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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein außenöffnendes Ventil, das insbesondere für Anlagen an Brennkraftmaschinen dient. Speziell betrifft die Erfindung einen Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen.
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Aus der
DE 40 05 455 A1 ist ein Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine bekannt. Bei dem bekannten Einspritzventil ist ein piezoelektrischer Stapelaktuator vorgesehen. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung an den Stapelaktuator dehnt sich dieser in Richtung einer Achse aus, so dass er unter Durchbiegung einer Federmembran in Richtung nach unten eine Ventilnadel mit einem Kopf in Richtung einer Freigabestellung für eine Zumessöffnung bewegt. Sobald die Spannung wieder abgeschaltet oder die Polarität geändert wird, nimmt der Stapelaktuator wieder seine ursprüngliche Dimension ein, und die Federkraft der Federmembran in Verbindung mit dem auf ihr lastenden Kraftstoffdruck bewirkt eine entsprechend nach oben gerichtete Bewegung der Ventilnadel, so dass diese wieder in ihre den Verschluss der Zumessöffnung sichernde Stellung gelangt. Das Einspritzventil ist hierbei als außenöffnendes Einspritzventil ausgestaltet.
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Aus der
DE 10 2009 029 549 A1 sind ein Verfahren und eine Anordnung zum Bestimmen eines Zeitpunkts, zu dem eine in einem Einspritzventil angeordnete Düsennadel eine Bewegungsänderung ausführt, bekannt. Hierbei ist bekannt, dass bei Kraftstoffinjektoren beziehungsweise Kraftstoffeinspritzdüsen neben dem Einspritzdruck die Einspritzdauer einer Düsennadel eine eingespritzte Kraftstoffmenge beeinflusst. Diese Öffnungsdauer ergibt sich indirekt aus der Ansteuerdauer beziehungsweise der Bestromungsdauer des mit dem Kraftstoffinjektor zusammenwirkenden Aktors, beispielsweise eines Magnet- oder Piezoaktors, und dem dynamischen Verhalten einer Hochdruckhydraulik der Einspritzdüse. Hierbei ist ferner bekannt, dass beispielsweise bei Magnetventilen der Anker bei Erreichen seiner Schließstellung durch Kollision mit einem Anschlag abgebremst wird und dass sich diese üblicherweise schlagartige Geschwindigkeitsänderung des Ankers in einer ebenfalls schlagartigen Änderung des Stromgradienten bei eingeprägter Spulenspannung oder in einer schlagartigen Änderung der Spulenspannung bei eingeprägtem Spulenstrom widerspiegelt. Ferner wird vorgeschlagen, dass zum Bestimmen eines Zeitpunkts, zu dem eine in einem Einspritzventil angeordnete Düsennadel eine Bewegungsänderung ausführt, bei dem in einem Steuerraum des Einspritzventils eine Größe, die über einen Verlauf eines in dem Steuerraum herrschenden Drucks Auskunft gibt, mit einem Sensor direkt gemessen wird, wobei aus der Größe für den Verlauf des Drucks ermittelt wird, für welchen Zeitpunkt der Verlauf ein Extremum aufweist, wobei dieser Zeitpunkt als Zeitpunkt einer Bewegungsänderung identifiziert wird.
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Die in der
DE 10 2009 029 549 A1 genannten Maßnahmen sind nachteilig. Die bloße Erkennung des Schließzeitpunktes des Ankers eines Magnetventils hat den Nachteil, dass ein allein hierauf basierender Rückschluss auf das hydraulische Verhalten und speziell eine eingespritzte Brennstoffmenge zu ungenau ist. Die Druckmessung mittels eines Sensors ist mit einem zusätzlichen Aufwand hinsichtlich der Sensorik, Signalübertragung und -auswertung verbunden. Dies gilt erst recht für die Messung sehr großer Drücke, wie sie bei direkt betätigten Ausgestaltungen auftreten.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße außenöffnende Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Speziell ergibt sich der Vorteil, dass über die Lebensdauer auftretende Änderungen des hydraulischen Verhaltens mit vergleichsweise geringem Aufwand vergleichmässigt beziehungsweise teilweise kompensiert werden können.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen außenöffnenden Ventils möglich.
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Das außenöffnende Ventil der Erfindung dient vorzugsweise für Anlagen an Brennkraftmaschinen. Ein besonders geeigneter Anwendungsfall ist eine Brennstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen. Solch eine Brennstoffeinspritzanlage kann bei Kraftfahrzeugen, bei anderen Fahrzeugen, insbesondere Wasserfahrzeugen, aber beispielsweise auch bei stationär angeordneten Brennkraftmaschinen zum Einsatz kommen. Ferner eignet sich das außenöffnende Ventil auch für andere Anwendungsfälle. Bei einem Kraftfahrzeug kann das außenöffnende Ventil zum Beispiel zur Dosierung eines Mittels zur Abgasnachbehandlung zum Einsatz kommen. Für den jeweiligen Einsatzzweck kommt das außenöffnende Ventil gegebenenfalls mit geeigneten Abwandlungen zum Einsatz.
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Speziell bei einem Einspritzventil, das als Hochdruckeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor ausgestaltet ist, kann über die Lebensdauer eine Hubkompensation der Düsennadel erfolgen, indem die Hubkompensation über das Alter durch eine prognostizierte graduelle Abnahme des Hubes in einer Hubkennlinie hinterlegt wird. Solch eine Hubkennlinie kann in dem Steuergerät, das zum Ansteuern des Aktors dient, hinterlegt sein. Eine vorbestimmte Hubkennlinie hat allerdings den Nachteil, dass sich über die Lebensdauer bei den einzelnen Exemplaren mehr oder weniger große Abweichungen von dem prognostizierten Verhalten ergeben. Mit fortschreitendem Alter verschlechtert sich somit die zu erwartende Genauigkeit der Hubkompensation.
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Da bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ein Hubanschlag für die Düsennadel vorgesehen ist, können zu jedem Zeitpunkt im Ventilleben der reale Hub und somit die Abspritzmenge (bei konstantem Drosselkoeffizienten) bestimmt werden. Die Einspritzgenauigkeit steigt damit an. Beim Einsatz an einer Brennkraftmaschine kann somit das Brennverfahren genauer appliziert werden. Somit hat die Ungenauigkeit des über die Lebensdauer zu erwartenden Hubverhaltens, die dadurch begründet ist, dass die Ventile unterschiedlich altern und somit der Hub unterschiedlich stark abnimmt, keinen Einfluss mehr auf das realisierte hydraulische Verhalten, da eine geeignete Kompensation ermöglicht wird. Beispielsweise kann die in dem Steuergerät hinterlegte Hubkennlinie über ein oder mehrere Variablen entsprechend dem zum jeweiligen Zeitpunkt im Ventilleben bestimmten realen Hub angepasst werden.
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Bei der Ausgestaltung des Hubanschlags ist es prinzipiell denkbar, dass ein aufgeschweißter Ring an der Düsennadel vorgesehen ist. Dies hat allerdings den Nachteil einer ungenauen Positionierung aufgrund von Schweißverzügen und benötigt außerdem einen zusätzlichen Arbeitsschritt. Demgegenüber ist erfindungsgemäß an der Düsennadel selbst die Anschlagfläche ausgebildet, die an dem Hubanschlag anschlägt. Ein zusätzliches Bauteil, wie ein aufgeschweißter Ring, ist somit nicht erforderlich und die diesbezüglichen Nachteile können vermieden werden. Speziell kann ein Bajonettverschluss realisiert werden, wobei die Ausgestaltung beispielsweise in einen Dreh- und Schleifprozess für die Düsennadel und ein Gehäuseteil, insbesondere einen Düsenkörper, integriert werden kann. Ein weiterer Prozessschritt kann somit vermieden werden. Ferner ergibt sich eine deutlich höhere Genauigkeit der Fertigung. Auch weitere Probleme, wie beispielsweise Schweißspritzer oder das Auftreten von Schmauch im empfindlichen Nadel- und Sitzbereich, werden von vornherein vermieden. Außerdem kann der Hubanschlag näher am Ventilsitz positioniert werden, was die Übertragbarkeit auf den realen Hub im Sitz deutlich verbessert. Auch über die Lebensdauer ergeben sich zusätzliche Vorteile. Ausfälle, wie sie beim Abreißen beziehungsweise Aufbrechen einer Schweißnaht oder dergleichen auftreten können, werden ebenfalls vermieden.
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Vorteilhaft ist es, dass ein Steuergerät vorgesehen ist, das zum Ansteuern des Aktors dient, um die Düsennadel durch den Aktor zu betätigen, dass das Steuergerät in einer Hubbestimmungsbetriebsart einen Signalwert erfasst, bei dem die Düsennadel mit ihrer Anschlagfläche an dem Hubanschlag anschlägt, und dass das Steuergerät die Ansteuerung des Aktors in Abhängigkeit von dem in einer der Hubbestimmungsbetriebsart erfassten Signalwert anpasst. Je nach Ausgestaltung des Aktors wird hierbei auf geeignete Weise der Signalwert erfasst. Hierbei kann es sich insbesondere um Spannungs-, Strom- und/oder Ladungsgrößen handeln. Es können auch Sensorfunktionen in dem Aktor realisiert werden, die zur Erzeugung des Signalwerts dienen. Beispielsweise kann bei einem magnetischen Aktor ein Teil der Spulenwicklungen zur Erzeugung eines Signals genutzt werden. Bei einem piezoelektrischen Aktor kann beispielsweise eine Innenelektrodenschicht des Spapelaufbaus ausschließlich zur Signalerzeugung genutzt werden. Hierdurch kann im Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall gegebenenfalls eine höhere Auflösung des Signalwerts erzielt werden.
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Mit dem in der Hubbestimmungsbetriebsart erfassten Signalwert kann dann eine Anpassung der weiteren Ansteuerung erfolgen. Wenn die Ansteuerung beispielsweise über eine Hubkennlinie erfolgt, dann kann solch eine Hubkennlinie über ein oder mehrere Variablen entsprechend angepasst werden. Hierbei können auch mehrere Signalwerte erfasst werden, die zur Anpassung herangezogen werden. Falls mehrere Signalwerte herangezogen werden, dann können diese unterschiedliche physikalische Größen und/oder unterschiedliche Zeitpunkte der Signalwerterfassung betreffen.
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In vorteilhafter Weise ist der Hubanschlag an einem unterbrochenen Hubanschlagring ausgebildet. Vorteilhaft ist es auch, dass der Hubanschlag an einem Gehäuseteil ausgebildet ist, durch das die Düsennadel geführt ist. Bei dem Gehäuseteil kann es sich insbesondere um den Düsenkörper handeln, an dem auch der Ventilsitz ausgestaltet ist. Hierdurch ist ein Abstand zwischen dem Hubanschlag und dem Ventilsitz mit hoher Genauigkeit vorgebbar. Durch die unterbrochene Ausgestaltung des Hubanschlags kann in vorteilhafter Weise ein Bajonettverschluss realisiert werden.
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Hierfür sind in vorteilhafter Weise ein oder mehrere zeitliche Vorsprünge an der Düsennadel ausgebildet, an der die Anschlagfläche der Düsennadel ausgestaltet ist. Vorzugsweise besteht die Anschlagfläche der Düsennadel aus drei Teilflächen an entsprechend drei seitlichen Vorsprüngen. Allerdings ist auch eine Ausgestaltung mit zwei oder vier Teilflächen zur Ausgestaltung der Anschlagfläche und entsprechend zwei beziehungsweise vier seitlichen Vorsprüngen vorteilhaft. Allerdings sind auch abgewandelte Ausgestaltungen mit einer anderen Anzahl an seitlichen Vorsprüngen denkbar. Prinzipiell kann auch (genau) ein seitlicher Vorsprung an der Düsennadel ausgebildet sein. Dieser dient dann jedoch nicht mehr als Führungsfläche.
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Des weiteren ist es vorteilhaft, dass der zumindest eine seitliche Vorsprung in einer Montagedrehstellung der Düsennadel relativ zu dem unterbrochenen Hubanschlagring in einer Montagerichtung axial durch zumindest eine Unterbrechung des unterbrochenen Hubanschlagrings führbar ist und dass in einer montierten Drehstellung der Düsennadel relativ zu dem Hubanschlagring, die gegenüber der Montagedrehstellung verdreht ist, die an dem zumindest einem seitlichen Vorsprung ausgebildete Anschlagfläche der Düsennadel an dem unterbrochenen Hubanschlagring ausgebildeten Hubanschlag anschlägt, wenn die Düsennadel entgegen der Montagerichtung bis zu dem Hubanschlagring bewegt beziehungsweise betätigt wird. Auf diese Weise kann der Bajonettverschluss realisiert werden. Dies ermöglicht eine einfache Montage einstückiger Bauteile, nämlich einerseits der Düsennadel und andererseits des Gehäuseteils, insbesondere des Düsenkörpers. Somit sind eine einstückige Ausgestaltung der Düsennadel und/oder eine einstückige Ausgestaltung des Gehäuseteils, insbesondere des Düsenkörpers, möglich. Dadurch ergibt sich mit geringem Herstellungsaufwand eine hohe Genauigkeit hinsichtlich des Öffnungshubs, der beim Anschlagen der Düsennadel an dem Hubanschlag auftritt, was im Hubbestimmungszustand erfolgt und zur Anpassung der Ansteuerung des Aktors über die Lebensdauer dient.
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Vorteilhaft ist es, dass zumindest eine Montagenut an einer Innenwand des Gehäuseteils vorgesehen ist, die sich axial zumindest über den unterbrochenen Hubanschlagring hinaus erstreckt, und dass zumindest eine Unterbrechung des Hubanschlagrings, durch die der zumindest eine seitliche Vorsprung der Düsennadel zur Montage führbar ist, durch die Montagenut in einem Querschnitt betrachtet in das Gehäuseteil hinein verlängert ist. Bei der Montage können hierdurch die seitlichen Vorsprünge der Düsennadel entlang der Montagenuten geführt werden, wodurch bei der Montage ein ausreichendes Montagespiel für eine einfache Fügung ermöglicht wird.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die Düsennadel an dem zumindest einen seitlichen Vorsprung eine Führungsfläche aufweist, die in einer Zylindermantelfläche liegt, dass an der Innenwand des Gehäuseteils eine Führungsfläche ausgebildet ist, die in der Zylindermantelfläche liegt, und dass die Düsennadel zumindest mit ihrer Führungsfläche axial an der Führungsfläche des Gehäuseteils geführt ist. Nach der axialen Montagebewegung wird die Düsennadel mit ihren seitlichen Vorsprüngen in ihre montierte Position gedreht. Zumindest in der montierten Endposition ist dann eine Führung der Düsennadel mit ihren seitlichen Vorsprüngen an der Führungsfläche der Innenwand des Gehäuseteils gewährleistet. Bei einem Hub der Düsennadel, der in axialer Richtung erfolgt, ist somit eine Führung der Düsennadel über ihre seitlichen Vorsprünge gewährleistet. Diese Führung wird vorzugsweise durch eine weitere Führung ergänzt.
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Die Innenwand des Gehäuseteils ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass sich diese von einem Ventilsitz fernen Ende des Gehäuseteils bis zu dem unterbrochenen Hubanschlagring nicht in die Zylindermantelfläche erstreckt. Die Führungsfläche kann hierdurch von dem Ventilsitz fernen Ende her durch ein geeignetes Bohren und/oder Schleifen hergestellt werden.
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Vorteilhaft ist es, dass zwischen dem Hubanschlag und dem Ventilsitz eine Ventilsitz nahe Führungsfläche an einer Innenwand des Gehäuseteils, durch das die Düsennadel geführt ist, ausgebildet ist, dass die Düsennadel zumindest einen seitlichen Führungsvorsprung aufweist und dass die Düsennadel mit dem zumindest einen seitlichen Führungsvorsprung axial an der Ventilsitz nahen Führungsfläche geführt ist. Hierdurch kann eine weitere Führung der Düsennadel realisiert werden. Die Ventilsitz nahe Führungsfläche kann hierbei gegebenenfalls mit einer höheren Genauigkeit, insbesondere einer etwas höheren Ausrichtungsgenauigkeit bezüglich dem Ventilsitz, als die Ventilsitz ferne Führungsfläche ausgestaltet werden.
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Die Düsennadel wird vorzugsweise direkt von dem Aktor betätigt. Bei einer Ausgestaltung des außenöffnenden Ventils als außenöffnendes Brennstoffeinspritzventil ist der Aktor vorzugsweise als piezoelektrischer Aktor oder als Magnetaktor ausgestaltet. Durch eine im jeweiligen Anwendungsfall mögliche Anpassung ergibt sich ein großer Anwendungsbereich für die beschriebene Möglichkeit zur Anpassung der Ansteuerung des Aktors. Insbesondere ist ein Einsatz bei Einspritzventilen für Benzin, Diesel, Gas oder andere Brennstoffe möglich.
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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 versehenen sind, näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein außenöffnendes Ventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 einen Schnitt entlang der in 1 mit II bezeichneten Schnittlinie durch das Ventil des Ausführungsbeispiels der Erfindung und
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3 einen Schnitt entlang der in 1 mit II bezeichneten Schnittlinie durch das Ventil des Ausführungsbeispiels der Erfindung während einer Montage.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein außenöffnendes Ventil 1 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Ventil 1 kann insbesondere für Anlagen an Brennkraftmaschinen dienen. Speziell kann das Ventil 1 als Brennstoffeinspritzventil für eine Brennstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine dienen. In einer entsprechend abgewandelten Ausgestaltung kann das Ventil 1 allerdings auch für eine andere Anlage, insbesondere eine Anlage zur Abgasnachbehandlung, für die Brennkraftmaschine dienen. Ein bevorzugter Einsatz des außenöffnenden Ventils 1 besteht für Kraftfahrzeuge. Allerdings sind auch andere Einsatzzwecke denkbar. Daher kann das außenöffnende Ventil 1 auch bei stationären Anlagen, insbesondere Heizanlagen zur Wärmeerzeugung, zum Einsatz kommen. In Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall ist hierbei eine entsprechend angepasste Ausgestaltung und Auslegung des außenöffnenden Ventils 1 möglich.
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Das außenöffnende Ventil 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das in diesem Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgestaltet ist. Hierbei sind Gehäuseteile 3, 4 vorgesehen. Das Gehäuseteil 3 ist als Düsenkörper 3 ausgestaltet. Der Düsenkörper 3 ist auf geeignete Weise mit dem Gehäuseteil 4 verbunden. Hierbei kann beispielsweise eine umlaufende Schweißnaht 5 zur Verbindung dienen. Eine weitere Möglichkeit der Verbindung des Düsenkörpers 3 mit dem Gehäuseteil 4 besteht im Einsatz einer Düsenspannmutter.
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In dem Gehäuse 2 sind ein Aktor 6 und eine von dem Aktor 6 betätigbare, außenöffnende Düsennadel 7 angeordnet. Die Betätigung der Düsennadel 7 durch den Aktor 6 ist durch einen Doppelpfeil 8 veranschaulicht. Hierbei kommt vorzugsweise eine direkte Betätigung zum Einsatz, bei der der Hub des Aktors 6 direkt in einen Hub der Düsennadel 7 übersetzt wird. Hierbei kann ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 realisiert sein.
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An dem Düsenkörper 3 ist ein Ventilsitz 9 mit einer Ventilsitzfläche 10 vorgesehen Das Ventil 1 weist eine Achse 11 auf, entlang der die Düsennadel 7 bewegbar ist. Bei einer Betätigung der Düsennadel 7 wird diese in einer Richtung 12 nach außen verstellt, wobei ein Ventilschließkörper 13 der Düsennadel 7 von der Ventilsitzfläche 10 abhebt. Hierdurch kommt es im Bereich eines Dichtsitzes 14, der zwischen dem Ventilschließkörper 13 und der Ventilsitzfläche 10 gebildet ist, zu einem Öffnungsspalt, über den Brennstoff aus einem Brennstoffraum 15 im Inneren des Gehäuses (Ventilgehäuses) 2 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzbar ist. Im allgemeinen handelt es sich bei dem Brennstoffraum 15 um einen Raum 15, in dem ein geeignetes Mittel bevorratet ist. Durch Betätigen der Düsennadel 7 kann dann dieses geeignete Mittel aus dem Raum 15 über den geöffneten Dichtsitz 14 in einen geeigneten Zielraum, insbesondere eine Brennkammer oder ein Abgasrohr, abgegeben werden. Ein Aggregatzustand, ein Druck oder eine andere Zustandsgröße solch eines Mittels hängen hierbei vom jeweiligen Anwendungsfall ab, was gegebenenfalls eine geeignete Anpassung des Ventils erfordert.
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Die Düsennadel 7 weist seitliche Vorsprünge 16, 17, 18 (2) auf. Ferner weist die Düsennadel 7 seitliche Führungsvorsprünge 19, 20, 21 auf, wobei der seitliche Führungsvorsprung 21 in der 1 verdeckt ist. Die seitlichen Vorsprünge 16, 17, 18 und ein zylinderförmiger Teil 22 der Düsennadel 7 sind einstückig ausgestaltet. Ferner sind die seitlichen Führungsvorsprünge 19, 20, 21 und der zylinderförmige Teil 22 einstückig ausgestaltet. Die seitlichen Führungsvorsprünge 19, 20, 21 befinden sich näher an dem Ventilschließkörper 13 der Düsennadel 7 als die seitlichen Vorsprünge 16, 17, 18. Im montierten Zustand befinden sich somit die seitlichen Führungsvorsprünge 19, 20, 21 näher an dem Ventilsitz 9 als die seitlichen Vorsprünge 16, 17, 18. Dies ist gleichbedeutend damit, dass sich im montierten Zustand die seitlichen Vorsprünge 16, 17, 18 näher an einem Ventilsitz fernen Ende 23 des Düsenkörpers 3 befinden als die seitlichen Führungsvorsprünge 19, 20, 21.
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An dem Düsenkörper 3 ist innenseitig ein unterbrochener Hubanschlagring 30 ausgebildet. An dem Hubanschlagring 30 ist ein Hubanschlag 31 in Form einer Hubanschlagfläche 31 ausgebildet, die den seitlichen Vorsprüngen 16, 17, 18 zugewandt ist. An den seitlichen Vorsprüngen 16, 17, 18 ist eine Anschlagfläche 32 der Düsennadel 7 ausgebildet. Die Anschlagfläche 32 weist in diesem Ausführungsbeispiel 3 Teilflächen 33, 34 auf. Hierbei ist eine Teilfläche 33 an dem seitlichen Vorsprung 16 ausgebildet. Eine Teilfläche 34 ist an dem seitlichen Vorsprung 17 ausgebildet. Und eine weitere, nicht gekennzeichnete Teilfläche ist an dem seitlichen Vorsprung 18 ausgebildet.
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Somit ist die Anschlagfläche 32 der Düsennadel 7 an den seitlichen Vorsprüngen 16, 17, 18 der Düsennadel 7 ausgebildet. Ferner ist der Hubanschlag 31 an dem Gehäuseteil 3, in diesem Ausführungsbeispiel also dem Düsenkörper 3, ausgebildet, durch das die Düsennadel 7 geführt ist.
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Zur Ansteuerung des Aktors 6 ist ein Steuergerät 35 vorgesehen. Das Steuergerät 35 kann hierbei über eine Schnittstelle 36 mit dem Aktor 6 verbunden sein. Hierbei kann das Steuergerät 35 ganz oder teilweise in das Ventil 1 integriert sein. Allerdings ist auch eine getrennte Ausgestaltung möglich, bei der ein separates Steuergerät 35 vorgesehen ist. Speziell beim Einsatz mehrerer Ventile 1, die zusammen von dem Steuergerät 35 angesteuert werden, ist in der Regel eine möglichst weitgehende Zentralisierung der Steuerfunktionen sinnvoll.
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Im gewöhnlichen Betrieb steuert das Steuergerät 35 den Aktor 6 auf geeignete Weise an, um zu bestimmten Zeitpunkten eine Öffnung des Dichtsitzes 14 zu ermöglichen. Hierbei kann eine Ansteuerung mit einem konstanten oder auch mit einem variablen Hub erfolgen. Allerdings ergibt sich über die Lebensdauer in der Regel eine Veränderung im Hubverhalten des Ventils 1. Speziell kann über die Lebensdauer eine graduelle Abnahme des Hubes in Bezug auf ein vorgegebenes Ansteuersignal, insbesondere eine angelegte Spannung oder einen applizierten Strom, auftreten. Diesbezüglich erfolgt eine Kompensation durch eine Signalanpassung.
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Zur Kompensation des geänderten Hubverhaltens erfolgt eine Signalanpassung auf Grundlage einer Hubmessung. Hierbei können in die Signalanpassung gegebenenfalls auch weitere Einflussgrößen eingehen. Beispielsweise kann eine Signalanpassung auch über das Lebensalter, was insbesondere durch die Betriebsstunden bestimmt werden kann, erfolgen, was zusätzlich durch die Hubbestimmung ergänzt wird.
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Das Steuergerät 35 führt in einer Hubbestimmungsbetriebsart eine Erfassung durch, bei der erfasst wird, wann die Düsennadel 7 mit ihrer Anschlagfläche 32 an dem Hubanschlag 31 anschlägt. Hierfür wird der Signalwert, der zur Ansteuerung des Aktors 6 dient, geeignet variiert, insbesondere erhöht, bis das Anschlagen an dem Hubanschlag 31 auftritt. Der so erfasste Signalwert, bei dem die Düsennadel 7 mit ihrer Anschlagfläche 32 an dem Hubanschlag 31 anschlägt, dient dann zur Anpassung der Ansteuerung des Aktors 6. Somit können Bauteil individuelle Änderungen im Hubverhalten kompensiert werden. Der Einfluss von Bauteilstreuungen wird dadurch verringert. Auch Probleme mit anderen Einflussgrößen werden vermieden. Beispielsweise kann eine mögliche Definition des Alters über die Betriebsstunden zu großen Abweichungen führen, wenn das tatsächliche Nutzungsverhalten stark von dem prognostizierten Nutzungsverhalten abweicht. Auch der Einfluss von Umwelteinflüssen, insbesondere dem Klima, auf die Alterung von Bauteilen, insbesondere des Aktors 6, kann auf diese Weise kompensiert werden.
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Die Ausgestaltung des außenöffnenden Ventils 1 ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die 2 weiter beschrieben.
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2 zeigt einen Schnitt entlang der in 1 mit II bezeichneten Schnittlinie durch das Ventil 1 des Ausführungsbeispiels der Erfindung in einer schematischen Darstellung. Hierbei ist in der 2 außerdem eine Schnittlinie I dargestellt, die sich auf 1 bezieht. Der in der 1 betrachtete Schnitt ist hierbei ein Schnitt entlang der in 2 mit I bezeichneten Schnittlinie.
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Der Hubanschlagring 30 ist als unterbrochener Hubanschlagring 30 mit Unterbrechungen 40, 41, 42 ausgestaltet. Die Unterbrechungen 40, 41, 42 ermöglichen hierbei eine Montage der Düsennadel 7. Der diesbezügliche Montagevorgang ist auch anhand der 3 beschrieben.
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Ferner sind Montagenuten 43, 44, 45 vorgesehen, die an einer Innenwand 46 des Düsenkörpers 3 ausgestaltet sind. Die Montagenuten 43, 44, 45 erstrecken sich jeweils in axialer Richtung, also entlang der Achse 11. Die axiale Erstreckung erfolgt hierbei zumindest über den unterbrochenen Hubanschlagring 30. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Montagenuten 43, 44, 45 von dem Ventilsitz fernen Ende 23 her in der Richtung 12 bis etwas über den unterbrochenen Hubanschlagring 31 hinaus ausgestaltet. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung können solche Montagenuten 43, 44, 45 allerdings auch von dem Ventilsitz 9 her entgegen der Richtung 12 über den unterbrochenen Hubanschlagring 30 ausgestaltet werden. Außerdem ist ebenfalls eine Ausgestaltung denkbar, bei sich die Montagenuten 43, 44, 45 nur im Bereich des unterbrochenen Hubanschlagrings 30 befinden, was allerdings eine angepasste und gegebenenfalls aufwändigere Werkzeugführung in radialer Richtung erfordert.
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Bei der Ausgestaltung der Montagenuten 43, 44, 45 können beispielsweise durch ein spanabhebendes Verfahren und/oder einen Schleifprozess von dem Ventilsitz fernen Ende 23 her die Unterbrechungen 40, 41, 42 in dem unterbrochenen Hubanschlagring 30 ausgestaltet werden. Eine Werkzeugeinstellung beziehungsweise ein Vorschub in radialer Richtung wird hierbei soweit ausgeführt, dass sich auch die Montagenuten 43, 44, 45 ergeben, die sich in die Innenwand 46 erstrecken. Somit sind die Unterbrechungen 40, 41, 42, durch die die seitlichen Vorsprünge 16, 17, 18 der Düsennadel 7 zur Montage führbar sind, durch die Montagenuten 43, 44, 45 in dem in der 2 dargestellten Querschnitt betrachtet in das Gehäuseteil (den Düsenkörper) 3 hinein verlängert.
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3 zeigt einen Schnitt entlang der in 1 mit II bezeichneten Schnittlinie durch das Ventil 1 des Ausführungsbeispiels der Erfindung während der Montage. Die Drehstellung der Düsennadel 7 relativ zu dem Düsenkörper 3 ist hierbei so gewählt, dass sich die seitlichen Vorsprünge 16, 17, 18 der Düsennadel 7 im Bereich der Unterbrechungen 40, 41, 42 befinden, wenn die Düsennadel 7 entgegen der Richtung 12 axial in den Düsenkörper 3 eingefügt wird. Aufgrund der Montagenuten 43, 44, 45 ist hierbei gewährleistet, dass der Fügeprozess einfach von statten geht und mögliche Beschädigungen der seitlichen Vorsprünge 16, 17, 18 von vornherein verhindert sind.
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An den seitlichen Vorsprüngen 16, 17, 18 sind Führungsflächen 47, 48, 49 ausgestaltet. Diese Führungsflächen 47, 48, 49 dienen im montierten Zustand, wie er in der 2 dargestellt ist, zur axialen Führung der Düsennadel 7 an einer Führungsfläche 50 der Innenwand 46 des Düsenkörpers 3.
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Die Führungsfläche 50 und die Führungsflächen 47, 48, 49 der seitlichen Vorsprünge 16, 17, 18 der Düsennadel 7 liegen gemeinsam in einer Zylindermantelfläche 51, um die axiale Führung der Düsennadel 7 zu gewährleisten. Die Innenwand 46 erstreckt sich hierbei vor dem Ventilsitz fernen Ende 23 des Düsenkörpers 3 zu dem unterbrochenen Hubanschlagring 30 hin nicht in die Zylindermantelfläche 51 hinein. Somit kann durch bohrende Verfahren von dem Ventilsitz fernen Ende 23 her eine vorteilhafte Bearbeitung des Düsenkörpers 3 bis zu dem Hubanschlagring 30 erfolgen. Anschließend kann eine weitere Bearbeitung erfolgen, bei der die Unterbrechungen 40, 41, 42 mit den Montagenuten 43, 44, 45 an dem Hubanschlagring 30 ausgebildet werden.
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Nach dem Einfügen der Düsennadel 7 wird diese in ihre Endposition gedreht, die in der 2 veranschaulicht ist. Die Drehung kann insbesondere um 60° erfolgen, um den Hubanschlag zu arretieren. Die Düsennadel 7 ist dann gerichtet verbaut, was durch geeignete Markierungen kenntlich gemacht werden kann.
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Beispielsweise können im Bereich des Ventilsitzes 9 und des Ventilschließkörpers 13 Markierungspunkte 55, 56 an dem Düsenkörper 3 beziehungsweise dem Ventilschließkörper 13 vorgesehen sein. Solche Markierungspunkte 55, 56 können beispielsweise als Laserpunkte 55, 56 ausgeführt sein. Allerdings sind auch andere Ausgestaltungen der Markierungspunkte 55, 56 denkbar. Ein maxialer Hub 57 der Düsennadel 7, der durch den Hubanschlag 31 begrenzt ist, wird mit einer gewissen Einstellgenauigkeit vorgegeben. Dies kann beispielsweise über ein Schleifverfahren bei der Herstellung der Hubanschlagfläche 31 erfolgen. Beispielsweise kann der maximale Hub 57 auf 45 µm mit einer Genauigkeit von +–5 µm eingestellt werden. Durch ein entsprechendes Kodierkonzept bei der Trockenhubeinstellung kann dann der exakte Hubanschlag auf etwa +–0,5 µm ermittelt werden und beispielsweise in einem Datenmatrixcode hinterlegt werden. Durch eine Vermessung der Düsennadel 7 und des Düsenkörpers 3 kann eventuell auch eine Zupaarung von passenden Partnern für eine genaue Vorgabe des maximalen Hubs 57 erfolgen.
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Bei der Vorgabe des maximalen Hubs 57 ist zu beachten, dass der maximale Hub 57 ausreichend groß sein muss, damit der gewöhnliche Betrieb zum Einspritzen von Brennstoff oder im allgemeinen zur Zumessung geeigneter Mittel durch das Ventil 1 nicht beeinträchtigt ist. Andererseits darf der maximale Hub 57 nicht zu groß vorgegeben werden, so dass möglichst auch am Ende der Lebensdauer ein ausreichend großer Hub der Düsennadel 7 mit ausreichender Genauigkeit bis zu dem Hubanschlag 31 ausgeführt werden kann, um die für die Anpassung der Ansteuerung des Aktors 6 erforderlichen Messdaten zu gewinnen. Daher kann gegebenenfalls durch eine anfängliche Messung auch der maximale Hub 57 bestimmt werden und anschließend kann dieser maximale Hub 57 im konkreten Einzelfall oder eine diesbezügliche Korrekturgröße im Steuergerät 35 hinterlegt werden. Dadurch ist ein ventilindividueller Referenzwert bestimmt, was die Herstellung des Ventils 1 vereinfachen kann.
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Eine weitere Führung der Düsennadel 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch die Ventilsitz nahen seitlichen Führungsvorsprünge 19, 20, 21 gewährleistet. Hierbei sind an den seitlichen Führungsvorsprüngen 19, 20, 21 Ventilsitz nahe Führungsflächen 60, 61 ausgebildet. Diese Führungsflächen 60, 61 der seitlichen Führungsvorsprünge 19, 20, 21 wirken mit einer Ventilsitz nahen Führungsfläche 62 der Innenwand 46 zusammen, die zwischen dem Hubanschlagring 30 und dem Ventilsitz 9 ausgebildet ist. Hierbei kann gegebenenfalls eine etwas geringere Ausrichtungsgenauigkeit zwischen einerseits der Führung, die durch die seitlichen Vorsprünge 16, 17, 18 gewährleistet ist und andererseits der Führung, die durch die seitlichen Führungsvorsprünge 19, 20, 21 gewährleistet ist, toleriert werden.
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Die Düsennadel 7 kann in Serie geschliffen werden. Hierbei kann die Anschlagfläche 32 der Düsennadel 7, welche in Richtung des Ventilschließkörpers 13 zeigt, senkrecht zu der Achse 11 der Düsennadel 7 geschliffen werden, um einen großflächigen Anschlag zu ermöglichen. Die Führungsflächen 50, 62 der Innenwand 46 werden von dem Ventilsitz fernen Ende 23 beziehungsweise vom Ventilsitz 9 her geschliffen. Der unterbrochene Hubanschlagring 30 kann von kleinen Schleifspindeln im Schleifprozess bearbeitet werden, um die Unterbrechungen 40, 41, 42 mit den Montagenuten 43, 44, 45 auszubilden.
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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 4005455 A1 [0002]
- DE 102009029549 A1 [0003, 0004]
