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Diese
Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor bzw. ein Kraftstoffeinspritzventil
zur Verwendung bei der Zufuhr von unter Druck stehendem Kraftstoff in
einen Verbrennungsraum eines Motors. Insbesondere betrifft die Erfindung
ein Kraftstoffeinspritzventil, in welchem eine Eigenschaft des Kraftstoffeinspritzventils,
beispielsweise die Einspritzgeschwindigkeit oder die Einspritzsprühform, während des
Betriebs geändert
werden kann.
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Es
hat sich herausgestellt, dass bei selbstzündenden Verbrennungsmotoren
bzw. Dieselmotoren der Grad der Motorgeräuschentwicklung und der Teilchenemission,
die von dem Motor erzeugt werden, verringert werden können, indem
die Rate variiert wird, mit der Kraftstoff während jedes Kraftstoffeinspritzzyklus' zugeführt wird.
Beispielsweise kann ein Einspritzzyklus eine Anfangsphase beinhalten, während welcher
Kraftstoff mit einer relativ geringen Rate zugeführt wird, und kann eine nachfolgende Phase
umfassen, während
welcher Kraftstoff mit einer höheren
Rate zugeführt
wird. Alternativ oder zusätzlich
können
andere Kraftstoffeinspritzeigenschaften variiert werden. Es ist
eine Aufgabe der Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzventil bereitzustellen,
in welchem diese Erfordernisse erfüllt werden.
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Die
Patentschrift
DD 102
198 A offenbart eine Einspritzdüse mit zwei Nadeln, wobei die
erste Nadel innerhalb der zweiten Nadel positioniert ist, um es
zu ermöglichen,
daß jede
Nadel einen zugeordneten Satz von Auslassöffnungen steuern kann. Die Einspritzung
durch den ersten Satz von Auslassöffnungen führt zu einer ersten Einspritzeigenschaft, und
das Einspritzen durch den zweiten Satz von Auslassöffnungen
ergibt eine zweite Einspritzeigenschaft.
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Vor
diesem Hintergrund wird erfindungsgemäß ein Kraftstoffeinspritzventil
bereitgestellt, das umfasst: einen Düsenkörper, der mit einer ersten Bohrung
versehen ist und einen ersten Sitz bildet, ein Ventilelement, das
mit dem ersten Sitz zur Anlage gebracht werden kann, um den Kraftstofffluss
aus der ersten Bohrung in Richtung zu einer ersten Auslassöffnung,
die stromabwärts
des ersten Sitzes angeordnet ist, zu steuern, wobei das Ventilelement
mit einer zweiten Bohrung versehen ist, die einen zweiten Sitz bildet,
und eine Ventilnadel verschiebbar in der zweiten Bohrung angeordnet
ist und mit dem zweiten Sitz zur Anlage gebracht werden kann, um
den Kraftstofffluss von der zweiten Bohrung in Richtung zu einer
zweiten Auslassöffnung,
die in dem Ventilelement vorgesehen ist, zu steuern. Das Einspritzventil
umfasst ferner eine Übertragungsanordnung,
durch welche die Bewegung der Ventilnadel über eine vorbestimmte Stellung
hinaus auf das Ventilelement übertragen
wird. Das Ventilelement ist mit mehreren zweiten Auslassöffnungen
versehen.
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Der
Düsenkörper kann
mit mehreren Auslassöffnungen
versehen sein.
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Die
ersten und die zweiten Auslassöffnungen können so
angeordnet sein, dass dann, wenn das Ventilelement an dem ersten
Sitz anliegt und die Ventilnadel von dem zweiten Sitz abgehoben
ist, die ersten und die zweiten Auslassöffnungen relativ zueinander
in Reihe angeordnet sind, wobei die Bewegung des Ventilelements
weg von dem ersten Sitz eine Kraftstoffzufuhr durch die erste Auslassöffnung ermöglicht,
während
die zweite Auslassöffnung
umgangen wird. Zu beachten ist, dass abhängig von der Form und Größe der ersten
und der zweiten Auslassöffnungen
die Kraftstoffzufuhrrate oder andere Kraftstoffeinspritzeigenschaften
variiert werden können,
indem die Weglänge
variiert wird, um die die Ventilnadel bewegt wird.
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Die
Anzahl der ersten Auslassöffnungen kann
gleich der Anzahl der zweiten Auslassöffnungen sein. Alternativ können weniger
zweite Auslassöffnungen
vorgesehen sein, in welchem Falle lediglich einige der ersten Auslassöffnungen
verwendet werden, um Kraftstoff zuzuführen, während das Ventilelement an
dem ersten Sitz anliegt und die Ventilnadel von dem zweiten Sitz
abgehoben ist.
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Die
Erfindung wird nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen weiter beschrieben, in denen:
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1 eine
Schnittansicht eines Teils eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer
Ausführungsform
ist;
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2, 3 und 4 Ansichten
sind, die den Betrieb des Einspritzventils aus 1 zeigen;
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5 eine
Ansicht ähnlich
zu 1 ist, in der eine zweite Ausführungsform dargestellt ist;
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6 eine
perspektivische Ansicht des Ventilelements des Einspritzventils
aus 5 ist;
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7 eine
Ansicht ähnlich
zur 1 ist, wobei ein alternatives Kraftstoffeinspritzventil
gezeigt ist;
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8 eine
Ansicht ähnlich
zu 1 ist, wobei ein weiteres alternatives Kraftstoffeinspritzventil gezeigt
wird; und
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9 eine
vergrößerte Schnittansicht
eines Teils des Kraftstoffeinspritzventils aus 8 ist.
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Die
Kraftstoffeinspritzventile der 7 bis 9 sind
zur Erläuterung
des technologischen Hintergrundes gezeigt und repräsentieren
keine Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil, das teilweise in 1 gezeigt
ist, umfasst einen Düsenkörper 10,
der mit einer Blindbohrung 11 versehen ist. Die Bohrung 11 bildet
benachbart zu ihrem geschlossenen Ende eine Sitzoberfläche 12,
mit welcher ein kegelstumpfförmiger
Endbereich eines Ventilelements 13 zur Anlage gebracht
werden kann, um die Verbindung zwischen der Bohrung 11 und
mehreren Auslassöffnungen 14,
die stromabwärts
zu dem Sitz angeordnet sind, zu steuern.
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Das
Ventilelement 13 ist mit einer Blindbohrung 15 versehen,
in der ein Spitzenbereich 16a einer Ventilnadel 16 aufgenommen
ist. Der Spitzenbereich 16a kann mit einem zweiten Sitz 17 zur
Anlage bzw. in Kontakt gebracht werden, wobei mehrere zweite Auslassöffnungen 18 stromabwärts der
Leitung oder des Bereichs in die Bohrung 15 münden, in
welchem die Ventilnadel 16 mit dem zweiten Sitz 17 zur
Anlage gebracht werden kann.
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Die
Blindbohrung 15 ist so geformt, dass sie einen Bereich
mit größerem Durchmesser
enthält, der
mit der Nadel 16 stromaufwärts des zweiten Sitzes 17 eine
Kammer 19 bildet, die über
gedrillte Bohrungen bzw. Drillbohrungen 20 mit dem Inneren
der Bohrung 11 in Verbindung stehen. Die Bohrung 11 ist so
ausgebildet, dass sie von einer geeigneten Kraftstoffquelle, beispielsweise
der gemeinsamen Druckleitung eines "Common-Rail"-Kraftstoffsystems, die während des
Betriebs mittels einer geeigneten Hochdruckkraftstoffpumpe unter
einen geeignet hohen Druck gesetzt wird, unter hohem Druck stehenden Kraftstoff
aufnehmen kann. Wie in 1 gezeigt ist, erhält die Bohrung 11 den
unter hohem Druck stehenden Kraftstoff über einen Zuleitungskanal 21,
der mit einem ringförmigen
Galerieraum 22 in Verbindung steht, welcher durch einen
Teil der Bohrung 11 mit vergrößertem Durchmesser gebildet
wird.
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Die
Nadel 16 ist so geformt, dass sie an ihrem dem Spitzenbereich 16a abgewandten
Ende einen Bereich 16b mit einem Durchmesser aufweist, der
im Wesentlichen gleich dem Durchmesser des benachbarten Teils der
Bohrung 11 ist. Eine Anlage dieses Teils der Nadel 16 an
der Wand, die die Bohrung 11 bildet, dient dazu, die Nadel 16 in
verschiebbarer bzw. gleitender Bewegung in der Bohrung 11 zu führen. Um
den Fluss von Kraftstoff von dem ringförmigen Galerieraum 22 in
Richtung der Sitze und der Öffnungen
des Düsenkörpers 10 und
des Ventilelements 13 zu ermöglichen, ist die Nadel 16 in
bekannter Weise mit mehreren Rillen oder Rinnen 16c versehen.
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Die
Ventilnadel 16 ist mit einer Öffnung versehen, durch die
sich ein Lastübertragungsstift 23 erstreckt,
wobei der Stift 23 in günstiger
Weise eine reibschlüssige
Verbindung bzw. einen Presssitz in der Öffnung bildet, um den Stift 23 an
der Nadel 16 zu sichern. Die Enden des Stifts 23 ragen
radial aus der Ventilnadel 16 heraus und erstrecken sich
in Öffnungen 24,
die in dem Ventilelement 13 vorgesehen sind. Die Öffnungen 24 besitzen
eine Breite, die im Wesentlichen gleich dem Durchmesser des Stifts 23 ist,
die jedoch in der gezeigten Orientierung eine Höhe aufweisen, die größer als
der Durchmesser des Stifts 23 ist. Die Positionierung des
Stifts 23 und der Öffnungen 24 ist
so, dass dann, wenn die Ventilnadel 16 an dem zweiten Sitz 17 anliegt
und das Ventilelement 13 an dem ersten Sitz 12 anliegt,
der Stift 23 geringfügig
von dem unteren Ende jeder Öffnung 24 beabstandet
ist und einen größeren Abstand
zu dem oberen Ende jeder Öffnung 24 aufweist.
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Der
obere Endbereich der Nadel 16 ist mit einem sich radial
erstreckenden Vorsprung oder Stift 25 versehen, der in
einer Rille oder einem Schlitz 26, der in der die Bohrung 11 bildenden
Wand ausgebildet ist, aufgenommen ist, wobei die Wechselwirkung zwischen
dem Stift 25 und der Rille oder dem Schlitz 26 derart
ist, dass eine Bewegung der Nadel 16 in einem Winkel relativ
zu der Bohrung 11 verhindert oder deutlich eingeschränkt wird,
während
jedoch eine axiale Bewegung der Nadel 16 möglich ist.
Es soll betont werden, dass, weil eine Bewegung unter einem Winkel
zwischen der Nadel 16 und dem Düsenkörper 10 verhindert
wird und die Anlage des Stifts 23 in den Öffnungen 24 im
Wesentlichen das Auftreten einer Bewegung unter einem Winkel zwischen
der Nadel 16 und dem Ventilelement 13 verhindert,
die Bewegung unter einem Winkel des Ventilelements 13 nicht möglich ist.
Da eine Bewegung des Ventilelements 13 unter einem Winkel
nicht möglich
ist, können
die Positionen der ersten und der zweiten Gruppe aus Öffnungen 14, 18 so
gewählt
werden, dass sichergestellt ist, dass dann, wenn das Ventilelement 13 an der
ersten Sitzoberfläche 12 anliegt,
jede der zweiten Öffnungen 18 mit
einer entsprechenden Öffnung
der ersten Öffnungen 14 in
Verbindung steht.
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Obwohl
dies in 1 nicht gezeigt ist, umfasst
das Einspritzventil eine geeignete Aktuatoranordnung, die verwendet
wird, um die Bewegung der Ventilnadel 16 zu steuern. Die
Aktuatoranordnung kann eine beliebige geeignete Form aufweisen und kann
beispielsweise eine piezoelektrische Stapelanordnung umfassen, wobei
die axiale Länge
des piezoelektrischen Stapels abhängig von der Größe eines
daran angelegten elektrischen Feldes variiert. Obwohl die Nadel 16 direkt
mit dem piezoelektrischen Stapel verbunden sein kann, kann zur Kompensierung
von Änderungen
der axialen Länge
des piezoelektrischen Stapels, die sich beispielsweise durch die
thermische Ausdehnung ergeben, ein Kolbenelement zwischen der Nadel 16 und
dem piezoelektrischen Stapel angeordnet sein, wobei das Kolbenelement
und die Nadel 16 zusammen eine Kammer bilden, die durch
eine Verengung mit einer geeigneten Fluidquelle, beispielsweise
dem Zuleitungskanal 21, in Verbindung steht.
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1 und 2 zeigen
das Einspritzventil in einem Betriebszustand, in welchem kein Kraftstoff eingespritzt
wird. In diesem Zustand übt
der Aktuator eine nach unten gerichtete Kraft auf die Nadel 16 aus,
die ausreicht, um zu gewährleisten,
dass die Nadel 16 an dem zweiten Sitz 17 anliegt,
wobei die nach unten gerichtete Kraft über die Nadel auf das Ventilelement 13 übertragen
wird und wobei sichergestellt ist, dass das Ventilelement 13 an
dem ersten Sitz 12 anliegt. Auf Grund des Anliegens der
Ventilnadel 16 an dem zweiten Sitz 17 und des
Anliegens des Ventilelements 13 an dem ersten Sitz 12 kann
man erkennen, dass keine Kraftstoffabgabe erfolgt.
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Wenn
die Einspritzung des Kraftstoffes beginnen soll, wird die Größe der nach
unten gerichteten Kraft, die auf die Nadel 16 ausgeübt wird,
verringert. Als Folge davon wird ein Punkt erreicht, jenseits dessen
der Kraftstoffdruck in der Bohrung 11 eine Kraft mit ausreichend
hohem Absolutbetrag auf die Nadel 16 ausübt, die
bewirkt, dass die Nadel 16 von dem zweiten Sitz 17 abgehoben
wird (d. h. von der Position abgehoben wird, die in den 1 und 2 gezeigt
ist). Vorausgesetzt, dass die Weglänge, über die die Nadel 16 bewegt
wird, ausreichend gering ist, so dass der Stift 23 von
den oberen Enden der Öffnungen 24 beabstandet
bleibt, wird die Bewegung der Nadel 16 nicht auf das Ventilelement 13 übertragen,
und der Kraftstoffdruck in der Bohrung 11, der auf das
Ventilelement 13 wirkt, stellt sicher, dass das Ventilelement 13 weiterhin
an dem ersten Sitz 12 anliegt. Eine derartige Stellung
ist in 3 gezeigt. Unter solchen Bedingungen kann der
Kraftstoff von der Bohrung 11 durch die Drillbohrungen 20 zu
der Kammer 19 und zwischen der Nadel 16 und dem
zweiten Sitz 17 zu den zweiten Öffnungen 18 fließen. Der Kraftstoff
strömt
durch die zweiten Öffnungen 18 zu den
ersten Öffnungen 14 und
wird einem Verbrennungsraum des Motors, der mit dem Einspritzventil verbunden
ist, zugeführt.
Es sollte beachtet werden, dass die Rate, mit der Kraftstoff eingespritzt
wird, und die anderen Einspritzeigenschaften von der Größe der ersten
und der zweiten Öffnungen 14, 18 sowie der
Anzahl der vorgesehenen Öffnungen
und auch den Formen der Öffnungen
abhängen.
Wenn das Ventilelement 13 an dem ersten Sitz 12 anliegt,
so ist erkennbar, dass Kraftstoff nicht direkt in die ersten Öffnungen 14 strömen kann.
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Obwohl,
wie zuvor beschrieben, das Ventilelement 13 auf Grund der
Einwirkung des unter Druck stehenden Kraftstoffes in der Bohrung 11 weiterhin an
dem ersten Sitz 12 in Anlage verbleibt, kann auf Wunsch
eine geeignete Feder zwischen dem Ventilelement 13 und
der Nadel 16 vorgesehen werden, um eine geeignete nach
unten wirkende Vorspannkraft auf das Ventilelement 13 auszuüben.
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Bei
Bedarf kann die Zufuhr von Kraftstoff beendet werden, indem die
ursprüngliche
nach unten gerichtete Kraft erneut auf die Nadel 16 aufgebracht wird,
um die Nadel 16 in die in den 1 und 2 gezeigten
Position zurückzuführen.
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Wenn
alternativ die Kraftstoffeinspritzung andauern soll, es aber gewünscht ist,
diese Kraftstoffeinspritzung in einem unterschiedlichen Ausmaß zu erhalten,
kann die Größe der nach
unten gerichteten Kraft, die auf die Nadel 16 ausgeübt wird,
weiter verringert werden, wobei der Kraftstoffdruck in der Bohrung 11 eine
zusätzliche
Bewegung der Nadel 16 in einer nach oben weisenden Richtung
verursacht. Die fortgesetzte Bewegung der Nadel 16 führt dazu,
dass der Stift 23 in Anlage mit den Enden der Öffnungen 24 kommt,
wodurch eine weitere Bewegung der Nadel 16 über den
Stift 23 auf das Ventilelement 13 übertragen
wird, wodurch das Ventilelement 13 von dem ersten Sitz 12 abgehoben
wird und Kraftstoff von der Bohrung direkt zu den ersten Öffnungen 14 strömen kann.
Eine derartige Stellung ist in 4 gezeigt.
Zu beachten ist, dass unter diesen Bedingungen das Strömen des
Kraftstoffs zu den ersten Öffnungen 14 unter
Umgehung der zweiten Öffnungen 18 erfolgen
kann, und als Folge davon können das Ausmaß, mit dem
Kraftstoff zugeführt
wird, oder andere Einspritzeigenschaften in Abhängigkeit der relativen Formen
und Größen der
ersten und der zweiten Öffnungen 14, 18 geändert werden.
Die Gestaltung des Eintrittsendes einer Öffnung 14, 18 kann
eine Auswirkung auf die Kraftstoffdurchflussrate durch diese Öffnung haben.
Beispielsweise ist für
einen gegebenen Durchmesser der Öffnung 14, 18 die
Kraftstoffdurchflussrate größer, wenn
das Eintrittsende der Öffnung
sich nach außen
hin aufweitet, wobei die Wand der Aufweitung gerundet ist, als dann,
wenn das Eintrittsende der Öffnung
platt bzw. konstant ist, und eine derartige Gestaltung kann beim
Entwerfen des Einspritzventils benutzt werden, um seine Betriebseigenschaften „abzustimmen".
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Wie
zuvor beschrieben wurde, kann das Beenden des Einspritzvorganges
erreicht werden, indem erneut die ursprüngliche nach unten gerichtete Kraft
auf die Nadel 16 aufgebracht wird, wodurch die Nadel 16 und
das Ventilelement 13 zur Rückkehr in die Position veranlasst
werden, die in den 1 und 2 gezeigt
ist. Um ein Schließen
durch die Nadel 16 mit einer optimalen Geschwindigkeit
sicherzustellen, kann die Größe der Drillbohrungen 20 so
gewählt sein,
dass ein geeigneter Druckabfall zwischen der Bohrung 11 und
der Kammer 19 erreicht wird.
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Wenn
eine Kraftstoffeinspritzung mit der Rate erwünscht ist, die erreicht wird,
wenn das Ventilelement 13 von dem ersten Sitz 12 abgehoben
ist, ohne dass anfänglich
Kraftstoff mit der Rate abgegeben werden soll, die erreicht wird,
wenn das Ventilelement 13 an seinem Sitz anliegt, dann
sollte die Nadel 16 von der in den 1 und 2 gezeigten
Position zu jener, die in 4 gezeigt
ist, rasch angehoben werden, anstatt die Nadel 16 in der
in 3 gezeigten Position zu halten.
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In
dem voranstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzventil dient die
reibschlüssige
Verbindung zwischen der Nadel 16 und der Bohrung 15 dazu,
den Spitzenbereich der Nadel 16 zu führen, während das Ventilelement 13 an
dem ersten Sitz 12 anliegt, wodurch sichergestellt wird,
dass die Nadel 16 zentrisch zu dem zweiten Sitz 17 bleibt.
Bei einer Bewegung des Ventilelements 13 weg von dem ersten Sitz 12 wird
die Nadel 16 jedoch lediglich an ihrem oberen Ende geführt, und
es besteht die Möglichkeit, dass
das Ventilelement 13 eine Position außerhalb der Mitte bzw. eine
exzentrische Position relativ zu dem ersten Sitz 12 annimmt.
Die 5 und 6 zeigen eine Modifizierung
bezüglich
der Anordnung, die in 1 gezeigt ist, die sicherstellen
soll, dass das Ventilelement 13 zentrisch bezüglich des
ersten Sitzes 12 angeordnet bleibt, wenn das Ventilelement 13 von
dem ersten Sitz 12 abgehoben ist. In der in 5 gezeigten
Anordnung ist die Bohrung 11 so geformt, dass sie einen
Führungsbereich 11a mit
einem Durchmesser aufweist, der im Wesentlichen gleich dem Durchmesser
des benachbarten Teils des Ventilelements 13 ist. Folglich
wird das Ventilelement 13 bei einer Verschiebung innerhalb
der Bohrung 11 geführt.
Um sicherzustellen, dass der Kraftstofffluss entlang der Bohrung 11 durch
das Vorhandensein des Führungsbereichs 11a nicht
behindert wird, ist das Ventilelement 13 in günstiger
Weise mit mehreren Flachstellen 13a oder anderen Ausformungen versehen,
die einen Strömungsweg
zwischen dem Ventilelement 13 und dem Führungsgebiet 11a bilden.
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Die
Anordnung aus 5 unterscheidet sich ferner
von jener aus 1 dahingehend, dass der Stift 23 eine
reibschlüssige
Verbindung innerhalb von Öffnungen 24 bildet,
die in dem Ventilelement 13 vorgesehen sind, wobei der
Stift 23 innerhalb eines Schlitzes oder einer anderen Art Öffnung 24a,
die in der Ventilnadel 16 gebildet ist, verschiebbar ist.
Der Stift 23 ragt ferner über einen Teil des Ventilelements 13 hinaus
und bewegt sich in einer Rille 26a, die in dem Düsenkörper 10 ausgebildet
ist, um damit eine Winkelbewegung oder Bewegung unter einem Winkel
zwischen dem Ventilelement 13 und dem Düsenkörper 10 zu beschränken, wodurch
sichergestellt wird, dass die ersten und die zweiten Öffnungen 14, 18 fluchten,
wenn das Ventilelement 13 an dem ersten Sitz 12 anliegt.
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Obwohl
in den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen das Ventilelement 13 mit
der gleichen Anzahl an zweiten Öffnungen 18 versehen ist
wie der Düsenkörper 10 mit
ersten Öffnungen 14 versehen
ist, sollte beachtet werden, dass das Ventilelement 13 mit
weniger zweiten Öffnungen
versehen sein kann, wobei dann, wenn das Ventilelement 13 an
dem ersten Sitz 12 anliegt und die Nadel 16 von dem
zweiten Sitz 17 abgehoben ist, eine Kraftstoffeinspritzung
durch lediglich einige der ersten Öffnungen 14 auftritt,
wobei die Kraftstoffeinspritzung durch die verbleibenden Öffnungen
auf eine Bewegung des Ventilelements 13 weg von dem ersten
Sitz 12 hin stattfindet. Es sollte beachtet werden, dass
in einer derartigen Anordnung die Form der Sprühstrahlausbildung sowie die
Rate, mit der Kraftstoff zugeführt wird,
variiert werden kann, indem während
des Betriebs die Wegstrecke variiert wird, über die die Ventilnadel 16 hinweg
abgehoben wird.
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Hinsichtlich
der Ausführungsformen,
die unter Bezug auf die 1 bis 6 gezeigt
und beschrieben sind, ist beabsichtigt, dass während der Herstellung das Ventilelement 13 in
die Bohrung 11 eingeführt
und in Position gehalten werden kann, während die zweiten Öffnungen 18 durch
die ersten Öffnungen 14 hindurch
gebohrt werden. Eine derartige Bohrung kann einfach dazu benutzt
werden, die Positionen zu markieren, an denen die zweiten Öffnungen 18 herzustellen
sind, oder die zweiten Öffnungen
können
während
eines derartigen Arbeitsvorganges vollständig durchgebohrt werden.
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Als
technologischen Hintergrund zeigt 7 eine alternative
Kraftstoffeinspritzventilanordnung, die großenteils jener aus 5 ähnlich ist,
in der jedoch das Ventilelement 13 mit einer einzigen,
sich axial erstreckenden Öffnung 18 versehen
ist, die mit einem Beutel bzw. einer sackartigen Ausbuchtung in Verbindung
steht, der/die stromabwärts
des ersten Sitzes 12 ausgebildet ist, wobei die Ausbuchtung
mit mindestens einer der ersten Auslassöffnungen 14 in Verbindung
steht. Ferner sind erste Auslassöffnungen 14 vorgesehen,
die nicht mit der Ausbuchtung in Verbindung stehen und die von dem
Ventilelement 13 abgedeckt sind, wenn das Ventilelement 13 an
dem ersten Sitz 12 anliegt. In einer derartigen Anordnung ermöglicht die
anfängliche
Bewegung der Ventilnadel 16 die Zufuhr von Kraftstoff zu
der Ausbuchtung und den ersten Öffnungen 14,
die mit der Ausbuchtung in Verbindung stehen, und eine weitere Bewegung
der Nadel 16 hebt das Ventilelement 13 von dem
ersten Sitz weg und ermöglicht
die Zufuhr von Kraftstoff durch alle ersten Öffnungen 14. Durch
Vorsehen von mehreren axial und radial beabstandeten Auslassöffnungen 14 an
dem Düsenkörper 10 kann
daher die Kraftstoffzufuhr abhängig
von dem Ausmaß der
Bewegung der Ventilnadel 16 weg von dem zweiten Sitz 17 durch
eine oder mehrere der Auslassöffnungen 14 erfolgen.
Somit ist zu erkennen, dass in einer derartigen Anordnung die Form
der Sprühstrahlausbildung, die
Rate der Kraftstoffzufuhr und andere Einspritzeigenschaften in Abhängigkeit
von der Strecke, um die die Ventilnadel 16 bewegt wird,
während
der Anwendung variiert werden kann.
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Als
technologischen Hintergrund zeigen die 8 und 9 ein
weiteres alternatives Kraftstoffeinspritzventil, in welchem das
Kraftstoffeinspritzventil einen Düsenkörper 10 aufweist,
der mit einer Sackbohrung 11 versehen ist, in welcher ein
Spitzenbereich 27 des Ventilelements 13 mit einer
sich axial erstreckenden Öffnung 28 versehen
ist, die stromabwärts
des zweiten Sitzes 17 angeordnet ist, so dass dann, wenn
die Ventilnadel 16 von dem zweiten Sitz 17 abgehoben
wird, Kraftstoff aus dem Inneren der Bohrung 11 am Sitz 17 vorbei
durch die Öffnung 28 strömen kann.
Der Spitzenbereich 27 des Ventilelements 13 besitzt
eine verkürzte
konische (kegelstumpfförmige)
Form, wie man das am deutlichsten in 8 erkennen
kann, so dass dann, wenn das Ventilelement 13 an dem Sitz 12 anliegt,
der verkürzte
Spitzenbereich teilweise die Öffnungen 14 abdeckt.
Typischerweise ist der Spitzenbereich 27 des Ventilelements 13 so
verkürzt
bzw. abgeschnitten, dass bei Anliegen des Ventilelements 13 an
dem Sitz 12 der Strömungsbereich
am Eingang der Auslassöffnungen 14 ungefähr die Hälfte des
Strömungsbereichs
beträgt,
der von jeder Öffnung 14 bereitgestellt wird,
wenn diese freiliegend ist. Somit ist die Strömung des Kraftstoffs durch
die Öffnung 14 gedrosselt,
um relativ geringe Kraftstoffzufuhrraten zu ermöglichen.
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Die
sich axial erstreckende Öffnung 28 in dem
Ventilelement 13 steht mit einer sackartigen Ausbuchtung 30 in
Verbindung, die stromabwärts des
ersten Sitzes 12 ausgebildet ist, wobei die sackartige
Ausbuchtung 30 mit den Auslassöffnungen 14 in Verbindung
steht, die in dem Düsenkörper 10 ausgebildet
sind, um damit einen Kraftstofffluss durch die sich axial erstreckende Öffnung 28 in
die Ausbuchtung 30, durch die Auslassöffnungen 14 hindurch
und heraus aus diesen zu ermöglichen,
wie dies nachfolgend beschrieben wird. Die Ausbuchtung in einem konventionellen
Kraftstoffeinspritzventil, von welchem Kraftstoff zu den Kraftstoffeinspritzausgangsöffnungen
strömt,
besitzt im Allgemeinen eine konische Form. Vorzugsweise ist die
sackartige Ausbuchtung 30 in dem Kraftstoffeinspritzventil
jedoch von abgeschnittener bzw. verkürzter konischer Form, so dass
das Totvolumen minimiert wird.
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Wenn
das Einspritzen von Kraftstoff beginnen soll, wird die Größe der auf
die Ventilnadel 16 ausgeübten nach unten gerichteten
Kraft verringert. Als Folge davon wird ein Punkt erreicht, jenseits
dessen der Kraftstoffdruck innerhalb der Bohrung 11 eine ausreichend
große
Kraft auf die Ventilnadel 16 ausübt, um zu veranlassen, dass
sich die Ventilnadel von dem zweiten Sitz 17 abhebt (d.
h. aus der Position heraus, die in den 1 und 2 gezeigt
ist). Vorausgesetzt, dass die von der Ventilnadel 16 zurückgelegte
Strecke ausreichend klein ist, so dass der Stift 23 von
den oberen Enden der Öffnungen 24 beabstandet
bleibt, wird die Bewegung der Ventilnadel 16 nicht auf
das Ventilelement 13 übertragen,
und der Kraftstoffdruck innerhalb der Bohrung 11, der auf
das Ventilelement 13 einwirkt, stellt sicher, dass das
Ventilelement 13 weiterhin an dem ersten Sitz 12 anliegt.
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Unter
derartigen Bedingungen kann Kraftstoff von der Bohrung 11 durch
die Drillbohrungen 20 zu der Kammer 19 und zwischen
der Ventilnadel 16 und dem zweiten Sitz 17 in
die Ausbuchtung 30 strömen,
die mit der sich axial erstreckenden Öffnung 28 in Verbindung
steht. Kraftstoff kann dann von der Ausbuchtung 30 durch
die Öffnungen 14 abfließen und
wird einem Verbrennungsraum des Motors, mit dem das Einspritzventil
in Verbindung steht, zugeführt.
Die Verkürzung
des Spitzenbereichs 27 des Ventilelements 13 drosselt
die Strömung
zu den Öffnungen 14,
wodurch relativ geringe Durchflussraten ermöglicht werden. Wenn das Ventilelement 13 an dem
ersten Sitz 12 anliegt, ist zu beachten, dass Kraftstoff
nicht direkt aus der Bohrung 11 zu den Öffnungen 14 strömen kann.
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Wie
voranstehend beschrieben wurde, kann ein Abbruch der Einspritzung
erreicht werden, indem erneut die ursprüngliche nach unten gerichtete
Kraft auf die Ventilnadel 16 ausgeübt wird, was bewirkt, dass
die Nadel 16 und das Ventilelement 13 in ihre
in den 1 und 2 dargestellte Position zurückkehren.
Um ein Verschließen
durch die Ventilnadel 16 mit einer optimalen Geschwindigkeit
sicherzustellen, kann die Größe der Drillbohrungen 20 so
gewählt werden,
dass ein geeigneter Druckabfall zwischen der Bohrung 11 und
der Kammer 19 erreicht wird.
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Wenn
die Kraftstoffeinspritzung mit einer Rate gewünscht wird, die erreicht wird,
wenn das Ventilelement 13 von dem ersten Sitz 12 abgehoben ist,
ohne dass anfänglich
eine Kraftstoffzufuhr mit einer Rate stattfindet, die erreicht wird,
wenn das Ventilelement 13 an seinem Sitz anliegt, so kann
die Ventilnadel 16 rasch aus der in den 8 und 9 gezeigten
Position abgehoben werden, so dass Kraftstoff unmittelbar von der
Bohrung 11 direkt zu den Öffnungen 14 fließen kann,
ohne dass als Zwischenschritt ein Strömen durch die sich axial erstreckende Öffnung 28 in
dem Ventilelement 13 erfolgt, wie dies voranstehend beschrieben
wurde.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil der 8 und 9 hat
den Vorteil, dass es einfacher herzustellen ist, da die Winkelorientierung
der inneren Ventilnadel 16 in der Bohrung des Ventilelements 13 nicht
so kritisch ist. Die Erfindung hat ferner den Vorteil, dass die Öffnungen 14 an
einer weiter unten liegenden axialen Position in dem Düsenkörper 10 vorgesehen
werden können,
da es keine Öffnungen
in dem Ventilelement 13 gibt, die mit den Öffnungen 14 fluchten
müssen, und
somit liegt die zulässige
Druckgrenze für
den Düsenkörper 10 höher.
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Jede
der hier zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann so modifiziert
werden, dass diese mehrere Reihen von Öffnungen in dem Düsenkörper aufweist.
Auf Wunsch und wenn ausreichend Platz vorhanden ist, können ferner
ein zweites Ventilelement und weitere Ventilelemente vorgesehen
werden, um zusätzliche
Niveaus für
die Einspritzrate oder andere Einspritzeigenschaften zu ermöglichen.
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Es
sollte beachtet werden, dass in jeder Ausführungsform der Erfindung das
Ventilelement 13 und die Bohrung 11 so ausgebildet
sein können,
dass eine Bewegung des Ventilelements in der Bohrung geführt ist,
wie dies in den 5 und 6 gezeigt ist.