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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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Beispielsweise
ist aus der
DE 199
04 720 A1 ein Brennstoffeinspritzventil für eine Einspritzanlage einer
Brennkraftmaschine bekannt, welche einen Düsenkörper, mindestens eine Abspritzöffnung zum Einspritzen
von Brennstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine und eine
zentrale Bohrung umfaßt,
in welcher eine Ventilnadel axial verschiebbar ist, die den Brennstoffzufluß zu den
Abspritzöffnungen
regelt, wobei in einer Ventilnadelführung mehrere spiralförmige Stege
angeordnet sind, zwischen denen der Brennstoff in Nuten strömt.
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Weiterhin
ist aus der
DE 28 19
803 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Struktur aus
parallelen zylindrischen Gliedern bekannt, bei welchem eine Verdrillung
der zylindrischen Glieder um eine Achse beispielsweise zur Herstellung
von Kabeln angewendet wird.
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Aus
der
DE 197 36 682
A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches sich
dadurch auszeichnet, daß am
stromabwärtigen
Ende des Ventils ein Führungs-
und Sitzbereich vorgesehen ist, der von drei scheibenförmigen Elementen
gebildet wird. Dabei ist ein Drallelement zwischen einem Führungselement
und einem Ventilsitzelement eingebettet. Das Führungselement dient der Führung einer
es durchragenden, axial beweglichen Ventilnadel, während ein
Ventilschließabschnitt
der Ventilnadel mit einer Ventilsitzfläche des Ventilsitzelements
zusammenwirkt. Das Drallelement weist einen inneren Öffnungsbereich
mit mehreren Drallkanälen
auf, die nicht mit dem äußeren Umfang
des Drallelements in Verbindung stehen. Der gesamte Öffnungsbereich erstreckt
sich vollständig über die
axiale Dicke des Drallelements.
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Nachteilig
an den aus den obengenannten Druckschriften bekannten Brennstoffeinspritzventilen ist
insbesondere der hohe Fertigungsaufwand, der sich einerseits in
erhöhten
Produktionskosten und andererseits in Inhomogenitäten in der eingespritzten Gemischwolke
und daraus resultierenden asymmetrischen Strahlbildern sowie abweichenden
Durchflußmengen
niederschlägt.
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Dies
ist insbesondere dadurch bedingt, daß bei schrägeinspritzenden Brennstoffeinspritzventilen die
Spritzrichtung durch nachgeschaltete Spritzlöcher umgelenkt werden muß. Dadurch
entstehen in der Drallströmung
sowie im Strahl Asymmetrien. Zudem stellt die herkömmliche
Drallaufbereitung hohe Genauigkeitsforderungen, die vielfach nicht
erfüllt werden
können.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß das
Drallmodul durch die geringen Abmessungen der kordelförmig miteinander
verdrehten Drähte,
welche drallerzeugende Hohlräume
einschließen,
sehr klein ausgeführt
werden kann. Das Drallmodul kann in einfacher Weise in beliebige,
serienmäßige Brennstoffeinspritzventile
eingesetzt werde. Durch die Anordnung des Drallmoduls an der abströmseitigen
Seite des Dichtsitzes können
beliebige Einspritzwinkel relativ zur Längsachse des Brennstoffeinspritzventils realisiert
werden, ohne den Brennstoffstrahl umlenken zu müssen.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Von
Vorteil ist auch, die Drähte
beispielsweise aus Wolfram herzustellen oder in Form von Glasfasern
zu führen,
da dadurch der Durchmesser der Drähte auf ein Minimum reduziert
werden kann.
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Die
Hülse,
das Aufnahmebauteil sowie die Drähte
unterliegen nicht der Forderung nach hoher Präzision, so daß alle Bauteile
kostengünstig
herstellbar sind.
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Durch
die einfache Form des Aufnahmebauteils und der Hülse ist die Montage sehr vereinfacht.
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Zeichnung
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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 erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils,
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2 einen schematischen Ausschnitt
aus dem in 1 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich II in 1,
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3 einen schematischen Schnitt
entlang der Linie III-III
in 2,
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4 einen schematischen Ausschnitt
aus dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil
im Bereich IV in 2,
und
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5 einen schematischen Schnitt
entlang der Linie V-V in 4.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Ein
Brennstoffeinspritzventil ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
ausgeführt.
Dabei eignet sich das Brennstoffeinspritzventil 1 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
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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Abströmseitig
des Dichtsitzes ist ein Drallmodul 34 angeordnet, welches
vorzugsweise unter einem Abspritzwinkel γ gegenüber einer Längsachse 35 des Brennstoffeinspritzventils 1 geneigt
ist. Das Drallmodul 34 ist in den 2 sowie 4 und 5 näher dargestellt.
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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 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 Brennstoff wird über
die Brennstoffkanäle 30a und 30b zur
Abspritzöffnung 7 geführt.
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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 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 eine vergrößerte Ansicht
des abspritzseitigen Teils des in 1 beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1.
Der dargestellte Ausschnitt ist in 1 mit
II bezeichnet. Übereinstimmende
Bauteile sind mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen.
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Der
Ventilsitzkörper 5 wirkt über die
Ventilsitzfläche 6 mit
dem Ventilschließkörper 4 zusammen,
der an der Ventilnadel 3 ausgebildet ist. Abströmseitig
des Dichtsitzes ist das Drallmodul 34 angeordnet, welches
so ausgerichtet ist, daß eine Längsachse 36 des
Drallmoduls 34 mit der Längsachse 35 des Brennstoffeinspritzventils 1 den
Winkel γ einschließt. Damit
fällt die
Längsachse 36 des
Drallmoduls 34 mit der Strahlachse des Brennstoffstrahls zusammen,
wodurch eine Strahlumlenkung und daraus resultierende Inhomogenitäten und
Asymmetrien vermieden werden.
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Das
Drallmodul 34 besteht aus einem Aufnahmebauteil 37,
welches die Abspritzöffnung 7,
eine Drallkammer 38 und die eigentliche Dralleinheit 39 enthält. Das
Aufnahmebauteil 37 kann dabei beispielsweise zylindrisch
geformt und in eine entsprechende Ausnehmung des Ventilsitzträgers 5 eingesetzt
sein. Die Drallkammer 38 ist abströmseitig der Dralleinheit 39 angeordnet
und verjüngt
sich in Strömungsrichtung
zur Abspritzöffnung 7.
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3 zeigt in einer schematischen
Darstellung einen Schnitt entlang der Linie III-III durch das Brennstoffeinspritzventil 1 in 2 mit etwas verändertem
Durchmesser des Ventilsitzkörpers 5 im Schnittbereich.
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Da
der Ventilsitzkörper 5 im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
keine Bohrungen zur Brennstoffleitung aufweist, ist der Ventilschließkörper 4 im Bereich
des Ventilsitzkörpers 5 mit
mindestens einem Anschliff 40 versehen. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
sind aus Symmetriegründen
vier Anschliffe 40 am Ventilschließkörper 4 ausgebildet,
um ein Volumen 41 zwischen dem Ventilschließkörper 4 und
dem Ventilsitzträger 5 einerseits
zur Vermeidung von Verwirbelungen klein zu halten, andererseits aber
zur Vermeidung von Drosseleffekten ausreichend groß zu gestalten.
Auf diese Weise kann die Bewegung der Ventilnadel 3 bzw.
die Führung
des Ventilschließkörpers 4 im
Ventilsitzkörper 5 durch
ein radiales Kräftegleichgewicht
ungestört
verlaufen.
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4 zeigt in einer auszugsweisen
Schnittdarstellung eine schematische Ansicht der Dralleinheit 39 im
Bereich IV in 2.
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Die
Dralleinheit 39 besteht aus mehreren, im dargestellten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
drei, feinen Drähten 42,
die beispielsweise aus Wolfram bestehen oder auch als Glasfasern
ausgeführt
sein können.
Die Drähte 42 sind
in einer Ausnehmung 43 einer Hülse 44 angeordnet
und füllen
diese nahezu vollständig
aus. Zwischen den Drähten 42 sind
Hohlräume 45 ausgebildet,
welche für
die Brennstoffführung
zuständig
sind. Jeder der Hohlräume 45 wirkt dabei
wie ein Strömungskanal.
Zur Erzeugung eines Dralls müssen
die Hohlräume 45 wendelförmig in
der Hülse 44 verlaufen.
Die entsprechende Form wird dadurch erreicht, daß die Drähte 42 in der Ausnehmung 43 der
Hülse 44 kordelähnlich gegeneinander
verdreht werden. Durch das Verdrehen der Drähte 42 nimmt die axiale
Länge der
aus den Drähten 42 bestehenden
Kordel ab, der Querschnitt der Gesamtheit der Drähte 42 bzw. der Kordel
jedoch zu, so daß die
Drähte 42 an
einer Innenwandung 46 der Ausnehmung 43 der Hülse 44 anliegen
und sich dadurch verstemmen. Dadurch werden die Drähte 42 in
der Hülse 44 fixiert.
Alternativ könnten
die Drähte 42 auch
durch das Zusammendrücken
der Hülse 44 verstemmt
werden.
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Da
die Drähte 42 sehr
dünn sein
können, kann
dementsprechend das ganze Drallmodul 34 klein gehalten
werden. Dadurch kann das Totvolumen der abströmseitig der Dralleinheit 39 angeordneten
Drallkammer 38 ebenfalls sehr klein sein, wodurch die Drallströmung auch
zwischen zwei Einspritzzyklen des Brennstoffeinspritzventils 1 in
der Drallkammer 38 erhalten wird und homogen bleiben kann.
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5 zeigt in einer schematischen
Darstellung einen Schnitt durch die in 4 dargestellte Dralleinheit 39 entlang
der Linie V-V in 4.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
weist die Dralleinheit 39 drei Drähte 42 auf, die in.
der Ausnehmung 43 der Hülse 44 angeordnet
sind. Die Drähte 42 liegen
an der Innenwandung 46 der Hülse 44 an. Das von
den Drähten 42 nicht
ausgefüllte
Restvolumen bildet die Hohlräume 45,
die als Strömungskanäle fungieren.
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Durch
die geringen Abmessungen des Drallmoduls 34 können serienmäßige Brennstoffeinspritzventile 1 problemlos
damit ausgerüstet
werden. Eine Aufnahmebohrung im Ventilsitzkörper 5, in welche das
Drallmodul 34 eingeschoben werden kann, ist einfach und
kostengünstig
anzubringen. Die einzelnen Bauteile des Drallmoduls 34 sind
ebenfalls einfach zusammenzubauen, wodurch der Fertigungsaufwand
im Vergleich zur herkömmlichen
Drallaufbereitung bzw. gegenüber
Lösungen,
welche zuströmseitig
des Dichtsitzes angeordnet sind, deutlich abnimmt.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und
z. B. auch für Brennstoffeinspritzventile 1 mit
einer größeren Anzahl
von Drähten 42 sowie
für beliebige
Bauformen von Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.