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Diese Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil
zur Verwendung bei der Zufuhr von unter Druck stehendem Kraftstoff
an eine Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung ein
Kraftstoffeinspritzventil mit einer Ventilnadel, die unter der Steuerung
eines piezoelektrischen Steuerelements bewegbar ist.
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Es ist wünschenswert, ein piezoelektrisches Steuerelement
von der Art einzusetzen, das sich bei Energiezufuhr vergrößert, um
den Betrieb eines Kraftstoffeinspritzventils zu steuern. "Common rail"-Einspritzventile
benötigen
normalerweise ein Zurückziehen
einer Ventilnadel von ihrem Sitz, um Kraftstoff einspritzen zu können. Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzventil bereitzustellen,
das so angeordnet ist, dass es durch ein piezoelektrisches Steuerelement
von der Art betätigt
werden kann, die sich beim Beaufschlagen mit Energie vergrößert.
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Um die Stapel- oder Säulenhöhe des piezoelektrischen
Steuerelementes eines solches Einspritzventils möglichst klein zu halten, ist
es wünschenswert,
eine Anordnung zur Verfügung
zu stellen, mit der die Ausdehnung und Zusammenziehung des piezoelektrischen
Steuerelements im Betrieb so verstärkt wird, dass sich die Ventilnadel
des Einspritzventils über
eine Wegstrecke hin bewegt, die größer als die Wegstrecke ist, über die
sich ein Endteil des Steuerelements bewegt.
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Das US-Patent Nr. 5,697,554 (Robert
Bosch GmbH) beschreibt ein Einspritzventil mit einem Dosierventil
zum Dosieren eines Fluids und einem hydraulischen Hubvolumen-Verstärker. Der
Verstärker umfasst
eine mit Flüssigkeit
gefüllte
Verstärkungskammer,
mit deren Hilfe eine steuernde Verschiebung eines Arbeitskolbens
in einen verstärkten
Hub eines Hebekolbens transformiert wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Endung wird
ein Kraftstoffeinspritzventil bereitgestellt, das eine Ventilnadel,
die innerhalb einer Bohrung hin- und her bewegbar ist und mit einem
Sitz in Anlage gelangen kann, um die Abgabe von Kraftstoff an eine Auslassöffnung zu
steuern, eine mit der Ventilnadel in Kontakt stehende Fläche, die
innerhalb einer Steuerungskammer dem Kraftstoffdruck ausgesetzt
ist, wobei die Steuerungskammer teilweise von einem ersten Kolbenelement
begrenzt wird, das unter dem Einfluß eines piezoelektrischen Steuerelements
bewegbar ist, wobei die effektive Fläche des ersten Kolbenelementes,
die dem Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerungskammer ausgesetzt
ist, größer als
die entsprechende Fläche
der genannten, mit der Ventilnadel in Kontakt stehenden Fläche ist,
umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzventil
weiterhin ein abschirmendes Element umfasst, das einen Teil der
Ventilnadel vom Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerungskammer abschirmt,
wobei das abschirmende Element ein zweites Kolbenelement aufweist,
das innerhalb einer in der Ventilnadel ausgebildeten Bohrung angeordnet
ist und mit dem ersten Kolbenelement zusammenwirken kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzventil bereitgestellt,
das eine Ventilnadel, die innerhalb einer Bohrung hin- und her bewegbar
ist und mit einem Sitz in Anlage gelangen kann, um die Abgabe von
Kraftstoff an eine Auslassöffnung
zu steuern, eine mit der Ventilnadel in Kontakt stehende Fläche, die
innerhalb einer Steuerungskammer dem Kraftstoffdruck ausgesetzt
ist, wobei die Steuerungskammer teilweise von einem ersten Kolbenelement
begrenzt wird, das unter dem Einfluß eines piezoelektrischen Steuerelements
bewegbar ist, wobei die effektive Fläche des ersten Kolbenelements,
die dem Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerungskammer ausgesetzt
ist, größer als
die entsprechende Fläche
der genannten, mit der Ventilnadel in Kontakt stehenden Fläche ist,
umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzventil
weiterhin ein abschirmendes Element umfasst, das einen Teil der
Ventilnadel vom Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerungskammer abschirmt,
wobei das abschirmende Element eine Hülse umfasst, durch die sich
ein Teil der Ventilnadel erstreckt.
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Das abschirmende Element kann zusammen mit
dem ersten Kolbenelement bewegbar sein oder alternativ relativ zum
Körper
des Einspritzventils fixiert sein.
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Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, worin
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1 eine
Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils darstellt;
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2 eine
vergrößerte Ansicht
eines Teils des Einspritzventils der 1 ist;
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3 eine
der 1 ähnliche
Schnittansicht eines Einspritzventils gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
ist;
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4 eine
Vergrößerung eines
Teils der 3 ist;
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5 eine
der 1 ähnliche
Ansicht ist, die eine alternative Ausgestaltung darstellt;
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6 eine
Vergrößerung eines
Teils von 5 ist; und
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die 7 bis 9 Ansichten sind, die denen
der 4 bis 6 vergleichbar sind und weitere
Ausgestaltungen darstellen.
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Das in den 1 und 2 gezeigte
Einspritzventil umfasst eine Ventilnadel 10, die innerhalb
einer in einem Düsenkörper 14 ausgebildeten
Bohrung 12 hin und her bewegt werden kann. Die Bohrung 12 ist eine
geschlossene Bohrung, und das geschlossene Ende der Bohrung 12 stellt
einen Sitz dar, mit dem ein Endbereich der Ventilnadel 10 in
Anlage kommen kann, um die Zufuhr von Kraftstoff aus der Bohrung 12 am
Sitz vorbei zu einer Mehrzahl von Auslassöffnungen 16 zu steuern.
Die Bohrung 12 ist so angeordnet, dass sie durch eine Versorgungsleitung 18, die
mit einem von einem Teil der Bohrung 12 gebildeten, ringförmigen Galerieraum 20 in
Verbindung steht, von einer Quelle für unter hohem Druck stehendem
Kraftstoff, beispielsweise von einem "common rail" oder einem Druckspeicher, mit Kraftstoff versorgt
wird. Die Ventilnadel 10 besitzt eine gestufte Form und
umfasst einen oberen Endbereich, der einen im wesentlichen mit dem
Durchmesser des benachbarten Teils der Bohrung 12 übereinstimmenden Durchmesser
besitzt, und einen unteren Bereich mit einem Durchmesser, der geringer
als der Durchmesser der Bohrung 12 ist. Damit Kraftstoff
vom ringförmigen
Galerieraum 20 zu demjenigen Teil der Bohrung 12 fließen kann,
der den Bereich der Ventilnadel 10 mit verringertem Durchmesser
beherbergt, ist die Ventilnadel 10 mit Rillen 22 versehen.
Die Gestalt der Ventilnadel 10 ist derart, dass sie Druckflächen 10a aufweist,
die so ausgerichtet sind, dass die Aufbringung von unter Druck stehendem
Kraftstoff auf die Bohrung eine Kraft auf die Nadel 10 ausübt, die
die Nadel 10 weg von ihrem Sitz drückt.
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Das obere Ende des Düsenkörpers 14 grenzt an
ein Abstandsstück 24,
das mit einer durchgehenden Bohrung versehen ist, die gegen die
Achse der Ventilnadel 10 versetzt angeordnet ist. Ein Kolbenelement 26 kann
sich innerhalb des Bohrung des Abstandsstücks 24 hin und her
bewegen, wobei die Bohrung des Abstandsstücks 24, das Kolbenelement 26 und
eine obere Fläche 28 der
Ventilnadel 10 zusammen eine Steuerungskammer 30 definieren.
Im Betrieb kann Kraftstoff in beschränktem Maße zwischen der Ventilnadel 10 und
dem benachbarten Teil der Wand der Bohrung 12 vom ringförmigen Galerieraum 20 zur
Steuerungskammer 30 fließen. Es sollte klar sein, dass ein
solcher Kraftstofffluss nur beschränkt erfolgt, da die Durchmesser
der Nadel 10 und des benachbarten Teils der Bohrung 12 im
wesentlichen gleich sind.
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Das Kolbenelement 26 ist
mit einer axialen, geschlossenen Bohrung ausgestattet, die mit einer Drillbohrung 32 und
Quer-Drillbohrungen 34 von geringem Durchmesser verbunden
ist, wodurch ein Weg zur Verfügung
gestellt wird, durch den Gasblasen aus der Steuerungskammer 30 entweichen
können.
Dabei entweicht das Gas zwischen dem Kolbenelement 26 und
der Wand der Bohrung, innerhalb der sich das Kolbenelement 26 bewegen
kann, zu einer Kammer, die teilweise durch eine obere Fläche des Abstandsstücks 24 gebildet
wird. Die Bohrung des Kolbenelements 26 beherbergt ein
Federanschlagselement 52 und eine Feder 54, die
zwischen dem Federanschlagselement 52 und der Endfläche 28 der Ventilnadel 10 eingespannt
ist, um die Nadel 10 in Richtung ihres Sitzes zu spannen.
Das Federanschlagselement 52 hat die Funktion, das Volumen der
Steuerungskammer 30, das für das Befüllen von unter Druck stehendem
Kraftstoff zur Verfügung steht,
zu verringern, und es hat außerdem
die Funktion, die Menge bzw. Geschwindigkeit, mit der Kraftstoff
durch die Drillbohrung 32 aus der Steuerungskammer 30 entweichen
kann, zu beschränken.
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Die obere Fläche des Abstandsstücks 24 liegt
an einem Düsenhalter 36 mit
länglicher
Form an, wobei sich die Versorgungsleitung 18 durch den
Düsenhalter 36 erstreckt
und einen Bereich mit vergrößertem Durchmesser
umfasst, der zur Aufnahme eines Spaltfilterelements 38 vorgesehen
ist. Der Düsenkörper 14 und
das Abstandsstück 24 sind
mit einer Hutmutter 40 am Düsenhalter 36 befestigt,
die über
ein Gewinde im Eingriff mit dem Düsenhalter 36 steht.
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Der Düsenhalter 36 ist mit
einer langgestreckten Bohrung 42 versehen, die eine Kammer
definiert, die im Betrieb mit einem Niederdruckabfluss in Verbindung
steht. Ein Stapel 44 aus piezokeramischem Material befindet
sich innerhalb der Bohrung 42, wobei sich ein unteres Ende
des Stapels 44 in Anlage an einem Widerlagerelement 46 befindet,
das an das obere Ende des Kolbenelements 26 anstößt. Der
Stapel 44 besteht aus einer Mehrzahl von Steuerelementen
von der Art, die sich unter Beaufschlagung von Energie verlängert (D33).
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Der Stapel 44 ist elektrisch
mit einem geeigneten Antriebsschaltkreis 48 verbunden,
der von der Batterie des Fahrzeugs angetrieben werden kann, und
in das der Motor und das das Einspritzventil umfassende Kraftstoffsystem
eingebaut ist. Wie in 1 dargestellt,
umfasst der Antriebsschaltkreis 48 Überbrückungswiderstände 50,
die sicherstellen, dass dann, wenn der Motor abgeschaltet ist, der
Stapel 44 für
eine ausreichend lange Dauer aufgeladen bleibt, damit der Kraftstoffdruck
innerhalb der Versorgungsleitung 18 und des "Common rail" oder einer entsprechenden
anderen Quelle für
unter Druck stehenden Kraftstoff absinken kann, so dass das Kraftstoffsystem
auf sichere Art und Weise abgeschaltet werden kann, ohne dass eine
ungewünschte
Einspritzung von Kraftstoff die Folge ist.
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Im Betrieb ist nach dem Start des
Motors der über
die Versorgungsleitung 18 eingespeiste Kraftstoffdruck
relativ niedrig, und damit ist die die Ventilnadel 10 von
ihrem Sitz wegdrückende
Kraft gering, und die Feder 54 besitzt eine ausreichende
Stärke, um
sicherzustellen, dass die Ventilnadel 10 in diesem Stadium
des Betriebs des Einspritzventils in Anlage mit ihrem Sitz gehalten
wird. Wie voranstehend beschrieben, kann Kraftstoff zwischen der
Ventilnadel 10 und der Wand der Bohrung 12 entlang
fließen,
um in verringertem Maße
zur Steuerungskammer 30 zu gelangen. Ein solcher Kraftstofffluss
steigert den auf die Endfläche 28 der
Ventilnadel 10 einwirkenden Kraftstoffdruck, und so wird
die Feder 54 dabei unterstützt, die Ventilnadel 10 in
Anlage mit ihrem Sitz zu halten, weil der Kraftstoffdruck innerhalb
der Versorgungsleitung 18 ansteigt.
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Wenn in diesem Stadium des Betriebs
des Einspritzventils der Stapel 44 von piezoelektrischem Material
noch nicht mit Energie beaufschlagt wurde, bewirkt die Beaufschlagung
des Stapels 44 mit Energie, dass sich das Kolbenelement 26 in
einem Maße abwärts bewegt,
das vom Ausmaß beschränkt wird, mit
dem Kraftstoff aus der Steuerungskammer 30 entweichen kann,
wobei der entweichende Kraftstoff entweder zwischen dem Kolbenelement 26 und
der Bohrung, innerhalb der sich das Kolbenelement 26 befindet,
oder zwischen der Ventilnadel 10 und der Wand der Bohrung 12 fließt. Die
nach unten gerichtete Bewegung des Kolbenelements 26 bewirkt,
dass der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerungskammer 30 ansteigt,
was sicherstellt, dass die Ventilnadel 10 in Anlage mit
ihrem Sitz verbleibt.
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Um mit der Einspritzung zu beginnen,
wird der Stapel 44 entladen, was die Höhe des Stapels 44 verringert
und damit möglich
macht, dass sich das Kolbenelement 26 nach oben bewegt.
Die Einwirkung des Kraftstoffdrucks auf die Druckflächen 10a der
Ventilnadel 10 drückt
die Ventilnadel 10 weg von ihrem Sitz, wobei eine solche
Bewegung der Ventilnadel 10 durch die Verringerung des
Kraftstoffdrucks innerhalb der Steuerungskammer 30 möglich wird, die
eine Folge der Aufwärtsbewegung
des Kolbenelements 26 ist. Es sollte klar sein, dass, weil
das Kolbenelement 26 einen größeren Durchmesser als den Durchmesser
der Endfläche 28 der
Ventilnadel 10 besitzt, ein relativ kleiner Bewegungsbetrag
des Kolbenelements 26 dazu führt, dass der Kraftstoffdruck innerhalb
der Steuerungskammer 30 in einem solchen Ausmaß fällt, dass
ein relativ großer
Bewegungsbetrag der Ventilnadel 10 möglich wird. Die Bewegung der
Ventilnadel 10 erlaubt es, dass Kraftstoff am Sitz vorbei
zu den Auslassöffnungen 16 fließt.
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Während
der Einspritzung bewirkt eine Kraftstoffleckage zwischen der Ventilnadel 10 und
der Wand der Bohrung 12 zur Steuerungskammer 30, dass
sich die Ventilnadel 10 nach unten in Richtung ihres Sitzes
bewegt. Würde
die Einspritzung übermäßig lang
dauern, würde
dies dazu führen,
dass sich die Ventilnadel 10 in Anlage mit ihrem Sitz bewegt, um
die Einspritzung zu beenden. Es ist also deutlich, dass der Fluss
von Kraftstoff zur Steuerungskammer 30 als Sicherheitsmaßnahme fungiert,
um eine andauernde Einspritzung für den Fall zu verhindern, dass
der Stapel 44 aus piezokeramischem Material oder der damit
verbundene Antriebsschaltkreis 48 ausfallen sollte.
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Um die Einspritzung im normalen Betrieb
zu beenden, wird der Stapel 44 erneut mit Energie beaufschlagt,
was zu einer Verlängerung
des Stapels 44 führt
und damit dazu, dass das Kolbenelement 26 nach unten gedrückt wird.
Eine solche Bewegung steigert den Kraftstoffdruck innerhalb der
Steuerungskammer 30 und steigert damit die auf die Ventilnadel 10 einwirkende
Kraft auf einen Wert, der ausreicht, um die Nadel in Anlage mit
ihrem Sitz zu drücken.
Da während
der Einspritzung Kraftstoff zur Steuerungskammer 30 fließt, sollte
klar sein, dass der Höhenunterschied
in der Stellung der Nadel 10 während der Einspritzung garantiert,
dass die Ventilnadel 10 am Ende der Einspritzung zurück in Anlage mit
ihrem Sitz gedrückt
wird.
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Obwohl der verengte Durchflussweg, über den
Kraftstoff zur Steuerungskammer 30 gelangt, in der hier
voranstehend beschriebenen Anordnung von der Nadel 10 und
dem benachbarten Teil der Wand der Bohrung 12 definiert
bzw. begrenzt wird, sollte klar sein, dass auf Wunsch eine separate
Drillbohrung vorgesehen sein kann, um einen solchen verengten Durchflussweg
bereitzustellen Die 3 und 4 zeigen ein alternatives
Kraftstoffeinspritzventil, das zur Verwendung in einem Kraftstoffversorgungssystem
vom "Common Rail"-Typ vorgesehen ist,
um Dieselkraftstoff zu einem Zylinder einer damit verbundenen Verbrennungskraftmaschine
mit Selbstzündung
abzugeben. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen Düsenkörper 110 mit
einer darin angeordneten geschlossenen Bohrung 112, wobei
eine Einspritznadel 114 innerhalb der Bohrung 112 verschieblich
angeordnet ist. Das untere Ende der Nadel 114 besitzt eine
kegelstumpfförmige
Gestalt und ist derart angeordnet, dass es in Anlage mit einem rund um
ein geschlossenes Ende der Bohrung 112 angeordneten Sitz
gelangen kann, um die Abgabe von Kraftstoff aus der Bohrung 112 an
eine Mehrzahl von Auslassöffnungen 116 zu
steuern. Die Bohrung 112 und die Nadel 114 sind
so gestaltet, dass sie Bereiche von im wesentlichen dem selben Durchmesser aufweisen,
so dass eine Führung
für eine
Gleitbewegung der Nadel 114 innerhalb der Bohrung 112 vorhanden
ist. Die Bohrung 112 ist weiterhin so ausgestaltet, dass
sie einen ringförmigen
Galerieraum 118 begrenzt bzw. definiert, der mit einer
Versorgungsleitung 120 in Verbindung steht, durch die unter
hohem Druck stehender Kraftstoff vom "Common Rail" an die Bohrung 112 abgegeben
wird. Wie in 3 gezeigt,
ist die Versorgungsleitung 120 dienlicherweise so gestaltet,
dass sie einen Bereich mit größerem Durchmesser
besitzt, in dem ein Spaltfilterelement 122 angeordnet ist.
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Damit Kraftstoff vom ringförmigen Galerieraum 118 in
Richtung des geschlossenen Endes der Bohrung 112 fließen kann,
ist die Ventilnadel 114 dienlicherweise mit äußeren Rillen
ausgestattet. Das dem kegelstumpfförmigen Ende abgewandte Ende der
Nadel 114 besitzt eine sich axial erstreckende geschlossene
Bohrung 124, innerhalb der ein abschirmendes Element 126 in
Form eines Kolbens verschieblich angeordnet ist. Eine Feder 128 ist
innerhalb der Bohrung 124 zwischen dem Abschirmelement 126 und
einer Oberfläche
der Nadel 114 eingespannt. Die Nadel 114 besitzt
weiterhin Öffnungen 130,
durch die Kraftstoff vom mit Rillen versehenen Bereich der Nadel 114 zur
Bohrung 124 fließen
kann.
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Das obere Ende des Düsenkörpers 110 liegt an
einem Abstandsstück 132 an,
das mit einer durchgehenden Bohrung versehen ist, die bezüglich der Achse
des Abstandsstücks 132 exzentrisch
angeordnet ist. Ein Kolbenelement 134 befindet sich innerhalb
der durchgehenden Bohrung, und die Feder 128 spannt das
abschirmende Element 126 in Anlage mit dem Kolbenelement 134.
Wie in 4 am deutlichsten
zu erkennen ist, begrenzen das abschirmende Element 126,
das Kolbenelement 134, die im Abstandsstück 132 angeordnete
Bohrung und die obere Endfläche
der Ventilnadel 114 zusammen eine Steuerungskammer 136.
Es sollte klar sein, dass die Fläche
desjenigen Teils der Ventilnadel 114, die dem Kraftstoffdruck
innerhalb der Steuerungskammer 136 ausgesetzt ist, relativ
klein ist und eine im wesentlichen ringförmige Gestalt besitzt. Insbesondere
ist die effektive Fläche
der Ventilnadel 114, die dem Kraftstoffdruck innerhalb
der Steuerungskammer 136 ausgesetzt ist, kleiner als die
Fläche
des Kolbenelements 134, die dem Kraftstoffdruck innerhalb
der Steuerungskammer 136 ausgesetzt ist. Das führt dazu,
dass die Bewegung des Kolbenelements 134 über eine
vorgegebene Wegstrecke hinweg in einer Bewegung der Ventilnadel 114 über eine
größere Wegstrecke
hinweg resultiert, während
das Volumen der Steuerungskammer 136 bei einem im wesentlichen
festgelegten Volumen beibehalten wird.
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Die obere Fläche des Abstandsstücks 132 stößt an das
untere Ende eines Düsenhalters 138 an, der
mit einer Bohrung ausgestattet ist, die ein piezoelektrisches Steuerelement 140 mit
einem Stapel aus piezokeramischem Material beherbergt, dessen unteres
Ende an die obere Fläche
des Kolbenelements 134 anstößt. Auf Wunsch kann ein Widerlager-Element
dazwischen angeordnet sein. Eine Hutmutter 142 ist so angeordnet,
dass sie den Düsenkörper 110 und
das Abstandsstück 132 am
Düsenhalter 138 sichert.
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Wenn im Betrieb die Versorgungsleitung 120 von
einer "Common Rail"-Anordnung mit unter hohem Druck stehendem
Kraftstoff beaufschlagt ist und das Steuerelement 140 verlängert ist
und den Kolben 134 in eine Abwärts-Richtung drückt, wirkt
dem Kraftstoffdruck, der auf die Druckflächen der Nadel 114 aufgebracht
ist und die Ventilnadel 114 weg von ihrem Sitz drückt, die
Kombination aus dem Kraftstoffdruck innerhalb der Bohrung 124,
der Wirkung der Feder 128 und dem Kraftstoffdruck innerhalb
der Steuerungskammer 136, der auf die sich darbietende bzw.
freiliegende Endfläche
der Ventilnadel 114 wirkt, entgegen, mit dem Ergebnis,
dass die Ventilnadel 114 in Anlage mit ihrem Sitz gehalten
wird, und deshalb fließt
kein Kraftstoff von der Bohrung 112 zu den Auslassöffnungen 116,
und eine Einspritzung findet nicht statt.
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Um mit der Einspritzung zu beginnen,
wird das Steuerelement 140 so betätigt, dass sich dessen Länge verringert,
was es dem Kolbenelement 134 erlaubt, sich unter dem Einfluss
des Kraftstoffdrucks innerhalb der Steuerungskammer 136 und
unter dem Einfluss der Feder 128 nach oben zu bewegen.
Die Bewegung des Kolbenelements 134 verringert den Kraftstoffdruck
innerhalb der Steuerungskammer 136, was die auf die Nadel 114 einwirkende
Abwärts-Kraft
verringert, und es wird ein Punkt erreicht, jenseits dessen die
Nadel 114 sich von ihrem Sitz heben kann. Wie voranstehend
beschrieben, resultiert die Bewegung des Kolbenelements 134 über eine
relativ kleine Wegstrecke hinweg in einer Bewegung der Ventilnadel 114 über eine
relativ große
Wegstrecke hinweg, ohne dass sich der Kraftstoffdruck innerhalb
der Steuerungskammer 136 bedeutend ändert, da die wirksame, dem
Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerungskammer 136 ausgesetzte
Fläche
der Ventilnadel 114 relativ klein ist. Dies führt dazu,
dass sich die Ventilnadel 114 bei einer gegebenen Größe des Steuerelements 140 und
des Kolbenelementes 134 über eine größere Wegstrecke hinweg bewegen kann.
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Um die Einspritzung zu beenden, wird
das Steuerelement 140 so betätigt, dass es eine Abwärts-Bewegung
des Kolbenelements 134 bewirkt, wodurch der Kraftstoffdruck
innerhalb der Steuerungskammer 136 steigt und damit auch
die auf die Ventilnadel 114 aufgebrachte, nach unten gerichtete Kraft
ansteigt, und es sollte klar sein, dass ein Punkt erreicht wird,
jenseits dessen der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerungskammer 136 ausreicht,
um zu bewirken, dass sich die Ventilnadel 114 in Anlage
mit ihrem Sitz bewegt, was die Einspritzung beendet. Es sollte klar
sein, dass die Fläche
des Kolbenelements 134, über die der Kraftstoff einwirkt,
beschränkt
ist, da ein Teil der Endfläche
des Kolbenelements 134 durch das abschirmende Element 126 be-
oder verdeckt ist. Die auf die Nadel aufgebrachte Kraft ist jedoch
immer noch ausreichend, um ein angemessen schnelles Verschließen des
Einspritzventils zu bewirken.
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Die in den 5 und 6 dargestellte
Anordnung unterscheidet sich von der der 3 und 4 dadurch,
dass die Ventilnadel 114 nicht mit einer sich axial erstreckenden,
geschlossenen Bohrung ausgestattet ist und stattdessen eine Verlängerung 114a mit
verringertem Durchmesser besitzt. In dieser Ausgestaltung nimmt
das abschirmende Element 126 die Form einer ringförmigen Hülse an,
die rund um die Verlängerung 114a angeordnet
ist, wobei die Feder 128 zwischen dem ringförmigen abschirmenden
Element 126 und einer Außenfläche der Ventilnadel 114 eingespannt
ist.
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Die obere Endfläche des ringförmigen abschirmenden
Elements 126 ist mit Durchflusskanäle darstellenden Vertiefungen
oder Rinnen 126a versehen, die es ermöglichen, dass Kraftstoff innerhalb
der Steuerungskammer 136 auf die Endfläche der Verlängerung 114a einwirkt.
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Der Betrieb dieser Ausgestaltung
ist dem, der unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben wurde, vergleichbar
und muß deshalb
nicht detaillierter erläutert
werden. Es sollte jedoch klar sein, dass die Verwendung eines ringförmigen,
einen Teil der Verlängerung 114a umgebenden
abschirmenden Elements 126 anstelle der Bereitstellung
einer Bohrung 124 in der Ventilnadel 114 den Verlust
einer der Leitflächen
für die
Einspritznadel 114 zur Folge hat, und dies führt dazu,
dass die Konzentrizität
der Verlängerung 114a und
des ringförmigen
abschirmenden Elements 126 hoch sein muß, um eine genaue Führung der
Bewegung der Ventilnadel 114 während des Betriebs sicherzustellen.
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Die in 7 dargestellte
Anordnung ist derjenigen der 6 vergleichbar,
jedoch befindet sich das untere Ende der Ventilnadel 114 zur
Führung
dieses unteren Endes der Ventilnadel 114 innerhalb einer
Verlängerung
der Bohrung 112, wobei die Anlage der Ventilnadel 114 mit
ihrem Sitz die Zufuhr von Kraftstoff an eine untere Kammer 116a steuert,
die von der Ventilnadel 114 und dem Düsenkörper 110 begrenzt
wird. Die Kammer 116a steht mit Auslassöffnungen 116 in Verbindung,
die sowohl im Düsenkörper 110 als
auch im unteren Ende der Ventilnadel 114 angeordnet sind.
Da das untere Ende der Ventilnadel 114 verschieblich geführt wird,
kann die Genauigkeit der Konzentrizität der Verlängerung 114a und des
ringförmigen
abschimenden Elements 126 verringert werden. Der Betrieb
dieser Ausgestaltung ist demjenigen vergleichbar, der unter Bezugnahme auf
die 3 und 4 beschrieben wurde, und
braucht nicht genauer dargestellt zu werden.
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In den voranstehend unter Bezugnahme
auf die 3 bis 7 beschriebenen Ausgestaltungen
ist das abschirmende Element 126 so angeordnet, dass es
mit der unteren Endfläche
des Kolbenelements 134 zur Anlage kommt. Dies hat den Nachteil,
dass die Fläche
des Kolbenelements 134, die dem Kraftstoffdruck innerhalb
der Steuerungskammer 136 ausgesetzt ist, verringert ist,
und deshalb kann es, obwohl die Bewegung der Ventilnadel 114 in
den voranstehend beschriebenen Anordnungen im Vergleich zu derjenigen
des Kolbenelements 134 vergrößert ist, von Vorteil sein,
eine Anordnung bereitzustellen, in der das abschirmende Element 126 nicht
in Anlage mit dem unteren Ende des Kolbenelements 134 gelangt.
Die 8 und 9 stellen Anordnungen vergleichbar
denen der 6 und 7 dar, in denen jedoch die
abschirmenden Elemente 126 Teil eines zweiten Abstandsstücks 144 bilden,
das zwischen dem ersten Abstandsstück 132 und dem Düsenkörper 110 angeordnet
ist. Wie voranstehend beschrieben, ist die Konzentrizität der Anordnung
der 9 weniger heikel,
als sie es in der Anordnung der 8 ist.
Als Alternative zur Bereitstellung des abschirmenden Elements 126 als
Teil eines zweiten Abstandsstücks 144 kann
das abschirmende Element 126 direkt am Düsenkörper 110 befestigt
sein, beispielsweise unter Verwendung geeigneter Schrauben oder
durch Schweißen.
Es sollte klar sein, dass andere Techniken verwendet werden können, um
das abschirmende Element am Düsenkörper 110 zu
befestigen.
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Es sollte klar sein, dass die in
den 7 und 9 gezeigten Anordnungen deshalb
besonders vorteilhaft sind, weil ihre Ventilnadeln 114 im
Betrieb im wesentlichen unter einem Gleichgewicht des Kraftstoffdrucks
stehen und deshalb die Kraft, die auf die Ventilnadel 114 aufgebracht
werden muß,
um diese in Richtung oder weg von ihrem Sitz zu bewegen, geringer
ist. Dies führt
dazu, dass bei einer gegebenen Größe des Piezo-Stapels und des Kolbenelements 134 eine
größere Wegstrecke
der Nadelbewegung erreicht werden kann.
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In den voranstehend unter Bezugnahme
auf die 3 bis 9 beschriebenen Ausgestaltungen
können
die Ventilnadel und der Düsenkörper eine
im wesentlichen flüssigkeitsdichte
Abdichtung bilden, die Kraftstoff ganz wesentlich daran hindert,
zur oder aus der Steuerungskammer zu fließen, und auf Wunsch kann ein
anderes Fluid innerhalb der Steuerungskammer vorgesehen sein. Es
sollte klar sein, dass man die Möglichkeit
schaffen kann, dass auf Wunsch Kraftstoff in beschränkter Menge
bzw. Geschwindigkeit zur Steuerungskammer fließen kann, wodurch die Ventilnadel
geschmiert wird und Schwankungen in der Länge des Steuerelements, die
beispielsweise von Temperaturschwankungen hervorgerufen werden,
kompensiert werden. Dies hat außerdem
die Wirkung, dass die Einspritzung in dem Fall endet, dass das Steuerelement
während
der Einspritzung ausfällt,
wie hier voranstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
Es sollte weiterhin klar sein, dass die unter Bezugnahme auf die 3 bis 9 beschriebenen Einspritzventile unter
Verwendung des in 1 dargestellten
Antriebsschaltkreises gesteuert werden können.