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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des unabhängigen Anspruchs
1.
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Aus
der
DE 40 26 721 A1 ist
bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das einen kugelförmigen Ventilschließkörper aufweist,
der mit einer ebenen Ventilsitzfläche eines Ventilsitzkörpers zusammenwirkt.
An dem Ventilsitzkörper
ist an dessen stromabwärtiger
Stirnseite eine Spritzlochscheibe mittels einer Schweißnaht fest
verbunden. Dieses aus Spritzlochscheibe und Ventilsitzkörper bestehende
Ventilsitzteil ist in einem Ventilsitzträger dicht befestigt. Die feste
Verbindung zwischen dem Ventilsitzteil und dem Ventilsitzträger erfolgt
an einem Halterand der Spritzlochscheibe, der unter radialer Spannung
steht, mit einer umlaufenden Schweißnaht.
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Außerdem ist
schon aus der
DE 41
25 155 C1 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem
wenigstens ein Spritzloch bereits im Ventilsitzkörper vorgesehen ist. Der zylinderförmige Ventilsitzkörper ist
deshalb nicht über
eine Spritzlochscheibe mit dem Ventilsitzträger fest verbunden, sondern
unmittelbar an seinem äußeren Umfang über eine
umlaufende Schweißnaht.
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Aus
der
DE 199 27 898
A1 ist bereits ein elektromagnetisch betätigbares
Brennstoffeinspritzventil bekannt, das unter anderem eine unmagnetische
dünnwandige
Ventilhülse
aufweist, in der der Ventilsitzkörper
angeordnet und befestigt wird. Die Ventilhülse dient für den Ventilsitzkörper als
Ventilsitzträger.
Der Ventilsitzkörper
besitzt eine äußere Mantelfläche, die
mit einer Beschichtung aus einem anderen Material als dem Material
des Ventilsitzkörpers
oder einem Klebstoff versehen ist, durch die oder den eine hydraulisch
dichte Verbindung zwischen dem Ventilsitzkörper und dem den Ventilsitzkörper aufnehmenden
Ventilsitzträger
erzielbar ist.
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Bekannt
ist es zudem aus der
US
4,946,107 A , eine feste Verbindung zwischen einem Ventilsitzkörper und
einer dünnwandigen
Ventilhülse
mittels Einpressen zu erzielen. Dabei besteht die Gefahr, dass der
Verbindungsbereich nach dem Einpressen bzw. über die Betriebsdauer des Einspritzventils
nicht vollständig
hydraulisch dicht bleibt.
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil
einer einfachen und kostengünstigen
Lösung
zur Erzielung einer festen sicheren Verbindung zwischen einem Ventilsitzkörper und
einem den Ventilsitzkörper
aufnehmenden Ventilsitzträger,
die eine hohe Axialbelastung aufnehmen kann und dabei eisdruckfest
ist, um die Gefahr eines unerwünschten
Verstellens des Ventilnadelhubs auch bei gefrierenden Medien, wie
einer Harnstoff-Wasser-Lösung auszuschließen.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Von
besonderem Vorteil ist es, dass der Ventilsitzkörper zusammen mit einer an
ihm befestigten Spritzlochscheibe ein Ventilsitzteil bildet, das
auf einfache Art und Weise entgegen der Strömungsrichtung in die Längsöffnung des
Ventilsitzträgers
eingebracht wird. In idealer Weise besitzt die Spritzlochscheibe
einen Werkzeugangreifbereich zum Einschrauben des Ventilsitzkörpers. Der
Werkzeugangreifbereich der Spritzlochscheibe ist in vorteilhafter Weise
im Übergang
des Bodenteils zum Halterand der Spritzlochscheibe angeformt.
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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 ein
teilweise dargestelltes bekanntes Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand
der Technik und
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2 einen
erfindungsgemäßen Verbindungsbereich
eines in einem Ventilsitzträger
zu befestigenden Ventilsitzkörpers.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In
der 1 ist ein bereits bekanntes Ventil in der Form
eines Einspritzventils für
Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
teilweise dargestellt. Das Einspritzventil hat einen rohrförmigen Ventilsitzträger 1,
in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet
ist. In der Längsöffnung 3 ist
eine z. B. rohrförmige
Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 6 mit
einem kugelförmigen
Ventilschließkörper 7,
an dessen Umfang beispielsweise fünf Abflachungen 8 vorgesehen
sind, verbunden ist.
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Die
Betätigung
des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise beispielsweise elektromagnetisch. Ebenso
sind jedoch auch piezoelektrische oder magnetostriktive Aktoren
als Erregerelemente denkbar. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und
damit zum Öffnen
entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder
bzw. Schließen
des Einspritzventils dient ein angedeuteter elektromagnetischer
Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11 und
einem Kern 12. Der Anker 11 ist mit dem dem Ventilschließkörper 7 abgewandten
Ende der Ventilnadel 5 durch z. B. eine Schweißnaht mittels
eines Lasers verbunden und auf den Kern 12 ausgerichtet. Die
Magnetspule 10 umgibt den Kern 12, der das sich durch
die Magnetspule 10 umschließende Ende eines nicht näher gezeigten
Einlassstutzens, der der Zufuhr des mittels des Ventils zuzumessenden Brennstoffs
dient, darstellt.
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Zur
Führung
des Ventilschließkörpers 7 während der
Axialbewegung dient eine Führungsöffnung 15 eines
Ventilsitzkörpers 16.
In das stromabwärts liegende,
dem Kern 11 abgewandte Ende des Ventilsitzträgers 1 ist
in der konzentrisch zur Ventillängsachse 2 verlaufenden
Längsöffnung 3 der
zylinderförmige
Ventilsitzkörper 16 durch
Schweißen
dicht montiert. Der Umfang des Ventilsitzkörpers 16 weist einen geringfügig kleineren
Durchmesser auf als die Längsöffnung 3 des
Ventilsitzträgers 1.
An seiner einen, dem Ventilschließkörper 7 abgewandten,
unteren Stirnseite 17 ist der Ventilsitzkörper 16 mit
einem Bodenteil 20 einer z.B. topfförmig ausgebildeten Spritzlochscheibe 21 konzentrisch
und fest verbunden.
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Die
Verbindung von Ventilsitzkörper 16 und Spritzlochscheibe 21 erfolgt
durch eine umlaufende und dichte, z. B. mittels eines Lasers ausgebildete erste
Schweißnaht 22.
Durch diese Art der Montage ist die Gefahr einer unerwünschten
Verformung des Bodenteils 20 in seinem zentralen Bereich 24,
in dem sich wenigstens eine, beispielsweise vier durch Erodieren
oder Stanzen ausgeformte Abspritzöffnungen 25 befinden,
vermieden.
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An
das Bodenteil 20 der topfförmigen Spritzlochscheibe 21 schließt sich
ein umlaufender Halterand 26 an, der sich in axialer Richtung
dem Ventilsitzkörper 16 abgewandt
erstreckt und bis zu seinem Ende 27 hin konisch nach außen gebogen
ist. Der Halterand 26 übt
eine radiale Federwirkung auf die Wandung der Längsöffnung 3 aus. Dadurch
wird beim Einschieben des aus Ventilsitzkörper 16 und Spritzlochscheibe 21 bestehenden
Ventilsitzteils in die Längsöffnung 3 des
Ventilsitzträgers 1 eine
Spanbildung am Ventilsitzteil und an der Längsöffnung 3 vermieden.
An seinem Ende 27 ist der Halterand 26 der Spritzlochscheibe 21 mit
der Wandung der Längsöffnung 3 durch
eine umlaufende und dichte zweite, z. B. mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht 30 verbunden.
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Die
Einschubtiefe des aus Ventilsitzkörper 16 und topfförmiger Spritzlochscheibe 21 bestehenden
Ventilsitzteils in die Längsöffnung 3 bestimmt
die Größe des Hubs
der Ventilnadel 5, da die eine Endstellung der Ventilnadel 5 bei
nicht erregter Magnetspule 10 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 7 an
einer Ventilsitzfläche 29 des
Ventilsitzkörpers 16 festgelegt
ist. Die andere Endstellung der Ventilnadel 5 wird bei
erregter Magnetspule 10 beispielsweise durch die Anlage
des Ankers 11 an dem Kern 12 festgelegt. Der Weg
zwischen diesen beiden Endstellungen der Ventilnadel 5 stellt
somit den Hub dar.
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Der
kugelförmige
Ventilschließkörper 7 wirkt mit
der sich in Strömungsrichtung
kegelstumpfförmig verjüngenden
Ventilsitzfläche 29 des
Ventilsitzkörpers 16 zusammen,
die in axialer Richtung zwischen der Führungsöffnung 15 und der
unteren Stirnseite 17 des Ventilsitzkörpers 16 ausgebildet
ist.
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Aus
der
DE 40 26 721 A1 ist
es bereits bekannt, ein Ventilsitzteil bestehend aus einem Ventilsitzkörper und
einer daran angeschweißten
Spritzlochscheibe in einen Ventilsitzträger einzubringen und dort zu
befestigen. Die Einschubtiefe dieses Ventilsitzteils bestimmt dabei
die Voreinstellung des Ventilnadelhubes. Die exakte Einstellung
des Ventilnadelhubes erfolgt an dem fertig montierten Brennstoffeinspritzventil,
indem das Ventilsitzteil zwischen den beiden Schweißnähten der
Spritzlochscheibe mittels eines Werkzeugs verformt wird. Beim Betrieb
eines derart ausgestatteten und eingestellten Brennstoffeinspritzventils
mit üblichen
Brennstoffen, wie Benzin, bleibt der Ventilnadelhub über die
Betriebszeit des Brennstoffeinspritzventils weitgehend konstant.
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Beim
Einsatz alternativer Brennstoffe, die in Zukunft verstärkt zum
Einsatz kommen werden, können
jedoch unerwünschte
Verstellungen des Ventilnadelhubes im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils auftreten.
Vor allen Dingen sind dabei Brennstoffe betroffen, die eine hohe
Gefriertemperatur besitzen, wie z.B. Harnstoff-Wasser-Lösungen, die bereits bei –10 °C gefrieren,
während
die Schmelztemperaturen von üblichen
Otto- und Dieselbrennstoffen zwischen –30 °C und –50 °C liegen. Ein bei relativ hohen
Temperaturen bereits gefrierendes Medium kann die relativ dünne Spritzlochscheibe
so verformen, dass sich daraus ein nachteilig vergrößerter Ventilnadelhub
ergibt.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Ventilsitzbefestigung
zu schaffen, die eine hohe Axialbelastung aufnehmen kann und dabei eisdruckfest
ist, um die Gefahr eines unerwünschten Verstellens
des Ventilnadelhubs auch bei gefrierenden Medien auszuschließen.
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In
der 2 ist ein Ausführungsbeispiel
für den
erfindungsgemäßen Verbindungsbereich
eines in einem Ventilsitzträger 1 zu
befestigenden Ventilsitzkörpers 16 dargestellt.
Der Ventilsitzträger 1 ist derart
ausgebildet, dass in seiner Längsöffnung 3 abschnittsweise
ein Innengewinde 35 vorgesehen ist, das mit einem am äußeren Umfang
des Ventilsitzkörpers 16 angeformten
Außengewinde 36 zu
einer Schraubverbindung 37 zusammenwirkt. Die Schraubverbindung 37 wird
z.B. mit einem metrischen Feingewinde M 6 × 0,5 realisiert. Die Längsöffnung 3 des
Ventilsitzträgers 1 ist
gestuft ausgeführt, um
das Ventilsitzteil entgegen der Strömungsrichtung von unten in
den Ventilsitzträger 1 einführen zu können. Im
Bereich des Halterandes 26 der Spritzlochscheibe 21 weist
die Längsöffnung 3 einen
größeren Durchmesser
auf als im Bereich des Innengewindes 35 der Schraubverbindung 37.
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Die
Einstellung des Ventilnadelhubes erfolgt auf sehr einfache Weise
durch Verdrehen des Ventilsitzkörpers 16 über die
Schraubverbindung 37. Der Ventilsitzkörper 16 wird dazu
so weit in den Ventilsitzträger 1 eingedreht,
bis eine gemessene Mediumistmenge mit einer vorgegebenen Mediumsollmenge übereinstimmt.
Das Einschrauben des Ventilsitzkörpers 16 wird
mittels eines Werkzeugs 38 vorgenommen, das in einem Werkzeugangreifbereich 39 der Spritzlochscheibe 21 angreift.
Der Werkzeugangreifbereich 39 ist z.B. im Übergang
des die Abspritzöffnungen 25 aufweisenden
ebenen Bodenteils zum Halterand 26 der Spritzlochscheibe 21 in
Form von geprägten
Rippen, Erhebungen oder Vertiefungen vorgesehen. Die Abdichtung
des aus Ventilsitzkörper 16 und
Spritzlochscheibe 21 bestehenden Ventilsitzteils wird über die
beiden dichten Schweißnähte 22, 30 realisiert,
wobei die erste Schweißnaht 22 vor
dem Einschrauben des Ventilsitzkörpers 16 erzeugt
wird, während
die zweite Schweißnaht 30 nach
dem Einbau des Ventilsitzkörpers 16 und
der Hubeinstellung platziert wird.