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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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Beispielsweise
ist aus der Druckschrift
US 4,487,369 ein
elektromagnetisches Brennstoffeinspritzventil bekannt. Ein Abspritzbereich
des Brennstoffeinspritzventils umfaßt eine zentrale Flußachse und
nachfolgend in Abströmrichtung
eine einfache Zumeßöffnung,
welche symmetrisch zu der Nadel ausgebildet ist und eine Struktur
zur Formung des Brennstoffflusses umfaßt, welche in Form einer Vorrichtung
zur Ablenkung des Strahls nach dem Austritt aus der Zumeßöffnung nach
außen
relativ zu der Achse ausgebildet ist. Eine Austrittsöffnung ist
so gestaltet, daß sie
eine Flußkonvergenz
hervorruft. Der Winkel dieser Konvergenz beeinflußt die Geometrie des
endgültigen
Abspritzbildes. Eine Drallscheibe kann zwischen den beiden Ablenkungsvorrichtungen angeordnet
sein. Durch eine geeignete Wahl der Winkel, unter welchem die Kanäle in die
Drallscheibe eingebracht werden, ist es möglich, das Abspritzbild zwischen
einem weiten Kegelstrahl und einem engen Strahl zu verändern.
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Auch
aus der DE-OS 20 48 161 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt,
welches mehrere Einspritzöffnungen
umfaßt.
Das Brennstoffeinspritzventil umfaßt ein Metallrohr, welches
an einem Ende derart nach innen verformt ist, daß Abschnitte der Rohrwand gegeneinander
gedrückt
sind und das Rohrinnere in wenigstens zwei in Richtung der Rohrlängsachse
verlaufende Kanäle
aufgeteilt ist, welche jeweils eine rohrförmige Einspritzöffnung mit
einem sich senkrecht zur Rohrlängsachse
verjüngenden Querschnitt
bilden.
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Weiterhin
ist aus der
DE 199
06 146 A1 eine allgemeine Düse zum Versprühen von
Flüssigkeiten bekannt,
welche durch einen Strömungskanal
ohne Kern gekennzeichnet ist, wobei der Strömungskanal eine Wand aufweist,
die in der Form einer mehrgängigen,
mindestens zweigängigen
Schraube ausgebildet ist.
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Aus
der
DE 198 15 789
A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das sich
dadurch auszeichnet, daß es
eine Drallscheibe stromabwärts
eines Ventilsitzes besitzt, die aus wenigstens einem metallischen
Material besteht, wenigstens zwei in eine Drallkammer mündende Drallkanäle aufweist
und bei der alle Schichten mittels galvanischer Metallabscheidung
(Multilayergalvanik) unmittelbar haftfest aufeinander aufgebaut
sind. Die Drallscheibe ist derart im Ventil eingebaut, daß ihre Flächennormale
unter einem von 0° abweichenden
Winkel zur Ventillängsachse
schräg
geneigt verläuft,
so daß durch
die Ausrichtung der Drallscheibe ein Strahlwinkel γ zur Ventillängsachse
erzielt wird.
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Nachteilig
an dem aus der
DE
198 15 789 A1 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere der
hohe Fertigungs- und damit Kostenaufwand durch die Kombination einer
Vielzahl von Einzelteilen, die nicht ohne erheblichen Aufwand in
serienmäßige Brennstoffeinspritzventile
integriert werden können.
Um das Brennstoffeinspritzventil für beliebige Einsatzmöglichkeiten
zu modifizieren, müssen
aufwendige Fertigungs- und Montagemaßnahmen ergriffen werden. Insbesondere
sind die Strahlwinkel α und γ mit gängigen Drallaufbereitungsmethoden nicht
oder nur unbefriedigend realisierbar, was sich in Asymmetrien und
Inhomogenitäten
im Brennstoffstrahl bzw. bei der zugemessenen Brennstoffmenge niederschlägt.
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß das
aus mehreren rohrförmigen
Hohlkörpern
zusammengesetzte Drallmodul durch Extrusion günstig herstellbar, sehr klein
dimensionierbar und einfach und kostengünstig montierbar ist. Das Drallmodul
kann bedingt durch seine geringe Größe in einfacher Weise in serienmäßige Brennstoffeinspritzventile
implementiert werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Die
Hohlkörper
sind vorzugsweise verwunden bzw. verdrillt in dem Drallmodul angeordnet,
was fertigungstechnisch leicht realisierbar ist.
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Von
Vorteil ist außerdem,
daß das
Drallmodul abströmseitig
des Dichtsitzes angeordnet ist, was eine einfache Montage ermöglicht.
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Die
Ausbildung einer Drallkammer ist von Vorteil, da die durch die Hohlkörper erzeugte
Drallströmung
homogenisiert und symmetrisiert wird, wodurch die Gemischwolke stöchiometrisch
gestaltet wird.
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Insbesondere
ist von Vorteil, daß die
Drallkammer eine Verjüngung
in Abspritzrichtung aufweist, die beispielsweise durch Stauchung
erzielt wird und zum einen für
eine weitere Homogenisierung des Strahlbildes und zum anderen ohne aufwendige
Befestigungsmaßnahmen
für eine
ortsfeste Lage des Drallmoduls in der Ausnehmung des Ventilsitzkörpers sorgt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils,
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2 einen
schematischen Ausschnitt aus dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich II in 1,
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3A einen
schematischen Schnitt durch das in 2 näher dargestellte
Drallmodul entlang der Linie IIIA-IIIA in 2, und
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3B einen
schematischen Schnitt durch das in 2 näher dargestellte
Drallmodul entlang der Linie IIIB-IIIB in 2.
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Ein
in 1 dargestelltes Brennstoffeinspritzventil 1 ist
in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
ausgeführt.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere
zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten
Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2,
in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht
mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung,
der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten
Ventilsitzfläche 6 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Ventilsitzkörper 5 ist in eine
Ausnehmung des Düsenkörpers 2 einsetzbar.
Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im
Ausführungsbeispiel
um ein nach innen öffnendes
Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der
Düsenkörper 2 ist
durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet.
Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt
und auf einen Spulenträger 12 gewickelt,
welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt.
Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch
einen Spalt 26 voneinander getrennt und stützen sich
auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. Die Magnetspule 10 wird über eine
elektrische Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren
elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von
einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt
sein kann.
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Die
Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche
scheibenförmig
ausgeführt ist.
Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15.
An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich
ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit
der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit
dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich
eine Rückstellfeder 23 ab,
welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch
eine Hülse 24 auf
Vorspannung gebracht wird.
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Ein
zweiter Flansch, welcher mit der Ventilnadel 3 über eine
Schweißnaht
verbunden ist, dient als unterer Ankeranschlag. Ein elastischer
Zwischenring, welcher auf dem zweiten Flansch aufliegt, vermeidet
Prellen beim Schließen
des Brennstoffeinspritzventils 1.
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In
der Ventilnadelführung 14 und
im Anker 20 verlaufen Brennstoffkanäle 30a und 30b,
die den Brennstoff, welcher über
eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert
wird, zur Abspritzöffnung 7 leiten.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine
nicht weiter dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet.
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Ablaufseitig
des Dichtsitzes ist ein extrudiertes Drallmodul 34 angeordnet,
welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel
in eine ablaufseitige Ausnehmung 35 des Ventilsitzkörpers 5 eingeschoben ist.
Eine detaillierte Darstellung des Drallmoduls 34 ist den 2 und 3B zu
entnehmen.
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Im
Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von
der Rückstellfeder 23 entgegen
seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am
Ventilsitz 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung
der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches
den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung
bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem
Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben
ist. Der Anker 20 nimmt den ersten Flansch 21, welcher
mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung
mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende
Ventilschließkörper 4 hebt von
der Ventilsitzfläche 6 ab
und der über
die Brennstoffkanäle 30a und 30b sowie über im Drallmodul 34 ausgebildete
Brennstoffkanäle 45 zur
Abspritzöffnung 7 geführte Brennstoff
wird abgespritzt. Eine Längsachse 46 des
Drallmoduls 34 ist dabei unter einem Abspritzwinkel γ gegenüber einer
Längsachse 37 des
Brennstoffeinspritzventils 1 geneigt.
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Wird
der Spulenstrom abgeschaltet, fällt
der Anker 20 nach genügendem
Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom
Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in
Wirkverbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung
bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung
bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt
und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
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2 zeigt
in einer auszugsweisen Schnittdarstellung das abspritzseitige Ende
des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils 1. Der vergrößerte Bereich ist in 1 mit
II gekennzeichnet. Gleiche Bauteile wurden mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen.
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Der
in 2 dargestellte Ausschnitt zeigt den Ventilsitzkörper 5,
der einerseits die Ventilsitzfläche 6 aufweist,
die mit dem Ventilschließkörper 4 zum
Dichtsitz zusammenwirkt und andererseits eine Stütz- und Führungsfunktion gegenüber der
Ventilnadel 3 bzw. dem Ventilschließkörper 4 ausübt. Dies
ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
in Form einer Ventilnadelführung 38 ausgeführt. Dadurch
wird Mittenversätzen
oder Verkanten der Ventilnadel 3 und des Ventilschließkörpers 4 vorgebeugt
und somit Fehlfunktionen des Brennstoffeinspritzventils 1 vermieden.
Die Ventilnadelführung 38 ist
in 3A näher
dargestellt.
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Abspritzseitig
des Dichtsitzes schließt
sich das Drallmodul 34 an. Dieses ist in die abströmseitige Ausnehmung 35 des
Ventilsitzkörpers 5 beispielsweise
eingepreßt.
Zur Sicherung des Drallmoduls 34 gegen Verrutschen kann
die sich abströmseitig
des Drallmoduls 34 befindliche Abspritzöffnung 7, die gleichzeitig
in ihrem dem Drallmodul 34 direkt benachbarten Bereich
als Drallkammer 39 dient, beispielsweise durch ein nicht
dargestelltes Stempelwerkzeug gestaucht werden, so daß sich die
Drallkammer 39 in einer Abströmrichtung verjüngt. Durch die
Drallkammer 39 wird gleichzeitig die im Drallmodul 34 erzeugte
Drallströmung
homogenisiert, was zu einer gleichmäßigen Gemischwolke bei der
Einspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine beiträgt.
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3A zeigt
in einem axialen Schnitt entlang der Linie IIIA-IIIA in 2 den
Ventilsitzkörper 5 im
Bereich der Ventilnadelführung 38.
Um den zuströmenden
Brennstoff zum Dichtsitz leiten zu können, weist die Ventilnadel 3 bzw.
der Ventilschließkörper 4 mindestens
einen, im bevorzugten Ausführungsbeispiel
vier Anschliffe 40 auf, welche mit einer Innenwandung 41 einer
zulaufseitigen Ausnehmung 36 des Ventilsitzkörpers 5 Brennstoffkanäle 42 bilden,
welche den Brennstoff in Richtung Dichtsitz leiten. Zwischen den
Brennstoffkanälen 42 liegt
die Ventilnadel 3 bzw. der Ventilschließkörper 4 an der Innenwandung 41 der
zulaufseitigen Ausnehmung 36 des Ventilsitzkörpers 5 an,
wodurch die Ventilnadelführung 38 gewährleistet
ist.
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3B zeigt
in einer Schnittdarstellung entlang der Linie IIIB-IIIB in 2 einen
Schnitt durch das Drallmodul 34 des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1.
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Das
Drallmodul 34 weist dabei eine Vielzahl von rohrförmigen Hohlkörpern 43 auf,
die zu einem Bündel 44 zusammengefaßt sind.
Im vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel
sind separat gefertigte Hohlkörper 43 vorgesehen.
Die Hohlkörper 43 weisen
dabei vorzugsweise zentrale Brennstoffkanäle 45 auf, die den
vom Dichtsitz zur Abspritzöffnung 7 strömenden Brennstoff
in die Drallkammer 39 leiten. Die Hohlkörper 43 sind in 3B mit übertriebenem Durchmesser
dargestellt und füllen
die zylindrische Einhüllende 47 des
Bündels 44 vollständig aus.
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Die
Hohlkörper 43 werden
dabei vorzugsweise mittels Extrusion hergestellt. Bei diesem Verfahren
wird eine Aufschmelzung und nachfolgende Formgebung eines Werkstoffes
durch Auspressen aus einem Extruder erreicht. Durch mehrmalige Anwendung
des Verfahrens und anschließende
Nachbearbeitung kann ein Körper
mit einem beliebigen Außenprofil
bzw. Löchern,
deren Durchmesser 100 μm
oder weniger erreichen kann, versehen werden. Das Verhältnis der
Länge des
extrudierten Körpers zum
Durchmesser der Löcher
kann dabei bis zu 2000 betragen.
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Hohlkörper 43 in
gewünschter
Form und Anzahl werden zu einem Bündel 44 zusammengefaßt. Damit
der das Bündel 44 durchfließende Brennstoff einen
Drall erhält,
wird das Bündel 44 zu
einer kordelartigen Struktur verwunden bzw. verdrillt, wodurch die
Hohlkörper 43 einen
wendelförmigen
Verlauf in einer axialen Richtung erhalten. Dadurch wird auch der
sie durchfließende
Brennstoff auf eine Spiralbahn gebracht, so daß der in die Drallkammer 39 eintretende
Brennstoff dort eine homogene Drallströmung erzeugt, die wiederum
für eine
homogene Gemischwolke bei der Einspritzung in den Brennraum sorgt.
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Da
beim Verwinden bzw. Verdrillen des Bündels 44 die radial
außen
anliegenden Hohlkörper 43 stärker verdreht
werden als die radial inneren, kann eine dadurch auftretende Inhomogenität im Einspritzstrahl
beispielsweise durch das teilweise Abdecken der radial inneren Hohlkörper 43 vermieden
werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und
z.B. auch für extrudierte
Drallmodule 34 mit einer größeren oder kleineren Anzahl
von Brennstoffkanälen 45 oder
für zulaufseitig
des Dichtsitzes angeordnete extrudierte Drallmodule 34 sowie
für beliebige
Bauformen von Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.