DE19513053A1 - Kraftstoffeinspritzdüse mit integriertem Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für einen Ottomotor, insbesondere für einen Zweitaktmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kraftstoffeinspritzdüsen werden zum Einbringen von Kraft­ stoff in das Ansaugrohr oder in den Brennraum einer Brenn­ kraftmaschine angeordnet. Bei Ottomotoren, insbesondere Zweitaktmotoren, liegt der Einspritzdruck im Bereich von 15 bis 30 bar. Dieser Bereich wird als Niederdruckein­ spritzung bezeichnet.

Bei einer in einem Zweitaktmotor eines handgeführten Ar­ beitsgerätes wie einer Motorkettensäge verwendeten Nieder­ druck-Kraftstoffeinspritzdüse ist ein kolbenförmig ausge­ bildetes Ventilglied vorgesehen, dessen Ventilteller von der Kraft einer Feder dichtend auf einem Ventilsitz gehal­ ten ist. Dieser Ventilsitz bildet gleichzeitig die Düsen­ öffnung, so daß sich der Einspritzstrahl beim Durchtritt durch das Ventil ausbildet. Der Ventilstößel, der Feder­ teller und die Schraubenfeder haben eine nicht unerhebliche Masse, was unter Berücksichtigung der erforderlichen schnellen Ventilbewegungen nachteilig ist. Insbesondere bei hohen Drehzahlen ist das Öffnungsverhalten des Ventils be­ einträchtigt, wobei auch die Strahlausbildung negativ be­ einflußt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraft­ stoffeinspritzdüse der gattungsgemäßen Art derart weiterzu­ bilden, daß auch bei hohen Drehzahlen eine zufriedenstel­ lende Ventilfunktion gewährleistet und eine Beeinträchti­ gung der Strahlausbildung vermieden ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die das Ventilglied bildende Ventilscheibe weist nur eine geringe Masse auf. Auch in hohen Drehzahlbereichen von 15 000 Umdrehungen und mehr ist ein verzögerungsarmes, störungsfreies Öffnen und Schließen des Ventils gewährlei­ stet. Da die Kraftstoffzuführung, die Druckkammer und das Ventil wie auch die Düsenöffnung selbst auf nur einer Seite der Ventilscheibe angeordnet sind, ist diese nicht vom Kraftstoff durchflossen. Dadurch ergibt sich ein minimaler Dichtungsaufwand; die Ventilscheibe trennt die "nasse" kraftstoffbeaufschlagte Seite von der "trockenen" Seite des Ventils. Da die Ventilscheibe an ihrem äußeren Rand im wesentlichen gehäusefest gehalten ist, sind lediglich statische Dichtungsmaßnahmen notwendig, um die nasse Seite von der trockenen Seite zu trennen. Dies gewährleistet einen einfachen Ventilaufbau.

Bevorzugt besteht die Scheibe aus Metall, insbesondere einer Metallfolie, wodurch eine hohe Standzeit erzielt ist, da ausschließlich elastische Verformungen auftreten. Zweck­ mäßig ist die Ventilscheibe tellerartig gewölbt und über­ greift den Ventilsitz und die Druckkammer.

Um anzuordnende Dichtungselemente zu vermeiden, kann die Ventilscheibe zumindest auf der dem Ventil zugewandten Seite mit einem Elastomer beschichtet werden; beispiels­ weise ist Gummi aufvulkanisiert.

Um den Öffnungsdruck der erfindungsgemäßen Kraftstoffein­ spritzdüse auch in einer Großserie bei ansonsten einfach gestalteten, insbesondere gestanzten Ventilscheiben genau einhalten zu können, kann in Weiterbildung der Erfindung die Scheibe auf ihrer dem Ventil abgewandten Seite mit einer vorzugsweise einstellbaren Feder kraftbe­ aufschlagt sein. Über eine derartige einstellbare Feder ist auch der Öffnungsdruck über die Lebenszeit einer Kraft­ stoffeinspritzdüse justierbar, wozu die Kraftstoffein­ spritzdüse nicht demontiert werden muß.

Zweckmäßig ist die Steifigkeit der Ventilmembran durch eine umlaufende Sicke eliminiert, so daß das Öffnungs- und Schließverhalten des Einspritzventils nahezu ausschließlich durch die angeordnete Feder bestimmt ist. Die bei einer Schraubenfeder mögliche niedrige und zudem lineare Feder­ steifigkeit gewährleistet eine verringerte Toleranz­ empfindlichkeit.

Zwischen der Feder und der membranartigen Ventilscheibe ist eine Druckplatte angeordnet, um die Federkraft in eine an der Dichtfläche des Ventilsitzes wirkende Flächenlast umzu­ wandeln. Dies gewährleistet eine zuverlässige Dichtfunk­ tion.

Um eine Überbelastung der membranartigen Ventilscheibe zu vermeiden ist vorgesehen, der Druckplatte als Hubbegrenzung einen Anschlag zuzuordnen.

Die Kraftstoffeinspritzdüse ist bevorzugt als Dralldüse ausgebildet. Hierzu kann radial innerhalb des Ventilsitzes eine dem Verbindungskanal zur Düsenöffnung umgebende Ring­ fläche vorgesehen sein, in deren Oberfläche etwa sekantal verlaufende Drallkanäle ausgebildet sind. Diese sind über den Umfang der Ringfläche vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnet und dem gewünschten Drall entsprechend ausgebil­ det.

Bevorzugt ist der Ventilsitz in einem in das Gehäuse einge­ setzten Ventileinsatz ausgebildet. So kann der Ventilein­ satz getrennt vom Gehäuse hochgenau bearbeitet werden, wobei die Materialauswahl den Anforderungen des Ventil­ sitzes entsprechend vorgenommen wird. Zweckmäßig ist die Düsenöffnung in den Ventileinsatz integriert; es kann aber auch ein Düseneinsatz vorteilhaft sein. In beiden Fällen können für die Fertigung der Düsenöffnung Vorteile erzielt werden, da dem Fertigungsverfahren entsprechend geeignetes Material ausgewählt werden kann, wodurch extrem kleine Düsenöffnungen in Serie gefertigt werden können.

Die Düsenöffnung der Kraftstoffeinspritzdüse ist in Strömungsrichtung mit Abstand zum Ventil vorgesehen. Diese deutliche Trennung von Ventilsitz und Düsenöffnung gewähr­ leistet über eine lange Betriebszeit eine gleichmäßige Strahlausbildung. Am Ventilsitz auftretender Verschleiß wirkt sich nicht auf die Strahlausbildung selbst aus, so daß Ventile mit über 1000 Betriebsstunden im wesentlichen die gleiche Strahlausbildung zeigen wie ein Neuventil.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der nachfolgend im einzelnen beschriebene Ausführungsbei­ spiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungs­ gemäße Kraftststoffeinspritzdüse,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine Kraft­ stoffeinspritzdüse gemäß Fig. 1 mit zusätzlich fe­ derbeaufschlagtem Ventilglied,

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch ein Ventil in einer Kraftstoffeinspritzdüse,

Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch ein Ventil in einer Kraftstoffeinspritzdüse anderer Ausführung,

Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch ein weiteres Aus­ führungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzdüse mit einem Ventileinsatz,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Ventilseite des Ventilein­ satzes,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6,

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 6,

Fig. 9 einen schematischen Schnitt durch ein Aus­ führungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzdüse mit einem Ventileinsatz,

Fig. 10 in schematischer Darstellung eine Teilansicht durch das ventilseitige Ende einer Kraftstoffeinspritz­ düse.

Die in den Figuren dargestellten Kraftstoffeinspritzdüsen 1 sind insbesondere an einem Zweitaktmotor in einem handge­ führten Arbeitsgerät wie einer Motorkettensäge oder dgl. vorgesehen. Die Kraftstoffeinspritzdüse 1 arbeitet im Niederdruckbereich und weist ein im wesentlichen zylindri­ sches Gehäuse 2 auf, welches einen radial angeordneten Druckanschluß 3 für die Zuführung des einzuspritzenden Kraftstoffes aufweist. Andere räumliche Anordnungen des Druckanschlusses 3 können zweckmäßig sein.

Die Kraftstoffeinspritzdüse der Fig. 1, 2 und 5 weist einen im wesentlichen zylindrischen Grundkörper als Gehäuse 2 auf, in das von einer axialen Stirnseite 4 ein zylindrischer Aufnahmebecher 5 eingebracht ist. Im Bereich des Bodens 6 des Aufnahmebechers 5 ist ein selbstöffnendes Ventil 7 ausgebildet. Das Ventil 7 trennt eine Druckkammer 8 von einer Düsenöffnung 9, die in Strömungsrichtung 10 im Abstand a dem Ventil 7 nachgeschaltet ist. Im Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist das Ventil 7 im Gehäuse 2 selbst ausgebildet; im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 bis 11 ist ein Ventileinsatz 70 angeordnet.

Im Gehäuse 2 der Kraftstoffeinspritzdüse 1 gemäß den Fig. 1 bis 4 ist die Druckkammer 8 durch eine Ansenkung 11 im Becherboden 6 ausgebildet, wobei die Ansenkung 11 im wesentlichen als umlaufende Nut ausgebildet sein kann. Im Zentrum der Ansenkung 11 ist ein vorzugsweise zylindrischer Ventiltopf 12 eingearbeitet, der über einen zentralen Verbindungskanal 13 mit der Düsenöffnung 9 verbunden ist. Der Verbindungskanal 13 überbrückt den Abstand a zwischen dem Ventil 7 und der Düsenöffnung 9, wobei der Abstand a vorzugsweise etwa dem einfachen bis doppelten Durchmesser D_i der Düsenöffnung 9 entspricht (Fig. 4). Im Aus­ führungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist der Abstand a wesentlich größer als der Durchmesser D_i der Düsenöffnung 9 ausgebildet. Die Düsenöffnung 9 hat bevorzugt einen Durch­ messer D_i von 0,1 bis 0,4 mm, insbesondere 0,2 bis 0,3 mm.

Die Düsenöffnung 9 mündet zweckmäßig in einen Austrittske­ gel 14, der auf der axialen Stirnseite 15 eines Ein­ schraubabschnittes 16 des Gehäuses 2 ausmündet. Der Aus­ trittskegel 14 liegt bevorzugt rotationssymmetrisch zur Längsachse 17 des Gehäuses 2, die gleichzeitig die Mittelachse der Düsenöffnung 9 des Verbindungskanals 13 und des Ventiltopfes 12 ist. Der Kegelwinkel α des Austrittskegels 14 liegt bevorzugt im Bereich zwischen 30 und 50°.

Im Boden 18 der Ansenkung 11 ist eine Ringnut 19 zur Auf­ nahme eines Dichtrings 20 ausgebildet, der im gezeigten Ausführungsbeispiel als O-Ring vorgesehen ist. In den Ven­ tiltopf 12 ist ein weiterer Dichtring 21 eingelegt, der an der Innenwand des Ventiltopfes 12 anliegen kann und eben­ falls insbesondere als O-Ring vorgesehen ist. Auch andere Dichtelemente aus einem verschleißarmen Kunststoff (z. B. Polyimid) können zweckmäßig sein.

Die Ansenkung 11 und der Ventiltopf 12 sind von einer Scheibe 22 übergriffen, die tellerartig gewölbt ist und vorzugsweise mit ihrer vom Kraftstoff angeströmten, konkaven Seite 23 dem Ventiltopf 12 und der Ansenkung 11 zugewandt liegt. Grundsätzlich ist auch eine Anordnung der Scheibe 22 möglich, bei der die konvexe Seite dem Ventil 7 zugewandt liegt.

Die insbesondere kreisrunde Scheibe 22 bildet das Ventil­ glied 24 des Ventils 7. Das Ventilglied 24 liegt auf dem inneren Dichtring 21 auf, der somit einen Ventilsitz 25 bildet. Der äußere Rand 26 der Ventilscheibe 22 liegt auf einer Schulter 27 der Ansenkung 11 auf, die zwischen der Ringnut 19 zur Aufnahme des O-Rings 20 und der Innenwand 28 der Ansenkung 11 ausgebildet ist. Bevorzugt liegt die Ventilscheibe 22 mit ihrem äußeren Rand 26 kraftschlüssig an der Innenwand 28 der Ansenkung 11 an und wird durch eine Ventilmutter 29 axial auf die Ringschulter 27 der Ansenkung 11 angedrückt. Die Ventilmutter 29 ist in ein Innengewinde 30 des Aufnahmebehälters 5 eingeschraubt und weist eine zentrale Durchgangsöffnung 31 auf, die bevorzugt zur Aufnahme eines Werkzeugs ausgebildet ist. Die Durchgangs­ öffnung 31 stellt sicher, daß auf der dem Ventil 7 abge­ wandten Seite der Ventilscheibe 22 Atmosphärendruck anliegt.

Die Auflage des Umfangsrandes 26 der Ventilscheibe 22 auf der Ringschulter 27 ist durch den O-Ring 20 abgedichtet, der zwischen der Ventilscheibe 22 und dem Boden 18 der Ringnut 19 eingespannt liegt. Er bildet eine im wesentli­ chen statische Dichtung. Die Ventilscheibe 22 ist Ventilglied und gleichzeitig Dichtelement zwischen der "trockenen" und der "nassen" Seite der Einspritzdüse.

Wird über den Druckanschluß 3, in dem vorteilhaft ein Fil­ ter 32 angeordnet ist, unter Druck stehender Kraftstoff zu­ geführt, so strömt dieser über den Kraftstoffkanal 33 in die Druckkammer 8 ein und steht als hydraulischer Druck auf einer Ringfläche 34 der die Druckkammer 8 begrenzenden Ven­ tilscheibe 22 an. Bei Überschreiten eines Grenzdruckes wird aufgrund der auftretenden Flächenlast die Ventilscheibe 22 elastisch verformt und hebt axial von dem den Ventilsitz 25 bildenden O-Ring 21 ab, der seinerseits eine Verformung er­ fährt. Der unter Druck stehende Kraftstoff tritt aus der Druckkammer 8 in den Ventiltopf 12 über und strömt über den Verbindungskanal 13 zur Düsenöffnung 9. An der Düsenöffnung tritt der Kraftstoff fein zerstäubt aus, wobei zusätzlich eine Zerstäubungsvorrichtung vorgesehen sein kann. Bei einem Druckabfall unter den Öffnungsdruck schließt das Ventil 7 selbsttätig, zweckmäßig aufgrund der Federkraft der Ventilscheibe 22 selbst.

Es kann vorteilhaft sein, nicht nur eine Düsenöffnung 9 sondern mehrere Düsenöffnungen vorzusehen, so daß eine Mehrlochdüse vorliegt.

Der Öffnungsdruck des Ventils 7 liegt bei ca. 18 bar; der Druck während des Einspritzvorgangs liegt höher. Aufgrund der gedrängten Bauweise mit nur geringen bewegten Massen sind ohne weiteres Einspritzfrequenzen von 250 Hertz möglich, d. h., 15 000 Einspritzvorgänge/min. Der erfin­ dungsgemäße Aufbau gewährleistet eine feine Zerstäubung auf eine Teilchengröße von weniger als 50 µm; Schnurstrahlen oder Tropfenbildung tritt nicht auf.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Schließkraft ausschließlich von der elastisch ausgebildeten Ventil­ scheibe 22 selbst zur Verfügung gestellt. Sobald in der Druckkammer 8 ein durch die Materialauswahl und die Gestalt der Ventilscheibe 22 konstruktiv bestimmbarer Öffnungsdruck erreicht ist, verformt sich die Ventilscheibe 22 elastisch und hebt axial von dem Ventilsitz 25 ab. Sowohl der Hub als auch die bewegten Massen sind gering. Es sind nur statische Dichtungen vorgesehen, so daß Leckagen weitgehend ausge­ schlossen werden können. Alle Dichtungen sind auf nur einer Seite 23 der Ventilscheibe 22, nämlich der kraftstoffangeströmten Seite vorgesehen. Bevorzugt besteht die Ventilscheibe aus Metall, insbesondere einer Metall­ folie bzw. Metallmembran. Die Ausbildung als Tellerfeder ist zweckmäßig.

Um auch in Großserie eine hochpräzise Einhaltung des Öffnungsdruckes des Ventils 7 zu gewährleisten, kann in Weiterbildung der Erfindung zur Unterstützung der Feder­ kraft der Ventilscheibe oder anstelle dieser Federkraft eine Schraubenfeder 40 vorgesehen sein, die - die Durch­ gangsöffnung 31 der Ventilmutter 29 durchragend - auf der der kraftstoffangeströmten Seite 23 abgewandten Seite der Ventilscheibe 22 aufliegt. Der Durchmesser S der Schrauben­ feder 40 ist dabei so gewählt, daß das Ventil 7 - axial gesehen - etwa im inneren der Schraubenfeder 40 liegt.

In das andere axiale Ende der Schraubenfeder 40 ragt zweck­ mäßig ein Haltezapfen 41 ein, der Teil einer ein Widerlager bildenden Spannmutter 42 ist. Die Spannmutter ist bevorzugt wie die Ventilmutter 29 in den Aufnahmebecher 5 einge­ schraubt. Sie weist axial durchgehende Ausgleichsbohrungen 43 auf, die die axialen Stirnseiten der Spannmutter 42 miteinander verbinden und den Zutritt der Atmosphäre zur Durchgangsöffnung 31 in der Ventilmutter 29 sicherstellen. Die außenliegende Schraubenfeder 40 ermöglicht den Einsatz sehr dünner Ventilscheiben 22, z. B. aus Metallfolie. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, über die Lebenszeit einer Kraftstoffeinspritzdüse den Öffnungsdruck durch Drehen der Spannmutter justieren zu können, so daß ein gewünschter Öffnungsdruck präzise eingehalten werden kann. Dieses Nachjustieren ist ohne Ausbau der Kraftstoffeinspritzdüse direkt am Motor möglich.

Anstelle der Dichtringe 20 und 21 kann die Ventilscheibe 22 auf seiner dem Ventil 7 und der Druckkammer 8 zugewandten Seite 23 mit einem Elastomer 50 beschichtet sein. Bevorzugt ist das Elastomer 50 ein Gummi, welches auf das Metall, die Metallfolie bzw. die Metallmembran der Ventilscheibe 22 aufvulkanisiert ist. Der ringförmige Rand 51 des Ventiltopfes 12 ist dabei als Ventilsitz 25′ ausgebildet, auf dem in Schließstellung des Ventils 7 die elastomere Schicht 50 der Ventilscheibe 22 dichtend zur Anlage kommt. Der äußere, umlaufende Rand 26 der Ventilscheibe 22 liegt mit der elastomeren Schicht 50 dichtend auf der Ringschulter 27 auf, wobei der äußere Rand 52 der Innenwand 28 der Ansenkung 11 verstemmt ist, wodurch die Ventilscheibe 22 axial im wesentlichen gehäusefest gehalten und flüssigkeitsdicht eingespannt ist.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Ventilscheibe 22 durch Verstemmen des äußeren Randes 52 der Ansenkung 11 axial dichtend fixiert. Die Abdichtung erfolgt - wie in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 - mittels Dichtringen 20, 21, die bevorzugt als O-Ringe vorgesehen sind.

Der Ventiltopf 12 ist über einen kurzen Verbindungskanal 13 mit der Düsenöffnung 9 verbunden, der in einem Düseneinsatz 60 vorgesehen ist. Der Düseneinsatz 60 ist in eine Gewinde­ bohrung 61 des Gehäuses 2 eingeschraubt. Dies hat den Vor­ teil, daß das Material des Gehäuses 2 der Einspritzdüse von dem Material des Düseneinsatzes 60 abweichen kann. So kann für die Fertigung der Düsenöffnung 9 hierfür zweckmäßiges Material verwendet werden. Insbesondere bei sehr kleinen Düsenöffnungen hat die Materialauswahl Bedeutung. Die Düsenöffnung 9 kann vorteilhaft auf fotochemischem Wege eingebracht werden und/oder als Dralldüse ausgebildet sein. Im Ausführungsbeispiel ist der Düseneinsatz 60 einteilig; ein mehrteiliger Aufbau, insbesondere zur Gestaltung der Düsenöffnung, ist möglich.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist im Boden 6 des Auf­ nahmebechers 5 eine zur Längsmittelachse 17 rotationssymme­ trische Ansenkung 11 ausgebildet, die sich im gezeigten Ausführungsbeispiel zum Austrittskegel 14 konisch verjüngt. Zwischen der Ansenkung 11 und dem Austrittskegel 14 ist im Gehäuse 2 eine zur Längsmittelachse 17 zylindrische Aufnah­ me 77 vorgesehen, die an ihrem dem Austrittskegel 14 zuge­ wandten Ende eine Schulter 76 zeigt.

In der Aufnahme 77 ist axial durch den Aufnahmebecher 5 ein Ventileinsatz 70 derart eingesetzt, daß seine Stirnseite 71 auf der Schulter 76 aufliegt. Der Ventileinsatz 70 hat eine etwa becherförmige Grundform, wobei das offene Ende von ei­ nem Austrittskegel 74 gebildet ist, der an seinem dem Boden 73 abgewandten Ende fluchtend mit dem Austrittskegel 14 im Gehäuse 2 liegt. Auf der dem Austrittskegel 14 abgewandten Seite des Austrittskegels 74 ist der Innenraum 72 des Ventileinsatzes 70 zylindrisch ausgebildet. Der becherför­ mige Ventilsatz 70 weist an seinem offenen Ende einen radial äußeren Befestigungsflansch 75 auf, mit der der Ventileinsatz 70 insbesondere flüssigkeitsdicht in die Auf­ nahme 77 eingepreßt oder in geeigneter Weise, wie z. B. Kleben, festgelegt ist.

Zwischen der Mantelfläche des Ventileinsatzes 70 und der Ansenkung 11 im Boden 6 des Aufnahmebechers 5 ist der Druckraum 8 begrenzt, der über einen Kraftstoffkanal 33 mit dem Druckanschluß 3 in Verbindung steht.

Der Außenrand der der Ventilscheibe 22 zugewandten Boden­ fläche 78 bildet eine Dichtkante 79 des Ventilsitzes 25, die im gezeigten Ausführungsbeispiel vorzugsweise als metallische Dichtkante vorgesehen ist. Die Ventilscheibe 22 liegt unter Federkraft an der Dichtkante 79, wodurch das Ventil 7 geschlossen ist. Steht auf der die Druckkammer 8 begrenzenden Ringfläche 34 der Ventilscheibe 22 ein ent­ sprechend hoher Kraftstoffdruck an, wird die Ventilscheibe 22 gegen die Federkraft verdrängt, so daß der Kraftstoff über zentrischen einen Abströmkegel 80 in den Verbindungskanal 13 eintritt und über die Düsenöffnung 9 in Strömungsrichtung 10 austritt. Der Abströmkegel hat bevorzugt einen Öffnungswinkel von 45°. Die die Schließkraft des Ventils 7 bestimmende Federkraft ist zweckmäßig von der Ventilscheibe 22 zur Verfügung gestellt.

In besonderer Weiterbildung der Erfindung ist radial innerhalb der den Ventilsitz 25 bestimmenden Dichtkante 79 eine Ringfläche 81 ausgebildet, die den Verbindungskanal 13 zur Düsenöffnung 9 bzw. den Abströmkegel 80 zum Verbindungskanal 13 umgibt. In der der Ventilscheibe 22 zugewandten Ringfläche 81 sind - wie Fig. 6 zeigt - etwa sekantal verlaufende Drallkanäle 82 vorgesehen. Über den Umfang der Ringfläche 81 sind mehrere Drallkanäle 82, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, angeordnet; im Ausführungsbeispiel sind 6 Drallkanäle 82 vorgesehen. Alle Drallkanäle 82 beginnen auf einem gemeinsamen Kreis 83, um die Längsmittelachse 17, wobei die Längsmittelachse 84 jedes Drallkanals 82 unter einem Winkel 89 von etwa 25° zu einer Radialen 85 liegt, die durch den auf dem Kreis 83 liegenden Anfangspunkt 86 des Drallkanals 82 verläuft.

In Draufsicht gemäß Fig. 6 erweitert sich der Drallkanal 82 vom Anfangspunkt 86 zu seiner Mündung 87 in der Wandung des Abströmkegels 80. Der sich trichterförmig erweiternde Drallkanal hat einen Öffnungswinkel 88 von etwa 2 bis 5°.

Wie sich aus dem Schnitt VII-VII gemäß Fig. 7 ergibt, wird der Drallkanal 82 beginnend von seinem Ausgangspunkt 86 zur Mündung 87 hin tiefer. Der Neigungswinkel 90 beträgt bevor­ zugt 7°.

Aus dem Schnitt gemäß Fig. 8 wird deutlich, daß die Sei­ tenflächen 91 des Drallkanals sich unter einem Winkel 92 von etwa 60° schneiden. Der Drallkanal 82 hat somit im Querschnitt die Form eines gleichschenkligen, insbesondere gleichseitigen, Dreiecks.

Da der Ventileinsatz 80 sowohl den Ventilsitz 25 bzw. die den Ventilsitz 25 bildende Dichtkante 79, die Drallkanäle 82 als auch die Düsenöffnung 9 aufweist, ist eine einfache Bearbeitung dieser hochgenauen Teile außerhalb des Gehäuses 2 möglich. Ferner kann das Material des Ventileinsatzes 70 den Beanspruchungen des Ventils 7 entsprechend ausgewählt sein, so z. B. aus einem duktilen Messing oder einem ent­ sprechend geeigneten Material, insbesondere Metall, bestehen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ist der Ventileinsatz 170 als zylindrische Scheibe der Stärke d vorgesehen. Auf der einen Stirnseite 171 ist symmetrisch zur Längsmittelachse 17 der Austrittskegel 14 ausgebildet, in dessen Boden die Düsenöffnung 9 ausmündet. Über den Verbin­ dungskanal 13 ist die Düsenöffnung mit dem in der anderen Stirnseite 172 ausgebildeten Abströmkegel 80 verbunden, der in einer Ansenkung 36 liegt. Die Ansenkung 36 liegt im Zentrum einer Ringnut, welche die Druckkammer 8 bildet. Der Rand der Ansenkung ist als Dichtkante eines Ventilsitzes 25 vorgesehen, mit dem die Ventilscheibe 122 zusammenwirkt. Der äußere Rand 26 der Ventilscheibe 122 liegt auf dem Außenrand 173 der den Ventileinsatz 170 bildenden Scheibe auf und ist zwischen diesem und einer Gehäuseschulter 27 dicht eingespannt. In der Außenwand der die Druckkammer 8 bildenden Ringnut ist ein radialer Zuströmkanal 133 ange­ ordnet, der mit dem Kraftstoffkanal im Grundgehäuse 45 der Kraftstoffeinspritzdüse 1 kommuniziert.

Im Grundgehäuse 45 ist zentrisch ein zylindrischer Hohlraum 131 ausgebildet, der als Aufnahmeraum für eine die Ventil­ scheibe 122 kraftbeaufschlagende Feder 40 dient, die im Ausführungsbeispiel als Schraubenfeder ausgebildet ist. Der Aufnahmeraum 131 ist über eine Ausgleichsbohrung 43 mit der Atmosphäre verbunden. Zwischen der Feder 40 und der Ventilscheibe 122 ist eine Druckplatte 44 angeordnet, deren an der Ventilscheibe 122 anliegende Stirnseite einen Durchmesser hat, der gleich oder größer dem Durchmesser des die Dichtkante bildenden Ventilsitzes 25 ist. Die Druckplatte 44, die zweckmäßig auf ihrer der Ventilscheibe 122 zugewandten Stirnseite mit einem Elastomer beschichtet ist, wandelt die Federkraft der Feder 40 in eine Flächenlast an der Dichtfläche des Ventils 7 um, wodurch eine zuverlässige Dichtfunktion erreicht ist. Der Öffnungsdruck des Einspritzventils ist im wesentlichen durch die Schraubenfeder 40 bestimmt, so daß bei einer gewählten niedrigen und zudem linearen Federsteifigkeit eine verringerte Toleranzempfindlichkeit erreicht ist.

Wie in Fig. 9 dargestellt, weist die Ventilscheibe 122 eine den Ventilsitz 25 koaxial umgebende Sicke 123 auf, wodurch die Federsteifigkeit der Ventilscheibe 122 vernachlässigbar gering ist. Das Öffnungs- und das Schließverhalten des Ventils 7 ist nahezu ausschließlich durch die Schraubenfe­ der 40 bestimmt.

Die gewählte Gestaltung hat auch den Vorteil, daß die Ventilscheibe 122 zumindest in ihrem das Ventilglied bil­ denden Abschnitt eben ausgebildet sein kann, wodurch eine einfache Ausgestaltung des Ventilsitzes möglich ist.

Wie Fig. 10 zeigt, kann die Ventilscheibe 222 auch über ihre gesamte Fläche eben ausgebildet sein. Zwischen der Schraubenfeder 40 und der Ventilscheibe 222 ist wiederum eine kreisförmige Druckplatte 244 angeordnet, welche im wesentlichen im Bereich des Ventilsitzes 25 sowie der Druckkammer 8 auf der Ventilscheibe 222 aufliegt. Auf der der Ventilscheibe 222 zugewandten Seite weist die Druckplatte 244 eine innerhalb des Ventilsitzes 25 liegende, zentrische Ansenkung 245 auf. Die membranförmige Ventilscheibe 222 ist spannungsfrei eingespannt, so daß der Öffnungsdruck des Ventils 7 durch die Feder 40 der weitere Hubverlauf der Scheibe 222 jedoch durch die Feder 40 und die Eigensteifigkeit der Ventilmembran 222 bestimmt wird. Dieser Aufbau ermöglicht eine sehr weiche Feder 40, wodurch eine toleranzempfindliche Ausführung möglich ist.

Der Aufnahmeraum 131 für die Feder 40 endet auf seinem dem Ventileinsatz 270 zugewandten Ende in einem Abschnitt 38 mit erweitertem Durchmesser, wodurch eine Schulter 39 ge­ bildet ist. Die Druckplatte 244 hat eine dem Abschnitt 38 entsprechenden Außendurchmesser, wobei der äußere Rand der Druckscheibe 244 in dem Abschnitt 38 mit erweitertem Bohrungsdurchmesser mit radialem Spiel zu liegen kommt. Die Dicke der Druckplatte 244 ist geringer als die axiale Erstreckung des Abschnittes 38. Aufgrund der Schulter 39 ist der mögliche axiale Hub der Druckplatte 244 gegen die Kraft der Feder 40 begrenzt. Eine Überbelastung der an ihrem Außenrand bevorzugt dicht eingespannten Ventilscheibe 222 kann so sicher vermieden werden.

Um unabhängig von der Einbaulage der den Ventileinsatz 270 bildenden Scheibe einen Anschluß des Druckraums 8 mit dem Kraftstoffkanal 33 zu gewährleisten, ist ein den Druckraum 8 umgebender Ringkanal 37 vorgesehen, der zu der den Ventilsitz 25 aufweisenden Stirnseite der Scheibe offen ist. Der Ringkanal weist bezogen auf die Längsmittelachse 17 einen mittleren Durchmesser auf, der dem Abstand des Kraftstoffkanals 33 zur Längsmittelachse 17 entspricht. Über einen Querkanal 133 ist der Ringkanal 37 mit dem Druckraum 8 verbunden.

Wie Fig. 9 zeigt, besteht die Kraftstoffeinspritzdüse im wesentlichen aus einem zylindrischen Grundkörper 45, auf dessen einer Stirnseite die Aufnahme 35 für den Ventilsitz 170 angeordnet ist. Der Ventilsitz wird - ggf. unter Einfügung eines Dichtelementes 48 kraftstoffdicht in die Aufnahme 35 eingepreßt, wobei ein umgebördelter Rand 49 den Ventileinsatz 170 bzw. 270 axial unverlierbar und dicht hält.

Der den Kraftstoff dem Druckraum 8 zuführende Kraftstoff­ kanal 33 wird von der dem Ventileinsatz 170 abgewandten Stirnseite des Grundgehäuses 45 eingebracht. Der Druckan­ schluß 3 ist in einer Kappe 46 vorgesehen, der kraftstoff­ dicht auf das Grundgehäuse 45 aufgeschnappt wird, wobei die Kappe 46 formschlüssig Befestigungsrippen 47 des Grundgehäu­ ses 45 übergreift. In der Kappe ist zwischen der Eintritts­ mündung des Kraftstoffkanals und dem Druckanschluß ein Kraftstoffilter 32 angeordnet.

Claims (27)

1. Kraftstoffeinspritzdüse für einen Ottomotor, insbeson­ dere für einen Zweitaktmotor, mit einer der Düsen­ öffnung (9) vorgelagerten Druckkammer (8) für den ein­ zuspritzenden Kraftstoff und einem zwischen der Druck­ kammer (8) und der Düsenöffnung (9) angeordneten Ventil (7), dessen Ventilglied (24) von einer vorgebbaren Schließkraft in Schließstellung auf einem Ventilsitz (25) gehalten ist und bei einem Druckaufbau in der Druckkammer (8) gegen die Schließkraft öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (24) eine an ihrem äußeren Rand (26) im wesentlichen gehäusefest gehaltene Scheibe (22, 122, 222) ist, die unter Wirkung einer Federkraft dichtend an dem Ventilsitz (25) anliegt, und daß die Druckkammer (8), das Ventil (7) und die Düsenöffnung (9) auf der vom Kraftstoff angeströmten Seite (23) der Scheibe (22, 122, 222) angeordnet sind.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (22, 122, 222) aus Metall, insbesondere aus einer Metallfolie besteht.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (22) tellerartig gewölbt ist und den Ventilsitz (25) sowie die Druckkammer (8) übergreift.

4. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (122, 222) eben ist.

5. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (122) eine den Ventilsitz (25) koaxial umgebende Sicke (123) aufweist.

6. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (22, 122, 222) auf der dem Ventilsitz (25) zugewandten Seite (23) mit einem Elastomer (50) beschichtet ist.

7. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (22, 122, 222) durch Verstemmen in dem Gehäuse (2) gehalten ist.

8. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (22, 222) einen Teil der Federkraft zur Verfügung stellt, vor­ zugsweise als Tellerfeder ausgebildet ist.

9. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (22) auf ihrer dem Ventil (7) abgewandten Seite mit einer vor­ zugsweise einstellbaren Feder (40) kraftbeaufschlagt ist.

10. Einspritzdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Feder (40) und der Ventilscheibe (122, 222) eine Druckplatte (44, 244) angeordnet ist.

11. Einspritzdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckplatte (244) ein Anschlag (39) als Hubbegrenzung zugeordnet ist.

12. Einspritzdüse nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (244) auf der der Ventilscheibe (222) zugewandten Seite eine innerhalb des Ventilsitzes (25) liegende, zentrische Ansenkung (245) aufweist.

13. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (25) eine metallische Dichtkante (79) aufweist.

14. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (25) durch einen elastomeren Dichtungsring (21), insbesondere einen O-Ring gebildet ist.

15. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (1) als Dralldüse ausgebildet ist.

16. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß radial innerhalb des Ven­ tilsitzes (25) eine den Verbindungskanal (13) zur Düsenöffnung (9) umgebende Ringfläche (81) vorgesehen ist, in deren Oberfläche etwa sekantal verlaufende Drallkanäle (82) ausgebildet sind.

17. Einspritzdüse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (82) über den Umfang, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, angeordnet sind.

18. Einspritzdüse nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkanal (82) in Draufsicht sich in Strömungsrichtung trichterförmig erweiternd ausgebildet ist.

19. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkanal (82) in Strömungsrichtung abfällt, vorzugsweise mit einem Neigungswinkel (90) von etwa 7°.

20. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsmittelachse (84) des Drallkanals (82) unter einem Winkel (89) von etwa 25° zur Radialen (85) durch den Anfangspunkt (86) des Drallkanals (82) liegt.

21. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkanal (82) eine im Querschnitt etwa dreieckförmige Nut ist, deren Seiten­ flächen (91) unter einem Winkel (92) von etwa 60° zueinander liegen.

22. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (25) in einem in das Gehäuse (2) eingesetzten Ventileinsatz (70, 170, 270) ausgebildet ist.

23. Einspritzdüse nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (122, 222) mit ihrem äußeren Rand (26) auf dem Ventileinsatz (170, 270) aufliegt.

24. Einspritzdüse nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (8) von dem Ventileinsatz (70, 170, 270) begrenzt ist.

25. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung (9) in einem Düseneinsatz (60) ausgebildet ist.

26. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung (9) in den Ventileinsatz (70, 170, 270) integriert ist.

27. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung (9) mit Abstand (a) zum Ventil (7) liegt.