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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Kraftstoff-Injektor, insbesondere einen
Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum
einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der
EP 1 612 403 A1 ist
ein Common-Rail-Injektor mit einem in axialer Richtung druckausgeglichenen
Steuerventil bekannt. Mittels des Steuerventils, das ein hülsenförmiges
Steuerventilelement aufweist, kann der Kraftstoffdruck innerhalb
einer von einem Einspritzventilelement stirnseitig begrenzten Steuerkammer
beeinflusst werden. Durch die Variation des Kraftstoffdruckes innerhalb der
Steuerkammer wird das Einspritzventilelement zwischen einer Öffnungsstellung
und einer Schließstellung verstellt, wobei das Einspritzventilelement
in seiner Öffnungsstellung den Kraftstofffluss in den Brennraum
der Brennkraftmaschine freigibt. Das hülsenförmige
Steuerventilelement ist mit einer Ankerplatte verbunden, die mit
einem elektromagnetischen Aktuator zum axialen Verstellen des Steuerventilelementes
zusammenwirkt. Zur Führung des hülsenförmigen
Steuerventilelementes ist ein Führungsfortsatz vorgesehen,
der einteilig mit einer Bodenplatte ausgebildet ist, an der ein
mit dem Steuerventilelement zusammenwirkender Steuerventilsitz angeordnet
ist. Nachteilig bei dem bekannten Kraftstoff-Injektor ist, dass
die mit dem Steuerventilsitz zusammenwirkende Dichtfläche
des Steuerventilelementes äußerst exakt angeschlif fen
und sehr präzise auf den Steuerventilelementsitz ausgerichtet
werden muss, was die Fertigung aufwändig und damit teuer
macht.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoff-Injektor
mit einem hülsenförmigen Steuerventilelement vorzuschlagen,
bei dem die Ansprüche an die Präzision der Dichtfläche
und des Steuerventilelementsitzes bei Gewährleistung einer vollen
Funktionalität minimiert sind.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird mit einem Kraftstoff-Injektor mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der
Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest
zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den
Figuren offenbarten Merkmalen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das im Stand der Technik ortsfeste
Steuerventilsitzelement relativ zur, insbesondere axialen, Verstellachse
des Steuerventilelementes bewegbar anzuordnen. Hierdurch kann sich
das Steuerventilsitzelement selbst relativ zu dem hülsenförmigen
Steuerventilelement ausrichten, wodurch je nach Bewegungsfreiheitsgrad
des Steuerventilsitzelementes ggf. zwischen Steuerventilsitzelement
und Steuerventilelement bestehende Koaxial- und/oder Winkelfehler ausgeglichen
werden können. Aufgrund der Möglichkeit zur automatischen
Ausrichtung des Steuerventilsitzelementes relativ zur Verstellachse
des Steuer ventilelementes können die Anforderungen an die Präzision
der Dichtfläche und des Steuerventilsitzes minimiert werden,
ohne dass funktionelle Einbußen hingenommen werden müssten.
Ingesamt wird hierdurch ein kostengünstig herstellbarer,
besonders robuster Kraftstoff-Injektor erhalten.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des, vorzugsweise
als 2/2-Wegeventil ausgebildeten, Steuerventils bzw. des Steuerventilelementes,
bei der dieses in seiner Schließstellung in axialer Richtung
druckausgeglichen ist. Dies kann bei einem hülsenförmigen
Steuerventilelement auf einfache Weise dadurch realisiert werden,
dass der Durchmesser der Dichtlinie, mit dem das Steuerventilsitzelement
am Steuerventilsitz anliegt, dem axial beabstandeten, inneren Führungsdurchmesser
des Steuerventilelementes entspricht. Eine derartige Ausführungsform
des Kraftstoff-Injektors eignet sich insbesondere zum Einsatz bei
Rail-Drücken jenseits von 1800 bar. Die Realisierung einer
axialen Druckausgeglichenheit ermöglicht daher den Einsatz
kleinerer (leistungsschwächerer), insbesondere elektromagnetischer,
Aktuatoren und Steuerschließfedern. Um die Gefahr von Prellern
beim Schließen des Steuerventilelementes zu minimieren,
kann auch eine Ausführungsform realisiert werden, bei der
das Steuerventilelement nicht vollständig, sondern nur näherungsweise
in axialer Richtung druckausgeglichen ist. Bevorzugt wird hierbei
eine in Schließrichtung des Steuerventilsitzelementes wirkende
Druckstufe realisiert. Hierzu ist der innere Führungsdurchmesser
des Steuerventilelementes lediglich etwas größer
zu wählen als der Durchmesser der Dichtlinie.
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Zum
Ausgleichen von Koaxialfehlern zwischen dem Steuerventilelement
und dem Steuerventilsitzelement ist eine Ausführungsform
bevorzugt, bei der das Steuerventilsitzelement relativ zur Verstellachse
des Steuerventilelementes verschiebbar angeordnet ist, vorzugsweise
senkrecht zur Verstellachse des Steuerventilelementes. Zusätzlich
oder alternativ zu einer verschiebbaren Anordnung des Steuerventilsitzelementes
relativ zur Verstellachse des Steuerventilelementes ist, insbesondere
zum Ausgleich von Winkelfehlern, eine Ausführungsform bevorzugt,
bei der das Steuerventilsitzelement relativ zur Verstellachse verschwenkbar
und/oder abrollbar angeordnet ist, vorzugsweise in der Art eines
Kugelgelenks.
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Es
ist eine Ausführungsform des Kraftstoff-Injektors realisierbar,
bei der sich das Steuerventilsitzelement, vorzugsweise in axialer
Richtung, an einem Bauteil abstützt, das relativ zur Verstellachse
des Steuerventilelementes ortsfest angeordnet ist. Hierdurch kann
auf besonders einfache und effektive Weise eine relativ zur Verstellachse
verschiebbare Anordnung des Steuerventilsitzelementes realisiert werden.
Von besonderem Vorteil ist dabei eine Ausführungsform,
bei der das Steuerventilsitzelement ausschließlich von
dem Kraftstoff-Druck innerhalb des Kraftstoff-Injektors an dem Bauteil
gehalten, d. h. gegen das Bauteil mit einer hydraulischen Kraft
beaufschlagt ist.
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Alternativ
ist eine Ausführungsform des Kraftstoff-Injektors realisierbar,
bei der das Bauteil, an dem sich das Steuerventilsitzelement, vorzugsweise
in axialer Richtung, abstützt, selbst relativ zur Stellachse
des Steuerventilelementes bewegbar ist. Dabei ist eine Ausführungsform
besonders bevorzugt, bei der das Steuerventilsitzele ment zu dem
relativ zur Verstellachse beweglichen Bauteil verschwenkbar angeordnet
ist und das Bauteil selbst zur Verstellachse des Steuerventilelementes
verschiebbar angeordnet ist. Auch hierbei ist es von Vorteil, das
Steuerventilelement ausschließlich durch Kraftstoff-Druck
an dem Bauteil zu halten. Anders ausgedrückt eignet sich
die beschriebene Ausführungsvariante mit zwei relativ zur
Verstellachse des Steuerventilelementes beweglichen Bauelementen
(Steuerventilelement + Bauteil) zur Realisierung einer automatischen
Korrektur sowohl von Koaxial- als auch von Winkelfehlern.
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Um
eine besonders hohe Robustheit des Kraftstoff-Injektors, insbesondere
gegenüber im Kraftstoff befindlichen Partikeln, zu realisieren,
ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der das Steuerventilsitzelement
mindestens einen teilkugelförmigen Abschnitt aufweist,
oder vollständig als Kugel ausgebildet ist. Bei einer Ausführungsform,
bei der das Steuerventilsitzelement mindestens einen teilkugelförmigen
Abschnitt aufweist, kann der teilkugelförmige Abschnitt
dem Steuerventilsitz zugewandt sein und/oder ein teilkugelförmiger
Abschnitt kann zum Abstützen des Steuerventilsitzes an
einem Bauteil dienen, das entweder ortsfest relativ zur Verstellachse
des Steuerventilelementes oder beweglich, vorzugsweise verschiebbar,
zu dieser Verstellachse angeordnet ist.
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Im
Hinblick auf die geometrische Ausbildung des Steuerventilsitzes
am Steuerventilsitzelement gibt es unterschiedliche Möglichkeiten.
So ist es möglich, den Steuerventilsitz teilkugelförmig
auszubilden, wobei hierzu das Steuerventilsitzelement entweder vollständig
als Kugel ausgebildet ist oder zumindest einen teilkugelförmigen,
den Steuerventil sitz bildenden Abschnitt aufweist. Alternativ ist
eine Ausführungsform des Steuerventilsitzelementes mit
einem innenkegelförmigen, insbesondere einem innenkonusförmigen,
Steuerventilsitz, oder mit einem außenkegelförmigen,
insbesondere einem außenkonusförmigen, Steuerventilsitz
realisierbar. Auch ein derartiger kegelförmiger Steuerventilsitz
ist mit einem Steuerventilsitzelement kombinierbar, das einen teilkugelförmigen
Abschnitt, insbesondere zum Abstützen des Steuerventilsitzelementes
an einem benachbarten Bauteil aufweist. Weiter alternativ ist es
möglich, den Steuerventilsitz als Flachsitz am Steuerventilsitzelement
auszubilden, wobei auch bei einer derartigen Ausführungsform
das Steuerventilsitzelement, insbesondere zum Abstützen
des Steuerventilsitzelementes an einem, insbesondere axialen Bauteil,
einen teilkugelförmigen Abschnitt aufweisen kann.
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Bei
sämtlichen zuvor beschriebenen Steuerventilsitzelementvarianten
dient der ggf. vorgesehene teilkugelförmige Abschnitt bevorzugt
zur Realisierung einer verschwenkbaren Anordnung des Steuerventilsitzelementes
relativ zur Verstellachse.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform des Steuerventils, bei
der das Steuerventilelement nach unten, d. h. in Richtung des Einspritzventilelementsitzes öffnet.
Zwar ist auch eine Ausführungsform mit nach oben öffnendem
Steuerventilelement realisierbar – hier muss jedoch bei
ansonsten üblicher Bauweise ein entsprechend langer Ablaufkanal
vorgesehen werden, durch den Kraftstoff aus der Steuerkammer zum
Steuerventilsitz strömen kann.
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Insbesondere
dann, wenn ein Führungsfortsatz zur Realisierung einer
inneren Führung für das hülsenförmige
Steuerven tilelement an einer Drosselplatte ausgebildet ist, ist
eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die Verstellachse
des Steuerventilelementes in axialer Richtung mit der Verstellachse des
Einspritzventilelementes fluchtet. Es ist auch eine Ausführungsform
realisierbar, bei der die Verstellachse des Steuerventilelementes
und die Verstellachse des Einspritzventilelementes quer zur Längserstreckung
der Verstellachsen versetzt zueinander angeordnet sind. Eine derartige
Ausführungsform eignet sich zur Minimierung des Injektorbauvolumens
insbesondere dann, wenn die den Führungsfortsatz zur Führung
des Steuerventilsitzes aufweisende Bodenplatte von einer Drosselplatte,
die die Ablaufdrossel und/oder die Zulaufdrossel für eine Steuerkammer
aufweist, als separates Bauteil ausgebildet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1:
eine ausschnittsweise, schematische Darstellung eines Kraftstoff-Injektors
mit einem kugelförmigen Steuerventilsitzelement, das relativ
zu einer Verstellachse eines hülsenförmigen Steuerventilelementes
verschwenkbar ist, wobei sich das kugelförmige Steuerventilsitzelement
an einem Bauteil in axialer Richtung abstützt, das quer
relativ zur Verstellachse verschiebbar angeordnet ist,
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2:
eine alternative Ausführungsform eines Kraftstoff-Injektors,
bei dem eine Verstellachse des Steuer ventilelementes relativ zu
einer Verstellachse des Einspritzventilelementes versetzt angeordnet
ist,
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3:
eine vergrößerte Darstellung der Ausbildung und
Anordnung eines Steuerventilsitzelementes gemäß den 1 und 2,
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4:
eine alternative Ausführungsform eines Steuerventilsitzes,
bei dem sich ein teilkugelförmiges Steuerventilsitzelement
verschiebbar an einem ortsfest zur Verstellachse des Steuerventilelementes
angeordneten Bauteil abstützt,
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5:
eine alternative Ausführungsform eines relativ zur Verstellachse
des Steuerventilelementes verschiebbaren Steuerventilsitzelementes
mit einem innenkegelförmigen Steuerventilsitz,
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6:
eine alternative Ausführungsform eines Steuerventilsitzelementes
mit einem Flachsitz und einem kugelförmigen Abschnitt zur
Realisierung einer Schwenkbewegung relativ zur Verstellachse des
Steuerventilelementes und
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7:
eine alternative Ausführungsform eines Steuerventilsitzelementes
mit einem außenkegelförmigen Steuerventilsitz.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
ein als Common-Rail-Injektor ausgebildeter Kraftstoff-Injektor 1 zum
Einspritzen von Kraftstoff in einem nicht gezeigten Brennraum einer
ebenfalls nicht gezeigten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
dargestellt. Eine Hochdruckpumpe 2 fördert Kraftstoff
aus einem Vorratsbehälter 3 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 (Rail).
In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, unter
hohem Druck, von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2000
bar, gespeichert. An den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist
der Kraftstoff-Injektor 1 neben anderen, nicht gezeigten
Injektoren über eine Versorgungsleitung 5 angeschlossen.
Die Versorgungsleitung 5 mündet in einem Versorgungskanal 6, welcher
wiederum in einen Druckraum 7 (Hochdruckbereich) des Kraftstoff-Injektors 1 mündet.
Der in den Druckraum 7 einströmende Kraftstoff
strömt bei einem Einspritzvorgang unmittelbar in den Brennraum der
Brennkraftmaschine. Der Kraftstoff-Injektor 1 ist über
einen Injektorrücklaufanschluss 8 an eine Rücklaufleitung 9 angeschlossen. Über
die Rücklaufleitung 9 kann eine später
noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff von dem Kraftstoff-Injektor 1 zu dem
Vorratsbehälter 3 abfließen und von dort
aus dem Hochdruckkreislauf wieder zugeführt werden.
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Innerhalb
eines Injektorkörpers 10 ist ein in diesem Ausführungsbeispiel
einstückiges Einspritzventilelement 11, das bei
Bedarf auch mehrteilig ausgeführt sein kann, in axialer
Richtung verstellbar. Dabei ist das Einspritzventilelement 11 innerhalb
eines axial zum Injektorkörper 10 benachbarten
Düsenkörpers 12 an seinem Außenumfang
geführt. Dieser nur ausschnittsweise dargestellte Düsenkörper 12 ist mittels
einer nicht dargestellten Überwurfmutter mit dem Injektorkörper 10 verspannt.
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Das
Einspritzventilelement 11 weist an seiner Spitze 13 eine
Schließfläche 14 (Dichtfläche)
auf, mit welcher das Einspritzventilelement 11 in eine dichte
Anlage an einen innerhalb des Düsenkörpers 12 ausgebildeten
Einspitzventilelementsitz 15 anbringbar ist. Wenn das Einspritzventilelement 11 an seinem
Einspritzventilelementsitz 15 anliegt, d. h. sich in einer
Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus
einer Düsenlochanordnung 16 gesperrt. Ist es dagegen
von seinem Einspritzventilelementsitz 15 abgehoben, kann
Kraftstoff aus dem Druckraum 7 durch in einen Führungsabschnitt 17 am
Außenumfang des Einspritzventilelementes 11 durch
Anschlüsse gebildete Axialkanäle 18 in
einen in der Zeichnungsebene unteren, radial zwischen dem Einspritzventilelement 11 und
dem Düsenkörper 12 ausgebildeten Ringraum 19 an
dem Einspritzventilelement 11 vorbei zur Düsenlochanordnung 16 strömen
und dort im Wesentlichen unter Hochdruck (Rail-Druck) stehend in
den Brennraum gespritzt werden.
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Von
einer oberen Stirnseite 20 des Einspritzventilelementes 11 und
einem in der Zeichnungsebene unteren, hülsenförmigen
Abschnitt 21 einer Drosselplatte 22 wird eine
Steuerkammer 23 begrenzt, die über eine radial
in dem hülsenförmigen Abschnitt der Drosselplatte 22 verlaufende
Zulaufdrossel 24 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff
aus dem Druckraum 7 versorgt wird. Der hülsenförmige
Abschnitt 21 mit darin eingeschlossener Steuerkammer 23 ist
radial außen von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff umschlossen,
so dass ein ringförmiger Führungsspalt 25 radial
zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt 21 und
dem Einspritzventilelement 11 vergleichsweise kraftstoffdicht
ist. Zur Erhöhung der Kraftstoff-Dichtheit des Führungsspaltes 25 sind
zwei in axialer Richtung beabstandete Ringnuten 26 am Außenumfang
des Einspritzventilelementes 11 innerhalb des hülsenförmigen
Abschnittes 21 vorgesehen.
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Die
Steuerkammer 23 ist über einen eine Ablaufdrossel 28 aufweisenden
Ablaufkanal 27 mit einer Ventilkammer 29 verbunden.
Die Ventilkammer 29 ist radial außen von einem
hülsenförmigen Steuerventilelement 31 umgeben,
das axial entlang einer Verstellachse 30 verstellbar ist.
Dabei fluchtet die Verstellachse 30 des Steuerventilelementes 31 mit einer
im Kraftstoff-Injektor 1 zentrischen Verstellachse des
Einspritzventilelementes 11. Das hülsenförmige
Steuerventilelement 31 ist Bestandteil eines in axialer
Richtung druckausgeglichenen Steuerventils 32 (Servoventil).
Aus der Ventilkammer 29 kann Kraftstoff in einen Niederdruckbereich 33 des
Kraftstoff-Injektors 1 und von dort aus zu dem Injektorrücklaufanschluss 8 strömen,
wenn das hülsenförmige Steuerventilelement 31,
das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig
mit einer Ankerplatte 34 ausgebildet ist, von seinem kugelförmigen
Steuerventilsitz 35 abgehoben, d. h. das Steuerventil 32 geöffnet
ist. Zum Öffnen des Steuerventils 32 muss das hülsenförmige
Steuerventilelement 31 in der Zeichnungsebene nach unten
in Richtung auf das Einspritzventilelement 11 zu verstellt
werden. Hierzu ist ein elektromagnetischer Aktuator 36 mit
einem Elektromagnet 37 (Spule) vorgesehen, der mit der
Ankerplatte 34 und in der Folge mit dem Steuerventilelement 31 bei
entsprechender Bestromung zusammenwirkt. Der Aktuator 36,
genauer der Elektromagnet 37, ist axial zwischen der Ankerplatte 34 und
der Drosselplatte 22 angeordnet. Bei einer Bestromung des
Aktuators 36 wird das hülsenförmige Steuerventilelement 31 in
axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach unten entlang der Verstellachse 30 in Richtung
auf dem Einspritzven tilelementsitz 15 zu verstellt und
hebt dabei von seinem Steuerventilsitz 35 ab. Die Durchflussquerschnitte
der Zulaufdrossel 24 und der Ablaufdrossel 28 sind
dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem
Steuerventil 32 ein Nettoabfluss von Kraftstoff (Kraftstoffsteuermenge)
aus der Steuerkammer 23 über die Ventilkammer 29 in
den Niederdruckbereich 33 des Kraftstoff-Injektors 1 und
von dort aus über den Injektorrücklaufanschluss 8 und
die Rücklaufleitung 9 in den Vorratsbehälter 3 resultiert.
Hierdurch sinkt der Druck der Steuerkammer 23 rapide ab,
wodurch das Einspritzventilelement 11 von seinem Einspritzventilelementsitz 15 abhebt,
wodurch in der Folge Kraftstoff aus dem Druckraum 7 durch
die Düsenlochanordnung 16 in den Brennraum ausströmen
kann.
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Zum
Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung des elektromagnetischen
Aktuators 36 unterbrochen, wodurch das hülsenförmige
Steuerventilelement 31 mittels einer Steuerfeder 38,
die sich an der Ankerplatte 34 und an einem Ringelement 39,
das auf der Drosselplatte 22 anliegt, abstützt,
in der Zeichnungsebene nach oben auf ihren Steuerventilsitz 35 verstellt
wird. Der durch die Zulaufdrossel 24 in die Steuerkammer 23 nachströmende
Kraftstoff sorgt für eine schnelle Druckerhöhung
in der Steuerkammer 23 und damit für eine auf
das Einspritzventilelement 11 wirkende Schließkraft.
Diese führt dazu, dass das Einspritzventilelement 11 in
der Zeichnungsebene nach unten auf den Einspritzventilelementsitz 15 bewegt
wird, wodurch der Einspritzvorgang beendet wird.
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Einstückig
mit der Drosselplatte 22 ist ein Führungsfortsatz 40 ausgebildet,
welcher in axialer Richtung nach oben ragt. Der Ablaufkanal 27 aus
der Steuerkammer 23 durchsetzt diesen Führungsfortsatz 40,
in dem auch die Ablaufdrossel 28 angeordnet ist, zentrisch.
Der Führungsfortsatz 40 erstreckt sich in das
hülsenförmige Steuerventilelement 31 hinein
und dient zu dessen Führung bei einer Verstellbewegung
entlang der Verstellachse 30.
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Der
Steuerventilsitz 35 wird von einem Steuerventilsitzelement 41 gebildet,
das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Kugel ausgebildet
ist. Das kugelförmige Steuerventilsitzelement 41 stützt
sich in axialer Richtung an einem Bauteil 42 ab, welches sich
wiederum lose an einer Platte 43 abstützt, die wiederum
in axialer Richtung lose an einem Schraubeinsatz 44 anliegt.
Das Bauteil 42 weist dabei einen kalottenförmigen
Abschnitt 45 auf. Dieser ist als teilkugelförmige
Ausnehmung ausgebildet, wobei die teilkugelförmige Ausnehmung
einen größeren Krümmungsradius aufweist,
als der Krümmungsradius des kugelförmigen Steuerventilsitzelementes 41,
um zu Ausrichtungszwecken ein Abrollen des Steuerventilsitzelementes 41 innerhalb
des Abschnittes 45, d. h. innerhalb der Ausnehmung, relativ
zur Verstellachse 30, zu ermöglichen.
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Der
Durchmesser der Platte 43 entspricht in etwa dem Durchmesser
einer Bohrung 46 in einem Ventilelement 47, mit
dem der Schraubeinsatz 44 verschraubt ist. Hierdurch ist
keine seitliche Verstellung der Platte 43 innerhalb der
Bohrung 46 möglich. Der Durchmesser des axial
unmittelbar benachbart zu der Platte 43 angeordneten Bauteils 42 ist
etwas geringer bemessen als der Durchmesser der Bohrung 46,
so dass das Bauteil 42 mit seinem kalottenförmigen
Abschnitt 45 relativ zur Verstellachse 30, und
zwar senkrecht zu dieser, verschiebbar ist. Das Steuerventilsitzelement 41 wiederum
kann innerhalb des Abschnittes 45 des Bauteils 42 ab rollen.
Durch die abrollbare Anordnung des Steuerventilsitzelementes 41 relativ
zur Verstellachse 30 des Steuerventilelementes 31 können
somit Winkelfehler zwischen dem Steuerventilelement 31 und
dem Steuerventilsitzelement 41 mit seinem Steuerventilsitz 35 ausgeglichen
werden. Durch die verschiebbare Anordnung des axial unmittelbar
zu dem Steuerventilsitz 41 benachbarten Bauteils 42 quer
zur Verstellachse 30 zusammen mit dem Steuerventilsitzelement 41 können
zusätzlich Koaxialfehler zwischen dem Steuerventilsitzelement 41 und
dem Steuerventilelement 31 ausgeglichen werden.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform liegen sowohl das Steuerventilsitzelement 41,
als auch das Bauteil 42 als auch die Platte 44 lose
(axial verstellbar) innerhalb der Bohrung 46 eines Ventilelementes 47.
Das Steuerventilsitzelement 41 wird im Betrieb von dem
innerhalb des Ablaufkanals 27 befindlichen, unter hohem
Druck stehenden Kraftstoff in axialer Richtung nach oben unmittelbar
gegen das Bauteil 42 gedrückt, wodurch dieses
wiederum unmittelbar in der Zeichnungsebene nach oben gegen die
Platte 43 gedrückt wird, welche wiederum gegen
den Schraubeinsatz 44 kraftbeaufschlagt wird.
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Wie
sich in 1 ergibt, ist das Ventilelement 47 mit
dem Injektorkörper 10 verschraubt und verspannt
den Aktuator 36 gegen die Drosselplatte 22, welcher
sich in axialer Richtung an einer inneren Ringschulter 48 des
Injektorkörpers 10 abstützt.
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Eine
stirnseitige Dichtfläche 49 (Ringlinie), mit der
sich das Steuerventilelement 31 an dem Steuerventilsitzelement 41 abstützt,
ist innenkegelförmig ausgebildet, wobei eine nicht eingezeichnete,
von der Dichtfläche 49 gebildete Dichtlinie zumindest
näherungsweise den gleichen Durchmesser aufweist, wie der
Führungsfortsatz 40 um somit eine Druckausgeglichenheit
des Steuerventils 32 zu realisieren.
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In 2 ist
ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Kraftstoff-Injektors 1 gezeigt.
Die Funktionsweise des Kraftstoff-Injektors 1 gemäß 2 entspricht
im Wesentlichen der Funktionsweise des Kraftstoff-Injektors 1 gemäß 1,
so dass zur Vermeidung von Wiederholungen im Folgenden im Wesentlichen
die Unterschiede zu dem zuvor beschriebenen Kraftstoff-Injektor 1 dargelegt
werden. Im Hinblick auf die Gemeinsamkeiten wird auf die vorhergehende
Figurenbeschreibung sowie auf 1 verwiesen.
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In 2 ist
zu erkennen, dass die Verstellachse 30 des hülsenförmigen
Steuerventilelementes 31 radial zu einer Einspritzventilelementverstellachse 50 versetzt
angeordnet ist. Die in dem Druckraum 7 angeordnete Steuerkammer 23 wird
radial außen von einem Hülsenbauteil 51 begrenzt,
das sich in axialer Richtung an einer Drosselplatte 22 abstützt.
Diese Drosselplatte 22 weist zusätzlich zu der
Ablaufdrossel 28 die Zulaufdrossel 24 zur Versorgung
der Steuerkammer 23 auf, wobei die Zulaufdrossel 24 alternativ
auch als Radialkanal in dem Hülsenbauteil 51 angeordnet
werden kann. Das Hülsenbauteil 51 wird mit Hilfe
einer Schließfeder 52 in axialer Richtung in der
Zeichnungsebene nach oben gegen die Drosselplatte 22 gepresst,
wobei sich die Schließfeder 52 in axialer Richtung
an einem Umfangsbund 53 des einstückigen Einspritzventilelementes 11 abstützt.
Die Schließfeder 52 unterstützt dabei
die Schließbewegung des Einspritzventilelementes 11.
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Unmittelbar
an der Drosselplatte 22 liegt axial eine Bodenplatte 54 an,
innerhalb der sich der Ablaufkanal 27 in der Zeichnungsebene
nach oben fortsetzt. Einstückig mit der Bodenplatte 54 ist
der Führungsfortsatz 40 ausgebildet, der zur Führung
des hülsenförmigen Steuerventilelementes 31 bei
seiner Axialbewegung dient. Alternativ kann die Bodenplatte 54 auch
als rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet werden, wobei dann
die Verstellachse 30 des Steuerventilelementes 31 in
axialer Richtung mit der Einspritzventilelementverstellachse 50 fluchtet.
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Axial
an die Bodenplatte 54 grenzt ein weiteres Plattenelement 55 unmittelbar
an, das in einer Bohrung 56 den seitlich zur Längsmittelachse
des Kraftstoff-Injektors 1 versetzten Aktuator 36 mit
dem Elektromagnet 37 trägt. Ein endseitiger Düsenkörper 12 ist
mittels einer Überwurfmutter 57 mit dem Injektorkörper 10 verschraubt,
wobei mit Hilfe der Überwurfmutter 57 die Injektorbauteile
gegeneinander verspannt werden. Zu erkennen ist weiterhin, dass sich
der Versorgungskanal 6 in axialer Richtung durch den Injektorkörper 10,
durch das Plattenelement 55 und die Bodenplatte 54 bis
zum Druckraum 7 fortsetzt.
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Wie
sich aus 2 weiter ergibt, stützt
sich das Einspritzventilelement 31 in axialer Richtung
in der Zeichnungsebene nach oben an einem als Kugel ausgebildeten
Steuerventilsitzelement 41 ab, welches relativ zur Verstellachse 30 innerhalb
eines kalottenförmigen Abschnittes 45 eines axial
benachbarten Bauteils 42 abrollbar ist. Das Bauteil 42 wiederum ist
zusammen mit dem Steuerventilsitzelement 41 quer zur Verstellachse 30 des
Steuerventilelementes 31 verschiebbar innerhalb einer Bohrung 46 im
Injektorkörper 10 aufgenommen.
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Im
Folgenden werden anhand der 3 bis 7 unterschiedliche
Anordnungen und Ausbildungen des Steuerventilsitzelementes 41 und
der mit diesem zusammenwirkenden Bauteile beschrieben, wobei die
Ausführungen unabhängig von der konkreten Kraftstoff-Injektorbauform
(vgl. z. B. 1 oder 2) realisiert
werden können.
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In 3 ist
eine vergrößerte Variante des in den 1 und 2 realisierten
Steuerventilsitzelementes 41 gezeigt. Dieses ist als Kugel
ausgeformt. Zu erkennen ist, dass der Durchmesser DD einer stirnseitig
am Steuerventilsitzelement 41 ausgebildeten Dichtfläche
(Dichtlinie) dem Führungsdurchmesser DF entspricht,
an dem das Steuerventilelement 31 am Führungsfortsatz 40 geführt
ist. Zu erkennen ist weiterhin, dass der Krümmungsradius
des kugelförmigen Steuerventilsitzelementes 41 geringer
ist als der Krümmungsradius der teilkugelförmigen
Ausnehmung, die den kalottenförmigen Abschnitt 45 des
relativ zur Verstellachse 30 verschiebbar angeordneten Bauteils 42 bildet.
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In 4 ist
das Steuerventilsitzelement 41 zumindest näherungsweise
halbkugelförmig ausgebildet, wobei sich das Steuerventilsitzelement 41 mit einem
Flachabschnitt 59 an einem Bauteil 42 abstützt,
welches ortsfest relativ zur Verstellachse 30 angeordnet
ist. Das Steuerventilsitzelement 41 ist relativ zur Verstellachse 30 entlang
des Bauteils 42 verschiebbar angeordnet, so dass Koaxialfehler
ausgeglichen werden können. Der Durchmesser DD der Dichtfläche
(Dichtlinie) entspricht auch in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
dem Führungsdurchmesser DF. Wie
sich weiterhin aus 4 ergibt, ist der Steuerventilsitz 35 teilkugelförmig
ausgeformt.
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In 5 ist
ein alternatives Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei der
Steuerventilsitz 35 als innenkonusförmiger Innenkegel
ausgeformt ist. Dabei ist der Kegelwinkel des Steuerventilsitzes 35 größer
ist als der Kegelwinkel des stirnseitig an dem Steuerventilelement 31 ausgebildeten
Kegels. Wie sich aus 1 ergibt, ist das Steuerventilsitzelement 41 quer zur
Verstellachse 30, d. h. relativ zu dieser, entlang des
Bauteils 42 verschiebbar angeordnet, wodurch Koaxialfehler
ausgeglichen werden können.
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In 6 ist
wiederum ein teilkugelförmiges, zumindest näherungsweise
halbkugelförmiges, Steuerventilsitzelement 41 vorgesehen,
wobei bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Flachabschnitt 59 des
Steuerventilsitzelementes 41 den als Flachsitz ausgebildeten
Steuerventilsitz 35 bildet. Mit einem teilkugelförmigen
Abschnitt 60 ist das Steuerventilsitzelement 41 in
einer innenkegelförmigen Ausnehmung 61 des Bauteils 42 aufgenommen.
Mit der gezeigten Ausführungsvariante sind ausschließlich Winkelfehler
korrigierbar, für den Fall, dass das Bauteil 42 ortsfest
zur Verstellachse 30 angeordnet ist. Für den Fall,
dass das Bauteil 42 relativ zur Verstellachse 30 verschiebbar
angeordnet ist, können zusätzlich Koaxialfehler
des Steuerventilelementes 31 relativ zu dem als Flachsitz
ausgebildeten Steuerventilsitz 35 ausgeglichen werden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 weist
das quer zur Verstellachse 30 verstellbare Steuerventilsitzelement 41 einen
als Außenkegel ausgebildeten Steuerventilsitz 35 auf.
Auch hier entspricht der Durchmesser DD der
ringförmigen Dichtfläche (Dichtlinie) zumindest
näherungsweise dem Füh rungsdurchmesser DF, so dass ein in axialer Richtung druckausgeglichenes
Steuerventil erhalten wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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