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Die
Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen,
insbesondere einen Injektor für
luftverdichtende, selbstzündende
Brennkraftmaschinen.
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Aus
der
DE 101 39 857
A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches zum
Einbau in eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs als Common-Rail-Injektor
zur Einspritzung von Dieselkraftstoff ausgebildet ist. Dabei ist
eine hydraulische Hubübersetzungseinrichtung
vorgesehen, bei der ein Ventilschließkörper mit einer Ventilsitzfläche zu einem
Dichtsitz zusammenwirkt. Ferner ist eine Ventilfeder vorgesehen,
die den Ventilschließkörper gegen die
Ventilsitzfläche
mit einer Schließkraft
beaufschlagt.
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Das
aus der
DE 101 39
857 A1 bekannte Brennstoffeinspritzventil hat den Nachteil,
dass beim Zusammenbau des Brennstoffeinspritzventils und speziell
im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils die Lage der Feder, die
den Ventilschließkörper gegen die
Ventilsitzfläche
mit einer Schließkraft
beaufschlagt, variiert. Dadurch kommt es beim Betrieb des Brennstoffeinspritzventils
zu Abweichungen der abgegebenen Einspritzmenge von der gewünschten Einspritzmenge,
die im Extremfall zu Motorschäden führen können.
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Einspritzventil
mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, dass die möglichen
Lageänderungen
der Ventilfeder eingeschränkt
sind, wodurch Veränderungen
des Hubes des Ventilschließkörpers und der
daraus zumindest mittelbar resultierenden Einspritzmenge auch über die
Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils verringert sind.
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Ferner
hat das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
den Vorteil, dass die angepasste Ventilfeder auch bei bereits konstruktiv
vorgegebenen Brennstoffeinspritzventilen zum Einsatz kommen kann.
Somit ist eine kostengünstige
Lösung
gegeben, die auch bei bestehenden Brennstoffeinspritzsystemen zu
einer Verbesserung des Einspritzverhaltens eingesetzt werden kann.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Vorteilhaft
ist es, dass der Durchmesser der Ventilfeder in dem Bereich des
einen Endes der Ventilfeder gegenüber dem Durchmesser der Ventilfeder in
einem Bereich des anderen Endes der Ventilfeder vergrößert ist.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass der Durchmesser der Ventilfeder
je Windung der Ventilfeder um jeweils maximal einen Betrag variiert,
der nicht größer als
der Federdrahtdurchmesser der Ventilfeder ist. Dadurch ist ein gleichmäßiger Übergang
von dem kleineren Durchmesser der Ventilfeder zu dem größeren Durchmesser
gegeben, wobei die erforderliche Stabilität der Ventilfeder weiterhin
gewährleistet
ist.
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Vorteilhaft
ist es, dass eine Anzahl der Windungen der Ventilfeder im Bereich
von etwa sechs bis etwa neun, vorzugsweise im Bereich von etwa sieben bis
etwa acht, liegt. Bei dieser Anzahl der Windungen weist die Ventilfeder
eine gute Stabilität
gegen ein Ausknicken der Ventilfeder bei Belastung auf, ohne dass
der Abstand zwischen den Windungen der Ventilfeder zu groß wird.
Die Erfindung ist allerdings nicht auf diese Anzahl der Windungen
der Ventilfeder beschränkt,
da aufgrund der konstruktiven Vorgaben des Brennstoffeinspritzventils
auch eine längere
bzw. kürzere
Ventilfeder mit einer entsprechend größeren bzw. geringeren Anzahl
von Windungen zum Einsatz kommen kann.
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In
vorteilhafter Weise ist die Ventilfeder Teil eines Magnetventils
für eine
hydraulische Hubübersetzungseinrichtung
des Brennstoffeinspritzventils. Eine Verkippung der die Schließkraft für das Magnetventil
aufbringenden Ventilfeder wirkt sich bei Zwischenschaltung einer
hydraulischen Hubübersetzungseinrichtung
als besonders große
Abweichung von der gewünschten
abzugebenden Brennstoffmenge aus. Daher hat die erfindungsgemäße Lösung in diesem
Anwendungsfall einen besonders großen Nutzen.
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Zeichnung
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung an Hand der
beigefügten
Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
in einer geschnittenen Darstellung.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Brennstoffeinspritzventils 1 der Erfindung in einer
geschnittenen Darstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 dient
insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff, insbesondere
von Diesel, in einen Brennraum einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine
als sogenannter Common-Rail-Injektor. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet
sich jedoch auch für
andere Anwendungsfälle.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 und
einen mit dem Ventilgehäuse 2 verbundenen Brennstoffeinlaßstutzen 3 auf.
An einem mit dem Ventilgehäuse 2 verbundenen
Ventilsitzkörper 4 ist
eine Ventilsitzfläche 5 ausgebildet,
die mit einem von einer Ventilnadel 6 betätigbaren
Ventilschließkörper 7 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ventilschließkörper 7 mit
der Ventilnadel 6 einteilig ausgebildet. Die Ventilnadel 6 wird
in einem Bereich 8 von dem Ventilgehäuse 2 in einer axialen
Richtung geführt.
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Über den
Brennstoffeinlassstutzen 3 ist Brennstoff über eine
schematisch dargestellte Brennstoffleitung 10 in einen
Brennstoffraum 11 einführbar. Bei
einer Betätigung
des Brennstoffeinspritzventils 1, die nachfolgend im Detail
beschrieben ist, erfolgt eine Verschiebung der Ventilnadel 6 entgegen
der Kraft einer Ventilfeder 12, so dass der Ventilschließkörper 7 von
dem Ventilsitzkörper 4 abhebt,
der zwischen dem Ventilsitzkörper 4 und
dem Ventilschließkörper 7 gebildete
Dichtsitz geöffnet
wird und Brennstoff aus dem Brennstoffraum 11 über die
Abspritzöffnung 13 in
einen (nicht dargestellten) Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt
wird.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
weist das Brennstoffeinspritzventil 1 eine hydraulische
Hubübersetzungseinrichtung 15 auf,
die als Kraft- oder Wegverstärker
ausgebildet sein kann. Die hydraulische Hubübersetzungseinrichtung 15 umfasst
eine erste Drossel 16, eine zweite Drossel 17 und
einen Steuerraum 18. Ferner zweigt von der Brennstoffleitung 10 eine
Brennstoffleitung 19 ab, die mit der ersten Drossel 16 verbunden
ist, um Brennstoff aus der Brennstoffleitung 10 über die
Brennstoffleitung 19 und die erste Drossel 16 in
den Steuerraum 18 zu leiten. Außerdem ist der Steuerraum 18 über die
zweite Drossel 17 mit einem druckentlasteten Raum 20 verbindbar.
Durch Aktivierung einer Betätigungseinrichtung 25 kann
diese Verbindung hergestellt und wieder unterbrochen werden.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Betätigungseinrichtung 25 als
Magnetventil ausgebildet. Die Betätigungseinrichtung 25 umfasst
einen Anker 26 und eine Magnetspule 27, die über eine
elektrische Leitung 28 mit einer schematisch dargestellten Anschlussstelle 29 verbunden
ist. An der Anschlussstelle 29 ist die elektrische Leitung 28 mit
einer (nicht dargestellten) elektrischen Steuerleitung verbindbar, um
die Magnetspule 27 zur Betätigung der Betätigungseinrichtung 25 mit
einer elektrischen Spannung zu beaufschlagen. Bei einer Beaufschlagung
der Magnetspule 27 wird der Anker 26 entgegen
einer Schließkraft
einer Ventilfeder 30 betätigt. Dabei hebt sich ein über eine
Ventilnadel 35 mit dem Anker 26 verbundener Ventilschließkörper 36 von
einer Ventilsitzfläche 37 ab,
die an einem einstückig
mit dem Ventilgehäuse 2 ausgebildeten
Ventilsitzkörper 38 ausgebildet
ist. Dabei wird über
die zweite Drossel 17 eine Verbindung zwischen dem Steuerraum 18 und dem
druckentlasteten Raum 20 hergestellt. Aus dem druckentlasteten
Raum 20 kann der Brennstoff über eine Bohrung 39,
einen Raum 40 und einen Brennstoffauslassstutzen 41 abfließen, wobei
der Brennstoffauslassstutzen 41 ein Gehäuseteil 41 des Ventilgehäuses 2 des
Brennstoffeinspritzventils ist.
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Durch
die Verbindung des Steuerraums 18 mit dem druckentlasteten
Raum 20 nimmt der Druck des Brennstoffs im Steuerraum 18 ab,
so dass der seitens des Brennstoffraums 11 auf die Ventilnadel 6 einwirkende
Brennstoffdruck eine Betätigung
der Ventilnadel 6 entgegen der Kraft der Ventilfeder 12 bedingt
und das Brennstoffeinspritzventil 1 geöffnet wird.
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Nach
der Betätigung
der Betätigungseinrichtung 25 des
Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt auf Grund der Schließkraft der
Ventilfeder 30 eine Rückstellung
des Ankers 26 entgegen der Kraft einer weiteren Ventilfeder 45 in
die in der 1 dargestellte Ausgangslage.
In dieser Ausgangslage beaufschlagt die Ventilfeder 30 den
Ventilschließkörper 36 über den
Anker 26 und die Ventilnadel 35 gegen die Ventilsitzfläche 37 mit
einer Schließkraft.
In dieser Stellung ist die zweite Drossel 17 zur Seite
des druckentlasteten Raums 20 hin verschlossen, so dass
der Druck des in dem Steuerraum 18 vorgesehenen Brennstoffs
wieder ansteigt, wodurch die Ventilnadel 6 in Richtung
der Kraft der Ventilfeder 12 in die in der 1 dargestellte
Ausgangsstellung zum Schließen des
Brennstoffeinspritzventils 1 zurückgestellt wird.
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Die
Ventilfeder 30 weist ein erstes Ende 46 und ein
zweites Ende 47 auf. Dabei ist die Ventilfeder 30 an
ihrem ersten Ende 46 an dem Brennstoffauslassstutzen 41 abgestützt. Außerdem ist
die Ventilfeder 30 an ihrem zweiten Ende 47 an
dem Anker 26 abgestützt.
In einem Bereich 48 des ersten Endes 46 der Ventilfeder 30 ist
der Querschnitt der Ventilfeder 30 beziehungsweise der
Durchmesser der Ventilfeder 30 an die in diesem Bereich 48 vorgegebene
Geometrie des als Brennstoffauslassstutzen ausgebildeten Gehäuseteils 41 angepasst.
In diesem Ausführungsbeispiel
erfolgt diese Anpassung dadurch, dass der Außendurchmesser der Ventilfeder 30 im
Bereich 48 zumindest in etwa gleich dem Innendurchmesser des
Raums 50 ist. Dadurch wird die Lage der Ventilfeder 30 im
Bereich 48 eindeutig vorgegeben. In einem Bereich 49 des
zweiten Endes 47 der Ventilfeder 30 umschließt die Ventilfeder 30 einen
Ankerbolzen 51 des Ankers 26. Dabei weist die
Ventilfeder 30 im Bereich 49 gegenüber dem
Bereich 48 einen verringerten Durchmesser auf. Da der Innendurchmesser der
Ventilfeder 30 im Bereich 49 zumindest in etwa gleich
dem Außendurchmesser
des Ankerbolzens 51 des Ankers 26 ist, wird auch
im Bereich 49 die Lage der Ventilfeder 30 eindeutig
vorgegeben.
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Die
Ausgestaltung der Ventilfeder 30 ist so, dass im Bereich 48 der
Durchmesser der Ventilfeder 30 über in etwa zwei Windungen,
d.h. 720 Grad, gleich bleibt, dass zwischen dem Bereich 48 und
dem Bereich 49 der Durchmesser der Ventilfeder 30 je Windung
der Ventilfeder 30 in etwa um den Federdrahtdurchmesser
(die Federdrahtstärke)
abnimmt und dass im Bereich 49 der Durchmesser der Ventilfeder 30 über in etwa
zwei Windungen der Ventilfeder 30, d.h. in etwa 720 Grad,
zumindest im Wesentlichen konstant ist. Im diesem Ausführungsbeispiel weist
die Ventilfeder 30 in etwa 6 ½ Windungen auf.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
der Einsatz der erfindungsgemäßen Ventilfeder 30 von
besonderem Vorteil, da wegen der geringen Auflagefläche am Ankerbolzen 51 keine
Feder mit größerem Außendurchmesser
verwendet werden kann und mit einer vergrößerten Federdrahtstärke keine Feder
mit den gewünschten
Eigenschaften ausgelegt werden kann.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil 1 wird
verhindert, dass die Ventilfeder 30 unterschiedliche Positionen
einnehmen kann, so dass Veränderungen
im Ankerhub des Ankers 26 und der Einspritzmenge, insbesondere
im Volllastbereich, vermieden werden. Nachfolgend wird an Hand eines konkreten
Beispiels die erfindungsgemäße Wirkung in
Bezug auf die Mengendifferenzen der Einspritzmenge bei Volllast
dargestellt. Diese Darstellung dient zur Veranschaulichung der Erfindung
und soll die Erfindung nicht auf dieses Beispiel einschränken.
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Sofern
an Stelle der Ventilfeder 30 eine Ventilfeder 30 mit
konstantem Durchmesser eingesetzt wird, ergeben sich bei Änderungen
der Ventilfederlage Mengenänderungen
bei der abgespritzten Einspritzmenge. Die Mengendifferenzen sind
insbesondere für
acht Brennstoffeinspritzventile mit der Ventilfeder 30 mit
konstantem Durchmesser gemessen worden, wobei sich Werte zwischen
3,5 mm3 bis fast 7 mm3 ergeben
haben. Durchschnittlich hat sich eine Mengendifferenz von 4,8 mm3 je Hub bei Änderung der Ventilfederlage
ergeben. Die Mengendifferenzen der Einspritzmenge bei einem Brennstoffeinspritzventil 1 der
Erfindung sind bei sechs verschiedenen Brennstoffeinspritzventilen
gemessen worden, wobei sich Werte von 0,3 mm3 bis
etwa 1 mm3 je Hub ergeben haben. Durchschnittlich
konnte dadurch die Mengendifferenz bei Änderung der Ventilfederlage auf
0,6 mm3 je Hub begrenzt werden. Dabei ist
zu beachten, dass die ermittelten Werte der Mengendifferenz für das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 bereits
im Toleranzbereich der durchgeführten
Messung liegen.
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Im
Hinblick auf den Hub des Ankers 26 sei noch angemerkt,
dass durch die erfindungsgemäße Lösung die
durch Verkippen der Ventilfeder 30 bedingte Toleranz von
7 μm auf
in etwa 1 μm
verringert werden konnte.
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Somit
kann durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen
das Abspritzverhalten das Brennstoffeinspritzventils 1 erheblich
verbessert werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere
kann die erfindungsgemäße Anpassung
der Ventilfeder 30 auch für eine andere Ventilfeder 45, 12 zum
Einsatz kommen. Außerdem
eignet sich die Erfindung auch für
piezoelektrisch betätigte
Brennstoffeinspritzventile 1.