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An
Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, werden hohe
Anforderungen gestellt. Brennkraftmaschinen sollen eine hohe Leistung
liefern bei gleichzeitig geringem Kraftstoffverbrauch, geringen
Abgasemissionen und ruhigem Lauf. Das Erfüllen dieser Anforderungen hängt stark ab
von der Gemischaufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den
Verbrennungsräumen
der Brennkraftmaschine. Für
die Gemischaufbereitung steht, insbesondere bei hohen Drehzahlen,
nur ein sehr kurzer Zeitraum von wenigen Millisekunden zur Verfügung. Bei
der Direkteinspritzung zum Beispiel von Dieselkraftstoff in die
Verbrennungsräume
der Brennkraftmaschine wird, um die Gemischaufbereitung abhängig von
der Last zu verbessern, beispielsweise mehrmals kurz hintereinander
Kraftstoff zugemessen, bevor die Zündung erfolgt. Um in den kurzen
für die
Einspritzung zur Verfügung
stehenden Zeiträumen
eine genügend
große
Menge Kraftstoff zumessen und in den Verbrennungsräumen der Brennkraftmaschine
verteilen zu können,
wird der Kraftstoff unter sehr hohem Druck, zum Beispiel mehr als
1500 bar, eingespritzt. Während
des Einspritzvorganges kommt es zu einem Druckverlust innerhalb
des Einspritzventils, da der Kraftstoff nicht genügend schnell
nachfließen
kann. Das kann dazu führen,
dass nur durch eine verlängerte Öffnungszeit des
Ventils die gewünschte
Kraftstoffmenge zugemessen und das gewünschte Luft/Kraftstoff-Gemisch im
Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine hergestellt werden kann.
Durch ein größeres Kraftstoffvolumen
innerhalb des Einspritzventils kann den Druckeinbrüchen entgegengewirkt
werden. Allerdings ist der zur Verfügung stehende Platz innerhalb des
Einspritzventils begrenzt, so dass die Querschnitte der Kraftstoffleitungen
nicht oder nur sehr wenig vergrößert werden
können,
um den Kraftstoffnachfluss zu verbessern. Insbesondere bei Hochdruckleitungen
und Hochdruckbohrungen ist außerdem
zu berücksichtigen,
dass diese eine Mindestwandstärke nicht
unterschreiten dürfen,
damit ein sicherer und zuverlässiger
Betrieb sichergestellt werden kann.
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Aufgrund
der erforderlichen Hochdruckfestigkeit des Einspritzventils und
aus produktionstechnischen Gründen
werden Einspritzventile aus mehreren Körpern und/oder Scheiben zusammengesetzt, die
meist in axialer Richtung dichtend aneinander grenzen. Die dichtende
Wirkung wird durch Aufeinanderpressen der Körper erreicht. Dazu müssen die Kontaktflächen der
Körper
präzise
gefertigt werden, um eine gute Dichtwirkung sicherstellen zu können. Innerhalb
der Körper
sind Bohrungen und/oder Ausnehmungen eingebracht, die sich, abhängig von
ihrer Aufgabe, durch mehr als einen Körper erstrecken können. So
sind regelmäßig Bohrungen
zur Aufnahme einer Düsennadel
vorgesehen. Ferner sind regelmäßig Bohrungen
zum Zuführen
von Kraftstoff vorgesehen. Die Bohrungen und/oder Ausnehmungen müssen präzise zueinander
ausgerichtet und die Körper
in dieser Lage fixiert werden, so dass möglichst keine unerwünschten
Kanten oder beispielsweise den Kraftstofffluss drosselnde Überdeckungen an
den aneinandergrenzenden Flächen
der Körper entstehen.
Solche unerwünschten
Kanten oder Überdeckungen
können
bei sehr hohen Kraftstoffdrücken den
Verschleiß beschleunigen
und die Dichtwirkung der Flächenpressung
beeinträchtigen.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil zu schaffen, in
dem Bohrungen auf einfache Weise zentrierbar sind.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Einspritzventil, das mindestens
einen ersten Körper und
einen zweiten Körper
hat, in denen jeweils mindestens eine Bohrung ausgebildet ist, und
mindestens eine Zentriervorrichtung, die jeweils ei ne Bohrung des
ersten Körpers
mit einer Bohrung des zweiten Körpers
auf eine gemeinsame Achse zentriert. Die Zentriervorrichtung ist
in beide zentrierte Bohrungen eingebracht und ist so ausgebildet
und angeordnet, dass die mittels der Zentriervorrichtung zentrierten
Bohrungen miteinander kommunizieren können. Dies hat den Vorteil,
dass die Körper
des Einspritzventils auf einfache Weise präzise zueinander ausgerichtet
und in ihrer Lage fixiert werden können. Dadurch, dass die zentrierten
Bohrungen miteinander kommunizieren können, ist die Durchleitung
von Gasen, Flüssigkeiten,
einer Düsennadel
oder anderen Komponenten des Einspritzventils möglich.
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Vorteilhafterweise
ist die Zentriervorrichtung eine Hülse. Eine hülsenförmige Zentriervorrichtung ist
einfach verwendbar und billig verfügbar und eignet sich deshalb
sehr gut für
die Massenproduktion.
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Vorteilhafterweise
ist die Zentriervorrichtung ein Spiralspannstift. Dieser ist ebenfalls
billig und einfach verwendbar und für die Massenfertigung geeignet.
Außerdem
werden geringe Anforderungen an die Präzision der zu zentrierenden
Bohrungen gestellt, da sich der Spiralspannstift bis zu einem bestimmten
Grad flexibel an den Bohrungsquerschnitt anpassen kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Einspritzventils
ist die Zentriervorrichtung dichtend zu der Wandung der jeweiligen
zentrierten Bohrung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Zentriervorrichtung
zusätzlich
eine Dichtfunktion besitzt. Ferner können so auch die Anforderung
an die Präzision
der Kontaktflächen
zwischen den Körpern
sinken, da die Kontaktflächen
nicht mehr dichten müssen.
Durch den Wegfall der aufwändigen
Bearbeitungsschritte für
die Kontaktflächen
zwischen den Körpern
kann das Einspritzventil einfacher und billiger produziert werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hat die Zentriervorrichtung
mindestens eine Beißkante,
die auch als Schneidkante oder Verformungskante bezeichnet werden
kann. Diese hat den Vorteil, dass sie auf einfache Weise eine gute
Dichtwirkung erzielen kann. Die Beißkante der Zentriervorrichtung wird
während
der Montage des Einspritzventils auf den Körper gepresst und erzielt durch
Verformung ihre dichtende Wirkung.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Zentriervorrichtung
mindestens einen Dichtring. Auf diese Weise kann ebenfalls einfach eine
gute Dichtwirkung erzielt werden. Der Dichtring kann zwischen die
Zentriervorrichtung und den Körper
gebracht werden, vorzugsweise an einem oder an beiden axialen Enden
der Zentriervorrichtung.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zentriervorrichtung
in die zentrierte Bohrung des ersten Körpers und/oder die zentrierte
Bohrung des zweiten Körpers
eingepresst. Dadurch wird eine sehr gute Dichtwirkung und eine belastbare
Verbindung erzielt und außerdem
die Montage vereinfacht.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung hat die Zentriervorrichtung in axialer
Richtung mindestens zwei unterschiedliche innere und/oder äußere Durchmesser.
Dies ermöglicht
die Zentrierung von Bohrungen, die unterschiedlich große Durchmesser haben.
Durch eine größere Querschnittsfläche kann das
Kraftstoffvolumen in dem Einspritzventil dort vergrößert werden,
wo genügend
Platz für
eine Bohrung mit größerem Durchmesser
in dem Einspritzventil ist.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung hat das Einspritzventil mindestens
einen dritten Körper,
der zwischen dem ersten Körper
und dem zweiten Körper
angeordnet ist und in dem mindestens eine Bohrung ausgebildet ist
und die Zentriervorrichtung so ausgebildet und angeordnet ist, dass
sie eine Bohrung des dritten Körpers
auf die gemeinsame Achse zentriert und sich durch diese Bohrung
des dritten Körpers
erstreckt. Der Vorteil ist, dass auf diese Weise mehr als zwei Körper präzise zueinander
ausgerichtet werden können
und dass eine Dichtung nur in dem ersten und in dem zweiten Körper erforderlich ist.
Da die Zentriervorrichtung in dem dritten Körper keine Dichtfunktion haben
muss, ist es von Vorteil, den Durchmesser der Bohrung in dem dritten
Körper geringfügig größer auszubilden
als den äußeren Durchmesser
der Zentriervorrichtung, so dass die Zentriervorrichtung ein wenig
Spiel in der Bohrung hat. Dies erleichtert die Montage. Alternativ
kann die Zentriervorrichtung beispielsweise auch in die Bohrung
des dritten Körpers
eingepresst sein.
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Vorteilhafterweise
weist die zentrierte Bohrung des ersten Körpers und/oder die zentrierte
Bohrung des zweiten Körpers
in dem Bereich, in dem die Zentriervorrichtung eingebracht ist,
einen größeren Querschnitt
auf als in dem Bereich, in dem die Zentriervorrichtung nicht eingebracht
ist. Wenn die Zentriervorrichtung so ausgebildet und in die zentrierte Bohrung
eingebracht ist, dass sie mit ihrer Innenfläche die Bohrung fortsetzt,
die Zentriervorrichtung also bezogen auf die Bohrung in radialer
Richtung in den Körper
versenkt ist, dann können
dadurch störende
Kanten im Kraftstofffluss vermieden werden, die den Kraftstofffluss
drosseln und insbesondere bei sehr hohen Drücken den Verschleiß beschleunigen können.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
des Einspritzventils,
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2a, 2b, 2c, 2d vier
Ausführungsformen
der Zentriervorrichtung, eingebracht in das Einspritzventil, und
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3a, 3b, 3c zwei
weitere Ausführungsformen
der Zentriervorrichtung.
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1 zeigt
einen Teil eines Einspritzventils, das einen Ventilkörper 1,
einen Injektorkörper 2,
eine Anschlagscheibe 3 und einen Düsenkörper 4 umfasst. Die
Körper
werden von einer Düsenspannmutter 5 umschlossen
und fixiert. In den Körpern
sind Bohrungen und Ausnehmungen eingebracht.
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Durch
zwei Hochdruckbohrungen 6 wird Kraftstoff unter hohem Druck
sowohl in eine Hochdruckkammer 7 als auch durch eine Drossel 8 in
einen Steuerraum 9 geleitet. Ein Piezoaktuator 10 wirkt in
axialer Richtung auf einen Ventilkolben 11, der einen Ventilpilz 12 von
einem Ventilsitz abhebt, wenn der Piezoaktuator 10 so angesteuert
wird, dass er sich axial verlängert,
so dass Kraftstoff aus dem Steuerraum 9 in einen Niederdruckkreis
abfließen kann.
Wird der Piezoaktuator 10 so angesteuert, dass er sich
axial verkürzt,
drückt
eine Ventilfeder 13 den Ventilpilz 12 gegen den
Ventilsitz und versperrt so den Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum 9, so
dass über
die Hochdruckbohrung 6 und die Drossel 8 in dem
Steuerraum 9 ein hoher Kraftstoffdruck aufgebaut wird.
Dieser Kraftstoffdruck wirkt auf die Endfläche eines Steuerkolbens 14,
so dass eine Düsennadel 15 in
axialer Richtung gegen einen Ventilsitz im Düsenkörper 4 gedrückt wird
und eine Einspritzdüse 16 verschließt. Wird
der Piezoaktuator 10 so angesteuert, dass er sich axial
verlängert,
dann sinkt der Druck in dem Steuerraum 9 durch Abfluss von
Kraftstoff in den Niederdruckkreis und die Düsennadel 15 wird aufgrund
des hohen Kraftstoffdrucks, der auf die Kanten der Düsennadel 15 in
der Hochdruckkammer 7 und an der Spitze der Düsennadel 15 einwirkt,
von dem Ventilsitz abgehoben. Der Kraftstoff strömt dann durch die Einspritzdüse 16 in
den Verbrennungsraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine. Wird
der Piezoaktuator 10 dann so angesteuert, dass er sich
axial verkürzt,
dann kann sich in dem Steuerraum 9 wieder ein hoher Kraftstoffdruck aufbauen,
so dass der Steuerkolben 14 die Düsennadel 15 wieder
in die Position bewegt, in der die Einspritzdüse 16 verschlossen
ist. Eine Düsenfeder 17 verhindert
eine Kraftstoffzumessung, wenn kein ausreichender Kraftstoffdruck
besteht, beispielsweise in Betriebspausen der Brennkraftmaschine.
Eine Ablaufbohrung 18 führt
in den Bereich der Düsenfeder 17 eindringenden
Kraftstoff in den Niederdruckkreis ab.
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In 2a, 2b, 2c und 2d sind vier
Ausführungsformen
einer Zentriervorrichtung 19 dargestellt. In einem ersten
Körper 20 ist
eine Bohrung 21 und in einem zweiten Körper 22 ist eine Bohrung 23 eingebracht,
die mittels der Zentriervorrichtung 19 zueinander ausgerichtet
sind. Den Bohrungen 21, 23 entsprechen beispielsweise
die in 1 gezeigten Hochdruckbohrungen 6 oder
die Ablaufbohrung 18, sie können aber ebenso beispielsweise eine
Düsennadel 15 aufnehmen.
Der erste Körper 20 ist
beispielsweise der Ventilkörper 1,
der Injektorkörper 2 oder
die Anschlagscheibe 3 und der zweite Körper 22 ist beispielsweise
entsprechend der Injektorkörper 2,
die Anschlagscheibe 3 oder der Düsenkörper 4. Vorteilhafterweise
ist in dem ersten Körper 20 eine
Ausnehmung 24 und in dem zweiten Körper 22 eine Ausnehmung 25 ausgebildet,
die beispielsweise als koaxiale Bohrungen mit einem größeren Durchmesser
ausgeführt
werden können.
Die Ausnehmung 24 und die Ausnehmung 25 sind vorzugsweise so
ausgeführt,
dass jeweils der Querschnitt der Bohrung 21 im ersten Körper 20 und
die Bohrung 23 im zweiten Körper 22 so vergrößert ist,
dass sie die Zentriervorrichtung aufnehmen können. Die Zentriervorrichtung 19 ist
vorzugsweise so in die Ausnehmung 24 im ersten Körper 20 und
in die Ausnehmung 25 in dem zweiten Körper 22 eingebracht,
dass störende Kanten
vermieden werden, d.h. der Innenradius der Zentriervorrichtung dem
Innenradius der Bohrungen 21, 23 entspricht. Dies
kann den Verschleiß an
der Zentriervorrichtung 19 und/oder den Körpern 20, 22 verringern,
der aufgrund der bei den Einspritzvorgängen erzeugten Hochdruckpulsationen
entstehen kann.
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2a zeigt
eine hülsenförmige Zentriervorrichtung 19, 2b zeigt
eine gestufte Hülse,
die eingesetzt werden kann, um Bohrungen verschiedener Durchmesser
zueinander auszurichten. Es besteht ferner die Möglichkeit, auf die Ausnehmungen 24, 25 zu
verzichten und die Zentriervorrichtung 19 direkt in die
Bohrungen 21, 23 einzubringen.
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Die
Zentriervorrichtung 19 kann zusätzlich eine Dichtfunktion erfüllen. Die
Dichtfunktion kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass
die Zentriervorrichtung 19 in den ersten Körper 20 und/oder
in den zweiten Körper 22 eingepresst
ist. Ferner besteht die Möglichkeit,
die Zentriervorrichtung 19 mit mindestens einem Dichtring 26 zu
versehen (2c). Dichtringe 26 werden
vorzugsweise am oberen und/oder unteren axialen Ende der Zentriervorrichtung 19 angeordnet.
Der Dichtring 26 kann auch als Dichtungsscheibe ausgeführt sein.
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In 2d ist
ein dritter Körper 27 zwischen dem
ersten Körper 20 und
dem zweiten Körper 22 angeordnet.
Der dritte Körper 27 hat
eine Bohrung oder Ausnehmung 28, die so ausgebildet ist,
dass sich die Zentriervorrichtung 19 durch die Ausnehmung 28 erstrecken
kann. In 1 ist der dritte Körper 27 beispielsweise
der Injektorkörper 2,
wenn der erste Körper 20 der
Ventilkörper 1 und
der zweite Körper 22 die
Anschlagscheibe 3 ist, oder die Anschlagscheibe 3,
wenn der erste Körper 20 der
Injektorkörper 2 und
der zweite Körper 22 der
Düsenkörper 4 ist.
Ferner können
auch weitere Körper
oder Scheiben mit geeigneten Ausnehmungen vorgesehen sein, durch
die sich die Zentriervorrichtung 19 erstrecken kann.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Zentriervorrichtung 19 mit Dichtfunktion ist in 3a dargestellt.
Diese Zentriervorrichtung 19 hat eine Beißkante 29.
Die Beißkante
dichtet aufgrund einer Verformung, die während der Montage des Einspritzventils herbeigeführt wird.
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Verschiedene
Variationen und Kombinationen von Merkmalen für die Ausgestaltung der Zentriervorrichtung 19 sind
möglich.
So kann die Zentriervorrichtung 19 beispielsweise in den
ersten Körper 20 eingepresst
sein und in den zweiten Körper 22 die Dichtfunktion
mittels der Beißkante 29 oder
mittels Dichtring 26 erreichen.
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In
den 3b und 3c ist
eine weitere Zentriervorrichtung 19 dargestellt, die als
Spiralspannstift ausgeführt
ist. 3b zeigt eine seitliche Ansicht mit einer Längsachse 30 und 3c zeigt eine
Draufsicht des Spiralspannstifts. Der Spiralspannstift hat den Vorteil,
dass die Anforderungen an die Präzision
der Bohrungen 21, 23 und/oder der Ausnehmungen 24, 25, 28 gering
sind, da Toleranzen aufgrund des variablen Durchmessers des Spiralspannstifts
ausgeglichen werden können.
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Das
Einspritzventil kann auch mehr als die zwei in 1 dargestellten
Hochdruckbohrungen 6 oder auch nur eine Hochdruckbohrung 6 haben. Ebenso
kann das Einspritzventil mehr oder weniger Körper und Scheiben umfassen
als den Ventilkörper 1,
den Injektorkörper 2,
die Anschlagscheibe 3 und den Düsenkörper 4.
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Die
Bohrungen 21, 23 und/oder die Ausnehmungen 24, 25, 28 in
dem ersten Körper 20,
in dem zweiten Körper 22 und
in dem dritten Körper 27 müssen nicht
zylinderförmig
sein. Ebenso muss die Zentriervorrichtung 19 nicht zylinderförmig sein.
Mit der erfindungsgemäßen Zentriervorrichtung 19 können auch
Bohrungen und/oder Ausnehmungen mit nicht-kreisförmiger Querschnittsfläche zueinander ausgerichtet
werden.
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Der
Vorteil der Erfindung ist, dass je nach Ausführungsform eine Zentrierfunktion,
eine Durchleitungsfunktion und die Dichtfunktion auf einfache Weise
in der Zentriervorrichtung 19 kombiniert sind. Dadurch
kann gegebenenfalls auf andere Maßnahmen zur Erzielung dieser
Funktionen verzichtet werden, so dass Platz eingespart und die Produktion
des Einspritzventils vereinfacht und dadurch billiger wird.