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Die
Erfindung betrifft einen Injektor, insbesondere einen servohydraulisch
betätigten
Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen eines Fluids in einen Brennraum
eines Verbrennungsmotors.
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Für eine gute
Aufbereitung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs muss ein Kraftstoff,
je nach Verbrennungsverfahren, mit Drücken bis über 2.000 bar in einen Brennraum
eines Verbrennungsmotors eingespritzt werden und dabei mit der größtmöglichen Genauigkeit
je Einspritzung dosiert werden. Um einen Kompromiss zwischen einem
geringen Kraftstoffverbrauch und der Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte
für Emissionen
(Abgase und Geräuschentwicklung
des Motors) zu realisieren, ist es notwendig, den Einspritzvorgang
des Kraftstoffinjektors präzise
zu steuern. Dabei sind wesentliche Parameter ein jeweiliger Einspritzbeginn
(Voreinspritzung, Haupteinspritzung(en) und Nacheinspritzung), eine Einspritzdauer,
ein jeweiliges Einspritzende und ein dynamisches Verhalten einer
Düsennadel
während der
Einspritzung.
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Es
bestehen hohe Anforderungen an das dynamisches Verhalten der Düsennadel über einen
gesamten Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors hinweg. Aufgrund
der hohen Einspritzdrücke
wirken große
hydraulische Kräfte,
die insbesondere auch auf ein Dichtelement eines Servoventils wirken.
Hierdurch ergibt sich in Verbindung mit den mechanischen Elastizitäten (Steifigkeiten)
im Antriebsstrang des Servoventils (u. a. Servoventilglied, Piezoaktor, Injektorgehäuse) ein
bistabiles Verhalten (geöffnet/geschlossen)
der Düsennadel,
wobei sich die Düsennadel
aufgrund des vom Servoventil freigegebenen Ablaufquerschnitts mit
sehr hoher Geschwindigkeit von einer Schließstellung in eine Offenstellung des
Injektors bewegt. Beim Schließen
des Servoventils herrschen ähnliche
Verhältnisse.
Durch dieses quasi digitale Öffnen
bzw. Schließen
der Düsennadel wird
eine reproduzierbar gesteuerte Einspritzung kleinster Kraftstoffmengen,
insbesondere für
eine Vor- /Nacheinspritzung
und Einspritzungen bei Drehzahlen unterhalb der Volllastdrehzahl,
wesentlich erschwert.
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Die
Steuerung einer Einspritzmenge eines Kraftstoffinjektors ist gut
beherrschbar, solange die Einspritzmenge durch diejenige Dauer bestimmt wird,
während
die Düsennadel
des Kraftstoffinjektors voll geöffnet
in ihrer Position an einem Düsennadelanschlag
verweilt und eine Bewegungsphase der Düsennadel nur einen vernachlässigbaren
Beitrag zur gesamten Einspritzmenge liefert. Problematisch ist jedoch,
dass bei Kraftfahrzeugen über
90% des Motorbetriebs derart ablaufen, dass die benötige Einspritzmenge
derart gering ist, dass der Einspritzvorgang beendet werden muss,
bevor die Düsennadel ihren
Anschlag erreicht. Die Bewegungsphase der Düsennadel bestimmt die eingespritzte
Kraftstoffmenge nahezu vollständig.
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Die
Bewegungsphase der Düsennadel
ist schwer steuerbar, da die Düsennadel
beim Öffnungsvorgang
des Servoventils stark beschleunigt wird. Ferner ist der Öffnungsvorgang
des Servoventils von komplexer Natur und von vielen Parametern – wie z. B.
parasitärer
Elastizitäten;
einer Temperaturverteilung im Kraftstoffinjektor; einem elektromechanischen
Zustand des Aktors, der hysterese- und alterungsbedingt schwanken
kann und daher zumindest nicht einfach vorhersagbar ist; und von
mechanischer Reibung – abhängig.
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Die
EP 0 949 415 B1 lehrt
eine servohydraulisch betätigte
Einspritzeinrichtung mit piezoelektrischem Aktor. Die Einspritzeinrichtung
weist eine Düsennadel
und einen die Düsennadel
betätigenden Stößel auf,
der in Abhängigkeit
eines Fluiddrucks in einem Steuerraum auf- und abbewegbar ist und
so eine Bewegung der Düsennadel
steuert. Der Steuerraum ist durch einen Zulauf mit darin integrierter Fixdrossel
mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff befüllbar, und durch einen Ablauf
mit darin vorgesehener Fixdrossel durch einen Ventil raum eines Servoventils
hindurch entleerbar. Hierbei ist die Fixdrossel des Ablaufs koaxial
zum Stößel stromaufwärts des
Steuerraums fest im Injektorgehäuse
vorgesehen. In den Ventilraum des Servoventils mündet ein Ventilglied mit Ventilkopf,
wobei das Ventilglied, umgeben mit einem hülsenförmigen Schleppventilglied, zusammenwirkend
mit dem Ventilkopf, zwei unterschiedliche Fluiddurchtritts-Querschnitte
für die
Einspritzeinrichtung freigeben kann.
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Durch
das Ausbilden der Ablaufdrossel in einem Gehäuseabschnitt der Einspritzeinrichtung
sowie den vergleichsweise großen
Platzbedarf des zweiteiligen Ventilglieds im Ventilraum ist das
Totvolumen des Servoventils der Einspritzeinrichtung vergleichsweise
groß,
was das dynamische Verhalten der Einspritzeinrichtung nachteilig
beeinflusst und eine vergleichsweise lange Ansprechzeit der Düsennadel
bedingt.
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Generell
wirkt sich bei bekannten Lösungen das
große
hydraulische Totvolumen des Servoventils negativ aus, welches sich
durch zusätzliche
Integration eines fixen Ablaufdrosselabschnitts in Form einer Drosselscheibe über den
gesamten Querschnitt des Kraftstoffinjektors hinweg ergibt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Injektor zur
Verfügung
zu stellen, der insbesondere ein dynamisches Ansprechverhalten mit kurzer
Ansprechzeit der Düsennadel
realisiert, um so eine gesteuerte Einspritzung von Teil- und Kleinstmengen
mit hoher Reproduzierbarkeit zu ermöglichen. Ferner besteht eine
Aufgabe der Erfindung darin, in einen bereits vorhandenen Injektor,
insbesondere einen servohydraulisch betätigten Kraftstoffinjektor,
nachträglich
eine Ablaufdrossel ohne wesentliche konstruktive Änderungen
des Kraftstoffinjektors zu integrieren, und dabei das Totvolumen
des Servoventils so gering wie möglich
zu halten.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird mittels eines Injektors, insbesondere
eines servohydraulisch betätigten
Common-Rail-Kraftstoffinjektors
gelöst,
der eine mit einem Servoventil strömungsmechanisch in Reihe geschaltete
Ablaufdrossel aufweist, wobei die Ablaufdrossel als gesondertes
Bauteil direkt am Servoventil vorgesehen ist. Hierdurch stellt die
Erfindung einen Injektor zur Verfügung, der ein Servoventil mit darin
integrierter Drossel umfasst.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Anordnung ist
es möglich,
mit der Ablaufdrossel so nah wie möglich an ein Ventilglied bzw.
Dichtelement des Servoventils heranzugelangen und so das zwischen
einer Dichtfläche
des Servoventils und der Ablaufdrossel vorhandene Totvolumen des
Servoventils so gering wie möglich
zu halten. Besonders einfach ist diese erfinderische Anordnung bei
nach innen öffnenden Servoventilen
innerhalb eines piezoelektrisch betriebenen Kraftstoffinjektors
zu realisieren. Durch das kleine Totvolumen zwischen Ablaufdrossel
und einem Servoventil-Dichtsitz ist einerseits eine sehr kurze Ansprechzeit
bzw. ein dynamisches Ansprechverhalten der Düsennadel realisiert, und andererseits eine
reproduzierbar gesteuerte Einspritzung von kleinsten Kraftstoffmengen
des Injektors möglich.
Erfindungsgemäß ist es
möglich,
die Bewegungsphase der Düsennadel
zwischen ihrer geschlossenen und ihrer vollständig offenen Position im Injektor
zu beeinflussen, ohne dass die Düsennadel
digital auf- oder zusteuert, wodurch die Einspritzung kleinster
Kraftstoffmengen realisierbar ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Ablaufdrossel als eine extra montierte Drosselplatte
an einem Ventilkörper
des Servoventils vorgesehen. Hierbei ist die Drosselplatte bevorzugt
an einem einem dichtenden Abschnitt des Servoventils gegenüberliegenden
Ende einer Ventilbohrung angeordnet. Dies ermöglicht einerseits das geringe
Totvolumen des Servoventils und andererseits eine nachträgliche Anbringung
der Drosselplatte am Ventilkörper,
sodass in den Montageprozess des Injektors bzw. des Servoventils
nur geringfügig
eingegriffen werden muss, da zuerst das Dichtelement des Servoventils
in die Ventilbohrung eingesetzt wird, anschließend die Drosselplatte angebracht
wird und dann mit dem herkömmli chen
Montageverfahren des Injektors weiter fortgefahren werden kann.
Insbesondere das erfindungsgemäße nachträgliche Vorsehen der
Drosselplatte in einem bereits existierenden Kraftstoffinjektor
rüstet
diesen dahingehend aus, dass er auch kleinste Kraftstoffmengen reproduzierbar
einspritzen kann, ohne in das Konzept des bestehenden Injektors
eingreifen zu müssen.
D. h. erfindungsgemäß ist es
möglich
einen bereits bestehenden Kraftstoffinjektor mit einer Ablaufdrossel
nachzurüsten,
ohne diesen konstruktiv verändern
zu müssen.
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Erfindungsgemäß ist eine
Ventilplatte des Servoventils bevorzugt derart bemessen, dass sie
einerseits das Dichtelement des Servoventils einschließlich einer
Führung
(ausgebildet als Fortsatz am Dichtelement) für das Dichtelement aufnehmen kann,
andererseits ist ein Vorsehen der Drosselplatte bevorzugt wenigstens
teilweise innerhalb der Ventilbohrung der Ventilplatte ermöglicht.
Ferner ist bevorzugt die Ventilplatte derart ausgestaltet, dass
sich die Drosselplatte in einer Ausnehmung innerhalb der Ventilplatte
befindet, die als Steuerraum zum Steuern der Düsennadel dient.
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Durch
ein wenigstens teilweises Vorsehen der Drosselplatte innerhalb der
Ventilbohrung ist garantiert, dass das Totvolumen des Servoventils
so klein wie möglich
ist und der Kraftstoffinjektor nicht durch eine zusätzliche
Scheibe, in welcher die Ablaufdrossel vorgesehen ist, verlängert wird,
was eine teilweise Neukonstruktion des Kraftstoffinjektors notwendig
machen würde.
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Zur
fluiddichten Verbindung zwischen Drosselplatte und Ventilplatte
kann die Drosselplatte im Bereich der Ventilbohrung in die Ventilplatte
eingepresst werden und/oder mit einer um den Rand der Ventilbohrung
umlaufenden Schweißnaht
mit der Ventilplatte verbunden werden.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Einspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem,
mit einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor; sowie
einen Verbrennungsmotor, ins besondere einen Dieselmotor, mit einem
erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den übrigen abhängigen Ansprüchen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
geschnittene Teilseitenansicht eines Injektors gemäß dem Stand
der Technik;
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2 eine
geschnittene Teilseitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Injektors;
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3 eine
vergrößerte geschnittene
Teilseitenansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Injektors;
und
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4 eine
geschnittene Teilseitenansicht einer dritten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Injektors.
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Die
folgenden Ausführungen
betreffen einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor,
mit einem nach innen öffnenden
(Servo-)Ventil, d. h. einem gegen eine Flussrichtung eines Arbeitsfluids öffnenden
Ventil. Die Erfindung soll jedoch nicht auf solche Ventile beschränkt sein – sondern
ebenso nach außen öffnende
Ventile, d. h. in Fluidflussrichtung öffnende Ventile; von außen öffnende
Ventile, d. h. von der drucklosen Seite betätigte Ventile; und von innen öffnende
Ventile, d. h. von der unter Druck stehenden Seite betätigte Ventile;
bzw. Injektoren mit solchen (Servo-)Ventilen umfassen. Ferner soll
die Erfindung nicht auf Kraftstoffinjektoren beschränkt sein,
sondern allgemein Injektoren umfassen.
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1 zeigt
in einem Ausschnitt den Aufbau eines servohydraulisch betätigten Kraftstoffinjektors eines
Common-Rail-Einspritzsystems
für Dieselfahrzeuge
gemäß dem Stand
der Technik mit einem digital schaltenden, piezoelektrisch betätigten 2/2-Servoventil 30 (2/2:
zwei Anschlüsse/zwei
Schalt stellungen). Digital schaltend bedeutet in diesem Zusammenhang,
dass das Servoventil 30 nur zwei fixe Ventilgliedpositionen
aufweist: Vollständig
geöffnet
und vollständig
geschlossen; zwischen diesen beiden Positionen schaltet das Servoventil 30 schlagartig
hin und her.
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Im
in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors,
weist der Kraftstoffinjektor einen Aktorkörper 140 und einen
Injektorkörper 130 auf,
zwischen welchen eine Ventilplatte 34 und eine sich an
diese unten (in Bezug auf 1) anschließende Zwischenplatte 120 eingespannt
sind. Der Aktorkörper 140 weist
eine Hochdruckbohrung 50 auf, die den Kraftstoffinjektor
mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff aus einem Rail (nicht dargestellt)
versorgt, der einen Zustrom von Kraftstoff mit konstantem Hochdruck
gewährleistet.
Ferner ist innerhalb des Aktorkörpers 140 ein
als Multilayer-Piezostack aufgebauter Piezoaktor 40 vorgesehen,
der das Servoventil 30 auf- und zusteuert. Der Aufbau des
hauptsächlich
aus der Ventilplatte 34 und einem Ventilglied 32 bzw.
Dichtelement 32 bestehenden Servoventil 30 wird
weiter unten näher
erläutert.
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Zwischen
der Ventilplatte 34 und der Zwischenplatte 120 ist
ein Steuerraum 10 ausgebildet, in welchem sich Kraftstoff
befindet, wobei je nach Druckverhältnissen des Kraftstoffs im
Steuerraum 10 eine Düsennadel 20 auf
oder ab bewegbar ist. Die Zwischenscheibe 120 dient einerseits
zur Führung der
Düsennadel 20 bzw.
eines die Düsennadel 20 betätigenden
Stößels, sowie
andererseits eines gedrosselten Kraftstoffzulaufs des Steuerraums 10 von
einem Ringraum 52 aus, der zwischen der Zwischenplatte 120 und
dem Injektorkörper 130 ausgebildet ist.
Eine notwendige Drosselung (s. u.) des Kraftstoffzulaufs für den Steuerraum 10 findet über die
als Fixdrossel ausgebildete Zulaufdrossel 60 statt. Ferner
versorgt der Ringraum 52 die Düsennadel 20 in einem
unteren Bereich mit Kraftstoff, sodass einerseits die Düsennadel über eine
an ihr unten vorgesehene Druckschulter (nicht dargestellt) nach
oben bewegt werden kann und andererseits über einen unteren Düsennadel sitz
(nicht dargestellt) und dort vorgesehene Injektorbohrungen (nicht
dargestellt) Kraftstoff in einen Brennraum (nicht dargestellt) einspritzbar
ist. Die Kraftstoffversorgung des unteren Abschnitts der Düsennadel 20 findet über Längsausnehmungen
statt, die zwischen einem nach unten gezogenem Fortsatz der Zwischenscheibe 120 und dem
Injektorkörper 130 ausgebildet
sind. Hierfür
ist der Fortsatz der Zwischenscheibe 120 in einem unteren
Bereich außen
facettiert (nicht dargestellt), was eine ungedrosselte fluidische
Verbindung zwischen dem Ringraum 52 und dem Sitz der Düsennadel 20 herstellt.
Zur Versorgung des Ringraums 52 über die Hochdruckbohrung 50 sind
sowohl die Ventilplatte 34 als auch die Zwischenplatte 120 mit
entsprechenden Bohrungen versehen.
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Im
Folgenden wird die Funktion des Kraftstoffinjektors kurz skizziert:
In
der in 1 dargestellten Stellung der Düsennadel 20 ist der
Kraftstoffinjektor geschlossen, d. h. es findet keine Einspritzung
von Kraftstoff in den Brennraum statt. Über die Hochdruckbohrung 50,
den Ringkanal 52 und die Zulaufdrossel 60 steht
im Steuerraum 10 der Einspritzdruck von typischerweise 2.000
bar an. Ebenso liegt der volle Einspritzdruck am düsenseitigen
Ende der Düsennadel 20 an.
D. h. an einem freien Ende 22 der Düsennadel 20 bzw. am freien
Ende 22 eines die Düsennadel 20 betätigenden
Stößels und
am düsenseitigen
Ende der Düsennadel 20 liegt
im dargestellten Ausführungsbeispiel gleicher
Druck an. Aufgrund einer größeren druckwirksamen
Fläche
des steuerraumseitigen Endes 22 der Düsennadel 20 wird diese
in ihrem Ventilsitz gehalten. Unterstützend wirkt hierbei eine Rückstellfeder 70,
welche sich am Fortsatz der Zwischenplatte 120 und der
Düsennadel 20 abstützt. Die
Rückstellfeder 70 hält die Düsennadel 20 auch
im drucklosen Zustand in ihrem Ventilsitz. Der unter dem vollen
Einspritzdruck stehende Steuerraum 10 ist über das
Servoventil 30 mit einem unter nur geringem Druck oder Umgebungsdruck
stehendem Ablauf- oder Niederdruckbereich 90 (z. B. einem
Tank) verbunden. Das Servoventil 30 wird vom Dichtelement 32 und
einem in der Ventilplatte 34 ausgebildeten Servoventil-Dichtsitz 36 gebildet,
wobei sich das Dichtelement 32 einerseits bevorzugt mit
Führungsflächen in
eine Ventilbohrung 38 der Ventilplatte 34 zur
Führung
des Dichtelements 32 hineinerstreckt, andererseits aber mittels
Längsausnehmungen
bzw. einer Facettierung, z. B. einem Flächenanschliff, den ungedrosselten
Durchtritt von Kraftstoff aus der Steuerkammer 10 in den
Ablaufbereich 90 gestattet. Die Ausnehmungen bzw. Flächenanschliffe
sind mit gestrichelten Linien am Dichtelement 32 bzw. am
Fortsatz des Dichtelements 32 in den Fig. angedeutet.
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Im
dargestellten Ausgangszustand des geschlossenen Kraftstoffinjektors
wird das Servoventil-Dichtelement 32 durch ein mechanisches
Rückstellelement 31,
z. B. in Form einer Biege- oder
Blattfeder, dicht im Ventilsitz 36 gehalten. Das Servoventil 30 ist
somit geschlossen. Bei anliegendem Hochdruck im Steuerraum 10 wirkt
entsprechend dem Sitzdurchmesser des Servoventils 30 eine
zusätzliche
hydraulische Kraft auf das Dichtelement 32, womit das Servoventil 30 auch
bei Drücken
von 2.000 bar sicher geschlossen ist. Die Betätigung des Servoventils 30 erfolgt über den
mechanisch oder hydraulisch druckvorgespannten Piezoaktor 40,
der sich an einem Injektorgehäuse 110 abstützt (nicht
dargestellt) und dessen freies Ende auf das Dichtelement 32 des
Servoventils 30 wirkt.
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Bei
einer elektrischen Aktivierung des Piezoaktors 40 durch
Aufladung bzw. Bestromung, dehnt sich der Piezoaktor 40 longitudinal
aus und verlagert das Dichtelement 32 vom Ventildichtsitz 36 weg,
wodurch eine ungedrosselte fluidische Verbindung zwischen dem Steuerraum 10 und
dem Ablaufbereich 90 hergestellt wird. Durch die Begrenzung
des Zulaufvolumenstroms in den Steuerraum 10 durch die
Zulaufdrossel 60 fällt
der Druck im Steuerraum 10 schlagartig ab. Da am einspritzseitigen
Ende der Düsennadel 20 jedoch
weiterhin der volle Einspritzdruck von ca. 2.000 bar ansteht, am
steuerraumseitigen Ende 22 der Düsennadel 20 aber nur
ein wesentlich geringerer Druck herrscht (typischerweise einige
100 bar), wird die Düsennadel 20 gegen
die Kraft der Rückstellfeder 70 in Richtung
Steuerraum 10 verschoben und die Injektorbohrungen werden
freigegeben; die Einspritzung beginnt.
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Das
Beenden der Einspritzung erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, d.
h. nach Kontraktion (Entladen) des Piezoaktors 40, schließt sich
das Servoventil 30, woraufhin sich der Druck im Steuerraum 10 wieder
bis auf 2.000 bar erhöht
und die Düsennadel 20 wieder
in ihren Ventilsitz bewegt wird, wobei die Injektorbohrungen verschlossen
werden; die Einspritzung ist beendet.
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Beim Öffnen des
Servoventils 30 stellt sich im Steuerraum 10 schlagartig
ein niedrigerer Druck als an der Druckschulter der Düsennadel 20 ein. Beim
Wiederschließen
des Servoventils 30 passiert ähnliches, nur nicht derart
heftig, da der Kraftüberschuss
durch die vergleichsweise schwache Rückstellfeder bereitgestellt
wird. Hierdurch bewegt sich die Düsennadel 20 nahezu
digital zwischen ihrer Offen- und Schließstellung hin und her.
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Bei
einem Verbrennungsmotor laufen über 90%
des Motorbetriebs derart ab, dass die benötigte Einspritzmenge so gering
ist, dass der Einspritzvorgang beendet werden sollte, bevor die
Düsennadel ihren
oberen Anschlag an der Ventilplatte 34 erreicht. D. h.
die Bewegungsphase der Düsennadel 20 bestimmt
die eingespritzte Kraftstoffmenge vollständig. Aufgrund der schmetternden
Bewegung der Düsennadel 20 ist
eine reproduzierbar gesteuerte Einspritzung dieser Kraftstoffmengen
deutlich erschwert.
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Erfindungsgemäß wird eine
Einstellung einer definierten Öffnungscharakteristik
der Düsennadel 20 durch
eine mit dem Servoventil 30 strömungsmechanisch in Reihe geschaltete
Drosselplatte 100 möglich. 2 zeigt
eine erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Kraftstoffinjektors mit der Drosselplatte 100. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel
sind das Servoventil 30 und die Drosselplatte 100 direkt
zueinander benachbart angeordnet, sodass das Totvolumen, das zwischen
Servoventil- Dichtsitz 36 und Drosselplatte 110 entsteht,
so gering wie möglich
ist. Das Servoventil 30 wird dabei erfindungsgemäß durch
die Drosselplatte 100 ergänzt.
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Die
Montage des erfindungsgemäßen Servoventils 30 ist
einfach und wird durch das Vorsehen der Drosselplatte 100 nicht
behindert, da sich die Montage der Drosselplatte 100 zeitlich
an eine Vormontage des Servoventils 30 anschließt. Das
Servoventil 30 wird zunächst
wie bisher, d. h. ohne eine Montage der Drosselplatte 100,
montiert. Hierfür
wird das Dichtelement 32 mit seiner Dichtfläche nach oben
von unten kommend (alles in Bezug auf 2) in die
Ventilbohrung 38 der Ventilplatte 34 eingesetzt und
anschließend
mittels des Rückstellelements 31 festgehalten.
In einem nachfolgenden Schritt wird die Drosselplatte 100 an
der Ventilplatte 34 befestigt. Dies kann z. B. mittels
Einpressens und/oder Verschweißens,
z. B. Laserschweißens,
geschehen. Hierbei kann eine Schweißnaht 104 vollständig um die
Drosselplatte 100 umlaufend ausgestaltet sein, wodurch
mittels der Schweißnaht 104 eine
fluiddichte Verbindung zwischen Drosselplatte 100 und Ventilplatte 34 realisiert
ist. Ferner kann die Drosselplatte 100 wenigstens teilweise
in die Ventilbohrung 38 eingepresst sein, was ebenfalls
eine fluiddichte Verbindung zwischen Drosselplatte 100 und
Ventilplatte 34 realisiert. Ferner kann dieser Presssitz
noch zusätzlich
verschweißt
werden, was auch nur punktuell geschehen kann.
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Die
Position der Drosselplatte 100 an der Ventilplatte 34 bzw.
an oder in der Ventilbohrung 38 ist derart gewählt, dass
bei einem späteren
Betrieb des Kraftstoffinjektors das Dichtelement 32 des
Servoventils 30 die Drosselplatte 100 nicht berührt bzw. in
ihrer Funktion nicht beeinträchtigt
(Druckwellen aufgrund des sich öffnenden
bzw. schließenden Dichtelements 32).
Andererseits wird die Drosselplatte 100 so nahe wie möglich am
Dichtelement 32 platziert bzw. derart an oder in der Ventilbohrung 38 vorgesehen,
dass das Servoventil 30 ein möglichst geringes Totvolumen
aufweist.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 2 bildet die Drosselplatte 100 eine Begrenzung
in Längsrichtung der
Ventilbohrung 38, wobei die Drosselplatte 100 in einer
Ausnehmung 35 der Ventilplatte 34 an der Ventilbohrung 38 vorgesehen
ist. Diese Ausnehmung 35 hat die Abmessungen der Drosselplatte 100,
wobei die Drosselplatte 100 in diese Ausnehmung 35 eingepresst
und/oder einschweißt
sein kann. Bevorzugt ist eine Oberfläche der Drosselplatte 100 in
einer Ebene mit einer Oberfläche
der Ventilplatte 34 bzw. desjenigen Abschnitts der Ventilplatte 34,
welcher den Steuerraum 10 begrenzt. Dies hat den Vorteil,
dass sich das Volumen des Steuerraums 10 durch die Drosselplatte 100 nicht
bzw. nur geringfügig ändert (Schweißnaht 104 ist
in der 2 übertrieben
dargestellt).
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Bei
dieser Ausführungsform
muss lediglich innerhalb der Ventilplatte 34 des Servoventils 30 die zusätzliche
Ausnehmung 35 vorgesehen werden, um das Servoventil 30 bzw.
den Kraftstoffinjektor mit einer Ablaufdrossel 100 nachzurüsten. Eine
Umkonstruktion weder des Kraftstoffinjektors noch des Servoventils 30 sind
notwendig.
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Bei
der vorstehenden Erfindung ist die Drosselplatte 100 eine
einfache Platte oder Scheibe, die ausschließlich eine Drosselfunktion
mittels einer Drosselbohrung 102 realisiert. Die Drosselplatte 100 übernimmt
sonst keine weiteren Aufgaben, die z. B. durch Bohrungen dem Fluidtransport
oder ähnlichem dienen.
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Die
Drosselbohrung 102 der Drosselplatte 100 ist dabei
bevorzug koaxial zur Ventilbohrung 38 ausgerichtet. Andere
Positionen der Drosselbohrung 102 sind jedoch auch möglich; z.
B. mit Rücksicht
auf die zum Kraftstofftransport entlang des Dichtelements 32 vorgesehenen
Längsausnehmungen
oder Flächenanschliffe
kann die Drosselbohrung 102 bzw. eine Mehrzahl von Drosselbohrungen 102 zu
diesen „koaxial" liegen, um ein schnelles
Ansprechverhalten des Servoventils 30 und somit auch ein
schnelles Ansprechverhalten der Düsennadel 20 zu gewährleisten.
Ferner ist die Drosselbohrung 102 bevorzugt we der koaxial
zur Düsennadel 20 noch
koaxial zur Zulaufdrossel 60 vorgesehen. Es sind jedoch
auch Ausführungsformen
möglich,
bei denen die Drosselbohrung 102 koaxial bezüglich der
Zulaufdrossel 60 bzw. koaxial bezüglich der Düsennadel 20 angeordnet
ist.
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3 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer einfindungsgemäßen Anordnung
der Drosselplatte 100 im Servoventil 30 bzw. das
erfindungsgemäße Servoventil 30.
Bei dieser Ausführungsform
ist die Drosselplatte 100 vollständig in der Ventilbohrung 38 vorgesehen.
Die Drosselplatte 100 kann hierbei ebenfalls eingeschweißt oder
eingepresst sein.
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Bei
einer solchen Ausführungsform
entfallen sämtliche
Maßnamen,
die ein wie auch immer geartetes Umkonstruieren des Injektors bzw.
des Servoventils 30 bzw. der Ventilplatte 34 des
Servoventils 34 notwendig machen, da lediglich in der Ventilbohrung 38 die
Drosselplatte 100 angebracht wird.
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Bei
den beiden Ausführungsformen
des Kraftstoffinjektors nach den 2 und 3 ist
das Rückstellelement 31 eine
Biege- bzw. Blattfeder 31, die sich an einem aus der Ventilbohrung 38 herausstehenden
Abschnitt des Dichtelements 31 und an der Ventilplatte 31 abstützt. Bevorzugt
ist dabei die Biege- bzw. Blattfeder 31 in einer Nut des
Dichtelements 32 gehalten. Auch in der Ventilplatte 31 kann eine
entsprechende Ringnut ausgebildet sein, die das Rückstellelement 31 in
Position hält.
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4 zeigt
eine dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors,
der ein anders aufgebautes Dichtelement 32, sowie ein anderes
Rückstellelement 31 und
eine andere Anordnung des Rückstellelements 31 im
Servoventil 30 aufweist. Bei dieser Ausführungsform
ist das Rückstellelement 31 eine
Spiralfeder 31 und das Dichtelement 32 des Servoventils 30 ist
ein so genanntes Pilzventilglied, das bevorzugt vollständig in
der Ventilbohrung 38 angeordnet ist. Die Spiralfeder 31,
die das Servoventil 30 auch im drucklosen Zustand ge schlossen
hält, stellt
hierbei eine mechanisch federnde Verbindung zwischen der Drosselplatte 100 und
dem Dichtelement 32 her; das Dichtelement 32 stützt sich
also federnd an der Drosselplatte 100 ab.
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Vorteilhaft
bei dieser Ausführungsform
ist, dass die erfindungsgemäße Anordnung
der Drosselplatte 100 uneingeschränkt kompatibel zu einem pilzförmigen Servoventil-Dichtelement 32 ist.
Solche Pilzventile sind in Kraftstoffinjektoren seit Jahren im Großserieneinsatz,
sodass alle Fragen zur Reife und Lebensdauer (= 109 Zyklen)
eines solchen Servoventils 30 positiv beantwortet sind.
Selbiges gilt für
die Schraubenfeder. Auch mit dieser Ausführungsform ist gewährleistet,
dass ein bereits vorhandener Kraftstoffinjektor problemlos mit der
erfindungsgemäßen Drosselplatte 100 nachgerüstet werden
kann.
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Erfindungsgemäß wird ein
Servoventil 30 mit stromaufwärtiger Drosselbohrung 102 zur
Verfügung gestellt,
wobei sämtliches
Fluid, welches durch das Servoventil 30 strömt die Drosselstelle 102 passieren muss.