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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Hochdruck-Kraftstoff in die Brennkammer eines Verbrennungsmotors. Aus der
JP 2002 054522 A ist ein Kraftstoffinjektor mit zwei separaten Steuerkammern zur Auslösung der Bewegungen von zwei separaten Ventilkörpern bekannt.
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Die
DE 199 32 548 B4 offenbart einen Kraftstoffinjektor mit einem Injektionsventil und einem Überlaufventil, die jeweils über separate Aktuatoren betrieben werden. Wenn der Injektor mit einem positiven Strom beaufschlagt wird, wird nur eines der Ventile aktiviert, wird der Injektor hingegen mit einem negativen Strom beaufschlagt, werden beide Ventile gleichzeitig aktiviert.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstoffinjektor aufzuzeigen, der mit einem veränderlichen Injektionsratenprofil betrieben werden kann und eine verbesserte Steuerbarkeit aufweist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen in den jeweiligen eigenständigen Ansprüchen.
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Gegenstand dieser Offenbarung ist ein Kraftstoffinjektor mit einem verschieblich angeordneten Ventilkörper. Der Injektor weist (genau) einen Ventilkörper auf, der (genau) einen Ventilsitzbereich öffnen oder verschließen kann, um eine Kraftstoffinjektion auszuführen oder zu beenden. Der Ventilsitzbereich ist also zum Öffnen und Schließen einer Kraftstoffpassage zu den ein oder mehreren Injektionsöffnungen des Injektors ausgebildet. Der Ventilkörper hat ein distales Ende, das zu der mindestens einen Injektionsöffnung des Injektors weist. Er hat ferner ein demgegenüber liegendes dorsales Ende. Die Bewegung des Ventilkörpers wird durch eine Kraft bewirkt, die über eine Druckdifferenz zwischen einem am distalen Ende wirkenden Kraftstoff-Druck und einem am dorsalen Ende wirkenden Steuerdruck beeinflussbar ist. Der Steuerdruck wird durch ein Fluid in einer Steuerkammer aufgebracht. Auf den Ventilkörper wirkt ferner eine Federkraft in einer Verschlussrichtung. Ein solcher Kraftstoffinjektor ist in der Praxis bekannt und wird als Servo-Ventil-Injektor bezeichnet.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Injektor zwei separat zu öffnende oder zu schließende Entlastungspassagen auf, die beide mit der einen Steuerkammer am dorsalen Ende des einen Ventilkörpers verbunden sind. Die Steuerkammer kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Im Fall einer mehrteiligen Steuerkammer stehen alle Kammerteile in Kontakt mit demselben Ventilkörper. Durch das separate Öffnen der Entlastungspassagen kann die Druckabfallrate in der Steuerkammer beeinflusst werden, wodurch ein Öffnungsverhalten des Ventilkörpers beinflussbar ist. Wenn der Steuerdruck in der Steuerkammer schnell abfällt, bewegt sich der Ventilkörper vergleichsweise schneller in einer Öffnungsrichtung, sodass ein steiler Anstieg der Injektionsrate erreicht wird. Wenn der Steuerdruck in der Steuerkammer hingegen vergleichsweise langsam abfällt, wird eine langsamere Bewegung des Ventilkörpers in einer Öffnungsrichtung erreicht, was zu einem flacheren Anstieg der Injektionsrate führt.
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Gemäß einem weiteren eigenständigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist der Injektor zwei elektrische Aktuatoren mit jeweils zwei Versorgungsleitungen auf. Diese Versorgungsleitungen sind über eine Dioden-Schaltung mit zwei Haupt-Steckerleitungen (auch Haupt-Kontaktleitungen oder Haupt-Anschlussleitungen genannt) des Injektors verbunden und die Dioden-Schaltung leitet einen Stromfluss in den Haupt-Steckerleitungen in einer ersten Stromrichtung (plus) nur zu dem ersten Aktuator. Sie leitet einen Stromfluss in der entgegengesetzten Stromrichtung (minus) nur zu dem zweiten Aktuator. In beiden Varianten ist der Stromfluss zu dem jeweils anderen Aktuator gesperrt. Durch einen solchen Injektor mit einer solchen Dioden-Schaltung wird ein besonders einfaches Wechseln zwischen zwei Haupt-Betriebszuständen geschaffen. An einem Steckerkontakt (Steck-Kontakt/Stecker-Anschluss) des Injektors müssen nur zwei Haupt-Steckerleitungen zugeführt werden. Hierdurch kann der Stecker des Injektors besonders klein bauen, was Vorteile für die Montage des Injektors bringt.
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Ein passendes Steuergerät für einen solchen Injektor kann ebenfalls mit einfachen Mitteln adaptiert werden, um das Ansteuern der zwei Betriebszustände des Injektors zu ermöglichen. Hierfür kann beispielsweise ein Spannungsinverter in der Treiberschaltung hinzugefügt werden.
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Gemäß einem weiteren eigenständigen Aspekt der Offenbarung kann die Steuerkammer des Injektors in zwei oder mehr Kammerteile unterteilt sein, deren jeweilige Steuerdrücke auf denselben Ventilkörper einwirken. Jeder Kammerteil ist mit einer separaten Entlastungspassage verbunden. Durch die Unterteilung der Steuerkammer in mehrere Kammerteile können die jeweiligen Steuerdrücke mit separat wählbaren Wirkflächen auf das dorsale Ende des Ventilkörpers einwirken. Durch die Wahl des Flächenverhältnisses wird eine weitere Beeinflussbarkeit für die Erzeugung der den Ventilkörper bewegenden Kraft geschaffen.
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Das Öffnen und Schließen der Entlastungspassagen kann durch hydraulische Schaltmittel erfolgen, die über die Aktuatoren betrieben werden. Es können separate (Ein-Wege-)Schaltmittel vorgesehen sein, wobei jeder Entlastungspassage ein separates hydraulisches Schaltmittel zugewiesen ist. Alternativ kann ein hydraulisches Mehrwege-Schaltmittel vorgesehen sein, das mehrere Schaltpositionen aufweist und dazu ausgebildet ist, mehrere Entlastungspassagen, insbesondere genau zwei Entlastungspassagen, selektiv oder kombiniert zu öffnen bzw. zu schließen.
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Die vorgenannten Aspekte können jeweils in Alleinstellung oder in Kombination zur Lösung der Aufgabe genutzt werden.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen des offenbarungsgemäßen Kraftstoffinjektors angeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1A: ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors im Querschnitt mit einer einteiligen Steuerkammer und einer darin angeordneten ersten Variante einer Steuerplatte sowie mit einer Dioden-Schaltung;
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1B: Eine Detailansicht einer zweiten Variante einer Steuerplatte;
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2: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors im Querschnitt;
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3: zwei unterschiedliche Injektionsratenprofile bei einer Aktuierung gemäß dem ersten oder dem zweiten Betriebszustand des Injektors;
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4: verschiedene Diagramme zur Verdeutlichung von möglichen Unterschieden zwischen zwei Betriebszuständen des Aktuators;
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5A bis 5C: Vergleichsdarstellungen zur Erläuterung einer hydraulischen Erzeugung der Bewegung des Ventilkörpers;
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6: Ein drittes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors mit einem hydraulischen Mehrwege-Schaltmittel;
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7: Diagramme zur Verdeutlichung des Betriebs des Kraftstoffinjektors aus 6;
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8: Ein Diagramm in Analogie zu 5A bis 5C zur Verdeutlichung der Bewegung des Ventilkörpers bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6.
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff der eigenständigen Ansprüche. Ein solcher Kraftstoffinjektor (100) ist beispielhaft in den 1A, 1B und 2 in einem ersten und einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, auf das weiter unten eingegangen wird.
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Der Kraftstoffinjektor (100) gemäß 1A, 1B und 2 weist einen Korpus (132) auf, in oder an dem die weiteren Bestandteile des Injektors angeordnet sind. Der konstruktive Aufbau des Korpus (132) kann im Übrigen beliebig gewählt werden.
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Der Kraftstoffinjektor wird bevorzugt in einem Kraftstoffversorgungssystem eines Verbrennungsmotors eingesetzt. In einem solchen Versorgungssystem wird bevorzugt Kraftstoff in einem Tank (nicht dargestellt) gespeichert und über ein oder mehrere Pumpen, beispielsweise eine Niederdruck-Pumpe und eine Hochdruck-Pumpe (beide nicht dargestellt) zu einem Akkumulator gefördert und dort zwischengespeichert. Ein solcher Akkumulator kann bevorzugt eine Common-Rail (nicht dargestellt) sein. Von dem Akkumulator werden ein oder mehrere Kraftstoffinjektoren (100) gemäß der vorliegenden Offenbarung mit Hochdruck-Kraftstoff versorgt. Ein Hochdruck-Niveau gemäß der vorliegenden Offenbarung meint einen Betriebsdruck für die Kraftstoffeinspritzung mit einem Maximaldruck bis zu 2000 bar oder 3000 bar.
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Der Versorgungsdruck (P_H) liegt an einem Eingang des Kraftstoffinjektors (100) an. Der aus dem Akkumulator zugeführte Hochdruck-Kraftstoff wird innerhalb des Kraftstoffinjektors (100) über eine Hochdruck-Kraftstoffpassage (108) zu einem distalen Ende (Einspritzende) des Injektors (100) geführt.
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Der Ventilkörper (102) ist dazu ausgebildet, einen Kraftstofffluss von der Hochdruck-Passage (108) zu einer oder mehreren Injektionsöffnungen (120) freizugeben oder zu unterbrechen. Hierzu kann der Ventilkörper (102) mit einem Ventilsitzbereich (122) zusammenwirken. Wenn der Ventilkörper (102) an dem Ventilsitzbereich (122) dichtend anliegt, wird der Kraftstofffluss unterbrochen. Wenn der Ventilkörper (102) von dem Ventilsitzbereich (122) abgehoben wird, wird ein Kraftstofffluss ermöglicht. Zwischen dem Ventilkörper (102) und dem Ventilsitzbereich (122) wird in Abhängigkeit von der Hubhöhe des Ventilkörpers (102) (ein Drosseleffekt erzeugt. Von diesem Drosseleffekt hängt die Ausbildung einer Injektionsrate (q) ab. Die Drosselung kann zwischen einem vollständigen Verschließen (Drosselung = unendlich groß) und einem vollständigen Freigeben (Drosselung = Null) über der Zeit variieren. Die Variation der Drosselung hängt von der momentanen Hubhöhe des Ventilkörpers ab. Die momentane Hubhöhe des Ventilkörpers resultiert aus dessen Bewegung und die Bewegung des Ventilkörpers (102) wird über den Steuerdruck (P_C) bzw. die Steuerdrücke (P_C1, P_C2) in der ein- oder mehrteiligen Steuerkammer (110, 111a, 111b) gesteuert.
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Wenn die Drosselung des Kraftstoffflusses nur allmählich zurückgeht, weil sich der Ventilkörper (102) verhältnismäßig langsam in einer Öffnungsrichtung bewegt, bildet sich der Kraftstofffluss von der Hochdruck-Passage (108) zu den ein oder mehreren Injektionsöffnungen (122) nur verhältnismäßig langsam aus und es wird ein flacher Anstieg des Injektionsratenverlaufs (q) erzeugt. Ein solcher Verlauf ist in dem linken Diagramm von 3 dargestellt. Wenn der Ventilkörper (102) hingegen verhältnismäßig schnell angehoben wird, geht die Drosselung des Kraftstoffflusses schnell zurück und es entsteht ein steiler Anstieg des Injektionsratenverlaufs (q), wie beispielsweise im rechten Diagramm von 3 dargestellt.
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Der Ventilkörper (102) weist ein distales Ende (104) auf, an dem der Ventilkörper (102) mit dem Ventilsitzbereich (122) zusammenwirken kann. Das gegenüberliegende dorsale Ende (106) steht mit einer Steuerkammer (110) in Kontakt. Der Ventilkörper (102) wird bevorzugt durch eine Feder mit einer elastischen Kraft in einer Schließrichtung beaufschlagt, d. h. mit einer Kraftrichtung zum distalen Ende hin. Ob und mit welcher Geschwindigkeit sich der Ventilkörper (102) in der Schließrichtung (d. h. zum distalen Ende hin) oder in der Öffnungsrichtung (d. h. zum dorsalen Ende (106) hin) bewegt, hängt maßgeblich von den Kräften ab, die durch den Steuerdruck (P_C) in der Steuerkammer (110) und einen Kraftsoff-Druck (P_H) am Ventilsitzbereich (122) bzw. am distalen Ende (104) auf den Ventilkörper (102) ausgewirkt werden.
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Für die in Öffnungsrichtung und in Schließrichtung wirkenden Kräfte sind die jeweiligen Drücke am distalen Ende (104) und am dorsalen Ende (106) sowie die distale Wirkfläche (A_dis) und die dorsale Wirkfläche (A_dor) maßgeblich.
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Der in 1A und 1B dargestellte Kraftstoffinjektor (100) weist eine einteilige (ungeteilte) Steuerkammer (110) am dorsalen Ende (106) des Ventilkörpers (102) auf. Die Steuerkammer (110) kann über eine Nachfüll-Passage (114) mit Hochdruck Kraftstoff gefüllt werden. Die Nachfüll-Passage (114) verbindet hierbei die Steuerkammer (110) mit der Hochdruck-Kraftstoffpassage (108). In der Nachfüll-Passage (114) kann ein Drosselelement (Nachfüll-Drossel 144, in 1A nicht dargestellt) angeordnet sein, das ein Nachfließen von Kraftstoff in die Steuerkammer (110) beschränkt. Von der Steuerkammer (110) führen zwei Entlastungspassagen (116a, 116b) über zwei hydraulische Schaltmittel (119a, 119b) zu einer Niederdruck-Passage (148). Die hydraulischen Schaltmittel (119a, 119b) sind hier jeweils als Ein-Wege-Ventile ausgebildet und werden über je einen separaten Aktuator (118a, 118b) betätigt.
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Über die Entlastungspassagen (116a, 116b) kann Kraftstoff aus der Steuerkammer (110) entweichen. Die Entlastungspassagen (116a, 116b) können gemäß den Ausführungsbeispielen der 1A, 1B und 2 jeweils durch einen separaten Aktuator (118a, 118b) geöffnet oder verschlossen werden, d.h. bei Aktivierung des ersten Aktuators (118a) wird ausschließlich die erste Entlastungspassage (116a) freigegeben und bei Aktivierung des zweiten Aktuators wird ausschließlich die zweite Entlastungspassage (116b) freigegeben. Wenn einer der Aktuatoren (118a, 118b) aktiviert wird, um die entsprechende Entlastungspassage (116a, 116b) zu öffnen, kann der Kraftstoff aus der Entlastungspassage (116a, 116b) zur Niederdruck-Passage (148) hin fließen. Die Niederdruck-Passage (148) ist bevorzugt über ein Rückführrohr mit dem Kraftstofftank verbunden.
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Die Entlastungspassagen (116a, 116b) weisen bevorzugt unterschiedliche Drosselwirkungen auf. Hierdurch wird erreicht, dass beim Öffnen der einen Entlastungspassage (116a) der Kraftstoff aus der Steuerkammer (110) mit einer anderen Geschwindigkeit entweichen kann, als wenn die andere Entlastungspassage (116b) geöffnet wird. Die Drosselwirkungen können auf unterschiedliche Weise erzeugt werden.
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Bei dem in 1A gezeigten Beispiel hat die Entlastungspassage (116a) eine größere Länge und einen geringeren Querschnitt als die Entlastungspassage (116b). Durch eine solche konstruktive Gestaltung der Passagenform hat die erste Entlastungspassage (116a) eine höhere Drosselwirkung, sodass ein Abfall des Steuerdrucks (P_C) in der Steuerkammer (110) beim Öffnen der ersten Entlastungspassage (116a) langsamer erfolgt, als wenn die zweite Entlastungspassage (116b) geöffnet wird. Alternativ kann die Anordnung und Ausbildung der Entlastungspassagen anders gewählt werden.
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Eine einstellbare Drosselwirkung kann durch das konstruktive Vorsehen von Entlastungsdrosseln geschaffen werden. Solche Entlastungsdrosseln können als separate konstruktive Elemente (in 1A nicht dargestellt) in einer Entlastungspassage (116a, 116b) angeordnet sein. Alternativ können eine oder mehrere Entlastungsdrosseln in eine Steuerplatte (112) integriert sein. In 1A ist eine Steuerplatte (112) mit zwei Durchgangsöffnungen (117a, 117b) dargestellt. Die erste Durchgangsöffnung (117a) bildet eine Entlastungsdrossel (146a) für die erste Entlastungspassage und die zweite Durchgangsöffnung (117b) bildet eine Entlastungsdrossel für die zweite Entlastungspassage (116b). Bevorzugt ist die Steuerplatte (112) so ausgebildet, dass jede Durchgangsöffnung (117a, 117b) in Strömungsrichtung vor der korrespondierenden Einflussöffnung der jeweiligen Entlastungspassage (116a, 116b) angeordnet ist.
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1B zeigt eine alternative Ausbildung einer Steuerplatte (112). Diese weist nur eine (großflächige) Durchgangsöffnung (117) auf, welche eine einheitliche geringe Drosselwirkung hervorruft. Stattdessen sind in den Entlastungspassagen (116a, 116b) separate Entlastungsdrosseln (146a, 146b) durch konstruktive Maßnahmen gebildet.
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In der Steuerkammer (110) gemäß 1A und 1B ist genau eine Steuerplatte (112) angeordnet. Die Steuerplatte (112) dient dazu, ein Rückfließen von Kraftstoff aus der Steuerkammer (110) in die Nachfüll-Passage (114) bzw. von der Nachfüll-Passage (114) in die Steuerkammer (110) zu unterbinden. Die Steuerplatte (112) wird bevorzugt über eine Feder oder ein anderes elastisches Element auf eine Öffnung der Nachfüll-Passage (114) aufgedrückt, um diese zu verschließen. Die Steuerplatte (112) ist beispielsweise eine ringförmige Scheibe, die eine korrespondierende ringförmige Zuflussöffnung der Nachfüll-Passage (114) dichtend überdecken kann. Wenn der Differenzdruck zwischen der Steuerkammer (110) und dem Zuflussbereich zu den Entlastungspassagen (116a und/oder 116b) zu gering wird (unter einen Grenzdruck abfällt), wird die Steuerplatte (112) infolge des höheren in der Nachfüll-Passage (114) vorliegenden Drucks angehoben, sodass Kraftstoff aus der Nachfüll-Passage (114) in die Steuerkammer (110) nachfließen kann. Wenn der Differenzdruck zwischen der Hochdruckpassage (108) bzw. der Nachfüllpassage (114) und der Steuerkammer (110) bzw. dem Zuflussbereich zu den Entlastungspassagen (116a und/oder 116b) gegenüber der Federkraft zu gering wird (unter einen Grenzdruck abfällt), verschließt die Steuerplatte (112) die Öffnung der Nachfüll-Passage (114), sodass das Nachfließen von Kraftstoff verhindert oder beendet wird.
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Solange mindestens eine Entlastungspassage (116a, 116b) geöffnet ist, fließt Kraftstoff aus der Steuerkammer (110) zu der Niederdruckpassage (148) hin ab, sodass der Steuerdruck (P_C) in der Steuerkammer (110) abfällt und der Ventilkörper (102) in der Öffnungsrichtung bewegt wird. Durch den Abfall des Steuerdrucks (P_C) in der Steuerkammer (110) verringert sich eine Abstützkraft am dorsalen Ende (106) des Ventilkörpers (102). Am distalen Ende (104) liegt hingegen ein durch den Hochdruck-Kraftstoff ausgewirkter Druck (P_H) bzw. eine daraus resultierende Kraft in Öffnungsrichtung an, die im Wesentlichen gleich bleibt. Der am distalen Ende (104) wirkende Druck entspricht im Wesentlichen dem Versorgungsdruck (P_H) und somit dem Common-Rail-Druck bzw. dem Einspritzdruck. Im Vergleich zu dem Abfall des Steuerdrucks (P_C) in der Steuerkammer bleibt der Versorgungsdruck (P_H) während einer Bewegung des Ventilkörpers (102) im Wesentlichen konstant, sodass durch die Druckdifferenz zwischen dem distalen Ende (104) und dem dorsalen Ende (106) eine Kraft in Öffnungsrichtung bewirkt wird, die ein Abheben des Ventilkörpers (102) vom Ventilsitz (122) hervorruft.
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Wenn beide Entlastungspassagen (116a, 116b) verschlossen sind, kann kein Kraftstoff mehr aus der Steuerkammer (110) entweichen, sodass infolge eines Nachfließens von Kraftstoff über die Nachfüll-Passage (114) der Steuerdruck (P_C) in der Steuerkammer (110) (wieder) ansteigt. Durch den Anstieg des Steuerdrucks (P_C) in der Steuerkammer (110) wird eine am dorsalen Ende (106) des Ventilkörpers (102) wirkende Abstützkraft (wieder) aufgebaut, die eine Bewegung des Ventilkörpers (102) in der Verschlussrichtung, d. h. zum Ventilsitz (122) hin bewirkt.
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Der in 1A u. 1B dargestellte Kraftstoffinjektor (100) weist zwei Entlastungspassagen (116a, 116b) auf, denen jeweils genau ein Aktuator (118a, 118b) zugeordnet ist. Der Kraftstoffinjektor (100) hat zwei Betriebszustände zur Auslösung einer Kraftstoffinjektion. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass in einem ersten Betriebszustand des Kraftstoffinjektors (100) nur der erste Aktuator (118a) aktiviert wird, um die erste Entlastungspassage (116a) zu öffnen, während in einem zweiten Betriebszustand nur der zweite Aktuator (118b) aktiviert wird, um die zweite Entlastungspassage (116b) zu öffnen. In einem solchen Fall kann eine besonders einfache Ansteuerung des Kraftstoffinjektors (100) mit genau zwei Aktivierungszuständen erreicht werden.
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Die Aktuatoren (118a, 118b) können beliebig ausgebildet sein. Sie sind bevorzugt als elektrische Aktuatoren, insbesondre als Schaltventile mit einer Magnetspule (Magnetventil) ausgebildet. Solche Magnetventile sind jeweils in 1A dargestellt. Ein Magnetventil weist eine Magnetspule auf, die einen Anker anziehen kann, der mit einem Ventilelement verbunden ist. Das Ventilelement wird über eine Feder auf eine hintere (dorsalseitige) Öffnung einer Entlastungspassage (116a, 116b) aufgedrückt, um diese zu verschließen. Das Ventilelement bildet zusammen mit der hinteren (dorsalseitigen) Öffnung einer Entlastungspassage ein hydraulisches Schaltmittel (119a, 119b) Wenn die Magnetspule bestromt wird, zieht sie den Anker entgegen der Federkraft an, sodass das Ventilelement von der Öffnung abgehoben wird und die entsprechende Entlastungspassage (116a, 116b) geöffnet wird. Mit anderen Worten wird durch das Aktivieren eines Aktuators (118a, 118b) ein hydraulisches Schaltmittel (119a, 119b) geöffnet. Wenn die Aktivierung des Aktuators (118a, 118b) beendet wird, wird das hydraulische Schaltmittel (119a, 119b) wieder verschlossen.
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Der erste Aktuator (118a) gemäß 1 weist eine erste und eine zweite Versorgungsleitung (138a, 138b) auf. Ebenso weist der zweite Aktuator (118b) zwei Versorgungsleitungen auf, die hier als dritte und vierte Versorgungsleitung (140a, 140b) bezeichnet sind. Die Versorgungsleitungen (138a, 138b, 140a, 140b) der zwei Aktuatoren (118a, 118b) sind bevorzugt über eine Dioden-Schaltung (126) mit zwei Haupt-Steckerleitungen (134, 136) des Kraftstoffinjektors (100) verbunden. Die Dioden-Schaltung (126) kann beliebig aufgebaut sein. Sie beinhaltet bevorzugt eine erste Eingangsdiode (128) und eine zweite Eingangsdiode (130). Die beiden Dioden (128, 130) sind bevorzugt jeweils mit der ersten und dritten Versorgungsleitung, d. h. mit jeweils einer zuführenden Versorgungsleitung (138a, 140a) der beiden Aktuatoren (118a, 118b) verbunden. Die Dioden (128, 130) sind dabei gegensinnig geschaltet, sodass ein Stromfluss in einer ersten Stromrichtung (plus) in der ersten Haupt-Steckerleitung (134) nur durch die erste Versorgungsleitung (138a) zu dem ersten Aktuator (118a) geleitet wird, während die zweite Diode (130) sperrt und den Strom nicht zu der dritten Versorgungsleitung (140a) durchlässt und somit auch nicht zu dem zweiten Aktuator (118b). Bei einem Stromfluss in einer entgegengesetzten Stromrichtung (minus) in der Haupt-Steckerleitung (134) wird hingegen die zweite Diode (130) durchlässig, sodass der Strom zu dem zweiten Aktuator (118b) geleitet wird, während die erste Diode (128) sperrt. Eine Energiequelle (142) (beispielsweise Treiberschaltung in einer elektronischen Steuereinheit) ist bevorzugt dazu ausgebildet, einen Treiberstrom aufzubringen, der entweder in einer ersten Stromrichtung (Plus) oder einer zweiten entgegen gerichteten Stromrichtung (Minus) fließen kann, um entweder den ersten oder den zweiten Aktuator (118a, 118b) zu betreiben.
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2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors (100). Dieser weist eine mehrteilige Steuerkammer (110) auf, die in dem dargestellten Beispiel in zwei Kammerteile (111a, 111b) unterteilt ist. Beide Kammerteile (111a, 111b) stehen mit dem dorsalen Ende (106) des Ventilkörpers (102) in Kontakt. In jedem der Steuerkammerteile (111a, 111b) ist bevorzugt eine jeweilige Steuerplatte (113a, 113b) angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der erste Steuerkammerteil (111a) eine Ringform auf und ist konzentrisch über einer Mittelachse des Ventilkörpers (102) angeordnet. Sie wird im Weiteren als äußere Steuerkammer (111a) bezeichnet. Der zweite Steuerkammerteil (111b) hat eine zylindrische Form und wird im Weiteren als innere Steuerkammer (111b) bezeichnet. Ein erster Trennkörper (115a) separiert die äußere Steuerkammer (111a) von umliegenden Teilen, insbesondere von der Hochdruck-Kraftstoffpassage (108). Zwischen der inneren und der äußeren Steuerkammer (111a, 111b) ist ein zweiter Trennkörper (115b) angeordnet, der die Kammerteile (111a, 111b) untereinander sowie ggfs. von der Hochdruck-Kraftstoffpassage (108) separiert.
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Der Kraftstoffinjektor (100) gemäß 2 weist ebenfalls zwei Entlastungspassagen (116a, 116b) auf. Die erste Entlastungspassage (116a) ist mit der äußeren Steuerkammer (111a) verbunden. Die äußere Steuerkammer (111a) kann über einen eigenen Teil der Nachfüll-Passage (114) mit Hochdruckkraftstoff versorgt werden. In der äußeren Steuerkammer (111a) ist eine äußere Steuerplatte (113a) angeordnet, die die Öffnung des jeweiligen Teils der Nachfüll-Passage (114) dichtend überdecken kann.
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Die innere Steuerkammer (111b) ist mit der zweiten Entlastungspassage (116b) verbunden und weist ebenfalls eine (innere) Steuerplatte (113b) auf, die eine jeweilige Zuflussöffnung eines entsprechenden Teils der Nachfüll-Passage (114) überdecken kann.
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Die Entlastungspassagen (116a, 116b), hydraulischen Schaltmittel (119a, 119b) sowie die Aktuatoren (118a, 118b) in 2 können gemäß den zu 1A und 1B genannten Varianten ausgebildet sein.
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In den 5A bis 5C sind die hydraulischen Beziehungen an dem Ventilkörper (102) verdeutlicht. 5A zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Ventilkörper (102), der mit einer einteiligen Steuerkammer (110) an seinem dorsalen Ende (106) in Verbindung steht. Diese Steuerkammer (110) weist eine einzelne Entlastungspassage (116) auf, die über einen einzelnen Aktuator (118) freigegeben werden kann. Eine dorsale Wirkfläche (A_dor) dieses Ventilkörpers (102) ist im oberen Bereich der 5A dargestellt und eine distale Wirkfläche (A_dis) im unteren Bereich.
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Im Vergleich hierzu zeigt 5B einen Kraftstoffinjektor (100) mit einem Ventilkörper (102) in Analogie zu der Ausführungsform aus 1A/1B und 5C zeigt einen Kraftstoffinjektor (100) in Analogie zu der Ausführungsform aus 2.
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In den 5A bis 5C sind hydraulische Schaltmittel (119, 119a, 119b) dargestellt, wobei hier die konstruktive Ausbildung dieser Schaltmittel beliebig sein kann. Die 5A bis 5C verdeutlichen vielmehr die Druckverhältnisse und Schalt-Operationen, die eine Bewegung des Ventilkörpers (102) hervorrufen. Die durch das erste Schaltmittel (119a) gemäß 5B hervorgerufene Funktion wird in 1A bspw. durch das Zusammenwirken des ersten Aktuators (118a) mit der Steuerplatte (112) erreicht, während die Funktion des zweiten Schaltmittels (119b) durch ein Zusammenwirken des zweiten Aktuators (118b) mit der Steuerplatte (112) erreicht wird. Im Folgenden wird die hydraulische Funktion unabhängig von der konstruktiven Umsetzung beschrieben.
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Bei dem Kraftstoffinjektor (100) gemäß 5B wird eine Beeinflussbarkeit des Öffnungsbehaltens des Ventilkörpers (102) durch die unterschiedlichen Drosselwirkungen der beiden Entlastungspassagen (116a, 116b) erreicht. Die erste Entlastungspassage (116a) weist eine erste Entlastungsdrossel (146a) auf und wird über einen ersten Aktuator (118a) geöffnet und geschlossen. Die zweite Entlastungspassage (116b) weist eine zweite Entlastungsdrossel (146b) auf und wird über einen zweiten Aktuator (118b) geöffnet und geschlossen. Die Steuerkammer (110) wird von einer (Druck-)Quelle mit Hochdruck (H) versorgt und zwar über die Nachfüll-Passage (114), in der eine Nachfüll-Drossel (144) angeordnet ist. Die Steuerkammer (110) wird andererseits zu einer Niederdrucksenke (L) hin entleert. Das hydraulische Schaltmittel (119a) kann die Steuerkammer (110) hydraulisch mit dem Quelle (H) oder mit einer (Druck-)Senke (L) verbinden und bewirkt, dass sich der Druck (P_C) in der Steuerkammer (110) gemäß der Drosselwirkung der ersten Entlastungsdrossel (146a) verringert oder gemäß der Drosselwirkung der Nachfüll-Drossel (144) erhöht. Das hydraulische Schaltmittel (119b) kann ebenfalls die Steuerkammer (110) mit der Quelle (H) oder mit der Senke (L) verbinden, und einen der zweiten Entlastungsdrossel (146b) entsprechenden Druckabfall bzw. einen der Nachfüll-Drossel (114) entsprechenden Druckanstieg bewirken.
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Wenn die am distalen Ende (104) des Ventilkörpers (102) angreifende Kraft in Öffnungsrichtung größer ist als die am dorsalen Ende (106) angreifenden Kräfte in Schließrichtung, wird der Ventilkörper (102) vom Ventilsitzbereich (122) angehoben, sodass Kraftstoff um den Ventilkörper (102) herum und ggf. über ein Sackloch (124) zu den Injektionsöffnungen (120) strömen kann. Wenn der Druck (P_C) in der Steuerkammer (110) verhältnismäßig langsam abfällt, weil beispielsweise die erste Entlastungspassage (116a) geöffnet wird, während die zweite Entlastungspassage (116b) geschlossen ist, wird eine flach ansteigende Kraftstoffinjektionsrate (q) gemäß dem linken Diagramm von 3 erreicht. Wenn hingegen der Steuerdruck (P_C) in der Steuerkammer (110) verhältnismäßig schnell abfällt, beispielsweise weil nur die zweite Entlastungspassage (116b) geöffnet wird, führt dies zu einer schnellen Bewegung des Ventilkörpers (102) und somit zu einem steilen Anstieg der Kraftstoffinjektionsrate (q), gemäß dem rechten Diagramm von 3.
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Die in 5C dargestellte Unterteilung der Steuerkammer (110) in einen ersten Steuerkammerteil (111a) und einen zweiten Steuerkammerteil (111b) bringt eine zusätzliche Möglichkeit zur Beeinflussung des Bewegungsverhaltens des Ventilkörpers (102). Der ersten Steuerkammer (111a) ist eine erste dorsale Wirkfläche (A_d1) zugeordnet und dem zweiten Steuerkammerteil (111b) ist eine zweite dorsale Wirkfläche (A_d2) zugeordnet.
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Durch die Unterteilung der Steuerkammer in zwei oder mehr Kammerteile (111a, 111b) wird neben der Möglichkeit zum schnelleren oder langsameren Abbau eines Steuerdrucks (P_C1, P_C2) in den Kammerteilen (111a, 111b) gemäß den Drosselwirkungen der Entlastungsdrosseln (146a, 146b) die Größe der jeweiligen dorsalen Wirkfläche (A_d1, A_d2) als Beeinflussungsfaktor genutzt.
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Wenn bei der Ausführung gemäß 2 bzw. 5C durch das erste hydraulische Schaltmittel (119a) die erste Entlastungspassage (116a) geöffnet wird, fällt der Steuerdruck (P_C1) im ersten Kammerteil (111a) entsprechend der Drosselwirkung der ersten Entlastungsdrossel (146a) ab. Hierdurch wird ein Teil der in Schließrichtung des Ventilkörpers (102) wirkenden Kraft reduziert, wodurch eine Bewegung des Ventilkörpers (102) ausgelöst wird. Durch die Bewegung des Ventilkörpers (102) kann der in dem zweiten Steuerkammerteil (111b) eingeschlossene Kraftstoff weiter komprimiert werden, was zu einem relativen Anstieg des Steuerdrucks (P_C2) im zweiten Steuerkammerteil (111b) führen kann. Damit der Anstieg des Steuerdrucks (P_C2) im zweiten Steuerkammerteil keine beschränkende Wirkung entfaltet, ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Steuerkammerteil (111b) mit einem Entlastungsventil verbunden ist, das bei Überschreiten eines Grenzdrucks bzw. eines Grenz-Differenzdrucks öffnet, um überschüssigen Kraftstoff aus dem zweiten Steuerkammerteil (111b) abzulassen. Dasselbe gilt umgekehrt für den Fall, dass der Druck (P_C2) im zweiten Steuerkammerteil (111b) durch Öffnen der zweiten Entlastungspassage (116b) reduziert wird, wobei der Druck (P_C1) im ersten Kammerteil (111a) ansteigen kann. Demzufolge ist bevorzugt auch der erste Kammerteil (111a) mit einem Entlastungsventil verbunden. Die Entlastungsventile können beliebig ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Entlastungsventil zum Ablassen von überschüssigem Kraftstoff aus der ersten (äußeren) Steuerkammer (111a) durch den ersten Trennkörper (115a) gebildet, der die äußere Steuerkammer (111a) von der Hochdruck-Passage (108) trennt. Zur Erläuterung wird auf 2 Bezug genommen. Wenn der Steuerdruck (P_C1) in der äußeren Steuerkammer (111a) infolge einer Bewegung des Ventilkörpers (102) ansteigt, entsteht eine Druckdifferenz zwischen der äußeren Steuerkammer (111a) und der Hochdruckpassage (108). Der Steuerdruck (P_C2) in der inneren Steuerkammer (111b) ist infolge der Öffnung der zweiten Entlastungspassage (116b) geringer als der Steuerdruck (P_C1) in der äußeren Steuerkammer (111a). Der erste Trennkörper (115a) kann bevorzugt als federnd gelagerter Ventilzylinder ausgebildet sein, der bei einem Druckgefälle nach außen hin öffnet, d. h. bei einem höheren Druck in der äußeren Steuerkammer (111a) als in der Hochdruck-Passage (108). Hierdurch kann überschüssiger Kraftstoff aus der äußeren Steuerkammer (111a) zur Hochdruck-Passage (108) hin abgelassen werden.
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Ein Entlastungsventil für die innere Steuerkammer (111b) kann bevorzugt durch eine bewegliche Lagerung des zweiten Trennkörpers (115b) erreicht werden, der zwischen der äußeren und der inneren Steuerkammer (111a, 111b) angeordnet ist. Der zweite Trennkörper (115b) kann entsprechend ebenfalls als verschieblich gelagerter Ringkörper ausgebildet sein. Der Trennkörper öffnet bei einem Druckgefälle zwischen der inneren Steuerkammer (111b) und der Hochdruck-Kraftstoffpassage (108). Wenn der Steuerdruck (P_C1) in der äußeren Steuerkammer (111a) abfällt, beispielsweise weil die erste Entlastungspassage (116a) geöffnet wird, kann somit der überschüssige Kraftstoff aus der inneren Steuerkammer (111b) über das Entlastungsventil entweichen, das durch den zweiten Trennkörper (115b) gebildet ist.
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4 zeigt Vergleichsdiagramme, mit denen die Unterschiede zwischen den zwei Betriebszuständen des Kraftstoffinjektors (100) gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2 bzw. 5C nachvollzogen werden können.
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In der linken Hälfte von 4 sind Änderungen infolge der Öffnung der ersten Entlastungspassage (116a) mittels des ersten Aktuators (118a) aufgezeigt. In der rechten Hälfte von 4 sind entsprechende Diagramme für eine Öffnung der zweiten Entlastungspassage (116b) mittels des zweiten Aktuators (118b) dargestellt.
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Das oberste Diagramm von 4 zeigt den Verlauf eines Stromflusses bzw. einer Erregungsspannung, der über die Haupt-Steckerleitungen (134, 136) an dem Injektor (100) angelegt wird. In den mittleren Diagrammen sind Verläufe der Steuerdrücke (P_C1, P_C2) in der inneren Steuerkammer (111a) und der äußeren Steuerkammer (111b) dargestellt. Die unteren Diagramme zeigen Schaltzustände (S_1, S_2) der Entlastungsventile, die durch den ersten Trennkörper (115a) und den zweiten Trennkörper (115b) oder in sonstiger Weise gebildet sind.
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Wenn in den Haupt-Steckerleitungen (134) ein Stromfluss in einer ersten Stromrichtung erfolgt, bzw. ein Potenzial in einer ersten Richtung angelegt wird (positiv), wird nur der erste Aktuator (118a) betrieben, sodass die erste Entlastungspassage (116a) geöffnet wird. Hierdurch fällt der Steuerdruck (P_C1) in der äußeren Steuerkammer (111a) gemäß der Drosselwirkung der ersten Entlastungsdrossel (146a) ab. Der Ventilkörper (102) bewegt sich, sodass der Druck (P_C2) in der inneren Steuerkammer (111b) ansteigt. Sobald die Druckdifferenz zwischen dem Steuerdruck (P_C2) und dem Versorgungsdruck (P_H) einen Schwellenwert überschritten hat, ändert sich der Schaltzustand (S_2) des Entlastungsventils für die innere Steuerkammer (111b) von geschlossen zu offen, sodass der überschüssige Kraftstoff entweichen kann.
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Wenn ein Stromfluss bzw. ein Potenzial in der Gegenrichtung (negativ) erzeugt wird, wird nur der zweite Aktuator (118b) betätigt, der die zweite Entlastungspassage (116b) öffnet. Hierdurch fällt der Steuerdruck (P_C2) in der inneren Steuerkammer (111b) ab und es wird eine Bewegung des Ventilkörpers (102) erzeugt, die einen Anstieg des Drucks (P_C1) in der äußeren Steuerkammer (111a) bewirkt. Wenn die durch die Druckänderungen hervorgerufene Druckdifferenz einen Schwellenwert überschreitet, ändert sich der Schaltzustand (S_1) des ersten Entlastungsventils, sodass überschüssiger Kraftstoff aus der äußeren Steuerkammer (111a) entweichen kann.
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6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors (100) mit zwei Entlastungspassagen (116a, 116b). Dieser verfügt in dem dargestellten Beispiel über eine einteilige Steuerkammer (110), in der eine Steuerplatte (112) mit einer einzelnen Durchgangsöffnung (117) angeordnet ist. Alternativ kann der Injektor (100) eine mehrteilige Steuerkammer (100,111a, 111b) oder eine Steuerplatte (112) mit zwei oder mehr Durchgangsöffnungen (117a, 117b) aufweisen, wie bereits oben zu 1A, 1B und 2 beschrieben.
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Der Kraftstoffinjektor (100) gemäß 6 ist dazu ausgebildet, das Öffnen und Schließen der Entlastungspassagen (116a, 116b) über ein integriertes Schaltmittel zu bewirken. Er weist hierzu ein hydraulisches Mehrwege-Schaltmittel (119c) auf, das im vorliegenden Beispiel durch ein Drei-Wege-Ventil (150) mit einem dorsalen Ventilbereich und einem distalen Ventilbereich gebildet ist. Das Drei-Wege-Ventil (150) ist in einer Ventilkammer (152) angeordnet, die in Strömungsrichtung zwischen den Entlastungspassagen (116a, 116b) und der Niederdruck-Passage (148) angeordnet ist. Beide Entlastungspassagen (116a, 116b) münden in die Ventilkammer (152). Mit anderen Worten sind beide Entlastungspassagen (116a, 116b) mit demselben hydraulischen Mehrwege-Schaltmittel (119c) verbunden.
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Am dorsalen Ende der Ventilkammer (152) (dorsaler Ventilbereich) kann das Drei-Wege-Ventil einen dorsalen Ventilsitz (151a) verschließen und am distalen Ende der Ventilkammer (152) (distaler Ventilbereich) kann es einen distalen Ventilsitz (151b) verschließen.
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Wenn der distale Ventilsitz (151b) verschlossen wird, ist die zweite Entlastungspassage (116b) verschlossen, während die erste Entlastungspassage (116a) hydraulisch leitend mit der Niederdruck-Passage (148) verbunden ist. Wenn der dorsale Ventilsitz (151a) verschlossen wird, sind beide Entlastungspassagen (116a, 116b) von der Niederdruck-Passage (148) hydraulisch getrennt. Wenn das Drei-Wege-Ventil in einer Mittelstellung ist, d.h. wenn weder der distal Ventilsitz(151a) noch der dorsale Ventilsitz (151b) verschlossen sind, sind beide Entlastungspassagen (116a, 116b) mit der Niederdruck-Passage (148) hydraulisch verbunden.
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Mit anderen Worten hat das hydraulische Mehrwege-Schaltmittel (119c) in der Ausführung gemäß 6 drei mögliche Schaltzustände:
- • Dorsales Anliegen: Beide Entlastungspassagen (116a, 116b) geschlossen – Keine Injektion.
- • Mittelposition: Beide Entlastungspassagen (116a, 116b) geöffnet – Steiler Injektionsratenverlauf.
- • Distales Anliegen: Nur erste Entlastungspassage (116a) geöffnet – flacher Injektionsratenverlauf.
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Das Drei-Wege-Ventil (150) wird über einen Aktuator (118c) mit variablem Hub (x) betrieben. Hierfür eignet sich beispielsweise ein Piezo-Stack. Alternativ kann ein Magnetventil genutzt werden, das mit unterschiedlichen Energiemengen beaufschlagbar ist, um verschiedene Hublängen (x) zu bewirken.
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7 verdeutlicht die möglichen Betriebszustände des Kraftstoffinjektors (100) anhand von Diagrammen. Im oberen Diagramm ist der Verlauf einer Energiebeaufschlagung mit zwei unterschiedlichen Stromstärken/Erregerspannungen dargestellt. Wenn der Aktuator (118c) mit einer hohen Energie (Spannung U/Stromstärke I) beaufschlagt wird (linke Seite in 7), erzeugt dieser eine große Hublänge (x), wodurch das Drei-Wege-Ventil (150) in die distale Endlage verschoben wird. Hierdurch wird nur die erste Entlastungspassage (116a) mit der Niederdruck-Passage (148) hydraulisch verbunden, während die zweite Entlastungspassage (116b) verschlossen wird. Der Steuerdruck (P_C) in der Steuerkammer fällt infolge der vergleichsweise großen Drosselwirkung langsam ab, sodass sich ein flacher Anstieg der Injektionsrate (q) zu Beginn einer Injektion ergibt.
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Wenn der Aktuator (118c) mit einer kleineren Energiemenge (Spannung/Stromstärke) beaufschlagt wird (rechte Seite in 7), erzeugt dieser eine geringere Hublänge (x), sodass das Drei-Wege-Ventil (150) in eine Mittelposition gebracht wird. Dann sind beide Entlastungspassagen (116a, 116b) geöffnet und der Steuerdruck (P_C) fällt infolge der geringen Drosselwirkung schnell ab, sodass sich ein steiler Verlauf der Injektionsrate (q) ergibt.
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8 zeigt ein hydraulisches Schaubild zur Verdeutlichung der Bewegungen des Ventilkörpers (102). Es entspricht im Wesentlichen den Darstellungen aus 5A bis 5C, auf deren zugehörige Beschreibung verwiesen wird. In 8 ist ein hydraulisches Mehrwege-Schaltmittel (119c) dargestellt. Die Funktion dieses Mehrwege-Schaltmittels (119c) wird beispielsweise durch ein Zusammenwirken des Drei-Wege-Ventils (150, 152) mit der Steuerplatte (112) erreicht.
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Das Dreiwege-Schaltmittel (119c) ist dazu ausgebildet, entweder beide Entlastungspassagen zu öffnen, um die Steuerkammer (110) bei einer schwachen Drosselwirkung mit der Senke (L) zu verbinden; oder nur eine Entlastungspassage (116a) zu öffnen, um die Steuerkammer bei einer größeren Drosselwirkung mit der Senke (L) zu verbinden; oder beide Entlastungspassagen (116a, 116b) zu verschließen und über die Nachfüll-Passage (144) eine Verbindung zwischen der Quelle (H) und der Steuerkammer (110) zu schaffen. Der Druck (P_C) in der Steuerkammer (110) ändert sich in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des hydraulischen Mehrwege-Schaltmittels (119c) und den Drosselwirkungen der jeweils geöffneten Passagen (116a, 116b, 114).
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Abwandlungen des Kraftstoffinjektors gemäß der vorliegenden Offenbarung sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die zu den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigten oder beschriebenen Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert, gegeneinander ersetzt, ergänzt oder weggelassen werden.
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Ein Kraftstoffinjektor mit einer ungeteilten (einteiligen) Steuerkammer kann auch mit drei oder mehr Entlastungspassagen verbunden sein, die entsprechend weitere Einflussmöglichkeiten für die Vorgabe eines Injektionsratenprofils ermöglichen. Bevorzugt kann jede Entlastungspassage durch einen separaten Aktuator geöffnet und geschlossen werden. Eine Beeinflussung des Druckabfalls in der Steuerkammer bzw. in den Steuerkammerteilen kann auch dadurch geschaffen werden, dass entweder nur eine Entlastungspassage oder eine Kombination von mehreren Entlastungspassagen geöffnet werden, wobei durch den Fachmann alternative Ausbildungsformen für ein hydraulisches Mehrwege-Schaltmittel vorgesehen werden können. Es können zwei oder mehr Aktuatoren ausschließlich alternativ oder in Kombination betätigt werden, um separate Einweg-Schaltmittel oder ein Mehrwege-Schaltmittel zu betätigen.
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Der Düsenbereich eines Kraftstoffinjektors (100) kann beliebig ausgebildet sein. Es kann entweder in Analogie zu 1 ein Düsenbereich vorgesehen sein, bei dem eine oder mehrere Injektionsöffnungen (120) direkt von einem distalen Bereich (104) des Ventilkörpers (102) überdeckt werden. Alternativ und bevorzugt sind ein oder mehrere Injektionsöffnungen (120) mit einem Sackloch (124) verbunden, das in dem Korpus (132) stromabwärts von dem Ventilsitzbereich (122) vorgesehen ist. In einem solchen Fall überdeckt der distale Bereich (104) des Ventilkörpers (102) nicht direkt die ein oder mehreren Injektionsöffnungen (120), sondern verschließt einen ringförmigen Spalt, der stromaufwärts zu dem Sackloch (124) angeordnet ist. Der Vorteil einer solchen Düsenausbildung liegt in einer besser kontrollierbaren Drosselwirkung des Kraftstofffluss und somit einer genaueren Beinflussbarkeit des Injektionsratenverlaufs. Alternativ können beliebige andere Formen von Injektordüsen verwendet werden.
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Anstelle der in den Figuren gezeigten Magnetventile (118a, 118b) können beliebige andere elektrisch aktuierbare Aktuatoren eingesetzt werden. Anstelle der dargestellten Steuerplatten (112, 113a, 113b) können beliebige andere Formen von Ventilen verwendet werden, um ein Rückfließen von Kraftstoff aus der Steuerkammer (110) in die Nachfüll-Passage (114) zu unterbinden. Die verschiedenen Drosselwirkungen der Entlastungspassagen (116a, 116b) bzw. der Entlastungsdrosseln (146a, 146b) können auf beliebige konstruktive Weise erreicht werden. Insbesondere kann eine beliebige Kombination der aufgezeigten Formen von ein- oder mehrteiligen Steuerkammern (100, 111a, 111b), von Steuerplatten (112) mit einer oder mehreren Durchflussöffnungen (117, 117a, 117b) sowie von durch separate Konstruktionselemente gebildeten Drosseln (144, 146a, 146b) vorgesehen werden.
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Die offenbarte Dioden-Schaltung (126) kann durch eine beliebige andere Schaltung ersetzt werden, die zu demselben Ergebnis führt. Alternativ können die in den Ausführungsbeispielen aufgezeigten Kraftstoffinjektoren ohne eine Dioden-Schaltung betrieben werden und die Aktuatoren (118a, 118b) können jeweils mit einer separaten Treiberschaltung betrieben werden.
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Entlastungsventile für den ersten und den zweiten Steuerkammerteil (
111a,
111b) können auch durch separat anzuordnende Ventile, insbesondere durch Druckbegrenzungsventile gebildet werden, die ein Ablassen von überschüssigem Kraftstoff zur Niederdruck-Passage (
148) hin ermöglichen. Hierfür können ggf. separate zusätzliche Kraftstoffpassagen vorgesehen werden, an denen die Entlastungsventile angeordnet sind. BEZUGSZEICHENLISTE
| 100 | Injektor/Kraftstoffinjektor | Injector/fuel injector |
| 102 | Ventilkörper | Valve body |
| 104 | Distales Ende | Distal ende |
| 106 | Drosales Ende | Drosal end |
| 108 | Hochdruck-Kraftstoffpassage | High pressure fuel passage |
| 110 | Steuerkammer | Control chamber |
| 111a | Erster Kammerteil | First chamber part |
| 111b | Zweiter Kammerteil | Second chamber part |
| 112 | Steuerplatte | Control plate |
| 113a | Inner Steuerplatte | Inner control plate |
| 113b | Äußere Steuerplatte | Outer control plate |
| 114 | Nachfüll-Passage | Refill passage |
| 115a | Erster Trennkörper | First separation body |
| 115b | Zweiter Trennkörper | Second separation body |
| 116 | Entlastungspassage | Depressurization passage |
| 116a | Erste Entlastungspassage | First depressurization passage |
| 116b | Zweite Entlastungspassage | Second depressurization passage |
| 117 | Durchgangsöffnung | Passage orifice |
| 117a | Durchgangsöffnung | Passage orifice |
| 117b | Durchgangsöffnung | Passage orifice |
| 118 | Aktuator | Actuator |
| 118a | Erster Aktuator/erste Magnetventil | First actuator/first solenoid valve |
| 118b | Zweiter Aktuator/zweites Magnetventil | Second actuator/second solenoid valve |
| 118c | Aktuator mit variablem Hub/Piezo-Stack | Actuator with variable lift/piezo stack |
| 119 | Hydraulisches Schaltmittel | Hydraulic switching means |
| 119a | Hydraulisches Schaltmitte (nider. Drosselung) | Hydraulic switching means (low restriction) |
| 119b | Hydraulisches Schaltmittel (hohe Drosselung) | Hydraulic switching means (high restriction) |
| 119c | Hydraulisches Mehrwege-Schaltmittel | Hydraulic multi-way switching means |
| 120 | Injektionsöffnung | Injection orifice |
| 122 | Ventilsitzbereich | Valve seat area |
| 124 | Sackloch | Sack hole |
| 126 | Dioden-Schaltung | Diode circuitry |
| 128 | Erste Eingangsdiode | First Inlet-Diode |
| 130 | Zweite Eingangsdiode | Second Inlet-Diode |
| 132 | Korpus | Body |
| 134 | Haupt-Steckerleitung (+) | Main connector conduit (+) |
| 136 | Haupt-Steckerleitung (–) | Main connector conduit (–) |
| 138a | Erste Versorgungsleitung (+) | First supply conduit (+) |
| 138b | Zweite Versorgungsleitung (–) | Second supply conduit (–) |
| 140a | Dritte Versorgungsleitung (+) | Third supply conduit (+) |
| 140b | Vierte Versorgungsleitung (–) | Forth supply conduit (–) |
| 142 | Energiequelle | Energy source |
| 144 | Nachfüll-Drossel | Refill restrictor |
| 146a | Erste Entlastungsdrossel | First depressurization restrictor |
| 146b | Zweite Entlastungsdrossel | Second depressurization restrictor |
| 148 | Niederdruck-Passage/Rückführleitung | Low pressure passage/Drain line |
| 150 | Drei-Wege-Ventil | Three way valve |
| 151a | Dorsaler Ventilsitz | Dorsal valve seat |
| 151b | Distal Ventilsitz | Distal valve seat |
| 152 | Ventilkammer | Valve chamber |
| A_dor | Dorsale Wirkfläche | Dorsal effective area |
| A_d1 | Erster dorsaler Wirkflächenteil | First dorsal effective area part |
| A_d2 | Zweiter dorsaler Wirkflächenteil | Second dorsal effective area part |
| A_dis | Distale Wirkfläche | Distal effective area |
| H | Hochdruck/Quelle | High pressure/Source |
| L | Niederdruck/Drain | Low pressure/Drain |
| P_N | Düsendruck | Nozzle pressure |
| P_C | Steuerdruck | Control pressure |
| P_C1 | Steuerdruck in erstem Kammerteil | Control pressure in first chamber part |
| P_C2 | Steuerdruck in zweitem Kammerteil | Control pressure in second chamber part |
| P_H | Speisedruck(Hochdruck-Niveau) | Supply pressure (high pressure level) |
| q | Injektionsrate | Injection rate |
| S_1 | Schaltzustand erstes Entlastungsventil | Status of first decompression valve |
| S_2 | Schaltzustand zweites Entlastungsventil | Status of second decompression valve |
| t | Zeit | Time |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2002054522 A [0001]
- DE 19932548 B4 [0002]
