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Die
Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 ist aus der
DE 199 10 970 A1 ,
6,
bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist ein auf Leckagedruck
liegender Raum in einem Bereich der Düsennadel zwischen dem Steuerraum
und den Einspritzöffnungen
vorhanden. Es tritt in den Zeiten, in denen keinerlei Einspritzung
erfolgt, ein Leckageverlust in den genannten Raum hinein auf. Diese
Leckage dient nicht der Funktion der Einspritzvorrichtung.
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Da
mit der Leckage ein Energieverbrauch verbunden ist, ist es Aufgabe
der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art zu
schaffen, bei der Leckage gegenüber
dem Bekannten verringert ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
nach Anspruch 1 besteht darin, dass im Bereich der Düsennadel
eine Leckage praktisch nur zu den Zeiten auftritt, in denen die
Düsennadel
zum Einspritzen geöffnet
ist. Lediglich bei geöffnetem
Steuerventil tritt eine Leckage entlang der durch eine Feder vorgespannten
Steuerraumhülse, die
den Steuerraum seitlich begrenzt, in Richtung zum Steuerraum hin
auf. Dagegen tritt keine oder eine nur kleine Leckage auf, wenn
das Einspritzventil geschlossen ist. Im Beispiel tritt eine solche
Leckage entlang dem Führungsdurchmesser
der Ventilnadel eines Magnetventils auf.
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Hier
nicht betrachtet werden Leckagen, die beispielsweise in Folge eines
Aufbaus der gesamten Einspritzvorrichtung aus scheibenförmigen Elementen,
die aufeinander gestapelt und in ihrer Längsrichtung zusammengepresst
sind, an der Berührungsfläche dieser
Elemente auftreten. Diese Art von Leckage kann durch die Erfindung
nicht verhindert werden.
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Bei
der Vorrichtung nach Anspruch 2 ist von Vorteil, dass der Druck
durch den Druckverstärker gegenüber dem
bereits recht hohen Druck, den ein Druckspeicher (Common Rail) zur
Verfügung
stellt, unmittelbar an der Einspritzvorrichtung vergrößert werden
kann. Es ergibt sich hierdurch eine Einheit von Druckverstärker und
Einspritzventil, die es erlaubt, durch die Kombination des Druckverlaufs,
den der Druckverstärker
zur Speisung des Einspritzventils zur Verfügung stellt, und die Kombination
der Steuerung der Düsennadel
durch das Steuerventil besondere Möglichkeiten der Steuerung der
Kraftstoffzufuhr zu einem Verbrennungsmotor zu schaffen.
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Bei
der Ausführungsform
nach Anspruch 3 ist von Vorteil, dass wegen der engen Nachbarschaft des
Steuerventils zur Düse
(Düsennadel)
kurze Steuerzeiten möglich
sind, weil keine große
Masse von Kraftstoff (Steuermenge) aus dem Steuerventil abgeführt werden
muss. Außerdem
ist der Aufbau einfach und kostengünstig.
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Bei
der Vorrichtung nach Anspruch 4 ist von Vorteil, dass die Vorrichtung
beim Einbau in eine Verbrennungskraftmaschine keinen separat von
Hand herzustellenden Anschluss an eine Leckageleitung benötigt, denn
durch die Aussparungen in der Hülse (im
Beispiel eine Düsenspannmutter)
fließt
die Leckage aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung im eingebauten
Zustand in einen Kanal im Motorgehäuse oder einem Zylinderkopfdeckel
ab, der zur Abfuhr von Leckage vorgesehen ist und im betriebsbereiten Kraftfahrzeug
mit einer Rückleitung
für Leckage
zum Kraftstofftank verbunden sind. Dabei kann die Anordnung von
einer oder mehreren Aussparungen in der Hülse herstellerseitig so gewählt werden,
dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Austausch von anderen Einspritzvorrichtungen zu Reparaturzwecken oder
auch ohne Änderung
am Motor zur Neubestückung
bei diesem Motor verwendet werden kann.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit
hubgesteuerter Düsennadel,
wobei die Vorrichtung aus einem Druckspeicher für Kraftstoff unter hohem Druck
(Common Rail) gespeist wird, und der Druck des der Einspritzdüse zugeführten Kraftstoffs
noch von einem Druckverstärker
vergrößert wird;
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2 einen
teilweise abgebrochenen Längsschnitt
durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
die eine erfindungsgemäße Realisierung
einer Vorrichtung nach 1, jedoch ohne Druckverstärker, darstellt;
und
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Längsschnitt
mit eingebautem Druckverstärker.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 wird
aus einem Kraftstofftank 2 mittels einer Pumpe 3 ein
Hochdruckspeicher 4 (Common Rail) mit Kraftstoff (im Beispiel
Dieselkraftstoff) unter hohem Druck gefüllt. Der Druck beträgt typischerweise
1000 bar. Der Druckspeicher 4 ist zur Versorgung von sechs
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 vorgesehen, von denen
lediglich eine gezeigt ist. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können statt
dessen mehr oder weniger solcher Vorrichtungen 10 vorhanden
sein. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 weist in ihrem
oberen Teil einen hydraulischen Druckverstärker auf, der einen ersten Kolben 12 und
einen mit diesem starr verbundenen zweiten Kolben 13 mit
kleinerer Kolbenfläche
als beim Kolben 12 aufweist. Ein Raum 14 oberhalb
des ersten Kolbens 12 steht mit dem Druckspeicher 4 in Verbindung.
Der erste Kolben 12 ist durch eine Druckfeder 15 in
seine in 1 gezeigte obere Stellung vorgespannt.
Ein Raum 18 unterhalb des ersten Kolbens 12 ist über ein
im Beispiel elektrisch betätigtes
Ventil 16 (3/2-Wegeventil) je nach dessen Schaltstellung
mit dem Raum 14 (wie in 1 gezeigt)
oder einer Leckageleitung 17 verbunden. Die Unterseite des
ersten Kolbens ist kleiner als die Oberseite. Die Differenz der
genannten Flächen
ist gleich dem Querschnitt des zweiten Kolbens 13. Im Betrieb herrscht
im Raum 14 stets der Druck des Druckspeichers 4.
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Im
Betrieb wird für
die Ausführung
einer nach unten gerichteten Bewegung (Druckhub) der Kolben 12 und 13 der
Raum 18 über
das Ventil 16 mit der Leckageleitung 17 verbunden.
Der Kolben 13 erhöht dabei
den Druck des Kraftstoffs in einem Kompressionsraum 20 über den
Druck im Druckspeicher 4 hinaus im Verhältnis (obere Fläche des
Kolbens 12) / (Querschnitt des Kolbens 13). Der
genannte erhöhte Druck
kann im Beispiel 2000 bar betragen. Der Ausgang des Kompressionsraums 20 ist
mit einer hubgesteuerten Einspritzdüse verbunden. Die Kolben 12, 13 werden
nach dem Umschalten des Ventils 16 zurück in die in 1 gezeigte
Stellung nur durch die Druckfeder 15 wieder nach oben bewegt.
Dabei strömt
durch einen zentrischen Kanal 21, der die Kolben durchdringt,
Kraftstoff von dem Raum 14 in den Kompressionsraum 20,
wobei sich ein Rückschlagventil 22 im
Kolben 13 öffnet.
Das Rückschlagventil ist
beim Druckhub geschlossen. Wenn die Kolben 12, 13 nach
oben bewegt werden oder wenn sie nicht bewegt werden, kann Kraftstoff
mit dem Druck des Druckspeichers 4 über das Rückschlagventil zur Einspritzdüse gelangen.
Diese kann daher je nach den betrieblichen Anforderungen mit Kraftstoff
mit unterschiedlichem Druck versorgt werden.
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Kraftstoff
aus dem Kompressionsraum 20 wird einer hubgesteuerten Einspritzdüse, zu der
ein Steuerventil gehört,
zugeführt.
Der Kraftstoff gelangt über
eine Zulaufdrossel 26 in einen Steuerraum 27 und
erhöht
den Druck in ihm. Der Steuerraum 27 wird über eine
Ablaufdrossel 28 in Abhängigkeit
von der Stellung eines Steuerventils 29 entlastet oder
auf hohem Druck gehalten, wie dies in 1 (gesperrtes Steuerventil)
gezeigt ist. Eine Düsennadel 30 (oder Ventilnadel)
der Einspritzvorrichtung ist in einem Düsenkörper 31 verschiebbar
und wird im Bereich einer Druckstufe (das ist eine in Öffnungsrichtung
wirkende Kolbenfläche)
von dem über
eine Leitung 67 zum unteren Ende der Düsennadel 30 geführten Kraftstoffdruck
in Öffnungsrichtung
beaufschlagt. Die Düsennadel
greift mit einer oberen Kolbenfläche
in den Steuerraum 27 ein. Wenn der Druck in dem Steuerraum 27 genügend niedrig
ist, öffnet
die Düsennadel 30.
Wenn der Druck im Steuerraum 27 daraufhin wieder genügend weit
ansteigt, so schließt
die Düsennadel.
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In 2 sind
die bereits in 1 mit Bezugszeichen versehenen
Teile weitgehend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die
Düsennadel 30 (oder
Ventilnadel) der Einspritzvorrichtung liegt im dargestellten geschlossenen
Zustand mit einer nicht näher
bezeichneten Dichtkante an einem Ventilsitz des sie umgebenden Düsenkörpers 31 an. Der
bei geschlossener Düsennadel
bis zum Ventilsitz vorgedrungene Kraftstoff übt auf die im Bereich des Endes
der Düsennadel
liegende Druckstufe eine in Öffnungsrichtung
wirkende Kraft aus. An dem den Einspritzöffnungen 32 abgewandten
Endbereich der Düsennadel 30 ist
diese von einer Druckfeder 40 umgeben, die eine Steuerraumhülse 42 gegen
die den Einspritzöffnungen 32 zugewandten
Fläche
einer Drosselplatte 44 presst, so dass hierdurch die seitliche
Begrenzung des Steuerraums 27 gebildet wird. In der Drosselplatte 44 sind
die Zulaufdrossel 26 und die Ablaufdrossel 28 vorgesehen.
Das den Druck in dem Steuerraum 27 steuernde Steuerventil 50 weist ein
bewegliches Ventilteil 52 auf, das in der Sperrstellung
an einem Ventilsitz 54 dichtend anliegt. Im gesperrten
Zustand sperrt das Steuerventil 50 den Abfluss von Kraftstoff
aus dem Steuerraum 27 durch die Ablaufdrossel 28 hindurch.
Ein Elektromagnet 56, der über elektrische Anschlüsse von
außen
her mit Schaltenergie versorgt wird, betätigt einen Magnetanker 58.
Dieser ist in 2 im angezogenen Zustand dargestellt,
das heißt
das bewegliche Ventilteil 54 ist von seinem Ventilsitz
abgehoben und der Steuerraum wird entlastet. Der den Magnetanker 58 aufnehmende
Raum ist über
einen Kanal 59 und eine Druckschwankungen vom genannten
Raum fern haltende Drossel mit der Außenseite eines das Steuerventil
aufnehmenden Steuerventilgehäuses 60 verbunden.
Dieses liegt an der Oberseite der Drosselplatte 44 an.
Das bewegliche Ventilteil 52 des Steuerventils ist in einer
Bohrung des Steuerventilgehäuses verschiebbar
und gut dichtend geführt,
damit entlang dieser Bohrung möglichst
wenig Leckage zum Magnetanker 58 hin auftritt, wenn das
Steuerventil geschlossen ist.
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Der
Kraftstoff wird über
einen Kanal 67 durch die Drosselplatte 44 hindurch
in den die Düsennadel 30 umgebenden
Raum 68 geleitet und gelangt von dort zur Dichtkante der
Düsennadel 30.
Von dem Kanal 67 zweigt eine Leitung zur Zulaufdrossel 26 ab.
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Bei
geöffnetem
Steuerventil 50 fließt
der aus dem Steuerraum 27 abfließende Kraftstoff über einen Kanal 69 zum
Steuerventil 50 und von dort über einen Kanal 70 in
den Raum 71, der den in 2 unteren
Endbereich des Steuerventilgehäuses 60 und die
Drosselplatte 44 sowie das Steuerventilgehäuse 60 fast
bis oben umgibt und der zwischen den soeben genannten Teilen und
einer die gesamte Anordnung zusammen haltenden Hülse 72 (im Beispiel eine
Düsenspannmutter)
gebildet ist.
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Da
die Ablaufdrossel 28 und der Kanal 69 nicht in
der Schnittebene der 2 liegen, wurden sie zur besseren
Darstellung in die Zeichenebene verlegt und wird das bewegliche
Ventilteil 52 abgebrochen dargestellt.
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Der
Raum 71 geht am oberen Ende in einen dickeren Raum 73 über. Die
Hülse 72 ist
mit einem Grundkörper 80 verschraubt.
In der Hülse 72 sind
als Bohrungen ausgebildete Aussparungen 74 vorhanden. Die
Aussparungen 74, die radial nach außen weisen, bilden einen Anschluss
für Leckage
und abzuführende
Steuermengen und im eingebauten Zustand ist mindestens eine Aussparung 74 mit
einem innerhalb eines Zylinderkopfdeckels einer Verbrennungskraftmaschine
vorgesehenen Kanal zur Abfuhr von Leckage verbunden. Die Aussparungen 74 bilden
somit Anschlüsse
für die
aus dem Raum 71 abzuführende
Leckage. Somit sind Teile der Einspritzvorrichtung ständig von
Kraftstoff unter Leckagedruck umgeben, das heißt, die Hülse (Düsenspannmutter) ist geflutet.
Das obere Ende des Kanals 67 ist mit einem Kanal 83 im
Grundkörper 80 in
Verbindung. Der Kanal 83 führt zu einem Hochdruckanschluss 84 etwas
oberhalb des Endes der Hülse 72. Der
Hochdruckanschluss 84 weist eine kegelstumpfförmige Vertiefung
auf, in die ein Anschlussstück
einer Anschlussleitung abgedichtet eingesetzt und durch Verbindungsmittel
befestigt wird. Der Hochdruckanschluss kann mit einer beliebigen
geeigneten Quelle von Kraftstoff unter ausreichend hohem Druck verbunden
werden. Am Grundkörper 80 sind
auch elektrische Anschlüsse 90 für den Elektromagneten 56 vorhanden.
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Von
möglicherweise
nicht völlig
auszuschließender
Leckage an den Stellen, an denen die verschiedenen Bauelemente der
Einspritzvorrichtung durch einen in Längsrichtung ausgeübten Druck
der Hülse 72 zusammengepresst
sind, tritt bei der in 2 gezeigten Anordnung dann eine
unerwünschte Leckage
auf, wenn das Steuerventil 50 offen ist und somit Kraftstoff
aus dem Steuerraum 27 fließt und dadurch der Druck im
Steuerraum 27 kleiner ist als der Druck in dem Raum, in
dem sich die Feder 40 und die Steuerraumhülse 42 befindet.
Es ist nämlich
zu den Zeiten, zu denen das Steuerventil 50 geschlossen (gesperrt)
ist, die Düsennadel 30 praktisch
auf ihrer gesamten Länge
von Kraftstoff unter hohem Druck, wie er dem Kanal 67 zugeführt wird,
umgeben. Die Düsennadel 30 ist
nicht mit einem auf Leckagedruck liegenden Bereich in Berührung (abgesehen
von den Einspritzöffnungen).
Bei gesperrtem Steuerventil 50 tritt eine geringe Leckage
entlang dem beweglichen Ventilteil 52 zu dessen Antriebsseite
hin auf, im Beispiel zum Magnetanker 58 hin.
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Insgesamt
ergibt sich bei der Anordnung nach 2 eine einfache
Führung
der Leitungen, die einem hohen Kraftstoffdruck ausgesetzt sind.
Daher sind hohe Drücke
möglich.
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Die
in 3 gezeigte weitere Ausführungsform der Erfindung unterscheidet
sich von 2 durch den Austausch des Grundkörpers 80 durch
ein anderes Teil 180, in dem ein Druckverstärker integriert
ist. Von diesem sind in 3 ein Kompressionskolben 181 und
ein Kompressionsraum 181 sichtbar. Der Raum 181 liefert
einen vom Druckverstärker gegenüber dem
Common-Rail-Druck höheren
Druck und ist über
einen im Teil 180 vorgesehenen Kanal 183 mit dem
oberen Ende des Kanals 67 in Fluidverbindung. Der Hochdruckanschluss
zur Verbindung mit einem Druckspeicher 4 ist nicht sichtbar
und liegt von dem Steuerventil 50 weiter entfernt als in 2 im
nicht sichtbaren oberen Bereich des Teils 180. Dort sind
auch elektrische Anschlüsse
für den
Elektromagneten des Steuerventils 50 vorhanden.
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Bei
der Anordnung nach 3 wird noch der zusätzliche
Vorteil erreicht, dass wegen des eingebauten und in die gesamte
Einspritzvorrichtung integrierten Druckverstärkers ein neuartiger und sehr kompakter
Aufbau erzielt wird, durch den auch die Montage der fertigen Einspritzvorrichtung
in einem Kraftfahrzeug erleichtert wird.
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Die
erfindungsgemäßen Vorrichtungen
weisen einen im Vergleich zum Stand der Technik geringeren Verschleiß auf, weil
die Düsennadel 30 kürzer ist
als bei bekannten Vorrichtungen und daher weniger Reibung auftritt.
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Durch
den die Hülse
an ihrer Innenseite auf einem Teil ihrer Länge umgebenden Raum 71,
der zum Ableiten von Leckage einschließlich Steuermengen dient, ist
es leicht möglich,
je nach der Konstruktion von Verbrennungskraftmaschinen, in die
die Einspritzvorrichtung eingebaut wird, die Aussparungen 74 an
der zu der genannten Motorkonstruktion passenden Stelle anzubringen,
ohne sonst irgendwelche Änderungen
an der Einspritzvorrichtung vornehmen zu müssen.
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Der
Druckverstärker
der 3 ist entsprechend dem Prinzip der 1 aufgebaut.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 3 ist bei einem anderen erfindungsgemäßen Beispiel
dadurch abgewandelt, dass anstatt des Druckverstärkers eine andere den Druck
erhöhende
Vorrichtung mit der Hülse 72 verbunden
ist. Dies ist bei einem bevorzugten Beispiel eine vom Verbrennungsmotor
anzutreibende Hochdruckpumpe.