DE10046305A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine, umfaßt einen Ventilsitzkörper (5), in dem stromaufwärts einer Ventilsitzfläche (6) Ausnehmungen (36) eingebracht sind, und eine Führungsscheibe (35), die zusammen mit den Ausnehmungen (36) des Ventilsitzkörpers (5) zu geschlossenen Drallkanälen (36a) zusammenwirkt. Die Drallkanäle (36a) münden mit einer Tangentialkomponente in eine Drallkammer (37), wo der bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil (1) einströmende Brennstoff eine Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung erhält.

Description

Stand der Technik

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

Brennstoffeinspritzventile, welche eine drallerzeugende Baugruppe besitzen sind aus der DE 197 36 682 A1 bekannt. Sie besitzen eine flache Drallscheibe, in die Ausnehmungen eingebracht sind. In diesen Ausnehmungen, die durch eine Führungsscheibe und durch den Ventilsitzkörper zu Drallkanäle geschlossen sind, strömt der Brennstoff zu einer zentralen Öffnung hin, wobei er durch eine Tangentialkomponente der Ausnehmungen eine Umfangsgeschwindigkeit erhält. Um das Einströmen des Brennstoffs in die Drallscheibe zu ermöglichen, weist die Führungsscheibe am Außendurchmesser eine umlaufende Phase auf.

Aus der DE 196 25 059 A1 ist ein weiteres Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die Drallerzeugung ebenfalls stromaufwärts des Dichtsitzes erfolgt. Die Brennstoffkanäle, über die auch die Zumessung des Brennstoffs erfolgt, sind dabei in den Ventilsitzkörper, der gleichzeitig zur Führung der Ventilnadel dient, mittels Bohren so eingebracht, daß der Brennstoff radial in Richtung der Abspritzöffnung zugeführt wird, wobei die Brennstoffkanäle eine Tangentialkomponente sowie eine Axialkomponente besitzen.

Weiterhin ist aus der DE 36 43 523 A1 ein Einspritzventil bekannt, das oberhalb des Dichtsitzes einen Einlegekörper besitzt. Zur Drallerzeugung dienen in den Einlegekörper eingebrachte Bohrungen. Nach Austritt aus den Drallkanälen strömt der Brennstoff in eine aus dem Einlegeteil und der Dichtfläche gebildete Drallkammer. Bei geöffnetem Ventil stellt sich aufgrund der Drosselung der Strömung in den Drallkanälen ein Druckabfall an dem Einlegeteil ein, der zur Ausbildung einer dichtenden Flächenpressung ausgenutzt wird.

Die Erzeugung eines Dralls erfolgt bei den genannten Brennstoffeinspritzventilen entweder durch eingebrachte Bohrungen, wobei eine Änderung des Strömungsquerschnittes entlang des Strömungsweges nicht möglich ist, oder durch die Verwendung eines zusätzlichen Bauteils in Form einer Drallscheibe. Die Verwendung mehrerer, mit Fertigungstoleranzen behafteter Bauteile ist dabei besonders problematisch, da sie zu unterschiedlichen Resultaten bei der Zumessung des Brennstoffs sowie der Ausbildung eines Sprühkegels führt. Fertigungstechnisch ist die Verwendung vieler Bauteile nachteilig.

Ein weiterer Nachteil bei der Drallscheibe aus der DE 197 36 682 A1 sind die beim Stanzen der Scheibe entstehenden Grate, durch die eine kostenintensive Nachbearbeitung zum Entfernen der Grate erforderlich ist. Ferner führt die mehrteilige Ausführung der drallerzeugenden Baugruppe zu einer erhöhten Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Montage des Brennstoffeinspritzventils, die aus mehreren Einzelschritten bestehen muß.

Weiterhin nachteilig bei dem in der DE 36 43 523 A1 ausgeführten Brennstoffeinspritzventil ist, daß eine dichtende Flächenpressung zwischen dem Einlegekörper und der Ventilsitzfläche nur im geöffneten Zustand des Brennstoffeinspritzventils existiert, da die Ausbildung einer Strömung zum Erzeugen einer entsprechenden Kraft ursächlich ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 haben demgegenüber den Vorteil, daß die Bearbeitung der Ausnehmungen durch die Bearbeitung einer Oberfläche erfolgt. Durch Verschweißen eines Deckels werden die Ausnehmungen zu Drallkanälen verschlossen. Eine Änderung der Drallkanalgeometrie ist so auf einfache Weise möglich, ebenso die Änderung des Querschnitts innerhalb eines Kanals. Eine Berücksichtigung der verschiedenartigen Kundenanforderungen bezüglich der zugemessenen Brennstoffeinspritzmenge und Strahlgeometrie ist dadurch leicht möglich. Trotz der einfachen Fertigung einer großen Anzahl verschiedener Varianten, bleibt der Einsatz der verwendeten Gleichteile konstant.

Ferner ist nach dem Bearbeiten des Bauteils eine Kontrolle der Lage und Kontur der Ausnehmungen möglich, bevor durch Aufsetzen des Deckels geschlossene Drallkanäle erzeugt werden. Dadurch ergibt sich eine einfache Möglichkeit, außerhalb des eigentlichen Montageprozesses des Brennstoffeinspritzventils, fehlerhafte Teile zu erkennen. Die Anzahl an Ausschuß-Brennstoffeinspritzventilen wird so verringert.

Desweiteren entsteht durch das Verschweißen der Führungsscheibe mit dem Ventilsitzkötper eine kompakte Baugruppe, die im weiteren Herstellprozeß als ein Teil behandelt werden kann. Dadurch ist es möglich, die Führungsscheibe lagerichtig gemeinsam mit dem Ventilsitzkörper zu verschleifen. Lagetoleranzen zwischen Ventilsitzfläche und der zentralen Ausnehmung der Führungsscheibe können so verhindert werden. Durch die Behandlung der Baugruppe als ein Teil wird ferner die Anzahl an Fehlerquellen bei den weiteren Montageschritten des Brennstoffeinspritzventils verringert.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils und des im Anspruch 10 angegebenen Verfahrens möglich.

Durch die gratfreie Bearbeitung der Ausnehmungen entsteht kein Nachbearbeitungsbedarf, wie er beispielsweise beim Bohren von Brennstoffkanälen erforderlich ist. Durch den Entfall eines Bearbeitungsschrittes werden die Kosten gesenkt.

Durch die Verwendung von Bearbeitungsverfahren, bei denen am Ventilsitzkörper kein Wärmeverzug entsteht, ist die Qualität der eingebrachten Ausnehmungen gleichbleibend hoch und eine definierte Oberflächenkontur zur Ausbildung einer Dichtfläche gegenüber der Führungsscheibe gewährleistet. Weiterhin von Vorteil ist, daß die Führungsscheibe nicht radial durch den Düsenkörper geführt werden muß. Das Einbringen von Brennstoffkanälen in die Führungsscheibe zur Zuführung von Brennstoff zu den Drallkanälen kann so entfallen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil;

Fig. 2 einen schematischen Schnitt im Ausschnitt II der Fig. 1 durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Ventilsitzkörper eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils mit eingebrachten Ausnehmungen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bevor anhand der Fig. 2 und 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 bzw. eines Ventilsitzkörpers 5 näher beschrieben wird, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 in einer Gesamtdarstellung bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.

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 elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den 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.

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.

Ein zweiter Flansch 31, welcher mit der Ventilnadel 3 ebenfalls über eine Schweißnaht 33 verbunden ist, dient als unterer Ankeranschlag. Ein elastischer Zwischenring 32, welcher auf dem zweiten Flansch 31 aufliegt, vermeidet Prellen beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1.

In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und in dem Ventilsitzkörper 5 verlaufen Brennstoffkanäle 30a, 30b bzw. Ausnehmungen 36 die den Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, zur Abspritzöffnung 7 in dem Ventilsitzkörper 5 leiten. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht dargestellte Verteilerleitung abgedichtet.

Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 über den ersten Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt 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 und der über die Brennstoffkanäle 30a, 30b bzw. Ausnehmungen 36 zur Abspritzöffnung 7 gelangende Brennstoff wird abgespritzt.

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.

Die Erzeugung eines Dralls des Brennstoffs erfolgt bei dem erfindungsgemäß ausgeführten Brennstoffeinspritzventil 1 durch eine Zuführung des Brennstoffs in eine Drallkammer 37, in welche die der Brennstofführung dienenden Ausnehmungen 36 mit einer Tangentialkomponente einmünden. Zur reproduzierbaren Zumessung einer definierten Brennstoffmenge ist, wie in Fig. 2 dargestellt, an der Oberseite des Ventilsitzkörpers 5 eine Führungsscheibe 35 fixiert, durch die die Ausnehmungen 36 in dem Ventilsitzkörper 5 zu geschlossenen Drallkanälen 36a mit definiertem Querschnitt ergänzt werden.

Die Führungsscheibe 35 ist scheibenförmig und besitzt eine Ausnehmung 38, in welcher der Ventilschließkörper 4 geführt ist. Die Ausnehmung 38 der Führungsscheibe 35 ist gegenüber dem Durchmesser des vorzugsweise kugelförmigen Ventilschließkörpers 4 so toleriert, daß die Ausbildung eines Nebenstromweges zwischen Ventilschließkörper 4 und Führungsscheibe 35 verhindert wird. Die radiale Ausdehnung der Führungsscheibe 35 ist kleiner als der Innendurchmesser des Düsenkörpers 2. Der über die Brennstoffkanäle 30a, 30b zugeführte Brennstoff strömt durch einen zwischen der Führungsscheibe 35 und dem Düsenkörper 2 ausgebildeten Spalt 41 in die Ausnehmungen 36 ein. Die stromabwärts gerichtete Unterseite 39 der Führungsscheibe 35 besitzt eine mit der stromaufwärts gerichteten Oberfläche 40 des Ventilsitzkörpers korrespondierende Form, so daß die Ausbildung eines zwischen Führungsscheibe 35 und Ventilsitzkörper 5 befindlichen Spaltes verhindert wird.

In der stromaufwärts gerichteten Oberfläche 40 des Ventilsitzkörpers 5 sind die Ausnehmungen 36 eingebracht, die sich sowohl hinsichtlich ihrer Lage bezüglich der Mittelachse 42 des Brennstoffeinspritzventils 1 als auch ihrer Breite und Tiefe unterscheiden können. Die Ausnehmungen 36, die vorzugsweise gerade oder gekrümmt ausgeführt sind, münden in Strömungsrichtung in eine zentral in dem Ventilsitzkörper 5 befindliche Drallkammer 37, die in die Ventilsitzfläche 6 übergeht. Die radiale Ausdehnung der Ausnehmungen 36 ist größer, als die radiale Ausdehnung der Führungsscheibe 35. Die Ausnehmungen 36 können auch, wie in Fig. 3 dargestellt, radial aus dem Ventilsitzkörper 5 herausgeführt sein und an einer Abschrägung 44 des Ventilsitzkörpers 5 ausmünden. Stromabwärts der Ventilsitzfläche 6 befindet sich mindestens eine Abspritzbohrung 7. Die Ausdehnung der Ausnehmungen 36 in radialer Richtung nach außen überragt dabei den äußeren Rand 43 der Führungsscheibe 35, um dass Einströmen des Brennstoffs in die Drallkanäle 36a zu erleichtern.

Stromaufwärts der Ventilsitzfläche 6 befindet sich die ringförmige Drallkammer 37, welche durch den Ventilschließkörper 4, den Ventilsitzkörper 5 und die Führungsscheibe 35 gebildet wird. Dabei führt das bei geschlossenem Brennstoffeinspritzventil 1 geringe Volumen der Drallkammer 37 dazu, daß zu Beginn des Einspritzvorganges lediglich das kleine mit Brennstoff gefüllte Volumen ohne Ausbildung eines Dralls abgespritzt wird.

Die Einbringung der Ausnehmungen 36 kann entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, nachdem der Ventilsitzkörper 5 gehärtet ist erfolgen und kann beispielsweise durch elektrochemische Metallbearbeitung oder Erodieren erfolgen. Zur Ausbildung der geschlossenen Drallkanäle 36a wird im Anschluß die Führungsscheibe 35, z. B. durch Schweißen, auf dem Ventilsitzkörper 5 befestigt. Die so aus Ventilsitzkörper 5 und Führungsscheibe 35 bestehende Baugruppe kann gemeinsam weiter bearbeitet werden. Ein gemeinsames Verschleifen von Ausnehmung 38 der Führungsscheibe 35 und Ventilsitzfläche 6 verhindert so einen Versatz der Mittelachsen des Ventilsitzkörpers 5 und der Führungsscheibe 35, wodurch der Verschleiß des Brennstoffeinspritzventils 1 verringert wird.

Bezugszeichenliste

1

Brennstoffeinspritzventil

2

Düsenkörper

3

Ventilnadel

4

Ventilschließkörper

5

Ventilsitzkörper

6

Ventilsitzfläche

7

Abspritzöffnung

8

Dichtung

9

Außenpol

10

Magnetspule

11

Spulengehäuse

12

Spulenträger

13

Innenpol

14

Ventilnadelführung

15

Einstellscheibe

16

zentrale Brennstoffzufuhr

17

Steckkontakt

18

Kunststoffummantelung

19

elektrische Leitung

20

Anker

21

Flansch

22

Schweißnaht

23

Rückstellfeder

24

Hülse

25

Filterelement

26

Spalt

27

Arbeitsspalt

28

Dichtung

29

Verbindungsbauteil

30

a,

30

b Brennstoffkanal

31

zweiter Flansch

32

elastischer Zwischenring

33

Schweißnaht

34

zulaufseitige Ankerstirnseite

35

Führungsscheibe

36

Ausnehmung

36

a Drallkanal

37

Drallkammer

38

Ausnehmung

39

Unterseite der Führungsscheibe

40

Oberfläche des Ventilsitzkörpers

41

Spalt

42

Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils

43

äußerer Rand der Führungsscheibe

35

44

Abschrägung

Claims (14)

1. Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit
einem Ventilsitzkörper (5), der eine Ventilsitzfläche (6) aufweist, die mit, einem Ventilschließkörper (4) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt,
einer Führungsscheibe (35), mit einer zentralen Ausnehmung (38), in der der Ventilschließkörper (4) geführt ist, und
mindestens einem Drallkanal (36a) stromaufwärts der Ventilsitzfläche (6) zur Erzeugung eines Dralls eines von dem Brennstoffeinspritzventil (1) abgespritzten Brennstoffstrahls,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ventilsitzkörper (5) auf einer stromaufwärts der Ventilsitzfläche (6) befindlichen Oberfläche (40) ein oder mehrere Ausnehmungen (36) aufweist, die durch die Führungsscheibe (35) zu einem oder mehreren Drallkanälen (36a) verschlossen sind.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (36a) in eine oberhalb der Ventilsitzfläche (6) angeordnete Drallkammer (37) münden.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (36a) an ihrer Mündung in die Drallkammer (37) eine Tangentialkomponente aufweisen.

4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (36) gerade oder gekrümmt sein können.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (36) gekrümmt verlaufen.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (36) unterschiedliche Breiten und Tiefen aufweisen.

17. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Führungsscheibe (35) kleiner als der Innendurchmesser eines Düsenkörpers (2) ist, in welchen die Führungsscheibe (35) eingesetzt ist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Ausnehmungen (36) in radialer Richtung nach außen größer als der äußere Rand (43) der Führungsscheibe (35) ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, die Ausnehmungen (36) in radialer Richtung außen an einer Abschrägung (44) des Ventilsitzkörpers (5) ausmünden.

10. Verfahren zum Einbringen von Drallkanälen (36a) in einen Ventilsitzkörper (5) eines Brennstoffeinspritzventils (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen zur Erzeugung eines Dralls eines von dem Brennstoffeinspritzventil (1) abgespritzten Brennstoffstrahls, wobei der Ventilsitzkörper (5) eine Ventilsitzfläche (6) aufweist, die mit einem Ventilschließkörper (4) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und das Brennstoffeinspritzventil (1) eine Führungsscheibe (35) mit einer zentralen Ausnehmung (38) aufweist, in der der Ventilschließkörper (5) geführt ist
mit folgenden Verfahrensschritten:

• - Einbringen einer vorbestimmten Anzahl von Ausnehmungen (36) in eine stromaufwärts gerichtete Oberfläche (40) des Ventilsitzkörpers (5),
• - Anordnen der Führungsscheibe (35) als Deckel auf dem Ventilsitzkörper (5) und
• - Verbinden der Führungsscheibe (35) mit dem Ventilsitzkörper (5).

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzkörper (5) vor dem Einbringen der Ausnehmungen (36) gehärtet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (36) mit elektrochemischer Metallbearbeitung berührungslos in den Ventilsitzkörper (5) 1 eingebracht werden.

13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (36) in den Ventilsitzkörper (5) i erodiert werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verbinden die Führungsscheibe (35) zusammen mit dem Ventilsitzkörper (5) bearbeitet wird.