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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe
und insbesondere eine Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe mit Hochdruck-Direkteinspritzung,
die einen Ventilsitz aufweist, welcher von einem Gehäuse, das
in einem Motorzylinder extremen Temperaturen ausgesetzt ist, thermisch
isoliert ist.
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Experimentelle
Untersuchungen haben gezeigt, dass die extremen Temperaturen in
einem Motorzylinder die Leistungsmerkmale der Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe
beeinflussen können.
Erstens können
die übermäßig hohen
Temperaturen des Motorzylinders bewirken, dass sich die Bauteile
der Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe im Motorzylinder nicht proportional
verziehen. Zum Beispiel kann das Gehäuse, welches vorzugsweise aus
Metall besteht, im Vergleich zu einer im Gehäuse angeordneten Nadel ungleich
stark verzogen werden. Ein nicht proportionaler Verzug der Bauteile
des Kraftstoffeinspritzventils kann zum Beispiel die Maßtoleranzen
zwischen den Bauteilen des Kraftstoffeinspritzventils, d.h. dem
Gehäuse,
der Nadel und dem Ventilsitz, verändern, was bekanntlich unter
bestimmten Betriebsbedingungen dazu führen kann, dass das Kraftstoffeinspritzventil
funktionsunfähig
wird. Zweitens können die übermäßig hohen
Temperaturen des Motorzylinders dazu führen, dass sich das Kraftstoffeinspritzventil überhitzt
und unverbrannter Kraftstoff als Ölkohle auf den Bauteilen des
Kraftstoffeinspritzventils, nämlich
den an der Spitze befindlichen Bauteilen des Kraftstoffeinspritzventils
wie etwa dem Ventilsitz an einem Auslassteil des Gehäuses, abgelagert
wird. Die Ölkohleablagerung
an den Bauteilen an der Spitze des Kraftstoffeinspritzventils kann
die Austrittsöffnung
des Kraftstoffeinspritzventils verstopfen, was natürlich die
Spritzbilder des Kraftstoffeinspritzventils beeinflussen kann. Somit
ist klar, dass ein Verzug der Bauteile und eine Ölkohleablagerung auf den Bauteilen
eines Kraftstoffeinspritzventils, das bei einer Direkteinspritzungs-Anwendung verwendet
wird, die Leistungsfähigkeit
des Kraftstoffeinspritzventils beeinträchtigt. Es ist klar, dass ein
Ventilsitz, welcher von einem Gehäuse einer Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe
thermisch isoliert ist, das Auftreten der oben erörterten
Probleme im Wesentlichen verhindern wird. Folglich ist eine Anordnung
einer Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe wünschenswert, bei welcher der
Ventilsitz im Wesentlichen thermisch isoliert vom Gehäuse ist
(d.h. die Kontaktfläche
zwischen dem Sitz und dem Gehäuse
auf ein Minimum begrenzt ist).
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Aus
dem britischen Patent GB-A-759524 sind Halteelemente zwischen Ventilsitz
und Gehäuse zu
Zwecken der thermischen Isolierung bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Kraftstoffeinlass,
einem Kraftstoffauslass und einem sich vom Kraftstoffeinlass zum Kraftstoffauslass
entlang einer Längsachse
erstreckenden Kraftstoff-Durchflusskanal, wobei das Kraftstoffeinspritzventil
umfasst: ein Gehäuse
mit einem Einlassteil, einem Auslassteil und einem zwischen dem
Einlassteil und dem Auslassteil angeordneten Halsteil; einen an
den Einlassteil des Gehäuses
angrenzenden Anker; eine mit dem Anker in Wirkverbindung stehende
Nadel; einen in der Nähe
der Nadel befindlichen Ventilsitz mit einer ersten Seite, einer zweiten
Seite und einer zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite
angeordneten Umfangsfläche, wobei
die Umfangsfläche
einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, welche durch
einen Zwischenbereich verbunden sind, wobei der Zwischenbereich
mit dem Gehäuse
in Eingriff kommt; und eine zwischen dem zweiten Bereich des Ventilsitzes
und dem Gehäuse
angeordnete Dichtung, welche den zweiten Bereich des Ventilsitzes
vom Gehäuse
thermisch isoliert, wobei das Gehäuse ein Halteelement umfasst,
welches am Zwischenbereich des Ventilsitzes zur Anlage kommt, wobei
das Halteelement eine Fläche
aufweist, welche am Zwischenbereich des Ventilsitzes zur Anlage
kommt, so dass eine erste Kontaktfläche zwischen dem Gehäuse und dem
Ventilsitz definiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement
einen gequetschten Abschnitt am Halsteil umfasst und am Auslassteil
des Gehäuses
angeordnet ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
beigefügten
Zeichnungen, welche mit in diese Anmeldung einbezogen sind und einen
Bestandteil dieser Patentbeschreibung darstellen, zeigen gegenwärtig bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der weiter oben gegebenen
allgemeinen Beschreibung und der weiter unten gegebenen ausführlichen
Beschreibung dazu, die Merkmale der Erfindung zu erläutern.
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1 ist
eine Schnittdarstellung einer Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe
gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang der Längsachse
der Baugruppe
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2 ist
ein vergrößerter Teil
der in 1 abgebildeten Schnittdarstellung der Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe, welcher
den thermisch isolierten Ventilsitz der vorliegenden Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
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1 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe 10, insbesondere
eine Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe mit Hochdruck-Direkteinspritzung 10.
Die Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe 10 weist ein Gehäuse auf, welches
einen Kraftstoffeinlass 12, einen Kraftstoffauslass 14 und
einen sich vom Kraftstoffeinlass zum Kraftstoffauslass 14 entlang
einer Längsachse 18 erstreckenden
Kraftstoff-Durchflusskanal 16 umfasst. Das Gehäuse weist
ein mittels Overmolding-Technologie (Überspritzen) hergestelltes
Kunststoffelement 20 auf, welches ein Stützelement 22 aus
Metall umschließt.
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Im
Inneren des durch Überspritzen
hergestellten Kunststoffelements 20 ist ein Kraftstoffeinlasselement 24 mit
einem Einlasskanal 26 angeordnet. Der Einlasskanal 26 ist
Bestandteil des Kraftstoff-Durchflusskanals 16 der Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe 10.
Im Einlasskanal 26 sind ein Kraftstofffilter 28 und
ein einstellbares Rohr 30 vorgesehen. Das einstellbare
Rohr 30 kann, bevor es in seiner endgültigen Position befestigt wird,
entlang der Längsachse 18 bewegt
werden, um die Länge
einer Vorspannfeder 32 des Ankers zu variieren, welche die
Strömungsmenge
im Einspritzventil steuert. Das durch Überspritzen hergestellte Kunststoffelement 20 trägt außerdem eine
Steckerbuchse, welche einen Stecker (nicht dargestellt) zur Herstellung
einer Wirkverbindung zwischen der Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe 10 und
einer äußeren Quelle
eines elektrischen Potentials wie etwa einem elektronischen Steuergerät (Electronic
Control Unit, ECU) (nicht dargestellt) aufnimmt. In einer Nut an
einer äußeren Verlängerung
des Einlasselements ist ein O-Ring 34 aus Elastomer vorgesehen.
Der O-Ring 34 wird von einer Federscheibe 38 vorbelastet,
um die Einlassquelle abgedichtet an einem Kraftstoffzufuhrelement
wie etwa einer Kraftstoff-Verteilerleitung (nicht
dargestellt) zu befestigen.
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Das
metallische Stützelement 22 umschließt eine
Spulenbaugruppe 40. Die Spulenbaugruppe 40 umfasst
eine Spulenkörper 42,
welcher eine Spule 44 hält.
Die Enden der Spulenbaugruppe 40 sind durch das durch Überspritzen
hergestellte Kunststoffelement 20 hindurch wirksam mit
der Steckerbuchse verbunden. Ein Anker 46 ist bezüglich des
Einlasselements durch ein Konstruktionselement, welches ein Abstandsstück 48 in
ihm definiert, einen Gehäusemantel 50 und
ein Gehäuse 52 axial
ausgerichtet. Der Anker 46 weist einen Ankerkanal 54 auf,
der entlang der Längsachse 18 bezüglich des
Einlasskanals 26 des Einlasselements ausgerichtet ist.
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Das
Abstandsstück 48 kommt
mit dem Gehäuse 52 in
Eingriff, welches teilweise im Gehäusemantel 50 angeordnet
ist. An einem Einlassteil eines Gehäuses 60 befindet sich
eine Ankerführungsöse 56.
Ein sich axial erstreckender Gehäusekanal 58 verbindet
den Einlassteil des Gehäuses 60 mit
einem Auslassteil des Gehäuses 62.
Der Ankerkanal 54 des Ankers 46 ist bezüglich des
Gehäusekanals 58 des Gehäuses 52 entlang
der Längsachse 18 axial
ausgerichtet. Ein Ventilsitz 64, welcher vorzugsweise aus
einem metallischen Werkstoff besteht, befindet sich am Auslassteil
des Gehäuses 62.
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Das
Gehäuse 52 weist
einen Halsteil 66 auf, welcher vorzugsweise ein zylindrischer
Ring ist, der eine Nadel 68 umgibt. Die Nadel 68 steht
mit dem Anker 46 in Wirkverbindung und ist vorzugsweise
eine im Wesentlichen zylindrische Nadel 68. Die zylindrische
Nadel 68 ist mittig im Inneren des zylindrischen Ringes
angeordnet. Die zylindrische Nadel 68 ist axial bezüglich der
Längsachse 18 der
Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe 10 ausgerichtet.
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Die
Funktionsweise der Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe 10 beruht
auf einer magnetischen Kopplung des Ankers 46 mit dem Einlasselement
in der Nähe
des Einlassteils des Gehäuses 60.
Ein in der Nähe
des Ankers 46 befindlicher Teil des Einlasselements dient
als Teil des Magnetkreises, der zusammen mit dem Anker 46 und
der Spulenbaugruppe 40 gebildet wird. Der Anker 46 wird
durch die Ankerführungsöse 56 geführt und
reagiert auf eine von der Spulenbaugruppe 40 erzeugte elektromagnetische
Kraft, so dass eine axial hin- und hergehende Bewegung des Ankers 46 entlang
der Längsachse 18 der
Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe 10 bewirkt wird. Die
elektromagnetische Kraft wird durch einen Stromfluss vom elektronischen
Steuergerät
(nicht dargestellt) durch die Spulenbaugruppe 40 erzeugt. Durch
die Bewegung des Ankers 46 wird auch die wirksam an ihm
befestigte Nadel 68 bewegt. Die Nadel 68 kommt
mit dem Ventilsitz 64 in Eingriff, wodurch der Ventilsitzdurchlass 70 des
Ventilsitzes 64 geöffnet
und geschlossen wird und damit ermöglicht bzw. verhindert wird,
dass Kraftstoff aus dem Kraftstoffauslass 14 des Kraftstoffeinspritzventils 10 ausströmt. Die
Nadel 68 weist eine gekrümmte Fläche 78 auf, welche
vorzugsweise eine sphärisch
gekrümmte Fläche ist,
die mit einem konischen Ende 80 eines Trichters 82 zusammenpasst,
welcher als der bevorzugte Ventilsitzdurchlass 70 des Ventilsitzes 64 dient.
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Im
Gehäusekanal 58 befindet
sich in der Nähe
des Ventilsitzes 64 ein Drallerzeuger 76. Der Drallerzeuger 76 ermöglicht,
dass der Kraftstoff am Ventilsitz 64 ein Drallmuster bildet.
Insbesondere wird der Kraftstoff zum Beispiel am konischen Ende 72 des
Trichters 74 verwirbelt, um ein gewünschtes Spritzbild zu erzeugen.
Der Drallerzeuger 76 ist vorzugsweise aus einem Paar flacher
Scheiben konstruiert, einer Führungsscheibe 78 und
einer Drallscheibe 80. Der Drallerzeuger 76 definiert
eine Kontaktfläche
zwischen dem Ventilsitz und dem Gehäuse 52. Die Führungsscheibe 78 sorgt
für eine
Abstützung
für die
Nadel 68.
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Die
Nadel 68 wird in einer zentralen Öffnung 82 der Führungsscheibe 78 geführt. Die
Führungsscheibe 78 weist
eine Vielzahl von Kraftstoffdurchlassöffnungen auf, durch die Kraftstoff
aus dem Gehäusekanal 58 zur
Drallscheibe 80 strömt.
Die Drallscheibe 80 gibt dem Kraftstoff aus den Kraftstoffdurchlassöffnungen
in der Führungsscheibe 78 die erforderliche
Richtung und dosiert den Kraftstofffluss tangential zum Ventilsitzdurchlass 70 des
Ventilsitzes 64 hin. Die Führungsscheibe 78 und
die Drallscheibe 80, welche den Drallerzeuger 76 bilden,
sind an einer ersten Fläche 84 des
Ventilsitzes 64 vorzugsweise durch Laserschweißen befestigt.
Während
des Betriebs strömt
Kraftstoff durch Fluidkommunikation von der Kraftstoffeinlassquelle
(nicht dargestellt) durch den Einlasskanal 26 des Einlasselements,
den Ankerkanal 54 des Ankers 46, den Gehäusekanal 58 des
Gehäuses 52,
die Führungsscheibe 78 und
die Drallscheibe 80 des Drallerzeugers 76 und
den Ventilsitzdurchlass 70 des Ventilsitzes 64.
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2 ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung
der in 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe,
welche den thermisch isolierten Ventilsitz der vorliegenden Erfindung
zeigt. Der Ventilsitz 64 umfasst eine erste Seite 602,
eine zweite Seite 604 und eine zwischen der ersten Seite 602 und
der zweiten Seite 604 angeordnete Umfangsfläche 606.
Die Umfangsfläche 606 umfasst
einen ersten Bereich 616 und einen zweiten Bereich 626.
Ein ringförmiger
Zwischenbereich 636 erstreckt sich zwischen dem ersten
Bereich 616 und dem zweiten Bereich 626 und verbindet
diese miteinander. Der Zwischenbereich 636 liegt am Gehäuse 52 an,
so dass eine erste Kontaktfläche
zwischen dem Gehäuse 52 und
dem Ventilsitz 64 definiert wird. Der zweite Bereich 626 der
Umfangsfläche 606 ist
vom Gehäuse 52 thermisch
isoliert, wie weiter unten beschrieben wird. Vorzugsweise ist der
erste Bereich 616 gegen Wärmeleitung von Gehäuse 52 durch
einen dazwischen befindlichen Zwischenraum isoliert. Andernfalls
wird die erste Kontaktfläche
zwischen dem Gehäuse 52 und
dem Ventilsitz 64 durch eine Anlagefläche zwischen dem ersten Bereich 616 und
dem Gehäuse 52 vergrößert.
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Das
Gehäuse 52 umfasst
ein Halteelement 400. Vorzugsweise hat das Halteelement
die Form eines gequetschten Abschnitts des Halsteils 66 des Gehäuses 52 und
ist am Auslassteil des Gehäuses 52 angeordnet.
Das Halteelement 400 umfasst eine Fläche, welche am Zwischenbereich 636 des
Ventilsitzes 64 zur Anlage kommt, so dass eine erste Kontaktfläche zwischen
dem Gehäuse 52 und
dem Ventilsitz 64 definiert wird. Die erste Kontaktfläche zwischen
dem Gehäuse 52 und
dem Ventilsitz 64 ermöglicht
im Wesentlichen die Leitung von Wärmeenergie zwischen dem Gehäuse 52 und
dem Ventilsitz 64.
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Eine
Dichtung 200 ist zwischen dem zweiten Bereich 626 der
Umfangsfläche 606 des
Ventilsitzes 64 und dem Gehäuse 52 angeordnet.
Die Dichtung 200 bewirkt, dass der Ventilsitz 64 vom
Gehäuse 52 der
Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe 10 thermisch isoliert
wird. Die Dichtung 200 kann aus einem Werkstoff hergestellt
sein, welcher im Wesentlichen ein Wärmeisolator ist. Durch diese
Vorkehrung isoliert die Dichtung 200 im Wesentlichen den
zweiten Bereich 626 des Ventilsitzes 64 thermisch
vom Gehäuse 52.
Vorzugsweise besteht die Dichtung 200 aus Polytetrafluorethylen.
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Um
die Leitung von Wärmeenergie
vom Gehäuse 52 zum
Ventilsitz 64 zu verhindern, ist es wünschenswert, die erste Kontaktfläche zwischen
dem Gehäuse 52 und
dem Ventilsitz 64 im Wesentlichen auf ein Minimum zu begrenzen.
Durch diese Vorkehrung wird ein erheblich größerer Teil des Ventilsitzes 64 durch
die Dichtung 200 im Wesentlichen vom Gehäuse 52 thermisch
isoliert. Der Drallerzeuger 76 definiert ebenfalls eine
Kontaktfläche
(zweite Kontaktfläche)
zwischen dem Gehäuse 52 und
dem Ventilsitz 62. Folglich ist es wünschenswert, die zweite Kontaktfläche zwischen
dem Gehäuse 52 und
dem Ventilsitz 64 im Wesentlichen auf ein Minimum zu begrenzen.
Die Dichtung 200 isoliert im Wesentlichen den Ventilsitz 64 thermisch
vom Gehäuse 52,
indem sie die Leitung von Wärme
vom Gehäuse 52 zum Ventilsitz 64 verhindert.
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Ein
Verfahren zur Herstellung der Kraftstoffeinspritzventil-Baugruppe 10 umfasst
die Schritte des Herstellens des Eingriffs des Zwischenbereiches 636 des
Ventilsitzes 64 mit dem Gehäuse 52 und des thermischen
Isolierens des zweiten Bereiches 626 des Ventilsitzes 64 vom
Gehäuse 52,
durch Anordnen der Dichtung 200 zwischen ihnen. Die Dichtung 200 ist
aus einem Werkstoff hergestellt, welcher im Wesentlichen ein Wärmeisolator
ist. Vorzugsweise besteht die Dichtung aus Polytetrafluorethylen.
Der Zwischenbereich 636 des Ventilsitzes 64 wird
mit einem Halteelement 400 gehalten, das eine Fläche umfasst,
welche am Zwischenbereich 636 des Ventilsitzes 64 zur
Anlage kommt, so dass eine erste Kontaktfläche zwischen dem Gehäuse 52 und
dem Ventilsitz 64 definiert wird. Vorzugsweise hat das
Halteelement die Form eines gequetschten Abschnitts des Halsteils 66 des
Gehäuses 52 und
ist am Auslassteil des Gehäuses 52 angeordnet.
Die erste Kontaktfläche
zwischen dem Gehäuse 52 und
dem Ventilsitz 64 ermöglicht
im Wesentlichen die Leitung von Wärmeenergie zwischen dem Gehäuse 52 und
dem Ventilsitz 64.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen
beschrieben wurde, sind zahlreiche Modifikationen und Änderungen
der beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne
den durch die beigefügten
Patentansprüche
definierten Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Dementsprechend soll die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
sein, sondern den vollen Umfang haben, der durch die Formulierungen
der folgenden Patentansprüche
und äquivalente
Formulierungen definiert wird.