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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1
aus. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist
beispielsweise aus der Schrift DE-OS 27 11 391 bekannt und umfasst einen
Ventilkörper, in dem in einer Bohrung eine Ventilhohlnadel
und in dieser eine längsverschiebbare Ventilnadel angeordnet
sind. An ihrem brennraumseitigen Ende weist die
Ventilhohlnadel eine Ventildichtfläche auf, mit der sie mit einem im
Ventilkörper ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Ebenso
weist die Ventilnadel an ihrem brennraumseitigen Ende eine
Ventildichtfläche auf, die mit demselben Ventilsitz
zusammenwirkt. Die Ventilnadel wird hierbei zumindest auf einem
Teil ihrer Länge in der Ventilhohlnadel geführt, so dass sie
zum Ventilsitz eine definierte Lage einhält. Vom Ventilsitz
gehen meist mehrere Einspritzöffnungen aus, die in den
Brennraum der Brennkraftmaschine münden. Durch die
Einspritzöffnungen kann Kraftstoff unter hohem Druck in den
Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden, wobei
deren Öffnung durch die Ventilhohlnadel und die Ventilnadel
gesteuert wird.
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Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist hierbei jedoch
den Nachteil auf, dass die Ventilnadel in der
Ventilhohlnadel bis zum brennraumseitigen Ende der Ventilhohlnadel eng
geführt wird, um eine exakte Ausrichtung bezüglich des
Ventilsitzes zu erreichen. Da sich die Ventilhohlnadel aufgrund
der Belastungen beim Zusammenwirken mit dem Ventilsitz etwas
nach innen verformen kann, insbesondere dann, wenn der
Ventilsitz konisch geformt ist, kommt es zwischen der
Ventilnadel und der Ventilhohlnadel zu erhöhter Reibung und damit zu
übermäßigem Verschleiß.
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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 die Reibung zwischen der
Ventilhohlnadel und der Ventilnadel stets niedrig bleibt, so dass
sich die Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils deutlich
erhöht. Zwischen einem brennraumseitigen Endabschnitt der
Ventilnadel und der Ventilhohlnadel ist eine Freilegung
vorgesehen, die ein ausreichendes Spiel der Ventilnadel an
ihrem brennraumseitigen Ende sicherstellt.
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Durch die Unteransprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen
des Gegenstandes der Erfindung möglich.
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In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung schließt sich
brennraumabgewandt an die Freilegung ein erster
Führungsabschnitt der Ventilnadel an, der in der Ventilhohlnadel eng,
also mit geringem Spiel, geführt ist. Hierdurch bleibt die
geringe Reibung zwischen der Ventilhohlnadel und der
Ventilnadel erhalten, da die Verformung nur am äußersten
brennraumseitigen Ende der Ventilhohlnadel auftritt. Andererseits
ist eine exakte Führung der Ventilnadel im Bezug auf den
Ventilsitz gewährleistet und damit auch eine gleichmäßige
Einspritzung durch sämtliche Einspritzöffnungen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die
Ventilnadel neben dem ersten Führungsabschnitt auch einen
zweiten Führungsabschnitt auf, mit dem sie ebenfalls in der
Ventilhohlnadel geführt ist und der zum ersten
Führungsabschnitt beabstandet ist. Durch zwei Führungsabschnitte lässt
sich die Ventilnadel exakter in der Ventilhohlnadel führen
und gleichzeitig die Reibung zwischen diesen Bauteilen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Spiel
der Ventilnadel in der Ventilhohlnadel am zweiten
Führungsabschnitt größer als am ersten Führungsabschnitt. Für die
exakte Ausrichtung der Ventilnadel ist ein eng geführter
erster Führungsabschnitt wichtig. Da zwei Führungsabschnitte
der Ventilnadel nie exakt in der Bohrung fluchten, sollte
das Spiel des zweiten Führungsabschnitts größer sein, so
dass es zu keinem Klemmen der Ventilnadel in der
Ventilhohlnadel kommt. Besonders vorteilhaft ist dabei, zwischen den .
beiden Führungsabschnitten einen Freistich vorzusehen, so
dass die Ventilnadel nur in den Führungsabschnitten geführt
wird und dazwischen keine Reibung auftritt.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des
Gegenstandes der Erfindung sind der Zeichnung und der
Beschreibung entnehmbar.
Zeichnung
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt
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Fig. 1 ein Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt,
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Fig. 2 eine Vergrößerung von Fig. 1 im Bereich des
Ventilsitzes und
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Fig. 3 dieselbe Darstellung wie Fig. 2 eines weiteren
Ausführungsbeispiels.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In Fig. 1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt
dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen
Ventilkörper 1, in dem eine Bohrung 3 mit einer Längsachse 8
ausgebildet ist. Die Bohrung 3 wird an ihrem
brennraumseitigen Ende von einem konischen Ventilsitz 16 begrenzt, von dem
äußere Einspritzöffnungen 17 und innere Einspritzöffnungen
18 abgehen. Die inneren Einspritzöffnungen 18 sind dabei
bezüglich der Längsachse 8 der Bohrung 3 axial versetzt zu den
äußeren Einspritzöffnungen 17 angeordnet. In der Bohrung 3
ist eine Ventilhohlnadel 10 längsverschiebbar angeordnet,
die in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 3
dichtend geführt ist. Die Ventilhohlnadel 10 verjüngt sich
ausgehend von ihrem geführten Abschnitt dem Brennraum zu
unter Bildung einer Druckschulter 14 und geht an ihrem
brennraumseitigen Ende in eine konische Ventildichtfläche 27
über. Zwischen der Ventilhohlnadel 10 und der Wand der
Bohrung 3 ist ein Druckraum 5 ausgebildet, der auf Höhe der
Druckschulter 14 radial erweitert ist. In diese radiale
Erweiterung des Druckraums 5 mündet ein im Ventilkörper 1
ausgebildeter Zulaufkanal 7, über den der Druckraum 5 mit
Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Die
Ventilhohlnadel 10 weist eine Längsbohrung 11 auf, in der eine
kolbenförmige Ventilnadel 12 längsverschiebbar angeordnet ist. Die
Ventilnadel 12 weist an ihrem brennraumseitigen Ende eine
konische Ventilanlagefläche 29 auf, die mit dem Ventilsitz
16 zusammenwirkt. Fig. 2 zeigt hierzu eine Vergrößerung von
Fig. 1 im Bereich des Ventilsitzes 16. Die Ventilnadel 12
verdeckt bei Anlage am Ventilsitz 16 die inneren
Einspritzöffnungen 18, nicht jedoch die äußeren
Einspritzöffnungen 17. Am brennraumseitigen Ende der Ventilnadel 12 ist
eine Ringnut 35 ausgebildet, so dass sich ein Druckabsatz 39
ergibt, dessen Fläche dem Ventilsitz 16 gegenüberliegt.
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Die Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff durch die
Einspritzöffnungen 17, 18 funktioniert wie folgt: Die
Ventilhohlnadel 10 wirkt in der Weise mit dem Ventilsitz 16
zusammen, dass bei Anlage der Ventildichtfläche 27 am Ventilsitz
16 der Druckraum 5 gegen die Einspritzöffnungen 17, 18
verschlossen ist. Auf die Ventilhohlnadel 10 und die
Ventilnadel 12 wirkt durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte
Vorrichtung eine Schließkraft in Richtung des Ventilsitzes
16, so dass die Ventilhohlnadel 10 mit ihrer
Ventildichtfläche 27 und die Ventilnadel 12 mit ihrer Ventilanlagefläche
29 am Ventilsitz 16 anliegen. Der Schließkräft auf die
Ventilhohlnadel 10 wirkt die hydraulische Kraft durch
Beaufschlagung der Druckschulter 14 entgegen. Durch eine Erhöhung
des Kraftstoffdrucks im Druckraum 5 oder durch eine
Reduzierung der Schließkraft auf die Ventilhohlnadel 10 ergibt sich
eine resultierende Kraft, die die Ventilhohlnadel 10 vom
Ventilsitz 16 wegbewegt. Aus dem Druckraum 5 kann dadurch
Kraftstoff den äußeren Einspritzöffnungen 17 zufließen und
wird von dort in den Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzt. Die Ventilnadel 12 verbleibt vorläufig in ihrer
Schließstellung, da sie erst mit dem Abheben der
Ventilhohlnadel 10 vom Kraftstoffdruck des Druckraums 5 beaufschlagt
wird, wodurch sich eine hydraulische Kraft auf den
Druckabsatz 39 ergibt. Soll die Einspritzung von Kraftstoff nur
durch die äußeren Einspritzöffnungen 17 erfolgen, so wird
die Schließkraft auf die Ventilnadel 12 so hoch gehalten,
dass die Ventilnadel 12, trotz der hydraulischen Kraft auf
den Druckabsatz 39, in ihrer Schließstellung bleibt. Soll
hingegen durch sämtliche Einspritzöffnungen 17, 18
eingespritzt werden, so wird die Schließkraft auf die Ventilnadel
12 soweit reduziert, dass sich die Ventilnadel 12,
angetrieben durch die hydraulische Kraft auf den Druckabsatz 39, vom
Ventilsitz 16 wegbewegt und die inneren Einspritzöffnungen
18 freigibt. Zur Beendigung der Einspritzung wird die
Schließkraft auf die Ventilnadel 12 und die Ventilhohlnadel
10 wieder erhöht oder die Zufuhr von Kraftstoff in den
Druckraum 5 unterbrochen, so dass die Ventilnadel 12 und die
Ventilhohlnadel 10 zurück in ihre Schließstellung gleiten.
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Die Führung der Ventilnadel 12 in der Längsbohrung 11 der
Ventilhohlnadel 10 erfolgt nicht über die gesamte Länge der
Ventilnadel 12, sondern nur in bestimmten Abschnitten. Die
Ventilnadel 12 weist deshalb einen ersten Führungsabschnitt
22 am brennraumseitigen Ende der Ventilnadel 12 auf, der vor
dem Druckabsatz 39 endet und der bezüglich der Wand der
Längsbohrung 11 ein Spiel, also eine Durchmesserdifferenz,
von nur etwa 5 µm aufweist, um eine exakte Führung der
Ventilnadel 12 in der Ventilhohlnadel 10 zu erreichen. Dies ist
für eine optimale Einspritzung unerlässlich, denn in der
Regel sind mehrere innere Einspritzöffnungen 18 über den
Umfang des Ventilkörpers 1 verteilt angeordnet, so dass
bereits eine kleine Desaxierung der Ventilnadel 12 zu einem
ungleichmäßigen Zuströmen von Kraftstoff zu den einzelnen
inneren Einspritzöffnungen 18 führt und damit auch zu einer
ungleichmäßigen Einspritzung. An der Ventilnadel 12 ist
darüber hinaus ein zweiter Führungsabschnitt 20 ausgebildet,
der gegenüber der Wand der Längsbohrung 11 ein Spiel von
etwa 0,03 mm bis 0,05 mm aufweist. Die Ventilnadel 12 wird so
mit der nötigen Präzision in der Ventilhohlnadel 10 geführt,
ohne dass eine übergroße Reibungsfläche zwischen diesen
beiden Bauteilen vorliegt.
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Zwischen dem ersten Führungsabschnitt 22 und dem zweiten
Führungsabschnitt 20 weist die Ventilnadel 12 einen
Freistich auf, so dass in diesem Bereich zwischen der
Ventilnadel 12 und der Wand der Längsbohrung 11 ein Spiel von etwa
0,1 mm vorhanden ist. Am brennraumseitigen Endabschnitt
schließt sich an den ersten Führungsabschnitt 22 eine
Freilegung 32 an, die bis zum Druckabsatz 39 reicht. Zwischen
der Wand der Längsbohrung 11 und der Ventilnadel 12
verbleibt ein Spiel D von 0,04 mm bis 0,15 mm, vorzugsweise
weniger als 0,1 mm. Dies verhindert eine übergroße Reibung der
Ventilnadel 12 in der Längsbohrung 11: In ihrer
Schließstellung wird die Ventilhohlnadel 10 mit einer relativ großen
Schließkraft gegen den Ventilsitz 16 gedrückt. Dadurch kommt
es zu einer leichten radialen Einformung der Ventilhohlnadel
10 im Bereich der Ventildichtfläche 27, die rein elastisch
erfolgt. Bei einem geringen Spiel, wie es im ersten
Führungsabschnitt 22 der Ventilnadel 12 herrscht, würde dies zu
einer übergroßen Reibung der Ventilnadel 12 in der
Längsbohrung 11 führen. Durch die Freilegung 32 verbleibt ein
genügend großer Ringspalt zwischen der Ventilnadel 12 und der
Wand der Längsbohrung 11, so dass es zu keiner übermäßigen
Reibung oder gar zum Fressen der Ventilnadel 12 kommt.
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In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt,
wobei der gezeigte Ausschnitt dem von Fig. 2 entspricht.
Die Freilegung 32 ist hier nicht durch eine Verminderung des
Durchmessers der Ventilnadel 12 realisiert, sondern durch
eine radiale Erweiterung der Längsbohrung 11. Hierdurch
ergibt sich ebenfalls eine Verschleißminderung in diesem
Bereich bei einer gleichzeitig guten und exakten Führung der
Ventilnadel 12. Der erste Führungsabschnitt 22 reicht in
diesem Fall bis zum Druckabsatz 39.