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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen aus, wie es der Gattung des
Patentanspruchs 1 entspricht. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil
ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 198 27 267 A1
bekannt. Bei einem solchen Kraftstoffeinspritzventil ist
eine kolbenförmige Ventilnadel längsverschiebbar im Gehäuse
des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet. Durch die
Längsbewegung der Ventilnadel wird die Öffnung wenigstens einer
Einspritzöffnung gesteuert, die am brennraumseitigen Ende
des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet ist. Das
Kraftstoffeinspritzventil weist darüber hinaus einen Ventilkolben
auf, der koaxial zur Ventilnadel im Gehäuse des
Kraftstoffeinspritzventils angeordnet ist und ebenfalls
längsverschiebbar ausgebildet ist. Um eine Kraftübertragung vom
Ventilkolben auf die Ventilnadel zu ermöglichen, ist zwischen
dem Ventilkolben und der Ventilnadel ein Druckstück
angeordnet, das an seiner Außenmantelfläche zylindrisch ausgebildet
ist. Das Druckstück wird hierbei in einer Bohrung im Gehäuse
geführt. Über die axiale Ausdehnung des Druckstücks wird
hierbei der Hub der Ventilnadel eingestellt. Das bekannte
Kraftstoffeinspritzventil weist hierbei jedoch den Nachteil
auf, daß es durch Querkräfte am Druckstück, die montage-
oder fertigungsbedingt sein können, bei seiner Längsbewegung
zu Verschleiß, zu Reibung und zu einer Verringerung der
eingespritzten Kraftstoffmenge kommen kann. Darüber hinaus
weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil den Nachteil
auf, daß über das Druckstück Querkräfte auf die Ventilnadel
ausgeübt werden können, die zu einem verstärkten Verschleiß
der Ventilnadel führen und schließlich zum Ausfall des
Kraftstoffeinspritzventils führen können.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist
demgegenüber den Vorteil auf, daß der Einfluß der Querkräfte auf die
Ventilnadel minimiert wird, so daß die Lebensdauer des
Kraftstoffeinspritzventils verlängert wird. Das Druckstück
ist hierbei zylindrisch an der Außenfläche ausgebildet und
wird in einer im Gehäuse angeordneten Führungshülse geführt.
Durch die Führungshülse und die damit verbundene bessere
Koaxialität zwischen dem Druckstück und der Ventilnadel wird
der Einfluß der Querkräfte auf die Ventilnadel minimiert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der
Erfindung weist das Druckstück eine zum Ventilkolben offene
Sackbohrung auf. An deren Grund liegt der Ventilkolben an,
was den Vorteil hat, daß der Ventilkolben an seinem der
Ventilnadel zugewandten Ende in der Sackbohrung des Druckstücks
geführt wird und so bezüglich des Druckstücks exakt
zentriert bleibt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das
Druckstück wenigstens eine in Längsrichtung des Druckstücks
verlaufende außermittige Leckölbohrung auf, die die der
Ventilnadel zugewandte Stirnfläche mit der Sackbohrung verbindet.
Hierdurch ist ein Abfluß des Lecköls, das an der
Ventilnadel vorbeiströmt, gewährleistet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind an der
der Ventilnadel zugewandten Stirnfläche des Druckstücks in
radialer Richtung verlaufende Ausnehmungen ausgebildet, die
die wenigstens eine Leckölbohrung mit der Außenmantelfläche
des Druckstücks verbindet. Hierdurch wird in vorteilhafter
Weise der Fluß des Lecköls weiter optimiert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt das
Gehäuse einen Ventilkörper und einen daran anliegenden
Ventilhaltekörper, wobei die Ventilnadel im Ventilkörper und der
Ventilkolben im Ventilhaltekörper angeordnet ist. Hierdurch
lassen sich beide Körper unabhängig voneinander fertigen, so
daß insbesondere die Ausnehmungen, die die Ventilnadel und
den Ventilkolben aufnehmen, besser bearbeitet werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die
Kolbenbohrung gestuft ausgebildet und weist an der Anlagefläche
des Ventilkörpers und des Ventilhaltekörpers denselben
Durchmesser auf wie die die Ventilnadel aufnehmende Bohrung
im Ventilkörper. Durch diese Ausgestaltung ist eine genaue
koaxiale Ausrichtung von Ventilkolben bzw. Druckstück
einerseits und der Ventilnadel andererseits möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung liegt die
Führungshülse mit einem Teil ihrer Länge an der Wand der
Kolbenbohrung an und mit einem anderen Teil ihrer Länge an der
Wand der am Ventilkörper ausgebildeten Bohrung, die die
Ventilnadel aufnimmt. Durch diese Anordnung der Führungshülse
ist gewährleistet, daß die Bohrung im Ventilkörper und die
Kolbenbohrung exakt koaxial zueinander ausgerichtet sind, so
daß auch die Ventilnadel und das Druckstück exakt koaxial
zueinander angeordnet sind.
Zeichnung
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein
Kraftstoffeinspritzventil,
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Fig. 2 eine Vergrößerung von Fig. 1 im Bereich des
Druckstücks,
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Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Fig. 2 entlang der Linie
III-III und
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Fig. 4 einen Querschnitt gemäß Fig. 2 entlang der Linie
IV-IV.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Kraftstoffeinspritzventil dargestellt. Das
Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse 1 auf, das einen
Ventilhaltekörper 3 und einen Ventilkörper 5 umfaßt. Der
Ventilhaltekörper 3 und der Ventilkörper 5 liegen an einer Anlagefläche
8 aneinander an und werden durch eine Spannmutter 6 in
axialer Richtung gegeneinander verspannt. Im Ventilkörper 5 ist
eine Bohrung 7 ausgebildet, in der eine kolbenförmige
Ventilnadel 10 längsverschiebbar angeordnet ist. Die
Ventilnadel 10 wird in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der
Bohrung 7 dichtend geführt und verjüngt sich dem Brennraum
zu unter Bildung einer Druckschulter 15. Am
brennraumseitigen Ende geht die Ventilnadel 10 in eine Ventildichtfläche
14 über, die im wesentlichen konisch ausgebildet ist und mit
einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung 7 ausgebildeten,
ebenfalls konisch ausgebildeten Ventilsitz 12 zusammenwirkt.
Im Ventilsitz 12 ist wenigstens eine Einspritzöffnung 16
ausgebildet, die die Bohrung 7 mit dem Brennraum der
Brennkraftmaschine verbindet. Durch Anlage der Ventildichtfläche
14 am Ventilsitz 12 werden die Einspritzöffnungen 16 gegen
die Bohrung 7 verschlossen und beim Abheben der
Ventildichtfläche 14 vom Ventilsitz 12 entsprechend geöffnet. Durch
eine radiale Erweiterung der Bohrung 7 ist auf Höhe der
Druckschulter 15 ein Druckraum 9 ausgebildet, der sich dem
Ventilsitz 12 zu als ein die Ventilnadel 10 umgebender
Ringkanal fortsetzt. Der Druckraum 9 ist über einen im
Ventilkörper 5 und im Ventilhaltekörper 3 ausgebildeten Zulaufkanal
18 mit einem am Ventilhaltekörper 3 ausgebildeten
Hochdruckanschluß 20 verbunden. Der Hochdruckanschluß 20 ist mit
einer in der Zeichnung nicht dargestellten
Kraftstoffhochdruckquelle verbindbar, die Kraftstoff unter hohem Druck
über den Zulaufkanal 18 in den Druckraum 9 fördert. Dort
wird bei Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils ein
vorgegebenes Kraftstoffdruckniveau aufrecht erhalten.
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Im Ventilhaltekörper 3 ist koaxial zur Bohrung 7 des
Ventilkörpers 5 eine Kolbenbohrung 26 ausgebildet, die als eine im
Durchmesser gestuft ausgebildete Sackbohrung ausgeführt ist
und in der ein kolbenförmiger Ventilkolben 30
längsverschiebbar angeordnet ist. Der Ventilkolben 30 liegt an einem
in der Kolbenbohrung 26 angeordneten Druckstück 32 an,
welches wiederum an der Ventilnadel 10 anliegt. Hierdurch
bewegen sich die Ventilnadel 10, das Druckstück 32 und der
Ventilkolben 30 synchron bei der Öffnungshubbewegung der
Ventilnadel 10. Am brennraumabgewandten Ende der Kolbenbohrung
26 wird durch den Grund der Kolbenbohrung 26, deren
Wandfläche und die brennraumabgewandte Stirnseite des Ventilkolbens
30 ein Steuerraum 50 begrenzt, der über eine Zulaufdrossel
52 mit dem Zulaufkanal 18 verbunden ist und über eine
Ablaufdrossel 54 mit einem im Ventilhaltekörper 3
ausgebildeten Leckölraum 56. Der Leckölraum 56 ist hierbei mit einem
in der Zeichnung nicht dargestellten Leckölsystem verbunden,
so daß der Leckölraum 56 stets einen niedrigen
Kraftstoffdruck aufweist. Im Leckölraum 56 ist ein Magnetanker 58 angeordnet,
an dem eine Dichtkugel 64 angeordnet ist, durch
die die Ablaufdrossel 54 verschließbar ist. Der Magnetanker
58 ist entgegen einer Schließfeder 62 längsverschiebbar und
kann, bewegt durch die Kraft eines im Leckölraum 56
angeordneten Elektromagneten 60, entgegen der Schließkraft der
Feder 62 in Längsrichtung bewegt werden. Hierdurch kann
elektrisch gesteuert die Ablaufdrossel 54 geöffnet oder
geschlossen werden.
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In Fig. 2 ist eine Vergrößerung von Fig. 1 im Bereich des
Druckstücks 32 gezeigt. Im brennraumseitigen Endbereich des
Ventilhaltekörpers 3 ist durch eine radiale Erweiterung der
Kolbenbohrung 26 ein Federraum 22 ausgebildet. Im Federraum
22 ist eine Schließfeder 24 angeordnet, die als
Schraubendruckfeder ausgebildet ist und die sich an einem Ende
ortsfest und am anderen Ende über eine ringscheibenförmige
Einstellscheibe 34 am Druckstück 32 abstützt, so daß sich
ständig eine in Schließrichtung wirkende Kraft auf die
Ventilnadel 10 ergibt. Das Druckstück 32 ist an seiner
Außenmantelfläche zylindrisch ausgebildet und weist eine an der der
Ventilnadel 10 abgewandten Stirnseite offene Sackbohrung 39
auf, an deren Grundfläche sich der Ventilkolben 30 abstützt.
Die am Druckstück 32 anliegende Stirnfläche des
Ventilkolbens 30 ist hierbei ballig ausgebildet, so daß sich keine
oder nur geringe Querkräfte auf das Druckstück 32 ergeben.
Der Ventilkolben 30 ist hierbei zumindest auf einem Teil
seiner in das Druckstück 32 hineinragenden Länge in der
Sackbohrung 39 geführt, so daß sich eine genau koaxiale
Ausrichtung des Ventilkolbens 30 bezüglich des Druckstücks 32
ergibt. Im Druckstück 32 sind außermittig zwei
Leckölbohrungen 37 ausgebildet, die von der der Ventilnadel 10
zugewandten Stirnseite des Druckstücks 32 ausgehen und seitlich in
die Sackbohrung 39 münden. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt
durch Fig. 2 entlang der Linie III-III. Die Leckölbohrungen
37 liegen sich bezüglich der Längsachse des Druckstücks 32
diametral gegenüber.
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Durch eine ringscheibenförmige Ausnehmung 41 an der
Stirnseite des Druckstücks 32 sind die Leckölbohrungen 37 mit der
Außenmantelfläche des Druckstücks 32 verbunden. Fig. 4 zeigt
einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 2, in der
die Form der Ausnehmung 41 sichtbar ist. Da in der Mitte der
Stirnseite des Druckstücks 32 Material verbleibt, sind die
der Ventilnadel 10 zugewandten Enden der Leckölbohrungen 37
stets von der Ventilnadel 10 beabstandet. Über die
Ausnehmung 41 und die Leckölbohrungen 37 kann so Kraftstoff, der
zwischen der Ventilnadel 10 und der Wand der Bohrung 7 aus
dem Druckraum 9 austritt, in die Kolbenbohrung 26 und von
dort über ein in der Zeichnung nicht dargestelltes
Leckölsystem in den Leckölraum 56 gelangen. Auf diese Weise bleibt
der Federraum 22 stets näherungsweise drucklos.
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Durch eine weitere radiale Erweiterung ist am
brennraumseitigen Ende der Kolbenbohrung 26 eine Aufnahmebohrung 27
ausgebildet, die genau denselben Durchmesser aufweist wie eine
am brennraumabgewandten Ende des Ventilkörpers 5
ausgebildete Erweiterung 28 der Bohrung 7. In der Aufnahmebohrung 27
bzw. der Erweiterung 28 ist eine Führungshülse 36
angeordnet, die an ihrer Außenmantelfläche formschlüssig in der
Aufnahmebohrung 27 anliegt und in der das Druckstück 32
geführt ist. Der geführte Abschnitt der Ventilnadel 10 weist
einen geringfügig kleineren Durchmesser auf als der
Innendurchmesser der Führungshülse 36, so daß sich keine Führung
der Ventilnadel 10 durch die Führungshülse 36 ergibt. Das
Druckstück 32 ist an seiner der Ventilnadel 10 zugewandten
Stirnseite ebenfalls ballig ausgebildet, so daß sich auch an
dieser Grenzfläche keine Querkräfte vom Druckstück 32 auf
die Ventilnadel 10 ergeben. Durch die Führungshülse 36 ist
sichergestellt, daß die Aufnahmebohrung 27 und die Erweiterung
28 der Bohrung 7 genau koaxial zueinander angeordnet
sind, so daß das Druckstück 32 genau mittig auf die
Ventilnadel 10 drückt und eine optimal mittige Einleitung der
durch den Ventilkolben 30 ausgeübten Schließkraft auf das
Druckstück 32 bzw. die Ventilnadel 10 erfolgt. Die
Führungshülse 36 ist hierbei vorzugsweise aus einem harten Stahl
gefertigt, um den Verschleiß und damit die Reibung zwischen
der Führungshülse 36 und dem Druckstück 32 so gering wie
möglich zu halten.
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Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie
folgt: Soll kein Kraftstoff in den Brennraum der
Brennkraftmaschine eingespritzt werden, ist der Elektromagnet 60 nicht
bestromt, so daß durch die Schließfeder 62 der Magnetanker
58 mittels der Dichtkugel 64 die Ablaufdrossel 54
verschließt. Hierdurch herrscht im Druckraum 50 der gleiche
Druck wie im Zulaufkanal 18, so daß sich eine hydraulische
Kraft auf die brennraumabgewandte Stirnfläche des
Ventilkolbens 30 ergibt, die über das Druckstück 32 auf die
Ventilnadel 10 wirkt. Über den Kraftstoffdruck in Druckraum 9 ergibt
sich zwar auch eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter
15 der Ventilnadel 10, jedoch ist diese Kraft kleiner als
die Schließkraft durch den hydraulischen Druck im Steuerraum
50, so daß die Ventilnadel 10 mit der Ventildichtfläche 14
auf den Ventilsitz 12 gepreßt wird und die
Einspritzöffnungen 16 verschließt. Soll eine Einspritzung von Kraftstoff
erfolgen, so wird der Elektromagnet 60 bestromt, so daß der
Magnetanker 58 entgegen der Kraft der Schließfeder 62 auf
den Elektromagneten zu bewegt wird, wodurch die Dichtkugel
64 die Ablaufdrossel 54 freigibt. Durch eine geeignete
Auslegung von Zulaufdrossel 52 und Ablaufdrossel 54 sinkt der
Druck im Druckraum 50, so daß sich entsprechend auch die
hydraulische Kraft auf die Stirnfläche des Ventilkolbens 30
verringert, so daß die hydraulische Kraft auf die
Druckschulter 15 der Ventilnadel 10 überwiegt und die Ventilnadel
10 zusammen mit dem Druckstück 32 und dem Ventilkolben 30
vom Ventilsitz 12 weg bewegt wird. Der Kraftstoff strömt aus
dem Druckraum 9 durch die Einspritzöffnungen 16 in den
Brennraum der Brennkraftmaschine ein. Zur Beendigung der
Einspritzung wird die Bestromung des Elektromagneten 60
beendet, so daß die Schließfeder 62 den Magnetanker 58 wieder
in Richtung des Ventilkolbens 30 bewegt und die
Ablaufdrossel 54 verschlossen wird. Hierdurch bauen sich wieder die
anfangs vorhandenen Druckverhältnisse im Steuerraum 50 und
im Druckraum 9 auf, so daß die Ventilnadel 10 wieder zurück
in Schließstellung, d. h. in Anlage an den Ventilsitz 12,
bewegt wird und die Einspritzöffnungen 16 verschließt.
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Neben dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils kann es
auch vorgesehen sein, mehr als zwei oder nur eine
Leckölbohrung 37 im Druckstück 32 auszubilden. Es kann auch
vorgesehen sein, die Ausnehmung 41 an der brennraumzugewandten
Stirnseite des Druckstücks 32 nicht ringscheibenförmig,
sondern in anderer Art und Weise ausgebildet ist, als dies in
Fig. 3 dargestellt ist. Es muß jedoch sichergestellt sein,
daß die Leckölbohrungen 37 mit der Außenmantelfläche des
Druckstücks 32 verbunden sind. Darüber hinaus kann es
vorgesehen sein, daß der Ventilkolben 30 nicht am Grund einer
Sackbohrung 39 im Druckstück 32 anliegt, sondern daß die
Sackbohrung 39 entfällt und der Ventilkolben 30 direkt an
der brennraumabgewandten Stirnseite des Druckstücks 32
anliegt. In diesem Fall werden die Leckölbohrungen 37 bis zur
brennraumabgewandten Stirnseite des Druckstücks 32
durchgezogen.