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Die
Erfindung betrifft ein Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, wie
es vorzugsweise zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum
von selbstzündenden
Brennkraftmaschinen verwendet wird.
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Die
Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
aus, wie es beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 103 30 257 A1 bekannt
ist. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper auf,
in dem eine Ventilnadel zum Öffnen
und Schließen
durch eine Längsbewegung
mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Hierdurch wird wenigstens eine
Einspritzöffnung
auf- und zugesteuert, durch die Kraftstoff in den Brennraum einer
Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Die Steuerung der Ventilnadel
erfolgt durch einen einstellbaren Druck in einem Steuerraum, der
die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Ventilnadel beaufschlagt.
Bei der Öffnungshubbewegung
der Ventilnadel hebt diese vom Ventilsitz ab, wodurch Kraftstoff
zu der wenigstens einen Einspritzöffnung strömen kann. Dabei verdrängt die
Ventilnadel Kraftstoff aus dem Steuerraum, der über eine Ablaufdrossel abfließt.
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Für das einwandfreie
Funktionieren der Kraftstoffeinspritzung ist es entscheidend, dass
der Maximalhub der Ventilnadel begrenzt wird. Bei den üblicherweise
bekannten Kraftstoffeinspritzventilen erfolgt die Begrenzung des
Maximalhubs der Ventilnadel dadurch, dass die Ventilnadel an einer
Drosselscheibe anstößt, die
einen Teil des Gehäuses
bildet und in der auch die Zu- bzw. Ablaufdrosseln vorgesehen sind.
Um den Maximalhub einzustellen, muss jedes einzelne Kraftstoffeinspritzventil
vermessen werden und entspre chend die Stirnseite der Ventilnadel abgeschliffen
werden, so lange, bis der gewünschte Maximalhub
der Ventilnadel erreicht ist. Dies ist jedoch ein sehr aufwendiger
und teurer Prozess, der die Gesamtkosten des Kraftstoffeinspritzventils
nicht unerheblich vergrößert.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist dem
gegenüber
den Vorteil auf, dass sich der Maximalhub der Ventilnadel einfach
und kostengünstig
einstellen lässt.
Hierzu ist im Steuerraum des Kraftstoffeinspritzventils ein Anschlagelement
angeordnet, das beim Öffnungshub der
Ventilnadel nach Durchfahren des Maximalhubs zwischen der Stirnseite
der Ventilnadel und der Drosselscheibe eingeklemmt wird, sodass über die
axiale Ausdehnung des Anschlagelements der Maximalhub der Ventilnadel
einstellbar ist. Da das Anschlagelement separat gefertigt werden
kann, lässt
sich so einfach und kostengünstig
der Maximalhub der Ventilnadel einstellen. Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil
den Vorteil auf, dass durch eine geeignete Auslegung des Anschlagelements
eine hydraulische Dämpfung
im Steuerraum einstellbar ist, die verhindert, dass es nach Durchfahren
des Maximalhubs der Ventilnadel zum Prellen kommt. Dies mindert
das Geräusch
des Kraftstoffeinspritzventils und erlaubt eine genauere Einstellung des
Schließzeitpunkts,
da der Zustand der Ventilnadel zu Begin der Schließbewegung
genau bekannt ist.
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Durch
die abhängigen
Ansprüche
sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung
möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Anschlagelement als
Kugel ausgeführt,
die seitlich in einer Hülse
geführt
ist, wobei die Hülse
den Steuerraum seitlich nach außen
begrenzt. Wenn die Kugel relativ eng in der Hülse getührt ist, teilt sie den Steuerraum
in einen unteren und einen oberen Teilraum, sodass bei der Öffnungshubbewegung
der Ventilnadel Kraftstoff entweder vom oberen in den unteren oder
vom unteren in den oberen Teilraum gedrückt wird. Je nach Größe des verbleibenden
Spalts zwischen der Kugel und der Hülse erfolgt dies mehr oder
weniger stark gedämpft,
sodass die Ventilnadel sanft an ihrem oberen Anschlag aufsetzt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Anschlagelement
scheibenförmig
ausgefüllt, wobei
das Anschlagelement hier ebenfalls in vorteilhafter Weise den Steuerraum
in einen unteren und einen oberen Teilraum teilt. Beide Räume sind über eine
Boh rung in dem scheibenförmigen
Anschlagelement miteinander verbunden. Über die Größe der Bohrung kann die Dämpfung der Öffnungshubbewegung
der Ventilnadel eingestellt werden, da auch hier der Kraftstoff
entweder vom oberen in den unteren Teilraum oder die entgegengesetzte
Richtung gedrückt
wird, wenn die Ventilnadel ihre Öffnungshubbewegung
durchfährt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das scheibenförmige Anschlagelement
als Ringscheibe ausgebildet, die eine große Mittelöffnung aufweist, durch die
der Kraftstoff ungehindert vom oberen in den unteren Teilraum oder
in die entgegen gesetzte Richtung fließen kann. Eine hydraulische Dämpfung kann
hier in vorteilhafter Weise dadurch geschehen, dass an wenigstens
einer der Stirnflächen
des scheibenförmigen
Anschlagelements Ausnehmungen ausgebildet sind, in denen stets ein dämpfendes
Kraftstoffpolster verbleibt, wenn sich die Ventilnadel an das Anschlagelement
annähert
bzw. das Anschlagelement an die Drosselscheibe. Über Form und Tiefe dieser Ausnehmungen
kann die Dämpfungswirkung
eingestellt werden.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sind der Beschreibung
in der Zeichnung entnehmbar.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
dargestellt. Es zeigt
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1 ein
erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
im Längsschnitt,
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2 ein
weiteres Ausführungsbeispiel,
wobei nur der Bereich des Steuerraums gezeigt ist,
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3 in
derselben Darstellung wie 2 ein weiteres
Ausführungsbeispiel
und
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4 zeigt
in einer Seiten- und einer Draufsicht ein Anschlagelement. wie es
bei einem Kraftstoffeinspritzventil nach 3 Verwendung
findet.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
im Längsschnitt
dargestellt. Das Kratstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse 1 auf,
das einen Ventilkörper 3,
eine Drosselscheibe 6 und einen Haltekörper 5 umfasst, die
in dieser Reihenfolge durch eine Spannmutter 7 gegeneinander
gepresst werden. Im Ventilkörper 3 ist
eine Buhrung 8 ausgebildet, in der eine kolbenförmige Ventilnadel 10 längsverschiebbar
angeordnet ist, wobei die Ventilnadel 10 in einem mittleren
Abschnitt in der Bohrung 8 geführt ist. Zwischen der Ventilnadel 10 und
der Wand der Bohrung 8 ist ein Druckraum 17 ausgebildet,
der über
einen Zulaufkanal 9 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist.
Die Bohrung 8 wird an einem Ende von einem konischen Ventilsitz 14 begrenzt,
in dessen Bereich mehrere Einspritzöffnungen 16 ausgebildet
sind, die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in einen
Brennraum der Brennkraftmaschine münden. Am ventilsitzabgewandten
Ende der Ventilnadel 10 ist eine ist eine abgeflachte Stirnseite 15 ausgebildet
und am gegenüberliegenden
Ende eine zumindest im wesentlichen konische Ventildichtfläche 18,
mit der die Ventilnadel 10 mit dem Ventilsitz 14 zusammenwirkt.
Liegt die Ventilnadel 10 am Ventilsitz 14 auf,
so werden die Einspritzöffnungen 16 gegen
den Druckraum 17 verschlossen.
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Im
ventilsitzabgewandtem Endbereich erweitert sich die Bohrung 8 zu
einem Federraum 11, in dem eine Schließfeder 13 angeordnet
ist, die die Ventilnadel 10 umgibt. Die Schließfeder 13 ist
als Schraubendruckfeder ausgebildet und unter Druckvorspannung inzwischen
einer Hülse 20 und
einem Stützring 21 angeordnet.
Die Hülse 20 stützt sich
mit einem Ende an der Drosselscheibe 6 ab, während der
Stützring 21 an
einer Schulter der Ventilnadel 10 anliegt. Über die
Druckvorspannung der Schließfeder 13 wird
die Ventilnadel 10 gegen den Ventilsitz 14 gedrückt. Der
einzuspritzende Kraftstoff, der im Druckraum 17 vorliegt,
wird über
einen Zulaufkanal 9, der in der Drosselscheibe 6 und
im Haltekörper 5 verläuft, in
den Federraum 13 eingebracht, wo er über Anschliffe 12 an
der Ventilnadel 10 bis zu den Einspritzöffnungen 16 fließt. Hierbei
ergibt sich eine hydraulische Kraft, die vom Ventilsitz 14 weggerichtet ist,
auf eine Druckschulter 19, die am Beginn der Anschliffe 12 an
der Ventilnadel 10 ausgebildet ist.
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Die
Hülse 20,
die ventilsitzabgewandte Stirnseite 15 der Ventilnadel 10 und
die Drosselscheibe 6 begrenzen einen Steuerraum 22,
der über
eine Zulaufdrossel 28, die in der Drosselscheibe 6 ausgebildet
ist, mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden kann. Soll der Druck
im Steuerraum 22 gesenkt werden, so lässt sich der Kraftstoffdruck über eine Ablaufdrossel 29 entspannen,
wobei die Ablaufdrossel 29 ebenfalls in der Drosselscheibe 6 ausgebildet ist.
Auf dieses Weise kann der Kraftstoffdruck im Steuerraum 22 eingestellt
werden. Im Steuerraum 22 ist ein Anschlagelement 25 angeordnet,
dass hier eine Linsenform aufweist. Es sind jedoch auch andere Formen
möglich,
beispielsweise eine Kugelform, die den Vorteil aufweist, dass es
zu keinem Verkanten oder Schrägstel len
des Anschlagelements im Steuerraum 22 kommen kann. Liegt
das Anschlagelement 25 auf der Stirnseite 15 der
Ventilnadel 10 auf, so ist der Maximalhub hmax durch
den axialen Abstand zwischen dem Anschlagelement 25 und
der Drosselscheibe 6 gegeben, so wie in 1 dargestellt.
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Die
Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt:
Im
Druckraum 17 wird über
den Zulaufkanal 9 stets Kraftstoff unter hohem Druck zur
Verfügung
gestellt, der auch die Ventilnadel 10 und hier besonders
auf die Druckschulter 19 wirkt und so eine vom Ventilsitz 14 weggerichtete Öffnungskraft
auf die Ventilnadel 10 ergibt. Der Öffnungskraft entgegengerichtet
ist die hydraulische Kraft, die durch den Kraftstoffdruck im Steuerraum 22 auf
die Stirnseite 15 der Ventilnadel 10 ausgeübt wird
und die der Öffnungskraft überlegen
ist, wenn im Steuerraum 22 der gleiche Druck wie im Druckraum 17 herrscht.
Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird über ein in der Zeichnung nicht
dargestelltes Steuerventil die Ablaufdrossel 29 geöffnet, sodass
der Kraftstoffdruck im Steuerraum 22 absinkt. Da das Anschlagelement 25 den
Steuerraum 22 in einen ersten Teilraum 122 und
einen zweiten Teilraum 222 unterteilt, sinkt zuerst der
Druck im ersten Teilraum 122 ab. Dies vermindert die hydraulische
Kraft auf das Anschlagelement 25 bzw. auf die Stirnseite der
Ventilnadel 15, sodass diese sich angetrieben durch den
hydraulischen Druck im Druckraum 17 vom Ventilsitz 14 wegbewegt.
Dadurch fließt
Kraftstoff aus dem Druckraum 17 zwischen der Ventildichtfläche 18 und
dem Ventilsitz 14 hindurch zu den Einspritzöffnungen 16 und
wird durch diese ausgespritzt.
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Durch
die Bewegung der Ventilnadel 10 wird Kraftstoff aus dem
Steuerraum 22 verdrängt,
wobei das Anschlagelement 25 weiter in den Steuerraum 22 hineingedrückt wird.
Dadurch wird der Kraftstoff aus dem ersten Teilraum 122 verdrängt und
fließt über die
Ablaufdrossel 29 ab, was die Hubbewegung der Ventilnadel 10 abdämpft. Nach
Durchfahren des Maximalhubs hmax ist das
Anschlagelement 25 zwischen der Stirnseite 15 und
der Drosselscheibe 6 eingeklemmt, wobei dieser Anschlag
durch die hydraulische Dämpfung
relativ sanft geschieht. Befindet sich das Anschlagelement 25 hingegen
zu Beginn der Öffnungshubbewegung
nicht in Anlage der Stirnseite 15, so verdrängt die
Ventilnadel 10 durch ihre Öffnungshubbewegung den Kraftstoff
im zweiten Teilraum 222 und drückt diesen durch den Ringspalt
zwischen dem Anschlagelement 25 und der Hülse 20 hindurch
in den ersten Teilraum 122. Dies dämpft die Öffnungshubbewegung der Ventilnadel 10 ebenso, sodass
es auch in diesem Fall zu einem gedämpften und damit geräusch armen
Aufsetzen der Ventilnadel 10 an der Drosselscheibe 6 kommt.
Zur Beendigung der Einspritzung wird der Kraftstoffdruck durch Verschließen der
Ablaufdrossel 29 im Steuerraum 22 wieder angehoben,
sodass die Ventilnadel 10 durch den hydraulischen Druck
auf die Stirnseite 15 zurück in Anlage an den Ventilsitz 14 fährt und
die Einspritzöffnungen 16 verschließt.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils, wobei
hier nur der Bereich des Steuerraums 22 gezeigt ist. Das
Anschlagelement 25 ist hier scheibenförmig ausgebildet und so im
Steuerraum 22 angeordnet, dass es diesen ebenfalls in einen
ersten Teilraum 122 und in einen zweiten Teilraum 222 unterteilt.
Im Anschlagelement 25 ist eine Bohrung 26 ausgebildet, über die
der erste Teilraum 122 und der zweite Teilraum 222 miteinander
verbunden sind. Wird durch die Öffnungshubbewegung
der Ventilnadel 10 der Kraftstoff aus dem zweiten Teilraum 222 verdrängt, so
fließt
dieser über
die Bohrung 26 zur Ablaufdrossel 29, sodass sich über die
Größe der Bohrung 26 die
Dämpfungswirkung,
die die Kraftstoffverdrängung
durch die Ventilnadel 10 hat, einstellen lässt. Durch
die Anfasung an der Hülse 20 und eine
entsprechende Anfasung am Anschlagelement 25 wird verhindert,
dass sich das Anschlagelement 25 zu frei im Steuerraum 22 bewegt,
sondern stets waagerecht in der Nähe der Drosselscheibe 6 verbleibt.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel in
derselben Darstellung wie 2. Das Anschlagelement 25 ist
hier als Ringscheibe ausgeführt,
die eine Mittelöffnung 27 aufweist.
Die Mittelöffnung 27 ist
hierbei so groß,
dass der erste Teilraum 122 und der zweite Teilraum 222 ungedrosselt
miteinander verbinden werden. Die Dämpfung der Öffnungshubbewegung erfolgt
hierbei beispielsweise über
eine entsprechende Ausgestaltung der Ablaufdrossel 29.
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4 zeigt
eine alternative Ausgestaltung des ringförmigen Anschlagelements nach 3.
Das Anschlagelement 25 weist an seiner ersten Stirnfläche 125 und/oder
seiner zweiten Stirnfläche 225 Ausnehmungen 30 auf,
die im unteren Teil der 4 nochmals in der Draufsicht
des scheibenförmigen Anschlagelements 25 dargestellt
sind. Die Ausnehmungen 30 bilden ein Kraftstoffpolster,
das ein hartes Aufschlagen der Ventilnadel 10 auf das Anschlagelement 25 verhindert,
was zu einer entsprechenden Geräuschreduzierung
führt.
Es kann hierbei vorgesehen sein, die Ausnehmungen 30 – wie in 4 dargestellt – sowohl
in der ersten Stirnfläche 125 als auch
in der zweiten Stirnfläche 225 auszubilden.
Es ist jedoch auch möglich,
diese nur an der zweiten Stirnfläche 225 auszubilden.
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Das
Anschlagelement 25 wird vorzugsweise aus einem Stahl gefertigt,
wobei eine gewisse Nachgiebigkeit des Materials wünschenswert
ist. Eine zu hohe Sprödigkeit
führt zwar
einerseits zu einer großen
Formbeständigkeit
des Anschlagelements 25, kann jedoch andererseits zu Schäden an der
Ventilnadel 10 oder dazu führen, dass das Anschlagelement 25 aufgrund
er hohen mechanischen Belastung bricht, der es bei der Öffnungshubbewegung
der Ventilnadel 10 und dem Anschlagen am Anschlagelement 25 ausgesetzt
ist.