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Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil
für Brennkraftmaschinen
aus, wie es der Gattung des Patentanspruchs 1 entspricht. Ein derartiges
Kraftstoffeinspritzventil ist beispielsweise aus der
DE 198 27 267 A1 bekannt.
Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse auf, in dem in einer Bohrung
eine kolbenförmige
Ventilnadel längsverschiebbar
angeordnet ist. Mit ihrem brennraumseitigen Ende steuert die Ventilnadel
durch ihre Längsbewegung
die Öffnung
wenigstens einer Einspritzöffnung,
wobei die Ventilnadel in einem brennraumabgewandten Abschnitt in
der Bohrung geführt
ist. Mit ihrem brennraumabgewandten Ende ragt die Ventilnadel in
einen im Gehäuse
ausgebildeten Steuerraum, der über
wenigstens eine Drosselverbindung mit einem Hochdruckbereich im
Gehäuse
verbunden ist. Darüber
hinaus weist der Steuerraum eine Ablaufdrossel auf, die von einem
Steuerventil geöffnet oder
geschlossen wird, so dass der Steuerraum mit einem im Gehäuse ausgebildeten
Leckölraum
verbunden werden kann, in dem Kraftstoff unter niedrigem Druck vorhanden
ist.
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Durch den Druck im Steuerraum wird
die Ventilnadel mit einer Kraft beaufschlagt, die diese gegen einen
im Gehäuse
ausgebildeten Ventilsitz drückt
und hierdurch die Einspritzöff nungen
verschließt.
Wird der Druck im Steuerraum durch Öffnen des Steuerventils abgebaut,
in dem durch die Ablaufdrossel mehr Kraftstoff aus dem Steuerraum
abfließt als über die
Zulaufdrossel zufließt,
so bewegt sich die Ventilnadel in Längsrichtung und gibt die wenigstens eine
Einspritzöffnung
frei. Bei erneut verschlossener Ablaufdrossel baut sich über die
Zulaufdrossel erneut der Druck des Hochdruckbereichs im Steuerraum auf,
so dass die Ventilnadel wieder geschlossen wird.
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Bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist
im Gehäuse
darüber
hinaus eine Feder vorhanden, die ebenfalls die Ventilnadel in Schließrichtung beaufschlagt
und gegen den Ventilsitz drückt.
Für die Feder
ist ein separater Bauraum notwendig, so dass sowohl ein Steuerraum
als auch ein Federraum im Gehäuse
vorgesehen sein muss. Dies vergrößert den
nötigen
Bauraum und erschwert eine kompakte Bauweise.
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Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass eine kompaktere Bauweise des Kraftstoffeinspritzventils
bei gleichzeitig verbesserter Ansteuerbarkeit der Ventilnadel möglich ist.
Hierdurch ist im Steuerraum eine Feder unter Vorspannung angeordnet,
die die Ventilnadel in Schließrichtung
beaufschlagt. Der Steuerraum übernimmt
somit auch die Funktion des Federraums, und es ergibt sich auf die Ventilnadel
durch den hydraulischen Druck im Steuerraum eine Schließkraft,
welche die Ventilnadel in ihrer Schließstellung halten kann.
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Durch die Unteransprüche sind
vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung möglich.
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Die Drosselverbindung, durch die
der Steuerraum mit dem Hochdruckbereich verbunden ist, kann auch
durch den Ringspalt zwischen dem geführten Abschnitt der Ventilnadel
und der Wand der Bohrung gebildet werden. Durch ein geeignetes Spiel der
Ventilnadel lässt
sich hier die gewünschte
Drosselwirkung einstellen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist
die Drosselverbindung durch einen Drosselkanal ausgebildet, der
im Gehäuse
ausgebildet ist und den Steuerraum mit dem Zulaufkanal verbindet,
welcher einen Teil des Hochdruckbereichs im Gehäuse bildet. Dies ist dann vorteilhaft,
wenn der geführte
Abschnitt der Ventilnadel nicht verändert werden soll oder nicht verändert werden
kann und hier keine Zulaufdrossel realisierbar ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist
das Steuerventil ein elektrisch angesteuertes Magnetventil, das
die Ablaufdrossel des Steuerraums öffnet und schließt. Derartige
Magnetventile sind bekannt und lassen sich mit sehr kurzer Schaltzeit
realisieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist
im Gehäuse
ein Nadelbewegungsfühler
angeordnet, der die Längsposition
der Ventilnadel erfasst und ein entsprechendes Signal zur Verfügung stellt.
Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Signal als Eingangssteuersignal
für die
Ansteuerung des Steuerventils verwendet wird, das die Ablaufdrossel öffnet und
schließt.
Hierdurch ist eine präzise
Ansteuerung der Ventilnadel möglich.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
dargestellt. Es zeigt
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1 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
und
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des mit II bezeichneten Ausschnitts von 1, wie es sich bei einer alternativen
Bauform darstellt.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
im Längsschnitt
dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse 1 auf,
das einen Ventilkörper 3,
einen daran angrenzenden Ventilhaltekörper 5 und einen daran
wiederum angrenzenden Steuerventilkörper 7 umfasst. Im
Ventilkörper 3 ist
eine Bohrung 10 ausgebildet, in der eine kolbenförmige Ventilnadel 12 längsverschiebbar
angeordnet ist. Die Bohrung 10 ist an ihrem brennraumseitigen
Ende von einem im wesentlichen konischen Ventilsitz 20 verschlossen,
von dem wenigstens eine Einspritzöffnung 22 abgeht und
in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der Brennkraftmaschine
mündet.
In der Bohrung 10 ist eine kolbenförmige Ventilnadel 12 längsverschiebbar angeordnet,
die mit einem Führungsabschnitt 112 in einem
brennraumabgewandten Abschnitt der Bohrung 10 geführt ist.
Die Ventilnadel 12 verjüngt
sich ausgehend vom Führungsabschnitt 112 unter
Bildung einer Druckschulter 13 dem Ventilsitz 20 zu
und geht an ihrem brennraumseitigen Ende in eine im wesentlichen
konischen Ventildichtfläche 18 über. Zwischen
der Ventilnadel 12 und der Wand der Bohrung 10 ist
ein Druckraum 14 ausgebildet, der über einen im Ventilkörper 3,
dem Ventilhaltekörper 5 und
dem Steuerventilkörper 7 verlaufenden
Zulaufkanal 16 mit Kraftstoff unter hohen Druck befüllt werden
kann. Der Druckraum 14 und der Zulaufkanal 16 bilden
hierbei den Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzventils, der
beim Betrieb der Brennkraftmaschine ständig mit Kraftstoff unter hohem
Druck befüllt
ist. Die Ventilnadel 12 wirkt in der Weise mit dem Ventilsitz 20 zusammen,
dass bei Anlage der Ventildichtfläche 18 am Ventilsitz 20 die
Einspritzöffnungen 22 verschlossen werden,
während
beim vom Ventilsitz 20 abgehobener Ventilnadel 12 Kraftstoff
aus dem Druckraum 1.4 den Einspritzöffnungen 22 zufließt und durch
die Einspritzöffnungen 22 in
den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
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An ihrem brennraumabgewandten Ende geht
die Ventilnadel 12 in einen vorzugsweise fest mit der Ventilnadel 12 verbundenen
Druckbolzen 35 und daran anschließend in einen Federteller 34 über, wobei
der Federteller 34 in einen im Ventilhaltekörper 5 ausgebildeten
Steuerraum 27 ragt. Zwischen dem Federteller 34 und
der der Ventilnadel 12 abgewandten Stirnseite des Steuerraums 27 ist
eine Schließfeder 32 unter
Druckvorspannung angeordnet, so dass die Ventilnadel 12 dadurch
eine Schließkraft
in Richtung des Ventilsitzes 20 erfährt. Im Steuerraum 27 ist darüber hinaus
eine Induktionsspule 40 und ein Tauchanker 42 angeordnet,
der mit dem Federteller 34 verbunden ist uns sich synchron
mit der Ventilnadel 12 bewegt. Der Tauchanker 42 dient
als Nadelbewegungsfühler:
Durch die Längsbewegung
der Ventilnadel bewegt sich auch der Tauchankers 42 in
der Induktionsspule 40, so dass sich deren Induktivität ändert. Hieraus
lässt sich
die Längsposition
der Ventilnadel 12 bestimmen, und es steht ein entsprechendes
Messsignal zur Verfügung.
Der Steuerraum 27 ist über
eine Zulaufdrossel, die durch den zwischen dem Führungsabschnitt 112 der
Ventilnadel 12 und der Wand der Bohrung 3 verbleibenden
Ringspalt 25 gebildet wird, mit dem Hochdruckbereich verbunden. Über den
Querschnitt des Ring spalts 25 und die Länge des Führungsabschnitts 112 lässt sich
die Drosselwirkung einstellen. Der durchfließende Kraftstoff bewirkt darüber hinaus
auch eine Schmierung des Führungsabschnitts 112 in
der Bohrung 10, der einem Klemmen der Ventilnadel 12 entgegenwirkt.
Der Steuerraum 27 ist darüber hinaus über eine Ablaufdrossel 30 mit
einem im Steuerventilkörper 7 ausgebildeten
Leckölraum 36 verbunden,
wobei im Leckölraum 36 stets
ein niedriger Druck herrscht. Im Leckölraum 36 ist ein Magnetanker 37 angeordnet,
an dessen dem Steuerraum 27 zugewandten Ende eine Schließkugel 38 angeordnet
ist, die sich zusammen mit dem Magnetanker 37 bewegt und
so die Ablaufdrossel 30 verschließen oder öffnen kann. Der bewegliche
Magnetanker 37 bildet so, zusammen mit der Schließkugel 38,
ein Steuerventil 33.
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Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils
ist wie folgt: Soll eine Einspritzung von Kraftstoff erfolgen, so
wird das Steuerventil 33 geöffnet, d. h. der Magnetanker 37 wird
mittels eines Elektromagneten bewegt, so dass die Schließkugel 38 von
der Ablaufdrossel 30 abhebt. Hierdurch wird der Steuerraum 27 mit
dem Leckölraum 36 verbunden,
und durch eine geeignete Dimensionierung der Ablaufdrossel 30 und
der Zblaufdrossel in Form des Ringspalts 25 fällt der
Kraftstoffdruck im Steuerraum 27 daraufhin ab, der zuvor
dem Druck im Hochdruckbereich entsprochen hat. Durch den abfallenden
Druck im Steuerraum 27 reduziert sich die hydraulische Kraft
auf die brennraumabgewandte Stirnseite der Ventilnadel 12,
so dass nun die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13 die
Schließkraft
der Schließfeder 32 übertrifft.
Hierdurch hebt die Ventilnadel 12 mit ihrer Ventildichtfläche 18 vom
Ventilsitz 20 ab und gibt die Einspritzöffnungen 22 frei.
Durch den Nadelbewegungsfühler 40 wird
die Position der Ventilnadel 12 festgestellt, so dass deren
Position zu jedem Zeitpunkt bekannt ist. Aus der Position der Ventilnadel 12 und
dem Einspritzdruck, d. h. dem Druck im Hochdruckbereich, insbesondere
im Druckraum 14, lässt sich
die gewünschte
Einspritzmenge berechnen und daraus der genaue Zeitpunkt, zu dem
die Ventilnadel 12 wieder geschlossen werden sollte. Der
Druck im Hochdruckbereich kann hierbei variabel sein und je nach
Betriebszustand der Brennkraftmaschine, beispielsweise Volllast,
Teillast, oder Leerlauf, eine gute Zerstäubung des Kraftstoffs beim
Einspritzen sichergestellt ist.
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Das Schließen der Ventilnadel 12 wird
dadurch ausgelöst,
dass die Schließkugel 38,
bewegt durch den Magnetanker 37, die Ablaufdrossel 30 ganz
oder auch nur teilweise verschließt. Durch den nachströmenden Kraftstoff,
der durch die Zulaufdrossel, also den Ringspalt 25, in
den Steuerraum 27 fließt,
baut sich dort erneut ein hoher Druck auf, der bei Erreichen eines
bestimmten Grenzdrucks gegenüber
dem hydraulischen Druck auf die Druckschulter 13 überwiegt.
Die Ventilnadel 12 gleitet dadurch, unterstützt durch
die Kraft der Schließfeder 32,
zurück in
ihre Schließstellung.
Durch geeignete Dimensionierung der Zulaufdrossel 29, der
Ablaufdrossel 30 und der genauen Position der Schließkugel 38 lässt sich
somit die Schließdynamik
des Kraftstoffeinspritzventils einstellen.
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Anstelle der Zulaufdrossel in Form
des Ringspalts 25 kann es alternativ auch vorgesehen sein,
als Zulaufdrossel einen gesonderten Drosselkanal im Gehäuse 1 auszubilden. 2 zeigt eine Vergrößerung des
mit II bezeichneten Ausschnitts von 1 und
darin einen Drosselkanal 29, der zwischen dem Zulaufkanal 16 und
dem Steuerraum 27 im Ventilhaltekörper 5 ausgebildet
ist. Der Querschnitt des Drosselkanals 29 lässt sich
frei wählen,
so dass jede gewünschte
Drosselung eingestellt werden kann.
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Es kann auch vorgesehen sein, im
Steuerventil 33 statt des Magnetankers 37 einen
Piezosteller zu verwenden, der die Schließkugel 38 bewegt. Hierdurch
lässt sich
problemlos jede Zwischenposition anfahren und halten, so dass auch
eine nur stark gedrosselte Öffnung
der Ablaufdrossel 30 möglich ist.
Hierdurch lässt
sich der Druckaufbau bei Beendigung der Einspritzung beeinflussen,
der bei teilweise geschlossener Ablaufdrossel 30 weniger
schnell ist als bei völlig
geschlossener Ablaufdrossel 30.