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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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Es ist bereits aus der
US 4,766,405 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das einen mit einer Ventilnadel verbundenen Ventilschließkörper, der mit einer an einem Ventilsitzkörper ausgebildeten Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, aufweist. Zur elektromagnetischen Betätigung des Brennstoffeinspritzventils ist eine Magnetspule vorgesehen, die mit einem Anker zusammenwirkt, der mit der Ventilnadel kraftschlüssig verbunden ist. Um den Anker und die Ventilnadel ist eine zusätzliche Masse zylinderförmig vorgesehen, die über eine Elastomerschicht mit dem Anker verbunden ist.
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Aus der
US 4,766,405 ist eine weitere Ausführungsform eines Brennstoffeinspritzventils bekannt, bei dem zur Dämpfung und Entprellung um den Anker und die Ventilnadel eine weitere zylinderförmige Masse vorgesehen ist, die durch zwei Elastomerringe in ihrer Position beweglich eingespannt und gehalten wird. Beim Auftreffen der Ventilnadel auf dem Dichtsitz kann sich diese zweite Masse relativ zu Anker und Ventilnadel bewegen und ein Prellen der Ventilnadel verhindern.
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Nachteilig an der beschriebenen Ausführungsform ist der zusätzliche Aufwand und Platzbedarf. Auch ist der Anker selbst nicht entkoppelt, sein Impuls vergrößert somit bei der Ventilnadel die Neigung, zu prellen.
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Aus der
US 5,299,776 ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einer Ventilnadel und einem Anker bekannt, der auf der Ventilnadel beweglich geführt ist und dessen Bewegung in der Hubrichtung der Ventilnadel durch einen ersten Anschlag und entgegen der Hubrichtung der Ventilnadel durch einen zweiten Anschlag begrenzt wird. Das durch die beiden Anschläge festgelegte axiale Bewegungsspiel des Ankers führt in gewissen Grenzen zu einer Entkoppelung der trägen Masse der Ventilnadel einerseits und der trägen Masse des Ankers andererseits. Dadurch wird einem Zurückprallen der Ventilnadel von der Ventilsitzfläche beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils in gewissen Grenzen entgegengewirkt. Da jedoch die axiale Lage des Ankers bezüglich der Ventilnadel durch die freie Beweglichkeit des Ankers gegenüber der Ventilnadel vollkommen undefiniert ist, werden Preller nur in beschränktem Maße vermieden. Insbesondere wird bei der aus der
US 5,299,776 bekannten Bauweise des Brennstoffeinspritzventils nicht vermieden, daß der Anker bei der Schließbewegung des Brennstoffeinspritzventils auf den dem Ventilschließkörper zugewandten Anschlag auftrifft und seinen Impuls dadurch schlagartig auf die Ventilnadel überträgt. Diese schlagartige Impulsübertragung kann zusätzliche Preller des Ventilschließkörpers verursachen.
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Es ist weiter aus einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin bekannt, den auf der Ventilnadel axial beweglich angeordneten Anker durch einen Elastomerring in seiner Position beweglich eingespannt zu befestigen. Hierzu wird der Anker zwischen zwei Anschlägen gehalten, wobei zwischen Anker und unterem Anschlag ein Elastomerring liegt. Dabei tritt jedoch das Problem auf, daß der Elastomerring bei der Ankerbewegung verformt wird, verschleißt und vorzeitig ausfallen kann.
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Ferner sei noch auf die Druckschriften
DE 100 17 030 A1 ,
DE 100 39 078 A1 ,
DE 101 24 747 A1 und
DE 199 50 761 A1 hingewiesen. Aus keiner dieser Druckschriften geht jedoch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Merkmal hervor, daß eine dem Anker zugewandte Fläche des Flansches nach innen radikal zur Ventilnadel abfallend konisch geformt ist, um zu bewirken, dass das Dämpfungselement ortsfest bleibt und nicht durch Verrutschen zerstört werden kann.
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der zweite Flansch, welcher abströmseitig des Ankers und des Dämpfungselements angeordnet ist, so gestaltet ist, daß das Dämpfungselement ortsfest bleibt und nicht durch Verrutschen zerstört werden kann. Die dem Dämpfungselement zugewandte Oberfläche des Flansches ist dabei konisch nach innen radial zur Ventilnadel abfallend ausgebildet.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung eines zusätzlichen Raums zwischen dem Dämpfungselement und der konischen Fläche, welcher dem Dämpfungselement eine Vorzugsrichtung zur Ausdehnung vorgibt.
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Vorteilhafterweise ist der Innendurchmesser des Dämpfungselements so bemessen, daß zwischen dem Dämpfungselement und der Ventilnadel eine spielfreie (evtl. enge) Passung vorliegt.
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Von Vorteil ist die Anordnung einer Zwischenscheibe zwischen Dämpfungselement und Anker, um zu vermeiden, daß das Dämpfungselement durch die Kanten des Ankers und Durchströmlöcher beschädigt wird.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Stand der Technik,
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2A einen schematischen Längsschnitt durch das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil im Bereich II in 1,
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2B einen schematische Darstellung der Fehlfunktion des in 1 und 2A dargestellten Brennstoffeinspritzventils, und
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2C einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in 1.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Bevor anhand von 2C ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 näher beschrieben wird, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von 1, 2A und 2B ein abgesehen von den erfindungsgemäßen Maßnahmen baugleiches Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 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 eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den 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. An der anderen Seite 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 Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird. In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem Führungskörper 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 Brennstoffleitung abgedichtet.
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An der abspritzseitigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 33, welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt auf einem zweiten Flansch 34 auf, welcher kraftschlüssig über eine Schweißnaht 35 mit der Ventilnadel 3 verbunden ist.
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Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der 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.
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2A zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung eine vergrößerte Ansicht des Bereichs IIA in 1.
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Dargestellt ist ein Teil der Ventilnadel 3, der daran verschweißte zweite Flansch 34 sowie der untere Teil des Ankers 20 mit den darin verlaufenden Brennstoffkanälen 30. Auf dem zweiten Flansch 34 liegt das Dämpfungselement 33 auf. Zwischen dem Anker 20 und dem Dämpfungselement 33 ist eine Zwischenscheibe 37 angeordnet, welcher der Stabilisierung des Dämpfungselements 33 sowie dessen Schutz vor Abrieb an den Kanten des Ankers 20 im Bereich der Ausmündungen der Brennstoffkanäle 30 dient. Die Zwischenscheibe 37 ist dabei so gestaltet, daß er die Brennstoffkanäle 30 im Anker 20 möglichst wenig überdeckt und so den Brennstofffluß nicht drosselt.
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2B zeigt den gleichen Ausschnitt wie 2A, wobei hier das Dämpfungselement 33 durch Druckbelastung und Scherwirkungen bereits auswandert. Auf die Zwischenscheibe 37 wirkt dabei bedingt durch seine nicht spielfreie Passung auf der Ventilnadel 3 eine radiale Kraftkomponente, welche durch das Verhaken des verquetschten Dämpfungselements 33 an der Zwischenscheibe 37 entsteht. Erhöhter Verschleiß und Zerstörung des Dämpfungselements 33 sind die Folge.
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Des weiteren wird das Auswandern des Dämpfungselements 33 durch die Pumpwirkung des zweiten Flansches 34 während des Betriebs des Brennstoffeinspritzventils 1 noch zusätzlich verstärkt. Ein Innendurchmesser des Dämpfungselements 33 füllt sich dabei mit Brennstoff, der mangels Drainage nicht abfließen kann und somit das Dämpfungselement 33 nach radial außen aufweitet.
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Die Auswirkungen des Auswanderns des Dämpfungselements 33 reichen von Funktionsstörungen durch abgelöste Elastomerpartikel mit nachfolgendem Verstopfen der Brennstoffkanäle 31 und 32 sowie der Abspritzöffnung 7 bis zu kompletter Zerstörung des Brennstoffeinspritzventils 1 durch Verklemmen des Ankers 20 bedingt durch den Wegfall der spielausgleichenden Wirkung des Dämpfungselementes 33.
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Um dem vorzubeugen, zielen die erfindungsgemäßen Maßnahmen darauf ab, das Auswandern des Dämpfungselementes 33 zu verhindern. Zu diesem Zweck ist eine dem Anker 20 zugewandte Fläche 38 des zweiten Flansches 34 konisch gestaltet. Die Fläche 38 fällt dabei nach radial innen zur Ventilnadel 3 hin in einer Abströmrichtung des Brennstoffs ab. Dadurch steht ein zusätzlicher Raum 39 zur Verfügung, in welchen das Dämpfungselement 33 während des Betriebs des Brennstoffeinspritzventils 1 einwandern kann. Die Richtung der Einwanderung ist durch das nach radial innen abfallende Profil des Flansches 34 vorgegeben. Das Dämpfungselement 33 erfährt beim Zusammendrücken einen nach innen wirkenden Kraftvektor. Wie Dauerversuche gezeigt haben, ist durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen der Verschleiß erheblich vermindert.
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Eine weitere, das Auswandern abschwächende Maßnahme ist dabei die passende Dimensionierung des Innendurchmessers des Dämpfungselements 33. Dieser wird so gewählt, daß eine formschlüssige Passung zwischen dem Dämpfungselement 33 und der Ventilnadel 3 vorliegt, so daß kein Brennstoff zwischen die Ventilnadel 3 und das Dämpfungselement 33 eingepumpt wird. Dies wird zusätzlich durch die konusförmige Fläche 38 unterstützt, da der zusätzlich zur Verfügung stehende Raum 39 wie eine Drainage wirkt.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und z. B. auch für nach außen öffnende Brennstoffeinspritzventile 1 oder andere Ankerformen, beispielsweise Flachanker, geeignet. Ebenso wäre es denkbar, die konische Fläche 38 an einer abströmseitigen Stirnseite des Ankers 20 unter Wegfall der Zwischenscheibe 37 anzubringen.