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Die
Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für ein Einspritzventil
und ein Einspritzventil.
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Immer
strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission
von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind,
machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch
welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt
hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen
zu senken. Die Bildung von Ruß ist
stark abhängig
von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen
Zylinder der Brennkraftmaschine.
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Eine
entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung kann erreicht werden,
wenn der Kraftstoff unter sehr hohem Druck zugemessen wird. Im Falle von
Diesel-Brennkraftmaschine betragen die Kraftstoffdrücke bis
zu 2.000 bar. Derart hohe Drücke
stellen sowohl hohe Anforderungen an das Material der Düsenbaugruppe
als auch an deren Konstruktion. Gleichzeitig müssen größere Kräfte von der Düsenbaugruppe
aufgenommen werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Düsenbaugruppe und ein Einspritzventil
zu schaffen, die einen zuverlässigen
und präzisen
Betrieb ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß eines
ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Düsenbaugruppe
für ein Einspritzventil,
mit einem Düsenkörper, der
eine Düsenkörperausnehmung
aufweist, die mit einem Hochdruckkreis eines Fluids hydraulisch
koppelbar ist, einer in der Düsenkörperausnehmung
axial beweglich angeordneten Düsennadel,
die in einer Schließposition
einen Fluidfluss durch mindestens eine Einspritzöffnung verhindert und ansonsten
den Fluidfluss frei gibt. Weiter hat die Düsenbaugruppe eine Hülse, die
koaxial zu der Düsennadel
zwischen dem Düsenkörper und
der Düsennadel
angeordnet ist, wobei zwischen der Düsennadel und der Hülse ein
Spalt ausgebildet ist, der während
des Betriebs des Einspritzventils mit einem im Vergleich zu dem Druckniveau
im Hochdruckkreis niedrigerem Druckniveau gekoppelt ist. Die Hülse ist
so ausgebildet, dass die radiale Biegesteifigkeit der Hülse über die axiale
Länge der
Hülse variiert,
und zwar derart, dass einer Änderung
eines Spaltmaßes
des Spalts abhängig
von dem Druck des Fluids entgegengewirkt wird.
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Dies
hat den Vorteil, dass einer Verformung von Hülse und Düsennadel aufgrund der radialen Druckdifferenz
durch eine Variation der radialen Biegesteifigkeit der Hülse entgegengewirkt
wird. Es kann so eine gute Führung
der Düsennadel
in der Hülse
weitgehend unabhängig
von dem Druck in dem Hochdruckkreis gewährleistet sein. Ein weiterer
Vorteil ist, dass einem unerwünschten
Aufweiten des Spalts entgegengewirkt wird. Da die Größe des Spalts
zwischen der Düsennadel
und der Hülse
das Ausmaß des
Leckstroms des Fluids beeinflusst, kann der Leckstrom in der Düsenbaugruppe
klein gehalten werden. Damit wird vermieden, dass zusätzliche Pumpenergie
für den
Leckstrom aufgewendet werden muss und das Fluid unnötig erwärmt wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Hülse mindestens
eine Ausnehmung auf, durch die die radiale Biegesteifigkeit der Hülse über die
axiale Länge
der Hülse
variiert. Eine Ausnehmung in der Hülse stellt eine besonders einfache
mechanische Vorrichtung zur Änderung
der radialen Biegesteifigkeit der Hülse dar.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
mindestens eine Ausnehmung eine Längsausnehmung, die sich über die
gesamte axiale Länge
der Hülse
erstreckt und mindestens abschnittsweise auf der dem Düsenkörper zugewandten
Seite der Hülse
angeordnet ist. Damit kann das Spaltmaß des Spalts zwischen Düsennadel
und Hülse über die
axiale Länge
der Hülse
festgelegt und der Leckstrom reduziert werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
Längsausnehmung über die
gesamte axiale Länge
der Hülse
auf der dem Düsenkörper zugewandten
Seite der Hülse
angeordnet. Damit kann die Längsausnehmung
in besonders einfacher Weise in die Hülse eingebracht werden.
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In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
nimmt der Querschnitt der Längsausnehmung
von der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite der
Hülse bis
zu der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite der
Hülse ab.
Da der Druck auf der dem Düsenkörper zugewandten
Seite der Hülse über die
gesamte axiale Länge
der Hülse
dem Druck im Hochdruckkreis entspricht, und der Druck im Spalt zwischen
der Düsennadel
und der Hülse
von der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite der
Hülse zu
der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite der
Hülse abnimmt, nimmt
die Druckdifferenz zwischen der dem Düsenkörper zugewandten Seite der
Hülse und dem
Spalt von der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite der
Hülse bis
zu der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite der
Hülse stetig
zu. Damit sind die Abschnitte der Hülse, je weiter sie von der
mindestens einen Einspritzöffnung entfernt
sind, zunehmend größeren radial
nach innen gerichteten Kräften
ausgesetzt. Nimmt der Querschnitt der Längsausnehmung von der der mindestens
einen Einspritzöffnung
zugewandten Seite der Hülse
bis zu der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite der
Hülse ab,
so bedeutet dies, dass die radiale Biegesteifigkeit der Hülse von der
der mindestens einen Einspritzöffnung
zugewandten Seite der Hülse
bis zu der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite der
Hülse zunehmen
kann. Dadurch kann den von der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten
Seite der Hülse
bis zu der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite der
Hülse zunehmenden,
auf die Hülse
radial nach innen wirkenden Kräften
entgegengewirkt werden. Unabhängig
vom Druck im Hochdruckkreis kann so die Größe des Spalts zwischen der
Düsennadel
und der Hülse
konstant gehalten werden. Damit kann sowohl der Leckstrom des Fluids
minimiert als auch eine sichere, klemmfreie Führung der Düsennadel in der Hülse ermöglicht werden.
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In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist
die Hülse
mehrere Längsausnehmungen
auf, die über
den Umfang der Hülse
verteilt angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass eine gleichmäßigere Anströmung der
Hülse mit
Fluid möglich
ist. Damit kann eine radiale Auslenkung der Düsennadel reduziert werden.
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In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
die mehreren Längsausnehmungen,
bezogen auf die Mittelachse der Düsennadel, axialsymmetrisch über den
Um fang der Hülse
verteilt angeordnet. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige Anströmung der
Hülse erreicht
werden. Demzufolge kann die radiale Auslenkung der in der Hülse geführten Düsennadel
minimiert werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die mindestens eine Ausnehmung eine Umfangsausnehmung, die sich
auf der dem Düsenkörper zugewandten
Seite der Hülse über den
Umfang der Hülse
erstreckt. Durch die Umfangsausnehmung kann in einem festgelegten
lokalen Bereich über
die axiale Länge
der Hülse,
der durch die Lage der Umfangsausnehmung bestimmt ist, die radiale
Biegesteifigkeit der Hülse
und damit die Größe des Spalts
zwischen Düsennadel
und Hülse
festgelegt werden.
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In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist
die Hülse
mehrere Umfangsausnehmungen auf, die sich jeweils auf der dem Düsenkörper zugewandten
Seite der Hülse über den
Umfang der Hülse
erstrecken, wobei die Abstände
zwischen jeweils zwei benachbarten Umfangsausnehmungen von der der
mindestens einen Einspritzöffnung
zugewandten Seite der Hülse
bis zu der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite der
Hülse zunehmen.
Auf diese Weise ist es möglich,
die radiale Biegesteifigkeit der Hülse über die axiale Länge der
Hülse so
zu variieren, dass sie von der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten
Seite der Hülse
bis zu der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite der Hülse zunimmt.
Dies wird dadurch erreicht, dass durch das Einbringen von Umfangsausnehmungen
in der Hülse
die radiale Biegesteifigkeit der Hülse in diesem Bereich reduziert
ist. Je kleiner die Abstände zwischen
zwei benachbarten Umfangsausnehmungen, das heißt je größer die Zahl der Umfangsausnehmungen
auf einer festgelegten axialen Länge
der Hülse,
umso geringer die radiale Biegesteifigkeit der Hülse. Umgekehrt führt eine
abnehmende Zahl von Umfangsausnehmungen zu einer zunehmenden radialen
Biegesteifigkeit der Hülse.
Damit kann eine Festlegung des Spaltmaßes des Spalts zwischen Düsennadel
und Hülse über die
axiale Länge
der Hülse
und damit eine Reduzierung der Leckageverluste erreicht werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist
die Hülse
mehrere Umfangsausnehmungen auf, die sich jeweils auf der dem Düsenkörper zugewandten
Seite der Hülse über den
Umfang der Hülse
erstrecken, und jede der Umfangsausnehmungen hat über den
Umfang der Hülse einen
konstanten Querschnitt, wobei die Querschnitte der Umfangsausnehmungen
von der der mindestens einen Einspritzöffnungen zugewandten Seite der
Hülse bis
zu der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite der
Hülse abnehmen.
Je größer der
Querschnitt einer Umfangsausnehmung über den Umfang der Hülse, umso
geringer ist die radiale Biegesteifigkeit der Hülse im Bereich dieser Umfangsausnehmung.
Nehmen nun die Querschnitte der Umfangsausnehmungen von der der
mindestens einen Einspritzöffnung
zugewandten Seite der Hülse
bis zu der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite der
Hülse ab,
so nimmt umgekehrt die radiale Biegesteifigkeit der Hülse über die axiale
Länge der
Hülse von
der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite der
Hülse bis
zu der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite der
Hülse zu.
Damit kann wiederum ein konstantes Spaltmaß des Spalts zwischen Düsennadel
und Hülse über die
axiale Länge
der Hülse unabhängig von
dem Druck des Fluids erreicht werden. Der Leckstrom des Fluids wird
damit reduziert und eine sichere Führung der Düsennadel in der Hülse gewährleistet.
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In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
die Hülse
und der Düsenkörper mindestens
lokal durch eine Presspassung miteinander verbunden, wodurch die
radiale Biegesteifigkeit der Hülse über die
axiale Länge
der Hülse
variiert wird. Dies stellt eine besonders einfache mechanische Vorrichtung
zur Änderung
der radialen Biegesteifigkeit der Hülse dar. In den lokalen Bereichen,
in denen die Hülse
und der Düsenkörper durch
die Presspassung miteinander verbunden sind, wird eine höhere radiale
Biegesteifigkeit der Hülse
erreicht, als in den Bereichen, in denen die Hülse und der Düsenkörper nicht
miteinander durch eine Presspassung verbunden sind. Damit kann wiederum
ein konstantes Spaltmaß des
Spalts zwischen Düsennadel
und Hülse über die
axiale Länge
der Hülse
unabhängig
von dem Druck des Fluids erreicht werden. Der Leckstrom des Fluids
wird damit reduziert und eine sichere Führung der Düsennadel in der Hülse gewährleistet.
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In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die Hülse
konusförmig,
wodurch die radiale Biegesteifigkeit der Hülse über die axiale Länge der
Hülse variiert.
Dies stellt ein besonders einfache mechanische Gestaltung der Hülse dar,
die es ermöglicht,
eine Änderung
der radialen Biegesteifigkeit der Hülse zu erreichen.
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In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat
die Hülse
eine Wandstärke,
die von der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite der
Hülse bis
zu der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite der
Hülse zunimmt.
Damit wird erreicht, dass die radiale Biegesteifigkeit der Hülse von
der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite der
Hülse bis
zu der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite der
Hülse zunimmt.
Unabhängig
von dem Druck des Fluids kann so ein na hezu konstantes Spaltmaß des Spalts
zwischen Düsennadel
und Hülse
erreicht werden. Damit ist sowohl eine Minimierung des Leckstroms
des Fluids als auch ein gute, klemmfreie Führung der Düsennadel in der Hülse möglich.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil
mit einem Injektorkörper
und einer Düsenbaugruppe,
wobei der Injektorkörper
und die Düsenbaugruppe
miteinander verbunden sind.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein Einspritzventil mit einer Düsenbaugruppe,
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2 eine
Detailansicht einer ersten Ausführungsform
der Düsenbaugruppe
in einem Längsschnitt,
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3 eine
weitere Detailansicht der ersten Ausführungsform der Düsenbaugruppe
in einem Längsschnitt,
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4 eine
Detailansicht der ersten Ausführungsform
der Düsenbaugruppe
in einer Aufsicht,
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5a, 5b Ansichten
von verschiedenen Ausführungsformen
einer Hülse
der Düsenbaugruppe
in einem Längsschnitt,
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6a bis 6e Ansichten
von verschiedenen Ausführungsformen
der Hülse
der Düsenbaugruppe
im Querschnitt,
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7 eine
Ansicht einer weiteren Ausführungsform
der Hülse
der Düsenbaugruppe
im Längsschnitt,
und
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8a bis 8c Ansichten
von verschiedenen Ausführungsformen
der Düsenbaugruppe
im Bereich einer Dichtkante der Hülse im Längsschnitt.
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Das
Einspritzventil 10 umfasst einen Injektorkörper 12 und
eine Düsenbaugruppe 14.
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In
dem Injektorkörper 12 ist
ein Hubaktuator 16 angeordnet, der als Piezoaktuator mit
einem Stapel von Piezoelementen ausgebildet sein kann und seine
axiale Ausdehnung abhängig
von der angelegten elektrischen Spannung ändert. Die elektrische Spannung
wird über
eine Anschlussbuchse 18 an den Hubaktuator angelegt. Der
Hubaktuator 16 ist mit einem Übertrager 20 verbunden,
der ebenfalls in dem Injektorkörper 12 angeordnet
ist. Der Hubaktuator 16 und der Übertrager 20 bilden
einen Stellantrieb.
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Der
Injektorkörper 12 umfasst
ferner einen Hochdruckanschluss 26, über den das Einspritzventil 10 im
montierten Zustand mit einem nicht dargestellten Hochdruckkreis
eines Fluids verbunden ist.
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In
einer Ausnehmung des Injektorkörpers 12 ist
ein Steuerraum 22 und ein Hohlraum 24 angeordnet.
Die Verbindung zwischen dem Hochdruckanschluss 26 und dem
Hohlraum 24 erfolgt über
eine hier nicht dargestellte Druckleitung. Abhängig von der Stellung eines
mit dem Übertrager 20 gekoppelten
Dichtkörpers 25 ist
der Hohlraum 24 mit dem Steuerraum 22 hydraulisch
gekoppelt oder von diesem hydraulisch entkoppelt.
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Zwischen
dem Injektorkörper 12 und
der Düsenbaugruppe 14 ist
eine Zwischenplatte 28 angeordnet.
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Die
Düsenbaugruppe 14 umfasst
einen Düsenkörper 30 mit
einer Ausnehmung 32. Der Düsenkörper 30 kann einstückig oder
mehrstückig
ausgeführt
sein. In der Ausnehmung 32 ist eine Düsennadel 33 angeordnet.
Die Düsenbaugruppe 14 ist
mittels einer Düsenspannmutter 36 mit
der Zwischenplatte 28 und dem Injektorkörper 12 verbunden.
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Die
Düsennadel 33 kann
einteilig oder mehrteilig ausgeführt
sein und weist einen Führungsabschnitt 40 auf,
durch den die Düsennadel 33 im
Düsenkörper 30 sicher
geführt
wird.
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Ferner
ist im Injektorkörper 12 ein
Hohlraum 47 ausgebildet, der eine Düsenfeder 48 aufnimmt, die
sich einerseits an einem Absatz 50 des Hohlraums 47 abstützt und
andererseits einen in der Zwischenplatte 28 geführten Stiftabschnitt 51 auf
den Führungsabschnitt 40 der
Düsennadel 33 drückt. Die Düsenfeder 48 spannt
den Stiftabschnitt 51 so vor, dass die Düsennadel 33 eine
dieser zugeordnete Schließposition
einnimmt, in der sie den Fluidfluss durch mindestens eine im Düsenkörper 30 angeordnete
Einspritzöffnung 52 unterbindet.
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In
dem Injektorkörper 12 ist
weiter ein Steuerkolben 34 mit einer dem Hohlraum 24 zugewandten
Stirnseite 38 angeordnet. In ihrem der Einspritzöffnung 52 zugewandten
Bereich weist die Düsennadel 33 einen
Schaftabschnitt 44 auf. Zwischen dem Schaftabschnitt 44 und
dem Führungsabschnitt 40 weist
die Düsennadel 33 einen
Düsennadelabsatz 45 auf,
der mit Fluid in Kontakt steht, das in etwa den Druck des Hochdruckkreises
hat. Der Düsennadelabsatz 45 ist
so ausgebildet, dass die durch den Druck des Fluids hervorgerufene
Kraft öffnend
auf die Düsennadel 33 wirkt.
Die Düsennadelposition hängt von
der Kräftebilanz
der Kräfte
ab, die hervorgerufen durch den Druck des Fluids auf den Düsennadelabsatz 45 und
auf die Spitze der Düsennadel 33 wirken,
und andererseits der Federkraft der Düsenfeder 48 und der
Kraft, die durch den Druck des Fluids, das sich in dem Hohlraum 24 befindet,
und in die dadurch hervorgerufene Kraft über die Stirnseite 38 des Steuerkolbens 34 in
Schließrichtung
der Düsennadel 33 eingeleitet
wird.
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Die
Wand der Ausnehmung 32 des Düsenkörpers 30, zumindest
in dem Bereich, in dem der Führungsabschnitt 40 geführt ist,
und der Führungsabschnitt 40 der
Düsennadel 33 sind
bezüglich
ihrer Ausmaße
sehr präzise
gefertigt, um so sicherzustellen, dass ein möglichst geringer Fluidleckstrom
zwischen der Wandung der Ausnehmung 32 und dem äußeren Umfang
des Führungsabschnitts 40 auftritt. Ein
Spalt 64 zwischen Düsenkörper 30 und
Führungsabschnitt 40 hat
deshalb bevorzugt eine Größe von circa
ein bis vier Mikrometer.
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In
den 2 und 3 ist jeweils ein Abschnitt
der Düsenbaugruppe 14 in
vergrößerter Darstellung
gezeigt. Zwischen dem Düsenkörper 30 und dem
Führungsabschnitt 40 der
Düsennadel 33 ist eine
Hülse 54 koaxial
zu der Düsennadel 33 und
dem Düsenkörper 30 angeordnet.
Die Hülse 54 weist
eine Längsausnehmung 56 auf,
durch die Fluid aus einem mit dem Hochdruckkreis verbundenen Hochdruckkanal 62 in
die Ausnehmung 32 des Düsenkörpers 30 zwischen
Düsenkörper 30 und
Schaftabschnitt 44 strömen
kann, wie durch die Pfeile A angedeutet ist. Weiter weist die Hülse 54 eine
Umfangsausnehmung 58 (3) beziehungsweise
mehrere Umfangsausnehmungen 58 (7) auf.
Am oberen Ende der Hülse 54 ist
eine Dichtkante 60 angeordnet, die weiter unten im Detail
beschrieben wird.
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Durch
den Spalt 64 zwischen dem Führungsabschnitt 40 der
Düsennadel 33 und
der Hülse 54 kann
Fluid strömen,
wie durch die Pfeile B angedeutet ist. An dem Spalt 64,
der als Drossel wirkt, nimmt der Druck von der der Einspritzöffnung 52 zugewandten
Seite der Hülse 54 bis
zu der der Einspritzöffnung 52 abgewandten
Seite der Hülse 54 während des
Betriebs des Einspritzventils 10 ab.
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4 zeigt
in einer Aufsicht auf die Düsenbaugruppe 14 Stiftlochbohrungen 68,
die jeweils mit Längsausnehmungen 56 der
Hülse 54 derart
korrespondieren, dass die jeweiligen Stiftlochbohrungen 68 mit
den entsprechenden Längsausnehmungen 56 der
Hülse 54 kreisförmige Öffnungen
ausbilden. Die Stiftlochbohrungen 68 dienen der Montage
der Düsenbaugruppe 14 in
das Einspritzventil 10. Sie gewährleisten dabei eine hohe Winkelgenauigkeit
der Position der mindestens einen Einspritzöffnung 52. Darüber hinaus
dienen die Stiftlochbohrungen 68 auch zur Positionierung
der Hülse 54 während des weiter
unten beschriebenen Schleifens der Hülse 54 und der Dichtkante 60.
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In
den 5a und 5b sind
zwei Ausführungsformen
der Hülse 54 dargestellt.
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5a zeigt
die Hülse 54 mit
einem Hülsenkörper 70 und
Längsausnehmungen 56,
wobei die Längsausnehmungen über die
gesamte axiale Länge der
Hülse 54 auf
der dem Düsenkörper 30 zugewandten
Seite der Hülse 54 angeordnet
sind.
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5b zeigt
ebenfalls eine Hülse 54 mit Längsausnehmungen 56,
wobei der Querschnitt der Längsausnehmungen 56 von
der der mindestens einen Einspritzöffnung 52 zugewandten
Seite der Hülse 54 bis
zu der der mindestens einen Einspritzöffnung 52 abgewandten
Seite der Hülse 54 abnimmt. In
umgekehrter Weise nimmt die Wandstärke des Hülsenkörpers 70 von der der
mindestens einen Einspritzöffnung 52 zugewandten
Seite der Hülse 54 bis zu
der der mindestens einen Einspritzöffnung 52 abgewandten
Seite der Hülse
zu.
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In 6a bis 6e sind
verschiedene Ausführungsformen
der Längsausnehmungen 56 der Hülse 54 dargestellt.
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6a zeigt
Längsausnehmungen 56,
die als Kreisabschnitte ausgeführt
sind. Diese Ausführungsform
der Längsausnehmungen 56 ist
besonders einfach herzustellen.
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6b zeigt
rechteckige Längsausnehmungen 56,
die beispielsweise mittels eines entsprechenden Fräswerkzeugs
sehr leicht in die Hülse 54 einzubringen
sind.
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In 6c sind
flache Längsausnehmungen 56 dargestellt,
die durch Abschleifen der Hülse 54 in sehr
einfacher Weise gefertigt werden können.
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6d zeigt
V-förmige
Längsausnehmungen 56,
die mittels eines Fräswerkzeugs
sehr einfach in die Hülse 54 eingebracht
werden können.
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Die
in 6e gezeigten kreisabschnittförmigen Längsausnehmungen 56 können durch
Bohren oder Erodieren der Hülse 54 hergestellt
werden. Diese kreisabschnittförmigen
Längsausnehmungen 56 haben
den Vorteil, dass sie durch den in ihnen anliegenden hohen Druck
des Fluids soweit vergrößert werden
können,
dass die Hülse 54 gut
an den Düsenkörper 30 angedrückt werden
kann.
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In 7 ist
eine weitere Ausführungsform der
Hülse 54 gezeigt,
mit Längsausnehmungen 56 und
Umfangsausnehmungen 58. Die Umfangsausnehmungen 58 sind
in die Hülse 54 eingebracht,
wobei der Querschnitt der Umfangsausnehmungen 58 von unten
nach oben, das heißt
von der der mindestens Einspritzöffnung 52 zugewandten
Seite der Hülse 54 zu
der der mindestens einen Einspritzöffnung 52 abgewandten
Seite der Hülse 54,
abnimmt. Darüber
hinaus werden die Abstände
zwischen jeweils zwei benachbarten Umfangsausnehmungen 58 von unten
nach oben größer. Dies
bedeutet, dass die radiale Biegesteifigkeit der Hülse 54 über die
axiale Länge
der Hülse 54 von
unten nach oben zunehmen kann, da die Umfangsausnehmungen 58 als
Schwächungen
der Hülse 54 wirken
können.
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Im
Folgenden soll der Zusammenbau der Düsenbaugruppe 14 und
die Verbindung der Düsenbaugruppe 14 mit
dem Injektorkörper 12 und
der Zwischenplatte 28 im Detail beschrieben werden:
Die
Hülse 54 wird
zuerst in den Düsenkörper 30 eingebracht.
Um die gewünschte
radiale Biegesteifigkeit der Hülse 54 zu
erreichen, kann nun durch eine gezielte lokale Presspassung der
Hülse 54 im
Düsenkörper 30 eine
geeignete radiale Biegesteifigkeit der Hülse 54 erreicht werden.
Anschließend
wird die Hülse 54 in
ihrem Inneren, das heißt
auf der der Düsennadel 33 zugewandten
Seite, so geschliffen, dass die geforderte hohe Genauigkeit des
Spaltmaßes
des Spalts 64 zwischen der Düsennadel 33 und der
Hülse 54 erreicht
wird.
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Zur
Sicherstellung der Position der Hülse 54, für den Fall,
dass die Hülse 54 den
radialen Kontakt mit dem Düsenkörper 30 verliert
und um eine axiale Abdichtung zu erreichen, wird die Hülse 54 anschließend axial
verpresst. Wie in den 8a bis 8c zu
sehen ist, ragt die Dichtkante 60 mit einem Über stand
E über
den Düsenkörper 30 hinaus.
Wird nun die Düsenbaugruppe 14 in
der Endmontage mit der Zwischenplatte 28 verbunden, so
kommt die Zwischenplatte 28 einerseits in flächigen Kontakt
mit dem Düsenkörper 30,
andererseits wird die Dichtkante 60 gegen die Zwischenplatte 28 gepresst,
wodurch eine sichere Abdichtung zwischen dem Hochdruckkanal 62 und
dem oberhalb des Führungsabschnitts 40 der
Düsennadel 33 befindlichen
Bereich mit einem im Vergleich zu dem Druckniveau im Hochdruckkreis niedrigeren
Druckniveau erreicht wird. Aufgrund der unterschiedlichen Biegesteifigkeit
von Düsenkörper 30 und
Hülse 54 wird
so eine ähnliche
Flächenpressung
zwischen Düsenkörper 30 und
Zwischenplatte 28 einerseits sowie Hülse 54 und Zwischenplatte 28 andererseits
erreicht.
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8a zeigt
die Dichtkante 60 in einer rechteckigen Form, 8b zeigt
die Dichtkante 60 als Beißkante; diese beiden Ausführungsformen
zeichnen sich durch eine besonders hohe Flächenpressung aus. In 8c ist
eine besonders einfach zu fertigende Dichtkante 60 dargestellt,
die durch konvexes Schleifen der oberen Bereiche der Dichthülse 54 und
des Düsenkörpers 30 gefertigt
wird.
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Im
Folgenden soll nun die Funktionsweise des Einspritzventils in detaillierter
Form dargestellt werden:
In einer Ruhestellung liegt der Dichtkörper 25 dicht am
oberen Ende des Hohlraums 24 an und unterbricht die hydraulische
Kopplung zwischen dem Hohlraum 24 und dem Steuerraum 22.
Der hohe Fluiddruck im Hohlraum 24 oberhalb des Steuerkolbens 34 wirkt
unmittelbar auf die Stirnseite 38 des Steuerkolbens 34 und
damit auf den Stiftabschnitt 51. Dadurch wird die Düsennadel 33 gegen
die Einspritzöffnung 52 gedrückt und
ein Fluidfluss durch die Einspritzöffnung 52 verhindert.
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Wird
der Hubaktuator 16 aus dem von der Ruhestellung derart
angesteuert, dass der Übertrager 20 in
axialer Richtung hin zu dem Steuerkolben 34 verschoben
wird, so löst
sich der Dichtkörper 25 vom
oberen Ende des Hohlraums 24. Dies hat zur Folge, dass
Fluid aus dem Hohlraum 24 in den Steuerraum 22 strömen kann,
wodurch es zu einem Druckabfall im Hohlraum 24 kommt. Der
Hohlraum ist nun also hydraulisch mit dem Steuerraum 22 gekoppelt.
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In
der Ausnehmung 32 des Düsenkörpers 30 liegt
weiter hoher Druck an. Dieser hohe Druck übt eine nach oben gerichtete
Kraft auf den Düsennadelabsatz 45 zwischen
dem Schaftabschnitt 44 und dem ersten Führungsabschnitt 40 aus.
Sinkt nun der Druck im Hohlraum 24 ab und nimmt damit die Schließkraft auf
der Stirnseite 38 des Steuerkolbens 34 ab, so
gelangt die Düsennadel 33 durch
die nach oben gerichtete Kraft auf den Düsennadelabsatz 45 in
eine Offenposition und Fluid wird über die Einspritzöffnung 52 aus
dem Einspritzventil 10 ausgebracht.
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Durch
die lokale Presspassung der Hülse 54 im
Düsenkörper 30 liegt
die Hülse 54 fest
am Düsenkörper 30 an,
wenn das Einspritzventil nicht in Betrieb ist.
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Während des
Betriebs des Einspritzventil 10 kann Fluid über den
Hochdruckkanal 62 unter hohem Druck in die Ausnehmung 32 des
Düsenkörpers 30 gelangen,
wodurch sich der Düsenkörper 30 insbesondere
in radialer Richtung aufweiten kann und die Presspassung zwischen
dem Düsenkörper 30 und der
Hülse 54 verringert
werden kann. Damit kann sich nun auch die Hülse 54 in radialer
Richtung ausdehnen. Das Fluid strömt vom Hochdruckkanal 62 über die
Längsausnehmungen 56 zur
Ausnehmung 32 des Düsenkörpers 30 und
kann von hier aus in Richtung A zu den Einspritzöffnungen 52 gelangen. Durch
den in der Ausnehmung 32 des Düsenkörpers 30 anstehenden
hohen Druck kann ein kleiner Teil des Fluids als Leckstrom durch
den Spalt 64 (Richtung B) strömen. Durch die Ausführung beziehungsweise
die Anzahl der Längsausnehmungen 56 und der
Umfangsausnehmungen 58 sowie die Presspassung der Hülse 54 im
Düsenkörper 30 wird
erreicht, dass die radiale Biegesteifigkeit der Hülse 54 über die
axiale Länge
der Hülse 54 so
variiert, dass das Spaltmaß des
Spalts 64 über
einen weiten Druckbereich konstant bleibt, und zwar über die
gesamte axiale Länge
der Hülse 54.
Damit wird einerseits eine Verringerung des Leckstroms des Fluids über den Spalt 64 erreicht,
andererseits ein Verklemmen des Führungsabschnitts 40 der
Düsennadel 33 im
Düsenkörper 30 verhindert.