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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse zur Verwendung in einer
Kraftstoffeinspritzvorrichtung für
einen Verbrennungsmotor. Spezieller gesagt, obwohl nicht ausschließend, betrifft eine
Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung eine Einspritzdüse zur Verwendung
in einem Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung, bei der zumindest ein
Ventil so betrieben werden kann, dass es die Einspritzung von Kraftstoff
in einen Brennraum durch einen oder mehrere Düsenauslässe steuert. Solche Einspritzdüsen sind
aus den Dokumenten
DE 2710138 ,
EP 54612 oder
EP 878623 bekannt.
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Stand der Technik
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Auf
Grund von zunehmend strengeren Umweltvorschriften wird großer Druck
auf die Automobilhersteller ausgeübt, den Grad der Fahrzeugabgasemissionen,
zum Beispiel Kohlenwasserstoffe, Stickoxide (NOx) und Kohlenmonoxid,
zu reduzieren. Wie bekannt ist, besteht ein effektives Verfahren
zur Reduzierung der Abgasemissionen in der Zufuhr von Kraftstoff
zum Brennraum bei hohen Einspritzdrücken (zum Beispiel etwa 2000
bar) und in der Übernahme
von Düsenauslässen mit
einem kleinen Durchmesser, um das Zersprühen von Kraftstoff zu optimieren
und so die Effizienz zu verbessern und die Anteile von Kohlenwasserstoffen
in den Abgasen zu reduzieren. Obwohl der obige Ansatz bei der Verbesserung
der Kraftstoffeffizienz und bei der Reduzierung schädlicher
Motorabgasemissionen effektiv ist, ist ein damit verbundener Nachteil,
dass die Reduzierung des Durchmessers von Düsenauslässen in Konflikt mit der Forderung nach
hohen Kraftstoffeinspritzflussraten bei hohen Motorbelastungen gerät und so die
Fahrzeugleistung beeinträchtigen
kann.
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So
genannte "Düsen mit
variabler Öffnung" (VONs) ermöglichen
eine Variation in der Zahl der Öffnungen
(und daher der Gesamtöffnungsfläche), die
zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum bei verschiedenen
Motorbelastungen verwendet werden. Solch eine Einspritzdüse hat normalerweise mindestens
zwei Sätze
von Düsenauslässen, wobei die
ersten und zweiten Ventile so betrieben werden können, dass sie steuern, ob
die Kraftstoffeinspritzung durch nur einen der Sätze von Auslässen oder durch
beide Sätze
gleichzeitig erfolgt. Bei einer bekannten Einspritzdüse dieser
Art, wie in der mit anhängigen
europäischen
Patentanmeldung Nr.
EP 04250928 des
Antragstellers beschrieben, wird der Kraftstofffluss zu einem ersten
(oberen) Satz von Düsenauslässen durch
ein Außenventil
gesteuert, und der Kraftstofffluss zu einem zweiten (unteren) Satz von
Düsenauslässen wird
durch ein Innenventil gesteuert. Das Innenventil wird vom Außenventil
erst dann angehoben, nachdem der Strom von Kraftstoff durch den
ersten Satz von Düsenauslässen eine
ausreichende Rate erreicht hat. Eine Einspritzdüse dieser Art ermöglicht die
Auswahl einer kleinen Gesamtdüsenauslassfläche, um
die Motoremissionen bei relativ niedrigen Motorbelastungen zu optimieren.
Andererseits kann eine große
Gesamtdüsenauslassfläche ausgewählt werden,
um so den Gesamtkraftstofffluss bei relativ hohen Motorbelastungen
zu erhöhen.
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Obwohl
auf vielerlei Weise nützlich,
haben solche Düsen
doch entsprechende Probleme. Wenn zum Beispiel die Ventile nicht
mit vollkommener Konzentrizität
angehoben werden, können
auf Grund des hydraulischen Drucks, der auf der Seite des Außenventils
dicht beim Düsenkörper viel
niedriger ist, hohe Seitenbelastungen erzeugt werden. Bei bestimmten Be dingungen
können
diese Seitenbelastungen so groß sein,
dass sie das Schließen
des Außenventils verhindern.
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Eine
Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Düse mit variabler Öffnung,
die das Ziel hat, die Vorteile der obigen Konstruktionen zu übernehmen,
die aber dazu dient, das vorgenannte Seitenbelastungsproblem zu
mildern oder zu überwinden.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Gemäß einer
ersten Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Einspritzdüse für einen
Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei die Einspritzdüse einen
Düsenkörper, der
eine Sitzoberfläche
definiert und mindestens einen ersten Düsenauslass hat, und ein Ventilelement
umfasst, das im Düsenkörper aufgenommen
wird und in einen externen Sitz eingreifen kann, der durch die Sitzoberfläche definiert
ist, so dass die Kraftstoffeinspritzung durch den mindestens einen
ersten Düsenauslass
gesteuert wird. Das Ventilelement ist mit einer Bohrung versehen,
die eine Bohrungsinnenoberfläche
hat. Ein Einsatz, der in der Bohrung aufgenommen ist, umfasst einen
teilweise sphärischen
Kopf, welcher einen Innendurchmesser der Bohrung überspannt,
um Kontakt mit einer inneren Oberfläche der Bohrung zu halten,
wenn sich das Ventilelement bei einer Verwendung bewegt, um eine
Bewegung des Ventilelementes zu führen. Der teilweise sphärische Kopf
umfasst eine Oberfläche,
die einen internen Sitz für
das Ventilelement definiert.
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Es
wurde festgestellt, dass eine Einspritzdüse, die eine Kombination von
Merkmalen hat, wie oben dargelegt, über besondere Vorteile verfügt. Wenn
die Bewegung des Ventilelementes von dem Einsatz geführt wird,
ist es erstens weniger wahrscheinlich, dass es sich exzentrisch
abhebt, und da her ist die Zuverlässigkeit
des Ventils erhöht.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass das Ventilelement sowohl mit einem
internen Sitz wie auch mit einem externen Sitz versehen ist, wobei
einer durch den Düsenkörper definiert
ist und der andere durch den Einsatz in der Ventilbohrung definiert
ist. Durch die Bereitstellung des Einsatzes zum Definieren des internen
Sitzes besteht keine Einschränkung
dahingehend, dass sich die Sitze auf unterschiedlichen axialen Höhen befinden
müssen
(wie in dem Fall, wo zwei externe Sitze bereitgestellt werden),
so dass der interne und externe Sitz ungefähr bei denselben oder ähnlichen
axialen Positionen vorgesehen werden können. Das bedeutet, dass die
vertikale Fläche
des Ventilelementes, die Seitenkräften in der Nähe des Auslasses/der Auslässe ausgesetzt
ist, reduziert ist. Drittens bedeutet die Bereitstellung des teilweise
sphärischen
Kopfes auf dem Einsatz, dass jede Fehlausrichtung am internen Sitz
für das
Ventilelement vom Kopf aufgenommen wird, der sich winkelig um die
Mitte seiner Kugel bewegen kann. Da sich der interne Sitz dicht bei
der Mitte der Kugel befinden kann, wird jedes Drehmoment an dem
internen Sitz, der sich der Neuausrichtung widersetzt, minimiert.
Ferner können
der externe Sitz und der interne Sitz entlang der Achse des Düsenkörpers in
ungefährer
Ausrichtung positioniert sein, zumindest unter Umständen, bei
denen das Ventilelement sich im Sitz befindet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
endet das Ventilelement in einer Ventilspitze, wodurch das Ventilelement
durch den Einsatz an der Ventilspitze geführt wird. Die Ventilspitze
befindet sich normalerweise dem externen Sitz nachgelagert, wenn sich
das Ventilelement im Sitz befindet. Da das Ventilelement bequem
auch an seinem oberen Ende geführt
werden kann, wird das Ventilelement also an beiden Enden geführt, um
so für
eine verbesserte Ventilsteuerung zu sorgen.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
umfasst die Einspritzdüse
zum Beispiel mindestens einen zweiten Düsenauslass, der im Düsenkörper bereitgestellt
ist, wobei der Einsatz ein Innenventil ist, das in der Bohrung gleiten
kann und in den Einsatzsitz eingreifen kann, der durch die Sitzoberfläche definiert ist,
um so die Kraftstoffeinspritzung durch den mindestens einen zweiten
Düsenauslass
zu steuern.
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Es
ist ferner bevorzugt, dass ein ringförmiges Element in der Bohrung
im Ventilelement aufgenommen ist, wobei das ringförmige Element
in den internen Sitz eingreifen kann. Das ringförmige Element kann ein von
dem Hauptkörper
separates Teil des Ventilelementes sein, oder alternativ kann das
Ventilelement so bearbeitet sein, dass das ringförmige Element integral mit
demselben gebildet ist.
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Die
Düse kann
ferner ein Buchsenelement umfassen, das mit dem Innenventil gekoppelt
ist, wobei das ringförmige
Element in Eingriff mit dem Buchsenelement gebracht wird, wenn das
Ventilelement axial über
eine Distanz bewegt wird, die größer als eine
vorbestimmte Distanz ist, um so die axiale Bewegung auch an das
Innenventil weiterzugeben.
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Das
ringförmige
Element und das Buchsenelement haben vorzugsweise gegenüberliegende Endseiten,
die einen vorgegebenen Abstand voneinander haben, wenn sich das
Ventilelement und das Innenventil an ihren jeweiligen Sitzen befinden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Innenventil einen Ventilschaft, und der interne Sitz
ist durch einen Absatz zwischen dem teilweise sphärischen
Kopf und dem Ventilschaft definiert.
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Die
Endseite des ringförmigen
Elementes kann im wesentlichen eben sein, oder alternativ kann die
Endseite des ringförmigen
Elementes kegelstumpfförmig
sein, wobei die letztere Form den Vorteil bietet, dass es dann eine
ringförmige
Kontaktlinie zwischen dem ringförmigen
Element und dem internen Sitz gibt, um so eine kraftstoffdichte
Dichtung zu bilden.
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Bei
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung nimmt der Einsatz nicht die Form eines Ventils an,
sondern bleibt während
aller Stadien des Ventilbetriebs im Eingriff mit dem Einsatzventil.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann das Ventilelement auch ein ringförmiges Element umfassen, das
in der Bohrung des Ventilelementes aufgenommen ist, um so in den
internen Sitz eingreifen zu können.
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Wie
in der ersten Ausführungsform,
kann die Endseite des ringförmigen
Elementes im wesentlichen eben sein, oder alternativ kann die Endseite
des ringförmigen
Elementes kegelstumpfförmig
sein, wobei die letztere Form den Vorteil bietet, dass es dann eine
ringförmige
Kontaktlinie zwischen dem ringförmigen
Element und dem internen Sitz gibt, um so eine kraftstoffdichte
Dichtung zu bilden.
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Als
Modifikation der zweiten Ausführungsform
kann der Düsenkörper mit
einem Lüftungsdurchgang
versehen sein, durch welchen Kraftstoff im Falle eines Kraftstofflecks
an dem externen Sitz vorbei entweichen kann.
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Bei
jeder Ausführungsform
kann die Einspritzdüse
ferner Mittel zum Drücken
des Einsatzes gegen den Einsatzsitz umfassen. Das Mittel zum Drücken des
Einsatzes gegen den Einsatzsitz kann beispielsweise mindestens eine Öffnung umfassen, die
in dem Ventilelement ausgebildet ist, welche es dem Kraftstoff ermöglicht,
in die Bohrung einzutreten, um dadurch ei ne hydraulische Schließkraft auf
den Einsatz auszuüben.
Außerdem
kann eine Feder zum Drücken
des Einsatzes gegen den Einsatzsitz bereitgestellt sein.
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Ein
Kraftstoffströmungspfad
ist normalerweise am externen Sitz vorbei zu dem mindestens einen ersten
Düsenauslass
vorgesehen, und ein Hilfsströmungspfad
ist ferner zum dem mindestens einen ersten Düsenauslass am internen Sitz
vorbei vorgesehen, wenn das Ventilelement nicht im Sitz ist. Der Hilfsströmungspfad
kann die Form mindestens einer Abflachung oder Nut, die auf dem
Einsatz vorgesehen ist, und/oder mindestens einer Abflachung oder Nut
annehmen, die auf dem Ventilelement (dem ringförmigen Element oder dem Hauptkörper des
Ventilelementes) vorgesehen ist.
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Gemäß einer
zweiten Erscheinungsform der Erfindung wird eine Einspritzvorrichtung
zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei
die Einspritzvorrichtung eine Einspritzdüse, wie in der ersten Erscheinungsform
dargestellt, und einen Aktuator, vorzugsweise einen piezoelektrischen
Aktuator, zur Steuerung der Bewegung des Ventilelementes umfasst.
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Es
ist zu erkennen, dass die bevorzugten und/oder optionalen Merkmale
der ersten Erscheinungsform der Erfindung allein oder in einer geeigneten
Kombination auch in der zweiten Erscheinungsform der Erfindung bereitgestellt
werden können.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird nun durch Beispiele unter Verweis auf
die begleitenden Zeichnungen beschrieben, dabei gilt:
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1 ist
eine Teilschnittansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der
Art, die zum Einbau einer Einspritzdüse gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
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2 ist
eine vergrößerte Teilschnittansicht einer
Einspritzdüse
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wenn sie sich in einer nicht einspritzenden
Position befindet.
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3 ist
eine Teilschnittsansicht der Einspritzdüse von 2, wenn
sie sich in einer ersten Einspritzposition befindet.
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4 ist
eine Teilschnittsansicht der Einspritzdüse von 2, wenn
sie sich in einer zweiten Einspritzposition befindet.
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5 ist
eine vergrößerte Teilschnittansicht einer
Einspritzdüse
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wenn sie sich in einer nicht einspritzenden
Position befindet.
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6 ist
eine vergrößerte Teilschnittansicht einer
Einspritzdüse
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wenn sie sich in einer nicht einspritzenden
Position befindet.
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7 ist
eine Teilschnittsansicht der Einspritzdüse von 6, wenn
sie sich in einer ersten Einspritzposition befindet.
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8 ist
eine vergrößerte Teilschnittansicht einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wenn sie sich in einer nicht einspritzenden Position
befindet.
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9 ist
eine Teilschnittsansicht der Einspritzdüse von 9, wenn
sie sich in einer Einspritzposition befindet.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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In
der folgenden Beschreibung werden die Begriffe "oberer" und "unterer" mit Bezug auf die Ausrichtung der Einspritzdüsen verwendet,
wie in den Zeichnungen gezeigt. Analog werden die Begriffe "vorgelagert" und "nachgelagert" mit Bezug auf die Richtung
der Kraftstoffströmung
durch die Düsen
von einer Kraftstoffeinlassleitung zu den Kraftstoffauslässen verwendet.
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1 zeigt
eine piezoelektrische Kraftstoffeinspritzvorrichtung
1 für einen
Verbrennungsmotor der Art, wie sie im
US-Patent
Nr. 6,776,354 des Antragstellers beschrieben ist. Die Einspritzvorrichtung
1 ist
zum Einbau einer Einspritzdüse,
die allgemein mit 2 bezeichnet wird, gemäß der vorliegenden Erfindung
geeignet, die in einer ersten Ausführungsform in
2 illustriert
ist.
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Mit
Bezug auf 1 und 2, ist die
Einspritzdüse 2 von
der Art einer Düse
mit variabler Öffnung,
einschließlich
eines Düsenkörpers 3,
der mit einer axialen Blindbohrung 4 versehen ist, die
an ihrem Blindende in einem Sackvolumen 6 endet. Zu ihrem
Blindende hin definiert die Bohrung 4 auch eine Sitzoberfläche 7 von
der Form eines Kegelstumpfs. Die Sitzoberfläche 7 definiert einen
ersten Sitz, in Form eines externen Sitzes 11, für ein Ventilmittel
der Düse,
das ein Außenventil 8 einschließt, welches
verschiebbar in der Düsenkörperbohrung 4 aufgenommen
ist, um so das Einspritzen durch jeweilige erste und zweite Sätze von
Düsenauslässen 9, 10 (in 1 nicht
dargestellt) zu steuern. Einlassenden des ersten Satzes von Auslässen 9 erstrecken
sich radial von der Sitzoberfläche 7 weg, um
sich an Auslassenden der ersten Auslässe 9 in einen Motorzylinder (nicht
dargestellt) zu öffnen.
Analog stehen Einlassenden des zweiten Satzes von Auslässen 10 in
Verbindung mit dem Sackvolumen 6 und erstrecken sich radial
davon weg, um sich an Auslassenden der zweiten Auslässe 10 zu öffnen.
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Die
Bewegung des Außenventils 8 wird
mittels eines piezoelektrischen Aktuators gesteuert. Der piezoelektrische
Aktuator umfasst einen Stapel 16 von piezoelektrischen
Elementen, die in einem Sammelvolumen 17 angeordnet sind,
und einen elektrischen Verbinder 18, um eine Spannung an
den Stapel 16 anlegen zu können. Bei der Verwendung bildet das
Sammelvolumen 17 einen Teil eines Zufuhrdurchgangs zur
Einspritzdüse 2 und übt eine
hydrostatische Belastung auf den Stapel 16 aus, wenn es mit
Hochdruckkraftstoff gefüllt
wird. Der piezoelektrische Aktuator ist mit dem Außenventil 8 über eine
hydraulische Verstärkeranordnung 19 verbunden,
und eine Bewegung des Außenventils 8 wird
durch Variieren der Spannung gesteuert, die an den Stapel 16 angelegt
wird, um zu bewirken, dass der Stapel 16 sich ausdehnt
oder zusammenzieht.
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Wenn
die Spannung an dem Stapel 16 reduziert wird, zieht sich
der Stapel in der Länge
zusammen und das Außenventil 8 wird
nach oben, weg vom externen Sitz 11, gezogen. Wenn die
Spannung erhöht
wird, erhöht
sich die Stapellänge,
und das Außenventil 8 wird
nach unten bewegt, hin zum externen Sitz 11.
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Kraftstoff
wird der Einspritzvorrichtung 1 über einen Einlass 20,
zum Beispiel von einer gemeinsamen Druckleitung oder einer anderen
geeigneten Quelle von vorgespanntem Kraftstoff, zugeführt, die ebenfalls
dafür ausgelegt
ist, Kraftstoff einem oder mehreren anderen Einspritzvorrichtungen
des Motors zuzuführen.
Vorgespannter Kraftstoff wird vom Einlass 20 durch einen
Einlassdurchgang 21 und das Sammelvolumen 17 auf
eine ringförmige
Kammer 22 übertragen,
die innerhalb der Bohrung 4 zwischen dem Düsenkörper 3 und
einem oberen Bereich 8a des Außenventils 8 definiert
ist. Der obere Endbereich 8a hat einen Durchmesser, der
im wesentlichen gleich dem der Düsenkörperbohrung 4 ist,
so dass beim Betrieb das Zusammenwirken zwischen diesen Teilen dazu
dient, die Führung
der Bewegung des Außenventils 8 zu
unterstützen,
wenn es sich innerhalb der Bohrung 4 hin- und herbewegt.
Spiralförmige
Nuten, die in den oberen Bereich 8a eingearbeitet sind,
stellen einen Strömungspfad
für Kraftstoff
bereit, der von der ringförmigen
Kammer 22 durch die Bohrung 4 und in eine Düsenzufuhrkammer 24 übertragen
werden soll.
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Wie
in 2 zu sehen ist, werden der erste und zweite Satz
von Auslässen 9, 10 mit
zwei oder mehr Auslässen
in jedem Satz dargestellt, wobei jeder Satz an einer anderen axialen
Position entlang dem Düsenkörper 3 angeordnet
ist. Alternativ kann jeder Satz von Auslässen 9, 10 nur
einen Auslass umfassen. Für
die Zwecke dieser Patentschrift soll daher jeder Verweis auf 'Auslass' für einen
oder mehrere Auslässe
gelten und umgekehrt.
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Das
Außenventil 8 endet
an seinem unteren Ende in einer Spitze 28, die in den externen
Sitz 11 eingreifen kann, um so zu steuern, ob Kraftstoff
in der Zufuhrkammer 24 durch die ersten Auslässe 9 ausströmen kann.
Das Außenventil 8 wird
gegenüber dem
externen Sitz 11 mittels eines elastischen Elementes in
Form einer Schließfeder 30 (nur
in 1 dargestellt) vorgespannt und kann so betrieben
werden, dass es sich mittels des Aktuators von dem externen Sitz 11 gegen
die Kraft wegbewegt, die von der Schließfeder 30 ausgeübt wird.
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Die
Einspritzdüse 2 umfasst
auch einen Einsatz 31 in Form eines Innenventilelementes,
welches verschiebbar in einer axialen Blindbohrung 32 aufgenommen
ist, die im unteren Bereich des Außenventils 8 bereitgestellt
ist. Das Innenventil 31 ist so geformt, dass es einen oberen
Schaftbereich 33 mit im allgemeinen konstantem Querschnitt
und einen vergrößerten,
teilweise sphärischen
Kopf 34 umfasst, der einen größeren Durchmesser als den von
Schaft 33 hat und in einer allgemein konischen Spitze endet. An
seinem breitesten Punkt, wo der Kopf 34 auf den Schaft 33 trifft,
hat der Kopf 34 einen Außendurchmesser, der im wesentlichen
gleich dem Innendurchmesser der Bohrung 32 des Außenventils
ist, so dass er diesen Innendurchmesser überbrückt und Kontakt mit der inneren
Oberfläche
der Ventilbohrung 32 an seinem Umfang herstellt. Eine ebene,
obere Fläche des
Innenventilkopfes 34 definiert einen Absatz auf dem Innenventil 31,
der einen internen Sitz 50 für das Außenventil 8 bereitstellt,
so dass das Außenventil zwei
Sitze hat (d. h. den externen Sitz 11 und den internen
Sitz 50). In der geschlossenen Position, die in 2 illustriert
ist, sitzt das Innenventil 31 auf einem Einsatzsitz, der
als der Innenventilsitz 39 bezeichnet wird, welcher durch
einen Bereich der Sitzoberfläche 7 an
einer Position unterhalb der ersten Auslässe 9 definiert ist.
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Das
obere Ende 40 des Innenventils 31 ist in einer
Kammer 41 aufgenommen, die durch das Blindende der Außenventilbohrung 32 definiert
ist. Die Kammer 41 steht mit der Düsenkörperbohrung 4 über radiale
Durchgänge 43 in
Form von Querbohrungen in Verbindung, die im Außenventil 8 so bereitgestellt werden,
dass vorgespannter Kraftstoff innerhalb der Bohrung 4 in
die Außenventilbohrung 32 und
die Kammer 41 strömen
kann. Der Kraftstoffdruck innerhalb der Kammer 41 wirkt
auf das Innenventil 31 und stellt so ein Mittel zum Vorspannen
des Innenventils 31 gegen den Innenventilsitz 39 bereit.
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Die
Bewegung des Innenventils 31 zum Innenventilsitz 39 hin
und von demselben weg steuert die Kraftstoffeinspritzung durch den
zweiten Satz von Auslässen 10.
Im Gegensatz zum Außenventil 8 wird das
Innenventil 31 jedoch nicht direkt durch den piezoelektrischen
Stapel 16 betätigt.
Statt dessen und wie detaillierter hierin nachstehend beschrieben, überträgt das Außenventil 8,
sobald es sich nach oben (d. h. vom externen Sitz 11 weg) über eine
vorgegebene Distanz bewegt hat, die Bewegung auf das Innenventil 31,
was bewirkt, dass es sich nach oben weg vom Innenventilsitz 39 bewegt.
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Das
Außenventil 8 umfasst
ferner ein ringförmiges
Element oder einen Ring 44, der in der Außenventilbohrung 8 aufgenommen
ist. Der Ring 44 ist ein separates und gesondertes Teil
und ist mit dem Außenventil 8 durch
Reibungskontakt zwischen der äußeren Oberfläche des
Rings 44 und der inneren Oberfläche der Außenventilbohrung 32 verbunden. Das
heißt,
der Ring 44 ist ein Pressverbund mit der Außenventilbohrung 32.
Zusammen bilden das Außenventil 8 und
der Ring 44 ein bewegliches Ventilmittel. In einer alternativen
Ausführungsform
kann das Innenventil 31 anders aufgebaut sein, so dass der
Ring 44 einen integralen Bestandteil des Außenventils 8 bildet.
Der Ring 44 umfasst eine erste obere Endseite 47 und
eine zweite untere Endseite 48. In der geschlossenen Position
verbindet sich die untere Endseite 48 von Ring 44 mit
der internen Sitzoberfläche 50,
die durch die obere Seite des Innenventilkopfes 34 definiert
ist.
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Der
Innendurchmesser des Rings 44 ist größer als der Außendurchmesser
des Innenventilschaftes 33, so dass der Schaft 33 durch
den Ring 44 läuft und
eine Spielpassung mit demselben definiert. In der Position, die
in 2 gezeigt ist, wird das Innenventil 31 dank
des Rings 44, der in Kom bination mit dem Hochdruckkraftstoff
in der Kammer 41 wirkt, gegen seinen Sitz 39 gedrückt.
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Das
Innenventil 31 trägt
ein im Wesentlichen rohrförmiges
Element in Form einer Buchse 52, die ein von Innenventil 31 separates
und gesondertes Teil ist, so dass die obere Endseite 47 des
Rings 44 einer ersten, unteren Endseite 53 dieser
Buchse 52 entgegensteht. Die Buchse 52 hat einen
Außendurchmesser,
der kleiner als der Innendurchmesser der Außenventilbohrung 32 ist,
so dass das Innenventil 31 sich frei innerhalb der Bohrung 32 verschieben
kann. Die Buchse 52 hat einen Innendurchmesser, der im
Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser
des Innenventilschaftes 33 ist, so dass die Buchse 52 einen
Pressverbund mit dem Schaft 33 bildet und so mit dem Schaft 33 durch
Reibungskontakt verbunden ist.
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Die
untere Endseite 53 von der Buchse 52 und die obere
Endseite 47 des Rings 44 sind durch einen Abstand 'L' getrennt, der bei der Herstellung vorgegeben
wird. Der Abstand 'L' bestimmt das Maß, das erforderlich
ist, um das Außenventil 8 von
seinem internen und externen Sitz 50, 11 abzuheben,
bevor es sich mit der Buchse 52 verbindet, um Bewegung auf
das Innenventil 31 zu übertragen.
Es ist zu erkennen, dass die untere Endseite 53 der Buchse 52 und die
obere Endseite 47 des Rings 44 eine maximale Distanz
(d. h. den vorgegebenen Abstand 'L') haben, wenn sowohl
das Innenventil 31 wie auch das Außenventil 8 sich im
Sitz befinden, wie in 2 gezeigt.
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Beim
Betrieb wird Kraftstoff unter hohem Druck von der gemeinsamen Druckleitung über den Einlass 20,
den Einlassdurchgang 21 und das Stapelvolumen 17 zur
Düsenkörperbohrung 4 (und
damit zur Zufuhrkammer 24) gefördert. Zu Anfang wird der piezoelektrische
Aktuator auf einen relativ hohen Aktivierungspegel gebracht, so
dass der Stapel 16 sich in einem ausgedehnten Zustand befindet.
Unter solchen Umständen
wird das Außenventil 8 auf
Grund der Vorspannkraft der Schließfeder 30 gegen seinen internen
und externen Sitz 50, 11 gedrückt. Das Innenventil 31 wird
auf Grund des Drucks des Kraftstoffs in der Kammer 41 und
auch durch den Ring 44, der an die interne Sitzoberfläche 50 stößt, gegen
seinen Sitz 39 gedrückt.
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Mit
Bezug auf 3, wird der Aktivierungszustand
von Stapel 16 (in 3 nicht
dargestellt) zum Einspritzen von Kraftstoff nur durch den oberen Satz
von Auslässen 9 auf
einen ersten Zwischenwert der Erregung verringert, was bewirkt,
dass er sich zusammenzieht und dadurch eine Hubkraft auf das Außenventil 8 übertragen
wird. Das Außenventil 8 wird dadurch
weg von seinem internen und externen Sitz 50, 11 gedrückt, wodurch
ein Strömungspfad
A, B für Kraftstoff
am externen Sitz 11 vorbei und daher durch den ersten Satz
von Auslässen 9 geöffnet wird.
Es ist zu erkennen, dass der Strömungspfad
zu den Auslässen 9, 10,
der geöffnet
wird, wenn sich das Außenventil 8 vom
externen Sitz 11 abhebt, ein ringförmiger Strömungspfad um das Außenventil 8 ist,
obwohl er in dem gezeigten Schnitt, als zwei Strömungspfade A, B angegeben wird.
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Obwohl
bewirkt wird, dass Ring 44 sich vom internen Sitz 50 trennt,
wenn das Außenventil 8 sich vom
externen Sitz 11 abhebt, gibt es im wesentlichen keinen
Kraftstoff, der zum ersten Satz von Auslässen 9 am Sitz 50 vorbei
strömt,
da die äußere Oberfläche des
Innenventilkopfes 34 im Bereich der Außenventilspitze 28 mit
der inneren Oberfläche
der Bohrung 32 verbunden bleibt. In der Praxis kann möglicherweise
eine sehr kleine Menge an austretendem Kraftstoff zwischen die äußere Oberfläche des
Innenventilkopfes 34 und die innere Oberfläche von
Bohrung 32 fließen,
wenn das Außenventil 8 angehoben
wird; wenn jedoch das Ventil 8 auf der internen Oberfläche 50 sitzt,
wird jedes derartige Auslaufen verhin dert. Die Bereitstellung des
internen Sitzes 50 ist also vorteilhaft, da jedes unerwünschte Austreten
auf diesem Wege zwischen Einspritzvorgängen eine negative Auswirkung
auf die Motoremissionen haben würde.
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Während dieser
anfänglichen
Verringerung der Aktivierung von Stapel 16 wird das Außenventil 8 veranlasst,
sich über
eine Strecke zu bewegen, die kleiner oder gleich dem Abstand 'L' ist (der in 2 identifiziert
ist). Der Ring 44 wird mit dem Außenventil 8 getragen,
so dass die obere Endseite 47 des Rings 44 sich
der gegenüberliegenden
unteren Endseite 53 der Buchse 52 annähert. In 3 wird
Ring 44 exakt über
die Strecke L bewegt, so dass er gerade in Kontakt mit der Buchse 52 kommt.
Vorausgesetzt, die Strecke, über
die sich das Außenventil 8 bewegt,
ist nicht größer als
der vorgegebene Abstand 'L', so bleibt die Bewegung
des Außenventils 8 vom
Innenventil 31 abgekoppelt, welches unter dem Einfluss des
vorgespannten Kraftstoffs in Kammer 41 fest auf dem Innenventilsitz 39 sitzen
bleibt. Der Kraftstoff kann daher nicht an dem sitzenden Innenventil 31 vorbei
zu den zweiten Auslässen 10 strömen.
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Ein
nützliches
Merkmal des Düsenbetriebs ist,
dass während
des anfänglichen
Hubstadiums der Kontakt zwischen der peripheren Oberfläche des
Innenventilkopfes 34 und der inneren Oberfläche der Außenventilbohrung 32 für eine effektive
Führung
der Außenventilspitze 28 sorgt,
wenn das Ventil 8 zurückgezogen
wird. Das Außenventil 8 wird
also sowohl am oberen wie auch am unteren Ende 8a bzw. 28 geführt.
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Der
oben beschriebene Zustand repräsentiert
die Kraftstoffeinspritzung, die für Anwendungen relativ niedriger
Leistung optimiert ist, da ein relativ kleines Volumen von Kraftstoff
nur durch den ersten Satz von relativ kleinen Auslässen 9 eingespritzt wird.
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Wenn
es an diesem Punkt notwendig ist, die Einspritzung durch die ersten
Auslässe 9 zu
beenden, wird der Stapel 16 wieder neu auf sein anfängliches
Aktivierungsniveau angehoben, wodurch sich der Stapel 16 ausdehnt.
Im Ergebnis dessen wird bewirkt, dass das Außenventil 8 sich unter
dem Einfluss der Vorspannkraft der Schließfeder 30 (in 1 gezeigt)
wieder mit dem externen Sitz 11, der durch die Oberfläche 7 definiert
ist, und dem internen Sitz 50 verbindet, der durch das
Innenventil 31 definiert wird.
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4 zeigt
die Einspritzdüse 2 während eines
nachfolgenden oder alternativen Stadiums des Betriebs der Einspritzvorrichtung,
bei dem die Erregung des Stapels 16 weiter auf ein zweites
Aktivierungsniveau gesenkt werden kann, was bewirkt, dass die Stapellänge weiter
reduziert wird. Im Ergebnis dessen wird das Außenventil 8 von seinem
internen und externen Sitz 50, 11 um einen weiteren
Betrag weggedrückt,
der größer als
der vorgegebene Abstand 'L' ist. Unter solchen
Umständen
wird bewirkt, dass die obere Endseite 47 von Ring 44 sich mit
der unteren Endseite 53 von Buchse 52 verbindet,
wodurch die Bewegung des Außenventil 8 auf das
Innenventil 31 übertragen
oder gekoppelt wird. Im Ergebnis dessen wird bewirkt, dass das Innenventil 31 vom
Innenventilsitz 39 abhebt.
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Wenn
sich das Innenventil 31 von seinem Sitz 39 abhebt,
kann Kraftstoff in der Zufuhrkammer 24 nicht nur an dem
externen Sitz 11 vorbei zum ersten Satz von Auslässen 9 strömen (dank
dessen, dass das Außenventil 8 offen
ist), sondern auch am Innenventilsitz 39 vorbei zu den
zweiten (d. h. unteren) Auslässen 10 und über das
Sackvolumen 6 in die Brennkammer. Das Strömen durch
die zweiten Auslässe 10 ergänzt die
Kraftstoffströmung
durch die ersten Auslässe 9 und
sorgt so für
eine höhere
Kraftstoffeinspritzrate, die sich für höhere Motorleistungspegel eignet.
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Das
Einspritzen wird beendet, wenn der Stapel 16 wieder auf
einen höheren
Aktivierungspegel gebracht wird, wie vorher beschrieben. Alternativ kann
der Aktivierungspegel leicht bis zum ersten Pegel erhöht werden,
so dass nur das Außenventil 8 angehoben
wird und das Innenventil 31 zu seinem Sitz 39 zurückkehrt,
um so den Strömungspfad
zu den zweiten Auslässen 10 zu
schließen.
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Es
ist ein besonderer Vorteil der Düse,
die vorher beschrieben wurde, dass der Kontakt zwischen der äußeren Oberfläche des
Innenventilkopfes 34 und der inneren Oberfläche der
Außenventilbohrung 32 für eine robuste
Führung
der Außenventilspitze 28 sorgt,
wenn das Ventil 8 zurückgezogen wird.
Dadurch wird sichergestellt, dass die Konzentrizität der Außenventilspitze 28 verbessert
wird, wenn das Außenventil 8 angehoben
wird. In Folge dessen gibt es eine Erhöhung in der Spannkraft des
Außenventils 8 gegen
die Erzeugung von hohen Seitenkräften,
die aus Unterschieden in der Kraftstoffströmung an jeder Seite des Außenventils
vorbei (d. h. Unterschiede beim Strömen durch die Pfade A und B)
resultieren. Solche Kräfte
können
im Fall von Exzentrizität
zwischen dem Außenventil 8 und
der Bohrung 4 entstehen, wenn das Außenventil 8 abhebt.
Es kann also eine effektivere und zuverlässigere Abdichtung zwischen
dem Außenventil 8 und
dem externen Sitz 11 hergestellt werden, was für eine zuverlässigere Ventilschließung sorgt.
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Es
ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass bei hohem Druck in
der Außenventilbohrung 32 der Druckabfall
unterhalb dieses Bereichs von Außenventil 8, das auf
dem externen Sitz 11 ruht, nur für die relativ kleine Fläche zwischen
diesem Bereich und der Außenventilbohrung 32 gilt.
Die Kraft, die zum Abheben von Ventil 8 benötigt wird,
ist gleich dem Druckabfall, multipliziert mit der vertikal projizierten Fläche stromabwärts von
den Sitzen 11, 50. In diesem Fall ist die Anfangsfläche gegeben
durch: Fläche
= n/4 ((externer Sitzdurchmesser)2 – (interner Sitzdurchmesser)2).
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Daher
ist die Kraft, die zum Anheben des Außenventils 8 erforderlich
ist, klein. Die niedrige Hubkraftanforderung macht die Düse besonders
für den Betrieb
durch einen direkt wirkenden Aktuator geeignet, wie hier beschrieben
(statt über
eine hydraulische Servoanordnung), da der relativ geringe Energiebedarf
vom piezoelektrischen Stapel erfüllt
werden kann. Da außerdem
die vertikal projizierte Fläche stromabwärts von
den Sitzen klein ist, kann jedes Seitenungleichgewicht im Druck
nur eine kleine Seitenkraft erzeugen, was die Wahrscheinlichkeit
von Reibung, welche das Schließen
von Ventilen verhindert, minimiert.
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Ein
weiterer Vorteil wird erreicht, wenn das Außenventil 8 auf eine
Komponente (das Innenventil 31) drückt, die eine teilweise sphärische Oberfläche im Eingriff
mit dem Innenventilsitz 39 hat. Die teilweise sphärische Natur
des Innenventils 31 ermöglicht, es
um die Mitte seiner Kugel zu drehen oder zu neigen, um jede Fehlausrichtung
des internen Sitzes 50 auf seiner oberen Seite zu korrigieren.
Da sich die Mitte des sphärischen
Kopfes 34 in einem nur geringen Abstand vom internen Sitz 50 befindet
(wobei die interne Oberfläche 50 selbst
eine 'plane Oberfläche' des teilweise sphärischen
Kopfes 34 ist), ist jedes Drehmoment an dem Innenventil 31,
das aus Reibung am Sitz 50 entsteht, der anderenfalls der
Neuausrichtung widerstehen würde,
minimal. Da der interne Sitz 50 durch die obere Fläche des
teilweise sphärischen
Kopfes 34 definiert ist, bedeutet dies auch, dass der externe
Sitz 11 und der interne Sitz 50 ungefähr entlang
der Achse der Düse
ausgerichtet werden können,
wenn das Außenventil 8 sich
im Sitz befindet, und axial nur durch einen relativ kleinen Betrag
getrennt sind (höchstens
durch den vorgegebenen Hubabstand L), wenn das Außenventil 8 angehoben
ist.
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5 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung, nach der die untere Seite 48 von Ring 44 nicht
eben ist, sondern um einen Winkel gegenüber der Horizontalen geneigt
ist (d. h., die untere Seite ist kegelstumpfförmig), um eine gesonderte ringförmige Sitzlinie
gegenüber
dem internen Sitz 50 zu erzeugen. Konzentriert man den
Sitz auf eine klare ringförmige
Linie statt eines Fläche-Fläche-Kontaktes,
so ergibt sich wahrscheinlich eine verbesserte Dichtung, die gegenüber Ebenheitsfehlern
toleranter ist und weniger wahrscheinlich Schmutz einfängt.
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Als
Alternative zu dieser Ausführungsform (nicht
dargestellt) kann ein Ring 44 mit einer ebenen unteren
Seite 48 zum Zusammenwirken mit einer geneigten Oberfläche am Kopf 34 des
Innenventils 31 ausgelegt sein.
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6 zeigt
eine dritte Ausführungsform,
die sich von der Ausführungsform,
die in 2 gezeigt ist, darin unterscheidet, dass der Innenventilkopf 34 mit
Abflachungen 54 (oder ein Schlitz, eine Nut oder ein Loch)
auf seiner äußeren Oberfläche versehen ist.
Ferner wird ein Strömungsdurchgang
in Form einer Abflachung 55 (oder eines Schlitzes, einer
Nut oder eines Lochs) auf dem Ring 44 des Außenventils 8 bereitgestellt.
Wie aus 7, welche die Ausführungsform
von 6 in einer ersten Einspritzposition illustriert,
bei der nur das Außenventil 8 angehoben ist,
zu erkennen ist, bedeuten die Abflachungen 54, 55,
dass das Innenventil 31 gleichzeitig für Führung der Außenventilspitze 28 und
auch einen Hilfsströmungspfad,
der als C identifiziert wird, für
die Kraftstoffströmung
zum ersten Satz von Auslässen 9 sorgen
kann. Spezieller ausgedrückt,
ermöglichen
die Abflachungen 54, 55 eine beträchtliche
Strömung von
Kraftstoff an der internen Sitzoberfläche 50 des Innenventils 31 vorbei,
wenn das Außenventil 8 angehoben
wird. Die Abflachungen 54, 55 ermöglichen auch
eine beträchtliche
Strömung
am internen Sitz 50 vorbei zum ersten und zweiten Satz
von Auslässen 9, 10,
wenn das Außen-
und Innenventil 8, 31 angehoben werden.
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Wenn
beim höheren
Anheben (in 6 nicht dargestellt) das Außenventil 8 weiter
weg von seinem internen und externen Sitz 50 bzw. 11 angehoben wird,
bewegt sich der effektive Punkt der internen Sitzbeschränkung zum
Bohrungsdurchmesser hin, wenn das Spiel zwischen dem teilweise sphärischen Kopf 34 und
der Außenventilbohrung 32 zu
einer stärkeren
Beschränkung
als die des internen Sitzes 50 wird. Das heißt, wenn
das Außenventil 8 höher angehoben
wird, wird der Kraftstoffstrom am meisten durch den Kanal beschränkt, der
zwischen der peripheren Oberfläche
des teilweise sphärischen
Kopfes 34 und der inneren Oberfläche der Außenventilbohrung 32 gebildet
ist, da der Kanal gegenüber
dem Abstand zwischen der unteren Endseite 48 von Ring 44 und
dem internen Sitz 50 zunehmend relativ kleiner wird.
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Es
ist zu erkennen, dass der Betrieb der zweiten und dritten Ausführungsform
in ähnlicher Weise
ausgeführt
werden kann, wie der der ersten Ausführungsform in 2 bis 5.
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8 und 9 illustrieren
eine vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ist der Ausführungsform
in den 2 bis 4 weitgehend ähnlich,
gleiche Teile werden dementsprechend nummeriert und werden hier
nicht nochmals beschrieben.
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Die
vierte Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass der Düsenkörper 3 mit
nur einem Satz von Auslässen 9 in
den Motorzylinder, aber mit einem zusätzlichen Auslass 56 versehen
ist, dessen Funktion hierin nachstehend beschrieben wird. Eine weitere
Modifikation besteht darin, dass das Innenventil durch einen im Wesentlichen
unbeweglichen, teilweise sphärischen
Einsatz 57 ersetzt ist, der eine teilweise sphärische externe
Oberfläche 59 und
eine ebene obere Fläche 50 hat.
Die teilweise sphärische
Oberfläche 59 befindet
sich auf dem Sitz 39, der durch den Düsenkörper 3 definiert ist,
und ist im untersten Teil der Außenventilbohrung 32 aufgenommen,
um so Kontakt mit der inneren Oberfläche der Bohrung 32 herzustellen.
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Die
vierte Ausführungsform
umfasst einen Ring 44, der eine kegelstumpfförmige untere
Seite 48 hat, die der in 5 gezeigten ähnlich ist,
obwohl auch ein Ring, der eine ebene untere Seite hat, verwendet
werden könnte.
Wenn die Düse 2 sich
in der Position befindet, in der nicht eingespritzt wird, drückt der
Ring 44 gegen den internen Sitz 50, der auf dem Einsatz 57 bereitgestellt
ist.
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Falls
der Ring 44 in der Außenventilbohrung 32 leicht
fehlerhaft ausgerichtet ist, kann der Einsatz 57 seinen
Sitzwinkel auf der Oberfläche 39 durch
Rotieren oder Neigen um die Mitte seiner Kugel einstellen, so dass
seine ebene obere Fläche 50 den
Winkel von Ring 44 übernehmen
und daher die Fehlausrichtung berücksichtigen kann. Die Düsenauslässe 9 werden
daher wirksam gegen den Hochdruckkraftstoff sowohl am externen wie
auch am internen Sitz 11, 50 des Außenventils 8 abgedichtet.
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Hochdruckkraftstoff
tritt in die Außenventilbohrung 32 ein
und dient, zusammen mit der Kraft der Feder (in 8 nicht
dargestellt), die über
den Ring 44 auf den teilweise sphärischen Einsatz 57 übertragen
wird, zum Drücken
und Halten des Einsatzes 57 gegen seinen Sitz 39.
Der zusätzliche
Auslass 56 im Düsenkörper 3 stellt
eine Belüftungsöffnung unterhalb
des Einsatzes 57 bereit, um sicherzustellen, dass Kraftstoff,
der um den Einsatz 57 herum in die Spitze von Düsenkörper 3 austritt,
einfach in den Motorzylinder ablüftet.
Auf diese Weise wird der Einsatz 57 daran gehin dert, wegen
des Kraftstoffs, der darunter eingeschlossen ist, von seinem Sitz 39 abzuheben.
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Mit
Bezug auf 9 wird das Außenventil 8, wenn
Kraftstoff durch die Auslässe 9 eingespritzt werden
soll, mittels des piezoelektrischen Stapels 16 (in 9 nicht
dargestellt) zurückgezogen,
wodurch sich der Ring 44 vom internen Sitz 50 löst. Unter
solchen Bedingungen öffnet
sich ein ringförmiger
Strömungspfad
E, F am externen Sitz 11 vorbei, so dass Hochdruckkraftstoff
durch die Auslässe 9 in
den Motorzylinder ausströmen
kann.
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Da
der teilweise sphärische
Einsatz 57 dank des Hochdruckkraftstoffs in der Außenventilbohrung 32 wirksam
in seinem Sitz 39 ruht, kann er für eine Führung für die Spitze 28 von
Ventil 8 sorgen, wenn es durch den Kontakt zwischen der
externen Oberfläche 59 von
Einsatz 57 und der inneren Oberfläche der Außenventilbohrung 32 zurückgezogen
wird. Da ferner der Einsatz 57 zu jeder Zeit in der Außenventilbohrung 32 aufgenommen
bleibt, kann Kraftstoff nicht am internen Sitz 50 vorbei
zu den Auslässen 9 strömen. Das
Innenventil 31 sorgt weiterhin für Führung für das Außenventil 8 an seiner
Spitze 28, selbst wenn das Innenventil 31 durch
die Strömung
um die äußere Oberfläche des
Innenventils 31 herum angehoben wird, welches eine hydraulische
zentralisierende Kraft relativ zum Düsenkörper 3 erzeugt. In dieser
Ausführungsform
sind der externe Sitz 11 und der interne Sitz 50 annähernd entlang
der Achse der Düse
ausgerichtet, wenn das Außenventil 8 sich
im Sitz befindet und wenn das Außenventil 8 angehoben wird,
da der Einsatz 57 unter keinen Umständen veranlasst wird, sich
axial zu bewegen.
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Eine
Variation zu dieser vierten Ausführungsform
(nicht dargestellt) besteht darin, eine oder mehrere Abflachungen
auf der externen Oberfläche 59 des
Einsatzes 57 auf dieselbe Weise bereitzustellen, wie vorher
beschrieben. Solch eine Variation stellt sicher, dass die effektive
Führung
der Spitze 28 des Außenventils 8 aufrechterhalten
wird, wenn es angehoben wird, wie in 8 und 9,
aber stellt auch einen ergänzenden
Strömungspfad
an den Auslass 9 durch die Außenventilbohrung 32 bereit,
wenn Ventil 8 angehoben wird.
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Da
die Außenventilbohrung 32 wieder
den vollen Kraftstoffdruck darin aufweist, wirkt der Druckabfall
unterhalb dieses Bereichs, der mit dem externen Sitz 11 verbunden
ist, nur auf die relativ kleine Fläche zwischen diesem Bereich
und der Außenventilbohrung 32 wirken,
was bedeutet, dass die Kraft, die zum Anheben des Außenventils 8 benötigt wird, niedrig
ist.
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Es
wird nun ein Verfahren beschrieben, mit dem das Innenventil 31 und
das Außenventil 8 gemäß der ersten
Ausführungsform
im Düsenkörper 3 zusammengesetzt
werden können,
wobei allgemein auf die vorgenannten 1 bis 7 und
die Bezugszahlen, die darin angegeben sind, verwiesen wird.
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Zu
Anfang wird der Ring 44 veranlasst, den Schaftbereich 33 des
Innenventils 31 aufzunehmen, so dass die untere Seite 48 des
Rings 44 gegen den internen Sitz 50 stößt, der
auf dem Innenventilkopf 34 definiert ist. Wenn der Ring 44 in
seiner Position ist, wird der Schaftbereich 33 in der Buchse 52 derart aufgenommen,
dass Ring 44 auf dem Innenventil 31 gehalten wird.
Um den vorgegebenen Abstand 'L' einzustellen, wird
ein Abstandshalter, wie zum Beispiel ein Abstandsstück der Dicke 'L' (nicht dargestellt) an der oberen Endseite 47 von
Ring 44 positioniert, wobei die Buchse 52 in eine
Verbindung mit dem Abstandsstück
geschoben wird. Wenn das Abstandsstück entfernt wird, ist die notwendige
Trennung um Abstand 'L' zwischen der oberen
Endseite 47 von Ring 44 und der unteren Endseite 53 der Buchse 52 hergestellt.
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Nach
der Montage des Innenventils 31, des Rings 44 und
der Buchse 52 wird die Kombination aus dem Innenventil 31 und
der Ring-Buchsen-Einheit 44, 52 in
die Bohrung 32 des Außenventils 8 geschoben.
Innen- und Außenventil 31, 8 werden
dann zusammen in die Düsenkörperbohrung 4 derart
eingeführt,
dass das Außenventil 8 sich
mit seinem internen und externen Sitz 50, 11 verbindet
und sich das Innenventil 31 mit seiner Sitzoberfläche 39 verbindet. Nach
der Montage der Düse 2 wird
eine Lagerungsoperation ausgeführt,
um wirksame Dichtungen an den Sitzen 39, 11 von
Innen und Außenventil 31 bzw. 8 herzustellen.
Die Sitzlagerungsoperation umfasst das Ausüben einer konstanten vorgegebenen
Axialkraft auf das Außenventil 8,
was bewirkt, dass es sich über
dem externen Sitz 11 "einlagert". Als Alternative zur
Anwendung einer vorgegebenen konstanten Axialkraft auf das Außenventil 8 könnte die
Einlagerungsoperation auch dynamisch erfolgen.
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Um
sicherzustellen, dass das Außenventil 8 Kontakt
mit dem internen und externen Sitz 50, 11 gleichzeitig
hat, um für
eine effektive Abdichtung für die
Auslässe 9 zu
sorgen, wird der Ring 44 bezüglich der Herstellung der Ausführungsform
in den 8 und 9 durch Montage aller Komponenten
im Düsenkörper 3 und
Anwenden einer Last auf das Ventil 8 in seine Endposition
geschoben, bis am externen Sitz 11 eine Dichtung gebildet
wird (oder mit einer gegebenen Kraft Kontakt herstellt).
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Es
versteht sich für
diejenigen, die die Erfindung ausführen, und für die Fachleute auf dem Gebiet,
dass verschiedene Modifizierungen und Verbesserungen an der Erfindung
vorgenommen werden können,
ohne von dem Geltungsbereich der Erfindung, wie durch die Ansprüche definiert, abzuweichen.
Obwohl zum Beispiel in der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform
das Innenventil 31 in die Verbindung mit seinem Sitz 39 durch
Hochdruckkraftstoff in der Außenventilbohrung 32 und
den Ring 44 angrenzend an den Innenventilkopf 34 gedrückt wird, besteht
die Möglichkeit,
dass beim Betrieb die untere Endseite 48 von Ring 44 sich
so abnutzen kann, dass sich am Sitz 50 ein Spiel entwickelt,
selbst wenn das Innen- und Außenventil 31, 8 sich
im Sitz befinden, wodurch die Dichtung, die durch das Innenventil 31 auf
dem Düsenkörper 3 hergestellt
wird, beeinträchtigt
wird. Um dieses Problem anzugehen, kann es wünschenswert sein, ein elastisches
Element, wie zum Beispiel eine Schraubenfeder (nicht dargestellt), in
der Kammer 41 vorzusehen, um für eine weitere Vorspannkraft
auf dem Innenventil 31 zu sorgen. Solch eine Feder kann
gegen eine obere Endseite der Buchse 52 derart stoßen, dass
die Vorspannkraft durch die Reibungsverbindung zwischen diesen Teilen
auf das Innenventil 31 übertragen
wird. Alternativ kann die Feder an ein separates angrenzendes Element
stoßen,
das sich in der Kammer 41 befindet.
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Obwohl
ferner der Ring 44 und die Buchse 52 mit dem Außenventil 8 bzw.
dem Innenventil 31 durch Reibungskontakt verbunden sind,
ist zu erkennen, dass die Verbindung durch alternative Mittel erreicht
werden kann, zum Beispiel durch Kleben oder Löten.
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Es
versteht sich, dass es möglich
ist, dass die Einspritzvorrichtung 1 eine alternative Form
von Aktuator zum Bewegen des/der Ventils/e umfassen kann, obwohl
die Einspritzdüse 2 der
vorliegenden Erfindung als zur Verwendung in einer Einspritzvorrichtung 1,
die einen piezoelektrischen Aktuator hat, geeignet beschrieben ist.
Statt eines piezoelektrischen Aktuators kann das Außenventil
zum Beispiel mittels eines elektromagnetischen Aktuators bewegt werden.
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Obwohl
beschrieben wurde, dass der Düsenkörper 3 den
externen Sitz 11 und den Einsatzsitz 39 für das Außenventil 8 bzw.
den Einsatz 31, 57 definiert, kann der Düsenkörper 3 mit
einer Zwischenlage, Buchse oder Ähnlichem
versehen werden, um so diese Flächen
zu definieren. Analog könnte
der Ring 44 mit einer Abdeckplatte über seiner unteren Endseite 48 versehen
sein, um diese Oberfläche
von Außenventil 8 zu
definieren, die sich mit dem internen Sitz 50 verbindet.
Auch könnte
entweder das Innenventil 31 oder der Einsatz 57 mit
Abdeckplatten oder Ähnlichem
versehen werden, um so den internen Sitz 50 zu definieren.
In einer weiteren Modifikation kann die Außenventilbohrung 32 mit
einer Futterbuchse oder einer ähnlichen
Komponente versehen werden, um so die innere Bohrungsoberfläche zu definieren.