DE19927899A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, das sich dadurch auszeichnet, daß eine Führungsscheibe (33) stromaufwärts eines Ventilsitzes (18) vorgesehen ist, die mehrere Funktionen erfüllt. Neben der Führung einer axial beweglichen Ventilnadel (5) übernimmt die Führungsscheibe (33) auch eine Durchströmfunktion für den Brennstoff. Dazu ist in der Führungsscheibe (33) ein Durchgangsloch (43) vorgesehen, das über seinen äußeren Umfang alternierend Führungsbereiche (44) und Strömungsbereiche (45) aufweist, wobei die durch die Führungsbereiche (44) festgelegt4e Öffnungsweite des Durchgangslochs (43) kleiner ist als die durch die Strömungsbereiche (45) festgelegte Öffnungsweite. DOLLAR A Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der WO 93/18299 ist bereits ein Brennstoffeinspritz­ ventil bekannt, das einen Ventilsitzkörper aufweist, auf dem ein Führungselement aufliegt, das eine zentrale Durchgangsöffnung besitzt, durch die sich axial eine Ventilnadel bewegen kann. Diese innere Durchgangsöffnung im Führungselement ist sehr exakt mit geringen Toleranzen gefertigt, da die axial bewegliche Ventilnadel in ihr geführt wird. Außerhalb dieser zentralen Durchgangsöffnung ist in dem Führungselement eine Vielzahl von Durchgangslöchern zum Strömungsdurchlaß eingebracht, die selbst kreisförmig ausgebildet und ansonsten gleichmäßig kreisringförmig im Führungselement angeordnet sind. Der Brennstoffströmungsweg liegt also außerhalb der zentralen Durchgangsöffnung.

An der stromaufwärtigen Stirnseite des Führungselements ist zusätzlich ein dünnes Filterelement als weiteres Bauteil ausgeformt. In einer mittleren kreisringförmigen Filterzone sind dabei unzählige kreisrunde Filteröffnungen vorgesehen. Das Filterelement überdeckt vollständig das Führungselement mit seinen Durchgangslöchern.

Ebenso ist es auch aus den Schriften DE 39 16 459 A1 und US 5,642,862 bereits bekannt, an Einspritzventilen eine Führungsscheibe nahe des Ventilsitzes vorzusehen, die eine zentrale Führungsöffnung und außerhalb dieser Führungsöffnung liegende Strömungsöffnungen besitzen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise eine Funktionsintegration erreicht ist, die durch eine vereinfachte Herstellbarkeit und eine reduzierte Anzahl an Herstellungsprozessen besonders kostengünstig erzielt wird. Erfindungsgemäß wird die Funktionsintegration dadurch erreicht, daß in einem als Führungsscheibe ausgeführten Bauteil zur axialen Führung einer Ventilnadel nur eine Öffnung vorgesehen ist, die sowohl als Führungsöffnung als auch als Strömungsöffnung dient.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

In vorteilhafter Weise wird das innere Durchgangsloch in der Führungsscheibe mittels Stanzen hergestellt. Dabei wird also in einem Verfahrensschritt eine Öffnung eingebracht, mit der sowohl die Führung der Ventilnadel übernommen wird als auch der Durchtritt des Brennstoffs realisiert wird. Weitere Öffnungen werden nicht in der Führungsscheibe benötigt, so daß auch keine weiteren Fertigungsprozesse notwendig sind.

Da die Führungsscheibe zum Ventilsitz eine feste Position einnimmt, ist eine gezielte Anströmung der Lochscheibe möglich, die über die Betriebsdauer nicht veränderlich ist. Im Gegensatz zu Ventilnadeln, die Strömungsabschliffe am Umfang aufweisen, treten bei Verwendung der neuen Führungsscheibe keine Strahlwinkeltoleranzen oder Durchflusstoleranzen auf, die nachteiligerweise bei den bekannten Ventilnadeln durch das mögliche Verdrehen und der veränderlichen relativen Lage zu den Abspritzöffnungen im Betrieb auftreten können.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein teilweise dargestelltes Brennstoffeinspritzventil mit einer erfindungsgemäßen Führungsscheibe und Fig. 2 eine Führungsscheibe in einer Draufsicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen teilweise dargestellt. Das Einspritzventil hat einen rohrförmigen Ventilsitzträger 1, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine axial bewegbare Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 6 einen z. B. zylinderförmigen Ventilschließkörper 7 aufweist.

Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils dient ein schematisch angedeuteter elektromagnetischer Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11 und einem Kern 12. Der Anker 11 ist mit dem dem Ventilschließkörper 7 abgewandten Ende der Ventilnadel 5 durch z. B. eine Schweißnaht mittels eines Lasers verbunden und auf den Kern 12 ausgerichtet.

Anstelle mittels eines elektromagnetischen Kreises kann das Einspritzventil auch piezoelektrisch oder magnetostriktiv betätigbar sein.

Ein Ventilsitzkörper 16 ist an dem stromabwärts liegenden, dem Kern 12 abgewandten Ende des Ventilsitzträgers 1 in der konzentrisch zur Ventillängsachse 2 verlaufenden Längsöffnung 3 durch Schweißen dicht montiert. An seiner dem Ventilschließkörper 7 abgewandten, unteren Stirnseite 17 ist der einen festen Ventilsitz 18 aufweisende Ventilsitzkörper 16 mit einer z. B. topfförmig ausgebildeten Lochscheibe 21 konzentrisch und fest verbunden.

Zur Führung der Ventilnadel 5 bzw. des Ventilschließkörpers 7 während der AxialbeWegung der Ventilnadel 5 entlang der Ventillängsachse 2 dient eine erfindungsgemäße, z. B. an einer oberen, der Lochscheibe 21 abgewandten Stirnseite 32 des Ventilsitzkörpers 16 befestigte Führungsscheibe 33. Der zylinderförmige, dem Ventilsitz 18 zugewandt eine Kontur eines Kugelabschnitts aufweisende Ventilschließkörper 7 wirkt mit dem sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitz 18 des Ventilsitzkörpers 16 zusammen.

Die Lochscheibe 21 besitzt wenigstens eine, beispielsweise vier durch Erodieren, Stanzen oder Ätzen ausgeformte Abspritzöffnungen 36. Ein Halterand der Lochscheibe 21 ist konisch nach außen gebogen, so daß dieser an die durch die Längsöffnung 3 bestimmten inneren Wandung des Ventilsitzträgers 1 anliegt, wobei eine radiale Pressung vorliegt. Die Lochscheibe 21 ist mit der Wandung des Ventilsitzträgers 1 beispielsweise durch Schweißen dicht verbunden.

Die Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 16 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 5. Dabei ist die eine Endstellung der Ventilnadel 5 bei nicht erregter Magnetspule 10 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 7 am Ventilsitz 18 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 5 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 11 am unteren Kernende ergibt.

Die Führungsscheibe 33 dient der radialen Führung der Ventilnadel 5 während ihrer axialen Bewegung in der Längsöffnung 3 zur Vermeidung von zu hohem Verschleiß am Ventilsitz 18 und von asymmetrischen Strömungsverhältnissen zwischen dem Ventilsitz 18 und den Abspritzöffnungen 36. Außerdem erfüllt die Führungsscheibe 33 auch eine Durchströmfunktion für den Brennstoff, damit dieser aus dem Ventilinnenraum stromaufwärts der Führungsscheibe 33 bis zum Ventilsitz 18 hin gelangen kann. Die Führungsscheibe 33 besitzt eine Dicke von ca. 80 µm bis 150 µm. Üblicherweise erfolgt die Herstellung der Führungsscheibe 33 mittels Stanzen, Ätzen oder Galvanoformung (LIGA-, MIGA-Technik).

Fig. 2 zeigt eine Führungsscheibe 33 als Einzelbauteil in einer Draufsicht. In der kreisförmigen Führungsscheibe 33 ist ein zentrales Durchgangsloch 43 vorgesehen, das von einer kreisrunden Form abweichend ausgeformt ist. Die Führungsscheibe 33 besitzt über den Umfang des Durchgangslochs 43 gesehen mehrere beabstandete Führungsbereiche 44, die einen geringfügig größeren Durchmesser vorgeben als den Außendurchmesser des Ventilschließkörpers 7 der Ventilnadel 5. Diese Maßunterschiede führen zu einem minimalen Spiel von ca. 10 µm.

Zwischen den die Öffnungsweite des Durchgangslochs 43 einengenden Führungsbereichen 44 sind umfangsmäßig verteilt Strömungsbereiche 45 vorgesehen, die die Öffnungsweite des Durchgangslochs 43 erweitern. Über den Umfang des Durchgangslochs 43 gesehen liegen also an seinem Begrenzungsrand alternierend Führungsbereiche 44 und Strömungsbereiche 45 vor. In vorteilhafter Weise sind drei bis sechs solcher Bereiche 44, 45 ausgeformt. In Fig. 2 ist eine Führungsscheibe 33 mit jeweils fünf Führungsbereichen 44 und Strömungsbereichen 45 dargestellt.

Die Befestigung der Führungsscheibe 33 erfolgt z. B. mit vier um 90° voneinander versetzt liegenden, mittels eines Lasers erzielbaren Schweißpunkten. Die Führungsscheibe 33 wird bei der Montage mit einem Stift, der einen geringfügig größeren Durchmesser hat als der Ventilschließkörper 7, zum Ventilsitz 18 zentriert. Im zentrierten Zustand wird die Führungsscheibe 33 gegen die Stirnseite 32 des Ventilsitzkörpers 16 gedrückt und nachfolgend z. B. mit einer Widerstandsschweißung oder mit einer Laserschweißung befestigt. Im eingebauten Zustand liegt die Führungsscheibe 33 mit ihrer oberen, dem Ventilsitzkörper 16 gegenüberliegenden Stirnfläche z. B. an einem optional einbaubaren hülsenförmigen Stützelement 48 an. Denkbar ist aber ebenso, die Führungsscheibe 33 mit ihrer oberen Stirnfläche in ihrem Außenbereich an einer Stufe oder an einem Absatz des Ventilsitzträgers 1, ähnlich wie aus der Schrift US 5,642,862 bekannt, zur Anlage zu bringen. Das Fixieren des Ventilsitzkörpers 16 im Ventilsitzträger 1 kann anstelle von Schweißnähten auch z. B. mittels Bördeln erfolgen.

Mögliche Verfahren zum Verbinden von Ventilsitzkörper 16 und Führungsscheibe 33 sind z. B. Laserschweißen, Widerstandsschweißen, Löten oder Klemmen. Das innere Durchgangsloch 43 in der Führungsscheibe 33 wird z. B. mittels Stanzen eingebracht.

Claims (8)

1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse, mit einer entlang der Ventillängsachse bewegbaren Ventilnadel, mit einem zur Ventilnadel gehörenden Ventilschließkörper, der mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkt, mit einer stromaufwärts des Ventilsitzes angeordneten Führungsscheibe, die ein zentrales Durchgangsloch aufweist, durch das die Ventilnadel axial bewegbar ist und mit dem eine Führung der Ventilnadel während ihrer Axialbewegung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchgangsloch (43) der Führungsscheibe (33) über seinen Umfang alternierend Führungsbereiche (44) und Strömungsbereiche (45) aufweist, wobei die durch die Führungsbereiche (44) festgelegte Öffnungsweite des Durchgangslochs (43) kleiner ist als die durch die Strömungsbereiche (45) festgelegte Öffnungsweite.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsscheibe (33) mittels Galvanoformung herstellbar ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsscheibe (33) aus einem Blech herstellbar ist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (18) in einem Ventilsitzkörper (16) ausgebildet ist, der eine obere Stirnseite (32) besitzt, an der die Führungsscheibe (33) befestigt ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Verbindung von Führungsscheibe (33) und Ventilsitzkörper (16) durch Schweißen, Löten oder Klemmen erzielt ist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang des Durchgangslochs (43) wenigstens jeweils drei sich abwechselnde Führungsbereiche (44) und Strömungsbereiche (45) ausgeformt sind.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchgangsloch (43) mittels Stanzen herstellbar ist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchgangsloch (43) die einzige Öffnung der gesamten Führungsscheibe (33) ist.