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Die
Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere für einen
Dieselmotor.
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Ein
solches Kraftstoff-Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine weist
einen Düsenkörper und
einen Haltekörper
auf. Im Düsenkörper ist
eine Ventilnadel axial beweglich angeordnet ist, und im Haltekörper ist
ein Steuerkolben axial beweglich angeordnet. Dabei sind die Ventilnadel
und der Steuerkolben im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet,
sodass der Steuerkolben die Axialbewegung der Ventilnadel steuern
kann.
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Die
einander zugewandten Kontaktflächen des
Düsenkörpers und
des Haltekörpers
müssen
sicher gegeneinander gepresst werden, um die Funktionsverbindung
zwischen Ventilnadel und Steuerkolben zu gewährleisten und auch eine leckagefreie Kraftstoffzuleitung,
die sich zum Beispiel durch die beiden Körper hindurch erstreckt, sicherzustellen. Zur
Erhöhung
der Flächenpressung
zwischen den beiden Kontaktflächen
des Düsenkörpers und
des Haltekörpers
ist es nach interner Praxis bekannt, ihre Kontaktflächen zu
reduzieren, indem zum Beispiel eine ringförmige Ausfräsung oder Ausdrehung in der Kontaktfläche des
Düsenkörpers ausgebildet
ist.
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Die
für die
Erhöhung
der Flächenpressung ausgebildete
Aussparung in der Kontaktfläche
des Düsenkörpers erfordert
wiederum eine Entlastungsöffnung.
Diese Entlastungsöffnung
ist bei herkömmlichen
Kraftstoff-Einspritzventilen nach interner Praxis zum Beispiel als
im Wesentlichen radiale Fräsnut
in der Kontaktfläche
des Düsenkörpers ausgebildet, welche
mit der Ringnut in Verbindung steht. Durch diese Entlastungsöffnung können in
der Ringnut vorhandenen Fluide, insbesondere Gase bei der Montage
von Düsenkörper und
Haltekörper
entweichen, sodass das Aufbringen der gewünschten Flächenpressung zwischen den beiden
Kontaktflächen
bei der Montage erleichtert ist. Vorteilhaft können die nach der Montage in
der Ringnut eingeschlossenen Gase bzw. Fluide bei einer Volumenausdehnung, die sich
aufgrund einer Temperaturerhöhungen
des Düsenkörpers im
Betrieb des Einspritzventils ergeben kann, durch die beschriebene
Entlastungsöffnung entspannen,
sodass die Kontaktflächen
von Düsenkörper und
Haltekörper
durch das sich ausdehnende Fluid zwischen den Kontaktflächen nicht
auseinander gepresst werden und die gewünschte Flächenpressung zwischen ihnen
erhalten bleibt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Kraftstoff-Einspritzventil für
eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem eine gewünschte Flächenpressung
zwischen den einander zugewandten Kontaktflächen von Düsenkörper und Haltekörper sicher
beibehalten wird.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Kraftstoff-Einspritzventil mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das
erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzventil
für eine
Brennkraftmaschine weist einen Düsenkörper, in
dem eine Ventilnadel axial beweglich angeordnet ist, und einen Haltekörper, in
dem ein Steuerkolben axial beweglich angeordnet ist, auf. Der Steuerkolben
ist im Wesentlichen koaxial zur Ventilnadel angeordnet und steuert
die Axialbewegung der Ventilnadel. Außerdem ist in wenigstens einer
der einander zugewandten Kontaktflächen des Düsenkörpers und des Haltekörpers, insbesondere einer
Stirnfläche,
wenigstens eine Aussparung ausgebildet und im Haltekörper ist
wenigstens eine Entlastungsbohrung vorgesehen, die mit der wenigstens einen
Aussparung in der Kontaktfläche
des Düsenkörpers und/oder
der Kontaktfläche
des Haltekörpers in
Verbindung steht.
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Durch
die Ausbildung wenigstens einer Aussparung in der Kontaktfläche des
Düsenkörpers und/oder
in der Kontaktfläche
des Haltekörpers
ist die Kontaktfläche
zwischen diesen beiden Kontaktflächen
reduziert, was zu einer Erhöhung
der Flächenpressung
zwischen den beiden Kontaktflächen bei
gleicher Verbindungskraft führt.
Die erhöhte
Flächenpressung
ist von Vorteil, um zu gewährleisten, dass
die Funktionsverbindung zwischen dem Steuerkolben im Haltekörper und
der Ventilnadel im Düsenkörper aufrecht
erhalten bleibt und dass keine Leckage, insbesondere an einer Schnittstelle
einer Kraftstoffzuleitung im Bereich zwischen dem Haltekörper und
dem Düsenkörper, entsteht.
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Um
zu verhindern, dass in der wenigstens einen Aussparung vorhandene
Fluide im Betrieb des Kraftstoff-Einspritzventils durch die Temperaturerhöhung des
Düsenkörpers eine
Volumenausdehnung erfahren, welche die beiden Kontaktflächen von
Düsenkörper und
Haltekörper
auseinander drücken würde, ist
erfindungsgemäß im Haltekörper wenigstens
eine Entlastungsbohrung vorgesehen, die mit der wenigstens einen
Aussparung in der Kontaktfläche
des Düsenkörpers und/oder
der Kontaktfläche des
Haltekörpers
in Verbindung steht. Über
diese Entlastungsbohrung kann sich das Fluid in der Aussparung bei
Bedarf entspannen und übt
daher keine übermäßige Kraft
auf die beiden Kontaktflächen
aus, um diese auseinander zu drücken.
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Im
Gegensatz zu den eingangs beschriebenen herkömmlichen Kraftstoff-Einspritzventilen,
bei denen die Entlastungsöffnung
durch eine Fräsnut
in der Kontaktfläche
des Düsenkörpers ausgebildet
ist, ist gemäß der Erfindung
eine Entlastungsbohrung im Haltekörper vorgesehen. Eine derartige
Entlastungsbohrung vereinfacht die Herstellung der Bauteile, da sie
zum Beispiel auf dem gleichen Bohrwerk bzw. in der gleichen Aufspannung
wie die übrigen
Bohrungen an der Kontaktfläche
des Haltekörpers
gefertigt werden kann.
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Das
Vorsehen der Entlastungsöffnung
im Haltekörper
hat gegenüber
den herkömmlichen
Systemen mit der Entlastungsöffnung
in der Kontaktfläche
des Düsenkörpers den
Vorteil, dass der Haltekörper
im Vergleich zum Düsenkörper im
Betrieb des Kraftstoff-Einspritzventils thermisch weniger belastet ist.
Dies hat zur Folge, dass die Materialschwächung im Haltekörper als
dem thermisch weniger belasteten Bauteil für die Dauer(form)stabilität des Einspritzventils
günstiger
ist.
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Ferner
ist der Düsenkörper in
einigen Fällen als
ein Ersatzteil des Einspritzventils konzipiert, da es höheren thermischen
Belastungen als die übrigen Komponenten
ausgesetzt ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, das Ersatzteil
möglichst
einfach zu gestalten und notwendige zusätzliche Fertigungsschritte wie
das Ausbilden einer Entlastungsöffnung
am Haltekörper
vorzusehen.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist im Haltekörper eine Entlastungsbohrung
vorgesehen, die im Wesentlichen parallel zu einer Achse des Haltekörpers bzw.
des darin aufgenommenen Steuerkolbens verläuft. In einer anderen Ausgestaltung der
Erfindung ist im Haltekörper
eine Entlastungsbohrung vorgesehen, die in Richtung weg von der
Kontaktfläche
des Haltekörpers
radial nach außen
verläuft. Selbstverständlich können auch
jeweils mehrere Entlastungsbohrungen einer Richtung oder Entlastungsbohrungen
unterschiedlicher Richtungen an einem Kraftstoff-Einspritzventil
verwirklicht sein. Gleichermaßen
kann eine Entlastungsbohrung auch diagonal, i. e. in radialer und
axialer Richtung, verlaufen.
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Vorzugsweise
sind die Entlastungsbohrungen so vorgesehen, dass sie wenigstens
abschnittsweise im Wesentlichen geradlinig verlaufen, wodurch die
Herstellung vereinfacht ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der Kontaktfläche des
Düsenkörpers und/oder
in der Kontaktfläche
des Haltekörpers
eine Aussparung in Form einer Ringnut ausgebildet, welche zum Beispiel
ausgedreht oder ausgefräst
werden kann.
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Obige
sowie weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten werden aus der
nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Zusammenhang mit der Zeichnung besser verständlich. Darin zeigt die einzige:
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1:
eine, teilweise schematisierte, Teildarstellung eines Kraftstoff-Einspritzventils
für eine Brennkraftmaschine
gemäß einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
ein Kraftstoff-Einspritzventil, welches zur Direkteinspritzung von
Kraftstoff in einen Brennraum eines Dieselmotors, insbesondere eines Großdieselmotors
vorgesehen ist. Das Einspritzventil weist einen Düsenkörper 10 auf,
von dem in 1 nur das obere Ende dargestellt
ist und an dessen unterem Ende, welches in den Brennraum ragt, eine oder
mehrere Düsenöffnungen
zum Einspritzen des Kraftstoffes in den Brennraum ausgebildet sind.
In diesem Düsenkörper 10 ist
eine Axialbohrung 12 ausgebildet, in der eine Ventilnadel 14 axial
beweglich angeordnet ist. Diese Ventilnadel 14 dient dem Öffnen und
Schließen
einer Fluidverbindung zwischen einer Kraftstoffzuleitung und der
bzw. den Düsenöffnung(en).
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Das
Kraftstoff-Einspritzventil weist ferner einen Haltekörper 18 auf,
der im Wesentlichen koaxial zum Düsenkörper 10 an dessen
dem Brennraum abgewandten Ende an diesen anschließend angeordnet
ist. In diesem Haltekörper 18 ist
eine Axialbohrung 20 ausgebildet, in welcher ein Steuerkolben 22 axial
beweglich angeordnet ist. Der Steuerkolben 22 steuert die
Axialbewegung der Ventilnadel 14 und ist im Wesentlichen
koaxial zu dieser angeordnet.
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An
ihrem oberen, dem Brennraum abgewandten Ende ist die Ventilnadel 14 mit
einer axialen Verlängerung 16 ausgebildet,
welche über
die obere Stirnfläche 34 des
Düsenkörpers 10 aus
diesem heraus ragt. In ähnlicher
Weise ist der Steuerkolben 22 an seinem unteren, dem Brennraum
zugewandten Ende mit einer axialen Verlängerung 24 versehen. Diese
beiden axialen Verlängerungen 16, 24 der
Ventilnadel 14 und des Steuerkolbens 22 sind im
Wesentlichen koaxial zueinander ausgerichtet und in einer Führungshülse 26 geführt.
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In
dem Ausführungsbeispiel
von 1 ist die Führungshülse 26 in
einer Axialbohrung im unteren Ende des Haltekörpers 18 eingesetzt
und die axiale Verlängerung 24 des
Steuerkolbens 22 ist exakt, d. h. fluiddicht in dieser
Führungshülse 24 axial
beweglich geführt.
Alternativ ist es auch denkbar, die axiale Verlängerung 16 der Ventilnadel 14 fluiddicht
in der Führungshülse 26 zu
führen
oder beide axiale Verlängerungen 16, 24 der
Ventilnadel 14 und des Steuerkolbens 22 fluiddicht
in der Führungshülse 26 aufzunehmen.
Außerdem
ist es als alternative Ausführungsform
weiter denkbar, die Führungshülse 26 in
einer Axialbohrung in dem Düsenkörper 10 einzusetzen oder
in Axialbohrungen sowohl im Düsenkörper 10 als
auch im Haltekörper 18 einzusetzen.
Des Weiteren ist es auch möglich,
auf eine oder beide der genannten axialen Verlängerungen 16, 24 von
Ventilnadel 14 und Steuerkolben 22 zu verzichten.
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Der
Steuerkolben 22 ist durch eine als Druckfeder ausgebildete
Feder 30, die sich gegen einen Ventilteller 28 des
Steuerkolbens 22 abstützt,
in Richtung zum Brennraum des Dieselmotors (nach unten in 1)
vorgespannt. Hierdurch ist auch die Ventilnadel 14, welche über die
oben beschriebenen axialen Verlängerungen 16, 24 von
Ventilnadel 14 und Steuerkolben 22 direkt mit
dem Steuerkolben 22 in Kontakt steht, nach unten in ihre
Schließstellung vorgespannt,
in welcher die Dü senöffnungen
im Düsenkörper 10 keine
Fluidverbindung zur Kraftstoffzuleitung haben.
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Wie
in 1 angedeutet, erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel
eine Kraftstoffzuleitung 32 durch den Haltekörper 18 und
den Düsenkörper 10. Über diese
Kraftstoffzuleitung 32 wird unter Druck stehender Kraftstoff
in den vorderen Bereich des Düsenkörpers 10 zugeführt, um
bei Öffnungsstellung der
Ventilnadel 14 bis zu den Düsenöffnungen und durch diese in
den Brennraum zu gelangen. Die vorliegende Erfindung ist allerdings
ebenso bei Kraftstoff-Einspritzventilen anwendbar, bei denen diese Kraftstoffzuleitung
durch das Innere der Ventilnadel 14 und ggf. auch das Innere
des Steuerkolbens 22 verläuft.
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Die
obere, d. h. die dem Brennraum abgewandte Stirnfläche 34 des
Düsenkörpers 10 ist
gegen die untere, d. h. die dem Brennraum zugewandte Stirnfläche 36 des
Haltekörpers 18 gepresst.
Um hierbei eine möglichst
hohe Flächenpressung
zu erzielen, ist die Kontaktfläche
der einander zugewandten Stirnflächen 34, 36 reduziert.
Zu diesem Zweck ist in diesem Ausführungsbeispiel eine ringförmige Aussparung
bzw. Ringnut 38 in der Stirnfläche 34 des Düsenkörpers 10 ausgebildet.
Diese Ringnut 38 kann zum Beispiel durch Ausdrehen oder
Ausfräsen in
der Stirnfläche 34 gefertigt
werden.
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Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Form der Aussparung 38 beschränkt. So
können
beispielsweise wahlweise geschlossene oder offene Aussparungsformen,
beliebige geometrische Formen, beliebige Tiefen, einstückige oder
abschnittweise Aussparungen und dergleichen vorgesehen sein.
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Außerdem muss
die Ringnut bzw. allgemein die Aussparung 38 nicht notwendigerweise
in der Stirnfläche 34 des
Düsenkörpers 10 ausgebildet sein.
Die Aussparung 38 kann alternativ auch in der Stirnfläche 36 des
Haltekörpers 18 vorgesehen
sein oder es können
Aussparungen 38 sowohl in der Stirnfläche 34 des Düsenkörpers 10 als
auch in der Stirnfläche 36 des
Haltekörpers 18 ausgebildet
werden. Des Weiteren können
auch mehrere Aussparungen 38 an einer oder beiden der Stirnflächen 34, 36 von
Düsenkörper 10 und
Haltekörper 18 gewählt werden.
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Um
jederzeit, d. h. sowohl bei der Montage als auch während des
Betriebs des Einspitzventils die gewünschte erhöhte Flächenpressung zwischen den beiden
Stirnflächen 34, 36 des
Düsenkörpers 10 und
des Haltekörpers 18 zu
gewährleisten,
steht die Aussparung 38 bzw. stehen die Aussparungen 38 mit wenigstens
einer Entlastungsbohrung 40 in Fluidverbindung. Durch diese
Entlastungsbohrung(en) 40 können Fluide, insbesondere Gaseinschlüsse, beim Zusammenfügen von
Düsenkörper 10 und
Haltekörper 18 bei
der Montage des Kraftstoff-Einspritzventils als
auch bei Temperaturerhöhungen
der Bauteile, welche eine Volumenausdehnung der in den Aussparungen 38 eingeschlossenen
Fluide bewirken, entweichen bzw. sich entspannen.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Entlastungsbohrung 40 zu diesem Zweck als im Wesentlichen
achsparallele Durchgangsbohrung in der Stirnfläche 36 des Haltekörpers 18 ausgebildet
und reicht von der Stirnfläche 36 bis
zur Axialbohrung 20 des Haltekörpers 18. Diese Bohrung 40 kann
in einem Arbeitsgang mit den bzw. in derselben Aufspannung wie die
weiteren Bohrungen im Haltekörper 18 gefertigt
werden, was die Herstellung des gesamten Einspritzventils vereinfacht.
Außerdem
ist die Entlastungsbohrung 40 in diesem Fall in dem Bauteil
des Einspritzventils ausgebildet, das im Vergleich zum Düsenkörper 10,
der in den Brennraum ragt, geringeren thermischen Belastungen ausgesetzt
ist. Aus diesem Grund ist die Materialschwächung durch die Entlastungsbohrung 40 im
Haltekörper 18 unkritischer als
im Düsenkörper 10.
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Auch
wenn in dem Ausführungsbeispiel
von 1 nur eine Entlastungsbohrung 40 im Haltekörper 18 vorgesehen
ist, können
im Rahmen der vorliegenden Erfindung natürlich auch mehrere Entlastungsbohrungen 40 vorhanden
sein. Im Fall von mehreren, nicht zusammenhängenden Aussparungen 38 in
der Stirnfläche 34 des
Düsenkörpers 10 und/oder der
Stirnfläche 36 des
Haltekörpers 18 sollte
sogar eine entsprechende Anzahl Entlastungsbohrungen 40 zur
Verfügung
stehen, sodass alle Aussparungen 38 jeweils mit wenigstens
einer Entlastungsbohrung 40 in Fluidverbindung stehen.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Entlastungsbohrung 40 in besonders vorteilhafter
Weise im Wesentlichen parallel zur Achse des Einspritzventils, genauer
des Haltekörpers 18 orientiert
und im Wesentlichen geradlinig ausgeführt, was für die Fertigung besonders günstig ist.
Alternativ können
die Entlastungsbohrungen aber auch in einem Winkel zur Achse des
Haltekörpers 18 verlaufen.
Dabei ist es insbesondere auch denkbar, dass die Entlastungsbohrungen 40 in
Richtung weg von der Stirnfläche 36 des
Haltekörpers 18 radial
nach außen
verlaufen, sodass eine Fluidverbindung zwischen den Aussparungen 38 und
der Umgebung des Einspritzventils geschaffen wird. Außerdem sind
grundsätzlich nicht
nur geradlinige, sondern auch ein- oder mehrfach gekrümmte Entlastungsbohrungen 40 möglich.
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In 1 ist
eine Entlastungsbohrung 40 mit einem im Wesentlichen konstanten
Durchmesser dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist nicht nur
auf diese Ausführungsform
der Entlastungsbohrung beschränkt.
So kann sich die Entlastungsbohrung 40 zum Beispiel in
Richtung von der Stirnfläche 36 des Haltekörpers 18 weg
allmählich
oder stufenweise verjüngen.
Zudem sind grundsätzlich
beliebige Querschnittsformen für
die Entlastungsbohrung 40 denkbar, auch wenn der kreisförmige Querschnitt
die für die
Fertigung einfachste Variante darstellt.
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- 10
- Düsenkörper
- 12
- Axialbohrung
- 14
- Ventilnadel
- 16
- Verlängerung
- 18
- Haltekörper
- 20
- Axialbohrung
- 22
- Steuerkolben
- 24
- Verlängerung
- 26
- Führungshülse
- 28
- Federteller
- 30
- Druckfeder
- 32
- Kraftstoffzuleitung
- 34
- Stirnfläche des
Düsenkörpers
- 36
- Stirnfläche des
Haltekörpers
- 38
- Ringnut
- 40
- Entlastungsbohrung