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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilbaugruppenanordnung für ein Einspritzventil und ein Einspritzventil.
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Einspritzventile werden weitläufig eingesetzt, insbesondere bei Verbrennungsmotoren, bei denen sie dahingehend angeordnet sein können, ein Fluid in einen Einlasskrümmer des Verbrennungsmotors oder direkt in eine Brennkammer eines Zylinders des Verbrennungsmotors einzudosieren.
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Einspritzventile werden in verschiedenen Formen hergestellt, um verschiedenen Anforderungen für die verschiedenen Verbrennungsmotoren zu genügen. Somit können beispielsweise ihre Länge, ihr Durchmesser und auch verschiedene Elemente des Einspritzventils, die für die Art und Weise der Dosierung des Fluids verantwortlich sind, weitläufig variieren. Darüber hinaus können Einspritzventile einen Aktuator zur Betätigung einer Nadel des Einspritzventils aufnehmen, bei dem es sich beispielsweise um einen elektromagnetischen Aktuator handeln kann. Aus ökologischen und/oder rechtlichen Gründen kann es erforderlich sein, Gase wie z. B. Wasserstoff oder Erdgas (CNG, Methan), als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren zu verwenden. Diese Gase können aus erneuerbaren Energien, wie z. B. Wind- oder Solarenergie, in einem Prozess, der als Power-to-Gas (PTG - mit elektrischer Energie erzeugtes Gas) bekannt ist, erzeugt werden. Beispielsweise kann Wasserstoff durch Elektrolyse erzeugt werden, und Methan kann durch eine Synthese von Wasserstoff und CO2 erzeugt werden. Diese Gase sind dann CO2-neutral und können zu einer Reduzierung des Klimawandels beitragen. Methan- und Wasserstoffanwendungen sind nicht auf Verbrennungsmotoren beschränkt. Dies sind flexible Gase, die auch bei Haushaltsanwendungen, in der Industrie oder weiteren Motoren verwendet werden können.
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Verbrennungsmotoren können mit Gasen, wie z. B. Methan oder Wasserstoff, in einem Otto-Kreisprozess betrieben werden. Dies gestattet einen sehr geringen Partikelausstoß und NOx-Ausstoß im Vergleich zum Betrieb desselben Motors mit Benzin.
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Die Anforderungen für das Einspritzen von Gasen, wie z. B. Methan oder Wasserstoff, in einen Verbrennungsmotor sind gegenüber der Benzineinspritzung verschieden. Somit unterscheidet sich die Konstruktion eines Einspritzventils, das zum Einspritzen von Benzin verwendet wird, von der Konstruktion eines Einspritzventils, das zum Einspritzen von Gasen, wie zum Beispiel Wasserstoff oder Methan, verwendet wird. Ein typisches Beispiel für ein Einspritzventil, das zum Einspritzen von Gasen verwendet wird, wird in der
EP 2602476 A1 offenbart.
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Die derzeitige Einspritzventilkonstruktion, die in der oben beschriebenen Patentanmeldung beschrieben wird, zum Einspritzen von Gasen umfasst zwei Ventilnadeln. Dies führt zu dem Nachteil, dass die stromabwärts angeordnete zweite Ventilnadel den freien Gasströmungsquerschnitt in diesem Teil des Einspritzventils reduziert. Dadurch wird die Gasdurchsatzrate, die definiert, wie viel Gas aus dem Einspritzventil herausströmen kann, reduziert. Darüber hinaus verbessert das zweite Ventil die Komplexität der Einspritzventilgesamtkonstruktion. Insbesondere bei der Einspritzung von Wasserstoff ist es erforderlich, die Gasdurchsatzrate aus dem Einspritzventil heraus zu erhöhen und eine vereinfachte Gesamtkonstruktion zu haben. Darüber hinaus erfordert die Verbrennung von Gasen, insbesondere die Verbrennung von Wasserstoff, eine hohe Temperaturbeständigkeit des Einspritzventils.
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Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist somit die Erzeugung einer Ventilbaugruppenanordnung für ein Einspritzventil und eines Einspritzventils, das eine zuverlässige und präzise Einspritzung von Gasen ermöglicht.
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Diese Aufgaben werden durch eine Ventilbaugruppenanordnung, die die Merkmale des unabhängigen Anspruchs umfasst, und ein Einspritzventil, das die Ventilbaugruppenanordnung umfasst, gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Ventilbaugruppenanordnung und des Einspritzventils werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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Eine Ventilbaugruppenanordnung für ein Einspritzventil wird dargelegt. Die Ventilbaugruppenanordnung erstreckt sich entlang einer Mittellängsachse. Die Ventilbaugruppenanordnung umfasst eine Kaltventilbaugruppe, einen Übergangsdurchgang und eine Heißventilbaugruppe. Die Kaltventilbaugruppe ist in Fluidströmungsrichtung stromaufwärts der Heißventilbaugruppe angeordnet, und die Heißventilbaugruppe ist in Fluidströmungsrichtung stromabwärts der Kaltventilbaugruppe angeordnet. Bei Anordnung in einem Verbrennungsmotor ist die Kaltventilbaugruppe somit weiter weg von einer Brennkammer als die Heißventilbaugruppe angeordnet. Darin liegt begründet, warum die Kaltventilbaugruppe Kaltventil genannt wird und die Heißventilbaugruppe Heißventil genannt wird.
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Die Kaltventilbaugruppe ist vom nach innen öffnenden Typ. Bewegliche Teile einer Ventilbaugruppe vom nach innen öffnenden Typ bewegen sich entgegengesetzt zu der Richtung, in die sich das Fluid während des Einspritzens bewegt. Wenn beispielsweise eine Ventilbaugruppe vom nach innen öffnenden Typ eine Ventilnadel umfasst, die sich dahingehend bewegt, Fluid aus der Ventilbaugruppe auszulassen, bewegt sich die Ventilnadel entgegengesetzt zur Fluidströmungsrichtung.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der Übergangsdurchgang in der Fluidströmungsrichtung stromabwärts der Kaltventilbaugruppe angeordnet. Das bedeutet, dass, wenn Fluid aus der Kaltventilbaugruppe ausgelassen wird, das Fluid in den Übergangsdurchgang strömt. Fluid kann also aus der Kaltventilbaugruppe in den Übergangsdurchgang durch Aktivierung der Kaltventilbaugruppe ausgelassen werden.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Heißventilbaugruppe in der Fluidströmungsrichtung stromabwärts des Übergangsdurchgangs angeordnet. Die Heißventilbaugruppe umfasst einen Heißventilkörper, der einen Heißventilströmungsdurchgang bildet, ein axial bewegliches Heißventilelement und eine Heißventilfeder. Das Heißventilelement wird von der Heißventilfeder gegen den Übergangsdurchgang gedrückt. Wenn das Heißventilelement von der Heißventilfeder gegen den Übergangsdurchgang gedrückt wird, befindet sich das Heißventilelement in einer geschlossenen Stellung. In der geschlossenen Stellung verhindert das Heißventilelement das Herausströmen von Fluid aus dem Übergangsdurchgang. In weiteren Stellungen des Heißventilelements gestatten das Heißventilelement und die Heißventilfeder das Herausströmen von Fluid aus dem Übergangsdurchgang in den Heißventilströmungsdurchgang. Dies wird durch Bewegen des Heißventilelements in weitere Stellungen, wenn der Druck in dem Übergangsdurchgang aufgrund des Betriebs der Kaltventilbaugruppe zunimmt, erzielt. Der erhöhte Druck in dem Übergangsdurchgang erhöht die auf das Heißventilelement wirkende Druckkraft, die die Federkraft der Heißventilfeder übersteigen kann. Wenn die Druckkraft die Federkraft übersteigt, wird das Heißventilelement aus der geschlossenen Stellung bewegt, so dass das Fluid aus dem Übergangsdurchgang in den Heißventilströmungsdurchgang ausgelassen wird. Die Heißventilbaugruppe wirkt als ein nach außen öffnendes passives Ventil. Das Heißventilelement ist beispielsweise eine Kappe oder ein Zylinder. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Heißventilelement eine Ringform auf.
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Der Heißventilströmungsdurchgang lässt das Fluid aus der Ventilbaugruppenanordnung aus. Gemäß einer Ausführungsform lässt der Heißventilströmungsdurchgang das Fluid in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors aus. Die Kaltventilbaugruppe wird durch die Heißventilbaugruppe, insbesondere über das Heißventilelement, vor heißen Temperaturen des Verbrennungsmotors geschützt. Weiterhin umfasst die Heißventilanordnung keine Ventilnadel, so dass der Querschnitt des Heißventilströmungsdurchgangs beträchtlich vergrößert ist, wodurch die Fluiddurchsatzrate erhöht wird. Darüber hinaus gibt es keinen Druckabfall am Ausgang des Heißventilströmungsdurchgangs. Ferner kann die Ventildicke des Heißventilkörpers aufgrund der Tatsache, dass keine Ventilnadel erforderlich ist, vergrößert sein, was zu größerer Robustheit gegenüber Biegen während der Befestigung der Ventilbaugruppenanordnung führt und was zu höherer Temperaturbeständigkeit führt. Die höhere Temperaturbeständigkeit ist bei Wasserstoffeinspritzung besonders wichtig. Aufgrund der fehlenden Ventilnadel bei der Heißventilbaugruppe ist es möglich, die Dicke des Heißventilkörpers zu vergrößern. Die vergrößerte Heißventilkörperdicke erhöht seine Wärmekapazität, wodurch die Temperaturbeständigkeit während der Verbrennungsphase und die Heißgaseintragung in den Heißventilströmungsdurchgang erhöht wird. Das Heißventilelement ist an dem stromaufwärtigen Längsende der Heißventilbaugruppe angeordnet, so dass das Heißventilelement selbst auch durch den Gaspuffer in dem Heißventilströmungsdurchgang vor den hohen Temperaturen geschützt wird. Ferner dichtet das Heißventilelement zwischen der Heißventilbaugruppe und dem Übergangsdurchgang ab, wodurch die Kaltventilbaugruppe vor dem hohen Verbrennungsdruck geschützt wird. Insgesamt ist die Gesamtkonstruktion der Ventilbaugruppenanordnung vereinfacht ohne Verlust von Funktionalität und verbessert die Einspritzung von gasförmigen Fluiden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Kaltventilbaugruppenanordnung einen Kaltventilkörper, der einen Kaltventilhohlraum mit einem Kaltventilfluideinlass und einem Kaltventilfluidauslass umfasst. Der Kaltventilkörper ist gemäß einer Ausführungsform Teil des Gehäuses der Ventilbaugruppenanordnung. Der Kaltventilkörper erzeugt in seinem Inneren den Kaltventilhohlraum. Das Fluid strömt durch den Kaltventilhohlraum von dem Fluideinlassabschnitt zu dem Kaltventilfluidauslassabschnitt. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Kaltventilbaugruppe ferner eine Kaltventilnadel, die axial beweglich in dem Kaltventilhohlraum angeordnet ist. Die Kaltventilnadel verhindert einen Fluidstrom durch den Kaltventilfluidauslassabschnitt, wenn sich die Kaltventilnadel in einer geschlossenen Stellung befindet. Die Kaltventilnadel gestattet den Fluidstrom durch den Kaltventilfluidauslassabschnitt in die Übergangsabschnittsanordnung, wenn sich die Kaltventilnadel in weiteren Stellungen befindet. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Kaltventilbaugruppe ferner eine Aktuatoreinheit, die dahingehend konstruiert ist, eine Kaltventilnadel zu betätigen. Die Kaltventilnadel kann mit der Aktuatoreinheit aus der geschlossenen Stellung in eine weitere Stellung, die das Strömen des Fluids aus der Kaltventilbaugruppe in den Übergangsdurchgang gestattet, bewegt werden. Die Kaltventilbaugruppe gemäß dieser Ausführungsform ist besonders zur Erzeugung der Ventilbaugruppe vom nach innen öffnenden Typ leicht und einfach.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Übergangsdurchgang eine Übergangsdurchgangsscheibe. Die Übergangsdurchgangsscheibe umfasst gemäß dieser Ausführungsform Übergangsdurchgangsöffnungen, die sich in der axialen Richtung für den Fluidstrom entlang dem Übergangsdurchgang erstrecken. Die Übergangsdurchgangsscheibe ist in dem Gehäuse der Ventilbaugruppenanordnung angeordnet. Das Gehäuse der Ventilbaugruppenanordnung umfasst den Kaltventilkörper und den Heißventilkörper und bildet die äußere Schale der Ventilbaugruppenanordnung. Gemäß einer Ausführungsform ist der Übergangsdurchgang in dem von dem Kaltventilkörper erzeugten Kaltventilhohlraum angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Übergangsdurchgangsscheibe in dem Heißventilkörper angeordnet. Die Übergangsdurchgangsscheibe ist beispielsweise über Presspassung, Festpassung und/oder Materialadhäsion an der Ventilbaugruppenanordnung angeordnet. Die Übergangsdurchgangsöffnungen gestatten das Strömen von Fluid durch den Übergangsdurchgang, wenn die Kaltventilbaugruppe das Strömen des Fluids in den Übergangsdurchgang gestattet und wenn die Heißventilbaugruppe das Strömen des Fluids aus dem Übergangsdurchgang heraus gestattet. Die Übergangsdurchgangsöffnungen sind von der Kaltventilbaugruppe an ihren stromaufwärtigen Enden abdichtbar, und die Übergangsdurchgangsöffnungen sind von dem Heißventilelement an ihren stromabwärtigen Enden abdichtbar. Die stromaufwärtigen Enden sind die Enden der Übergangsdurchgangsöffnung, die in der Nähe der Kaltventilbaugruppe positioniert sind, und die stromabwärtigen Enden der Übergangsdurchgangsöffnungen sind die Enden, die in der Nähe der Heißventilbaugruppe positioniert sind. Mit den Übergangsdurchgangsöffnungen ist es besonders leicht und einfach, den Fluidstrom aus der Kaltventilbaugruppe durch den Übergangsdurchgang in die Heißventilbaugruppe zu leiten. Ferner ist es besonders einfach, den Übergangsdurchgang gegen die Kaltventilbaugruppe und die Heißventilbaugruppe abzudichten.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Übergangsdurchgangsscheibe koaxial zur Längsachse angeordnet, und die Übergangsdurchgangsöffnungen sind auf einem gedachten Kreis angeordnet, der auch koaxial zur Längsachse angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Fluidstrom durch den Übergangsdurchgang insbesondere symmetrisch und somit verbessert. Die Übergangsdurchgangsscheibe umfasst gemäß dieser Ausführungsform einen Öffnungskreis (Bohrungskreis). Die Mitte des Öffnungskreises ist gemäß dieser Ausführungsform koaxial zur Mittellängsachse. Gemäß einer Ausführungsform sind die Übergangsdurchgangsöffnungen symmetrisch um den gedachten Kreis herum angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Übergangsdurchgangsöffnungen auf mehreren konzentrischen gedachten Kreisen angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Übergangsdurchgangsöffnungen Schlitze, beispielsweise drei Schlitze, die auf dem gedachten Kreis gleichmäßig verteilt sind. Dadurch wird vorteilhafterweise der Fluidstrom durch den Übergangsdurchgang verstärkt.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Heißventilelement eine Hülsenform auf und berührt mit einer radialen Außenfläche zumindest zum Teil das Gehäuse der Ventilbaugruppenanordnung. Gemäß dieser Ausführungsform berührt das Heißventilelement beispielsweise den Heißventilkörper oder den Kaltventilkörper. Der Kontakt gestattet das Führen der Bewegung des Heißventilelements. Mit der Hülsenform des Heißventilelements kann Kippen des Heißventilelements während des Betriebs und der Montage der Ventilbaugruppenanordnung reduziert und/oder vermieden werden. Dadurch wird die Gesamtfunktionalität der Ventilbaugruppenanordnung verbessert. Ferner gestattet die Hülsenform des Heißventilelements und der Kontakt der Außenfläche des Heißventilelements mit dem Gehäuse der Ventilbaugruppe eine besonders gute axiale und radiale Führung der Bewegung des Heißventilelements, wodurch die Funktionalität der Ventilbaugruppenanordnung verbessert wird. Das Heißventilelement gemäß dieser Ausführungsform berührt in seiner geschlossenen Stellung ein Längsende und den Übergangsdurchgang und dichtet zwischen dem Übergangsdurchgang und der Heißventilbaugruppe ab. Das Längsende weist eine Ringform auf und weist Radien zum Abdichten der Übergangsdurchgangsöffnungen auf, die beispielsweise auch auf dem gedachten Kreis angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die von der Heißventilfeder auf das Heißventilelement ausgeübte Federkraft so konstruiert, dass sie das Heißventilelement in die geschlossene Stellung bewegt und dort hält, wenn kein Fluid aus der Kaltventilbaugruppe in den Übergangsdurchgang freigegeben wird, und die Bewegung des Heißventilelements in die weitere Stellung gestattet, wenn ein vorbestimmter Druck in dem Übergangsdurchgang erreicht ist, der auf das Heißventilelement wirkt. Es ist möglich, einen Solldruck in dem Übergangsdurchgang, beispielsweise in den Übergangsdurchgangsöffnungen, zu erzeugen, bevor das Fluid in die Heißventilbaugruppe freigegeben wird. Die Steuerung des Fluidstroms in die Heißventilbaugruppe kann somit verbessert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Heißventilkörper eine Auflage für die Heißventilfeder, und das Heißventilelement umfasst eine Auflage für die Heißventilfeder. Die Auflage für die Heißventilfeder an dem Heißventilkörper ist beispielsweise eine Vertiefung oder ein Vorsprung in dem Heißventilkörper. Die Auflage für die Heißventilfeder an dem Heißventilelement ist auch beispielsweise eine Vertiefung oder ein Vorsprung an dem Heißventilelement. Darüber hinaus ist es auch vorstellbar, dass die Auflage an dem Heißventilelement oder an dem Heißventilkörper lediglich eine Außenfläche des Heißventilkörpers oder des Heißventilelements ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist es besonders einfach, die Heißventilfeder dahingehend in der Ventilbaugruppenanordnung anzuordnen, zu gestatten, dass die Heißventilfeder die Federkraft auf das Heißventilelement ausübt.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Kaltventilbaugruppe, der Übergangsdurchgang und die Heißventilbaugruppe koaxial zur Mittellängsachse angeordnet. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Fluidstrom durch die gesamte Ventilbaugruppenanordnung verbessert, da die Fluidstromhindernisse und/oder -reibung reduziert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Heißventilbaugruppe einen Heißventilanschlag zur Begrenzung der axialen Verlagerung des Heißventilelements. Der Heißventilanschlag ist gemäß einer Ausführungsform eine Fläche, ein Vorsprung oder eine Vertiefung an dem Heißventilkörper. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es auch vorstellbar, dass der Heißventilanschlag von einem Teil des Kaltventilkörpers oder einem zusätzlichen Teil ausgebildet wird. Mit dem Heißventilanschlag ist es auch möglich, den Fluidstrom aus dem Übergangsdurchgang hinaus zu begrenzen, da der Abstand von dem Heißventilelement und dem Übergangsdurchgang so konstruiert werden kann, dass maximales Herausströmen von Fluid aus dem Übergangsdurchgang gestattet wird. Mit dem Heißventilanschlag ist es insbesondere einfach, den Fluidstrom aus dem Übergangsdurchgang in den Heißventilströmungsdurchgang und weiter in die Brennkammer des Verbrennungsmotors zu steuern.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Heißventilelement aus Metall, vorzugsweise Stahl oder Messing, hergestellt. Metall kann ohne Weiteres zur Erzeugung der gewünschten Form für das Heißventilelement geformt werden. Darüber hinaus ist Metall kostengünstig, wodurch die Produktion der gesamten Ventilbaugruppenanordnung bei reduzierten Kosten gestattet wird. Darüber hinaus bietet Metall und insbesondere Stahl eine hohe Wärmebeständigkeit, die für Abdichtungsanforderungen entscheidend sein kann. Gemäß einer Ausführungsform ist das Heißventilelement aus Messing hergestellt, was zu dem Vorteil führt, dass das Führen des Heißventilelements durch das Gehäuse der Ventilbaugruppenanordnung aufgrund guter Gleiteigenschaften von Messing verbessert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Heißventilelement aus einem Kunststoffmaterial mit hoher Temperaturbeständigkeit hergestellt. Solche Kunststoffmaterialien mit hoher Temperaturbeständigkeit weisen gute Gleiteigenschaften auf. Dies ist deshalb wichtig, da es keine Schmierung in dem gasförmigen Fluidstrom gibt, die die Reibung der Bewegung des Heißventilelements reduziert. Darüber hinaus ist keine zusätzliche Ventilabdichtung und an dem Heißventilelement erforderlich, wenn das Heißventilelement aus Kunststoffmaterial mit hoher Wärmebeständigkeit hergestellt ist, da das Kunststoffmaterial ausreichende Abdichtungseigenschaften zwischen dem Heißventilelement und dem Übergangsdurchgang bereitstellt. Darüber hinaus sind Kunststoffmaterialien mit hoher Temperaturbeständigkeit kostengünstiger als Metallteile. Gemäß einer Ausführungsform ist das Heißventilelement aus Polytetrafluorethylen (Teflon) oder Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt. Diese Materialien sind in der Industrie allseits bekannt und bieten die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich hoher Temperaturbeständigkeit, gute Gleiteigenschaften und Abdichtungseigenschaften, die für das Funktionieren des Heißventilelements erforderlich sind.
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Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich der Heißventilströmungsdurchgang durch den Heißventilkörper und weist keinerlei Absätze oder Knicke in der Fluidströmungsrichtung stromabwärts der Heißventilfeder oder stromabwärts der Auflage für die Heißventilfeder an dem Heißventilkörper bis zu einem Heißventilströmungsauslass auf. Der Fluidstrom durch den Heißventilströmungsdurchgang wird somit bis zu dem Heißventilströmungsauslass nicht durch irgendeinen Absatz oder Knick abgelenkt. Darüber hinaus wird der Fluidstrom gemäß dieser Ausführungsform auch nicht aus dem Heißventilströmungsauslass in die Brennkammer abgelenkt. Es ist somit möglich, negative Auswirkungen eines potentiellen „Coanda-Effekts“ auf den Fluidstrom zu verhindern. Gemäß einer Ausführungsform ist es vorstellbar, dass der Heißventilströmungsauslass eine Anfasung oder eine Abrundung umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Kaltventilbaugruppe ein Kaltventildichtungselement zum Abdichten zwischen der Kaltventilbaugruppe und dem Übergangsdurchgang und/oder wobei die Heißventilbaugruppe ein Heißventildichtungselement zum Abdichten zwischen der Heißventildichtungsbaugruppe und dem Übergangsdurchgang umfasst. Das Kaltventildichtungselement ist beispielsweise ein Dichtungsring, ein Dichtungsband oder eine Dichtungsbeschichtung. Das Heißventildichtungselement ist beispielsweise ein Dichtungsring, ein Dichtungsband oder eine Dichtungsbeschichtung. Das Kaltventildichtungselement ist beispielsweise an der Kaltventilnadel angeordnet und wird von der Kaltventilnadel dahingehend auf die Übergangsdurchgangsöffnungen gedrückt, zwischen der Kaltventilbaugruppe und dem Übergangsdurchgang abzudichten. Das Heißventildichtungselement ist beispielsweise an dem Heißventilelement zum Abdichten zwischen dem Übergangsdurchgang und der Heißventilbaugruppe angeordnet. Das Heißventildichtungselement ist beispielsweise als eine Gummibeschichtung an dem Heißventilelement hinzugefügt. Das Kaltventildichtungselement und das Heißventildichtungselement erzeugen eine verbesserte Abdichtung zwischen der Kaltventilbaugruppe, dem Übergangsdurchgang und der Heißventilbaugruppe auf einfache und leichte Art und Weise. Wie oben beschrieben wird, kann das Heißventildichtungselement durch das Heißventilelement selbst umgesetzt werden, wenn das Heißventilelement selbst aus einem Kunststoff mit hoher Temperaturbeständigkeit, der die erforderlichen Abdichtungseigenschaften aufweist, hergestellt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt der Fluidstrom durch die Ventilbaugruppenanordnung in der Fluidströmungsrichtung von der Kaltventilbaugruppe in den Übergangsdurchgang, entlang dem Heißventilelement, der Heißventilfeder, dem Heißventilströmungsdurchgang und durch den Kaltventilauslass aus der Kaltventilbaugruppe.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen in Verbindung mit den Figuren hervor. In den Figuren zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt eines Einspritzventils gemäß einer beispielhaften Ausführungsform,
- 2 einen weiteren schematischen Längsschnitt eines Einspritzventils gemäß der beispielhaften Ausführungsform,
- 3 ein Detail des schematischen Längsquerschnitts der Ventilbaugruppenanordnung gemäß der beispielhaften Ausführungsform.
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1, 2 und 3 zeigen eine Ventilbaugruppenanordnung 20 für ein Einspritzventil 10. Das Einspritzventil 10 und die Ventilbaugruppenanordnung 20 erstrecken sich entlang einer Mittellängsachse 30. Die Ventilbaugruppenanordnung 20 umfasst eine Kaltventilbaugruppe 100, einen Übergangsdurchgang 170 und eine Heißventilbaugruppe 200.
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Die Kaltventilbaugruppe 100 umfasst einen Kaltventilkörper 140, der einen Kaltventilhohlraum 142 zur Unterbringung von Teilen der Kaltventilbaugruppe 100, wie z. B. einer Kaltventilnadel 120, bildet. Die Kaltventilnadel 120 ist koaxial zur Mittellängsachse 30 angeordnet und ist in dem Kaltventilhohlraum 142 beweglich angeordnet. Der Kaltventilhohlraum 142 umfasst einen Kaltventilfluideinlassabschnitt und einen Kaltventilauslassabschnitt. Der Kaltventilfluideinlassabschnitt ist so konstruiert, dass er Fluidstrom in den Kaltventilhohlraum 142 gestattet, und der Kaltventilfluidauslassabschnitt ist so konstruiert, dass er Fluidstrom aus dem Kaltventilhohlraum 142 heraus gestattet. Die Kaltventilnadel 120 ist dazu konstruiert, Fluidstrom aus dem Kaltventilhohlraum 142 zu verhindern, wenn sich die Kaltventilnadel 120 in einer geschlossenen Stellung befindet. Die Kaltventilnadel 120 ist darüber hinaus dazu konstruiert, Fluidstrom aus dem Kaltventilhohlraum 142 zu gestatten, wenn sich die Kaltventilnadel 120 in einer weiteren Stellung befindet. Die Kaltventilbaugruppe 100 umfasst ferner eine Kaltventilfeder 110, die auch als Kalibrierungsfeder bezeichnet wird, die dazu konstruiert ist, eine Federkraft auf die Kaltventilnadel 120 auszuüben, die die Kaltventilnadel 120 in die geschlossene Stellung vorspannt. Die Kaltventilanordnung 100 umfasst ferner eine Aktuatoreinheit 130, die dazu konstruiert ist, die Kaltventilnadel 120 aus der geschlossenen Stellung weg zu verlagern. Die Aktuatoreinheit 130 umfasst einen Anker 135 und ein Polstück 160. Ein Solenoid wird in den Figuren nicht gezeigt. Die Aktuatoreinheit 130 übt eine Magnetkraft auf den Anker 135 aus, die auf die Kaltventilnadel 120 übertragen wird, so dass sich die Kaltventilnadel 120 aus der geschlossenen Stellung in weitere Stellungen bewegt, wodurch das Strömen von Fluid aus dem Kaltventilhohlraum 142 heraus gestattet wird.
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Die Kaltventilnadel 120 ist gemäß dieser Ausführungsform eine Hohlwelle. Die Hohlwelle führt zu dem Vorteil, dass der Fluidstrom von dem Kaltventilfluideinlassabschnitt zu dem Kaltventilfluidauslassabschnitt verbessert wird. Die Kaltventilnadelspitze weist gemäß dieser Ausführungsform eine Ringform auf. Die Kaltventilnadelspitze umfasst ein Kaltventildichtungselement 150, das beispielsweise aus Gummi hergestellt ist und das an der Kaltventilnadelspitze zum Abdichten zwischen der Kaltventilbaugruppe 120 und dem Übergangsdurchgang 170 angeordnet ist. Wenn die Kaltventilnadel 120 aus der geschlossenen Stellung weg verlagert wird, gibt die Kaltventilbaugruppe 100 Fluid aus dem Kaltventilhohlraum 142 in den Übergangsdurchgang 170 frei.
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Der Übergangsdurchgang 170 ist gemäß dieser Ausführungsform in Fluidströmungsrichtung stromabwärts der Kaltventilbaugruppe 100 angeordnet und ist darüber hinaus koaxial zur Mittellängsachse 30 angeordnet. Der Übergangsdurchgang 170 umfasst eine Übergangsdurchgangsscheibe 175. Die Übergangsdurchgangsscheibe 175 ist gemäß dieser Ausführungsform in dem Kaltventilkörper 140 angeordnet. Die Übergangsdurchgangsscheibe 175 kann beispielsweise auch in Teilen der Heißventilbaugruppe 200 angeordnet sein. Die Übergangsdurchgangsscheibe 175 wird beispielsweise durch Presspassung, Festpassung oder Materialadhäsion an der Ventilbaugruppenanordnung 20 angeordnet. Die Übergangsdurchgangsscheibe 175 umfasst gemäß dieser Ausführungsform Übergangsdurchgangsöffnungen 180. Die Übergangsdurchgangsöffnungen 180 erstrecken sich in der Längsrichtung von einer Seite der Übergangsdurchgangsscheibe 175 durch die Übergangsdurchgangsscheibe 175 bis zur anderen Seite der Übergangsdurchgangsscheibe 175. Die Übergangsdurchgangsöffnungen 180 gestatten somit das Strömen von Fluid durch die Übergangsdurchgangsscheibe 175 und somit durch den Übergangsdurchgang 170. Die Übergangsdurchgangsöffnungen 180 sind gemäß diesen Ausführungsformen Löcher, die durch die Übergangsdurchgangsscheibe 175 gebohrt sind. Die Übergangsdurchgangsöffnungen 180 sind gemäß dieser Ausführungsform auf einem gedachten konzentrischen Kreis auf der Übergangsdurchgangsscheibe 175 angeordnet, wobei der gedachte Kreis koaxial zur Mittellängsachse 30 angeordnet ist. Darüber hinaus ist es gemäß einer Ausführungsform auch vorstellbar, dass die Übergangsdurchgangsöffnungen 180 gleichmäßig um den gedachten Kreis herum verteilt sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Übergangsdurchgangsöffnungen 180 Schlitze, beispielsweise drei Schlitze.
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Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Übergangsdurchgang 170 ferner eine Übergangsdurchgangsunterlegscheibe 176, die zwischen der Übergangsdurchgangsscheibe 175 und der Kaltventilbaugruppe 100, insbesondere zwischen der Kaltventilnadel 120, angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Übergangsdurchgangsunterlegscheibe 176 Öffnungen in Schlitzform, beispielsweise drei, die auf einem gedachten konzentrischen Kreis angeordnet und gleichmäßig um den Kreis herum verteilt sind, wodurch das Strömen des Fluids durch die Übergangsdurchgangsunterlegscheibe 176 hindurch gestattet wird.
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Der Übergangsdurchgang 170 erzeugt einen Fluidströmungsdurchgang von der Kaltventilbaugruppe 100 zu der Heißventilbaugruppe 200. Die Heißventilbaugruppe 200 umfasst einen Heißventilkörper 210, der einen Heißventilströmungsdurchgang 270 (Heißventilhohlraum) umfasst. Der Heißventilströmungsdurchgang 270 ist dazu konstruiert, den Fluidstrom durch die Heißventilbaugruppe 200 zu gestatten. Der Heißventilströmungsdurchgang 270 weist daher einen Heißventileinlassabschnitt und einen Heißventilauslassabschnitt auf. Der Heißventileinlassabschnitt leitet den Fluidstrom von dem Übergangsdurchgang 170 in den Heißventilströmungsdurchgang 270. Der Heißventilauslassabschnitt leitet den Fluidstrom aus dem Heißventilströmungsdurchgang 270 und aus der Heißventilbaugruppe 200, beispielsweise in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors. Die Heißventilbaugruppe 200 umfasst ferner ein Heißventilelement 230 und eine Heißventilfeder 240. Die Heißventilbaugruppe 200 ist gemäß obiger Beschreibung in Fluidströmungsrichtung stromabwärts des Übergangsdurchgangs 170 angeordnet. Ferner ist die Heißventilbaugruppe 200 gemäß dieser Ausführungsform koaxial zur Längsachse 30 angeordnet. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Heißventilkörper 210 über eine Presspassung an dem Kaltventilkörper fixiert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es auch vorstellbar, dass der Heißventilkörper 210 über eine Festpassung und/oder eine Materialadhäsion an dem Kaltventilkörper fixiert ist.
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Das Heißventilelement 220 wird von der Heißventilfeder 240 dahingehend gegen den Übergangsdurchgang 170 vorgespannt, den Fluidstrom aus dem Übergangsdurchgang 170 heraus zu verhindern, wenn sich das Heißventilelement 220 in seiner geschlossenen Stellung befindet. Das Heißventilelement 220 ist beweglich in der Heißventilbaugruppe 200 angeordnet und ist somit dazu konstruiert, das Strömen des Fluids aus dem Übergangsdurchgang 170 heraus zu gestatten, wenn es aus der geschlossenen Stellung weg in weitere Stellungen verlagert wird. Das Heißventilelement 220 ist gemäß dieser Ausführungsform koaxial mit der Mittellängsachse 30 angeordnet. Das Heißventilelement 220 weist eine Hülsenform auf und dichtet in der geschlossenen Stellung mit einem Längsende die Übergangsdurchgangsöffnungen 180 dahingehend ab, das Strömen des Fluids aus dem Übergangsdurchgang 170 heraus zu verhindern. Das Heißventilelement 220 umfasst gemäß dieser Ausführungsform ein Heißventildichtungselement 230. Das Heißventildichtungselement 230 ist beispielsweise ein Gummiring oder eine Beschichtung, der bzw. die dahingehend an dem Dichtungsende des Heißventilelements 220 fixiert ist, zwischen dem Heißventilelement 220 und den Übergangsdurchgangsöffnungen 180 abzudichten, wenn sich das Heißventilelement 220 in der geschlossenen Stellung befindet. Die Heißventilbaugruppe 200 stellt eine Heißventilelementführung 250 für das Heißventilelement 220 zum Führen der Bewegung des Heißventilelements 220 bereit. Die Heißventilelementführung 250 ist gemäß dieser Ausführungsform das Gehäuse der Ventilbaugruppenanordnung 20. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Gehäuse der Ventilbaugruppenanordnung 20 der Kaltventilkörper 140 und der Heißventilkörper 210. Genauer gesagt stellen Flächen des Kaltventilhohlraums 142 und/oder Flächen des Heißventilströmungsdurchgangs 270 eine Führungsfläche als die Heißventilelementführung 250 zum Führen des Heißventilspalts 220 bereit. Gemäß der Darstellung in 1 und 2 weist der Heißventilkörper 210 auf seiner Außenfläche eine Vertiefung auf, die einen Abschnitt zur Anordnung einer Verbrennungsdichtung 260 erzeugt. Die Verbrennungsdichtung 260 selbst wird in 1 und 2 gezeigt. Die Verbrennungsdichtung 260 ist dazu konstruiert, zwischen der Brennkammer und dem Einspritzventil 10 abzudichten. Die Heißventilbaugruppe 200 umfasst ferner einen Heißventilanschlag 200. Der Heißventilanschlag 290 stellt einen Anschlag für das Heißventilelement 220 bereit, der die Bewegung des Heißventilelements 220 zur Steuerung eines maximalen Fluidstroms aus dem Übergangsdurchgang 170 heraus begrenzt. Das Heißventilelement 220 weist gemäß dieser Ausführungsform eine Vertiefung zur Bereitstellung einer Auflage für die Heißventilfeder 240 auf. Der Heißventilkörper 210 weist gemäß dieser Ausführungsform auch eine Vertiefung zur Bereitstellung einer Auflage für die Heißventilfeder 240 auf. Der Heißventilströmungsdurchgang 270 umfasst einen Heißventilströmungsausgang 280, der der Auslassabschnitt des Heißventilströmungsdurchgangs ist und der das Strömen des Fluids aus der Heißventilbaugruppe 200 heraus, beispielsweise in die Brennkammer des Verbrennungsmotors, führt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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