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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Aus der
DE 40 03 228 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein Brennstofffilter am zulaufseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils in den Brennstoffeinlassstutzen eingepresst ist. Dieser Brennstofffilter ist am Umfang beispielsweise mit einem Messingring versehen, der mit der Wandung des Brennstoffeinlassstutzens die Paarung beim Einpressen des Brennstofffilters bildet. Der Messingring umgibt einen ringförmigen Kunststoffmassivabschnitt des Grundkörpers des Brennstofffilters, von dem aus z.B. drei Stege in Längsrichtung bis zu einem gemeinsamen Bodenabschnitt verlaufen, von denen das eigentliche Siebgewebe in diesen Teilbereichen umspritzt ist. Eine Einstellhülse stromabwärts des Brennstofffilters dient zur Einstellung der Federvorspannung einer an der Einstellhülse anliegenden Rückstellfeder.
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Bekannt sind desweiteren bereits Brennstoffeinspritzventile, bei denen die Einstellhülse und der Brennstofffilter als ein so genanntes Kombibauteil vorliegen, also die beiden Funktionen der Einstellung der Federvorspannung einer an der Einstellhülse anliegenden Rückstellfeder und die Filterung des einströmenden Brennstoffs in einem Bauteil integriert sind (
US 5,335,863 A ,
US 6,434,822 B1 ,
EP 1 296 057 B1 ,
EP 2 426 351 A1 ,
EP 1 377 747 A1 ). Alle bekannten Lösungen zeichnen sich dadurch aus, dass ein Pressbereich im Bereich der Einstellhülse vorgesehen ist, der mit der Wandung des sie umgebenden Anschlussstutzens eine Presspassung eingeht, die so eng gewählt ist, dass über die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils die Federspannung konstant gehalten bleibt, also ein Verrutschen der Einstellhülse ausgeschlossen ist.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass ein Einstellelement als Kombibauteil im Brennstoffzulauf eingesetzt ist, dass eine hohe Funktionsintegration (Einstellung der Federkraft der Rückstellfeder, Filterung des Brennstoffs, Dämpfung von Druckpulsationen) in sich vereint, wobei das Einstellelement von einer Hülse nach außen hin gebildet ist, die mehrere Einlegeteile in ihrem Inneren aufnehmen und sicher und geschützt umschließen kann.
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Mit sehr geringen Zusatzkosten und zudem einfach herstellbar ist durch das Einbringen eines mehrstufig ausgeführten Drosselelements mit einer integrierten Drosselbohrung in dem Einstellelement eine erhebliche Geräuschreduzierung gegenüber Brennstoffeinspritzventilen ähnlicher Bauart und vergleichbarer konstruktiver Ausgestaltung erzielbar. In vorteilhafter Weise werden die festen Verbindungen zwischen der Hülse und dem Drosselelement und/oder zwischen dem Drosselelement und dem Filterelement als Konus-Pressverbindungen im jeweiligen Befestigungsbereich der beiden miteinander verbundenen Bauteile ausgeführt.
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Der Siebkorb des Filterelements wird dabei in vorteilhafter Weise durch die erste Konus-Pressverbindung an dem Drosselelement zentrisch festgehalten. Die spaltfrei hergestellte zweite Konus-Pressverbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt des Drosselelements und der Hülse kann durch Laserschweiß-, Rollschweiß-, KE-Schweiß-, Widerstandsschweiß-, Bördel-, Crimp- oder Prägeverfahren zusätzlich gesichert werden. Durch diese zusätzliche, z.B. stoffschlüssige, Sicherung der festen Verbindung wird die innere Baueinheit immer sicher unter axialer Vorspannung gehalten. Die erfindungsgemäße Ausführung des Drosselelements sowie dessen Konus-Pressverbindungen bieten mehrere Vorteile, z.B. eine hohe Robustheit des Einstellelements und eine sehr kompakte Bauraumgestaltung. Des Weiteren sind keine elastischen Komponenten im Kraftfluss während des Einstellvorgangs vorhanden.
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Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen sind die zentrische Montage und die Verdrehsicherheit des Drosselelements gewährleistet. Eine Robustheitssteigerung der Baugruppe kann durch den Einsatz eines Schweißverfahrens an der Hülse im Verbindungsabschnitt des Drosselelements erreicht werden, wobei auf weitere plastische Verformungsschritte an der Hülse verzichtet werden kann.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Durch die konische Ausbildung des unteren zapfenartigen Abschnitts des Drosselelements ist für jede einzelne mit dem Siebkorb verpresste Baugruppe beim Fügen ein individueller Längenausgleich zwischen Drosselelement und Filterelement ermöglicht. Die konische Ausbildung des Verbindungsabschnitts des Drosselelements bietet den großen Vorteil, dass der konische Pressspalt im Bereich des Anbringens der Schweißnaht zur zusätzlichen Sicherung viel besser geeignet ist, schädliche Lunker in der Schweißnaht zu vermeiden als dies bei zylindrischen Pressspalten der Fall wäre.
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In vorteilhafter Weise kann eine Federführung besonders einfach und kostengünstig bei der Herstellung der Hülse des Einstellelements direkt mit integriert werden, ohne dass zusätzliche Bauteile erforderlich wären. Die Kosten der Herstellung des Einstellelements können auf diese Weise niedrig gehalten werden. Die Innengeometrien des Innenpols und der Anschlusshülse können vereinfacht gefertigt werden; die Toleranzanforderungen können gesenkt werden. Die am Einstellelement erfindungsgemäß integrierte Federführung hat zudem den Vorteil, dass in der Innenpolbohrung der Verschleiß gegenüber direkt im Innenpol angeordneter Federführungen deutlich herabgesetzt ist.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 einen axialen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik, 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventil im Bereich II in 1 mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Einstellelements und 3 eine vergrößerte Teilansicht des Einstellelements entsprechend dem Ausschnitt III in 2.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Bevor anhand der 2 und 3 Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von 1 ein bereits bekanntes Brennstoffeinspritzventil bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
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Das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
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Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. Stromaufwärts der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Einstellhülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
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In der oberen Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem unteren Führungselement 36 verlaufen Brennstoffkanäle 30, 31 und 32. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere Dichtung 37 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet. Zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 ist eine Vorhubfeder 38 angeordnet, welche den Anker 20 im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 in Anlage an dem zweiten Flansch 34 hält. Die Federkonstante der Vorhubfeder 38 ist dabei wesentlich kleiner als die Federkonstante der Rückstellfeder 23.
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Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 und der Vorhubfeder 38 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 zunächst entgegen der Federkraft der Vorhubfeder 38 in Hubrichtung bewegt, wobei ein Ankerfreiweg durch den Abstand zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 vorgegeben ist. Nach Durchlaufen des Ankerfreiwegs nimmt der Anker 20 den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der Anker 20 durchläuft dabei einen Gesamthub, der der Höhe des Arbeitsspaltes 27 zwischen dem Anker 20 und dem Innenpol 13 entspricht. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über die Brennstoffkanäle 30 bis 32 geführte Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 7 abgespritzt.
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Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird. Die Vorhubfeder 38 beaufschlagt den Anker 20 dann wiederum so, dass dieser nicht von dem zweiten Flansch 34 zurückprellt, sondern ohne Anschlagspreller in den Ruhezustand zurückkehrt.
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Der Innenpol 13 ist zum Zulaufende des Brennstoffeinspritzventils 1 hin hülsenförmig ausgeführt und bildet insofern in diesem Bereich eine Anschlusshülse 40. Die Anschlusshülse 40 kann auch als separates Bauteil unabhängig vom Innenpol 13 ausgeformt sein, in die dann z.B. der Innenpol 13 eingepasst ist. Im Bereich der Anschlusshülse 40 ist das Filterelement 25 eingebracht, das der Herausfiltrierung solcher Partikel im Brennstoff dient, die ansonsten zu Funktionsbeeinträchtigungen an den relevanten Ventilbauteilen wie dem Dichtsitz führen könnten.
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Der elektromagnetische Kreis kann z.B. auch durch einen Piezoaktor oder einen magnetostriktiven Aktor als Aktuator ersetzt werden.
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2 zeigt in einer auszugsweisen axialen Schnittdarstellung den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt als ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Einstellelements 50, das als Kombibauteil ausgeführt ist und zumindest die Funktionen der Einstellhülse 24 und des Filterelements 25 vereint. Das Einstellelement 50 besteht dabei nochmals aus mehreren Einzelteilen. So bildet die äußere Ummantelung des Einstellelements 50 eine metallene Hülse 51, die z.B. wenigstens einmal gestuft ausgeführt ist und mittels Tiefziehen hergestellt ist. Die dünnwandige Hülse 51 weist dabei z.B. in einem langen zulaufseitigen Abschnitt einen radial etwas vergrößerten Bereich auf, der einerseits der erfindungsgemäßen inneren Aufnahme eines Drosselelements 56 sowie eines Siebkorbs 53 des Filterelements dient und andererseits nach außen hin als Pressbereich 55 zur sicheren Aufnahme des Einstellelements 50 im Innenpol 113 dient. Der axial darauffolgende abströmseitige Abschnitt ist der durchmesserkleinste Bereich 62 des Einstellelements 50, der z.B. aber nur geringfügig kleiner im Außendurchmesser ist als der Pressbereich 55.
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In der tiefgezogenen, weitgehend zylindrisch verlaufenden Hülse 51 befindet sich ein aus Kunststoff gespritzter Siebkorb 53, der den Grundkörper eines integrierten Filters bildet. Der Kunststoff des Siebkorbs 53 ist vorzugsweise ein organischer polymerer hochtemperaturfester Thermoplast, wie z.B. Polyether Ether Ketone (PEEK) oder Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyamide (PA) bzw. Polyphtalamide (PPA). In idealer Weise wird der Siebkorb 53 mittels Kunststoffspritzgießen hergestellt. Im Inneren des Kunststoff-Grundkörpers des Einstellelements 50 ist ein Filtergewebe 52 als Filterelement eingebracht, das im Kunststoffspritzgussprozess ebenfalls als Einlegeteil in das Werkzeug mit eingelegt werden kann. Dieses schlauchartige Filtergewebe 52 kann aus PEEK bestehen oder bevorzugt aus einem metallischen Gewebewerkstoff, was für eine zusätzliche Stützwirkung und eine erhöhte Robustheit des Siebkorbs 53 sorgt. Der Siebkorb 53 des Filters besitzt einen oberen durchmesservergrößerten Verbindungsbereich 58, der in erfindungsgemäßer Weise mit dem ebenfalls in der Hülse 51 angeordneten Drosselelement 56 form- und kraftschlüssig fest verbunden ist. Über die anderen Bereiche 55, 62 der Hülse 51 füllt der Siebkorb 53 das Innere der Hülse 51 weitgehend aus, wobei der Siebkorb 53 am Drosselelement 56 in der Hülse 51 hängend eingebracht ist, so dass er nicht am Boden der tiefgezogenen Hülse 51 aufsteht. Der Siebkorb 53 wird von mehreren, wenigstens zwei stegartigen Stützteilen des Filter-Grundkörpers gebildet.
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Insbesondere bei Hochdruckeinspritzventilen, die z.B. mit einem Brennstoffdruck von > 100 bar versorgt werden, hat sich gezeigt, dass es im Betrieb zu einer erheblichen Geräuschentwicklung kommt, die als z.T. störend empfunden werden kann. Eine wirksame Geräuschreduzierung erfolgt dadurch, dass im Zulaufbereich des Einstellelements 50 eine Drosselbohrung 54 vorgesehen ist, die einen Öffnungsquerschnitt besitzt, der um ein Vielfaches kleiner ist als der Öffnungsquerschnitt der Anschlusshülse 40 bzw. des Innenpols 13. Die Drosselbohrung 54 besitzt dabei z.B. einen Durchmesser von 0,4 mm bis 1,5 mm je nach Öffnungsweite der Anschlusshülse 40. Mit Hilfe der Drosselbohrung 54 kann eine gezielte Dämpfung von Druckpulsationen im Inneren des Brennstoffeinspritzventils erfolgen. Die Drosselbohrung 54 ist in einem eigenständigen Einlegeteil eingebracht, das als Drosselelement 56 in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ausgeführt ist und sowohl mit dem Siebkorb 53 als auch mit der Hülse 51 fest verbunden ist. Wie in den Figuren gezeigt, kann die Drosselbohrung 54 gestuft ausgebildet sein.
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In vorteilhafter Weise ist das Drosselelement 56 mehrfach gestuft ausgeführt. Zulaufseitig steht z.B. aus der Hülse 51 heraus ein erster zapfenartiger Abschnitt 66, der einen deutlich geringeren Außendurchmesser als den Außendurchmesser des innerhalb der Hülse 51 liegenden Verbindungsabschnitts 67 des Drosselelements 56 aufweist. An den Verbindungsbereich 67 schließt sich wiederum ein durchmesserkleinerer zapfenartiger Abschnitt 68 an, der der festen Verbindung mit dem Filterelement 52, 53 dient und sich dazu in idealer Weise in stromabwärtiger Richtung verjüngt. Zusätzlich oder alternativ kann auch der Verbindungsabschnitt 67 des Drosselelements 56 konisch verjüngend verlaufen, so dass gilt, dass erfindungsgemäß zwischen der Hülse 51 und dem Drosselelement 56 im Verbindungsabschnitt 67 und/oder zwischen dem Drosselelement 56 im zapfenartigen Abschnitt 68 und dem Filterelement 52, 53 genau eine oder idealerweise jeweils eine Konus-Pressverbindung im jeweiligen Befestigungsbereich der beiden Bauteile vorgesehen ist.
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Das untere, abströmseitige Ende des Einstellelements 50 wird von einem Bodenbereich 59 der tiefgezogenen Hülse 51 gebildet, der Mittel, wie Auskragungen oder Zapfen, aufweisen kann, die der integrierten Führung der Rückstellfeder 23 dienen.
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3 zeigt eine vergrößerte Teilansicht des Einstellelements 50 entsprechend dem Ausschnitt III in 2. Das Drosselelement 56 in seiner spezifischen Konturgebung wird z.B. mittels eines spanabhebenden Herstellungsverfahrens, wie Drehen, gefertigt. Die feste Verbindung zwischen der in die Hülse 51 einsetzbaren Baugruppe bestehend aus Filterelement 52, 53 und Drosselelement 56 wird durch die erste Konus-Pressverbindung erzielt. Dazu wird der Verbindungsbereich 58 des Siebkorbs 53 des Filterelements auf den unteren zapfenartigen, konisch verlaufenden Abschnitt 68 des Drosselelements 56 aufgepresst. Der Siebkorb 53 wird dabei in vorteilhafter Weise durch die erste Konus-Pressverbindung an dem Drosselelement 56 zentrisch festgehalten. Am Innenumfang des Verbindungsbereichs 58 des Siebkorbs 53 kann wenigstens eine z.B. umlaufende Pressrippe 69 vorgesehen sein; es können aber auch mehrere Pressrippen 69 innen umlaufen. Die spaltfrei hergestellte zweite Konus-Pressverbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt 67 des Drosselelements 56 und der Hülse 51 kann durch Laserschweiß-, Rollschweiß-, KE-Schweiß-, Widerstandsschweiß-, Bördel-, Crimp- oder Prägeverfahren zusätzlich gesichert werden. Beispielhaft ist mit Bezugszeichen 70 eine Schweißnaht angedeutet. Durch diese zusätzliche, z.B. stoffschlüssige, Sicherung der festen Verbindung wird die innere Baueinheit immer sicher unter axialer Vorspannung gehalten. Die erfindungsgemäße Ausführung des Drosselelements 56 sowie dessen Konus-Pressverbindungen bieten mehrere Vorteile, z.B. eine hohe Robustheit des Einstellelements 50 und eine sehr kompakte Bauraumgestaltung. Des Weiteren sind keine elastischen Komponenten im Kraftfluss während des Einstellvorgangs vorhanden.
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Während des Montageprozesses wird das Einstellelement 50 nämlich in den Innenpol 13 geführt, wobei dann letztlich über den Pressbereich 55 die Rückstellfeder 23 auf ein gewünschtes Voreinpressmaß eingestellt wird. Bei der Montage der Anschlusshülse 40 wird die Anschlusshülse 40 über das hinausstehende obere Ende des Einstellelements 50 gesteckt. Nach dieser Montage und der Verschweißung der Anschlusshülse 40 am Innenpol 13 können schlussendlich durch Verschieben des Einstellelements 50 die dynamische Abspritzmenge und die Federkraft der Rückstellfeder 23 endgültig fest eingestellt werden.
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Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen sind die zentrische Montage und die Verdrehsicherheit des Drosselelements 56 gewährleistet. Das Drosselelement 56 sitzt so dicht und fest in der Hülse 51, dass der Randbereich so weit abgedichtet ist, dass ein Bypass zu der Drosselbohrung 54 vollständig verhindert ist. Eine Robustheitssteigerung der Baugruppe kann durch den Einsatz eines Schweißverfahrens an der Hülse 51 im Verbindungsabschnitt 67 des Drosselelements 56 erreicht werden, wobei auf weitere plastische Verformungsschritte an der Hülse 51 verzichtet werden kann.
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Durch die konische Ausbildung des unteren zapfenartigen Abschnitts 68 des Drosselelements 56 ist für jede einzelne mit dem Siebkorb 53 verpresste Baugruppe beim Fügen ein individueller Längenausgleich zwischen Drosselelement 56 und Filterelement ermöglicht. Bei zylindrischen Spalten im Verbindungsbereich solcher Bauteile wäre dies nicht ohne weiteres möglich. Zudem wird das Schrumpfen und Quellen des Filterelements gut ausgeglichen. Die konische Ausbildung des Verbindungsabschnitts 67 des Drosselelements 56 bietet den großen Vorteil, dass der konische Pressspalt im Bereich des Anbringens der Schweißnaht 70 zur zusätzlichen Sicherung viel besser geeignet ist, schädliche Lunker in der Schweißnaht zu vermeiden als dies bei zylindrischen Pressspalten der Fall wäre.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch bei einer Vielzahl anderer Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen im Vergleich zu der in 1 gezeigten Bauform des Brennstoffeinspritzventils realisierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4003228 A1 [0002]
- US 5335863 A [0003]
- US 6434822 B1 [0003]
- EP 1296057 B1 [0003]
- EP 2426351 A1 [0003]
- EP 1377747 A1 [0003]
