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Die
Kraftstoffversorgung der Brennräume selbstzündender
Verbrennungskraftmaschinen erfolgt in der Regel mittels Kraftstoffinjektoren.
Der erforderliche Einspritzdruck kann dabei durch Hochdruckspeichersysteme
bereitgestellt werden. Eine weitere Druckerhöhung erfolgt zum Beispiel durch Druckübersetzer
im Kraftstoffinjektor. Um ein definiertes Einspritzverhalten zu
erreichen, wird der Nadelhub des Einspritzventilgliedes gedämpft. Aus
der DE-A 102 29 415 ist eine Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff
in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Die
Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff umfasst einen Kraftstoffinjektor,
der über
eine Hochdruckquelle mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff
beaufschlagbar und über
ein Zumessventil betätigbar
ist. Dem Einspritzventilglied, welches mindestens eine Einspritzöffnung verschließt oder
freigibt, ist ein von diesem unabhängig bewegbares Dämpfungselement
zugeordnet, welches einen Dämpfungsraum
begrenzt. Im Dämpfungselement
ist mindestens ein Überströmkanal zur
Verbindung des Dämpfungsraumes
mit einem weiteren hydraulischen Raum aufgenommen. Die Öffnungsgeschwindigkeit
der Düsennadel
wird in der
DE 102 29 415 durch
die Größe der Ablaufdrossel aus
dem Dämpferraum
bestimmt. Eine Ablaufdrossel mit großem Volumendurchsatz ergibt
ein schnelleres Nadelöffnen.
Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffeinspritzventil
beginnt der Öffnungsvorgang
des Einspritzventilgliedes, bevor der volle Einspritzdruck im Düsenraum
erreicht ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor
mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den
Vorteil einer verbesserten Zerstäubung
und damit einhergehend eines verbesserten Verbrennungsverhaltens
des Kraftstoffs im Brennraum einer Brennkraftmaschine. Ein späteres Öffnen des
Einspritzventilgliedes und damit ein höherer Kraftstoffdruck zu Beginn
des Einspritzvorganges wird durch den erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektor erreicht. Der höhere, über dem Systemdruck bei spielsweise
eines Common-Rails liegende Kraftstoffdruck zu Beginn des Einspritzvorganges
führt zu
einer feineren und gleichmäßigeren
Zerstäubung
des Kraftstoffs, woraus ein weiter reduzierter Abgasausstoß resultiert. Die
Abstimmung zwischen Düsennadeldämpfung und
Einspritzdruck zu Beginn der Einspritzung wird verbessert, höhere Einspritzdrücke insbesondere auch
bei kurzen Ansteuerzeiten bzw. kurzen Einspritzimpulsen erzielt.
Dies wird mit einer einfach herstellbaren Konstruktion gewährleistet.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch
angegebenen Kraftstoffinjektors möglich.
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Wird
ein vorgesehenes Übertragelement
als Niederhaltekolben ausgeführt,
so ergibt sich eine einfache und kompakte Anordnung.
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Insbesondere
wenn eine Stirnseite des Niederhaltekolbens mit dem Kraftstoffdruck
des Kompressionsraums beaufschlagt wird, ergibt sich eine sich in
einfacher Weise in das System einfügende Ausgestaltung der Nadelhubdämpfung unter
Ausnutzung bereits vorhandener Druckbereiche zur Optimierung der
Ansteuerung des Einspritzventilglieds.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist in die Versorgungsleitung zum Kompressionsraum ein 212-Wege-Ventil
aufgenommen. Das 2/2-Wege-Ventil ist vorzugsweise als Kugelventil ausgebildet.
Sobald durch die Bewegung eines Kolbens in den Kompressionsraum
hinein der Druck im Kompressionsraum erhöht wird, schließt das 2/2-Wege-Ventil. Hierdurch
wird vermieden, dass Kraftstoff aus dem Kompressionsraum in die
Versorgungsleitung und damit über
das Steuerventil in den Rücklauf gelangt.
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Zur
Vereinfachung der Herstellung des Injektorgehäuses kann das Injektorgehäuse in einzelne Segmente
geteilt werden, die zur Montage übereinander
gestapelt werden. An Abzweigpositionen der im Gehäuse aufgenommenen
Kanäle
sind in den Stirnflächen
der Segmente Ausnehmungen ausgebildet, in die mindestens ein Kanal
mündet, über welchen
Kraftstoff zugeführt
wird und mindestens zwei Kanäle
münden, über welche
Kraftstoff abgeführt wird.
Die Kanäle
sind vorzugsweise als Bohrungen in den Segmenten ausgebildet.
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Neben
der Verwendung des erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektors in Hochdruckspeichersystemen, ist dieser auch
an weiteren druckgesteuerten Einspritzsystemen, wie zum Beispiel
an Pumpe-Düse-Einheiten,
Pumpe-Leitungen-Düse-Einheiten
und Verteilereinspritzpumpen einsetzbar.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen 1 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektor und 2 eine
Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein erfindungsgemäß ausgebildeter
Kraftstoffinjektor in einer ersten Ausführungsvariante dargestellt.
Im Folgenden wird der erfindungsgemäß ausgebildete Kraftstoffinjektor
anhand eines Systems mit Hochdruckspeicher beschrieben. Neben dem
Hochdruckspeicher kann die Versorgung mit unter hohem Druck stehenden
Kraftstoff aber auch zum Beispiel durch eine Pumpe-Düse-Einheit, eine
Pumpe-Leitung-Düse-Einheit
oder eine Verteilereinspritzpumpe erfolgen. Allen Systemen gemeinsam
ist, dass der erfindungsgemäß ausgebildete Kraftstoffinjektor
mit einem Druckverstärker
versehen ist. Gemäß der Darstellung
in 1 wird ein Kraftstoffinjektor 1 über einen
hier schematisch dargestellten Hochdruckspeicher 2 mit
unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt. Der Kraftstoff gelangt
zunächst über eine
Zuleitung 3 in einen Arbeitsraum 4 eines Druckübersetzers 5.
Damit kein Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 4 in den Hochdruckspeicher 2 zurückströmt, ist
in der Zuleitung 3 zum Arbeitsraum 4 ein Rückschlagventil 6 aufgenommen. In
der hier dargestellten Ausführungsform
ist das Rückschlagventil 6 als
Kugelventil ausgebildet. Sobald der Druck im Hochdruckspeicher 2 auf
einen Druck abfällt,
der unterhalb des Druckes in der Zuleitung 3 zum Arbeitsraum 4 liegt,
schließt
das Rückschlagventil 6.
Aus dem Arbeitsraum 4 erstreckt sich eine Zuleitung 7 zu
einem Steuerventil 8. Das Steuerventil 8 ist vorzugsweise
als 3/2-Wege-Ventil ausgebildet und wird mittels eines Piezoaktors
oder eines Elektromagneten angesteuert. Alternativ kann das Steuerventil
in an sich bekannter Weise als 3/2-Servoventil ausgeführt sein,
das über
ein 2/2-Magnetventil angesteuert wird. In der hier dargestellten Stellung
des Steuerventils 8 strömt
der Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 4 über die Zuleitung 7 zum
Steuerventil 8 und von diesem in eine Steuerleitung 9,
während
die Rücklaufleitung 50 abgetrennt
ist. Der Druckübersetzer 5 und
das Steuerventil 8 sind in einem Druckübersetzerkörper 10 aufgenommen.
An den Druckübersetzerkörper 10 schließt sich
ein Düsenkörper 11 an.
Der Druckübersetzerkörper 10 und der
Düsenkörper 11 sind
vorzugsweise kraftschlüssig,
zum Beispiel mit einer Überwurfmutter,
mit dem Kraftstoffinjektor 1 verbunden. Im Düsenkörper 11 ist mindestens
eine Einspritzöffnung 12 ausgebildet, welche über ein
Einspritzventilglied 13 freigegeben oder verschlossen wird.
Das Einspritzventilglied 13 ist vorzugsweise eine einteilig
konfigurierte Düsennadel.
Diese kann jedoch auch mehrteilig konfiguriert sein. Das Einspritzventilglied 13 ist
von einem Düsenraum 14 umschlossen,
wobei zumindest ein Teil des Bereichs 13a des Einspritzventilglieds
mit maximalem Durchmesser in den Düsenraum 14 hineinragt.
Der Düsenraum 14 ist über eine
Verbindungsleitung 15 mit einem Kompressionsraum 16 hydraulisch verbunden.
Der Kompressionsraum 16 wird an einer Seite durch eine
Stirnseite 17 eines Übersetzerkolbens 18 des
Druckübersetzers 5 begrenzt.
Am Übersetzerkolben 18 ist
eine stufenförmige
Erweiterung 19 ausgebildet, welche mit einer in Richtung
des Kompressionsraumes 16 weisenden Stirnfläche 20 einen
Steuerraum 21 begrenzt. Die stufenförmige Erweiterung 19 teilt
den Übersetzerkolben 18 in
einen ersten Kolbenteil 22, welcher dem Kompressionsraum 16 zugewandt
ist und einen zweiten Kolbenteil 23, welcher sich auf der
dem Kompressionsraum 16 abgewandten Seite an die stufenförmige Erweiterung 19 anschließt. Der
zweite Kolbenteil 23 ist von einem Federelement 24 umschlossen,
welches vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildet ist. Das Federelement 24 stützt sich
mit einer Seite gegen einen Anschlag 25, welcher den Übersetzerkolben 18 abschließt und mit
der anderen Seite gegen einen im Druckübersetzerkörper aufgenommenen ringförmigen Anschlag 26.
Als ringförmiger
Anschlag 26 eignet sich zum Beispiel ein Sicherungsring
für Bohrungen
oder ein Sprengring. Der Steuerraum 21 des Druckübersetzers 5 ist über einen
Bypass 27 mit der Steuerleitung 9 verbunden. Der
Kompressionsraum 16 wird über eine Versorgungsleitung 28,
welche ebenfalls von der Steuerleitung 9 abzweigt, mit
Kraftstoff versorgt. In die Versorgungsleitung 28 ist ein
2/2-Wege-Ventil aufgenommen, welches die Versorgungsleitung 28 verschließt, sobald
der Druck im Kompressionsraum 16 höher ist als der Druck in der
Steuerleitung 9. Das 2/2-Wege-Ventil 29 ist somit
in Form eines Rückschlagventils
ausgebildet. Aus dem Kompressionsraum 16 erstreckt sich
weiterhin eine Zuleitung 30 zu einem zweiten Steuerraum 31.
Der zweite Steuerraum 31 ist an einer Seite durch eine
Stirnfläche 32 eines Übertragerelements
in Form eines Niederhaltekolbens 33 begrenzt. Eine Verbindungsleitung 34 führt von
der Steuerleitung 9 in einen Dämpfungsraum 35, in
dem der Niederhaltekolben angeordnet ist. Im Dämpfungsraum 35 ist
ferner ein Dämpfungselement 37 aufgenommen,
welches beispielsweise in Kolbenform ausgebildet ist. Im Dämpfungsraum 35 ist
das Übertragerelement 33 von
einem zweiten Federelement 39 umschlossen. Das zweite Federelement 39 ist
vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildet. Es kann aber auch jede
weitere dem Fachmann bekannte Druckfeder als zweites Federelement 39 eingesetzt
werden.
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Das
zweite Federelement 39 stützt sich mit einer Seite gegen
eine Stirnwand des Dämpfungsraumes 35 und
mit der zweiten Seite gegen einen Einstellring 41. Der
Einstellring 41 umschließt das Übertragerelement 33 und
liegt auf einer dem Dämpfungselement
zugewandten stufenförmigen
Erweiterung des Übertragerelements
auf. Der Einstellring 41 dient zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen,
so dass bei jedem Kraftstoffinjektor 1, der montiert wird, die
gleiche Federkraft auf das Übertragerelement 33 und
damit auf das Dämpfungselement 37 wirkt,
auf welchem das Übertragerelement
aufliegt. Auf der dem Dämpfungselement
abgewandten Seite des Übertragerelements
geht letzteres im Vergleich zu der dem Dämpfungselement zugewandten
Seite in einen durchmesserkleineren Bereich über, wobei dieser durchmesserkleine
Bereich des Übertragerelements
in Form eines Niederhaltekolbens teilweise durch den Druckübersetzerkörper geführt wird
und dabei den Steuerraum 31 vom Dämpfungsraum 35 in jeder
möglichen
Stellung des Niederhaltekolbens trennt. Auf der dem Übertragerelement 33 abgewandten
Seite begrenzt das Dämpfungselement 37 einen
dritten Steuerraum 42. Der dritte Steuerraum 42 wird über einen
Zulauf 43, welcher mit der Steuerleitung 9 verbunden
ist, mit Kraftstoff versorgt. Das Dämpfungselement 37 ist
auf der dem Einspritzventilglied zugewandten Seite mit einer plangeschliffenen
Stirnfläche 44 versehen.
Auf seiner der plangeschliffenen Stirnfläche 44 des Dämpfungselementes 37 zugewandten
Seite ist am Einspritzventilglied 13 ebenfalls eine plangeschliffene
Stirnfläche 45 ausgebildet.
Das Dämpfungselement 37 ist
unabhängig vom
Einspritzventilglied 13 bewegbar. Zum Schließen der
mindestens einen Einspritzöffnung 12,
die eine Verbindung zu einem Brennraum 49 einer Brennkraftmaschine
herstellt, wird das Einspritzventilglied 13 in einen Sitz 46 gestellt,
wobei die plangeschliffene Stirnfläche 45 des Einspritzventilgliedes 13 von
Kraftstoff der über
eine Drossel 48 und die Zuleitung 43 in den Steuerraum 42 strömen kann,
beaufschlagt wird. Hierdurch trennen sich das Einspritzventilglied 13 und
das Dämpfungselement 37,
und das Einspritzventilglied 13 wird zunächst unabhängig vom
Dämpfungselement 37 in
Richtung der mindestens einen Einspritzöffnung 12 bewegt.
Das Dämpfungselement 37 weist
eine Bohrung 58 auf, die auf der Stirnfläche 44 mündet und
eine Verbindung zum Dämpfungsraum 35 herstellt.
Auf der dem Übertragerelement 33 zugewandten
Oberfläche
des Dämpfungselements
ist ein Verbindungspfad 66 in Form einer Nut eingebracht,
der eine mit Kraftstoff befüllbare Verbindung
zwischen der Bohrung 58 und einem Randbereich des Dämpfungsraums 35 herstellt.
In der Verbindungsleitung 34 zum Dämpfungsraum 35 ist
ein erstes Drosselelement 47 und im Zulauf 43 zum
dritten Steuerraum 42 das bereits erwähnte (zweite) Drosselelement 48 ausgebildet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind das Übertragerelement 33 und
das Dämpfungselement 37 als
voneinander getrennte Bauteile ausgeführt. Bei einer einstückigen Ausführungsvariante
ist der Verbindungspfad 66 als senkrecht zur zentralen
Bohrung 58 stehende Bohrung ausgeführt.
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Im
Ruhezustand befindet sich das Steuerventil 8 in der in 1 dargestellten
Stellung und es erfolgt keine Kraftstoffeinspritzung in einen dem Kraftstoffinjektor 1 zugeordneten
Brennraum 49. Hierzu steht das Einspritzventilglied 13 im
Sitz 46 und verschließt
so die mindestens eine Einspritzöffnung 12.
Auch liegt die plangeschliffene Stirnfläche 44 des Dämpfungselementes 37 auf
der plangeschliffenen Stirnfläche 45 des
Einspritzventilglie des 13, so dass die Bohrung 58 im
Dämpfungselelement 37 verschlossen
ist. Bei geschlossener Einspritzöffnung 12 ist
die Verbindung von der Zuleitung 3 in die Steuerleitung 9 über das
Steuerventil 8 freigegeben. Aus der Steuerleitung 9 gelangt
der unter Speicherdruck (Systemdruck) stehende Kraftstoff über den
Bypass 27 in den Steuerraum 21. Weiterhin gelangt
Kraftstoff über
die Versorgungsleitung 28 in den Kompressionsraum 16 und
von dort über
die Verbindungsleitung 15 in den Düsenraum 14 bzw. über die
Zuleitung 30 in den zweiten Steuerraum 31. Der
dritte Steuerraum 42 wird über den Zulauf 43 ebenfalls
mit unter Speicherdruck stehendem Kraftstoff versorgt. Somit sind
der Arbeitsraum 4, der Steuerraum 21, der Kompressionsraum 16,
der zweite Steuerraum 31, der Dämpfungsraum 35, der
dritte Steuerraum 42 und der Düsenraum 14 mit dem
im Hochdruckspeicher 2 herrschenden Druckniveau beaufschlagt
und der Übersetzerkolben 18 im
Druckübersetzer 5 befindet sich
im druckausgeglichenen Zustand. In diesem Zustand ist der Druckübersetzer 5 deaktiviert
und es findet keine Druckverstärkung
statt. Der Übersetzerkolben 18 wird
durch das Federelement 24 in der Ausgangslage gehalten.
Um den Kraftstoffeinspritzvorgang zu starten, wird das Steuerventil 8 in
seine andere Position geschaltet. Hierdurch wird die Steuerleitung 9 mit
dem niederdruckseitigen Rücklauf 50 verbunden
und die Zuleitung 7 verschlossen. Durch die Verbindung
der Steuerleitung 9 mit dem niederdruckseitigen Rücklauf 50 strömt der unter
Speicherdruck stehende Kraftstoff aus dem Kraftstoffinjektor 1,
wodurch der Druck in den mit Steuerleitung 9 verbundenen
hydraulischen Räumen 21 und 42 abnimmt.
Weiterhin schließt
sich aufgrund des Druckunterschiedes zwischen dem Kompressionsraum 16 und
der Steuerleitung 9 das 2/2-Wege-Ventil 29. Im Arbeitsraum 4,
der direkt mit dem Hochdruckspeicher 2 über die Zuleitung 3 verbunden
ist, ändert
sich der Druck nicht. Aufgrund des abnehmenden Druckes im Steuerraum 21 und
der damit abnehmenden Druckkraft auf die Stirnfläche 20 der stufenförmigen Erweiterung 19 bewegt
sich der Übersetzerkolben 18 in den
Kompressionsraum 16, was zu einer Abnahme des Volumens
im Kompressionsraum 16 und damit zu einer Druckzunahme
führt.
Da der Kompressionsraum 16 über die Verbindungsleitung 15 mit
dem Düsenraum 14 und über die
Zuleitung 30 mit dem zweiten Steuerraum 31 hydraulisch
verbunden ist, erhöht sich
im Düsenraum 14 und
im zweiten Steuerraum 31 der Druck ebenfalls. Der zunehmende
Druck im zweiten Steuerraum 31 führt dazu, dass aufgrund der
auf die Stirnfläche 32 des
Niederhaltekolbens 33 wirkenden Druckkraft eine zusätzliche
Schließkraft
auf das Einspritzventilglied 13 ausgeübt wird. Der Dämpfungsraum
entleert sich zwar, gesteuert über
die Drossel 47, langsam, einer zunehmenden Öffnungskraft
auf das Einspritzventilglied im Düsenraum 14 steht jedoch
eine ebenfalls zunehmende Schließkraft im zweiten Steuerraum 31 gegenüber. Die
Kraft, die auf den Dämpfungskolben 37 in
Richtung des Einspritzventilgliedes 13 wirkt und damit
das Einspritzventilglied 13 in seinen Sitz 46 stellt,
setzt sich zusammen aus der Druckkraft des Kraftstoffes im Dämpfungsraum 35,
der Federkraft des Federelementes 39 und der Druckkraft
des Kraftstoffes im zweiten Steuer raum 31. Die Querschnittsfläche des Niederhaltekolbens
im zweiten Steuerraum 31 ist kleiner als die Fläche des
maximalen Querschnitts des Einspritzventilglieds im Düsenraum 14.
Dadurch erhöht
sich bei zunehmender Verdichtung des Kraftstoffs im Kompressionsraum 16 die Öffnungskraft
auf das Einspritzventilglied, die im Düsenraum angreift, schneller
als die in Schließrichtung
wirkende Kraft im zweiten Steuerraum 31. Des Weiteren entleert
sich der Dämpfungsraum über die
Drossel 47 langsam, so dass ab einem bestimmten Druckniveau
im Kompressionsraum, das über
dem Systemdruckniveau des Hochdruckspeichers 2 liegt, sich
der Verbund aus Einspritzventilglied 13 und Dämpfungselement 37 von
der mindestens einen Einspritzöffnung 12 abhebt,
wodurch sich das Einspritzventilglied 13 vollends aus seinem
Sitz 46 hebt und so die mindestens eine Einspritzöffnung 12 freigibt.
Sobald sich das Einspritzventilglied 13 aus seinem Sitz 46 hebt,
wird Kraftstoff in den Brennraum 49 eingespritzt. Der Niederhaltekolben
bewirkt also mittels seiner Druckbeaufschlagung über den Kompressionsraum eine
gezielte Verzögerung
des Anhebens des Einspritzventilglieds, um einen hinreichend hohen, über dem
Systemdruck des Hochdruckspeichers liegenden Druckaufbau im Düsenraum
zu gewährleisten,
so dass auch bei kurzen Ansteuerzeiten sofort ein druckverstärktes Kraftstoffdruckniveau
anliegt, sobald eine Einspritzöffnung
geöffnet
wird.
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Zum
Beenden des Einspritzvorganges wird das Steuerventil 8 wieder
in die in 1 dargestellte Stellung geschaltet.
Hierdurch wird die Verbindung vom Hochdruckspeicher 2 in
die Steuerleitung 9 geöffnet. Über den
Bypass 27 strömt
unter Speicherdruck stehender Kraftstoff in den Steuerraum 21.
Aufgrund der hierdurch zunehmenden Druckkraft auf die Stirnfläche 20 der
stufenförmigen
Erweiterung 19 am Übersetzerkolben 18 bewegt
sich der Übersetzerkolben 18 unterstützt durch
die Federkraft der Druckfeder 24 aus dem Kompressionsraum 16,
wodurch das Volumen des Kompressionsraumes 16 vergrößert wird
und so der Druck im Kompressionsraum 16 sowie im Düsenraum 14 abnimmt.
Die Schließbewegung
des Einspritzventilgliedes 13 erfolgt über die Wiederbefüllung des
Steuerraumes 42 und der darauf angepassten Drossel 48.
Der ansteigende Kraftstoffdruck auf die Stirnfläche 44 bewirkt damit
eine schnelle Schließbewegung
des Einspritzventilglieds 13 in den Sitz 46. Dabei
löst sich
das Einspritzventilglied 13 vom Dämpfungselement 37 und
gibt die Dichtfläche 44 frei.
Durch das Öffnen
der Dichtfläche 44 erfolgt
die Wiederbefüllung
des Dämpferraumes 35 über die
Bohrung 58 und die Nut 66. Die Schließbewegung
des Dämpfungselements 37 wird
dabei vornehmlich durch das Federelement 39 bestimmt. Dies
führt zu
einer langsameren Schließbewegung des
Dämpferkolbens 37 im
Vergleich zum Einspritzventilglied 13. Das Einspritzventilglied
löst sich
also schließlich
vom Dämpfungselement 37 und
wird in seinen Sitz 46 gestellt. Hierdurch wird die mindestens eine
Einspritzöffnung 12 verschlossen
und der Einspritzvorgang in den Brennraum 49 beendet. Über den
Zulauf 43 gelangt, wie bereits erwähnt, unter Spei cherdruck stehender
Kraftstoff in den dritten Steuerraum 42. Somit ist das
Dämpfungselement 37 druckausgeglichen.
Das ist der Grund dafür,
dass, wie bereits ausgeführt,
das Dämpfungselement 37 durch
die Federkraft des als Druckfeder ausgebildeten Federelementes 39 zusammen
mit dem Niederhaltekolben mit der plangeschliffenen Stirnfläche 44 auf
die plangeschliffene Stirnfläche 45 des
Einspritzventilgliedes gestellt wird. Hierdurch wird die Bohrung 58 im
Dämpfungselement 37 geschlossen,
so dass kein Kraftstoff aus dem dritten Steuerraum 42 in den
Dämpfungsraum 35 strömen kann.
Aufgrund des abnehmenden Druckes im Kompressionsraum 16 und
des zunehmenden Druckes in der Steuerleitung 9 öffnet das
2/2-Wege-Ventil 29 und gibt so die Versorgungsleitung 28 frei,
damit unter Speicherdruck stehender Kraftstoff aus der Steuerleitung 9 in
den Kompressionsraum 16 strömen kann. Aus dem Kompressionsraum 16 gelangt
unter Speicherdruck stehender Kraftstoff über die Zuleitung 30 in
den zweiten Steuerraum 31. Somit ist der auch der Niederhaltekolben 33 druckausgeglichen.
Sobald das Steuerventil 8 erneut betätigt wird, um einen neuen Einspritzvorgang
zu starten, und der Druck im Kompressionsraum 16 zunimmt,
wird aufgrund des dadurch ebenfalls zunehmenden Druckes im zweiten
Steuerraum 31 und die damit zunehmende Druckkraft auf die
Stirnfläche 32 des
Niederhaltekolbens erneut gewährleistet,
dass sich das Einspritzventilglied erst dann von seinem Sitz 46 abhebt,
wenn sich eine hinreichend große
Druckdifferenz am Niederhaltekolben 33 zwischen dem Dämpfungsraum 35 und
dem Steuerraum 31 ausgebildet hat. Der Niederhaltekolben 33 gewährleistet
dabei stets eine Verbindung jedes Bereichs des Dämpfungsbereichs mit der Verbindungsleitung 34,
so dass die Drossel 47 die Geschwindigkeit bestimmt.
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In 2 ist
der Düsenkörper eines
weiteren erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektors dargestellt. Um die Herstellung und die Montage
des Kraftstoffinjektors 1 zu erleichtern, ist der Düsenkörper 11 in
einzelne Segmente geteilt. Der Vorteil der Aufteilung in einzelne
Segmente liegt darin, dass jeweils in den einzelnen Segmenten lediglich
Bohrungen ausgebildet sind oder Vertiefungen eingefräst werden.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform
ist der Düsenkörper 11 in
ein Ventilsegment 51, ein Drosselsegment 52, ein
Kolbenführungssegment 53,
ein Nadelführungssegment 54 und
ein Einspritzsegment 55 geteilt. Oberhalb des Düsenkörpers schließt sich
auf der Seite des Ventilsegments 51 der Druckübersetzerkörper 10 an.
Im Druckübersetzerkörper integriert
ist neben dem Kompressionsraum 16 auch der zweite Steuerraum 31 und
die Kolbenführung
des durchmesserkleinen Bereichs des Niederhaltekolbens. Alternativ
kann (nicht dargestellt) die Kolbenführung auch in einer Zwischenplatte
zwischen dem Ventilsegment und dem Druckübersetzerkörper integriert sein, so dass
die Zwischenplatte den Kompressionsraum bis auf die Verbindungsleitung 30,
die im in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
als zur bedarfsgerechten Steuerung des Druckaufbaus bzw. des Druckabbaus
im zweiten Steuerraum dienendes Drosselelement 64 ausgestaltet
ist, auf der dem zweiten Steuerraum 31 zugewandten Seite
abschließt.
Das 2/2-Wege-Ventil 29 ist teilweise im Ventilsegment 51 und
mit seinem Sitz für
das Kugellager 29 in dem Drosselsegment 52 angeordnet. Weiterhin
befindet sich im Ventilsegment 51 ein Abzweigungsbereich 77,
der eine Verbindung der Steuerleitung 9 im Druckübersetzerkörper zu
einem nachfolgend im Drosselsegment sich anschließenden Zulauf 43 und
zu einem weiteren Kraftstoffpfad herstellt, der zum Dämpfungsraum 35 führt und
eine Fortsetzung der Steuerleitung 9 darstellt. Des Weiteren
befindet sich im Ventilsegment 51 ein Stück der Verbindungsleitung 15 zum
Düsenraum 14.
Weiterhin ist im Druckübersetzerkörper 10 eine
erste Nut 56 ausgebildet, über welche eine im Ventilsegment
angeordnete Verbindungsleitung 34 mit dem Dämpfungsraum 35 verbunden
ist, wobei diese Verbindungsleitung 34 wiederum über eine
zweite Nut 59 in dem Kolbenführungssegment 53,
das sich auf der dem Ventilsegment 51 abgewandten Seite
des Drosselsegments 52 befindet, mit der Fortsetzung der
Steuerleitung 9 verbunden ist. Im Drosselsegment 52 sind der
Großteil
des Dämpfungsraums 35 sowie
Bohrungen für
den Zulauf 43 zum dritten Steuerraum 42, die Fortsetzung
der Steuerleitung 9, die Versorgungsleitung 28 zum
Kompressionsraum 16, die Verbindungsleitung 34 zum
Dämpfungsraum 35 sowie
die Verbindungsleitung 15 zum Düsenraum 14 ausgebildet.
Weiterhin sind im Drosselsegment 52 die Drosselelemente 47 und 48 zur
Dämpfung
von Druckpulsationen bzw. zur Steuerung der Geschwindigkeit der Befüllung bzw.
Entleerung des Dämpfungsraums ausgebildet.
Im Kolbenführungssegment 53 ist
eine Bohrung 57 ausgebildet, in welcher das Dämpfungselement 37 geführt ist.
Neben der Bohrung 57 zur Führung des Dämpfungselementes 37 sind
im Kolbenführungssegment 53 Bohrungen
für den
Zulauf 43 zum dritten Steuerraum 42 sowie eine
dritte Nut 60 und der dritte Steuerraum 42 als
auch eine zweite Nut 59, durch welche die Fortsetzung der
Steuerleitung 9 mit der Versorgungsleitung 28 und
der Verbindungsleitung 34 verbunden ist, ausgebildet. Im
Nadelführungssegment 54 ist
eine Bohrung 61 ausgebildet, in welcher das Einspritzventilglied 13 geführt ist.
Die Bohrung 61 öffnet
sich stufenförmig
in den Düsenraum 14.
Schließlich
ist im Nadelführungssegment 54 eine
Bohrung für
die Verbindungsleitung 15 in den Düsenraum 14 aufgenommen,
welche in der stufenförmigen
Erweiterung, die den der Einspritzöffnung 12 abgewandten
Teil des Düsenraumes
bildet, mündet.
Im Einspritzsegment 55 ist der Düsenraum 14 samt den
Einspritzöffnungen 12 ausgebildet.
Bei der Montage des Düsenkörpers 11 ist
darauf zu achten, dass die Bohrungen in den einzelnen Segmenten 51, 52, 53, 54 und 55,
die jeweils eine Leitung bilden, bündig übereinander angeordnet sind.
Hierzu können
zum Beispiel an den einzelnen Segmenten 51, 52, 53, 54, 55 nicht
näher dargestellte
Zapfen ausgebildet sein, welche in entsprechende nicht näher dargestellte
Vertiefungen an dem benachbarten Segment eingreifen. Dabei haben
die Zapfen und die Vertiefung jeweils den gleichen Querschnitt.
Die Verbindung der einzelnen Segmente 51, 52, 53, 54, 55 erfolgt
vorzugsweise kraftschlüssig.
Hierzu eignet sich zum Beispiel eine Überwurf mutter, welche mit einem
am Druckübersetzerkörper 10 angebrachten Außengewinde
zusammenwirkt.
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Mit
der Unterseite liegt der Niederhaltekolben auf dem Dämpfungselement 37 auf.
Zur Beibehaltung dieser Lage stützt
sich die Feder zwischen dem Druckübersetzerkörper und dem Niederhaltekolben
ab. Damit hat das zweite Federelement 39 gleichzeitig die
Funktion zum Zuhalten des Einspritzventils und als Vorspannelement
für den
Kolbenverband von Niederhaltekolben, Dämpfungselement und Einspritzventilglied.
Der maximal zulässige
Hub des Einspritzventilglieds 13 kann über den Hub 76 des
Niederhaltekolbens oder über
den Hub 75 des Dämpfungselements
begrenzt werden. Die Größe der druckbeaufschlagten
Flächen
senkrecht zur Öffnungsrichtung
des Einspritzventilglieds am Niederhaltekolben 33, am Dämpfungselement 37 und
am Einspritzventilglied 13 selbst bestimmen zusammen mit
den sich einstellenden Kraftstoffdruckniveaus im Dämpfungsraum 35,
im zweiten Steuerraum 31 und im Düsenraum 14 das Öffnungsverhalten
des Einspritzventilglieds. Nimmt man näherungsweise an, dass der Druck
im Düsenraum
und im zweiten Steuerraum ungefähr
gleich dem Druck im Kompressionsraum ist, so besteht zum Zeitpunkt
des Öffnens
des Einspritzventilglieds der Zusammenhang, dass das Verhältnis des
Kraftstoffdrucks im Dämpfungsraum zum
Kraftstoffdruck im Kompressionsraum (Kraftstoffdruck im Dämpfungsraum
im Zähler
des Quotienten stehend) kleiner ist als folgender Quotient: (Durchmesser 72 des
Einspritzventilglieds – Durchmesser 70 des
Niederhaltekolbens)/Durchmesser 71 des Dämpfungselements.
Ist also das Verhältnis
der wirksamen Drücke
kleiner als es das geometrische Kolbenverhältnis vorgibt, öffnet das
Einspritzventilglied.