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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere einen Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen. Eine besonders geeignete Anwendung ergibt sich auf dem Gebiet der Brennkraftmaschinen, bei denen über ein Brennstoffeinspritzventil ein Ottokraftstoff direkt in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
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Bei Brennstoffeinspritzventilen zur Direkteinspritzung von Ottokraftstoff mit einer Ventilnadel, die von einem Aktor gegen eine Schließfeder so bewegt wird, dass eine gewünschte Brennstoffmenge gezielt in einen Brennraum eingebracht wird, kann der Aktor elektromagnetisch oder piezoelektrisch ausgeführt sein. Speziell bei einem elektromagnetischen Aktor kann ein Magnetanker von der Ventilnadel entkoppelt sein. Beim Öffnen des Ventils soll sich der Magnetanker möglichst schnell von einem an der Ventilnadel befindlichen unteren Anschlag, der durch eine Anschlaghülse gebildet ist, lösen, den Ankerfreiweg schnell überwinden und beim Auftreffen auf einen oberen Anschlag, der durch einen Anschlagring gebildet ist, das Ventil schnell öffnen. Wenn die Bestromung des Aktors beendet wird, dann schließt die Ventilnadel wieder. Auch nachdem die Ventilnadel den Ventilsitz wieder verschließt, führt der Magnetanker seine Bewegung fort, bis er auf die Anschlaghülse trifft. Bei solch einer Ausgestaltung ist denkbar, dass der Anschlagring durch eine radial ausgeführte Schweißnaht mit der Ventilnadel verbunden ist.
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Bei einer denkbaren Ausgestaltung eines Brennstoffeinspritzventils, bei der die Anschlaghülse über eine radial ausgeführte Schweißnaht mit der Ventilnadel verbunden ist, ergeben sich mehrere Probleme. Durch eine radiale Schweißnaht zwischen dem Anschlagring und der Ventilnadel entsteht eine metallurgische Kerbe rund unter- und oberhalb der Schweißnaht. Die Belastung durch den Aufschlag des Magnetankers auf den Anschlagring kann dann dazu führen, dass die Ventilnadel bricht und somit das Brennstoffeinspritzventil nicht mehr funktioniert. Außerdem ist für die Funktion des Brennstoffeinspritzventils maßgeblich, wie gering eine Planlaufabweichung einer Unterseite des Anschlagrings gegenüber der Ventilnadel ist. Die radiale Schweißnaht in Verbindung mit einer Spielpassung führt jedoch dazu, dass der Anschlagring auf der Nadel schief festgeschweißt wird und es somit zu großen Planlaufabweichungen kommt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Insbesondere können eine Belastbarkeit bezüglich der Zusammenwirkung des Aktormoduls mit der Ventilnadel verbessert und eine oder mehrere Wirkverbindungen zwischen dem Aktormodul und der Ventilnadel hinsichtlich ihrer geometrischen Beziehung verbessert werden. Speziell können hierbei Planlaufabweichungen von Kontaktflächen reduziert werden, wodurch die Ventilfunktion verbessert werden kann.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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An der Ventilnadel können zwei Anschlagelemente angeordnet sein, von denen ein Anschlagelement oder beide Anschlagelemente durch jeweils zumindest eine Schweißnaht mit der Ventilnadel verbunden sind, die sich zumindest näherungsweise koaxial zu der Längsachse erstreckt. Speziell kann ein derart ausgestaltetes Anschlagelement als Anschlagring ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein derart ausgestaltetes Anschlagelement als Anschlaghülse ausgebildet sein. Speziell kann somit sowohl in Bezug auf den Anschlagring als auch die Anschlaghülse eine vorteilhafte Verbindung mit der Ventilnadel erzielt werden, die jeweils über zumindest eine Schweißnaht zustande kommt, die sich zumindest näherungsweise koaxial zu der Längsachse erstreckt.
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Vorteilhaft ist es auch, dass das Anschlagelement die Ventilnadel umfänglich geschlossen umschließt und dass aufgrund eines durch das Einbringen der zumindest einen Schweißnaht hervorgerufenen Schweißverzugs eine Pressverbindung zwischen dem Anschlagelement und der Ventilnadel gebildet ist. Die Festigkeit der Baugruppe an der Ventilnadel wird somit erhöht, indem die beim Schweißen entstehende metallurgische Kerbe in der Ventilnadel reduziert wird und zudem durch den Schweißverzug eine Pressverbindung zwischen dem Anschlagelement, insbesondere dem Anschlagring oder der Anschlaghülse, sowie der Ventilnadel entsteht, die zusätzlich zur Schweißnaht Kräfte vom Anschlagelement auf die Ventilnadel übertragen kann und somit die Belastung der Schweißnaht reduziert.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass das Anschlagelement an einer von dem Anker abgewandten Stirnseite eine ringförmige Ausnehmung aufweist und dass die zumindest eine Schweißnaht zumindest teilweise im Bereich der ringförmigen Ausnehmung vorgesehen ist und im Bereich der ringförmigen Ausnehmung das Anschlagelement mit der Ventilnadel verbindet. Hierdurch wird der für die koaxiale Ausdehnung der Schweißnaht benötigte Raum in vorteilhafter Weise gewährleistet. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass das Anschlagelement durch mehrere Schweißnähte mit der Ventilnadel verbunden ist und dass sich die mehreren Schweißnähte zumindest näherungsweise koaxial zu der Längsachse erstrecken. Speziell können hierbei genau zwei Schweißnähte vorgesehen sein, die bezüglich der Längsachse umfänglich um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Bei dieser Anordnung von zwei Schweißnähten kann eine umfänglich gleichmäßige Verteilung erzielt werden. Es können allerdings auch mehr als zwei Schweißnähte vorgesehen sein, die sich zumindest näherungsweise koaxial zu der Längsachse erstrecken, und die bezüglich der Längsachse umfänglich gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
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Bei einer abgewandelten Ausgestaltung ist es allerdings auch möglich, dass mehrere Schweißnähte vorgesehen sind, die sich zumindest näherungsweise koaxial zu der Längsachse erstrecken und die bezüglich der Längsachse umfänglich ungleichmäßig verteilt angeordnet sind.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass Führungsstege zur axialen Führung des Anschlagelements vorgesehen sind, die bezüglich der Längsachse umfänglich gleichmäßig verteilt um das Anschlagelement angeordnet sind, und dass jede der Schweißnähte umfänglich betrachtet zwischen jeweils zwei benachbarten Führungsstegen vorgesehen ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass zumindest zwei Paare von benachbarten Führungsstegen vorgesehen sind, zwischen denen jeweils ein freibleibender Bereich vorgesehen ist, in dem an dem Anschlagelement keine Schweißnaht vorgesehen ist. Beispielsweise können vier Führungsstege vorgesehen sein, wobei zwischen jeweils benachbarten Führungsstegen jeweils eine Aussparung vorgesehen ist. Die Führungsstege sind so ausgestaltet, dass die Aussparungen so tief eingebracht sind, dass zwei axiale Schweißnähte mit einer ausreichend großen Anbindelänge an zwei gegenüberliegenden Seiten der Ventilnadel ausgeführt werden können. Die verbleibenden beiden Aussparungen dienen zum Ausrichten des Anschlagelements, insbesondere der Anschlaghülse, und bilden dann die freibleibenden Bereiche. So kann das Bauteilgewicht reduziert und dadurch die Dynamik des Brennstoffeinspritzventils (Einspritzventils) gesteigert werden. Ferner können so die Bauteillänge und dadurch die Einzelteilkosten minimiert werden. Falls eine größere Anbindelänge erforderlich ist, dann kann durch Drehen des Anschlagelements, insbesondere des Anschlagrings, um 90° bezüglich der Längsachse in entsprechender Weise die Ausgestaltung von zwei weiteren Schweißnähten in den zwei verbleibenden, sich gegenüberliegenden Aussparungen erfolgen. Bei dieser Ausgestaltung kann dann zwischen benachbarten Führungsstegen stets eine Schweißnaht vorgesehen sein. Die vier Aussparungen stellen im fertigen Einspritzventil den Durchfluss des Mediums sicher.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass das Anschlagelement eine dem Anker zugewandte, ebene kreisförmige Anschlagfläche aufweist und dass die kreisförmige Anschlagfläche senkrecht zu der Längsachse orientiert ist. Durch die axiale Orientierung der Schweißnähte kann die Verbindung zu der Ventilnadel so ausgeführt werden, dass das Anschlagelement ausgerichtet auf der Ventilnadel festgeschweißt wird. Planlaufabweichungen können hierdurch vermieden werden. Somit ergeben sich reduzierte Planlaufabweichungen der Kontaktfläche des Anschlagelements. Hierdurch verbessert sich die Ventilfunktion. Somit können sowohl die Festigkeit der Nadelbaugruppe als auch die Ventilfunktion verbessert werden.
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Die Funktionsverbesserung kann sich insbesondere auf eine verbesserte Formung der qdyn-Kennlinie auswirken. Somit ergibt sich eine verbesserte Formung hinsichtlich der Einspritzmenge (qdyn). Außerdem können Exemplarstreuungen und ein CVO-Signal, das zur Steuerung des Ventilbetriebs dient, verbessert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Brennstoffeinspritzventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine auszugsweise, schematische Schnittdarstellung des in 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
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3 eine auszugsweise, schematische Darstellung des in 2 gezeigten Brennstoffeinspritzventils aus der mit III bezeichneten Blickrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 1 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen dienen. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann allerdings auch für sonstige Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen dienen. Speziell kann das Brennstoffeinspritzventil 1 als Hochdruckeinspritzventil ausgestaltet sein, das Brennstoff, insbesondere Ottobrennstoff, unter hohem Druck in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzt.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Gehäuse mit einem Ventilsitz 2 und einen durch eine Kugel 3 veranschaulichten Ventilschließkörper 3 auf. Der Ventilschließkörper 3 wird über eine Ventilnadel 4 betätigt, die entlang einer Längsachse 5 verstellbar ist. Zum Betätigen der Ventilnadel 4 dient ein Aktor 6. Außerdem ist eine Ventilfeder 7 vorgesehen, die in diesem Ausführungsbeispiel als Rückstellfeder 7 ausgebildet ist.
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Der Aktor 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel als elektromagnetischer Aktor 6 ausgebildet. Es sind allerdings auch andere Ausgestaltungen des Aktors 6 denkbar.
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Der Aktor 6 weist einen als Magnetanker 8 ausgebildeten Anker 8 auf, an dem umfänglich verteilt Durchgangsbohrungen 9, 10 in einer geeigneten Anzahl vorgesehen sind. Für den Anker 8 ist ein Ankerfreiweg 11 eingestellt. Der Ankerfreiweg 11 ergibt sich hierbei über einen Abstand zwischen einem Anschlagelement 12 und einem weiteren Anschlagselement 13, die entlang der Längsachse 5 beabstandet zueinander auf der Ventilnadel 4 angeordnet und befestigt sind. Die Anschlagelemente 12 und 13 befinden sich hierbei an voneinander abgewandten Stirnseiten 14, 15 des Ankers 8.
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Das Anschlagelement 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Anschlagring 12 ausgebildet. Das weitere Anschlagelement 13 ist als Anschlaghülse 13 ausgebildet. Bei einer Betätigung der Ventilnadel 8 trifft der Anker 8 mit seiner Stirnseite 14 auf den Anschlagring 12 auf. Bei der weiteren Bewegung des Ankers 8 in einer Öffnungsrichtung 16 kommt es dann zum Öffnen eines zwischen dem Ventilschließkörper 3 und dem Ventilsitz 2 gebildeten Dichtsitzes. Dadurch kann das Brennstoffeinspritzventil 1 betätigt werden, um Brennstoff beispielsweise direkt in den zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen.
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Nach der Betätigung wird zum Schließen des Dichtsitzes zwischen dem Ventilschließkörper 3 und dem Ventilsitz 2 der Anker 8 wieder in seine Ausgangsstellung verstellt. Dabei wird das Anschlagelement 12 über die Ventilfeder 7 entgegen der Öffnungsrichtung 16 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt, die die Ventilnadel 4 in die in der 1 dargestellte Ausgangsstellung zurückstellt.
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Das Aktormodul (Aktor) 6 weist außerdem einen Federtopf 20 und eine in dem Federtopf 20 angeordnete weitere Ventilfeder 21 auf, die als Rückstellfeder zur Gewährleistung des Ankerfreiwegs 11 in dem in der 1 dargestellten Ausgangszustand dient.
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2 zeigt eine auszugsweise, schematische Schnittdarstellung des in 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend dem Ausführungsbeispiel. Der Anschlagring 12 umschließt die Ventilnadel 4 umfänglich geschlossen. Der Anschlagring 12 weist außerdem eine der Stirnseite 14 des Ankers 8 zugewandte Stirnseite 25 auf. Ferner weist der Anschlagring 12 eine von der Stirnseite 25 abgewandte Stirnseite 26 auf. Die von dem Anker 8 abgewandte Stirnseite 26 des Anschlagrings 12 weist eine ringförmige Ausnehmung 27 auf. Der Anschlagring 12 wird mit der Ventilnadel 4 über zumindest eine Schweißnaht 28, 29 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel sind eine Schweißnaht 28 und eine Schweißnaht 29 (3) vorgesehen. Die Schweißnähte 28, 29 erstrecken sich jeweils koaxial zu der Längsachse 5. Die Schweißnähte 28, 29 sind hierdurch als axiale Schweißnähte 28, 29 ausgebildet. Hierbei erstreckt sich die Schweißnaht 28 teilweise in den Bereich der ringförmigen Ausnehmung 27. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Schweißnaht 28 sowohl im Bereich der ringförmigen Ausnehmung 27 eines Bunds 30 des Anschlagrings 12 als auch in einem mittleren Bereich 31 des Anschlagrings 12 vorgesehen. Der Anschlagring 12 weist außerdem einen weiteren Bund 32 auf, an dem die Stirnseite 25 ausgebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Schweißnaht 28 nicht in den Bereich des Bundes 32. Ein Einfluss des Einbringens der Schweißnaht 28 auf die Geometrie der Stirnseite 25 wird hierdurch vermieden.
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Die Schweißnaht 29 ist entsprechend der Schweißnaht 28 ausgebildet.
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Durch das Einbringen der Schweißnähte 28, 29 wird ein Schweißverzug hervorgerufen. Aufgrund des Schweißverzugs ist eine Pressverbindung zwischen dem Anschlagring 12 und der Ventilnadel 4 gebildet. Die Verbindung des Anschlagrings 12 mit der Ventilnadel 4 ergibt sich somit aus den Schweißverbindungen über die Schweißnähte 28, 29 und der zusätzlichen Pressverbindung. Die Schweißnähte 28, 29 verbinden hierbei unter anderem im Bereich der ringförmigen Ausnehmung 27 den Anschlagring 12 mit der Ventilnadel 4.
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Dadurch wird erreicht, dass der Anschlagring 12 bezüglich der Längsachse 5 ausgerichtet ist. Die Stirnseite 25 ist hierdurch senkrecht zu der Längsachse 5 orientiert und zudem plan ausgestaltet. Hierdurch wird ein vorteilhafter Anschlag 25 durch die Stirnseite 25 des Anschlagrings 12 für den Anker 8 gebildet. Der Anschlag 25 ist hier durch eine Anschlagfläche 25 gebildet.
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Die Befestigung der Anschlaghülse 13 an der Ventilnadel 4 kann entsprechend der Befestigung des Anschlagrings 12 an der Ventilnadel 4 realisiert werden. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung können somit sowohl der Anschlagring 12 als auch die Anschlaghülse 13 über geeignete Schweißnähte 28, 29, die sich koaxial zu der Längsachse 5 erstrecken, ausgebildet sein. Bei einer weiteren denkbaren Abwandlung ist es auch möglich, dass nur die Anschlaghülse 13, nicht aber der Anschlagring 12, durch solche axialen Schweißnähte 28, 29 mit der Ventilnadel 4 verbunden ist.
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3 zeigt eine auszugsweise, schematische Darstellung des in 2 gezeigten Brennstoffeinspritzventils 1 aus der mit III bezeichneten Blickrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel sind Führungsstege 35, 36, 37, 38 vorgesehen, die beispielsweise an einer gemeinsamen Führungshülse 39 ausgestaltet sein können. Die Führungsstege dienen zur axialen Führung des Anschlagrings 12. Hierfür sind die Führungsstege 35 bis 38 bezüglich der Längsachse 5 umfänglich gleichmäßig verteilt um den Anschlagring 12 angeordnet. Die Schweißnähte 28, 29 sind umfänglich betrachtet zwischen jeweils zwei benachbarten Führungsstegen 35 bis 38 vorgesehen. Die Schweißnaht 28 wird zwischen den Führungsstegen 37, 38 über einen Bereich 40 eingebracht. Entsprechend wird die Schweißnaht 29 zwischen den Führungsstegen 35, 36 über einen Bereich 41 eingebracht. Zwischen den Führungsstegen 35, 38 ergibt sich ein freibleibender Bereich 42, in dem an dem Anschlagring 12 keine Schweißnaht vorgesehen ist. Entsprechend dem freibleibenden Bereich 42 ergibt sich noch ein weiterer freibleibender Bereich 43 zwischen den Führungsstegen 36, 37, in dem an dem Anschlagring 12 keine Schweißnaht vorgesehen ist.
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Die freibleibenden Bereiche 42, 43 stellen in diesem Ausführungsbeispiel Aussparungen 42, 43 dar, die zum Ausrichten des Anschlagrings 12 dienen. Die Schweißnähte 28, 29 sind an zwei sich gegenüberliegenden Seiten in den Bereichen 40, 41 ausgeführt. Auf diese Weise kann das Bauteilgewicht reduziert und dadurch die Dynamik des Brennstoffeinspritzventils gesteigert werden. Ferner können so die Bauteillänge und dadurch die Einzelkosten minimiert werden. Falls mehr Anbindelänge in Bezug auf die Gesamtlänge der Schweißnähte 28, 29 erforderlich ist, so kann durch Drehen des Anschlagrings 12 um 90° das Einbringen von zwei weiteren Schweißnähten in die zwei verbleibenden Aussparungen 42, 43 erfolgen. Dann ist zwischen benachbarten Führungsstegen 35 bis 38 stets eine Schweißnaht 28, 29 vorgesehen.
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Bei einer abgewandelten Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass eine andere Anzahl an Schweißnähten 28, 29 und gegebenenfalls auch nur eine einzelne Schweißnaht vorgesehen ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen beschränkt.