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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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Aus
der
DE 100 06 111
A1 ist ein Einspritzventil bekannt, bei dem das Druckstück in einer
im Ventilhaltekörper
angeordneten Hülse
geführt
ist.
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Aus
der
EP 0 690 223 A2 ist
darüber
hinaus ein Einspritzventil bekannt, bei dem das Druckstück direkt
an der Wand einer im Ventilhaltekörper ausgebildeten Bohrung
geführt
ist.
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Aus
der
FR 2 328 914 A1 zeigt
ein Einspritzventil, bei dem die Ventilnadel durch eine Druckfeder über ein
Druckstück
gegen den Ventilsitz vorgespannt ist. Das Druckstück wird
dabei ein einer ortsfesten Hülse
geführt.
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Aus
der
DE 199 46 766
A1 ist weiterhin ein Einspritzventil bekannt, das einen
Ventilhaltekörper und
einen Ventilkörper
mit aufweist. Die Ventilnadel ragt dabei von einer Bohrung im Ventilkörper bis
in eine Bohrung im Ventilhaltekörper.
Es ist eine Hülse vorgesehen,
die an der Wandung beider Bohrungen anliegt und diese dadurch zentriert.
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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. Das
Gehäuse
weist einen Ventilkörper
und einen daran anliegenden Ventilhaltekörper auf, wobei die Ventilnadel
im Ventilkörper
und der Ventilkolben im Ventilhaltekörper angeordnet ist. Die Kolbenbohrung
ist gestuft ausgebildet und weist an der Anlagefläche des
Ventilkörpers
und des Ventilhaltekörpers
denselben Durchmesser auf wie die die Ventilnadel aufnehmende Bohrung
im Ventilkörper. Die
Führungshülse liegt
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.
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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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Zeichnung
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt.
Es zeigt
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1 einen
Längsschnitt
durch ein Kraftstoffeinspritzventil,
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2 eine
Vergrößerung von 1 im
Bereich des Druckstücks,
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3 einen
Querschnitt gemäß 2 entlang
der Linie III-III und
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4 einen
Querschnitt gemäß 2 entlang
der Linie IV-IV.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 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 an geordnet, 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 2 ist
eine Vergrößerung von 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. 3 zeigt
einen Querschnitt durch 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. 4 zeigt
einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV der 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 Erweite rung 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 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.