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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Der Kraftstoffinjektor ist mit Kraftstoffeinspritzsystemen verwendbar, z. B. in einem Kraftfahrzeug oder mit einer stationär betriebenen Brennkraftmaschine, weiterhin mit Dieselkraftstoff und/oder Schweröl.
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Es ist bei Kraftstoffinjektoren, insbesondere konventionellen, pilotventilgesteuerten Injektoren (indirekt gesteuerter Injektor), welche zumeist für die Verwendung mit Dieselkraftstoff, z. B. auch Schweröl oder Biokraftstoff, vorgesehen sind, regelmäßig nur mit erheblichem baulichen Aufwand möglich, eine gestufte Öffnungsrampe im Düsennadelhubverlauf, insbesondere mit einem anfänglich steileren Öffnungsrampenabschnitt und einem nachfolgend flacheren Öffnungsrampenabschnitt zu erzeugen. Dies ist jedoch für eine emissionsoptimierte Brenncharakteristik bei Verwendung eines Kraftstoffinjektors an einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Hubkolbenmaschine, wünschenswert. Ferner soll daneben eine schnelle Schließbewegung der Düsennadel ermöglicht sein.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor vorzuschlagen, welcher vorteilhaft unaufwändig ausgestaltet werden kann und sowohl einen gestuften Öffnungshub insbesondere der vorstehend geschilderten Art als auch einen schnellen Schließhub der Düsennadel darstellen kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Kraftstoffinjektor, welcher bevorzugt zur Verwendung in einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, zum Beispiel einem Common-Rail-System vorgesehen ist. Allgemein ist der Kraftstoffinjektor zur Verwendung mit Brennkraftmaschinen in Form von Otto- oder Dieselmotoren, insbesondere Großdieselmotoren und weiterhin insbesondere Fahrzeugmotoren vorgesehen, zum Beispiel in Offroad- oder Schiffsanwendungen, daneben auch in stationären Anwendungen, zum Beispiel Blockheizkraftwerken.
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Der Kraftstoffinjektor weist eine in einem Düsenkörper des Injektors axial hubverschiebliche Düsennadel auf, wobei die Düsennadel insbesondere in einer Axialbohrung des Düsenkörpers aufgenommen ist. Benachbart zu einer Düsenanordnung am Düsenkörper bzw. des Injektors weist die Düsennadel ein düsennahes Ende auf, an einem entgegen gesetzten Ende ein düsenfernes Ende.
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Die Düsennadel ist dazu vorgesehen, im Zusammenwirken mit einem Ventilsitz am Düsenkörper ein Düsenventil des Injektors zu bilden, mittels welchem ein Hochdruck-Kraftstoffströmungsweg am Injektor hin zur Düsenanordnung desselben selektiv freigeben werden kann, d. h. in Abhängigkeit der Hubstellung der Düsennadel. Für insbesondere einen Einspritzbetrieb kann die Düsennadel vom Ventilsitz axial wegbewegt werden (Öffnungshub bzw. Öffnungsteilhub; Strömungsweg freigegeben), ausgehend von einer geöffneten Stellung (Teilhubstellung oder Vollhubstellung) hin zu dem Ventilsitz bewegt werden (Schließhub), bei Anlage am Ventilsitz insoweit gegen den Ventilsitz dichten (Kraftstoffströmungsweg versperrt).
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Gekennzeichnet ist der Kraftstoffinjektor dadurch, dass der Kraftstoffinjektor in einem Hochdruckbereich des Düsenkörpers eine Verzögerungsanordnung mit einem Verzögerungselement aufweist, wobei das Verzögerungselement relativ zu der Düsennadel axial verschieblich an der Düsennadel (bevorzugt diese umfangend) angeordnet und bei einem Öffnungshub von der Düsennadel mitnehmbar ist, nicht jedoch bei einem Schließhub, und wobei die Verzögerungsanordnung weiterhin einen Verzögerungsraum aufweist, im Zusammenwirken mit welchem das mitgenommene Verzögerungselement nach einem Öffnungsteilhub der Düsennadel, insbesondere einem anfänglichen Öffnungsteilhub (ausgehend von der Schließstellung), hydraulisch gebremst und somit die Öffnungsbewegung der Düsennadel verzögert wird.
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Bevorzugt ist der Hochdruckbereich im Düsenkörper, in welchem die Verzögerungsanordnung aufgenommen ist, eine Hochdruckbohrung, insbesondere eine Axialbohrung, weiterhin insbesondere eine Axialbohrung, in welcher auch die Düsennadel axial verschieblich aufgenommen ist. In den Hochdruckbereich kann hochdruckbeaufschlagter Kraftstoff (für einen Einspritzbetrieb) eingebracht werden, welcher im Rahmen der vorliegenden Erfindung für eine hydraulische Verzögerung (als Hydraulikfluid) der Düsennadel genutzt wird.
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Der derart ausgestaltete Kraftstoffinjektor kann baulich vorteilhaft unaufwändig ausgeführt werden, bedarf nahezu keines zusätzlichen Bauraums für die Darstellung des gestuften Öffnungshubs und kann neben einem gestuften Öffnungshub auch eine vorteilhaft schnelle Schließbewegung der Düsennadel leisten. Insbesondere die erfindungsgemäße Anordnung der Verzögerungsanordnung im Hochdruckbereich erlaubt die Ausbildung vorteilhaft kurzer Fluidströmungswege (Drosseln, Nuten, etc.) hierfür.
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Bei einer äußerst einfach herstellbaren Ausführungsform kann das Verzögerungselement zum Beispiel eine bloße Lochscheibe sein, durch welche hindurch die Düsennadel tritt. Weiterhin kann vorgesehen sein, das Verzögerungselement als im Querschnitt U-förmiges oder H-förmiges (Hülsen-)Element auszugestalten, welches ebenfalls unaufwändig herstellbar ist. Durch diese Formgebung kann ein Verkanten vermieden und gute Führbarkeit insbesondere bei einem Vordringen des Verzögerungselements in den Verzögerungsraum erzielt werden.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des Kraftstoffinjektors wird der Verzögerungsraum durch eine Nadelführungshülse oder an einer Nadelführungshülse des Injektors gebildet bzw. bereitgestellt, insbesondere an deren düsenseitigem Ende. Der Verzögerungsraum kann auf vorteilhaft einfache Weise bevorzugt mittels einer (Sack)Bohrung am düsennahen Ende der Nadelführungshülse gebildet sein. Bei derartigen Ausgestaltungen ist der Injektor mit nur wenigen Komponenten vorteilhaft unaufwändig bereitstellbar.
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Alternativ kann vorgesehen sein, den Verzögerungsraum mittels eines zusätzlichen Elementes zu bilden, zum Beispiel einem Rohrstück oder einer Hülse, welches insbesondere am düsennahen Ende der Nadelführungshülse angeordnet ist. Ein solches Element kann zum Beispiel auch als Fixierelement wirken, zum Beispiel um gegen eine Düsenfeder und weiterhin gegen die Nadelführungshülse abzustützen.
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Bevorzugt ist das Verzögerungselement in Schließhubrichtung der Düsennadel bzw. bei einem Schließhub der Düsennadel aus einer im Zuge einer Mitnahme (beim Öffnungshub) eingenommenen Stellung selbstrückstellbar. Zur Selbstrückstellung ist bevorzugt eine Federlast vorgesehen, welche das Verzögerungselement insbesondere in Schließrichtung der Düsennadel drängt.
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Das Verzögerungselement, welches nur in Öffnungshubrichtung mitgenommen wird, kann die Düsennadel bevorzugt spielbehaftet (lose) umfangen. Das Verzögerungselement kann bei einer Selbstrückstellbewegung somit insbesondere hinter der Schließbewegung der Düsennadel zurückbleiben, wodurch – gerade für ein schnelles Schließen der Düsennadel – die bewegte Masse der Düsennadel vorteilhaft gering gehalten werden kann.
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Um das Verzögerungselement bei einer Öffnungshubbewegung der Düsennadel mitzunehmen, weist die Düsennadel bzw. die Verzögerungsanordnung bevorzugt ein Mitnehmerelement auf, insbesondere am Schaft der Düsennadel. In der Schließstellung der Düsennadel kann das Mitnehmerelement vorteilhaft einfach als Anschlag wirken und die Rückstellstellung (Ruhestellung) definieren.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist insbesondere vorgesehen, dass der Kraftstoffinjektor bzw. die Verzögerungsanordnung derart eingerichtet ist, dass das Verzögerungselement nach absolviertem Öffnungsteilhub in den Verzögerungsraum vordringt, wobei für eine Verzögerung der Düsennadel (im Zuge des weiteren Öffnungshubs) insbesondere ein Volumen aus dem Verzögerungsraum mittels des Verzögerungselements bremsgedrosselt verdrängt wird (in den umgebenden Hochdruckbereich). Hierbei ist die Verzögerungsanordnung insbesondere eingerichtet, die beabsichtigte Brems(drossel)wirkung für eine Verzögerung der Düsennadel dann einsetzen zu lassen, wenn der (anfängliche) Öffnungsteilhub absolviert ist. Die Dauer bis zum Einsetzen der Bremswirkung bzw. der Umfang des (anfänglichen) Öffnungsteilhubs kann hierbei z. B. über die Positionierung des Mitnehmerelements an der Düsennadel auf einfache Weise eingestellt werden.
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Bei einfachen Ausführungsformen kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass ein Radialspalt bzw. Ringspalt zwischen der Umfangswand des Verzögerungselements und der benachbarten Umfangswand des Verzögerungsraums (Führung für das Verzögerungselement) nach einem Öffnungsteilhub eine beabsichtigte bremsende Drosselwirkung für eine Verzögerung der Düsennadelhubbewegung mittels der Verzögerungsanordnung erzeugt.
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Bei weiteren Ausführungsformen kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die Verzögerungsanordnung ein oder mehrere Bremsdrosselbohrungen bzw. eine Bremsdrosselvorrichtung aufweist, über welche (im Wesentlichen ausschließlich) ein Volumen aus dem Verzögerungsraum in den benachbarten Hochdruckbereich (via das nach einem Öffnungsteilhub vordringende Verzögerungselement) verdrängt werden kann (unter Erzielung der Verzögerungswirkung).
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Ersichtlich werden mittels der vorliegenden Erfindung zusätzliche Freiheitsgrade zur Einstellung des Düsennadelöffnungsverhaltens gewonnen. Zur Einstellung der Öffnungscharakteristik stehen mit der Erfindung insbesondere Parameter wie: Verzögerungselementhub/-vorhub (Umfang des Öffnungsteilhubs), -spiel, -federkraft, -abströmgeometrie, Drosseln im Verzögerungselement und dessen Führung zur Verfügung. Erfindungsgemäß kann die Öffnungscharakteristik auch – vorteilhaft einfach – durch die Dimensionierung bzw. Einstellung des (Tot-)Volumens des Verzögerungsraums eingestellt bzw. definiert werden. Das deshalb, als durch Einstellung der (Tot-)Volumengröße des Verzögerungsraums die Kompressibilität des eingeschlossenen Volumens und somit dessen Steifigkeit bzw. die Steifigkeit der „hydraulischen Feder” im eingeschlossenen Raum eingestellt werden kann. Das (Tot-)Volumen des Verzögerungsraums kann z. B. über wenigstens ein Einlageelement der Verzögerungsanordnung, wie einen oder mehrere Ringe oder eine Hülse unaufwändig eingestellt sein.
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Insoweit als das Düsennadelöffnungsverhalten nunmehr mittels der Verzögerungsanordnung auf vorteilhaft einfache Weise einstellbar ist, kann eine Optimierung gegenüber der bis dato notwendigen Auslegung des Injektors über Druckstufe und Drosseln (z. B. Zulaufdrossel/Ablaufdrossel) erleichtert werden.
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Vorgeschlagen wird auch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, welche wenigstens einen wie vorstehend beschriebenen Injektor aufweist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 exemplarisch und schematisch eine geschnittene Ansicht eines Kraftstoffinjektors gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung;
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2 exemplarisch und schematisch eine geschnittene und abgebrochene Teilansicht eines Kraftstoffinjektors gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung;
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3 exemplarisch und schematisch eine geschnittene Teilansicht eines Verzögerungselements gemäß 2;
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4 exemplarisch und schematisch eine geschnittene und abgebrochene Teilansicht eines Kraftstoffinjektors gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung; und
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5 exemplarisch und schematisch eine geschnittene und abgebrochene Teilansicht eines Kraftstoffinjektors gemäß noch einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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Als Öffnungsteilhub (TH) ist im Rahmen der nachfolgenden Figurenbeschreibung ein anfänglicher bzw. erster Öffnungsteilhub bezeichnet, das heißt je ausgehend von der Schließstellung des Düsenventils.
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1, 2, 4 und 5 zeigen je schematisch und exemplarisch eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 1 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, insbesondere für ein Common-Rail-System. 1 zeigt daneben u. a. Strömungswege 3, 5 sowie eine Aktuatorik 7 zur Betätigung eines Pilotventils 9 am Injektor 1 bzw. im Injektorgehäuse 11, welche in 2, 4, 5 nicht veranschaulicht sind. Der Kraftstoffinjektor 1 kann mit Dieselkraftstoff verwendet werden, daneben zum Beispiel mit Biokraftstoff und/oder Schweröl.
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Der Kraftstoffinjektor 1, welcher vorliegend als indirekt gesteuerter Injektor 1 ausgebildet ist, i. e. mit einem Steuer- bzw. Pilotventil 9 (alternativ zum Beispiel als direkt gesteuerter Injektor 1) umfasst eine Hochdruckbohrung bzw. einen Hochdruckbereich 13, welcher als Axialbohrung im Injektorgehäuse 11, insbesondere einem Düsenkörper 15 des Injektors 1 gebildet ist. In der Axialbohrung 13 bzw. dem Düsenkörper 15 ist eine Düsennadel 17 axial hubverschieblich aufgenommen.
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Die Düsennadel 17 wirkt an einem ersten, düsennahen Ende 17a mit einem Ventilsitz 19 zusammen, i. e. unter Bildung eines Düsenventils 21 des Injektors 1. Über das Düsenventil 21 kann eine Düsenanordnung 23 des Injektors 1 stromabwärts des Düsenventils 21 in Abhängigkeit der Ventilstellung des Düsenventils 21, i. e. in Abhängigkeit einer Hubstellung der Düsennadel 17, seitens des Hochdruckbereichs 13 angeströmt werden. Die Düsenanordnung 23 kann mittels einem oder einer Mehrzahl von Spritzlöchern gebildet sein.
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Über angepasste Querschnitte der Axialbohrung 13 und der Düsennadel 17 wird die Ventilnadel 17 über einen (düsennahen) Endabschnitt 17b geführt, 1.
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In die Hochdruckbohrung 13, welche sich vom düsenfernen Ende des Düsenkörpers 15 bis zur Düsenanordnung 23 erstreckt, i. e. über die Länge der Düsennadel 17, mündet ein Hochdruck-Strömungsweg 3 des Injektors 1, insbesondere an einem düsenfernen Ende der Bohrung 13, über welchen hochdruckbeaufschlagter Kraftstoff an den Hochdruckbereich 13 zuführbar ist, zum Beispiel seitens eines Hochdruckspeichers (Rail bzw. Sammeldruckspeicher oder Einzeldruckspeicher; nicht dargestellt). Der Hochdruck-Strömungsweg 3 ist im Injektorgehäuse 11 zum Beispiel über ein Ventilgehäuse 25 und/oder eine Zwischenplatte 27 geführt.
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Die Düsennadel 17 weist weiterhin einen Schaft 29 mit einem düsenfernen Schaftabschnitt 29a auf, d. h. benachbart zum düsenfernen Ende 17c der Düsennadel 17. Der Schaft 29 ist insbesondere verjüngt mit Bezug auf den Endabschnitt 17b, wodurch die bewegte Masse der Düsennadel 17 vorteilhaft gering ausfallen kann.
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Innerhalb) der Hochdruckbohrung 13, insbesondere an deren düsenfernem Ende, ist weiterhin eine Nadelführungshülse 31 im Düsenkörper 15 aufgenommen. Die Nadelführungshülse 31 ist mit dem düsenfernen Ende 31a an der Zwischenplatte 27 abgestützt. Mit der Nadelführungshülse 31 ist ein Steuerraum 33 definiert, i. e. gebildet mittels der Nadelführungshülse 31, der Ventilplatte 27 sowie der Düsennadel 17 (deren Schaftabschnitt 29a in der Nadelführungshülse 31 geführt aufgenommen ist), s. z. B. 1, 2, 4, 5.
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Der Injektor 1 umfasst weiterhin eine Düsen(nadel)feder 35, mittels welcher die Nadelführungshülse 31 positionstreu gegen die Ventilplatte 27 gedrängt ist, wobei die Düsenfeder 35 (Schraubendruckfeder) weiterhin auch die Düsennadel 17 in Schließrichtung drängt. Hierfür ist die Düsenfeder 35 einenends an einer Schulter 37 der Düsennadel 17 abgestützt und andernends an der Nadelführungshülse 31 (an derem düsennahen Ende 31b). Hierbei kann eine mittelbare Abstützung an der Nadelführungshülse 31 vorgesehen sein, 1, 2 (via z. B. ein (um die Nadel 17 angeordnetes) durchströmbares Fixierelement 39 (z. B. Topfelement 39)), alternativ z. B. eine unmittelbare Abstützung, zum Beispiel 4, 5.
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Am Injektor 1 ist weiterhin eine Zulaufdrossel(bohrung) 41 gebildet, insbesondere in der Zwischenplatte 27, über welche der Steuerraum 33 mit dem Hochdruck(HD)-Strömungsweg 3 kommuniziert, i. e. via hochdruckbeaufschlagten Kraftstoff belastet werden kann. Weiterhin kann der Steuerraum 33 über eine Ablaufdrosselbohrung 43 bzw. einen Leckageströmungsweg 5 je des Injektors 1 in Abhängigkeit einer Stellung des Pilotventils 9 entlastet werden, wobei der Leckageströmungsweg 5 zur Niederdruckseite (ND) führt.
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Das Pilotventil 9, welches ein Ventilglied 9a und einen damit zusammenwirkenden Ventilsitz 9b umfasst, wird von einer Aktuatorik 7 des Injektors 1 beherrscht, bevorzugt einer Magnetaktuatorik, 1. Über einen Anker 7a der Magnetaktuatorik 7 und eine Rückstellfeder 7b sowie ein mit dem Anker 7a als auch dem Ventilglied 9a verbundenes Stellglied 7c kann das Ventilglied 9a aus dem Sitz 9b magnetisch abgehoben (Leckageströmungsweg 5 vom Steuerraum 33 zur Niederdruckseite geöffnet) und in den Sitz 9b federbelastet rückgeführt werden (Leckageströmungsweg 5 vom Steuerraum 33 zur Niederdruckseite versperrt).
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Erfindungsgemäß weist, s. z. B. 1, 2, 4, 5, der Kraftstoffinjektor 1 im Hochdruckbereich 13 des Düsenkörpers 15 eine Verzögerungsanordnung 45 mit einem Verzögerungselement 47 auf, wobei das Verzögerungselement 47 relativ zu der Düsennadel 17 axial verschieblich an der Düsennadel 17 angeordnet ist, i. e. am Schaftabschnitt 29a der Düsennadel 17, insbesondere diese(n) umfangend bzw. umgebend (in Umfangsrichtung). Das Verzögerungselement 47 wird bei einem Öffnungshub von der Düsennadel 17 mitgenommen, bei einem Schließhub von der Düsennadel 17 jedoch nicht mitgenommen.
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Die Verzögerungsanordnung 45 weist, s. z. B. 1, 2, 4, 5, weiterhin einen Verzögerungsraum 49 auf, im Zusammenwirken mit welchem das mitgenommene Verzögerungselement 47 nach einem Öffnungsteilhub TH der Düsennadel 17, s. z. B. 5, hydraulisch gebremst und somit die Öffnungsbewegung der Düsennadel 17 verzögert wird. Der Verzögerungsraum 49 ist mittels einer Sackbohrung 49a an der Nadelführungshülse 31 gebildet, s. z. B. 1, 2, 4, 5, d. h. an derem düsennahen Ende 31b. In der Sackbohrung 49a kann das Verzögerungselement 47 umfangsseitig geführt werden.
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Das Verzögerungselement 47 umgibt die Düsennadel 17, i. e. den Schaftabschnitt 29a lose, wobei es mittels einer Federlast (Schraubendruckfeder) 51 in Richtung zu einem Mitnehmerelement 53 der Verzögerungsanordnung 45 gedrängt ist. In einer einfachen Ausführungsform gemäß zum Beispiel 1 kann das Verzögerungselement 47 Scheibenform aufweisen, zum Beispiel als Lochscheibe bereitgestellt sein (wobei das Loch für den Durchtritt der Düsennadel 17 bzw. des Schaftabschnitts 29a bereitgestellt ist). Alternativ kann das Verzögerungselement 47 zum Beispiel einen an Außenflächen verbessert führbaren Querschnitt aufweisen, zum Beispiel U-fömigen oder H-förmigen Querschnitt (bodenseitig wie vor mit einer Durchtrittsöffnung für den Schaftabschnitt 29a) versehen, zum Beispiel 2 oder 3.
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Das Mitnehmerelement 53 nimmt das Verzögerungselement 47 bei einer Öffnungshubbewegung der Düsennadel 17 mit, wobei es nach einem anfänglichen Öffnungsteilhub TH ein Vordringen desselben in den Verzögerungsraum 49 bewirkt. Über die Positionierung des Mitnehmerelements 53 am Schaft 29 ist hierbei – auf vorteilhaft einfache Weise – der Öffnungshubumfang TH bis zu einem Vordringen des Verzögerungselements 47 in den Verzögerungsraum 49 eingestellt.
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Das Mitnehmerelement 53 ist bevorzugt ringförmig am Schaft 29 gebildet, zum Beispiel als Ringflansch (z. B. 1) oder als Stufe (z. B. 4), wobei es weiterhin einen Endanschlag für das Verzögerungselement 47 bildet, gegen welchen das Verzögerungselement 47 bei einer Schließbewegung der Düsennadel 17 (Schließhub), d. h. aus einer Mitnahmeposition, in eine definierte Position zurückgeführt wird (Selbstrückstellung mittels Federlast 51).
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Ersichtlich, zum Beispiel 1, ist das an der Düsennadel 17 angeordnete Verzögerungselement 47 bei der erfindungsgemäßen Verzögerungsanordnung 45 zwischen dem Mitnehmerelement 53 und der Nadelführungshülse 31 gefangen. Ausgehend von dem Mitnehmerelement 53 und in Richtung von der Düse 23 hin zum düsenfernen Ende 17c der Düsennadel 17 betrachtet, durchtritt der Schaftabschnitt 29a hierbei zunächst den Verzögerungsraum 49 und tritt nachfolgend in eine sich düsenfern anschließende Führungsbohrung 55 der Nadelführungshülse 31 für den Schaftabschnitt 29a ein, wobei der Verzögerungsraum 49 am düsenferneren Ende um die Nadel 17 weitgehend abgedichtet wird.
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Am düsenfernen Ende des Verzögerungsraums 49 ist weiterhin ein Federlager 57 für die Feder 51 vorgesehen, welche zwischen dem Verzögerungselement 47 und der Nadelführungshülse 31 gefangen ist. Als Federlager 57 kann eine weitere (Sack)Bohrung in die Nadelführungshülse 31 eingebracht sein, z. B. 1, welche somit ein gestuftes Bohrprofil mit einem ersten, größten Querschnitt für den Verzögerungsraum 49, einem zweiten kleineren Querschnitt für das Federlager 57 und einem dritten nochmals kleineren Querschnitt für die Führungsbohrung 55 aufweist.
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Nachfolgend wird noch näher auf Ausgestaltung und Funktionsweise des Injektors 1 eingegangen.
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Bei anliegendem Hochdruck am Injektor 1 ist der Verzögerungsraum 49 in der Schließstellung des Düsenventils 23 seitens des Hochdruckbereichs 13 mit einem (HD-)Kraftstoffvolumen befüllt. Das Verzögerungselement 47 ist mittels der Feder 51 gegen das Mitnehmerelement 53, welches als Anschlag wirkt, gedrängt.
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Im Zuge einer einsetzenden Öffnungshubbewegung der Düsennadel 17 (der Steuerraum 33 wird via das Pilotventil 9 entlastet) wird das Verzögerungselement 47 zunächst über einen anfänglichen Öffnungsteilhub TH von dem Mitnehmerelement 53 in Richtung zum düsenfernen Ende des Verzögerungsraums 49 mitgenommen. Während dieses Öffnungsteilhubs TH kann Kraftstoff über einen ersten Abströmquerschnitt mittels des mitgenommenen Verzögerungselements 47 verdrängt werden.
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Nach absolviertem Öffnungsteilhub TH wird das Verzögerungselement 47 weiter von der Düsennadel 17 bzw. dem Mitnehmer 53 mitgenommen, wobei die Verzögerungsanordnung 45 derart ausgestaltet ist, dass nach dem Öffnungsteilhub TH nurmehr ein zweiter Abströmquerschnitt, i. e. ein Bremsdrosselquerschnitt, für die Verdrängung von Kraftstoff im Zuge eines Vordringens des Verzögerungselements 47 in den Verzögerungsraum 49 zur Verfügung steht, welcher gegenüber dem ersten Abströmquerschnitt reduziert ist, so dass der hydraulische Widerstand, welchen das Verzögerungselement 47 nach dem Öffnungsteilhub TH erfährt, ansteigt.
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Die Brems(drossel)wirkung, welche das Verzögerungselement 47 nunmehr erfährt, führt (via das Mitnehmerelement 53, gegen welche das Verzögerungselement 47 gedrängt wird) zu dem beabsichtigten Abbremsen der Düsennadel 17 nach dem anfänglichen Öffnungsteilhub TH.
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Bei Ausführungsformen des Injektors 1, bei welchen das Verzögerungselement 47 eine Eintrittsmündung des Verzögerungsraums 49 (düsenseitige Mündung der Bohrung 49a) erst nach absolviertem Öffnungsteilhub versperrt, z. B. gemäß 1, kann ein erster Abströmquerschnitt zwischen der düsenseitigen Mündung der Sackbohrung 49a und dem Verzögerungselement 47 bereitgestellt sein, d. h. solange bis das Verzögerungselement 47 in die Bohrung 49a eintritt. Bei einem weiteren Vordringen des Verzögerungselements 47 im Verzögerungsraum 49, d. h. bis zum Erreichen des vorgesehenen Gesamtöffnungshubs bzw. Vollhubs GH, z. B. 5, wird Kraftstoff nunmehr (ausschließlich) über einen zweiten Abströmquerschnitt bzw. Bremsdrosselquerschnitt der Verzögerungsanordnung 45 verdrängt. Der Bremsdrosselquerschnitt kann mittels einer Drosselvorrichtung in Form eines umfangsseitigen Ringspalts zwischen Verzögerungselement 47 und Verzögerungsraum 49 bereitgestellt sein, alternativ oder zusätzlich zum Beispiel mittels einer Bremsdrosselbohrung 59 (in der Nadelhülse 31), bevorzugt am Ende des Verzögerungsraums 49, z. B. 5, hin zu welchem das Verzögerungselement 47 bei einem Vordringen bewegt wird (düsenfernes Ende).
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Bei Ausführungsformen gemäß z. B. 2 und 4, welche ein Verzögerungselement 47, bevorzugt H-förmigen oder U-förmigen Querschnitts, aufweisen, z. B. 3, welches geeignet ist, bereits in der Schließstellung und über den gesamten Öffnungshub GH einen allseits baulich begrenzten Verzögerungsraum 45 zu definieren, kann ein erster Abströmquerschnitt mittels einer oder mehreren (Radial)Bohrungen 61 am Verzögerungselement 47 gebildet sein (sowie mittels der Bremsdrosselbohrung 59), welche Bohrungen 61 nach dem Öffnungsteilhub TH versperrt werden (bevorzugt durch die umfangsseitige Führung 63 der Verzögerungsanordnung 45 für das Verzögerungselement 47, i. e. die Umfangswand der Bohrung 49a). Nach Versperren der Bohrungen 61 kann Kraftstoff lediglich über den zweiten Abströmquerschnitt bzw. Bremsdrosselquerschnitt, i. e. die Drossel 59 verdrängt werden.
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Insbesondere ein ringförmig gebildetes Mitnehmerelement 53 kann bei einem Öffnungshub TH, GH vorteilhaft als Dichtungspartner mit dem die Düsennadel 17 umfangenden Verzögerungselement 47 zusammenwirken, i. e. für eine Abdichtung zwischen Verzögerungselement 47 und Mitnehmerelement 53. Somit braucht eine hier ansonsten beachtliche Drosselwirkung für die Einstellung der beabsichtigten Verzögerung nach einem Öffnungsteilhub TH vorteilhaft nicht berücksichtigt werden, insoweit als bei dieser Ausgestaltung Kraftstoff nach einem anfänglichen Öffnungsteilhub TH über den Umfang des verzögerten Hubs VH, s. a. 5, im Wesentlichen nurmehr über die Bremsdrosselvorrichtung, z. B. die Bohrung 59, verdrängt werden kann.
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Bei einem Schließvorgang (Schließhub; Steuerraum 33 wird über das nunmehr geschlossene Pilotventil 9 und die Zulaufdrossel 41 belastet) bewegt sich die Düsennadel 17 aus der im Zuge des Öffnungshubs GH erreichten Position zurück in den Sitz 23. Das Verzögerungselement 47 bewegt sich aufgrund der Rückstellkraft der Federlast 51 ebenfalls in Richtung zur Düse 23, wobei die Rückstellbewegung hin zu dem Mitnehmerelement 53 aufgrund der losen Anordnung am Schaft 29a jedoch unabhängig von der Bewegung der Düsennadel 17 erfolgt. Die beabsichtigte schnelle Schließbewegung der Düsennadel 17 wird insoweit vom Verzögerungselement 47 nicht behindert, i. e. über den gesamte Schließhub.
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Um verdrängtes Volumen bei einem Schließhub in den Verzögerungsraum 49 rasch zurückzuführen, i. e. ausgehend vom Hochdruckbereich 13, kann eine Befüllnut 65 am Schaftabschnitt 29a vorgesehen sein, 1, welche sich vom Mitnehmer 53 in Richtung zum Ende 17c erstreckt und welche bei einem Schließhub eine Kommunikation zwischen dem Hochdruckbereich 13 und dem Verzögerungsraum 49 ermöglicht, sobald das Verzögerungselement 47 vom Mitnehmerelement 53 abhebt (bei einem Öffnungshub, i. e. mit am Mitnehmerelement 53 anliegendem Verzögerungselement 47, nach Überfahren der Öffnungsteilhubposition jedoch eine Kommunikation unterbindet (Abdichtung zwischen 47 und 53)).
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Angemerkt sei weiterhin, dass mit dem erfindungsgemäßen Injektor 1 neben hohen Anfangshubgeschwindigkeiten während des Öffnungsteilhubs vorteilhaft auch niedrigere Geschwindigkeiten eingestellt werden können. Hierzu können die ersten Abströmquerschnitte geeignet eingestellt werden. Z. B. kann für die Einstellung einer hohen anfänglichen Öffnungsgeschwindigkeit vorgesehen sein, dass sich das Verzögerungselement 47 über den anfänglichen Öffnungsteilhub TH im Wesentlichen ungebremst bewegen kann, wozu Kraftstoff vom Verzögerungselement 47 während des Öffnungsteilhubs TH weitgehend ungehindert verdrängt werden kann, z. B. Injektor 1 gemäß 1 oder 5 mit größerem ersten Abströmquerschnitt.
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Bei einem Injektor 1, insbesondere mit einer niedriger eingestellten Anfangshubgeschwindigkeit, zum Beispiel gemäß 2 oder 4, kann der erste Abströmquerschnitt kleiner gewählt sein, i. e. eine Drosselung während des Öffnungsteilhubs TH bewirken, z. B. realisiert via die Bohrungen 61.
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Durch Auswahl des bzw. mittels des während des Öffnungsteilhubs TH bereitgestellten Abströmquerschnitts bzw. ersten Abströmquerschnitts ist insoweit die Geschwindigkeit der Düsennadel 17 auch während des Öffnungsteilhubs TH vorteilhaft einfach eingestellt bzw. einstellbar (Anfangshubgeschwindigkeit).
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Abschließend sei noch angemerkt, dass – wie eingangs erwähnt – eine präzise und unaufwändige (Fein-)Einstellung des Düsennadelöffnungsverhaltens (insbesondere der Steilheit der Öffnungsrampe nach dem Öffnungsteilhub TH) weiterhin über ein oder mehrere (Einbring- bzw. Einlege-)Elemente der Verzögerungsanordnung 45 erfolgen kann, insbesondere neben einer Einstellung mittels einer jeweiligen Drosselvorrichtung 59 bzw. 61.
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Über ein solches Element, welches bevorzugt in der Bohrung 49a angeordnet ist, allgemein den Verzögerungsraum 49 mitbegrenzen kann, kann das (Tot-)Volumen des Verzögerungsraums 49 auf einfache Weise definiert werden, somit die Steifigkeit des im Verzögerungsraum 49 eingeschlossenen Volumens. Ein solches Element der Verzögerungsanordnung 45, welches Volumen verdrängt, kann z. B. ein Ring oder eine Hülse sein, z. B. angeordnet zwischen dem Verzögerungselement 47 und dem düsenfernen Ende der Bohrung 49a, insbesondere benachbart zur Wandung der Bohrung 49a angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstoffinjektor
- 3
- Hochdruckleitung
- 5
- Niederdruckleitung
- 7
- Aktuatorik
- 7a
- Anker
- 7b
- Rückstellfeder
- 7c
- Stellglied
- 9
- Pilotventil
- 9a
- Ventilglied
- 9b
- Sitz
- 11
- Gehäuse
- 13
- Hochdruckbohrung(-raum)
- 15
- Düsenkörper
- 17
- Düsennadel
- 17a
- Düsennahes Ende
- 17b
- Endabschnitt
- 17c
- Düsenfernes Ende
- 19
- Sitz
- 21
- Düsenventil
- 23
- Düse
- 25
- Ventilgehäuse
- 27
- Zwischenplatte
- 29
- Schaft
- 29a
- Schaftabschnitt
- 31
- Hülse
- 31a
- Düsenfernes Ende
- 31b
- Düsennahes Ende
- 33
- Steuerraum
- 35
- Düsenfeder
- 37
- Schulter
- 39
- Fixierelement
- 41
- Zulaufdrossel
- 43
- Ablaufdrossel
- 45
- Verzögerungsanordnung
- 47
- Verzögerungselement
- 49
- Verzögerungsraum
- 49a
- Bohrung
- 51
- Feder
- 53
- Mitnehmerelement
- 55
- Führungsbohrung
- 57
- Federlager
- 59
- Drossel
- 61
- Drossel
- 63
- Führung
- 65
- Befüllnut
