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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung
für einen
Fahrzeugmotor wie beispielsweise einen Dieselmotor.
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Auf
dem Gebiet der Dieselmotoren und Benzinmotoren mit Direkteinspritzung
ist eine Common-Rail-Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekanntermaßen vorteilhaft
für die
Zerstäubung
von Kraftstoffsprühnebel
und die Hochdruckeinspritzung. Ein Beispiel für die Common-Rail-Kraftstoffeinspritzvorrichtungen
ist in der anhängigen
US-Patentanmeldung 09/136,078 derselben Anmelderin offenbart. Im
Allgemeinen hat die Common-Rail-Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine
Common-Rail (Speicherkammer) zum vorübergehenden Speichern von Kraftstoff,
der durch eine Hochdruckpumpe mit Druck beaufschlagt wurde. Eine
vorgegebene Menge Kraftstoff wird zu einem vorgegebenen Zeitpunkt
von einer Einspritzvorrichtung in Zylinder eines Motors (oder einer
Verbrennungskammer) eingespritzt.
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Die
Einspritzvorrichtung hat im Allgemeinen an einem unteren Ende mehrere
Einspritzöffnungen (Kraftstoffsprühnebelauslässe), die
durch ein Nadelventil geöffnet
und geschlossen werden, das sich in einem Einspritzvorrichtungskörper (Düsenkörper) auf und
ab bewegt. Ferner ist eine Feder in dem Einspritzvorrichtungskörper aufgenommen,
um das Nadelventil in eine Schließrichtung (Abwärtsrichtung) vorzuspannen.
Das Nadelventil ist in den Hochdruckkraftstoff eingetaucht (d.h.
das Nadelventil würde
in einem Kraftstoffbecken schwimmen, wenn keine nach unten gerichtete
Kraft wirken würde),
und eine nach unten gerichtete Federkraft wird derart auf das Nadelventil
ausgeübt,
dass ein unteres Ende des Nadelventils mit einem Ventilsitz in Kontakt
gebracht wird, um die Einspritzöffnungen
der Einspritzvorrichtung zu schließen. Ein nach unten gerichteter
Kraftstoffdruck, der auf ein oberes Ende des Nadelventils ausgeübt wird,
wird durch eine Druckbegrenzungskammer (Ausgleichkammer) gesteuert.
Durch entsprechendes Abgeben eines Hochdruckkraftstoffs aus der
Druckbegrenzungskammer geht der Druckausgleich relativ zu dem Nadelventil
verloren, so dass das Nadelventil dazu veranlasst wird, sich nach oben
zu bewegen und sich die Einspritzöffnungen öffnen. Eine derartige Einspritzvorrichtung
ist beispielsweise in den Japanischen Offenlegungsschriften Nr.
10-77924, Nr. 9-32680 und Nr. 9-32682 offenbart.
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Das
Nadelventil ist derart in einem in einem Düsenkörper der Einspritzvorrichtung
ausgebildeten Loch oder einer Bohrung aufgenommen, dass es sich nach
oben oder unten bewegen kann. Der von der Common-Rail zugeführte Hochdruckkraftstoff
fließt durch
einen zylindrischen Zwischenraum zwischen dem Loch des Dü senkörpers und
dem Nadelventil und erreicht die Einspritzöffnungen der Einspritzvorrichtung.
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Die
Japanische Offenlegungsschrift Nr. 3-065 offenbart ebenfalls die
Common-Rail-Einspritzvorrichtung.
In dieser Schrift ist der Zwischenraum zwischen dem Loch des Düsenkörpers und dem
Nadelventil geringer gehalten. Dieser Zwischenraum ist mit anderen
Worten gedrosselt. Auf Grund dieser Modifikation ist der Kraftstoffdruck
beim Einspritzen des Kraftstoffs stromabwärts dieses Drosselabschnitts
geringer als der Druck stromaufwärts
des Drosselabschnitts. Mittels dieses Druckunterschieds wird zudem
eine nach unten gerichtete Kraft (als „zusätzliche nach unten gerichtete
Kraft" bezeichnet), die
in die Ventilschließrichtung
wirkt, während
der Kraftstoffeinspritzung auf das Nadelventil ausgeübt. Daher
ist es möglich,
das Nadelventil bei Beendigung der Kraftstoffeinspritzung mit einer
sehr hohen Geschwindigkeit zu schließen, indem die Federkraft und die
zusätzliche
nach unten gerichtete Kraft kombiniert werden. Dies verbessert das
Ansprechverhalten und ermöglicht
die Verwendung einer relativ schwachen Feder. Dementsprechend wird
auch die Ventilöffnungsgeschwindigkeit
erhöht.
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Diese
Anordnung drosselt jedoch den kleinen Zwischenraum in der Nähe der Einspritzöffnungen
(Düsenauslässe), um
einen gewünschten
Druckunterschied zu erhalten. Daher ist es schwierig, eine ausreichende
Ventilschließkraft
zu erhalten. Allgemein lässt
sich sagen, dass je größer der
Bereich, der dem Kraftstoffdruck ausgesetzt ist, desto größer die
Ventilschließkraft
bei demselben Druckunterschied. Wenn der kleine Zwischenraum gedrosselt ist,
erhält
man keinen großen,
dem Druck ausgesetzten Bereich. Somit entsteht keine große Ventilschließkraft.
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Die
EP-A-0451408 offenbart eine Einspritzvorrichtung ohne Common-Rail
und Druckbegrenzungskammer. Diese Einspritzvorrichtung enthält in Kraftstoffflussrichtung
hintereinander einen größeren Zwischenraumabschnitt
und einen kleineren Zwischenraumabschnitt. Ferner ist ein Kragen
in dem größeren Zwischenraumabschnitt
vorgesehen, der einen Drosseldurchgang bildet.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
anzugeben, die eine große
Ventilschließkraft
erzeugen kann.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
anzugeben, die das Nadelventil bei Beendigung der Kraftstoffeinspritzung mit
sehr hoher Geschwindigkeit und sehr gutem Ansprechverhalten schließen kann.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung anzugeben,
die die Kraftstoffzufuhr umgehend unterbrechen kann, sobald die
Einspritzung beendet ist.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung anzugeben,
die keine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erfordert, einen einfachen
Aufbau hat und mit geringem Kostenaufwand herzustellen ist.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
anzugeben, die die Kraftstoffeinspritzung (insbesondere eine einzuspritzende
Kraftstoffmenge) stabilisieren und die Veränderungen oder Schwankungen
bei der Erfassung des Common-Rail-Drucks verringern kann.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
mit einem Düsenkörper und
einem Nadelventil angegeben, das derart in einem Düsenkörperloch
aufgenommen ist, dass es in diesem auf und ab beweget wird, wobei
Kraftstoff durch einen Zwischenraum zwischen dem Düsenkörperloch
und dem Nadelventil zu stromabwärts
gelegenen Ausgängen (Einspritzöffnungen)
fließt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum in Kraftstoffflussrichtung
hintereinander ein größeres Zwischenraumsegment
und ein kleineres Zwischenraumsegment enthält, das Nadelventil einen Kragen
hat, um das größere Zwischenraumsegment
im Wesentlichen zu blockieren, und ein Drosseldurchgang in dem Kragen
oder durch diesen gebildet ist, so dass ein Teil des Kraftstoffs
auf eingeschränkte
Weise durch den Kragen zu dem kleineren Zwischenraumsegment fließen kann.
Der Kragen erstreckt sich quer in dem größeren Zwischenraumsegment,
so dass er einen relativ großen
Bereich hat, der dem Kraftstoffdruck ausgesetzt ist. Da der Kraftstoffdruck
auf diesen großen
Bereich wirkt, erhält
man während
des Öffnens
des Nadelventils einen großen
Druckunterschied über
dem Kragen. Somit ist es möglich,
das Nadelventil mit hoher Geschwindigkeit zu schließen.
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Vorzugsweise
ist zudem eine Druckbegrenzungskammer in dem Düsenkörper gebildet, um den Kraftstoffdruck
zu steuern, der auf das Nadelventil ausgeübt werden soll. Der Kragen
kann vorzugsweise nahe dem kleinen Zwischenraumseg ment angeordnet
sein. Der Düsenkörper kann
einen unteren Körper
und einen oberen Körper
enthalten, und das große
Zwischenraumsegment kann in dem oberen Körper und das kleine Zwischenraumsegment
in dem unteren Körper
gebildet sein. Der Kragen kann ein ringförmiges Element sein, das in
Presspassung auf dem Nadelventil sitzt. Der Außenumfang des Kragens kann
entlang dem Gesamtumfang ausgeschnitten sein und der Drosseldurchgang
für den
Kraftstoff kann durch diese ringförmige Aussparung definiert sein.
Alternativ kann der Kragen das Düsenkörperloch
entlang seinem Gesamtumfang kontaktieren und relativ zu dem Düsenkörperloch
verschiebbar sein, und mindestens eine Öffnung kann derart in dem Kragen
ausgebildet sein, dass der Kraftstoff nur durch diese Öffnung durch
den Kragen treten kann. Eine Feder kann in dem großen Zwischenraumsegment
angeordnet sein, um das Nadelventil in die Ventilschließrichtung
vorzuspannen. Der Kragen kann zudem als Auflage für die Feder
dienen. Der Kragen kann eine zweiteilige Struktur haben. Der Kragen kann
einen Anschlag, der auf das Nadelventil gepasst und von der Wand
des Düsenkörperlochs
beabstandet ist, und eine Pressvorrichtung enthalten, die durch
die Feder gegen die obere Fläche
des Anschlags vorgespannt und relativ zu der Wand des Düsenkörperlochs
verschiebbar ist. Ein Durchgangsloch kann in der Pressvorrichtung
ausgebildet sein, das als Drosseldurchgang dient. Ein Ausgang dieses Durchgangslochs
kann sich zu dem Raum zwischen dem Anschlag und der Wand des Düsenkörperlochs hin öffnen.
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Gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit
einem Düsenkörper, einem
Nadelventil, das anhebbar in einem Düsenkörperloch aufgenommen ist, und
einem Zwischenraum angegeben, der zwischen dem Nadelventil und dem
Düsenkörperloch
ausgebildet ist, wobei Kraftstoff durch den Zwischenraum zu Einspritzöffnungen
des Düsenkörpers fließt, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zwischenraum hintereinander einen größeren Zwischenraumabschnitt
und einen kleineren Zwischenraumabschnitt hat, ein Blockierelement
in dem größeren Zwischenraumabschnitt
vorgesehen ist, ein Drosseldurchgang für den Kraftstoffdurchtritt
in dem Kragen gebildet oder durch diesen definiert ist und ein Flansch
so auf dem Nadelventil vorgesehen ist, dass durch den Drosseldurchgang
tretender Kraftstoff auf den Flansch trifft. Da der durch den Drosseldurchgang
beschleunigte Kraftstoff während
des Öffnens
des Ventils auf den Flansch trifft, wird eine größere Schließkraft erzeugt und das Nadelventil
kann daher mit hoher Geschwindigkeit geschlossen werden.
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Vorzugsweise
ist eine Druckbegrenzungskammer in dem Düsenkörper gebildet, um den Kraftstoffdruck
zu steuern, der auf das Nadelventil ausgeübt werden soll. Der Drosseldurchgang
kann in der Nähe
des kleineren Zwischenraumabschnitts angeordnet sein. Der Düsenkörper kann
einen oberen Körper
und einen unteren Körper
enthalten, der größere Zwischenraumabschnitt
kann in dem oberen Düsenkörper und
der kleinere Zwischenraumabschnitt in dem unteren Düsenkörper gebildet sein
und das Blockierelement und der Flansch können beide in dem größeren Zwischenraumabschnitt nahe
dem kleineren Zwischenraumabschnitt angeordnet sein. Das Blockierelement
kann ein ringförmiges
Element sein, das in Presspassung in dem Düsenkörperloch sitzt, und der Flansch
kann ebenfalls ein ringförmiges
Element sein, das in Presspassung auf dem Nadelventil sitzt. Das
Blockierelement kann derart von dem Nadelventil in eine radiale
Richtung des Nadelventils beabstandet sein, dass zwischen dem Blockierelement
und dem Nadelventil ein ringförmiger
Spalt ausgebildet ist und dieser ringförmige Spalt als Drosseldurchgang
dient. Der Flansch kann ein ringförmiges Element sein, das stromabwärts nahe
dem Drosseldurchgang angeordnet ist. Alternativ kann das Blockierelement
in den größeren Zwischenraumabschnitt
gepasst sein und relativ zu dem Nadelventil verschiebbar sein, der
Drosseldurchgang kann ein in dem Blockierelement ausgebildetes Durchgangsloch
sein und ein Ausgang des Durchgangslochs kann dem Flansch gegenüberliegen. Eine
stufenförmige
Aussparung kann in einem unteren Ende des größeren Zwischenraumabschnitts durch
Vergrößern des
Durchmessers des größeren Zwischenraumabschnitts
ausgebildet sein und eine Muffe kann so in der Aussparung angeordnet
sein, dass sie in der Aussparung nicht in eine axiale Richtung des
Düsenkörperlochs
bewegbar ist. Die Muffe kann eine Erweiterung haben, die sich radial
nach innen zu dem Nadelventil erstreckt. Der Düsenkörper kann einen oberen Körper und
einen unteren Körper enthalten,
die durch eine Führungsmuffe
koaxial ausgerichtet sind. Die Führungsmuffe
kann zudem als Blockierelement dienen. Eine Feder kann in dem größeren Zwischenraumabschnitt
angeordnet sein, um das Nadelventil in eine Schließrichtung
vorzuspannen.
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1 zeigt
eine vertikale Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der 1,
die insbesondere einen Kragen und einen Kraftstoff-Drosseldurchgang
zeigt;
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3 ist
eine Ansicht ähnlich
der 2, die ein weiteres Beispiel des Kragens und des
Kraftstoff-Drosseldurchgangs zeigt;
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4 ist
eine Querschnittsansicht einer unteren Hälfte eines in 1 gezeigten
Nadelventils;
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5 zeigt
einen seitlichen Querschnitt einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines Hauptabschnitts der in 5 gezeigten
Einspritzvorrichtung;
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7 ist
eine fragmentarische, vergrößerte, vertikale
Querschnittsansicht einer weiteren Einspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung (Modifikation des in 5 gezeigten
Ausführungsbeispiels);
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8 ist
ein Diagramm, das die Wirkungsweise der Erfindung zeigt;
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9 zeigt
einen seitlichen Querschnitt der Einspritzvorrichtung nahe einem
unteren Ende des in 1 gezeigten Nadelventils;
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10 zeigt
eine Modifikation des ersten in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiels;
und
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11 zeigt
eine weitere Modifikation des zweiten in 5 gezeigten
Ausführungsbeispiels.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
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In 1 enthält eine
Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 der Erfindung einen Düsenkörper 3,
dessen vertikales Loch mit Kraftstoff gefüllt ist, der von einer Kraftstofflei tung 2 zugeführt wird.
Ein Hochdruckkraftstoff wird der Kraftstoffleitung 2 von
einer Common-Rail (nicht dargestellt) zugeführt. Dieser Hochdruckkraftstoff
fließt
durch das vertikale Loch zu mehreren Einspritzöffnungen 16 hin, die
an einem unteren Ende des Düsenkörpers 3 ausgebildet
sind. Ein Nadelventil 4 ist derart beweglich in dem Düsenkörperloch
aufgenommen, dass das Nadelventil 4 in den Hochdruckkraftstoff
eingetaucht wird. Das Nadelventil 4 kann sich wie dargestellt
nach oben und unten bewegen. Das Nadelventil 4 ist in Schließrichtung
durch eine Feder 8 vorgespannt, die zwischen einer Federauflage 5,
die in Presspassung auf dem Nadelventil 4 sitzt, und einem
oberen Federsitz 7 angeordnet ist, der auf einer Stufe 6 platziert
ist, die in dem Düsenkörper 3 gebildet
ist. Öffnungen
(nicht dargestellt) für
den Durchtritt von Kraftstoff sind in der Federauflage 5 und
dem Federsitz 7 ausgebildet.
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Eine
obere Endfläche 9 des
Nadelventils 4 ist einer Druckbegrenzungskammer 10 ausgesetzt,
und ein Hochdruckkraftstoff wird stets von der Kraftstoffleitung 2 durch
einen zwischen dem oberen Abschnitt des Nadelventils und einer Haltemuffe 30 ausgebildetem
Zwischenraum in die Druckbegrenzungskammer 10 eingeleitet.
Es ist festzustellen, dass dieser Zwischenraum klein genug ist,
um einen vorbestimmten Drosseldurchgang zu definieren. Der Kraftstoff
in der Druckbegrenzungskammer 10 kann durch ein Ventil 11 selektiv
aus einem Durchlassloch 12 austreten. Das Ventil 11 ist
normal durch eine Feder oder dergleichen nach unten vorgespannt,
um das Durchlassloch 12 zu schließen und den Kraftstoffdruck
in der Begrenzungskammer 10 aufrecht zu halten. Wenn das
Ventil 11 durch ein elektromagnetisches Solenoidventil 13 angehoben
wird, öffnet
es das Durchlassloch 12, damit der Kraftstoff aus der Druckbegrenzungskammer 10 austreten
kann.
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Wenn
das Ventil 11 geschlossen ist, wirkt der nach unten oder
in Schließrichtung
gerichtete Kraftstoffdruck auf die obere Endfläche 9 des Nadelventils 4,
so dass das Nadelventil 4 druckmäßig ausgeglichen ist (nach
oben und nach unten gerichtete Kraftstoffdrücke, die auf das Nadelventil 4 wirken,
sind gleich) und daher das Nadelventil 4 durch die Kraft der
Feder 8 nach unten bewegt wird. Wie in 9 dargestellt
ist, sitzt das Nadelventil 4 in diesem Fall auf einem Ventilsitz 15 und
schließt
die Einspritzöffnungen 16.
Daher ist dies ein Nichteinspritzzustand. Wenn sich das Nadelventil 4 wie
in 9 gezeigt in einer Schließstellung befindet, wird vom
unteren Endabschnitt des Nadelventils 4 nur eine konische
Fläche 14 mit
einem nach oben gerichteten Kraftstoffdruck beaufschlagt. Auf eine
unterste hemi sphärische
Fläche
des Nadelventils wird kein Kraftstoffdruck ausgeübt, so dass eher ein insgesamt
nach unten gerichteter Druck vorherrscht.
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Andererseits
wird bei geöffnetem
Ventil 11 der auf die Fläche 9 des Nadelventils 4 ausgeübte Druck
verringert. Somit geht der Druckausgleich verloren und das Nadelventil 4 senkt
sich ab. Das untere Ende des Nadelventils 4 verlässt daher
den Ventilsitz 15 und öffnet
dadurch die Einspritzöffnungen 16.
Auf diese Weise findet die Kraftstoffeinspritzung statt.
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Mit
Bezug auf 1 ist das Nadelventil 4 ein einstückiges Element
und sein oberer Abschnitt 4a hat einen etwas größeren Durchmesser
als sein unterer Abschnitt 4b.
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Der
Düsenkörper 3 hat
einen oberen zylindrischen Körper 31 und
einen unteren zylindrischen Körper 32,
die durch eine Befestigungsmutter 33 miteinander gekoppelt
sind. Ein Loch 21 mit großem Durchmesser ist in dem
oberen Düsenkörper 31 ausgebildet
und ein Loch 34 mit kleinem Durchmesser ist koaxial in
dem unteren Düsenkörper 32 ausgebildet. Das
obere Nadelventilsegment 4a ist in dem größeren Loch 21 aufgenommen
und das untere Ventilsegment 4b ist im Allgemeinen in dem
kleineren Loch 34 aufgenommen. Das kleinere und das größere Loch 21 und 34 definieren
ein einzelnes durchgehendes Düsenkörperloch.
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Ein
oberer zylindrischer Zwischenraum 37 ist zwischen dem oberen
Loch 21 und dem untere Nadelventilsegment 4a ausgebildet
und ein unterer Zwischenraum 38 ist zwischen dem unteren
Loch 34 und dem unteren Nadelventilsegment 4b ausgebildet. Der
Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung 2 fließt nacheinander
durch diese Zwischenräume 37 und 38 und erreicht
die Einspritzöffnungen 16.
Der Durchmesser des unteren Zwischenraums 38 reicht nur
für den Durchgang
des Kraftstoffs, aber der des oberen Zwischenraums 37 ist
groß genug,
um die Spiralfeder 8 aufzunehmen. Daher definiert der obere
Zwischenraum 37 den größeren Zwischenraumabschnitt
der Erfindung und der untere Zwischenraum 38 den kleineren
Zwischenraumabschnitt. Es ist festzustellen, dass ein Zwischenraum,
der dem unteren Zwischenraum 38 entspricht, in der Japanischen
Offenlegungsschrift 3-965
gedrosselt ist.
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Wie
in 4 dargestellt, ist die untere Hälfte 4b des
Nadelventils im Querschnitt ein allgemein gleichseitiges Dreieck.
Diesen Querschnitt erhält man
durch Schnei den eines kreisförmigen
Querschnitts, der gleichmäßig an drei
Seiten denselben Durchmesser wie das untere Loch 34 hat.
Daher ist der untere Zwischenraumabschnitt 38 durch die
Aussparungen 18 definiert und der Kraftstoff kann durch diese
Aussparungen 18 in die Einspritzöffnungen 16 fließen. Auf
diese Weise ist eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit zwischen dem unteren
Nadelventilsegment 4b und dem unteren Loch 34 nicht
notwendig, um den Durchgang des Kraftstoffs sicherzustellen. Dies
trägt zu
einer leichteren Herstellung und einer Kostensenkung bei. Es ist
festzustellen, dass das untere Nadelventilsegment 4b einen
kreisförmigen Querschnitt
wie ein gewöhnliches
Nadelventil haben kann und ein ringförmiger Spalt 38 um
dieses herum gebildet sein kann.
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Mit
Bezug auf 1 hat das Nadelventil 4 einen
Kragen 20, um den oberen Zwischenraum 37 fast
vollständig
zu schließen.
Laut Darstellung ist der Kragen 20 direkt über dem
(oder stromaufwärts
des) unteren Düsenkörpers 32 innerhalb
des oberen Zwischenraums 37 angeordnet, d.h. der Kragen 20 ist
direkt stromaufwärts
des unteren Zwischenraums 38 angeordnet. Man kann zudem
sagen, dass der Kragen 20 an der Verbindung zwischen dem
oberen und dem unteren Nadelventilsegment 4a und 4b angeordnet
ist. Der Kragen 20 ist ein scheibenförmiges Element mit einer Öffnung in
seiner Mitte, der in Presspassung auf dem Nadelventil 4 sitzt.
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In 2 ist
ein Detail des Kragens 20 dargestellt. Der Durchmesser
des Kragens 20 ist relativ zu der umgebenden Innenwand
des oberen Lochs 21 verringert, wodurch ein ringförmiger Drosseldurchgang 22 um
den Kragen 20 herum gebildet ist. Der Kraftstoff fließt durch
diesen verengten Durchgang 22 weiter nach unten. Es ist
festzustellen, dass, wie in 3 dargestellt
ist, der Durchmesser des Kragens 20 dem des oberen Lochs 21 entsprechen
kann und eine Öffnung 23 in
dem Kragen 20 ausgebildet sein kann, die den Durchgang
des Kraftstoffs nur durch diese Öffnung 23 erlaubt.
Diese Öffnung 23 fungiert
als Drosseldurchgang 22 der 2, und der Kragen 20 kann
wie eine Wellendichtung konstruiert sein. Es ist zudem festzustellen,
dass zwei oder mehr Öffnungen 23 vorgesehen
sein können.
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Wenn
das Nadelventil 4 nach oben bewegt wird, um die Kraftstoffeinspritzung
auszuführen,
wird der Kraftstoff durch den verengten Durchgang 22 gedrosselt
und dann eingespritzt. Somit wird der Kraftstoffdruck auf der stromabwärts gelegenen
Seite geringer als auf der stromaufwärts gelegenen Seite in dem
Düsenkörperloch.
Dieser Druckunterschied wird genutzt, um auf das Nadelventil 4 eine Kraft
in Ventilschließrichtung
auszuüben.
Daher ist es möglich, das
Nadelventil 4 mit gutem Ansprechverhalten und hoher Geschwindigkeit
bei Beendigung der Kraftstoffeinspritzung zu schließen. Somit
wird eine sofortige Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr erzielt.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Volumen unterhalb des Drosseldurchgangs 22 minimal,
da der Kragen 20 so nah wie möglich an dem unteren Zwischenraum 38 angeordnet
ist. Daher kann der Druckunterschied schnell über dem Kragen 20 erzeugt
werden. Dies verbessert das Ansprechverhalten.
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Der
Kragen 20 ist in dem oberen größeren Zwischenraum 37 angeordnet,
so dass ein Bereich, der dem Kraftstoffdruck ausgesetzt ist, größer ist
als die herkömmliche
Anordnung und man eine große Ventilschließkraft erhält. Genauer
gesagt, wenn die Ventilschließkraft
F ist, ein dem Kraftstoffdruck ausgesetzter Bereich A und der Druckunterschied ΔP ist, erhält man die
folgende Gleichung: F = A × ΔP.
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Je
größer der
Bereich ist, der dem Druck ausgesetzt ist, desto größer ist
die Ventilschließkraft bei
demselben Druckunterschied. Da der dem Druck ausgesetzte Bereich
größer ist
als die herkömmliche Anordnung,
erzielt man eine größere Ventilschließkraft und
das Ansprechverhalten wird verbessert. Wenn beispielsweise der Radius
des dem Druck ausgesetzten Bereichs verdoppelt wird, ist die Ventilschließkraft viermal
so hoch. Von einem anderen Standpunkt aus betrachtet wird ein geringerer
Druckunterschied benötigt,
um dieselbe Ventilschließkraft zu
erzielen, so dass ein Drosselwiderstand verringert werden kann.
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Eine
mögliche
Modifikation des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels
wird nun mit Bezug auf 10 beschrieben. Es werden dieselben
Bezugszeichen für
gleiche Elemente verwendet und auf deren Beschreibung wird verzichtet.
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In 10 dient
der Kragen 20 auch als Federsitz 5. Die Länge des
oberen Lochs 21 in dem Düsenkörper 3 ist erheblich
verringert, und die Feder 8 liegt gegen den Kragen 20 an,
um das Nadelventil 4 in die Ventilschließrichtung
vorzuspannen. Der Kragen 20 ist in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel
direkt über
dem unteren Zwischenraum 38 angeordnet.
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Die
Zentrierung zwischen dem oberen Düsenkörper 31 und dem unteren
Düsenkörper 32 ist durch
eine Führungsmuffe 47 und
die Ausrichtung in die Umfangsrichtung zwischen diesen Düsenkörpern durch
einen Positionierungsstift 49 bestimmt. Die Führungsmuffe 47 befindet
sich in Presspassung in dem durchmessergrößeren Loch 21 des
oberen Düsenkörpers 31 und
eines vergrößerten Abschnitts 48, der
an dem oberen Ende des kleineren Lochs 34 des unteren Düsenkörpers 32 gebildet
ist. Das obere und das untere Nadelventilsegment 4a und 4b haben denselben
kreisförmigen
Querschnitt (Durchmesser). Der untere zylindrische Zwischenraum 38 ist
innerhalb der Führungsmuffe 47 und
dem unteren Düsenkörper 32 gebildet.
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Der
Kragen 20 hat eine zweiteilige Struktur. Insbesondere enthält der Kragen 20 einen
ringförmigen
Anschlag 45, der in Presspassung auf dem Nadelventil 4 sitzt,
und eine ringförmige
Pressvorrichtung 46, die durch die Feder 8 gegen
die obere Fläche
des Anschlags 45 gedrückt
wird. Der Anschlag 45 hat einen Durchmesser, der den oberen
Zwischenraum 37 nicht blockiert, so dass der Außenumfang
des Anschlags 45 von der Innenwand des oberen Lochs 21 beabstandet
ist, um den Durchgang des Kraftstoffs zu ermöglichen. Das Presselement 46 ist zwar
relativ zu der Innenwand des oberen Lochs 21 verschiebbar,
aber es gibt keinen Zwischenraum für den Durchtritt des Kraftstoffs
zwischen dem Presselement 46 und dem oberen Loch 21.
Der Kraftstoff fließt
eher in den Zwischenraum zwischen dem Presselement 46 und
dem Nadelventil 4. Es ist jedoch festzustellen, dass das
Presselement 46 gegen die obere Fläche des Anschlagelements 45 gedrückt wird,
so dass der Kontakt zwischen dem Presselement 46 und dem
Anschlagelement 45 als eine Dichtung dient, die den Durchtritt
von Kraftstoff verhindert. Zusammengefasst wirken das Presselement 46 und das
Anschlagelement 45 zusammen, um den oberen Zwischenraum 37 zu
blockieren. Diese beiden Elemente 45 und 46 bewegen
sich zusammen auf und ab, wenn sich das Nadelventil 4 hebt
und senkt.
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In
dem Presselement 46 ist eine Drosselöffnung 23 ausgebildet,
die einen Drosseldurchgang 22 definiert. Der Kraftstoff
kann durch diesen Durchgang 22 treten, was einen Druckunterschied über dem
Kragen 20 und eine größere Ventilschließkraft erzeugt. Der
Ausgang des Drosseldurchgangs 22 öffnet sich zu dem Zwischenraum
zwischen dem Anschlagelement 45 und dem oberen Düsenkörperloch 21 hin.
Es ist festzustellen, dass der Außendurchmesser des Presselements 46 so verringert
sein kann, dass es von der Innenwand des oberen Düsenkörperlochs 21 beabstandet
ist, um so einen ringförmigen
Drosseldurchgang 22 zu bilden.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
dient der Kragen 20 zudem als Federauflage 5,
so dass sich die Anzahl an Teilen, die für die Konstruktion der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
nötig sind,
verringert. Somit bekommt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine
vereinfachte Struktur und kann mit geringerem Kostenaufwand hergestellt
werden. Eine hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung des Anschlags 45 ist
nur an seinem Innenumfang notwendig, da dieser Abschnitt auf das
Nadelventil 4 gepasst wird, und bei der Pressvorrichtung 46 wird
der Außenumfang
mit hoher Genauigkeit bearbeitet, da dieser Abschnitt sich in Gleitkontakt
mit der Wand des Düsenkörperlochs 21 befindet. In
dem ersten Ausführungsbeispiel
(1) wird sowohl der Außenumfang als auch der Innenumfang des
Kragens 20 mit hoher Genauigkeit bearbeitet. Im Vergleich
zu dem Kragen 20 des ersten Ausführungsbeispiels kann der Kragen 20 bei
dieser Modifikation einfacher hergestellt werden.
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In
einem stromabwärts
gelegenen Bereich des Durchgangslochs 23 findet auf Grund
der wiederholten Kraftstoffeinspritzung eine Druckpulsation statt.
Diese Druckpulsation wird jedoch durch Mikrovibrationen der Pressvorrichtung 46 gepuffert.
Folglich wird die Kraftstoffeinspritzmenge stabilisiert und Schwankungen
bei der Erfassung des Common-Rail-Drucks werden verringert.
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In 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung dargestellt. In der folgenden Beschreibung
und den zugehörigen
Zeichnungen werden die gleichen Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche
Elemente verwendet.
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Ein
ringförmiger
Kragen 24 befindet sich in Presspassung in dem oberen Düsenkörperloch 21, um
sich über
einen Großteil
des Querschnittsbereichs des oberen Zwischenraums 37 zu
erstrecken. Wie in 6 dargestellt, ist der Innendurchmesser des
Kragens 24 etwas größer als
der Durchmesser des Nadelventils 4, so dass ein kleiner
Spalt gebildet ist, der einen Drosseldurchgang 25 definiert.
Ein ringförmiger
Flansch 26 sitzt in Presspassung so auf dem Nadelventil 4,
dass durch den Drosseldurchgang 25 tretender Kraftstoff
auf den Flansch 26 trifft. Das obere und das untere ringförmige Element 24 und 26 überlappen
sich und richten den Kraftstoff in die radiale Richtung, nachdem
er gegen das untere ringförmige
Element 26 geprallt ist, wie durch den Pfeil in 6 dargestellt
ist. Es ist festzu stellen, dass der Drosseldurchgang 25 eine Öffnung sein
kann, die in dem oberen Ringelement 24 ausgebildet ist,
wie in 3 dargestellt ist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird der Kraftstoff bei Durchtritt durch den Drosseldurchgang 25 beschleunigt
und der beschleunigte Kraftstoff wird so geführt, dass er auf den Kragen 26 trifft,
um so die Schließkraft
auf das Nadelventil 4 auszuüben. Mit anderen Worten wird
die Geschwindigkeitsenergie des Hochgeschwindigkeitskraftstoffs
dazu genutzt, die Ventilschließkraft
zu erhöhen.
In diesem Zusammenhang hat der Kragen 26 einen bestimmten
Aufbau (d.h. eine Ringform), die vorteilhaft ist, um die Geschwindigkeitsenergie
des von dem ringförmigen Durchgangs 25 aus
fließenden
Kraftstoffs aufzunehmen. Es ist festzustellen, dass, wenn der Drosseldurchgang 25 eine
kleine kreisrunde Öffnung
wie die in 3 mit 23 bezeichnete
ist, sich der Kragen 26 nur stromabwärts des Ausgangs dieser Öffnung erstrecken
kann.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist auf Grund der Anordnung des Kragens 26 in dem oberen
großen
Zwischenraum 37 ein Bereich, auf den der Kraftstoffdruck
ausgeübt
wird, groß und
man erhält
daher eine große
Ventilschließkraft.
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Es
können
zahlreiche Modifikationen an dem in den 5 und 6 gezeigten
Ausführungsbeispiel
vorgenommen werden. Wie beispielsweise in 7 dargestellt
ist, hat das untere Ende des oberen Düsenkörperlochs 21 einen
etwas größeren Durchmesser,
um einen vergrößerten Abschnitt 40 zu
bilden, in dem eine Muffe 41 in Presspassung untergebracht
ist. Das obere Ende der Muffe 41 ist zur Mitte hin (oder
radial nach innen) gebogen, um die ringförmige Erweiterung 24 zu
bilden. Die Positionierung der radialen Erweiterung 24 in
axialer Richtung des Nadelventils 4 ist im Vergleich zu
dem Ausführungsbeispiel
der 6 einfacher. Der Kragen 26 ist einstückig auf
dem Nadelventil 4 gebildet. Das untere Nadelventilsegment 4b hat
einen oberen Bereich 42 mit einem im Wesentlichen gleichseitigen,
dreieckigen Querschnitt, wie in 4 dargestellt
ist, und einen verringerten unteren Bereich 43 mit einem
im Allgemeinen kreisrunden Querschnitt. Der Übergangsabschnitt zwischen
dem oberen und dem unteren Bereich 42 und 43 ist
durch eine sich verjüngende
Fläche 27 definiert,
die zu einem Kraftstoffbecken 28 hin freiliegt, das in
dem unteren Düsenkörperloch 34 gebildet
ist. Daher wirkt ein nach oben gerichteter Kraftstoffdruck auch
auf das Nadelventil 4 an der sich verjüngenden Fläche 27.
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Wie
in 11 gezeigt, ist auch noch eine andere Modifikation
möglich.
Die Führungsmuffe 47 der 10 wird
auch als ringförmiges
Element 24 der 6 verwendet. Daher verringert
sich die Anzahl der Teile, d.h. ein separates ringförmiges Element 24 wird
nicht benötigt.
Die Struktur der Einspritzvorrichtung 1 ist dementsprechend
vereinfacht und kann mit geringerem Kostenaufwand hergestellt werden.
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In 8 ist
ein Diagramm dargestellt, dass die Wirkungsweise der Erfindung zeigt.
Die Vertikalachse gibt den Druck in der Druckbegrenzungskammer 10 und
die Horizontalachse die Zeit an. Die Beschreibung in Verbindung
mit 8 trifft auf alle vorstehenden Ausführungsbeispiele
zu.
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In
dem Bereich A wird das elektromagnetische Solenoid 13 eingeschaltet
und das Ventil 11 angehoben, um ein Austreten des Kraftstoffs
zu bewirken, und daher nimmt der Druck in der Druckbegrenzungskammer 10 (als „Begrenzungskammerdruck" bezeichnet) ab.
In dem Bereich B nimmt der Begrenzungskammerdruck zu, da das Begrenzungskammervolumen
mit Anheben des Nadelventils 4 verringert wird. Der Kraftstoff
tritt jedoch kontinuierlich aus, so dass der Begrenzungskammerdruck
in dem darauf folgenden Bereich C abnimmt, nachdem das Nadelventil 4 seine
höchste
Position erreicht hat.
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Das
Solenoidventil 13 wird zu dem Zeitpunkt To ausgeschaltet,
das Ventil 11 geschlossen und der Austritt des Kraftstoffs
in dem Bereich D gestoppt. Folglich nimmt der Begrenzungskammerdruck
zu. In dem nächsten
Bereich E wird das Nadelventil 4 abgesenkt und das Begrenzungskammervolumen
nimmt zu, so dass der Begrenzungskammerdruck vorübergehend sinkt. In dem darauf
folgenden Bereich F nimmt der Begrenzungskammerdruck jedoch zu, nachdem
das Nadelventil 4 abgesenkt wurde, da der Kraftstoff kontinuierlich
in die Druckbegrenzungskammer 10 geleitet wird.
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Da
bei der vorliegenden Erfindung während des
Anhebens des Nadelventils 4 kontinuierlich eine Ventilschließkraft auf
das Nadelventil 4 ausgeübt wird,
die größer ist
als bei der herkömmlichen
Anordnung, ist es im Vergleich zu der herkömmlichen Anordnung (durchgezogene
Linie) möglich,
nach dem Ausschalten des Solenoidventils 13 mit dem Absenken
des Nadelventils 4 zu einem um ΔT früheren Zeitpunkt von einem um ΔP niedrigeren
Begrenzungskammerdruck aus zu begin nen, wie durch die gestrichelte
Linie dargestellt. Folglich wird das Ansprechverhalten nach Beendigung
der Kraftstoffeinspritzung verbessert.