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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere einen Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
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Aus der
DE 103 53 169 A1 ist ein Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen bekannt. Der bekannte Injektor weist einen in einem Injektorkörper angeordneten Piezoaktor auf, der ein in einer Ventilplatte aufgenommenes Steuerventil betätigt. Außerdem ist ein Düsenkörper vorgesehen, an dessen brennraumseitigen Ende ein Düsenaustritt ausgebildet ist. Eine Düsennadel ist in einer Längsausnehmung des Düsenkörpers axial beweglich beziehungsweise betätigbar angeordnet. Des weiteren ist eine das rückwärtige, vom Düsenaustritt abgewandte Ende der Längsausnehmung abschließende, zwischen Düsenkörper und Steuerventil angeordnete Drosselscheibe vorgesehen, die einen Öffnungsanschlag für die Düsennadel bildet. Die Drosselscheibe wirkt hierbei mit der rückseitigen, vom Düsenaustritt abgewandten Stirnfläche der Düsennadel zusammen und begrenzt damit den Öffnungshub der Düsennadel. Ferner ist ein Steuerraum zwischen der rückwärtigen Düsennadel-Stirnfläche und der Drosselscheibe ausgebildet, der mit einem der Kraftstoffzuführung dienenden Druckanschluss in hydraulischer Verbindung steht. Im Injektorkörper ist ein zylindrischer Haltekörper angeordnet, der einen Übersetzerkolben und die das Steuerventil enthaltene Ventilplatte aufnimmt. In einem Ventilraum des Steuerventils ist ein Ventilbolzen mit einem Ventilkörper angeordnet. Der Ventilbolzen mit dem Ventilkörper weist eine pilzförmige Ausgestaltung auf. Hierbei wird der Ventilkörper von einer Ventilfeder gegen eine Ventilsitzfläche beaufschlagt. Der Ventilraum wird einerseits über eine Drosselbohrung, die als Zu- und Ablaufdrossel dient, mit dem Steuerraum verbunden. Andererseits wird der Ventilraum des Steuerventils über eine als Bypass dienende Bohrung mit einem unter Hochdruck stehenden Brennstoffraum verbunden. Die Bypass-Bohrung ist hierbei durch Betätigen des Ventilbolzens verschließbar.
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Der aus der
DE 103 53 169 A1 bekannte Injektor hat den Nachteil, dass aufgrund der unterhalb des Ventilsitzes druckbeaufschlagten Fläche, die Ventilöffnungskraft mit dem Brennstoffdruck zunimmt. Eine Drucksteigerung über 2000 bar hinaus ist nicht möglich. Weiterhin ist ein relativ großes Volumen des Ventilraums erforderlich ist, um die im Ventilraum vorgesehenen Komponenten des Steuerventils aufzunehmen. Hierdurch ergibt sich eine entsprechend große Rückflussmenge an Brennstoff zu einem Niederdruckrücklauf. Diese rückfließende Brennstoffmenge muss aus dem Hochdruckraum wieder aufgefüllt werden. Dies verschlechtert den Wirkungsgrad und macht eine entsprechend leistungsfähige Hochdruckpumpe erforderlich. Außerdem ist die Bypass-Bohrung erforderlich, um ein ausreichend schnelles Schließverhalten beim Betätigen der Düsennadel zu erzielen.
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Außerdem besteht der Nachteil, dass bei einem großen Ventilraumvolumen die Dynamik und damit eine Kleinstmengenfähigkeit verschlechtert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung des Steuerventils ermöglicht ist. Insbesondere ist eine Reduzierung des Volumens des Ventilraums möglich, wodurch insbesondere die Injektorfunktion und die Kleinstmengenfähigkeit verbessert werden können. Außerdem kann gegebenenfalls ein Kostenvorteil erzielt werden, da Montage- und Einstellschritte bei der Herstellung des Brennstoffeinspritzventils vereinfacht werden oder gegebenenfalls auch entfallen können.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Vorteilhaft ist es, dass die Dichtbuchse an einer der Dichtfläche zugewandten Stirnseite eine umlaufende Beißkante aufweist, mit der die Dichtbuchse an der Dichtfläche anliegt. Hierdurch ist eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet. Hierdurch kann entsprechend einem Brennstoffdruck eine Beaufschlagung der Dichtbuchse gegen die Dichtfläche erzielt werden.
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Vorteilhaft ist es, dass die Dichtbuchse im Bereich der Ventilsitzfläche eine Anlagefläche aufweist und dass die Anlagefläche eine Kontur aufweist, die zumindest teilweise entsprechend einer Kugeloberfläche ausgestaltet ist. Ferner ist es hierbei vorteilhaft, dass eine Ventilplatte vorgesehen ist, dass der Ventilraum zumindest teilweise in der Ventilplatte ausgestaltet ist, dass die Ventilsitzfläche an der Ventilplatte ausgestaltet ist und dass die Ventilplatte eine zumindest teilweise kegelförmige Anlagefläche aufweist, an der die Dichtbuchse mit ihrer Anlagefläche abgestützt ist. Hierdurch kann eine tangentiale Anlage der teilweise kegelförmigen Anlagefläche an der teilweise entsprechend einem balligen Torussegment ausgestalteten Anlagefläche der Dichtbuchse erzielt werden. Hierdurch ist ein vorteilhaftes Ausrichten der Dichtbuchse beziehungsweise ein Toleranzausgleich möglich. Dies ergibt sich insbesondere in einer Zusammenwirkung mit der Abstützung der Dichtbuchse an ihrer Beißkante an der Dichtfläche. In vorteilhafter Weise kann die teilweise kegelförmige Anlagefläche der Ventilplatte die Ventilsitzfläche umfassen. Dadurch vereinfacht sich die Ausgestaltung der Ventilplatte bei gleichzeitig geringster Positionstoleranz zwischen dem Ventilbolzen und der Dichtbuchse, wodurch die Ventildichtheit verbessert wird.
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Vorteilhaft ist es auch, dass ein Brennstoffdurchgang an der Dichtbuchse ausgestaltet ist, dass zwischen einer Außenseite der Dichtbuchse und einer Innenwand des Ventilraums ein Brennstoffspalt ausgestaltet ist und dass der Brennstoffdurchgang einen Brennstofffluss von dem Brennstoffspalt zu einem Dichtsitz zwischen der Ventilsitzfläche und dem Ventilkörper des Ventilbolzens ermöglicht. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass der Brennstoffdurchgang durch zumindest einen Durchgangsspalt gebildet ist, der zwischen der Dichtbuchse und einer der Dichtbuchse zugewandten Anlagefläche an der Ventilplatte ausgestaltet ist. Hierdurch wird ein Brennstofffluss zu dem Dichtsitz ermöglicht, so dass beim Betätigen des Ventilbolzens Brennstoff über den geöffneten Dichtsitz zu einem Niederdruckrücklauf oder dergleichen abfließen kann. Dadurch wird ein Druckabfall im Steuerraum zum Betätigen einer Düsennadel erzielt. Außerdem kann durch den Druck des Brennstoffs im Durchgangsspalt, der zwischen der Dichtbuchse und der Anlagefläche ausgebildet ist, eine Beaufschlagung der Dichtbuchse erfolgen, so dass die Dichtbuchse mit ihrer Beißkante gegen die Dichtfläche gepresst wird. Hierdurch ist eine zuverlässige Abdichtung zwischen der Beißkante und der Dichtfläche gewährleistet.
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Außerdem ist es vorteilhaft, dass zwischen der Dichtbuchse und dem Ventilkörper des Ventilbolzens ein Brennstoffspalt ausgestaltet ist und dass ein Durchmesser eines Dichtsitzes zwischen dem Ventilkörper und der Ventilsitzfläche größer ist als ein Durchmesser einer Führungsbohrung der Dichtbuchse, in der der Ventilbolzen geführt ist. Hierdurch kann durch den Druck des Brennstoffs im Brennstoffspalt zwischen dem Ventilkörper des Ventilbolzens und der Dichtbuchse eine hydraulische Schließkraft auf den Ventilbolzen mit seinem Ventilkörper ausgeübt werden, um den Ventilkörper gegen die Ventilsitzfläche zu beaufschlagen. Diese hydraulische Schließkraft kann hierbei zusätzlich zu einer Ventilfeder wirken.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass die Dichtbuchse in einem drucklosen Montagezustand mit einer axialen Übergangspassung in den Ventilraum eingepasst ist. Die Übergangspassung kann hierbei so ausgelegt sein, dass sowohl ein geringes Übermaß zwischen der Beißkante und der Dichtfläche als auch ein kleines Spiel an dieser Stelle vorgesehen sein kann. Hierbei ist eine gewisse Einbautoleranz vorgegeben und auch ermöglicht. Die Beißkante der Dichtbuchse wird im drucklosen Zustand anstelle einer Federkraft durch ihre formschlüssige Einbaubedingung an der Dichtfläche angelegt.
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Vorteilhaft ist es, dass die Dichtbuchse so ausgestaltet ist, dass die Dichtbuchse von einem über die Ablaufbohrung aus dem Steuerraum aufbaubaren Druck im Ventilraum gegen die Dichtfläche beaufschlagbar ist. Hierbei wird eine hydraulische Kraft auf die Dichtbuchse erzeugt, die auf die Dichtfläche gerichtet ist.
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Vorteilhaft ist es, dass die Dichtbuchse an einer Außenseite der Dichtbuchse eine ringförmige Ausnehmung aufweist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass die ringförmige Ausnehmung der Dichtbuchse einer Ausnehmung der Ventilplatte zugeordnet ist, in die über eine Ablaufbohrung einer Drosselplatte Brennstoff führbar ist, und dass die ringförmige Ausnehmung der Dichtbuchse einen mit der Ausnehmung der Ventilplatte verbundenen Ringraum bildet, über den der in die Ausnehmung der Drosselplatte führbare Brennstoff umfänglich verteilbar ist. Hierdurch kann die einseitige Strömung aus der Ausnehmung der Ventilplatte gleichmäßig auf den gesamten Umfang der Dichtbuchse verteilt werden. Ferner ist es hierbei vorteilhaft, dass an der Außenseite der Dichtbuchse ein Bund und an dem Bund mehrere axiale Durchströmflächen ausgestaltet sind und dass die axialen Durchströmflächen mit der ringförmigen Ausnehmung der Dichtbuchse verschnitten sind. Hierdurch kann eine vorteilhafte Verbindung der ringförmigen Ausnehmung mit dem jenseits des Bundes vorgesehenen Strömungsspalt erreicht werden.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die Dichtbuchse im Bereich des Ventilkörpers des Ventilbolzens mehrere Durchflussbohrungen aufweist, die sich von einer Außenseite der Dichtbuchse zu einem zwischen dem Ventilkörper des Ventilbolzens und der Dichtbuchse gebildeten Brennstoffspalt erstrecken. Dies ermöglicht eine Ausgestaltung mit einem axialen Überstand, bei der die Dichtbuchse bereits im Montagezustand mit einer Beißkante gegen die Dichtfläche gepresst wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
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1 ein Brennstoffeinspritzventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 den in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4 den in 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5 den in 4 dargestellten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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6 eine auszugsweise Darstellung des in 1 gezeigten Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
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7 eine auszugsweise Darstellung des in 1 gezeigten Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 der Erfindung in einer schematischen, auszugsweisen Schnittdarstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Gehäuse auf, in dem eine Drosselplatte 2 und eine Ventilplatte 3 angeordnet sind. Hierbei weist die Drosselplatte 2 eine Stirnseite 4 auf. Ferner weist die Ventilplatte 3 eine Stirnseite 5 auf. Die Drosselplatte 2 liegt mit ihrer Stirnseite 4 an der Stirnseite 5 der Ventilplatte 3 an.
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Außerdem weist die Drosselplatte 2 eine von der Stirnseite 4 abgewandte weitere Stirnseite 6 auf.
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Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 wird von einer durch das Brennstoffeinspritzventil 1 geführten Brennstoffleitung über einen Kanalabschnitt 7, der durch die Drosselplatte 2 geführt ist, Brennstoff in einen Steuerraum 8 geführt. Hierbei weist der Kanalabschnitt 7 eine in der Drosselplatte 2 ausgestaltete Zulaufdrossel 9 auf. Der Steuerraum 8 ist einerseits durch eine Stirnseite 6 der Drosselplatte 2 und andererseits durch eine Stirnfläche 10 einer Düsennadel 11 sowie seitlich durch eine Hülse 12 begrenzt. Die Hülse 12 liegt hierbei an der Stirnseite 6 der Drosselplatte 2 an. Entsprechend dem Druck im Steuerraum 8 wird die Düsennadel 11 in einer Schließrichtung 13 beaufschlagt oder entgegen der Schließrichtung 13 geöffnet. Der Druck des Brennstoffs im Steuerraum 8 wirkt hierbei gegen einen Brennstoffdruck in einem Brennstoffraum 14 und eine Ventilfederspannung.
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Zum Steuern des Brennstoffdrucks im Steuerraum 8 dient ein Steuerventil 15. Das Steuerventil 15 weist einen Ventilraum 16 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel in der Ventilplatte 3 ausgestaltet ist. Der Ventilraum 16 ist hierbei durch eine Innenwand 17, die an der Ventilplatte 3 ausgestaltet ist, und eine Dichtfläche 18 begrenzt, die Teil der Stirnseite 4 der Drosselplatte 2 ist.
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In dem Ventilraum 16 sind eine Dichtbuchse 19 und zumindest abschnittsweise ein Ventilbolzen 20 mit einem Ventilkörper 21 angeordnet. Der Ventilbolzen 20 ist hierbei in einer Führungsbohrung 22 der Dichtbuchse 19 geführt. Das Steuerventil 15 weist eine Längsachse 23 auf, entlang der der Ventilbolzen 20 mit dem Ventilkörper 21 betätigbar ist.
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Die Ventilplatte 3 weist eine Ausnehmung 24 auf, in die eine Ablaufbohrung 25 mündet. Die Ablaufbohrung 25 ist über die Ausnehmung 24 einerseits mit dem Ventilraum 16 verbunden. Andererseits mündet die Ablaufbohrung 25 in den Steuerraum 8. Die Ablaufbohrung 25 weist eine Ablaufdrossel 26 auf. Somit verbindet die Ablaufbohrung 25 den Steuerraum 8 mit dem Ventilraum 16. Die Ablaufbohrung 25 mit der Ablaufdrossel 26 ist in diesem Ausführungsbeispiel in der Drosselplatte 2 ausgestaltet.
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In der Drosselplatte 2 ist außerdem ein druckentlasteter Raum 27 ausgestaltet, der über einen Rücklaufkanal 28 mit einem Niederdruckrücklauf oder dergleichen verbunden ist. In dem druckentlasteten Raum 27 ist ein Anschlagbolzen 29 angeordnet, der ein teilkugelförmiges Lagerteil 30 umfasst. An seinem Lagerteil 30 ist der Anschlagbolzen 29 an einer Lagerfläche 31 gelagert. Hierdurch ist der Anschlagbolzen 29 zum Erzielen eines Toleranzausgleichs verschwenkbar gelagert. Hierdurch ist im Betrieb eine parallele Ausrichtung des Anschlagbolzens 29 bezüglich der Längsachse 23 ermöglicht. An einem Ende 32 des Ventilbolzens 20 ist eine Einstellscheibe 33 angeordnet, die von einer in dem druckentlasteten Raum 27 angeordneten Ventilfeder 34 beaufschlagt ist. Über die Ventilfeder 34 ist somit der Ventilbolzen 20 mit dem Ventilkörper 21 in einer Schließrichtung 35 beaufschlagt. Ferner ist zwischen der Einstellscheibe 33 und dem Anschlagbolzen 29 ein Spalt 36 vorgegeben, dessen Höhe einen Hub des Ventilkörpers 21 begrenzt. Durch die Dicke der Einstellscheibe 33 ist somit eine Vorgabe des maximalen Hubs des Ventilkörpers 21 ermöglicht.
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Die Ventilplatte 3 weist eine teilweise kegelförmige Anlagefläche 40 auf. Ferner ist an der Ventilplatte 3 eine Ventilsitzfläche 41 ausgestaltet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Ventilsitzfläche 41 Teil der kegelförmigen Anlagefläche 40. Der Ventilkörper 21 des Ventilbolzens 20 wirkt mit der Ventilsitzfläche 41 zu einem Dichtsitz 42 zusammen. Im unbetätigten Zustand des Steuerventils 15 ist der Dichtsitz 42 geschlossen. Hierbei wirkt zum einen die Kraft der Ventilfeder 34 in der Schließrichtung 35. Zum anderen wirkt im Betrieb eine durch den Druck des Brennstoffs bedingte hydraulische Kraft in der Schließrichtung 35.
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Zwischen der Innenwand 17 und einer Außenseite 43 der Dichtbuchse 19 ist ein Brennstoffspalt 44 gebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Brennstoffspalt 44 als ringförmiger Brennstoffspalt 44 ausgestaltet. Über den Brennstoffspalt 44 gelangt der Brennstoff aus der Ablaufbohrung 25 zu einem Durchgangsspalt 45 im Bereich der kegelförmigen Anlagefläche 40. Über den Durchgangsspalt 45 gelangt der Brennstoff in einen Brennstoffspalt 46, der zwischen der Dichtbuchse 19 und dem Ventilkörper 21 ausgestaltet ist.
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Im Betrieb wird unter hohem Druck stehender Brennstoff über die Zulaufdrossel 9 in den Steuerraum 8 geführt. Somit stellt sich auch im Brennstoffspalt 44 ein hoher Brennstoffdruck ein. Somit ergibt sich auch im Durchgangsspalt 45 und im Brennstoffspalt 46 ein hoher Druck des dort vorgesehenen Brennstoffs. Auf Grund des geschlossenen Dichtsitzes 42 ist eine Abdichtung gegenüber einem Niederdruckraum 47 gewährleistet, der jenseits des Dichtsitzes 42 an den Ventilkörper 21 des Ventilbolzens 20 angrenzt. Da ein Durchmesser 48 des Ventilbolzens 20 kleiner ist als ein Durchmesser 49 des Dichtsitzes 42 ergibt sich durch den Druck des Brennstoffs eine hydraulische Schließkraft in der Schließrichtung 35.
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Außerdem weist die Dichtbuchse 19 an einer der Dichtfläche 18 zugewandten Stirnseite 50 eine umlaufende Beißkante 51 (3) auf, mit der Dichtbuchse 19 an der Dichtfläche 18 der Drosselplatte 2 anliegt. Hierdurch ist der Brennstoffspalt 44 gegenüber dem druckentlasteten Raum 27 abgedichtet. Auf Grund des Drucks des Brennstoffs, der im Bereich des Durchgangsspalts 45 auf die Dichtbuchse 19 einwirkt, wird die Dichtbuchse 19 entgegen der Schließrichtung 35 beaufschlagt. Dies verstärkt mit zunehmendem Druck des Brennstoffs die Dichtwirkung zwischen der Dichtbuchse 19 und der Dichtfläche 18.
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Die Dichtbuchse 19 weist im Bereich der Ventilsitzfläche 41 eine der kegelförmigen Anlagefläche zugeordnete Anlagefläche 55 auf. Die Anlagefläche 55 weist eine Kontur 56 auf, die entsprechend einer Kugeloberfläche 56 ausgestaltet ist, wie es durch die unterbrochen dargestellte Linie 56 veranschaulicht ist. Hierdurch ist die Anlagefläche 56 am Berührpunkt tangential zu der Anlagefläche 55 der Dichtbuchse 19 orientiert. Die kugelförmige Kontur 56 der Anlagefläche 55 ist durch einen Radius 57 gekennzeichnet, wobei der Mittelpunkt 58 vorzugsweise auf der Längsachse 23 liegt und den annähernd gleichen Mittelpunkt hat wie der Ventilbolzensitz des Ventilbolzens 20. Hierdurch wird vermieden, dass beim Ausrichten der Dichtbuchse 19, beispielsweise zum Toleranzausgleich beziehungsweise im Zusammenwirken mit einer Plastifizierung an der Beißkante 51, eine Überbestimmung zwischen dem am Ventilplattensitz 42 zentrierten Ventilbolzen 20 und der zentrierten Dichtbuchse 19 auftritt.
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Der Dichtsitz 42 ist hierbei kreislinienförmig ausgestaltet und bezüglich der Längsachse 23 zentriert.
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Es ist anzumerken, dass die kegelförmige Anlagefläche 40 nicht notwendigerweise stufenlos in die Ventilsitzfläche 41 übergeht. Gegebenenfalls kann die Ventilsitzfläche 41 auch einen kleinen Versatz zu der kegelförmigen Anlagefläche 40 aufweisen. Die Ventilsitzfläche 41 ist in vorteilhafter Weise als teilweise kegelförmige Ventilsitzfläche 41 ausgestaltet.
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Zur Bildung des Durchgangsspaltes 45 ist in diesem Ausführungsbeispiel die Dichtbuchse 19 stellenweise zurückgesetzt bezüglich der kegelförmigen Anlagefläche 40 ausgestaltet. Dies kann auch an mehreren Stellen vorgesehen sein. Hierdurch wird die Anlagefläche 55, die auf der Kugeloberflächenkontur 56 liegt, stellenweise unterbrochen. An solch einem Durchgangsspalt 45 ist vorzugsweise ein ungedrosselter Querschnitt vorgegeben. Hierbei ist vorzugsweise ein Parallelspalt 45 zu der kegelförmigen Anlagefläche 40 gebildet.
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Die Dichtbuchse 19 ist somit einerseits im Bereich der Ventilsitzfläche 41 und andererseits im Bereich der Dichtfläche 18 abgestützt, die der Ventilsitzfläche 41 gegenüber liegt. Die Beißkante 51 der Dichtbuchse 19 wird somit im drucklosen Zustand anstelle einer Federkraft durch ihre formschlüssige Einbaubedingung an die Dichtfläche 18 der Drosselplatte 2 angelegt. Die Einbautoleranz der Dichtbuchse 19 in der Ausnehmung der Ventilplatte 3, die den Ventilraum 16 bildet, ist im drucklosen Montagezustand als Übergangspassung ausgelegt, so dass sowohl geringes Übermaß zwischen der Beißkante 51 und der Dichtfläche 18 der Drosselplatte 2 als auch ein kleines Spiel vorgesehen sein kann.
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Um einen schnellen Druckaufbau während der Startphase zu ermöglichen, sind die Leckagespalte nur sehr klein oder nur kurzzeitig wirksam. Dies ist insbesondere dadurch gewährleistet, dass bei ansteigendem Brennstoffdruck im Ventilraum 16 die Beißkante 51 der Dichtbuchse 19 durch die Druckkraft gegen die Dichtfläche 18 der Drosselplatte 2 gepresst wird und dadurch eine leckagefreie Abdichtung gewährleistet ist. Wenn keine weitere Energie zugeführt wird, beispielsweise weil ein Motor abgestellt wird, dann liegt die Dichtbuchse 19 weiterhin an der Dichtfläche 18 der Drosselplatte 2 an, da durch den beim Abstellvorgang relativ langsam absinkenden Druck des Brennstoff im Common-Rail oder dergleichen die Dichtbuchse 19 weiterhin durch die Druckkraft an die Drosselplatte 2 gedrückt wird. Dies ist besonders bei einem Start-Stopp-Betrieb von Vorteil.
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Die Betätigung des Ventilbolzens 20 mit dem Ventilkörper 21 erfolgt durch einen Aktor 62, der auf ein Übergangsstück 59 entgegen der Schließrichtung 35 einwirkt. Der Aktor 62 kann als Piezoaktor 62 oder auch als Magnetaktor 62 ausgestaltet sein.
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2 zeigt den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 des Ausführungsbeispiels. An der Anlagefläche 55 des Ventilkörpers 21 ist ein Berührpunkt 63 gegeben, an dem die kegelförmige Anlagefläche 40 die entsprechend der Kugeloberflächenkontur 56 ausgestaltete Anlagefläche 55 berührt. Dieser Berührpunkt 63 ermöglicht im Ausgangszustand eine Abstützung der Dichtbuchse 19, um eine Dichtheit im Bereich der Beißkante 51 zu erzielen. Hierbei setzt sich die Berührung zwischen der Anlagefläche 55 und der kegelförmigen Anlagefläche 40 in Umfangsrichtung um die Längsachse 23 nicht ununterbrochen fort, da ein oder mehrere Unterbrechungen in Form von Durchgangsspalten 45 vorgesehen sind. An diesen Durchgangsspalten 45 wird ein Brennstofffluss von dem Brennstoffspalt 44 zu dem Dichtsitz 42 ermöglicht. Allerdings kann sich der Brennstoffspalt 44 auch über eine Flanke 59 der Dichtbuchse 19 erstrecken. Dies ist durch einen zurückgesetzten Abschnitt 60 in der kegelförmigen Anlagefläche 40 der Ventilplatte 3 ermöglicht. Hierdurch kann der Druck des Brennstoffs an der Flanke 49 angreifen, um umfänglich eine hydraulische Kraft entgegen der Schließrichtung 35 zu erzeugen, die die Beißkante 51 gegen die Dichtfläche 18 beaufschlagt.
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3 zeigt den in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 des ersten Ausführungsbeispiels. An der Stirnseite 50 weist die Dichtbuchse 19 die Beißkante 51 auf. Die Beißkante 51 ist hierbei als kreislinienförmige Beißkante 51 ausgestaltet, die bezüglich der Längsachse 23 zentriert ist. Ein Durchmesser 61 der kreislinienförmigen Beißkante 51 ist hierbei relativ groß vorgegeben, das heißt deutlich größer als der Durchmesser 48 der Führungsbohrung 22 und fast so groß wie ein Durchmesser der Dichtbuchse 19 an der Außenseite 43. Hierdurch wird in Bezug auf den druckentlasteten Raum 27 eine relativ große hydraulische Kraft entgegen der Schließrichtung 35 durch den Druck des Brennstoffs erzielt.
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4 zeigt den in 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Ventilbolzen 20 einen Zapfen 65 mit einer Kugelkappe 66 auf. Das Lagerteil 30 ist an der Lagerfläche 31 gelagert. Hierbei befindet sich das Lagerteil 30 in dem druckentlasteten Raum 27. Das Lagerteil 30 weist einen ebenen Hubanschlag 67 auf. Die Kugelkappe 66 des Zapfens 65 ist dem ebenen Hubanschlag 67 des Lagerteils 30 zugewandt. Hierdurch ergibt sich eine näherungsweise punktförmige Anlagestelle 68, mit der die Kugelkappe 66 an dem Hubanschlag 67 anschlägt. Der Kugelradius der Kugelkappe 66 ist durch die Hertzsche Pressbedingung vorgegeben. Um einen Kantenträger zu vermeiden, ist die Rechtwinkligkeit zwischen der ebenen Anschlagfläche 67 des als Hubanschlag dienenden Lagerteils und dem Ventilbolzen 20 in Abhängigkeit von einem Zapfendurchmesser des Zapfens 65 eingeschränkt. Die Hubeinstellung kann hierbei über die Höhe des Zapfens 65 erfolgen. Eine Scheibe 69, die sich ebenfalls in dem druckentlasteten Raum 27 der Drosselplatte 2 befindet, dient hierbei zur Abstützung der Ventilfeder 34, um eine Rückstellung des Ventilbolzens 20 mit seinem Ventilkörper 21 zu gewährleisten. Der Zapfen 65 erstreckt sich hierbei durch eine Bohrung 70 der Scheibe 69.
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5 zeigt den in 4 dargestellten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel liegt der Ventilbolzen 20 an einer dem Ventilbolzen 20 zugewandten ebenen Stirnseite 71 der Einstellscheibe 69 an. Eine von der Stirnseite 71 abgewandte weitere Stirnseite 72 der Einstellscheibe 69 ist dem Anschlagbolzen 29 zugewandt. Hierbei ist die Stirnseite 72 dem Hubanschlag 67 des Anschlagbolzens 29 zugewandt, der durch eine Kugelkappe 73 des Anschlagbolzens 29 gebildet ist. Hierdurch ist eine näherungsweise punktförmige Anlagestelle 68 zwischen der Einstellscheibe 69 und der Kugelkappe 73 des Anschlagbolzens 29 gebildet. Dadurch ist ein Kugel-Flächenkontakt 68 gebildet, der einen dauerhaft stabilen Hubanschlag 67 gewährleistet.
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Bei dem anhand der 4 und 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel können auch Variationen von einer ebenen Ausgestaltung des Hubanschlags 67 des Anschlagbolzens 29 bzw. der Stirnseite 72 der Einstellscheibe 69 vorgesehen sein. Speziell können leicht konkave Flächen ausgebildet sein. Die Hubeinstellung kann bei dem anhand der 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel auch über die Höhe des Anschlagbolzens 29 und bei dem anhand der 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel über die Dicke der Einstellscheibe 69 und/oder die Höhe des Anschlagbolzens 29 vorgegeben sein. Die Einstellscheibe 69 ist vorzugsweise als Blechstanzteil ausgebildet.
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6 zeigt das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Dichtbuchse 19 an ihrer Außenseite 43 eine ringförmige Ausnehmung 74 auf. Die ringförmige Ausnehmung 74 kann hierbei als Ringeinstich 74 und/oder als Ringnut 74 ausgestaltet sein. Die Ausnehmung 24 der Ventilplatte 3 ist als Schnaupe 24 ausgestaltet. Die ringförmige Ausnehmung 74 ist auf der Höhe der Schnaupe 24 an der Außenseite 43 der Dichtbuchse 19 vorgesehen. Über die ringförmige Ausnehmung 74 wird die einseitige Strömung aus der Schnaupe 24 umfänglich in einen durch die ringförmige Ausnehmung 74 in Bezug auf die Innenwand 17 der Ventilplatte 3 gebildeten Ringraum 74 verteilt. Der Ringraum 75 ist hierbei mit der Schnaupe 24 verbunden. Somit verteilt sich die einseitige Strömung des Brennstoffs, die über die Ablaufbohrung 25 der Drosselplatte 2 in die Schnaupe 24 geführt ist, aus der Schnaupe 24 gleichmäßig auf den gesamten Umfang. Direkt oberhalb der ringförmigen Ausnehmung 74 schließt sich ein schmaler Bund 76 der Dichtbuchse 19 mit kleinem Radialspalt in Bezug auf die Innenwand 17 an. Der schmale Bund 76 ist so bemessen, dass durch den kleinen Radialspalt zwischen dem schmalen Bund 76 und der Innenwand 17 der Ventilplatte 3 keine funktionsrelevante Drosselung gegenüber der Ablaufdrossel 26 auftritt. Der schmale Bund 76 befindet sich zwischen der ringförmigen Ausnehmung 74 und der Ventilsitzfläche 41.
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Oberhalb des schmalen Bundes 76, das heißt zwischen dem schmalen Bund 76 und der Ventilsitzfläche 41, setzt sich der Strömungsspalt 44 fort. Hierbei sind vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilte axiale Durchströmflächen 77 an der Außenseite 43 der Dichtbuchse 19 vorgesehen. Die axialen Durchströmflächen 77 sind hierbei mit der ringförmigen Ausnehmung 74 verschnitten. Die durch die axialen Durchströmflächen 77 in Bezug auf die Innenwand 17 der Ventilplatte 3 gebildeten Ausnehmungen verbinden die ringförmige Ausnehmung 74 mit dem Strömungsspalt 44. Über die axialen Durchströmfläche 77 kann somit der schmale Bund 76 unterbrochen werden, um eine vorteilhafte Brennstoffströmung zu erzielen.
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Durch die Anordnung des Bundes 76 direkt oberhalb der Schnaupe 24 werden Druckwellen, die in der Schnaupe 24 und der Bohrung 25 auftreten, in der Wirkfläche bis zum Rundende begrenzt und durch die anschließende Erweiterung im Spalt 44 schwächt sich die Druckwellenamplitude ab. Weiterhin werden die Druckwellen durch die Ausnehmungen, die durch die axialen Durchströmflächen 77 in Bezug auf die Innenwand 17 gebildet sind, auf den Umfang verteilt, so dass sich die resultierende Querkraft reduziert. Die reduzierte Querkraft ermöglicht eine stabile Position der Dichtbuchse 19, wodurch das axiale Spiel zwischen der Anlagefläche 55 der Dichtbuchse 19 und der Anlagefläche 40 der Ventilplatte 3 auf ein fertigungstechnisch einfacheres Maß vergrößert werden kann.
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7 zeigt das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung. In diesem Ausführungsbeispiel ist auf der Höhe der Schnaupe 24 die ringförmige Ausnehmung 74 vorgesehen. Über die ringförmige Ausnehmung 74 wird die einseitige Strömung aus der Schnaupe 24 gleichmäßig auf den gesamten Umfang verteilt. Über den Brennstoffspalt 44 strömt der Brennstoff im Betrieb von der ringförmigen Ausnehmung 74 in Richtung der Ventilsitzfläche 41. Der Brennstoffzulauf zum Dichtsitz 42 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel über mehrere vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilte Durchflussbohrungen 78, 79 sowie weiterführend über den erweiterten Brennstoffspalt 46. Die Anlage der Dichtbuchse 19 an der Anlagefläche 40 der Ventilplatte 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem axialen Überstand ausgestaltet, so dass die Dichtbuchse 19 bereits im Montagezustand mit ihrer Beißkante 51 gegen die Dichtfläche 18 gepresst wird. Durch die kegelförmige Ausbildung der kegelförmigen Anlagefläche 40 ergibt sich eine zum Dichtsitz 42 konzentrische Position der Dichtbuchse 19. Durch die form- und kraftschlüssige Fixierung der Dichtbuchse 19 können die durch die Druckwellen verursachten Querkräfte sicher aufgefangen werden. Dies erlaubt die Verkleinerung des Strömungsspalts 44, wodurch sich das verbleibende Volumen des Ventilraums 16 funktionsrelevant verringern lässt. Die Durchflussbohrungen 78, 79 erstrecken sich von der Außenseite 43 der Dichtbuchse 19 zu dem zwischen dem Ventilkörper 21 des Ventilbolzens 20 und der Dichtbuchse 19 gebildeten Brennstoffspalt 46. Die Durchflussbohrungen 78, 79 sind. hierbei im Bereich des Ventilkörpers 21 des Ventilbolzens 20 an der Dichtbuchse 19 ausgestaltet. Hierdurch münden die Durchflussbohrungen 78, 79 an der Außenseite 43 der Dichtbuchse 19 in einen zurückgesetzten Abschnitt 60 der Ventilplatte 3, in dem sich der Brennstoffspalt 46 erweitert.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10353169 A1 [0002, 0003]
