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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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Aus
der
DE 198 27 219
A1 ist ein Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt,
welches einen Injektor mit einer Brennstoffstrahleinstellplatte
aufweist, welche erste Düsenlöcher besitzt,
die entlang eines ersten Kreises angeordnet sind, sowie zweite Düsenlöcher, die
entlang eines zweiten Kreises angeordnet sind. Der zweite Kreis
hat einen Durchmesser, der größer als
derjenige des ersten Kreises ist. Die Kreise sind dabei koaxial
zu einer Mittelachse der Einstellplatte angeordnet. Jede Lochachse
der zweiten Düsenlöcher bildet einen
spitzen Winkel mit einer Referenzebene, die senkrecht zur Mittelachse
des Ventilkörpers
ist. Der Winkel ist kleiner als derjenige, der durch jede Lochachse
der ersten Düsenlöcher mit
der Referenzebene gebildet wird. Daher können Brennstoffzerstäubungen,
die durch die ersten Düsenlöcher eingespritzt
werden, weg von den Brennstoffzerstäubungen gerichtet werden, die
durch die zweiten Düsenlöcher eingespritzt
werden. Als ein Ergebnis stören
die Brennstoffzerstäubungen,
die durch die ersten Düsenlöcher eingespritzt
werden, nicht die Brennstoffzerstäubungen, die durch die zweiten
Düsenlöcher eingespritzt
werden, was es ermöglicht,
eingespritzten Brennstoff geeignet zu zerstäuben.
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Nachteilig
an dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Verfahren zur
Gemischbildung bzw. Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere die
mangelnde Homogenität
der Gemischwolke sowie das Problem, das zündfähige Gemisch in den Bereich
der Funkenstrecke der Zündkerze
zu transportieren. Um eine emissionsarme, brennstoffsparende Verbrennung
zu ermöglichen,
müssen
in diesen Fällen
komplizierte Brennraumgeometrien, Drallventile oder Verwirbelungsmechanismen
benutzt werden, um einerseits den Brennraum mit dem Brennstoff-/Luftgemisch
zu füllen
und andererseits das zündfähige Gemisch
zur Zündkerze
zu führen.
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Dabei
wird zumeist die Zündkerze
direkt angespritzt. Dies führt
zu starker Verrußung
der Zündkerze
und häufigen
Thermoschocks, wodurch die Zündkerze
eine kürzere
Lebensdauer aufweist.
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Die
DE 42 21 185 A1 zeigt
eine Spritzlochscheibe für
ein Ventil, insbesondere für
ein Einspritzventil für
Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem bewegbaren
Ventilschließkörper, und
einer mit dem Ventilschließkörper zusammenwirkenden
Ventilsitzfläche,
wobei die Spritzlochscheibe stromabwärts der Ventilsitzfläche angeordnet
ist. In einem mittleren Bereich ist die Spritzlochscheibe in einer
der Ventilsitzfläche
abgewandten Fläche
gewölbt.
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Die
DE 199 15 874 A1 beschreibt
eine Kraftstoffeinspritzdüse
mit einer Ventilnadel, einem Ventilsitz, der eine Ventilöffnung aufweist.
Die Ventilnadel ist mit dem Ventilsitz gleitbar in Berührung und
an dem abspritzseitigen Ende der Kraftstoffeinspritzdüse ist eine
metallspritzgeformte Düsenspitze
vorgesehen, die mit dem Ventilsitz verschweißt ist.
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In
der
DE 195 03 269
A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil beschrieben, das ein
Ventilgehäuse
mit einem bewegbaren Ventilschließkörper aufweist, wobei dieser
mit einer Ventilsitzfläche
zusammenwirkt, die in einem Ventilsitzkörper ausgebildet ist. Ferner ist
eine Spritzlochscheibe vorgesehen, die stromabwärts des Ventilsitzkörpers angeordnet
ist und die wenigstens ein Abspritzloch aufweist.
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Aus
den Nachteilen des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe,
ein Brennstoffeinspritzventil mit einem einfachen und kostengünstigen
Herstellungsprozess zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch de Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, die
Unteransprüche
enthalten vorteilhafte Weiterbildungen.
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Insbesondere
werden die Thermoschockbelastung und die Verrußung der Zündkerze durch eine optimale
Lochgestaltung der Abspritzlöcher
vermindert. Scharfkantige Abspritzlöcher und die konische Gestaltung
derselben verhindern ein Ablösen
der Brennstoffströmung
im Abspritzloch, wodurch die Verkokung stark zurückgeht.
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Die
konischen Abspritzlöcher
haben den Vorteil, daß der
Druckabfall des Brennstoffs an der Austrittsöffnung minimal ist und somit
maximale Druckenergie zur Spraybildung zur Verfügung steht.
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Durch
eine gezielte Anordnung der Abspritzlöcher und damit der Einspritzstrahlen
im Brennraum kann vorteilhafterweise auch die Einbaulage der Ein- und
Auslaßventile
sowie der Zündkerze
im Zylinderkopf berücksichtigt
werden und trotzdem die Brennraumgeometrie optimal genutzt werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils,
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2 einen
schematischen Schnitt durch den abspritzseitigen Teil des in 1 dargestellten ersten
Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich II in 1,
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3 einen
schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems
im gleichen Bereich wie 2, und
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4 einen
schematischen Schnitt durch die Spritzlochscheibe des in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich IV in 3
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1 zeigt
in einer auszugsweisen Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
ausgeführt.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich zum direkten
Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum
einer Brennkraftmaschine.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2,
in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht
in Wirkverbindung mit einem Ventilschließkörper 4, der mit einer auf
einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten
Ventilsitzfläche 6 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt
es sich im Ausführungsbeispiel
um ein nach innen öffnendes
Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Bohrung 7 zur
Weiterleitung des Brennstoffs abströmseitig des Dichtsitzes verfügt.
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Der
Ventilschließkörper 4 des
erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils 1 weist eine nahezu kugelförmige Form
auf. Dadurch wird eine versatzfreie, kardanische Ventilnadelführung erzielt,
die für
eine exakte Funktionsweise des Brennstoffeinspritzventils 1 sorgt.
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Der
Ventilsitzkörper 5 des
Brennstoffeinspritzventils 1 ist nahezu topfförmig ausgebildet
und trägt
durch seine Form zur Ventilnadelführung bei. Der Ventilsitzkörper 5 ist
dabei in eine abspritzseitige Ausnehmung 34 des Düsenkörpers 2 eingesetzt
und mittels einer Schweißnaht 35 mit
dem Düsenkörper 2 verbunden.
Zwischen dem Düsenkörper 2 und
dem Ventilsitzkörper 5 ist
eine kalottenförmig
gewölbte Spritzlochscheibe 36 angeordnet,
die mittels der Schweißnaht 35 zwischen
dem Düsenkörper 2 und dem
Ventilsitzkörper 5 fixiert
ist.
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Die
Spritzlochscheibe 36 schließt das Brennstoffeinspritzventil 1 abströmseitig
ab und deckt dabei die Bohrung 7 ab. Der das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmende Brennstoff
wird über
mehrere in der Spritzlochscheibe 36 angeordnete Abspritzlöcher 37 in
den nicht weiter dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzt. Eine detailliertere Beschreibung der Spritzlochscheibe 36 ist
der Beschreibung zu den 2 bis 4 zu entnehmen.
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Der
Düsenkörper 2 ist
durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet.
Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt
und auf einen Spulenträger 12 gewickelt,
welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt.
Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch
einen Spalt 26 voneinander getrennt und stützen sich
auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. Die Magnetspule 10 wird über eine
Leitung 19 von einem über
einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom
erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben,
die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
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Die
Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche
scheibenförmig
ausgeführt ist.
Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15.
An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich
ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit
der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit
dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich
eine Rückstellfeder 23 ab,
welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch
eine Hülse 24 auf
Vorspannung gebracht wird.
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Abströmseitig
des Ankers 20 ist ein zweiter Flansch 31 angeordnet,
der als unterer Ankeranschlag dient. Er ist über eine Schweißnaht 33 kraftschlüssig mit
der Ventilnadel 3 verbunden. Zwischen dem Anker 20 und
dem zweiten Flansch 31 ist ein elastischer Zwischenring 32 zur
Dämpfung
von Ankerprellern beim Schließen
des Brennstoffeinspritzventils 1 angeordnet.
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In
der Ventilnadelführung 14,
im Anker 20 verlaufen Brennstoffkanäle 30a bis 30b,
die den Brennstoff, welcher über
eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert
wird, zur Bohrung 7 leiten. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist
durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte
Verteilerleitung abgedichtet.
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Im
Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der erste
Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen
seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am
Ventilsitz 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Der Anker 20 liegt
auf dem Zwischenring 32 auf, der sich auf dem zweiten Flansch 31 abstützt. Bei
Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf,
welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in
Hubrichtung bewegt. Dabei nimmt der Anker 20 den ersten
Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist,
und damit die Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung mit.
Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt
von der Ventilsitzfläche 6 ab, wodurch
der über
die Brennstoffkanäle 30a bis 30b zur
Bohrung 7 geführte
Brennstoff abgespritzt wird.
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Wird
der Spulenstrom abgeschaltet, fällt
der Anker 20 nach genügendem
Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf
den ersten Flansch 21 vom Innenpol 13 ab, wodurch
sich die Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch
setzt der Ventilschließkörper 4 auf
der Ventilsitzfläche 6 auf,
und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen. Der
Anker 20 setzt auf dem durch den zweiten Flansch 31 gebildeten
Ankeranschlag auf.
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2 zeigt
in einer auszugsweisen Schnittdarstellung den in 1 mit
II bezeichneten Ausschnitt aus dem in 1 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1.
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Wie
bereits in der Beschreibung zu 1 erwähnt, ist
an einem abströmseitigen
Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 eine Spritzlochscheibe 36 angeordnet,
die das Brennstoffeinspritzventil 1 zum Brennraum hin abdeckt.
Die Spritzlochscheibe 36 ist durch eine Schweißnaht 35,
welche den Ventilsitzkörper 5 mit
dem Düsenkörper 2 verbindet,
am Ventilsitzkörper 5 fixiert.
Durch die Spritzlochscheibe 36 wird ebenfalls die Bohrung 7 abgedeckt.
Die Einspritzung des Brennstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine übernehmen
Abspritzlöcher 37,
die in der Spritzlochscheibe 36 ausgebildet und gegenüber der
zentral im Ventilsitzkörper 5 angeordneten
Bohrung 7 versetzt sind. Dadurch wird eine Umlenkung der
Brennstoffströmung
erzielt, die bewirkt, daß die Abspritzlöcher 37 weniger
stark geneigt sein können und
sich dadurch ihre Herstellung erleichtert sowie die Präzision bei
der Herstellung erhöht.
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Die
Spritzlochscheibe 36 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
kalottiert gewölbt
ausgebildet und an den Ventilsitzkörper 5 angepaßt. Der
Vorteil der kalottierten Form der Spritzlochscheibe 36 liegt zum
einen in der einfachen Herstellbarkeit, zum anderen in der Flexibilität gegenüber den
Brennstoffeinspritzventilen 1, die mit der kalottierten
Spritzlochscheibe 36 ausgestattet werden können.
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Wenn
der Brennstoff den Ventilschließkörper 4,
der im vorliegenden Ausführungsbeispiel
mehrere Anschnitte 38 aufweist, und die Bohrung 7 passiert hat,
gelangt er in ein Volumen 39, das zwischen einer Stirnseite 40 des
Ventilsitzkörpers 5 und
der Spritzlochscheibe 36 ausgebildet ist. Durch den Brennstoffdruck
wird der Brennstoff unter einem Richtungswechsel durch die in der
Spritzlochscheibe 36 ausgebildeten Abspritzlöcher 37 in
den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
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Die
Abspritzlöcher 37 sind
dabei konisch geformt und weisen insbesondere scharfe Austrittskanten 41 sowie
einen trichterförmigen
Zuströmbereich 42 auf.
Diese Lochform bietet insbesondere den Vorteil, daß die Brennstoffströmung innerhalb
der Abspritzlöcher 37 nicht
abreißt,
so daß die
Austrittsöffnungen
der sich zum Brennraum hin verjüngenden Abspritzlöcher 37 vollständig über ihren
Querschnitt mit Brennstoff gefüllt
sind. Auf diese Weise kann Verkokung verhindert werden, da keine
Rezirkulation des Brennstoffs im Abspritzloch 37 auftritt.
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Die
Spritzlochscheibe 36 ist flexibel anwendbar für beliebige
Strahlöffnungswinkel
und Neigungswinkel des Dichtsitzes sowie für beliebige statische Durchflußwerte durch
das Brennstoffeinspritzventil 1.
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3 zeigt
in einer auszugsweisen Schnittdarstellung in gleicher Ansicht wie 2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1.
Gleiche Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen.
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Im
Gegensatz zu 2 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel
der Ventilsitzkörper 5 und
die Spritzlochscheibe 36 in ihrer Form aneinander angepaßt, d. h.,
das zwischen dem Ventilsitzkörper 5 und der
Spritzlochscheibe 36 ausgebildete Volumen 39 ist
kleiner als in dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel.
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Die übrigen Komponenten
des Brennstoffeinspritzventils 1 können identisch mit dem in 1 und 2 dargestellten
Brennstoffeinspritzventil 1 ausgebildet sein.
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Die
Verminderung des Volumens 39 erlaubt eine Homogenisierung
der Brennstoffströmung,
die in den Totzeiten des Brennstoffeinspritzventils 1 nicht zum
Erliegen kommt. Die Verkokung wird dadurch ebenfalls reduziert.
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Auch
die Strömungsumlenkung
wird durch die Verringerung des Volumens 39 verstärkt, wodurch
die Neigung der Abspritzlöcher 37 weiter
verringert werden kann und die Präzision der Herstellung der
Abspritzlöcher 37 erhöht werden
kann.
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4 zeigt
in einer ausschnittsweisen, stark schematisierten Darstellung einen
Ausschnitt aus der Spritzlochscheibe 36 eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich IV in 3.
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In 4 ist
der konische Verlauf der Abspritzlöcher 37 mit dem trichterförmigen Zulaufbereich 42 und
den scharfen Austrittskanten 41 deutlich erkennbar. Der
engste Querschnitt der Abspritzlöcher 37 ist
dabei abströmseitig
ausgebildet und sorgt für
eine Unterdrückung
der Rezirkulation im Abspritzloch 37, da der Brennstoffstrom
nicht abreißt
und dadurch der Austrittsquerschnitt kontinuierlich mit Brennstoff
gefüllt
ist.
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Die
Herstellung der Abspritzlöcher 37 in
der Spritzlochscheibe 36 kann dabei mittels einlagiger Mikrogalvanik,
Stanzen, Ätzen,
oder Laserbohren erfolgen, wobei die Spritzlochscheibe 36 noch
plan ist. Nach der Herstellung der Abspritzlöcher 37 wird die Spritzlochscheibe 36 beispielsweise
mittels Prägen kalottiert.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und
z. B. auch für nach innen öffnende
Brennstoffeinspritzventile 1 beliebiger Bauweisen anwendbar.