberfläche 60a des Federstiftes 60 unter diesen Umständen durch einen Spalt, der der Strecke L entspricht, getrennt sind.
  • Wenn die innere Ventilnadel 22 von dem inneren Ventilsitz 34 abgehoben ist, kann der der unteren Abgabekammer 49 zugeführte Kraftstoff durch die zweiten Auslässe 20 in die Verbrennungskammer strömen. Anfänglich werden die zweiten Auslässe 26 Kraftstoff durch den ergänzenden Durchflussweg B einziehen, der teilweise durch die axiale Bohrung 24 in der äußeren Ventilnadel 14 definiert ist, wenn sich allerdings die innere Ventilnadel 22 weiter abhebt, wird gegebenenfalls Kraftstoff sowohl von dem ergänzenden Durchflussweg B als auch von dem Strömungsweg, der die äußere Ventilnadel 14 umgibt, (d. h. dem Strömungsweg A, wie er in der 5 identifiziert ist) eingezogen werden.
  • Wenn sich die innere Ventilnadel 22 von ihrem Sitz abhebt, öffnet sich eine Strömungsverengung 62 (die als "Sitzverengung" bezeichnet wird) zwischen der äußeren Oberfläche des Sitzbereiches 22a und dem inneren Ventilsitz 34. Die sphärische Gestalt des Sitzbereiches 22a stellt sicher, dass eine verhältnismäßig weiche und daher effiziente Strömung vorliegt, wenn sie sich der Sitzverengung 62 nähert. Die Strömung wird in Strömungsrichtung der Sitzverengung 62 nachfolgend auf Grund des sphärischen Teils des Sitzbereiches 22a, der sich zu einem konischen Endbereich verjüngt, verteilt. Es ist ein Vorteil der teils sphärischen und teils konischen Gestalt des Sitzbereiches 22a, dass die hohe Strömungsgeschwindigkeit hinter der Sitzverengung 62 weich beschleunigt wird, da die Strömung stromabwärts zu den zweiten Auslässen 26 fortführt. Dieses stellt sicher, dass der größtmögliche Druck in dem Sack- oder Totvolumen 27 vor dem Einströmen in die zweiten Auslässe 26 erhalten wird. Dieses stellt sicher, dass eine gute Strömungscharakteristik an den zweiten Auslässen 26 erreicht wird, allerdings ohne das Erfordernis einer übermäßig großen Hubstrecke für die innere Ventilnadel 22.
  • Ein weiterer Vorteil des teilweise sphärischen Sitzbereiches 22a wird dadurch realisiert, dass die Dichtung, die gebildet wird, wenn der Bereich 22a auf der kegelstumpfförmigen Sitzfläche 34 sitzt, weniger wahrscheinlich Kraftstoff in dem Fall durchlassen wird, dass die innere Ventilnadel 22 (beispielsweise auf Grund von Herstellungstoleranzen) zwangsweise in einem Winkel relativ zu der Bohrung 24 der äußeren Ventilnadel 14 liegt, anstatt zu dieser exakt koaxial zu verlaufen. Dieses ist dadurch begründet, dass der sphärische Abschnitt des Sitzbereiches 22a eine im Wesentlichen ringförmige Kontaktlinie mit der konischen Sitzfläche 34 bewahren wird, anstatt einer elliptischen Kontaktlinie, die sich ergeben würde, wenn der Sitzbereich 22a vollständig von einer kegelstumpfförmigen Gestalt wäre.
  • Bei einer herkömmlichen Düse muss die Geometrie des Ventilnadelsitzes vorsichtig ausgewählt werden, um bei einem Aufsitzen der Nadel eine große Schlagkraftbeständigkeit zu erreichen und um außerdem ein verhältnismäßig kleines Druckvolumen zu haben. Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, stattdessen die Geometrie des Ventilsitzes zum Zwecke einer hohen Strömungseffizienz aus zwei Gründen zu optimieren. Zunächst ist die innere Ventilnadel 22 verhältnismäßig klein und besitzt daher eine geringe Masse und somit eine geringe Schlagkraft. Zum zweiten ist das Druckvolumen 27 der Düse nur bei Hochlastzuständen des Motors mit Kraftstoff gefüllt, wenn Probleme mit den Kohlenwasserstoffemissionen auf Grund der höheren Verbrennungstemperaturen und dem größeren Maß des Lufteinlasses in den Motor verringert sind.
  • Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass zu den Auslässen 20 zwei Strömungswege existieren, wenn die äußere Ventilnadel 14 von dem äußeren Ventilsitz 30 abgehoben ist, ein erster Strömungsweg direkt von der oberen Abgabekammer 46 und ein zweiter Strömungsweg indirekt von der oberen Abgabekammer 46 über den ergänzenden Strömungsweg 47, 24 und die untere Abgabekammer 49. Auf Grund des Vorliegens dieser beiden Strömungswege vorbei an den Sitzen 56, 58 ist die zum Bewegen der äußeren Ventilnadel 14 erforderliche Anhebekraft geringer als bei herkömmlichen Düsen, in denen die Strömung sich den Auslässen von nur einer Richtung (einer oberen Abgabekammer) nähert. Die vorliegende Erfindung schafft daher den Vorzug, dass durch das piezoelektrische Betätigungsorgan 28 verringerte Anhebekräfte ermöglicht werden müssen, wodurch die Einsatzdauer des Betätigungsmittels verlängert wird und eine effizientere Einspritzung geschaffen wird. Es ist ein weiterer Vorteil eines Vorsehens von zwei Sitzen 56, 58 für die äußere Ventilnadel 14, das nur ein kleines Ringvolumen 54 des Kraftstoffes den ersten Auslässen 20 und damit der Verbrennungskammer ausgesetzt ist, wenn die äußere Ventilnadel 14 am Ende der Einspritzung aufsetzt. Dieses kommt daher, dass die Verbindung zwischen dem Ringvolumen 54 und den ersten Auslässen 20 durch den Kontakt zwischen der äußeren Ventilnadel und dem unteren Sitz 58 am Ende der Einspritzung verschlossen wird. Bei herkömmlichen Einspritzdüsen, bei denen nur ein einziger Sitz in Strömungsrichtung oberhalb der Auslässe vorgesehen ist, ist zu diesem Zeitpunkt in Strömungsrichtung nach dem Sitz ein viel größeres Kraftstoffvolumen den Auslässen ausgesetzt.
  • Es wird nun ein mögliches Verfahren beschrieben werden, durch das die inneren und äußeren Ventilelemente 22, 14 miteinander verbunden werden können. Anfänglich ist die innere Ventilnadel 22 in dem Federstift 60 aufgenommen, so dass die untere Endfläche des Stiftes 60 gegen die Stufe 122 der Nadel 22 stößt. Die innere Ventilnadel 22 und der Federstift 60 sind bemessen, um die Strecke L zu definieren, über die sich die äußere Ventilnadel 14 bewegen kann, bevor eine Hubkraft auf die innere Ventilnadel 22 übertragen wird, um die Bewegung der Nadeln 14, 22 miteinander zu koppeln. Wenn der Federstift 60 auf der inneren Ventilnadel 22 montiert ist, wird die Feder 36 nachfolgend in die Federkammer 23 eingesetzt und die kombinierte Einheit aus der inneren Ventilnadel 22 und dem Federstift 60 in die axiale Bohrung 24 in der äußeren Ventilnadel 14 geschoben.
  • Die montierten inneren und äußeren Ventilnadeln 22, 14 werden nachfolgend zusammen in die Düsenkörperbohrung 16 eingesetzt. Die Nadeleinheit 22, 14 muss in die Düsenkörperbohrung 16 um genau das richtige Maß eingeschoben werden, damit die oberen und unteren Sitzlinien 50, 52 der äußeren Ventilnadel 14 an ihren entsprechenden Sitzen 56, 58 sitzen, und damit der Sitzbereich 22a der inneren Ventilnadel 22 an dem inneren Ventilsitz 34 sitzt, wobei der Federstift 60 korrekt positioniert ist, um die erforderliche Strecke L zu definieren. Um die gewünschte Einstellung zu erreichen, kann es sein, dass die relativen Positionen der inneren und der äußeren Ventilnadel 22 bzw. 14 eingestellt werden müssen, nachdem sie sich in der Düsenkörperbohrung 16 befinden. Dieses kann erreicht werden, indem die äußere oder die innere Ventilnadel 14 bzw. 22 gegen ihren Ventilsitz 30 bzw. 34 gedrückt wird, nachdem die Nadeleinheit 14, 22 innerhalb der Düsenkörperbohrung 16 positioniert ist. Um eine Beschädigung der Ventilsitze 30, 34 während des letzten Montageschrittes zu vermeiden, kann es wünschenswert sein, einen "Dummy"-Düsenkörper (z. B. ein Werkzeug mit einer Bohrung mit dem gleichen Konuswinkel wie die Bohrung 16) zu verwenden, so dass die Nadeln 22, 14 korrekt ausgerichtet sind, bevor sie schließlich innerhalb des tatsächlichen Düsenkörpers 18 montiert werden.
  • In der 7 ist eine alternative Ausführungsform der Einspritzdüse dargestellt. Teile, die den in den 2 bis 6 dargestellten Teilen ähnlich sind, sind mit gleichen Bezugskennzeichen identifiziert und werden im Nachfolgenden nicht weiter detailliert beschrieben werden. In der 7 sind entsprechende Kontaktflächen 22a des gestuften Bereiches 22b der inneren Ventilnadel 22 und des unteren Endes 60a des Federstiftes 60 konisch geformt, anstatt flach zu sein (im Gegensatz zu der 2).
  • Entsprechende Kontaktflächen 222b des vergrößerten Endbereiches 22c der inneren Ventilnadel 22 und des oberen Endes 16b des Federstiftes 60 sind ebenfalls von konischer Form, statt flach zu sein (ebenfalls im Gegensatz zu der 2). Eine Formgebung der inneren Ventilnadel 22 auf diese Weise schafft eine stärkere Struktur und ermöglicht außerdem, eine einfachere, zentrierungslose Schleiftechnik für die Herstellung zu verwenden.
  • Es ist ein möglicher Nachteil der konischen Kontaktflächen 222a bzw. 222b des Federstiftes 60, das die genaue Einstellung der Strecke L schwieriger zu bewerkstelligen ist. Dieses ist darin begründet, dass die laterale Elastizität des Federstiftes 60 dessen äußeren Durchmesser verändert, wenn die innere Ventilnadel 22 und die Federstifteinheit 60 in die äußere Ventilnadel 40 eingeleitet werden und die Feder 60 reibend mit den Oberflächen der Bohrung 24 in Eingriff steht.
  • Bei der Ausführungsform der 7 kann daher die folgende Abfolge von Schritten verwendet werden, um die Strecke L genau einzustellen. Die gewünschte Hubstrecke wird zuvor ausgewählt und die inneren und äußeren Ventilnadeln 22 bzw. 14 und der Federstift 60 anfänglich montiert, so dass die aktuelle Distanz (d. h. zwischen dem oberen Ende des Federstiftes 60 und der Unterseite des vergrößerten Endes 22c der inneren Ventilnadel 22) leicht länger als der gewünschte Wert L ist. Die innere Ventilnadel 22 und der Federstift 60 werden anfänglich miteinander montiert, wie bezüglich der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wurde, woraufhin die Einheit 22, 60 in die axiale Bohrung 24 der äußeren Ventilnadel 14 geschoben wird (wobei sich die Schließfeder 36 am Ort in der Kammer 24 befindet). Dieser Schritt kann erreicht werden, indem die innere Ventilnadel 22 durch ein Anstoßen an der Düsenkörperbohrung 16 in die axiale Bohrung 24 geschoben wird. Die äußere Ventilnadel 14 wird nachfolgend gegen die Schließfeder 36 gepresst, bis deren obere und untere Sitzlinien 50, 52 den oberen bzw. den unteren Sitz 56, 58 des äußeren Ventilsitzes 30 kontaktieren, wobei der innere Ventilsitzbereich 22a mit dem inneren Ventilsitz 34 in Kontakt steht. Die Strecke L2, über die die äußere Ventilnadel 14 während dieses "Einschub"-Schrittes bewegt werden muss, wird nachfolgend gemessen. Der Unterschied zwischen der gemessenen Strecke L2 und der ausgewählten Strecke L wird berechnet. Falls diese Differenz Null ist, sind die inneren und äußeren Ventilnadeln 22, 14 korrekt montiert, um die gewünschte Strecke L vorzugeben. Falls nicht, muss die innere Ventilnadel 22 weiter in die axiale Bohrung 24 geschoben werden und die zuvor beschriebenen Schritte wiederholt werden, bis eine gemessene Strecke von Null erreicht wird.
  • Wie zuvor erwähnt wurde, kann in diesem Schritt des Einstellungsprozesses ein "Dummy"-Düsenkörperwerkzeug verwendet werden, das eine Bohrung mit dem gleichen Konuswinkel wie die aktuelle Düsenkörperbohrung 16 besitzt, falls Bedenken hinsichtlich einer Beschädigung der Oberfläche des Sitzes 34 bestehen, wenn die innere Ventilnadel 24 in die axiale Bohrung 24 geschoben wird.
  • Obwohl die Einspritzdüse als geeignet beschrieben wurde, einen Teil einer piezoelektrischen Einspritzung auszubilden, kann die Einspritzung in der Praxis unterschiedliche Arten von Betätigungsorganen beinhalten. Die äußere Ventilnadel kann beispielsweise mittels eines elektromagnetischen Betätigungsorgans bewegbar sein. Es ist außerdem zu beachten, dass, falls ein piezoelektrisches Betätigungsorgan verwendet wird, das Betätigungsorgan mechanisch mit der äußeren Ventilnadel verbunden sein kann, oder alternativ mittels hydraulischer Mittel mit der äußeren Ventilnadel verbunden sein kann. Obwohl die vorgehende Beschreibung unterstellt, dass das piezoelektrische Einspritzventil ein für eine Einspritzung deenergetisierender Typ ist, bei dem eine Deenergetisierung des Betätigungsorganstapels zu einem Anheben der Nadel für einen Beginn einer Einspritzung führt, können das Betätigungsorgan und die Verbindung mit der äußeren Ventilnadel in einer zum Einspritzen energetisierenden Weise ausgebildet sein.
  • Die erfindungsgemäße Düse ist außerdem bei Einspritzventilen verwendbar, bei denen die innere und die äußere Ventilnadel voneinander unabhängig gesteuert werden. Für jede der inneren und äußeren Ventilnadeln können beispielsweise separate Betätigungsorgane vorgesehen sein oder es kann ein einzelnes Betätigungsorgan verwendet werden, um die auf die Nadeln 14, 22 ausgeübten hydraulischen Kräfte zu steuern. Das Merkmal der Ausführungsformen der 1 bis 7, wonach die Bewegung der inneren Ventilnadel mit der äußeren Ventilnadel gekoppelt ist, nachdem die äußere Ventilnadel über eine vorbestimmte Strecke angehoben wurde, ist daher kein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung.

Claims (14)

  1. Einspritzdüse (12) für einen Verbrennungsmotor, wobei die Einspritzdüse umfasst: eine äußere Ventilnadel (14), die an einem äußeren Ventilsitz (30) zur Anlage gelangen kann, um die Einspritzung durch einen ersten Düsenauslass (20) zu steuern, eine innere Ventilnadel (22), die innerhalb der äußeren Ventilnadel (14) bewegbar ist und an einem inneren Ventilsitz (34) zur Anlage gelangen kann, um die Einspritzung durch einen zweiten Düsenauslass (26) zu steuern, worin der äußere Ventilsitz (30) einen ersten und einen zweiten Sitz (56, 58) für die äußere Ventilnadel (14) bildet, wobei ein Zusammenwirken zwischen der äußeren Ventilnadel (14) und dem ersten Sitz (56) den Kraftstoffstrom zwischen einer ersten Abgabekammer (46) und dem ersten Düsenauslass (20) steuert und das Zusammenwirken zwischen der äußeren Ventilnadel (14) und dem zweiten Sitz (58) den Kraftstoffstrom zwischen einer zweiten Abgabekammer (49) und dem ersten Düselauslass (20) steuert, wobei die zweite Abgabekammer (49) mit der ersten Abgabekammer (46) über einen ergänzenden Durchflussweg (24, 47) in Verbindung steht, der zumindest teilweise innerhalb der äußeren Ventilnadel (14) ausgebildet ist, und worin die innere Ventilnadel (22) einen Sitzbereich (22a) umfasst, der an dem inneren Ventilsitz (34) zur Anlage gelangen kann und der zusammen mit dem inneren Ventilsitz (34) eine Sitzverengung bzw. einen Engsitz (62) bildet, durch den Kraftstoff zwischen der zweiten Abgabekammer (49) und dem zweiten Düsenauslass (26) unter solchen Umständen fließt, bei denen die innere Ventilnadel (22) weg von dem inneren Ventilsitz (34) abgehoben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitzbereich (22a) einen teilkugelförmigen Bereich aufweist.
  2. Einspritzdüse (12) wie in Anspruch 1 beansprucht, worin der Sitzbereich (22a) stromabwärts des teilkugelförmigen Bereichs einen Bereich mit konischer Gestalt aufweist, um eine Verzögerungswirkung auf die Geschwindigkeit des Kraftstoffstroms stromabwärts der Sitzverengung (62) zu erzielen.
  3. Einspritzdüse (12) wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, worin die äußere Ventilnadel (14) mit einer axialen Bohrung (24) ausgestattet ist, in welcher die innere Ventilnadel (22) aufgenommen ist, und worin der ergänzende Durchflussweg (24, 47) teilweise durch einen Bereich der axialen Bohrung (24) gebildet wird.
  4. Einspritzdüse (12) wie in Anspruch 3 beansprucht, worin der ergänzende Durchflussweg außerdem durch mindestens einen radialen Kanal (47) gebildet wird, der in der äußeren Ventilnadel (14) ausgebildet ist, worin der radiale Kanal (47) eine Verbindung zwischen der ersten Abgabekammer (46) und der axialen Bohrung (24) bewirkt.
  5. Einspritzdüse (12) wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, weiterhin umfassend ein Kopplungsmittel (22b, 122; 22b, 222) für das Ankoppeln der Bewegung der äußeren Ventilnadel (14) an die innere Ventilnadel (22) unter solchen Umständen, in denen die äußere Ventilnadel (14) über einen zuvor festgelegten Betrag (L) hinaus weg von dem äußeren Ventilsitz (30) bewegt wird, wodurch ermöglicht wird, dass eine Einspritzung von Kraftstoff durch sowohl den ersten als auch den zweiten Düsenauslass (20, 26) erfolgt.
  6. Einspritzdüse (12) wie in Anspruch 5 beansprucht, worin das Kopplungsmittel ein von der äußeren Ventilnadel (14) getragenes elastisches oder federndes Element (60) umfasst, wobei das elastische oder federnde Element (60) auf die Bewegung der äußeren Ventilnadel (14) über den zuvor festgelegten Betrag (L) hinaus in Angriff an die innere Ventilnadel (22) gebracht wird, um zu bewirken, dass sich die innere Ventilnadel (22) zusammen mit der äußeren Ventilnadel (14) bewegt.
  7. Einspritzdüse (12) wie in Anspruch 6 beansprucht, worin das elastische oder federnde Element (60) durch Reibschluss von der äußeren Ventilnadel (14) getragen wird.
  8. Einspritzdüse (12) wie in Anspruch 6 oder Anspruch 7 beansprucht, worin das elastische oder federnde Element (60) die Gestalt eines Federstifts mit seitlichem Rückstellvermögen annimmt, wobei sich eine äußere Oberfläche des Federstifts (60) in Reibschluss mit der äußeren Ventilnadel (14) befindet, um den Federstift (60) und die äußere Ventilnadel (14) zusammenzukoppeln.
  9. Einspritzdüse (12) wie in einem der Ansprüche 6 bis 8 beansprucht, worin das elastische oder federnde Element (60) eine erste Kontaktoberfläche (60b) zum Angriff an eine zweite Kontaktoberfläche (122b) der inneren Ventilnadel (22) umfasst, worin die genannten Kontaktoberflächen (60b, 122b) im Wesentlichen flach sind.
  10. Einspritzdüse (12) wie in einem der Ansprüche 6 bis 8 beansprucht, worin das elastische oder federnde Element (60) eine erste Kontaktoberfläche (222b) zum Angriff an eine zweite Kontaktoberfläche (60b) der inneren Ventilnadel (22) umfasst, worin die genannten Kontaktoberflächen (60b, 222b) eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Gestalt besitzen.
  11. Einspritzventil (10) zur Verwendung in einem Kraftstoff-Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors, worin das Einspritzventil (10) eine Einspritzdüse (12) wie in einem der Ansprüche 1 bis 10 beansprucht und ein Betätigungsorgan (28) zum Antreiben der Bewegung der äußeren Ventilnadel (14) umfasst.
  12. Einspritzventil wie in Anspruch 11 beansprucht, worin das Betätigungsorgan ein piezoelektrisches Betätigungsorgan (28) ist.
  13. Einspritzventil (10) zur Verwendung in einem Kraftstoff-Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors, worin das Einspritzventil (10) eine Einspritzdüse wie in einem der Einsprüche 1 bis 4, ein erstes Betätigungsorgan zum Antreiben der Bewegung der äußeren Ventilnadel (14) und ein zweites Betätigungsorgan zum Antreiben der Bewegung der inneren Ventilnadel (22) umfasst.
  14. Einspritzventil wie in Anspruch 13 beansprucht, worin mindestens eines der Betätigungsorgane ein piezoelektrisches Betätigungsorgan ist.
DE602005000060T 2004-02-20 2005-02-09 Einspritzdüse Active DE602005000060T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04250928 2004-02-20
EP04250928 2004-02-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE602005000060D1 DE602005000060D1 (de) 2006-09-21
DE602005000060T2 true DE602005000060T2 (de) 2007-03-08

Family

ID=34878312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE602005000060T Active DE602005000060T2 (de) 2004-02-20 2005-02-09 Einspritzdüse

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7404526B2 (de)
JP (1) JP4125295B2 (de)
AT (1) ATE335925T1 (de)
DE (1) DE602005000060T2 (de)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1522721B1 (de) * 2003-10-06 2006-05-03 Delphi Technologies, Inc. Einspritzdüse
CN101268273B (zh) * 2005-04-06 2012-01-18 通用汽车环球科技运作公司 用于减少烟灰排放的喷射器双列簇配置
EP1744050B1 (de) * 2005-07-13 2008-04-09 Delphi Technologies, Inc. Einspritzdüse
EP1744051B1 (de) * 2005-07-13 2008-04-09 Delphi Technologies, Inc. Einspritzdüse
JP2007071093A (ja) * 2005-09-07 2007-03-22 Denso Corp 燃料噴射ノズル
EP2071178A1 (de) * 2007-12-10 2009-06-17 Delphi Technologies, Inc. Einspritzdüse
JP2009162184A (ja) * 2008-01-09 2009-07-23 Toyota Motor Corp 燃料噴射弁
JP2012026466A (ja) * 2010-07-20 2012-02-09 Advics Co Ltd 電磁弁
DE102012210424A1 (de) * 2012-06-20 2013-12-24 Robert Bosch Gmbh Einspritzventil
US9562505B2 (en) * 2013-06-11 2017-02-07 Cummins Inc. System and method for control of fuel injector spray
JP6354519B2 (ja) * 2014-10-23 2018-07-11 株式会社デンソー 燃料噴射弁
DE102019211552A1 (de) * 2019-08-01 2021-02-04 Mahle International Gmbh Verfahren zum Montieren einer Ventilnadel und einer Lagerbuchse in einem Expansionsventil für eine Klimatisierungsanlage

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2328855A1 (fr) 1975-10-21 1977-05-20 Lucas Industries Ltd Injecteur de carburant liquide pour moteur
US5301874A (en) * 1990-05-26 1994-04-12 Robert Bosch Gmbh Adjusting sleeve for an electromagnetically actuatable valve
DE4109868A1 (de) * 1991-03-26 1992-10-01 Bosch Gmbh Robert Einstellbuchse fuer ein elektromagnetisch betaetigbares ventil und verfahren zur herstellung
US5899389A (en) * 1997-06-02 1999-05-04 Cummins Engine Company, Inc. Two stage fuel injector nozzle assembly
US6000638A (en) * 1997-11-03 1999-12-14 Caterpillar Inc. Apparatus for strengthening a fuel injector tip member
DE19820513A1 (de) * 1998-05-08 1999-11-11 Mtu Friedrichshafen Gmbh Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine
EP0967382B1 (de) 1998-06-24 2004-11-24 Delphi Technologies, Inc. Brennstoffeinspritzdüse
US6761325B2 (en) 1998-09-16 2004-07-13 Westport Research Inc. Dual fuel injection valve and method of operating a dual fuel injection valve
GB9913314D0 (en) * 1999-06-09 1999-08-11 Lucas Ind Plc Fuel injector
DE10034444A1 (de) * 2000-07-15 2002-01-24 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzventil
JP4178731B2 (ja) 2000-08-10 2008-11-12 株式会社デンソー 燃料噴射装置
DE10109411A1 (de) * 2001-02-28 2002-09-05 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzventil
DE10155227A1 (de) 2001-11-09 2003-05-22 Bosch Gmbh Robert Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
DE10306808A1 (de) 2003-02-18 2004-09-02 Siemens Ag Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff

Also Published As

Publication number Publication date
US20050189440A1 (en) 2005-09-01
ATE335925T1 (de) 2006-09-15
JP2005233186A (ja) 2005-09-02
DE602005000060D1 (de) 2006-09-21
JP4125295B2 (ja) 2008-07-30
US7404526B2 (en) 2008-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE602005000060T2 (de) Einspritzdüse
EP2171255B1 (de) Drossel an einer ventilnadel eines kraftstoffeinspritzventils für brennkraftmaschinen
DE69922087T2 (de) Brennstoffeinspritzdüse
DE60024334T2 (de) Brennstoffeinspritzventil
DE69918902T2 (de) Brennstoffinjektor
DE60032072T2 (de) Kraftstoffeinspritzventil
DE60033991T2 (de) Kraftstoffeinspritzventil
DE102005057526A1 (de) Steuerventil und Kraftstoffeinspritzventil mit diesem
EP0980474A1 (de) Kraftstoffeinspritzdüse für selbstzündende brennkraftmaschinen
DE10332546A1 (de) Mischbetriebsart-Einspritzvorrichtung und Einspritzsystem
DE602004004056T2 (de) Einspritzdüse
EP2206912B1 (de) Kraftstoff-Injektor
EP2198147A1 (de) Einspritzsystem und verfahren zum herstellen eines einspritzsystems
DE10245151B4 (de) Kraftstoffeinspritzvorrichtung
DE602005005982T2 (de) Einspritzdüse
DE10034446A1 (de) Brennstoffeinspritzventil
DE10055483A1 (de) Brennstoffeinspritzventil und Verfahren zur Herstellung von Ventilnadeln oder Ventilschließkörpern für Brennstoffeinspritzventile
DE602005005159T2 (de) Kraftstoffeinspritzventil
DE602004012249T2 (de) Einspritzdüse
EP2428672A2 (de) Kraftstoffinjektor
EP2458194B1 (de) Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
DE602004008630T2 (de) Einspritzdüse
DE10063261B4 (de) Brennstoffeinspritzventil
DE102011089360A1 (de) Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
EP2798192B1 (de) Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: DELPHI TECHNOLOGIES HOLDING S.A.R.L., BASCHARA, LU