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Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Der Spritzbeginn einer Kraftstoffeinspritzanlage
wird genau nur an dem Kraftstoffeinspritzventil selbst gemessen. Aus diesem Grunde
werden erhebliche Aufwendungen gemacht, um Geber zu entwickeln, die sich unmittelbar
an dem Kraftstoffeinspritzventil befinden. Aufgrund der schlanken Bauweise und der
geringen Hübe der beweglichen Teile in dem Ventil ist es sehr viel schwieriger,
an dem Kraftstoffeinspritzventil selbst als beispielsweise an der Einspritzpumpe
den Spritzbeginn zu messen. Bei einem bekannten, gemäß der Gattung des Hauptanspruchs
ausgestatteten Einspritzventil ist eine Induktionsspule in einem vom Kraftstoff
gefüllten Innenraum des Kraftstoffeinspritzventils getrennten Raum angeordnet, wobei
die Ventilnadel eine mit einem Permanentmagneten versehene Verlängerung aufweist,
die durch eine Buchse aus dem kraftstoffgefüllten Innenraum in den Kernbereich der
Induktionsspule geführt wird. Ein Hauptproblem ist dabei die Abdichtung und die
Baugröße des Kraftstoffeinspritzventils.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß es sich ohne Änderung der äußeren Form und der Abmessungen serienmäßiger Kraftstoffeinspritzventile
verwirklichen lasse.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffeinspritzventils
möglich.
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Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der Beschreibung näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein
erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Schnittes eines sich nach
außen unter Krafts toffdruckeinwirkung öffnenden Kraftstoff einspritzventils, Fig.
2 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und Fig. 3 eine demgegenüber
abgewandelte Ausführungsform.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels In Fig. 1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil
im Längsschnitt dargestellt mit einem Ventilkörper 2, dem eine nach außen öffnende
Ventilnadel 3 zugeordnet ist. Zwischen einem flanschartig ausgestalteten Teil 4
des Ventilkörpers und einem Federteller in Form einer Anschlaghülse 5 ist eine Druckfeder
7 eingespannt, durch die
die Ventilnadel in Schließstellung gehalten
wird. Dazu ist die Anschlaghülse 5 über einen Haltering 8 mit dem kopfartig ausgebildeten
Ende 9 der Ventilnadel gekoppelt.
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Der Ventilnadelkopf 9 wird dabei durch eine nicht weiter dargestellte
Einführbohrung durch den Haltering durchgeführt und nach der Durchführung in eine
Einraststellung gebracht. Der Haltering 8 ragt über den Ventilnadelkopf 9 hinaus
und bildet dort einen Ring 11, dessen Stirnfläche 12 senkrecht zur Achse der Ventilnadel
3 liegt und einen parallelen Spalt 14 mit der Stirnseite 15 eines sich anschließenden
Anschlußstutzens 17 bildet.
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Dieses ist in einen hülsenförmigen Ventilträger 18 eingeschraubt und
liegt am äußeren Rand der Stirnseite 15 über einen Distanzring 19 dicht an einer
Schulter 20 an der Innenseite des Ventilträgers an, so daß zwischen Flanschteil
4 und Stirnseite 15 ein kraftstoffgefüllter Innenraum 22 dicht eingeschlossen wird.
Der Ventilkörper 2 wird dabei über den Flanschteil 4 mittels einer Überwurfmutter
23 dicht auf die Stirnseite des Ventilträgers 18 gepreßt.
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Damit die Rechtwinkeligkeit der Lage des Halterings bzw.
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der Stirnfläche zur Achse der Ventilnadel gewährleistet ist, weist
die Anschlaghülse 5 ein Führungsteil 25 auf, das ein Paßstück 26 der Ventilnadel
umfaßt.
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Der Anschlußstutzen weist in üblicher Ausgestaltung ein Anschlußgewinde
27 zum Anschluß einer Hochdruckrohrleitung und eine Zulaufbohrung 28 auf, die an
der Stirnseite 15 des Anschlußstutzens in den Innenraum 22 mündet.
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Weiterhin sind in dem Anschlußstutzen 17 zwei axiale von der Stirnseite
15 ausgehende Sackbohrungen 29 vorgesehen,
in die jeweils ein stabförmiger
Permanentmagnet 30 eingesetzt ist. Der gesamte Anschlußstutzen 17 ist aus magnetisch
nicht leitendem, nicht magnetisierbarem Material hergestellt. Die Stabmagneten 30
werden jedoch mit einem Verschlußstopfen 31 aus Weicheisen in der Bohrung 29 gehalten,
wobei die Verschlußstopfen die magnetische Verbindung zum Innenraum 22 herstellen.
Am gegenüberliegenden Ende der Stabmagneten ist jeweils ein zweites Weicheisenteil
32 angesetzt, wobei die zweiten Weicheisenteile 32 der beiden Stabmagneten durch
einen in einer Querbohrung angeordneten Weicheisenstift 33 magnetisch verbunden
sind.
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Das zweite Weicheisenteil verbessert den magnetischen Schluß zwischen
Permanentmagnet und Weicheisenstift. Dieser Weicheisenstift befindet sich im Bereich
des Einschraubgewindes 35 des Anschlußstutzens 17 in den Ventilträger 18, so daß
an dieser Verbindungsstelle die magnetische Verbindung zwischen dem Weicheisenstift
33 und dem Ventilträger, der ebenfalls aus magnetisch leitendem Material gefertigt
ist, hergestellt wird. Der Weicheisenstift kann dabei auch der Fixierung des Anschlußstutzens
gegenüber dem Ventilträger dienen.
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Im Bereich zwischen Einschraubgewinde 35 und Distanzring 19, der aus
magnetisch nicht leitendem Material gefertigt ist, ist in einer Ausnehmung 36 am
Umfang des Anschlußstutzens 17 eine Induktionsspule 37 angeordnet, deren Anschlußdrähte
38 durch eine im Bereich des Einschraubgewindes 35 im Anschlußstutzen vorgesehene
Nut 39 nach außen geführt wird.
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Dem Schnittbild gemäß Fig. 2 ist die Lage der Weicheisenteile 32 und
somit der Stabmagneten 30 in Bezug auf die
Achse des Kraftstoffeinspritzventils
und in die Zulaufbohrung 28 erkennbar. Die Magnete liegen dabei in der Verlängerung
der Stirnfläche 12 des Halterings 8.
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Durch die beschriebene Ausgestaltung des Kraftstoffeinspritzventils
wird ein magnetischer Kreis erzeugt, mit einem Magnetfluß, der über den Weicheisenstift
33 zum Ventilträger 18 führt und von diesem gleitet die Induktionsspule 37 außen
umfaßt und dann weiter über den Ventilkörper und die Ventilnadel 3, den Haltering
8 und den Spalt 14 sowie die daran angrenzenden Verschlußstutzen 31 wieder zum Stabmagnet
30 gelangt. Sehr wesentlich ist weiterhin, daß der Magnetfluß auch mit kürzerer
Verbindung über den zwischen dem Haltering und dem diesen radial umgebenden Ventilträger
gebildeten engen Spalt 40 zum Haltering 8 gelangt.
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Wird ausgehend von der Schließstellung der Ventilnadel dem Innenraum
22 unter Druck Kraftstoff zugeführt, so daß sich die Ventilnadel 3 axial verschiebt
und Kraftstoff am Ventilkörper austreten kann, so vergrößert sich der Spalt 14,
so daß der Widerstand im magnetischen Kreis vergrößert und eine Magnetflußänderung
erzeugt wird.
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Diese bewirkt eine entsprechende Induktionsspannung in der Induktionsspule
37, die über die Anschlußdrähte mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist. Der hier
vorgesehene Haltering bietet die Möglichkeit, eine relativ große, vom magnetischen
Fluß durchdrungene Fläche zu verwirklichen.
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Bei dieser Ausgestaltung des Kraftstoffeinspritzventils können in
einfacher Weise die äußeren Abmessungen von
serienmäßigen Kraftstoff-Einspritzventilen
ohne Nadelhubgeber bzw. Spritzbeginngeber beibehalten werden. Die Ausgestaltung
ermöglicht die Ausbildung eines definiert verlaufenden magnetischen Kreises. Im
Bereich des variablen Spaltes 14, dessen Breite. die Stellung der Ventilnadel kennzeichnet,
ist der Magnetfluß durch den Distanzring 19, der gleichzeitig als Dichtring dient,
radial vom Haltering 8 abgeschirmt, so daß die Änderung des Magnetflusses im wesentlichen
ausschließlich durch die Ventilnadelbewegung bzw. den Haltering 8 erfolgt.
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Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist im wesentlichen gleich
aufgebaut wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Abweichend davon ist hier das
Anschlußstück 17 und der Ventilträger 18 gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in
einem Stück vereint, als Ventilträger 18', so daß das Einschraubgewinde 35 bei Fig.
1 entfällt.
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Dieser Ventilträger 18' ist ganz aus magnetisch leitendem Material,
z. B. Weicheisen, hergestellt und ist in gleicher Weise hülsenförmig ausgestaltet,
wobei das eine Ende auf den Flanschteil 4 des Ventilkörpers aufsitzt, der mit dem
Flanschteil 4 mit Hilfe einer mit dem Ventilträger 18' verschraubten Überwurfmutter
23 gehalten wird. Im Innern des Ventilträgers wird somit in gleicher Weise wie beim
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Innenraum 22 gebildet, in den die Ventilnadel
3 mit dem Haltering 8 hineinragt. Anschlußseitig weist der Ventilträger 18' eine
Längsbohrung 42 auf, in die ein etwa stabförmiger Einsatz 43 aus magnetisch nichtleitendem
Material eingesetzt ist. In analoger Weise zum Anschlußstutzen 17 schließt der Einsatz
43 den Innenraum 22 an dem dem Ventilkörper 2 gegenüberliegenden
Ende
stirnseitig ab, wobei die Stirnfläche 15' unter Bildung eines Spalts 14 senkrecht
zur Achse der Ventilnadel bzw. parallel zur Stirnfläche 12 des Halterings 8 liegt.
Am anschlußseitigen Ende und am innenraumseltigen Ende des Einsatzes 43 ist der
Einsatz 43 jeweils mit dem Ventilträger 18' dicht verbunden, wobei die dichte Verbindung
z. B. durch Elektronenstrahlschweißung hergestellt werden kann. Zwischen den Schweißstellen
am Einsatz 43 ist am Außenumfang des Einsatzteils 43 wiederum die Induktionsspule
37 angeordnet, wobei die Anschlußdrähte 38 der Iqduktionsspule über einen im Ventilträger
18' vorgesehenen Durchbruch 45 nach außen geführt werden.
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Im Innern des Einsatzes verläuft die Zulaufbohrung 28.
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Weiterhin sind in entsprechender Ausgestaltung in achsparallelen Bohrungen
Stabmagneten 30 eingesetzt, von denen über Verschlußstopfen 31 aus Weicheisen die
magnetische Verbindung zum Innenraum bzw. über den Spalt 14 zum Haltering 8 hergestellt
wird. Die Stabmagneten 30 sind wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 über zweite
Weicheisenteile 32 und einem nicht weiter in der Fig. 3 dargestellten Weicheisenstift
magnetisch mit dem Ventilträger 18' verbunden. Das beschriebene Kraftstoffeinspritzventil
hat imwesentlichen gleiche Eigenschaften wie das im vorstehenden Beispiel beschriebene
Ventil, Vorteilhafterweise entfallen hier das Einschraubgewinde und die Einpassung
eines Distanzringes 19 sowie die Abdichtung des Innenraumes 22 an dieser Stelle.
Das Kraftstoffventil ist insgesamt leichter zu fertigen und zusammenzubauen, wobei
die Abdichtprobleme z. B. durch Elektronenschweißen beherrschbar sind.
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Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen Zusammenfassung
Es wird ein Kraftstoffeinspritzventil vorgeschlagen, bei deren eine Induktionsspule
(37) tragendes Einsatzstück (17, 43) aus magnetisch nichtleitendem Material vorgesehen
ist und in dem achsparallel zwei Stabmagneten eingesetzt sind, die einen magnetischen
Kreis über eine magnetische Brücke (33) zum Ventilträger (18) und von dort zum Federtellerhaltering
(8) der Ventilnadel bilden, wobei zwischen Haltering (8) und der anderen Stirnseite
der Stabmagneten ein durch die Axialbewegung der Ventilnadel (3) veränderbarer Spalt
(14) gebildet wird. Die durch die Veränderung der Spaltbreite bewirkte Änderung
des Magnetflusses erzeugt eine entsprechende lnduktionsspannung, die in einer Auswerteschaltung
ausgewertet werden kann.
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