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Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen
zweitakt-Dieselgroßmotor, mit einem Außengehäuse zur
Anbringung in einem Zylinderdeckel und einem durchgehenden,
in einer Düse ausmündenden Kraftstoffkanal und mit einem
Ventuschieber, der in einer Schieberhülse in Längsrichtung
verschieblich ist und auf den in Richtung auf seinen
Ventilsitz hin durch eine vorgespannte Druckfeder und in
der entgegengesetzten Richtung durch den Druck des
Kraftstoffes im Kraftstoffkanal eingewirkt wird, einem ersten
Kolben, der axial im Gehäuse verschieblich ist, an einem
Ende der Druckfeder angeordnet ist und eine erste
Oberfläche aufweist, die von der Feder fortweist und, zusammen
mit einem ortsfesten Bauteil, einen ersten Druckraum
begrenzt, der mit dem Kraftstoffkanal durch einen Kanal in
Verbindung steht, wobei die Druckfeder den ersten Kolben in
Richtung zu einer Endstellung hin bei einem minimalen
Kraftstoffvolumen im ersten Druckraum beauf schlagt.
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Ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 ist bekannt aus DE-B-1 122 769 oder aus dem
dänischen Patent Nr. 152 619 entsprechend dem japanischen
Patent Nr. 1 851 989. In dem letzteren Dokument ist der
Kanal vom Kraftstoffkanal zum ersten Druckraum als
Drosselkanal ausgebildet, so daß der Druck in dem Raum dem
herrschenden Druck im Kraftstoffkanal mit einer Verzögerung
folgt. Wenn der Kraftstoffdruck während einer
Einspritzperiode ansteigt, steigt auch der Druck im Druckraum an, so
daß der erste Kolben zur Schließfeder hin gedrückt wird und
die Kraft verstärkt, mit der die Feder auf den
Ventilschieber in Richtung zu seinem Sitz hin wirkt, was den
Schließdruck des Einspritzventils erhöht.
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Hiermit wird dem Problem abgeholfen, daß der Schließdruck,
d.h. der Druck, bei dem sich der Ventilschieber zu seinem
Sitz hin am Ende der Lieferperiode bewegt, für gewöhnlich
kleiner ist als der Öffnungsdruck, d.h. der Druck im
Kraftstoffkanal, bei dem der Ventilschieber von seinem
Ventilsitz zu Beginn einer Lieferperiode abgehoben wird. Der
niedrigere Schließdruck ist der Tatsache zuzuschreiben, daß
in der geschlossenen Stellung des Einspritzventils der
Kraftstoffdruck auf eine wirksame Fläche des
Ventilschiebers wirkt, die kleiner ist als wenn sich der
Ventilschieber in seiner Offenstellung befindet, wenn der Druck
auch auf die Schieberfläche unterhalb der Sitzfläche wirkt.
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Bei dem im dänischen Patent beschriebenen Einspritzventil
führt der erste Kolben kontinuierliche Einstellbewegungen
während und unmittelbar nach der Lieferperiode des
Einspritzventils aus, was zu einem nicht unerheblichen
Verschleiß an der Führungsfläche des Kolbens mit daraus
folgender erhöhter Leckage aus dem Druckraum führen kann.
Nach dem Ende einer jeden Lieferperiode drückt die
Druckfeder den ersten Kolben zurück in seine Endstellung bei
einem minimalen Kraftstoffvolumen im Druckraum, so daß der
Öffnungsdruck des Einspritzventils durch die hydraulische
Belastung der Druckfeder nicht beeinflußt ist.
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Es ist bekannt, daß der Kompressionsdruck im Motorzylinder
von der Motorlast abhängt, so daß der Druck bei Vollasten
erheblich höher ist als bei niedrigen Lasten. Bei Vollast
kann z.B. der Kompressionsdruck etwa 120 bar betragen,
während bei Leerlauflast der Kompressionsdruck bei etwa 40
bar liegt.
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Wenn sich der Ventilschieber in seiner geschlossenen
Stellung befindet, breitet sich der Druck im Motorzylinder
durch die Düsenöffnungen und weiter zu der Schieberfläche
unterhalb der Sitzfläche, d.h. dem an der Dusenseite des
Ventilsitzes positionierten Schieberabschnitt, aus. Daher
wirkt der herrschende Kompressionsdruck auf den
Ventilschieber mit einer Kraft in Öffnungsrichtung. Der mit der
Motorlast steigende Kompressionsdruck führt somit zu einem
Abfall im Öffnungsdruck der bekannten Einspritzventile bei
steigenden Motorlasten. Bei einem typischen
Kraftstoffeinspritzventil für einen Zweitakt-Dieselgroßmotor kann der
Öffnungsdruck z.B. von 400 bar bei Leerlauflast auf 325 bar
bei Motorvollast abfallen. Der niedrigere Öffnungsdruck bei
Vollast fördert nicht die Zerstäubung des Kraftstoffes zu
Beginn der Einspritzperiode.
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Bei niedrigen Motorlasten wird der Kraftstoffdruck im
Einspritzventil durch seinen Öffnungsdruck bestimmt, da die
Kraftstoffpumpen eine derart kleine Kraftstoffmenge
fördern, daß der Strömungswiderstand in der Düse keinen
Einfluß auf den Kraftstoffdruck hat. Im Gegensatz dazu sind
die von den Pumpen bei höheren Motorlasten geförderten
Kraftstoffmengen so groß, daß der Strömungswiderstand in
der Düse für den Kraftstoffdruck im Einspritzventil
bestimmend wird, d.h. der Kraftstoffdruck ist in diesem Fall
wesentlich höher als der Öffnungsdruck des
Einspritzventils.
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Der Öffnungsdruck bei den bekannten Einspritzventilen wird
durch die Vorspannung der Druckfeder bestimmt. Die
Herstellung der Federn unterliegt bestimmten
Fertigungstoleranzen, was dazu führt, daß die
Kraftstoffeinspritzventile bei einem Verbrennungsmotor nicht notwendigerweise
sämtlich auf exakt den gleichen Öffnungsdruck eingestellt
sind. Die Abweichungen in den Öffnungsdrücken der
Einspritzventile werden oft deutlicher nach einer langen
Betriebsperiode des Motors, da die Federn im Betrieb
nachgeben, d.h. etwas von ihrer Federkraft verlieren. Somit
bestehen zeitbestimmte Veränderungen in den Öffnungsdrücken
der Einspritzventile, was eine Kontrolle und ein Nachziehen
der Druckfedern in regelmäßigen Abständen erfordert, um
einen zufriedenstellenden Betrieb des Motors aufrecht zu
erhalten. Dieses ist arbeitsaufwendig und unerwünscht.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein
Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen, das einen erhöhten Öffnungsdruck bei
steigenden Motorlasten aufweist und das weniger Wartung
erfordert.
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Mit Blick auf diese Aufgabe ist das
Kraftstoffeinspritzventil nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die
Feder in kraftübertragender Verbindung mit einem zweiten
Kolben mit einer zweiten Oberfläche steht, die von der
Feder fortweist und die Endwand in einem zweiten Druckraum
bildet, daß bei Bewegung in Richtung fort von der
Endstellung der erste Kolben eine Strömungsverbindung zwischen
dem ersten und dem zweiten Druckraum öffnet, daß der zweite
Druckraum eine größere wirksame Querschnittsfläche als der
erste Druckraum besitzt und daß ein begrenzter Ablaßkanal
den zweiten Druckraum mit einem Ablaß verbindet.
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Bei steigenden Motorlasten wächst, wie oben angegeben, der
Druck im Kraftstoffkanal als Folge des strömungswiderstands
in der Düse. Somit steigt auch der Druck im ersten
Druckraum, was eine Verschiebung des ersten Kolbens hervorruft,
so daß die strömungsverbindung zwischen dem ersten und dem
zweiten Druckraum geöffnet wird und eine Kraftstoffmenge in
den zweiten Druckraum strömt. Da dieser Druckraum eine
größere wirksame Querschnittsfläche als der erste Raum hat,
führt der Druckaufbau im zweiten Raum zu einer Rückkehr des
ersten Kolbens in seine Endstellung mit einem minimalen
Kraftstoffvolumen und gleichzeitig wird die Kraftstoffmenge
im zweiten Druckraum begrenzt, da der erste Kolben die
Strömungsverbindung zwischen den Räumen unterbricht. Da der
zweite Kolben in kraftübertragender Verbindung mit der
Feder steht, wird letztere mit dem Füllen der Räume
verkürzt, wodurch die Federkraft ansteigt. Abgesehen von einer
kleinen abgeführten Kraftstoffmenge wird der Kraftstoff im
Druckraum eingeschlossen gehalten, bis das
Kraftstoffeinspritzventil wieder fur eine erneute
Kraftstoffeinspritzung zu betätigen ist, und somit wird die erhöhte
Kraft der Feder aufrechterhalten, die dem
Kraftstoffeinspritzventil sowohl einen höheren Öffnungsdruck als auch
einen höheren Schließdruck vermittelt.
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Falls der Höchstdruck im Kraftstoffkanal während der
nächsten Einspritzperiode höher ist, weil die Motorlast
ansteigt, erzeugt der Kraftstoffdruck im ersten Druckraum
eine Kraft auf den ersten Kolben, die größer ist als die
entgegengerichtete Federkraft, was zu einer Verschiebung
des ersten Kolbens führt, so daß die Strömungsverbindung
zwischen den Räumen geöffnet wird, bis der Druckaufbau im
zweiten Druckraum eine erhöhte Federkraft erzeugt hat, die
geringfügig größer ist als der Kraftstoffdruck auf der
wirksamen Querschnittfläche des ersten Druckraums. Die
erhöhte Federkraft führt dann den ersten Kolben wieder in
seine Endstellung mit einer abgesperrten
Strömungsverbindung zwischen den Räumen zurück.
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Der begrenzte Ablaßkanal bildet einen ununterbrochenen
Ablaß einer kleinen Kraftstoffmenge aus dem zweiten
Druckraum. Dieses gewährleistet, daß die Belastung der Feder
ebenfalls verringert wird, wenn die Motorlast und damit der
Höchstdruck im Kraftstoffkanal abnimmt. Falls die Last
nicht abnimmt, wird die abgelassene Kraftstoffmenge durch
neuen Kraftstoff bei der nächsten Einspritzperiode ersetzt,
da das Ablassen des Kraftstoffes eine kleine Druckabsenkung
im zweiten Druckraum hervorruft, so daß der erste Kolben
die Strömungsverbindung wieder öffnen kann.
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Der Öffnungsdruck des Kraftstoffeinspritzventils bei einer
spezifischen Last im oberen Lastbereich des Motors hängt ab
von der wirksamen Querschnittsfläche des ersten Raums. Da
eine solche Fläche mit sehr feinen Toleranzen hergestellt
werden kann, regulieren sich alle
Kraftstoffeinspritzventile
im Motor selbst mit dem gleichen Öffnungs- und
Schließdruck ein, da die verschiedenen
herstellungsbedingten Abweichungen in der Federcharakteristik der
Druckfedern und ihr unterschiedliches Nachlassen im
Betriebszeitraum durch Kompression der Federn ausgeglichen wird,
bis sie die gleiche Federkraft erbringen, die sich auf den
höchsten Kraftstoffdruck in den Einspritzventilen
einstellt. Diese Einstellung findet automatisch während des
Betriebs des Motors statt, und dieses vermeidet zu einem
wesentlichen Teil die Notwendigkeit einer periodischen
manuellen Einstellung der Einspritzventile.
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Es ist möglich, die Strömungsverbindung mit einer
Seitenöffnung auszubilden, die durch den ersten Kolben bei
seiner Verschiebung abgedecket oder freigegeben werden
kann, jedoch hat der erste Kolben vorzugsweise einen
Sitzabschnitt, der die Strömungsverbindung zwischen dem ersten
und dem zweiten Druckraum durch Kontakt mit einem
entsprechenden Sitzabschnitt am ortsfesten Bauteil sperrt.
Derartige Sitzabschnitte haben sich über viele Jahre als
sehr zuverlässig bei Kraftstoffeinspritzventilen erwiesen,
und sie erzeugen ein eindeutiges gegenüber großen
Druckunterschieden haltbares Schließen.
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Der Ablaßkanal kann zweckmäßig von einer solchen begrenzten
Größe sein, daß das bei Motorvollast während eines
Motorarbeitsspiels abgelassene Volumen im Bereich von einem Halben
bis zu einem Zwanzigstel des Kraftstoffvolumens im zweiten
Druckraum liegt. Falls die abgelassene Menge größer wird
als die Hälfte, wird es schwierig, insbesondere bei
niedrigen Motorlasten, die gewünschte Erhöhung im
Öffnungsdruck zu erreichen, und zusätzlich werden die
Kolbenbewegungen groß und häufig, da der zweite Druckraum bei jeder
Einspritzperiode neu gefüllt werden muß, auch wenn die
Motorlast konstant ist. Falls das abgelassene Volumen
kleiner ist als ein Zwanzigstel, fällt der Öffnungsdruck
unzweckmäßig langsam bei einer plötzlichen Verringerung der
Motorlast. Die genannten Ablaßverhältnisse gelten bei
Motorvollast.
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Bei einer Ausführungsform kann die wirksame
Querschnittsfläche des ersten Druckraums kleiner sein als die
Öffnungsfläche des Ventilschiebers. Dies hat zum Ergebnis, daß der
erste Kolben in der obigen Endstellung bei niedrigen
Motorlasten verbleibt, wenn der Kraftstoffdruck durch den
Öffnungsdruck des Einspritzventils bestimmt wird, der
allein durch die mechanische Vorspannung der Feder erzeugt
wird. Nur wenn der Kraftstoffdruck bei einer größer
werdenden Motorlast ansteigt, führt der Druck auf der
wirksamen Querschnittsfläche des ersten Raums zu einer Kraft,
die die Federkraft überwinden und den ersten Kolben aus
seiner Endstellung herausbewegen kann.
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Vorzugsweise weist der zweite Druckraum eine wirksame
Querschnittsfläche auf, die mehrfach größer ist als diejenige
des ersten Raums. Dies hat zum Ergebnis, daß der Druck im
zweiten Druckraum eine entsprechende Zahl von Malen kleiner
ist als der Druck im ersten Raum, wenn die auf die Feder
und damit auf den ersten Kolben wirkende Kraft des zweiten
Kolbens die entgegengesetzt gerichtete, auf den ersten
Kolben wirkende Kraft des Kraftstoffes ausgleicht. Die
große wirksame Querschnittsfläche des zweiten Raums führt
somit zum Schließen des zweiten Raums bei einem vorteilhaft
niedrigen Raumdruck, was zu einem vehrältnismäßig kleinen
Druckabfall über den Ablaßkanal mit einem daraus folgenden
kleinen Kraftstoffablaß aus dem zweiten Druckraum führt.
Die große Fläche des zweiten Druckraums erbringt auch den
Vorteil, daß der Raum mit einem großen Kraftstoffvolumen
bei einer bestimmten Verschiebung des zweiten Kolbens und
einer entsprechenden Kompression der Feder gefüllt ist.
Diese beiden Umstände tragen beide dazu bei, daß die Kraft
der Feder nur geringfügig verändert wird, während sich das
Kraftstoffventil in seiner geschlossenen Stellung zwischen
zwei Einspritzperioden befindet.
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Es ist möglich, beide Kolben am Ende der Feder nächst der
Düse anzuordnen, da das Bauteil, das in bezug auf den
ersten Kolben ortsfest ist, dann von dem Ventilschieber
gebildet wird. Das Ergebnis einer solchen Ausbildung ist, daß
die Kolben an den Einstellbewegungen des Ventilschiebers
teilnehmen. In diesem Fall wirken die Kolben als eine
Vergrößerung der Masse des Schiebers, die dem Einspritzventil
langsamere Einstellbewegungen vermittelt. Da dieses
normalerweise als Nachteil angesehen wird, kann der erste
Kolben alternativ am gegenüberliegenden Ende der Feder
gebildet sein. Dieses führt zu dem Nachteil, daß die
Strömungsverbindung zwischen den beiden Druckräumen
langgestreckt wird und verhältnismäßig schwierig herzustellen
ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die sowohl
diese Nachteile vermeidet als auch einfach herzustellen
ist, ist das Kraftstoffeinspritzventil so ausgebildet, daß
in an sich bekannter Weise die Druckfeder zwischen zwei
Federführungen angebracht ist, die in Längsrichtung auf
einem mittleren Druckglied verschieblich sind, das im
Gehäuse ortsfest gehalten ist, daß der zweite Kolben in der
oberen Federführung ausgebildet ist, die von der Düse
abgewandt ist und eine untere Rohrwand, die das Druckglied
druckdicht umgibt, und eine obere Rohrwand, die einen
größeren Innendurchmesser als die untere Wand besitzt und
den ersten Kolben druckdicht umgibt, sowie ein die Wände
miteinander verbindendes Zwischenteil aufweist, dessen
oberseitige Oberfläche die zweite Oberfläche bildet, daß
der erste Kolben ringförmig und zwischen dem Druckglied und
der oberen Wand des zweiten Kolbens eingeschlossen ist und
einen unteren inneren Bund aufweist, dessen oberseitige
Oberfläche die erste Oberfläche bildet, die nach innen in
den Sitzabschnitt ausläuft, und daß der entsprechende
Sitzabschnitt des Druckgliedes nach unten weist und zwischen
einem Durchgangskanal zum Kraftstoffkanal und einem unteren
Bereich verkleinerten Durchmessers angeordnet ist, der die
Strömungsverbindung zwischen den beiden Räumen bildet.
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Der Ablaßkanal kann als unabhängiges Teil z.B. in Form
einer kleinen Bohrung durch den zweiten Kolben in den
zweiten Raum gebildet sein, jedoch besteht der Ablaßkanal
vorzugsweise aus den druckdichten Ringspalten zwischen den
beiden Wänden des zweiten Kolbens und dem ersten Kolben
bzw. dem Druckglied, da diese Ringspalte als solche
schwierig vollkommen druckdicht zu bekommen sind. Die
abgeführte Kraftstoffmenge schmiert gleichzeitig die
aneinander gleitenden Oberflächen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun nachstehend
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es
zeigt:
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Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch ein
Kraftstoffeinspritzventil nach der Erfindung,
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Fig. 2 im größeren Maßstab einen Bereich der Fig. 1, der
die Druckfeder mit zugehorigen Teilen veranschaulicht, und
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Fig. 3 ein Diagramm der Wechselbeziehung zwischen der
Motorlast und den Öffnungsdrücken von Einspritzventilen der
bekannten Art bzw. solchen nach der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt ein allgemein mit 1 bezeichnetes
Kraftstoffeinspritzventil mit einem Außengehäuse 2 zur Anbringung in
einem Zylinderdeckel. Das Gehäuse ist langgestreckt und hat
an seinem oberen Ende ein Befestigungsteil 3, das seitlich
vorsteht und mittels im Deckel befestigter Schrauben eine
Kontaktfläche 4 am unteren Ende des Gehäuses gegen eine
entsprechende, im Deckel gebildete Kontaktfläche drückt.
Eine Kraftstoffpumpe, nicht gezeigt, oder dergleichen
Quelle einer periodischen Zufuhr unter hohem Druck
stehenden Kraftstoffes ist durch eine Druckleitung mit
einem Kraftstoffeinlaß 5 am oberen Ende des
Einspritzventils verbunden, von wo aus ein Kraftstoffkanal 6 mittig
durch das Einspritzventil nach unten zu einer Düse 7 mit
einem mittleren Hohlraum 8 läuft, von dem Düsenöffnungen,
nicht gezeigt, zum Einspritzen von Kraftstoff in den
Motorzylinder austrahlen.
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Der Kraftstoffkanal kann ein Ventil aufweisen, das für
einen Umlauf vorerwärmten Kraftstoffes im Einspritzventil
zwischen den Einspritzperioden öffnet. Der Kraftstoffkanal
läuft durch ein ortsfestes Bauteil in Form eines
Druckglieds 9, das in Aufwärtskontakt mit einem Teil 10, das im
Gehäuse ortsfest ist, und in Abwärtskontakt mit einem
Zwischenteil 11 steht, das fest gegen eine im Gehäuse
ortsfeste Schieberführung 12 gedrückt wird. Ein Ventilschieber
13 ist so untergebracht, daß er in Längsrichtung in einer
mittleren Führungsbohrung 12' in der Schieberführung
verschiebbar ist und mit seinem einen Ende einen nach unten
vorstehenden zylindrischen Abschnitt 11' am Zwischenteil
umfaßt. Die Führungsbohrung zentriert den Schieber derart,
daß eine ringförmige konische Sitzfläche 14, die am unteren
Ende des Ventilschiebers angeordnet und als eine Nadel
ausgebildet ist, koaxial zu einem entsprechenden Ventilsitz an
der Schieberführung 12 steht. Wenn sich der Ventilschieber
in seiner geschlossenen Stellung mit gegen den Ventilsitz
an der Schieberführung gedrückter Sitzfläche befindet, ragt
die Spitze der Nadel in den mittleren Hohlraum der Düse vor
und wird hier dem Motorzylinderdruck ausgesetzt, dersich
durch die Düsenöffnungen in den Hohlraum ausbreitet und auf
den Ventilschieber mit einer Kraft in Öffnungsrichtung
wirkt. Das untere Ende des Ventilschiebers und der
Schieberführung 12 begrenzen einen Druckraum 15, der mit
dem Kraftstoffkanal 6 über Schrägbohrungen 16 in Verbindung
steht. Die untere ringförmige Endfläche des
Ventilschiebers, die nach innen von der Nadel begrenzt ist, wird
durch den Kraftstoffdruck im Raum 15 beeinflußt, wenn der
Kraftstoffdruck auf den Ventilschieber mit einer Kraft in
Öffnungsrichtung wirkt. Die Öffnungsfläche des
Ventilschiebers ist im wesentlichen bestimmt durch den
Durchmesserunterschied
zwischen dem Außendurchmesser des
zylindrischen Abschnitts 11' und dem Innendurchmesser der
Führungsbohrung 12'.
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Der Ventilschieber ist ferner in Schließrichtung, d.h. in
Abwärtsrichtung zum Ventilsitz hin, mittels einer
Druckfeder 17 belastet, deren oberes Ende mit einer oberen
Federführung 18 in Berührung steht, die verschieblich auf
dem Druckglied 9 angebracht ist, und deren unteres Ende
über eine untere Federführung 19 abgestützt ist, die
ebenfalls auf dem Druckglied 9 durch eine geschlitzte
Druckbuchse verschieblich geführt ist, deren untere Endfläche
mit einem oberen Bund am Ventilschieber 13 in Berührung
steht. Die Federkraft wird somit über die Federführung 19
und die Druckbuchse 20 auf den Ventuschieber 13
übertragen.
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Ein ringförmiger erster Kolben 21 ist axial verschieblich
auf dem oberen Abschnitt des Druckgliedes 9 angebracht. Der
Innendurchmesser der Gleitfläche 22 (Fig. 2) des Kolbens
ist an die gegenüberliegende Führungsfläche 23 des
Druckgliedes in der Weise angepaßt, daß der Ringspalt zwischen
den Oberflächen so eng für den Kolben ist, daß er das
Druckglied abdichtend umgibt. Die Führungsfläche 23 läuft
nach unten in einer zylindrischen Ausnehmung aus, die in
das Druckglied eingearbeitet ist und durch einen Kanal 24
mit dem mittleren Kraftstoffkanal 6 im Druckglied in
Verbindung steht. Die Ausnehmung geht nach unten in einen
zylindrischen Abschnitt 25 mit kleinerem Außendurchmesser
als die Führungsfläche 23 über. Unter dem Abschnitt 25 hat
das Druckglied einen ringförmigen konischen unteren
Sitzabschnitt 26.
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Der erste Kolben 21 hat einen unteren inneren Bund 27 mit
einen konischen oberen Sitzabschnitt 26', der druckdichtend
am Sitzabschnitt 26 anliegen kann. In dem Bereich auf der
Höhe der Ausnehmung und des zylindrischen Abschnitts 25
begrenzen der erste Kolben und das Druckglied einen ersten
Druckraum 28 mit einer effektiven Querschnittsfläche, die
durch den Durchmesserunterschied zwischen dem Abschnitt 25
und der Führungsfläche 23 bestimmt ist. Die effektive
Querschnittsfläche liegt auf der oberseitigen Oberfläche des
Bundes 27, d.h. auf einer ersten Oberfläche, die von der
Feder fortweist, so daß der durch den Kanal 24 in den
ersten Druckraum eingeführte Kraftstoffdruck auf den ersten
Kolben mit einer abwärtsgerichteten Kraft wirkt.
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Ein zweiter Kolben 29 ist einstückig mit der oberen
Federführung 18 gebildet und umfaßt ein ringförmiges
Zwischenteil 30, das eine untere Rohrwand 31 und eine obere
Rohrwand 32 abstützt Die Innenseite der unteren Wand 31 steht
druckdicht und in Längsrichtung verschieblich in Kontakt
mit einer zweiten zylindrischen Führungsfläche 33 des
Druckgliedes 9, und die Innenseite der oberen Wand 32 steht
druckdicht und axial verschieblich in Kontakt mit der
Außenseite des ersten Kolbens 21. Der erste und der zweite
Kolben begrenzen zusammen mit dem Druckglied 9 einen
zweiten Druckraum 34 mit einer wirksamen
Querschnittsfläche, die durch den Durchmesserunterschied zwischen den
zylindrischen Innenseiten der unteren Wand 31 und der
oberen Wand 32 bestimmt ist. Eine zylindrische Ausnehmung,
die in der Außenseite des Druckgliedes gebildet und
unmittelbar unter dem Sitzabschnitt 26 angeordnet ist, bildet
eine Strömungsverbindung 35 zwischen den beiden
Druckräumen, wenn sich der erste Kolben vom Sitzabschnitt 26
fortbewegt hat.
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Die Unterseite des Bundes 27 kann einen oder mehrere
Vorsprünge oder einen ringförmigen Vorsprung mit Einschnitten
aufweisen, um den Teil des zweiten Druckraums 34, der
radial fluchtend mit dem Vorsprung angeordnet ist, in
Strömungsverbindung mit der Strömungsverbindung 35 zu
halten, wenn der Vorsprung an der oberen Seite des
Zwischenteils 30 anliegt. Bei einer alternativen
Ausführungsform,
nicht gezeigt, kann der Vorsprung ringförmig
sein, und die Innenseite der unteren Wand 31 kann einen
kleineren Durchmesser als die Innenseite des Bundes 27
aufweisen, so daß der Teil des zweiten Druckraums, der der
Strömungsverbindung 35 nächstgelegen ist, eine aufwärts
wirksame Querschnittsfläche aufweist, die zur
Strömungsverbindung 35 offen ist, wenn der Vorsprung am Bund 27 an der
oberen Seite des Zwischenteils 30 anliegt und die
Verbindung zum übrigen Teil des Druckraums 34 sperrt. Bei
einem entsprechenden Druckanstieg in der
Strömungsverbindung 35 veranlaßt diese wirksame Fläche den zweiten
Kolben 29, sich vom ersten Kolben 21 wegzubewegen mit
gleichzeitiger Freilegung der vollen wirksamen
Querschnittsfläche des zweiten Druckraums.
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Der zweite Druckraum 34 steht ständig in Berührung mit
einem eingeschränkten Ablaßkanal, der aus einem
druckdichten Ringspalt zwischen der Innenseite der oberen Wand
32 und der zylindrischen Außenseite des ersten Kolbens und
dem druckdichten Ringspalt zwischen der Innenseite der
unteren Wand 31 und der Führungsfläche 33 am Druckglied
besteht.
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Es folgt nun eine Beschreibung, wie die beiden Kolben
selbsttätig die gewünschte Federkraft in der Druckfeder 27
erzeugen. Wenn der Motor abgestellt ist und der
Kraftstoffkanal 6 nicht unter Druck steht, nehmen die beiden
Kolben die in der Zeichnung gezeigte Position ein, in der
die Druckfeder 17 mit ihrer herstellerseitigen Vorspannung
den zweiten Kolben 29 nach oben zur Anlage an den ersten
Kolben 21 drückt, der die Federkraft auf das Druckglied 9
durch die Sitzabschnitte 26 und 26' überträgt.
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Wenn der Motor anläuft und die Last größer wird, steigt der
Druck im Kraftstoffkanal 6 bei jeder Einspritzperiode auf
einen Höchstdruck an, der bei Niedriglasten dem
Öffnungsdruck des Einspritzventils entspricht und bei höheren
Lasten durch den Strömungswiderstand in den Düsenöffnungen
bestimmt wird. Der Maximaldruck im Kraftstoffkanal steigt
somit bei größer werdenden Motorlasten.
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Der Druck im Kraftstoffkanal 6 breitet sich durch den Kanal
24 auf den ersten Druckraum 28 aus, und wenn hier der Druck
eine Höhe erreicht, bei dem die abwärtsgerichtete Kraft auf
den ersten Kolben die voreingestellte Federkraft
überwindet, wird der erste Kolben zur Feder hin bewegt, die
zwischen den Federführungen 18 und 19 zusammengedrückt
wird, und gleichzeitig strömt der Kraftstoff über die
Strömungsverbindung 35 in den zweiten Druckraum, wo der
Druck bis auf eine Höhe aufgebaut wird, bei der der erste
Kolben 21 zur Berührung mit dem Sitzabschnitt 26
zurückkehrt, whrend der zweite Kolben 29 in der Position
verbleibt, in der der Feder die zusätzliche Belastung
vermittelt wird.
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Falls der Druck im Kraftstoffkanal 6 bei nachfolgenden
Einspritzperioden auf einen höheren Wert ansteigt, werden die
Kolbenbewegungen wiederholt, so daß der Feder 17 eine
Belastung vermittelt wird, die linear von dem Maximaldruck im
Kraftstoffkanal 6 abhängig ist.
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Durch die druckdichten Ringspalte wird ein kleiner Betrag
an Kraftstoff ständig vom zweiten Druckraum abgelassen,
wobei der Kraftstoff zu einer Ablaßöf fnung, nicht gezeigt,
über den Innenraum des Gehäuses 2 geführt wird.
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Auf diese Weise erreicht das Kraftstoffeinspritzventil nach
der Erfindung eine Federkraft und damit einen
Öffnungsdruck, der mit größer werdenden Motorlasten größer wird,
wie in Fig. 3 gezeigt. Dieses macht es möglich, den
Öffnungsdruck bei niedrigen Motorlasten zu senken, da das
Einspritzventil selbsttätig den hohen Öffnungsdruck erzeugt,
der bei Vollast erforderlich ist. Somit kann die Druckfeder
mit einer vorgegebenen Vorspannung hergestellt werden, die
einen Öffnungsdruck bei niedrigen Lasten von etwa 200 bar
erbringt, was einen stabilen Motorbetrieb bei Teillasten
fördert, und gleichzeitig ist der Öffnungsdruck bei Vollast
höher als bei den bekannten Einspritzventilen, was eine
Zerstäubung des Kraftstoffes zu Beginn der Einspritzperiode
begünstigt.
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Anstelle des obigen mittigen Verlaufs kann der
Kraftstoffkanal 6 in allgemein bekannter Weise eine Anzahl von
Kanälen umfassen, die sich in einem ortsfesten Zwischenteil
entlang der Außenseite der Feder erstrecken und die im
Druckraum 15 über Schrägkanäle in der Schieberführung
ausmünden. Bei dieser Ausbildung wird die Öffnungsfläche des
Ventilschiebers durch die die Nadel umgebende untere
ringförmige Endfläche bestimmt.