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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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Aus der
DE 40 03 228 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein Brennstofffilter am zulaufseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils in den Brennstoffeinlassstutzen eingepresst ist. Dieser Brennstofffilter ist am Umfang beispielsweise mit einem Messingring versehen, der mit der Wandung des Brennstoffeinlassstutzens die Paarung beim Einpressen des Brennstofffilters bildet. Der Messingring umgibt einen ringförmigen Kunststoffmassivabschnitt des Grundkörpers des Brennstofffilters, von dem aus z.B. drei Stege in Längsrichtung bis zu einem gemeinsamen Bodenabschnitt verlaufen, von denen das eigentliche Siebgewebe in diesen Teilbereichen umspritzt ist. Eine Einstellhülse stromabwärts des Brennstofffilters dient zur Einstellung der Federvorspannung einer an der Einstellhülse anliegenden Rückstellfeder.
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Bekannt sind desweiteren bereits Brennstoffeinspritzventile, bei denen die Einstellhülse und der Brennstofffilter als ein so genanntes Kombibauteil vorliegen, also die beiden Funktionen der Einstellung der Federvorspannung einer an der Einstellhülse anliegenden Rückstellfeder und die Filterung des einströmenden Brennstoffs in einem Bauteil integriert sind (
US 5,335,863 A ,
US 6,434,822 B1 ,
EP 1 296 057 B1 ,
EP 2 426 351 A1 ,
EP 1 377 747 A1 ). Alle bekannten Lösungen zeichnen sich dadurch aus, dass ein Pressbereich im Bereich der Einstellhülse vorgesehen ist, der mit der Wandung des sie umgebenden Anschlussstutzens eine Presspassung eingeht, die so eng gewählt ist, dass über die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils die Federspannung konstant gehalten bleibt, also ein Verrutschen der Einstellhülse ausgeschlossen ist.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass ein Einstellelement als Kombibauteil im Brennstoffzulauf eingesetzt ist, dass eine hohe Funktionsintegration (Einstellung der Federkraft der Rückstellfeder, Filterung des Brennstoffs, Dämpfung von Druckpulsationen) in sich vereint, wobei das Einstellelement besonders einfach und prozesssicher herstellbar ist. In vorteilhafter Weise besteht das Einstellelement aus einem Sintermetallpulver und weist deshalb eine poröse Struktur auf. Auf diese Weise kann sehr einfach ein Filterelement im Einstellelement unmittelbar integriert werden, da die Filterfunktion durch die poröse Struktur des durch Sintern hergestellten Einstellelements erzeugt ist. Das gesamte Einstellelement kann dabei der Filterung des es durchströmenden Brennstoffs übernehmen; alternativ kann die Filterstruktur auch nur abschnittsweise vorgesehen sein.
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In idealer Weise kann die Filterstruktur so gewählt sein, dass auch die Funktion einer Drosselung des Brennstoffdurchflusses mit integriert ist. Mit sehr geringen Zusatzkosten und zudem einfach herstellbar ist insofern eine erhebliche Geräuschreduzierung gegenüber Brennstoffeinspritzventilen ähnlicher Bauart und vergleichbarer konstruktiver Ausgestaltung erzielbar.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Vorteilhaft ist es, das Einstellelement mit einer durchgehend identischen Porosität zu versehen, da hierbei fertigungstechnisch der geringste Aufwand erforderlich ist.
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Allerdings kann es auch sehr interessant sein, das Einstellelement in wenigstens zwei Abschnitten mit verschiedenen Porositäten bzw. Verdichtungen des Metallpulvers zu versehen oder unterschiedliche Teilchengrößen wenigstens zweier Metallpulver zu verwenden. Durch unterschiedliche Verdichtungen des Metallpulvers in verschiedenen Abschnitten des Einstellelements können individuell Porositäten in gewünschter Weise eingestellt werden je nach vorgegebenen Filteranforderungen bzgl. Durchlassquerschnitten in der Filterstruktur. In einem Pressbereich könnte so z.B. eine besonders hohe Verdichtung des Metallpulvers erzeugt werden.
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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 1 einen axialen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik, 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventil im Bereich II in 1 mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Einstellelements und 3 das Einstellelement in einer Schnittdarstellung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Bevor anhand der 2 und 3 Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von 1 ein bereits bekanntes Brennstoffeinspritzventil bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
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Das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 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 wenigstens eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen 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. Stromaufwärts 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 Einstellhülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
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In der oberen Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem unteren Führungselement 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 Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere Dichtung 37 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet. Zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 ist eine Vorhubfeder 38 angeordnet, welche den Anker 20 im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 in Anlage an dem zweiten Flansch 34 hält. Die Federkonstante der Vorhubfeder 38 ist dabei wesentlich kleiner als die Federkonstante der Rückstellfeder 23.
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Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 und der Vorhubfeder 38 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 zunächst entgegen der Federkraft der Vorhubfeder 38 in Hubrichtung bewegt, wobei ein Ankerfreiweg durch den Abstand zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 vorgegeben ist. Nach Durchlaufen des Ankerfreiwegs nimmt der Anker 20 den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der Anker 20 durchläuft dabei einen Gesamthub, der der Höhe des Arbeitsspaltes 27 zwischen dem Anker 20 und dem Innenpol 13 entspricht. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über die Brennstoffkanäle 30 bis 32 geführte 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. Die Vorhubfeder 38 beaufschlagt den Anker 20 dann wiederum so, dass dieser nicht von dem zweiten Flansch 34 zurückprellt, sondern ohne Anschlagspreller in den Ruhezustand zurückkehrt.
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Der Innenpol 13 ist zum Zulaufende des Brennstoffeinspritzventils 1 hin hülsenförmig ausgeführt und bildet insofern in diesem Bereich eine Anschlusshülse 40. Die Anschlusshülse 40 kann auch als separates Bauteil unabhängig vom Innenpol 13 ausgeformt sein, in die dann z.B. der Innenpol 13 eingepasst ist. Im Bereich der Anschlusshülse 40 ist das Filterelement 25 eingebracht, das der Herausfiltrierung solcher Partikel im Brennstoff dient, die ansonsten zu Funktionsbeeinträchtigungen an den relevanten Ventilbauteilen wie dem Dichtsitz führen könnten.
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Der elektromagnetische Kreis kann z.B. auch durch einen Piezoaktor oder einen magnetostriktiven Aktor als Aktuator ersetzt werden.
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2 zeigt in einer auszugsweisen axialen Schnittdarstellung den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt als ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Einstellelements 50, das als Kombibauteil ausgeführt ist und zumindest die Funktionen der Einstellhülse 24 und des Filterelements 25 vereint. Im Gegensatz zu bekannten metallenen gerollten, gebogenen oder spanend bearbeiteten Einstellhülsen ist das erfindungsgemäße Einstellelement 50 aus einem Sintermetallpulver aufgebaut. In idealer Weise wird das Einstellelement 50 mittels eines Sinterverfahrens oder eines MIM(Metal Injection Molding)-Verfahrens hergestellt. Um den Pressbereich 55 des Einstellelements 50 sicherzustellen wird das Metallpulver in einem Bereich, z.B. im Bereich des zulaufseitigen Endes des Einstellelements 50, der mit dem größten Durchmesser des Einstellelements 50 ausgeführt ist, hoch verdichtet.
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3 zeigt das erfindungsgemäße Einstellelement 50 als Einzelbauteil in einer Schnittdarstellung.
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Das Filterelement ist im Einstellelement 50 unmittelbar integriert. Die Filterfunktion wird durch die poröse Struktur des durch Sintern hergestellten Einstellelements 50 erzeugt. Die Filterstruktur 52 ist dabei in einem axial mittleren Bereich des Einstellelements 50 vorgesehen, in dem das Metallpulver im Sinterprozess weniger hoch verdichtet wird. Durch unterschiedliche Verdichtungen des Metallpulvers in verschiedenen Abschnitten des Einstellelements 50 können individuell Porositäten in gewünschter Weise eingestellt werden je nach vorgegebenen Filteranforderungen bzgl. Durchlassquerschnitten in der Filterstruktur 52. Außerdem können auch Metallpulver für ein und dasselbe Einstellelement 50 verwendet werden, die sich in einzelnen Abschnitten durch unterschiedliche Teilchengrößen auszeichnen. Die Porosität kann dabei im Bereich der Filterstruktur 52 so gewählt werden, dass auch die Funktion einer Drosselung des Brennstoffdurchflusses mit integriert ist. Alternativ kann jedoch auch über das gesamte Einstellelement 50 eine identische Porosität im gesinterten Metallpulver erzeugt werden, was fertigungstechnisch besonders einfach darstellbar ist. Dann würde in gewisser Weise das gesamte Einstellelement 50 die Filterfunktion erlauben.
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Insbesondere bei Hochdruckeinspritzventilen, die z.B. mit einem Brennstoffdruck von > 100 bar versorgt werden, hat sich gezeigt, dass es im Betrieb zu einer erheblichen Geräuschentwicklung kommt, die als z.T. störend empfunden werden kann. Eine wirksame Geräuschreduzierung erfolgt dadurch, dass in der Filterstruktur 52 die Durchströmbereiche eine Drosselfunktion einnehmen, da sie einen Öffnungsquerschnitt besitzen, der um ein Vielfaches kleiner ist als der Öffnungsquerschnitt der Anschlusshülse 40 bzw. des Innenpols 13. Mit Hilfe der Filterstruktur 52 kann so eine gezielte Dämpfung von Druckpulsationen im Inneren des Brennstoffeinspritzventils erfolgen. Zusätzlich zu der Filterstruktur 52 alleinig aufgrund der porösen Struktur können in dem Filterabschnitt des Einstellelements 50 auch Bohrungen durch andere Herstellungsverfahren, wie z.B. Laserbohren, eingebracht sein. Auch dann ist die Integration der Drosselfunktion in einer solchen Filterstruktur 52 möglich.
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In einem dem Pressbereich 55 gegenüberliegenden Bereich am abströmseitigen Ende des Einstellelements 50 ist beispielsweise ein durchmesserverkleinerter Abschnitt vorgesehen, der als zapfenartiger Federführungsabschnitt 53 der Führung der Rückstellfeder 23 dient, wie der 2 anschaulich zu entnehmen ist. Dabei stützt sich die Rückstellfeder 23 an einer Radialschulter 54 des Einstellelements 50 ab, während der zapfenartige Federführungsabschnitt 53 in die oberen Windungen der Rückstellfeder 23 eingreift und ein Verrutschen der Rückstellfeder 23 verhindert. Während des Montagevorgangs wird das Einstellelement 50 in den Innenpol 13 geführt, wobei die Rückstellfeder 23 auf ein Voreinpressmaß eingestellt wird. Nach dieser Montage und der Verschweißung der Anschlusshülse 40 am Innenpol 13 können schlussendlich durch Verschieben des Einstellelements 50 die dynamische Abspritzmenge und die Federkraft der Rückstellfeder 23 endgültig fest eingestellt werden. Wie oben bereits erwähnt, kann auch der Federführungsabschnitt 53 bei entsprechender Porosität die Filterfunktion mit übernehmen.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch bei einer Vielzahl anderer Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen im Vergleich zu der in 1 gezeigten Bauform des Brennstoffeinspritzventils realisierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4003228 A1 [0002]
- US 5335863 A [0003]
- US 6434822 B1 [0003]
- EP 1296057 B1 [0003]
- EP 2426351 A1 [0003]
- EP 1377747 A1 [0003]
