DE19601019A1 - Einspritzventil, insbesondere zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil, insbesondere ein Einspritzventil zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors, nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Ein derartiges bekanntes Einspritzventil (WO 93/23 172) zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors umfaßt einen in einem Gehäuse angeordneten Ventilkörper mit einer Ventilöffnung, die von einem abspritz­ seitig angeordneten Ventilsitz umgeben ist und durch die sich eine einen Schließkopf tragende Ventilnadel so hindurch er­ streckt, daß der Schließkopf bei geschlossenem Ventil von au­ ßen am Ventilsitz anliegt. Eine Schließfeder, die zwischen dem Ventilkörper und einer auf der Ventilnadel befestigten Federhülse eingespannt ist, drängt die Ventilnadel entgegen der Abspritzrichtung in ihre Schließstellung.

Zum Öffnen des Einspritzventils ist eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung vorgesehen, welche bei Erregung die Ventilnadel gegen die Kraft der Schließfeder in ihre Offen­ stellung bewegt, so daß sich zwischen dem Schließkopf und dem Ventilsitz als Abspritzöffnung ein Ringspalt bildet.

Die Betätigungseinrichtung umfaßt eine Magnetspule, auf deren vom Ventilkörper abgewandter Seite ein Anker vorgesehen ist, der an einer Membran befestigt und von einer Feder in Schließrichtung vorgespannt ist. Vom Anker erstreckt sich ein an diesem befestigtes Kraftübertragungsrohr durch die Magnet­ spule hindurch bis zur Federhülse, wobei das vom Anker abge­ wandte Ende des Kraftübertragungsrohres bei geschlossenem Einspritzventil einen axialen Abstand zur Federhülse auf­ weist.

Beim Öffnen dieses bekannten Einspritzventils wird der Anker von der Magnetspule in üblicher Weise in Öffnungsrichtung be­ wegt. Bevor jedoch der Anker über das Kraftübertragungsrohr auf die Ventilnadel einwirken kann, muß zum einen die auf den Anker wirkende Federkraft und zum anderen das Spiel zwischen Kraftübertragungsrohr und Federhülse überwunden werden.

Eine Hubbegrenzung, durch die die maximale Breite des die Ab­ spritzöffnung bildenden Ringspalts festgelegt wird, erfolgt bei diesem bekannten Einspritzventil entweder durch eine Be­ grenzung der Ankerbewegung oder, falls Justierfehler vorlie­ gen, durch einen Anschlag der Federhülse an einem dem Ventil­ körper zugeordneten Führungselement.

Bei einem anderen bekannten Einspritzventil (US 50 58 549) ist eine Ventilnadel mit einem Schließkopf innerhalb eines Gehäuses angeordnet. Der Schließkopf weist einen Führungs- und Zulaufabschnitt mit zylindrischen Führungsflächen und da­ zwischen liegenden ebenen Flächen zur Bildung von Zulaufspal­ ten sowie eine konische Dichtfläche auf, die mit einem in Ab­ spritzrichtung vor einer Abspritzöffnung angeordneten Ventil­ sitz zusammenwirkt. Hinter dem Ventilsitz ist in einem kup­ pelförmigen Gehäuseabschnitt eine Haupt- und eine Nebenab­ spritzöffnung vorgesehen, um Kraftstoff sowohl in den Haupt­ bereich der Brennkammer als auch den Bereich abspritzen zu können, in dem eine Zündkerze angeordnet ist.

Um eine relativ gleichmäßige Verteilung und Zerstäubung des abgespritzten Kraftstoffs zu erreichen, sind zumindest der Hauptabspritzöffnung Strahlzerstäubungsmittel zugeordnet. Als Strahlzerstäubungsmittel sind dabei entweder in der Ab­ spritzöffnungswand wendelförmige Nuten oder ein sich durch die Abspritzöffnung hindurch erstreckender Spritzzapfen mit einem außenliegenden Zerstäuberkegel vorgesehen.

Dieses bekannte Einspritzventil, das mit seinem Abspritzbe­ reich den im Brennraum auftretenden hohen Temperaturen ausge­ setzt ist, ist jedoch sehr empfindlich gegenüber Ablagerun­ gen, die sich in den Abspritzöffnungen festsetzen können und dort eine zuverlässige Kraftstoffzumessung erheblich beein­ trächtigen können.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Ventilnadel beim Öffnen des Einspritzventils gleichzeitig mit dem Beginn der Betätigungsbewegung des Betätigungsele­ ments seine Öffnungsbewegung beginnt. Hierdurch läßt sich ein für eine präzise Kraftstoffzumessung vorteilhaftes, schnelles Öffnen sowie eine sehr genaue Steuerung des Einspritzzeit­ punktes erreichen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß die Betätigungseinrichtung nur die Kraft der Schließfeder zu überwinden braucht, die für ein dichtes Schließen des Ein­ spritzventils erforderlich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des im An­ spruch 1 angegebenen Einspritzventils möglich.

Beim Schließen des Einspritzventils wird nur die geringe Mas­ se der Ventilnadel am Ventilsitz gebremst, während sich das Betätigungselement weiterbewegt und von der in Öffnungsrich­ tung vorspannenden Feder, je nach deren Stärke, vollständig oder teilweise abgebremst wird. Eine relativ schwache Feder ist dabei vorteilhaft, da dann das Betätigungselement nur mit einer relativ geringen Geschwindigkeit wieder in Eingriff mit der Ventilnadel gebracht wird, so daß ein unbeabsichtiges Öffnen des Ventils ausgeschlossen ist.

Eine kostengünstige und einfach herzustellende aber genaue Führung für das Betätigungselement ergibt sich durch die rohrförmige Ausbildung eines mit einem Anker einer elektroma­ gnetischen Betätigungseinrichtung verbundenen Verlängerungs­ teils, das in einem ebenfalls rohrförmigen Auslaßteil des Ge­ häuses geführt ist.

Die Ausbildung eines zylindrischen Zumeßspalts hat den Vor­ teil, daß die Kraftstoffzumessung unabhängig vom Öffnungshub der Ventilnadel ist, so daß verhältnismäßig große Toleranzen zulässig sind, die die Herstellung und Montage des Einspritz­ ventils vereinfachen und damit zur Kostensenkung beitragen. Insbesondere kann hierbei auf einen besonderen Hubanschlag für die Ventilnadel verzichtet werden, was zu einer weiteren Vereinfachung der die Ventilnadel und den Ventilkörper um­ fassenden Ventileinheit führt.

Zusätzlich wird das Einspritzventil durch den zylindrischen Zumeßspalt auch unempfindlicher gegen Verschmutzung, da die­ ser ständig gespült wird und die zwischen Ventilsitz und Schließkopf gebildete Abspritzöffnung so gestaltet werden kann, daß Schmutzpartikel sich darin nicht ablagern können.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Filteranordnung läßt sich die Schmutzunempfindlichkeit weiter verbessern.

Die Ausbildung einer Vielzahl von parallelen, gemeinsam eine vorzugsweise zylindrische Fläche festlegenden Zumeßspalten zur Bildung eines Zumeßquerschnitts hat nicht nur den Vor­ teil, daß sich Schmutzpartikel darin praktisch nicht festset­ zen können, sondern ermöglicht es auch, die Verteilung des in den Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzten Kraft­ stoffs so zu beeinflussen, daß ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs tiefer in den Brennraum eindringt und der Kraft­ stoff besser im Brennraum verteilt wird.

ZEICHNUNG

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

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erfin­ dungsgemäßes Einspritzventil,

Fig. 2 einen vergrößerten, schematischen Schnitt durch die Ventileinheit des Einspritzventils nach Fig. 1,

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch einen Ven­ tilkörper im Bereich seiner Ventilöffnung, wo­ bei sich die Ventilnadel in ihrer Offenstel­ lung befindet,

Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch eine in ein Gehäuse eingesetzte Ventileinheit mit inte­ griertem Filter,

Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch eine in ein Gehäuse eingesetzte Ventileinheit mit einem anderen integrierten Filter,

Fig. 6 einen schematischen Schnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Einspritzventil,

Fig. 7 einen schematischen Schnitt durch einen Ven­ tilkörper im Bereich seiner Ventilöffnung zur Darstellung einer anderen Ausgestaltungsform einer Ventilnadel,

Fig. 8a einen Schnitt im wesentlichen nach Linie A-A in Fig. 7,

Fig. 8b einen Schnitt im wesentlichen nach Linie B-B in Fig. 7,

Fig. 9 einen schematischen Schnitt durch einen Ven­ tilkörper im Bereich seiner Ventilöffnung zur Darstellung einer weiteren Ausgestaltungsform einer Ventilnadel und

Fig. 10 einen schematischen Schnitt durch eine weitere Ventileinheit für ein erfindungsgemäßes Ein­ spritzventil.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander ent­ sprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt ein Einspritzventil ein Gehäuse 10 mit einem im wesentlichen hülsenförmigen Gehäusekörper 11 aus weichmagnetischem Material, einem nichtmagnetischen Zwischen­ ring 12 und einem rohrförmigen Auslaßteil 13. Der Zwischen­ ring 12 ist mit einem radialen Flansch 14 an der auslaßseiti­ gen Stirnfläche des Gehäusekörpers 11 befestigt, z. B. ange­ lötet, und weist einen hülsenförmigen Abschnitt 15 auf. Das rohrförmige Auslaßteil 13 ist so in den hülsenförmigen Ab­ schnitt 15 eingesetzt und darin z. B. durch Löten befestigt, daß es in Längsrichtung des Gehäusekörpers 11 in einem Ab­ stand zu diesem angeordnet ist.

Ein Anker 16 einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 17 ist so in das Gehäuse 10 eingesetzt, daß er in Längsrich­ tung des Gehäusekörpers 11 verschiebbar geführt ist. Ein im wesentlichen rohrförmiges Anschlußteil 18 für eine nicht dar­ gestellte Kraftstoffzuleitung ist mit seinem einen Endab­ schnitt 19 auf der vom Auslaßteil 13 abgewandten Seite in den Gehäusekörper 11 eingesetzt und darin befestigt, z. B. einge­ schraubt. Um eine flüssigkeitsdichte Verbindung zu gewährlei­ sten, ist zwischen dem Endabschnitt 19 des Anschlußteils 18 und dem Gehäusekörper 11 eine Dichtung 20 vorgesehen.

Der Anker 16 weist eine Durchgangsbohrung 21 auf, an deren Innenumfang eine Abstützstufe 22 vorgesehen ist, an der sich eine mit einem Ende in die Durchgangsbohrung 21 eingesetzte Feder 23 abstützt. Das andere Ende der Feder 23 erstreckt sich in das Anschlußteil 18 und stützt sich dort an einer Fe­ dereinstellhülse 24 ab, die im Anschlußteil 18 angeordnet ist und die einen Durchlaßkanal 25 mit einer Drossel 26 aufweist. Die Drossel 26 ermöglicht es, bei fertig zusammengebautem Einspritzventil den Durchflußwiderstand für Kraftstoff nach­ träglich zu ändern.

Eine Magnetspule 27 der elektromagnetischen Betätigungsein­ richtung 17 ist auf das Auslaßteil 13 und teilweise auf den Zwischenring 12 aufgeschoben und wird von einer Kappe 28 in ihrer Lage gehalten, die über das Auslaßteil 13 aufgeschoben und am Gehäusekörper 11 befestigt ist. Die Kappe 28 führt da­ bei den magnetischen Rückfluß zwischen Auslaßteil 13 und Ge­ häusekörper 11. Ein elektrisches Anschlußkabel 29 für die Ma­ gnetspule 27 ist durch eine Kabeldurchführung 30 im Gehäuse­ körper 11 hindurch geführt.

Um eine beim Bestromen der Magnetspule 27 auf den Anker 16 wirkende Kraft auf eine Ventileinheit 31 zu übertragen, ist der Anker 16 mit einem im Auslaßteil 13 geführten Verlänge­ rungsteil 32 verbunden, das sich durch das Auslaßteil 13 bis in eine zylindrische Ausnehmung 33 erstreckt, in der die Ven­ tileinheit 31 angeordnet ist. Um dabei einen magnetischen Kurzschluß zwischen dem Anker 16 und dem Auslaßteil 13 auszu­ schließen, ist das rohrförmige Verlängerungsteil 32 aus unma­ gnetischem (austenitischem) Material hergestellt.

Das rohrförmige Verlängerungsteil 32 steht dabei mit seinem vom Anker 16 abgewandten Ende über eine Federhülse 34 mit ei­ ner Ventilnadel 35 in Eingriff und weist in seinem sich in die Ausnehmung 33 erstreckenden Ende radiale Öffnungen 36 auf, durch die beim Betrieb des Einspritzventils Kraftstoff aus seinem Inneren in die Ausnehmung 33 strömen kann.

Wie Fig. 2 zeigt, weist die Ventileinheit 31 einen Ventilkör­ per 37 mit einer Führungsbohrung 38 auf, durch die sich die Ventilnadel 31 mit geringem Spiel hindurch erstreckt, und mit einem radialen Flansch 39, mit dem der Ventilkörper 37 am Auslaßteil 13 befestigt, z. B. angeschweißt ist. Die Ventil­ einheit 31 kann aber auch in anderer Weise am Auslaßteil 13 befestigt sein, z. B. durch Bördeln oder Schrauben. Die Füh­ rungsbohrung 38 im Ventilkörper 37 mündet in der auslaßseiti­ gen Stirnfläche 40 des Ventilkörpers 37 und bildet dort eine Ventilöffnung 38′, die von einem Ventilsitz 41 umgeben ist.

Die Ventilnadel 35 weist an ihrem auslaßseitigen Ende einen Schließkopf 42 auf, dem eine die Ventilnadel 35 umfangsmäßig umlaufende Ringnut 43 zugeordnet ist und der auf seiner von der Abspritzseite abgewandten Seite eine dem Ventilsitz 41 gegenüberliegende, vorzugsweise sphärische Dichtfläche 44 trägt, mit welcher der mit dem Ventilsitz 41 zusammenwirkende Schließkopf 42 bei geschlossenem Einspritzventil an diesem anliegt. Die Ringnut 43 bildet mit der Innenwand der Ventil­ öffnung 38′ einen Ringkanal 43′, der über eine im Ventilkör­ per 37 vorgesehene Zulaufbohrung 45 mit der Ausnehmung 33 in Verbindung steht.

Um die Ventilnadel 35 in ihre in Fig. 1 und 2 dargestellte Schließstellung vorzuspannen, ist eine Schließfeder 46 auf einem axialen Abschnitt des Ventilkörpers 37 zwischen dem Flansch 39 und der Federhülse 34 eingespannt. Der maximale Öffnungshub der Ventilnadel 35 ergibt sich aus dem Abstand zwischen der am Ventilkörper 37 als Anschlagfläche für die Federhülse 34 vorgesehenen Stirnfläche 47 und der gegenüber­ liegenden Stirnfläche 48 an der Federhülse 34.

Bei der Montage der Ventileinheit 31 wird die Ventilnadel 35 von der späteren Brennraum- oder Abspritzseite her in die Führungsbohrung eingeführt. Dann wird die Schließfeder 46 auf den Ventilkörper 37 und danach die Federhülse 34 auf die Ven­ tilnadel 35 aufgeschoben. Um den Hub einzustellen, werden die Ventilnadel 35 und die Federhülse 34 bis zum gewünschten Hub gegeneinander verschoben und dann am vom Schließkopf 42 abge­ wandten Ende miteinander verschweißt. Die so vormontierte Ventileinheit 31 läßt sich dann als vollständige Baugruppe in die Ausnehmung 33 im Auslaßteil 13 des Gehäuses 11 einsetzen und, z. B. durch Schweißen oder Bördeln, befestigen.

Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Einspritzventils hält, wenn das Einspritzventil geschlossen ist, die Schließfeder 46 den Schließkopf 42 mit seiner Dichtfläche 44 in Anlage am Ventilsitz 41. Gleichzeitig wird der Anker 16 und das an ihm befestigte Verlängerungsteil 32 von der Feder 23, die schwä­ cher als die Schließfeder 46 ist, in Ventilöffnungsrichtung gedrückt, so daß das Verlängerungsteil 32 mit seinem vom An­ ker 16 abgewandten Ende an der Federhülse 34 anliegt.

Wird die Magnetspule 27 zum Öffnen des Einspritzventils er­ regt, so wird eine Ventilöffnungskraft erzeugt, die vom Anker 16 über das Verlängerungsteil 32 und die Federhülse 34 zeit­ lich unmittelbar auf die Ventilnadel 35 übertragen wird. Das Einspritzventil wird somit geöffnet. In einen Brennraum di­ rekt einzuspritzender Kraftstoff strömt durch das Anschluß­ teil 18, den Durchlaßkanal 25 der Federeinstellhülse 24, die Drossel 26, die Durchgangsbohrung 21 im Anker 16, das rohr­ förmige Verlängerungsteil 32 und die Öffnungen 36 in die die Ventileinheit 31 aufnehmende Ausnehmung 33. Von der Ausneh­ mung 33 gelangt der Kraftstoff durch die Zulaufbohrung 45 in den Ringkanal 43′ und von dort durch den vom Ventilsitz 41 und von der Dichtfläche 44 gebildeten, als Zumeßspalt dienen­ den Ringspalt, der gleichzeitig auch die Abspritzöffnung des Einspritzventils bildet, in den Brennraum.

Nach dem Beenden der Bestromung der Magnetspule 27 entfällt die auf den Anker 16 wirkende magnetische Kraft und die Schließfeder 46 drückt die Ventilnadel 35 mit Federhülse 34 sowie das Verlängerungsteil 32 und den Anker 16 in die Schließstellung. Sobald die Ventilnadel 35 mit dem Schließ­ kopf 42 am Ventilsitz 41 anschlägt, wird die Schließbewegung der Ventilnadel 35 und der Federhülse 34 beendet. Das Verlän­ gerungsteil 32 und der Anker 16 bewegen sich jedoch in Folge der Trägheit weiter und werden dabei von der Feder 23 abge­ bremst und gegebenenfalls von der dem Anker 16 zugewandten Stirnfläche des Anschlußteils 18 gestoppt. Anschließend be­ wegt die Feder 23 den Anker 16 und das Verlängerungsteil 32 wieder in Öffnungsrichtung, bis das Verlängerungsteil 32 wie­ der an der Federhülse 34 anstößt.

Hierfür ist es ausreichend, wenn eine relativ schwache Feder 46 verwendet wird, da dann der Anker 16 nur langsam in seine Normalstellung bei geschlossenem Einspritzventil zurück be­ wegt wird, in der das mit ihm verbundene Verlängerungsteil 32 an der Federhülse 34 anliegt.

Bis zum nächsten Öffnen des Einspritzventils wird nun das am Anker 16 befestigte Verlängerungsteil 32 in spielfreier Anla­ ge an der Federhülse 34 gehalten.

Auf diese Weise wird sichergestellt, daß eine Bewegung des Ankers 16 in Öffnungsrichtung spielfrei auf die Ventilnadel 35 übertragen wird, während eine Schließbewegung des Ankers 16 und des daran befestigten Verlängerungsteils 32 nicht am Ventilsitz 41 abgebremst zu werden braucht. Auf den Ventil­ sitz 41 schlägt somit nur die relativ geringe Masse von Ven­ tilnadel 35 und Federhülse 34 auf.

Da der Ventilsitz 41 nur eine geringe Dämpfungswirkung auf­ weist, hat dies den Vorteil, daß ein Verschleiß des Ventil­ sitzes 41 und der aufschlagenden Dichtfläche 44 gering gehal­ ten und ein Zurückprellen der Ventilnadel 35 verhindert wer­ den kann. Die geringe Beanspruchung des Ventilsitzes 41 und der Dichtfläche 44 ist hier besonders wichtig, da der Ventil­ sitz durch die Anordnung im bzw. nahe dem Brennraum thermisch hochbelastet ist.

Da bei der beschriebenen Konstruktion die der Federhülse 34 gegenüberliegende Stirnfläche 47 am Ventilkörper 37, die den Ventilnadelhubanschlag bildet, nahe dem Ventilsitz 41 ange­ ordnet ist, führen unterschiedliche Wärmeausdehnungen von Ventilnadel 35 und Ventilkörper 37 nur zu sehr kleinen Hubän­ derungen, so daß sich auch ein sehr kleiner Hub, von z. B. 30 µm, der für eine genaue und konstante Kraftstoffzumessung erforderlich ist, im Betrieb ständig einhalten läßt.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ventileinheit 31′ ist an der Ventilnadel 35 zwischen der Dichtfläche 44 und der Ringnut 43 ein zylindrischer Absatz 49 vorgesehen, der zusammen mit der Ventilöffnung 38′ im Flansch 39 einen engen zylindrischen Ringspalt 50 bildet, der bei geöffnetem Einspritzventil als Kraftstoffzumeßspalt dient, während der von Ventilsitz 41 und Dichtfläche 44 begrenzte kegelmantelförmige Ringspalt 51 den Spritzkegelwinkel festlegt.

Hierbei ist vorteilhaft, daß die für die Kraftstoffzumessung eingestellte Drosselung am Ringspalt 50 praktisch hubunabhän­ gig ist und daß der als Abspritzöffnung dienende Ringspalt 51 zwischen Ventilsitz 41 und Dichtfläche 44 ohne Einfluß auf die Kraftstoffzumessung vergrößert werden kann, so daß die Gefahr eines nichtschließenden Einspritzventils infolge von zwischen Ventilsitz 41 und Dichtfläche 44 festsitzenden Schmutzpartikeln wesentlich verringert, wenn nicht gar ausge­ schlossen werden kann.

Fig. 4 zeigt eine andere Ventileinheit 52 mit einem topfför­ migen Ventilkörper 53, der eine Federkammer 54 aufweist, in deren Boden 55 die die Ventilöffnung 38′ bildende Führungs­ bohrung 38 für die Ventilnadel 35 sowie die in den Ringkanal 43′ mündenden Zulaufbohrungen 45 vorgesehen sind. Auf der von der Führungsbohrung 38 abgewandten Seite geht die Federkammer 54 über eine als Anschlagfläche für die Federhülse 34′, also als Hubanschlag dienende Schulter 56 in einen Führungsab­ schnitt 57 mit einer innenliegenden Führungsfläche 57′ für die Federhülse 34′ über, die mit einer radial außenliegenden Stirnfläche 48′ mit der Schulter 56 zusammenwirkt.

Am Außenumfang weist der Ventilkörper 53 eine erste umfangs­ mäßig umlaufende Ausnehmung 58 auf, in deren Bereich am Ven­ tilkörper 53 eine zweite umfangsmäßig umlaufende Ausnehmung 59 vorgesehen ist. Die beiden Ausnehmungen 58, 59 bilden ei­ nen Kraftstoffzulaufraum 60, der über axiale Kanäle 61 mit dem einlaßseitigen Bereich der Ausnehmung 33 im Auslaßteil 13 in Verbindung steht. An der Umfangsfläche der ersten Ausneh­ mung 58 ist ein die zweite Ausnehmung 59 abdeckendes Filter 62 befestigt, so daß durch das in Fig. 4 nicht dargestellte Verlängerungsteil 32, die Ausnehmung 33 im Auslaßteil 13 und die Kanäle 61 einströmender Kraftstoff im Zulaufraum 60 noch­ mal gefiltert wird, bevor er aus dem Bereich der zweiten Aus­ nehmung 59 im Ventilkörper 53 durch die Zulaufbohrungen 45 zum Ringkanal 43′ gelangt. Das Filter 62 besteht z. B. aus Filtergewebe und ist beispielsweise angeklebt oder ange­ schweißt.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ventileinheit 52′ wird der Zumeßspalt von einem zylindrischen Ringspalt 50 gebildet, wie anhand von Fig. 3 beschrieben. Daher ist es möglich, hier auf einen Hubanschlag für die Ventilnadel 35 zu verzichten.

Zur zusätzlichen Filterung des Kraftstoffs kurz vor dem als Zumeßspalt dienenden zylindrischen Ringspalt 50 ist bei der Ventileinheit 52′ ein Spaltfilter 63 vorgesehen, das von ei­ ner entsprechend ausgebildeten, im wesentlichen zylindrischen Außenfläche 64 des Ventilkörpers 53′ und einer damit zusam­ menwirkenden Innenfläche 65 der Ausnehmung 33 im Auslaßteil 13 gebildet wird. Die Außenfläche 64 des Ventilkörpers 52′ weist dabei erste Kanäle 66, durch die Kraftstoff vom Einlaß­ bereich der Ausnehmung 33 im Auslaßteil 13 einfließt, und zweite Kanäle 67 auf, die den Kraftstoff sammeln und zur Zu­ laufbohrung 45 leiten.

Auf der Länge der Kanäle 67 ist der Außendurchmesser des Ven­ tilkörpers 53′ kleiner als der Innendurchmesser der Ausneh­ mung 33, so daß sich ein kleiner Filterspalt 68 bildet, durch den der Kraftstoff fließt und dabei gefiltert wird. Die in der Zeichnung axial dargestellten ersten und zweiten Kanäle 66, 67 können zu ihrer Verlängerung auch schraubenlinienför­ mig auf der Außenfläche 64 des Ventilkörpers 53′ angeordnet sein.

Eine Öffnung 69 verbindet die Federkammer 54 im Ventilkörper 53′ mit einem oder mehreren der ersten Kanäle 66, so daß bei der Öffnungs- und Schließbewegung der Ventilnadel 35 von der Federhülse 34′ gepumpter Kraftstoff aus der Federkammer 54 aus- bzw. in diese einströmen kann.

Bei den beschriebenen Einspritzventilen wird der Abspritzwin­ kel für Kraftstoff durch den Kegelwinkel des im wesentlichen kegelstumpfmantelförmigen Ringspaltes zwischen dem Ventilsitz 41 und der Dichtfläche 44 am Schließkopf 42 der Ventilnadel 35 festgelegt, da die Zulaufbohrungen 45 jeweils in einer zur Längsachse des Einspritzventils radialen Ebene verlaufen.

Es ist aber auch möglich, die Zulaufbohrungen 45 tangential oder zumindest mit einer tangentialen Komponente in den Ring­ kanal 43′ einmünden zu lassen, so daß die durch den Ringspalt 51 zwischen Ventilsitz 41 und Dichtfläche 44 austretenden Kraftstoffteilchen eine Geschwindigkeitskomponente in Um­ fangsrichtung besitzen. In diesem Fall läßt sich entweder bei unverändertem Kegelwinkel des Ringspalts 51 ein vergrößerter Abspritzkegelwinkel erreichen oder der Kegelwinkel des Rings­ palts 51 kann bei gleichem Abspritzkegelwinkel verkleinert werden. Letzteres hat dabei den Vorteil, daß der Ventilnadel­ hub vergrößert werden kann, so daß möglicherweise auftretende Hubänderungen einen geringeren Einfluß auf die Kraftstoffzu­ messung haben, wenn der Ringspalt 51 als Zumeßspalt dient.

Fig. 6 zeigt ein anderes Einspritzventil mit einem Gehäuse 10′, das einen im wesentlichen hülsenförmigen Gehäusekörper 11′ aus weichmagnetischem Material, einen damit verlöteten nichtmagnetischen Zwischenring 12′, ein rohrförmiges, im Zwi­ schenring 12′ befestigtes Auslaßteil 13′ und eine auf das Auslaßteil 13′ aufgeschobene Kappe 28′ umfaßt. Das rohrförmi­ ge Auslaßteil 13′ weist an seinem auslaßseitigen Ende eine zylindrische Ausnehmung 33 auf, in der eine Ventileinheit 52′ angeordnet ist, wie sie bereits anhand von Fig. 5 erläutert wurde.

Ein eine Durchgangsbohrung 21 aufweisender Anker 16 einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 17, der im Gehäu­ sekörper 11′ in dessen Längsrichtung verschiebbar geführt ist, ist mit einem stangenförmigen Verlängerungsteil 32′ ver­ bunden, das mit einer ankerseitig vorgesehenen Verdickung 32′′ in die Durchgangsbohrung 21 im Anker 16 eingesetzt ist. Zur Führung im Auslaßteil 13′ weist das Verlängerungsteil 32′ na­ he seinem vom Anker 16 abgewandten Ende einen Führungsbund 70 auf. Die Führungsflächen am Anker 16 und am Gehäusekörper 11′ sind zweckmäßigerweise verchromt.

Die Verdickung 32′′ und der Führungsbund 70 sind jeweils mit einem oder mehreren Flächenanschliffen 32′′′ bzw. 70′ verse­ hen. Somit kann beim Betrieb des Einspritzventils Kraftstoff durch die Durchgangsbohrung 21 über den Flächenanschliff 32′′′ an der Verdickung 32′′ vorbei in das rohrförmige Auslaßteil 13′ und dort weiter über den Flächenanschliff 70′ am Füh­ rungsbund 70 vorbei zur Ausnehmung 33 strömen. Anstelle der Flächenanschliffe 32′′′, 70′ können auch axial durchgehende Ausnehmungen, z. B. Längsnuten oder -rillen, vorgesehen sein.

Das Verlängerungsteil 32′, das sich durch das rohrförmige Auslaßteil 13′ bis in den Bereich der Ausnehmung 33 er­ streckt, steht dort mit einer Ventilnadel 35 in Eingriff.

Der maximale Öffnungshub der Ventilnadel 35 wird durch einen Spalt 71 zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnflä­ chen von Anker 16 und Auslaßteil 13′ festgelegt, der sich er­ gibt, wenn der Anker 16 bei geschlossenem Einspritzventil über das Verlängerungsteil 32 und die Federhülse 34′ mit der Ventilnadel 35 in Eingriff gehalten ist. Diese beiden Stirn­ flächen sind zweckmäßigerweise ebenfalls verchromt und bilden einen verschleißfesten Anschlag. Der Öffnungshub der Ventil­ nadel 35 kann durch Verschieben der Ventileinheit 52′ bei der Montage oder durch unterschiedlich lange Verlängerungsteile 32, 32′ eingestellt werden.

Eine Feder 23, die bei geschlossenem Einspritzventil den An­ ker 16 mit Verlängerungsteil 32′ in Ventilöffnungsrichtung gegen die Ventilnadel 35 vorspannt und deren Federkraft deut­ lich kleiner ist als die Federkraft der in der Ventileinheit 52′ vorgesehenen Schließfeder 46, stützt sich mit ihrem einen Ende an einer in der Durchgangsbohrung 21 vorgesehenen Ab­ stützstufe 22 ab. Das andere Ende der Feder 23 erstreckt sich in eine durchgehende Stufenbohrung 72 einer im Gehäusekörper 11′ angebrachten Federeinstellhülse 24′ und stützt sich dort an einer Schulter 73 ab. In der Stufenbohrung 72 ist ein Fil­ ter 74 angeordnet.

Zur Einstellung der von der Feder 23 auf den Anker 16 ausge­ übten Federkraft wird die Federeinstellhülse 24′ im Gehäuse­ körper 11′ verschoben und anschließend durch eine Sackbohrung 75 verstemmt.

Eine Magnetspule 27 der elektromagnetischen Betätigungsein­ richtung 17 ist auf den Zwischenring 12′ aufgeschoben und wird von der Kappe 28′ in ihrer Lage gehalten. Als elektri­ scher Anschluß für die Magnetspule 27 ist in einer Längsnut 76 im Gehäusekörper 11′ ein Steckerteil 77 mit Kontaktstift 78 angeordnet. Der elektrische Anschluß der Magnetspule 27 kann aber auch mit einem in der Längsnut 76 angeordneten Ka­ belschwanz oder in anderer geeigneter Weise ausgeführt wer­ den.

Ein Anschlußstopfen 79 mit einer zylindrischen Durchgangsboh­ rung 80, in der eine Kraftstoffzuführleitung 81 befestigt, vorzugsweise eingelötet ist, weist eine konische Außenum­ fangsfläche 82 mit kleinem Konuswinkel auf, in der eine um­ fangsmäßig umlaufende Ringnut 83 zur Aufnahme einer Dichtung 84 vorgesehen ist. Der Anschlußstopfen 79 ist einlaßseitig in den Gehäusekörper 11′ eingesetzt und mittels einer U-förmigen Drahtklammer 85 gehalten. Auf diese Weise wird eine kosten­ günstige und vor allem eine platzsparende Befestigung der Kraftstoffzuführleitung 81 am Einspritzventil erreicht, die wegen der beengten Verhältnisse am Zylinderkopf eines Ver­ brennungsmotors vorteilhaft ist.

Die Fig. 7, 8a und 8b zeigen eine weitere Ausbildung einer Ventilnadel 35, die sich durch eine Ventilöffnung 90 in einem Ventilkörper 91 hindurch erstreckt und die von einer Schließ­ feder 46 in ihre Schließstellung vorgespannt wird, in der sie mit einer an ihrem Schließkopf 42 vorgesehenen Dichtfläche 44 am Ventilsitz 41 anliegt. Die Ventilnadel 35 weist benachbart zur Dichtfläche 44 eine Nut 92 auf, an die sich in Richtung auf das vom Schließkopf 42 abgewandte Ende der Ventilnadel 35 ein Absatz 93 anschließt, der auf seiner Außenumfangsfläche abwechselnd ringzylindrische Führungsflächen 94 und ebene Flächen 95 zur Bildung von Zumeßspalten 96 (Fig. 8b) auf­ weist. Die Zumeßspalte 96 bilden gemeinsam den engsten durch­ strömten Querschnitt im Einspritzventil, in dem die Kraft­ stoffströmung für eine gute Zerstäubung im Brennraum be­ schleunigt wird. Wie in Fig. 8b zu erkennen ist, sind bei­ spielsweise acht ebene Flächen 95 zur Ausbildung von Zumeß­ spalten 96 vorgesehen, zwischen denen jeweils eine an der In­ nenumfangsfläche 90′ der Ventilöffnung 90 geführte ringzylin­ drische Führungsfläche 94 liegt.

Stromaufwärts schließt an den Absatz 93 der Ventilnadel 35 zur Bildung des Ringkanals 43′ eine Kraftstoffsammelnut 97 an, der ein Zulaufabschnitt 98 mit weiteren ringzylindrischen Führungsflächen 99 und dazwischen vorgesehenen ebenen Flächen 100 zur Bildung von Zulaufspalten 101 folgt. Am Zulaufab­ schnitt 98 sind dabei vier ebene Flächen 100 mit einer ent­ sprechenden Anzahl von Führungsflächen 99 ausgebildet, wie Fig. 8a zeigt.

Bei geöffnetem Einspritzventil fließt Kraftstoff aus dem Be­ reich der Schließfeder 46 durch die Zulaufspalte 101 in den Ringkanal 43′ und von dort durch die Zumeßspalte 96 und die Nut 92 zum die Abspritzöffnung bildenden Ringspalt zwischen Ventilsitz 41 und Dichtfläche 44. Dabei strömen in die Nut 92 acht einzelne Kraftstoffstrahlen, die sich in der Nut 92 und im kegelmantelförmigen Ringspalt 51 zwischen Ventilsitz 41 und Dichtfläche 44, wo sie umgelenkt werden, teilweise wieder vereinigen, so daß der Kraftstoff als geschlossener Hohlke­ gelstrahl abgespritzt wird. Über den Umfang verteilt besitzt dieser Hohlkegelstrahl Dichteschwankungen, die dazu führen, daß die dichteren Kraftstoffstrahlanteile beim Einspritzen tiefer in den Brennraum eindringen.

Die spezielle Ausbildung dieser Ventilnadel 35 hat den Vor­ teil, daß sich insbesondere die ebenen, die Zumeßspalte 96 begrenzenden Flächen 95 sehr genau herstellen lassen, da sie z. B. beim Schleifen der anderen runden Flächen, also der Führungsflächen 94, 99, in einer Aufspannung mitgeschliffen werden können. Weiter ist diese Ventilnadel 35 unempfindlich gegen Ablagerungen, die infolge der hohen Temperaturen in un­ mittelbarer Brennraumnähe in den kraftstofführenden Teilen auftreten und zu einem Verkleben einer Ventilnadel in einem Ventilkörper führen können, da die Berührungsflächen zwischen der Ventilnadel 35 und dem Ventilkörper 91 auf die schmalen Führungsflächen 94 und 99 beschränkt sind. Da diese Führungs­ flächen 94, 99 beim Betrieb des Einspritzventils auf der In­ nenfläche der Ventilöffnung 90 gleiten, werden eventuelle Ab­ lagerungen wieder abgetragen und vom durchströmenden Kraft­ stoff ausgespült.

Fig. 9 zeigt eine andere Ventilnadel 35 für eine gegen Ver­ schmutzungen und Ablagerungen unempfindliche Ventileinheit. Diese Ventilnadel 35 unterscheidet sich von der anhand von Fig. 7 beschriebenen nur dadurch, daß zwischen der zur Dicht­ fläche 44 benachbarten Nut 92 und der mit der Innenwand der Ventilöffnung 90 den Ringkanal 43′ bildenden Kraftstoffsam­ melnut 97 ein Absatz 102 vorgesehen ist, in dessen Außenum­ fangsfläche eine Vielzahl von Axialnuten 103 vorgesehen ist, die durch schmale Führungsstege 104 getrennt sind und gemein­ sam den Zumeßquerschnitt festlegen. Durch die Anzahl und Querschnittsform der Axialnuten 103 läßt sich der abgespritz­ te, hohlkegelförmige Kraftstoffstrahl gezielt strähnig ma­ chen.

Insbesondere ist es bei dieser Ventilnadel 35 nicht erforder­ lich, die einzelnen Axialnuten 103 untereinander identisch auszubilden, sondern es können z. B. einzelne der Axialnuten 103 mit größerem Querschnitt ausgebildet sein, um über den Umfang des abgespritzten Hohlkegelstrahls Bereiche mit rela­ tiv großer Dicke vorzusehen, die zu einer besonders tiefen Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum führen.

Zweckmäßigerweise lassen sich die Axialnuten 103 durch Fun­ kenerosion oder elektrochemischen Abtrag herstellen.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ventileinheit 105 mit einem Ven­ tilkörper 91, der als Aufnahmeraum für die Schließfeder 46 eine Bohrung 106 aufweist, die über eine Abstützfläche 107 in die Ventilöffnung 90 übergeht. Die Schließfeder 46 ist zwi­ schen dieser Abstützfläche 107 und einer mit der Ventilnadel 35 verschweißten Federhülse 34′′ eingespannt, um die Ventilna­ del 35 in Schließrichtung vorzuspannen und in der Schließ­ stellung deren Schließkopf 42 mit seiner Dichtfläche 44 am Ventilsitz 41 in Anlage zu halten. Die Federhülse 34′′ weist eine sich über ihre gesamte axiale Länge erstreckende Ausneh­ mung 108 auf, die z. B. als Anschliff oder als Längsnut aus­ gebildet sein kann, um einen Zulaufspalt 109 zu bilden, durch den Kraftstoff in die Bohrung 106 und zur Ventilöffnung 90 strömen kann.

Der sich auf der vom Schließkopf 42 abgewandten Seite der Nut 92 anschließende, in der Ventilöffnung 90 befindliche Ab­ schnitt der Ventilnadel 35 weist eine Vielzahl von schrauben­ linienförmigen Nuten 110 auf, die durch entsprechende, mit der Innenfläche der Ventilöffnung 90 zusammenwirkende Füh­ rungsstege 111 voneinander getrennt sind. Durch die schrau­ benlinienförmigen Nuten 110 wird nicht nur erreicht, daß der aus tretende Kraftstoffstrahl eine Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung aufgeprägt bekommt, sondern es ergibt sich auch eine bessere Führung der Ventilnadel 35 in der Ventil­ öffnung durch die wendelförmigen Führungsstege 111.

Durch den infolge der schraubenlinienförmigen Ausbildung der Nuten 110 schrägen Einlauf von Kraftstoff in die vor der Dichtfläche 44 liegende Nut 92 wird eine relativ gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs in Umfangsrichtung erreicht.

Die wendelförmige Ausführung der Nuten 110 und Führungsstege 111 verbessert den Abtrag von eventuell auftretenden Ablage­ rungen, so daß durch diese Ausbildung der Ventilnadel 35 die Unempfindlichkeit der Ventileinheit 105 gegen Ablagerungen erhöht wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die schraubenlinienförmigen Nuten 110 bei gleichem Zumeßquer­ schnitt tiefer ausgeführt werden können als axiale Nuten, so daß die Ventileinheit 105 noch verschmutzungsunempfindlicher ist.

Beim Betrieb dieser Ventileinheit 105 in einem Einspritzven­ til, wie es beispielsweise in Fig. 1 oder 6 gezeigt ist, wird die Ventilnadel 35 von der elektromagnetischen Betätigungs­ einrichtung 17 in Öffnungsrichtung gedrückt, so daß der Schließkopf 42 mit seiner Dichtfläche 44 vom Ventilsitz 41 abhebt. Der Öffnungshub der Ventilnadel 35 ist hierbei für eine genaue Kraftstoffzumessung nicht kritisch, da der sich beim Öffnen des Einspritzventils zwischen Dichtfläche 44 und Ventilsitz 41 bildende Ringspalt keine Zumeßfunktion besitzt, sondern nur zur Strahlformung dient. Der Hub der Ventilnadel 35 kann demzufolge wie bei dem Einspritzventil nach Fig. 6 durch einen Anschlag für den Anker 16 der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 17 begrenzt werden.

Claims (12)

1. Einspritzventil, insbesondere zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmo­ tors,
mit einem in einem Gehäuse angeordneten Ventilkörper, der zur Bildung einer Abspritzöffnung eine von einem Ventilsitz umgebene Ventilöffnung aufweist, durch die sich eine einen Schließkopf tragende Ventilnadel so hin­ durch erstreckt, daß der mit dem Ventilsitz zusammenwir­ kende Schließkopf bei geschlossenem Ventil abspritzsei­ tig am Ventilsitz anliegt,
mit einer Schließfeder, welche die Ventilnadel in ihre Schließstellung vorspannt, und
mit einer Betätigungseinrichtung, welche die Ventilnadel mittels eines Betätigungselements gegen die Kraft der Schließfeder in ihre Offenstellung bewegt,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Betätigungselement (16, 32; 16, 32′) bei ge­ schlossenem Ventil von einer in Öffnungsrichtung wirken­ den Feder (23) in anliegendem Eingriff mit der Ventilna­ del (35) gehalten ist.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betäti­ gungselement einen Anker (16) einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (17) umfaßt, der über ein rohr- oder stangenförmiges Verlängerungsteil (32, 32′) mit der Ventilnadel (35) in Eingriff steht.

3. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verlän­ gerungsteil (32, 32′) in einem rohrförmigen Auslaßteil (13; 13′) des Gehäuses (10; 10′) geführt ist.

4. Einspritzventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ven­ tilnadel (35) eine Federhülse (34; 34′) befestigt ist, an der sich die Schließfeder (46) abstützt und die eine zur Hubbegrenzung mit einer am Ventilkörper (37; 53) vorgesehenen Anschlagfläche (47; 56) zusammenwirkende Stirnfläche (48, 48′) aufweist.

5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil­ nadel (35) im Bereich ihres Schließkopfes (42) eine um­ fangsmäßig umlaufende Nut (43; 97) aufweist, die mit der Innenwand der Ventilöffnung (90) einen Ringkanal (43′) bildet, an den sich in Abspritzrichtung ein Zumeßquer­ schnitt anschließt.

6. Einspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zu­ meßquerschnitt von einem kegelmantelförmigen Ringspalt gebildet ist, der bei offenem Ventil zwischen dem Ven­ tilsitz (41) und einer am Schließkopf (42) vorgesehenen Dichtfläche (44) gebildet ist.

7. Einspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zu­ meßquerschnitt von einem zylindrischen Ringspalt (50) gebildet ist, der von der Außenfläche eines zylindri­ schen Absatzes (49) an der Ventilnadel (35) und der In­ nenwand der Ventilöffnung begrenzt ist.

8. Einspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zu­ meßquerschnitt von einer Vielzahl von Zumeßspalten (96; 103; 110) gebildet ist, die zylindrisch angeordnet sind.

9. Einspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeß­ spalte (110) von schraubenlinienförmigen Nuten (110) ge­ bildet sind, die auf der Ventilnadel (35) vorgesehen sind.

10. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ringka­ nal (43′) eine oder mehrere mit einer Tangentialkompo­ nente in diesen mündende Zulaufbohrungen (45) im Ventil­ körper (37; 53; 53′) zugeordnet sind.

11. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventil­ körper (53; 53′) eine Filteranordnung (62; 63) zugeord­ net ist, die strömungsmäßig vor der oder den in den Ringkanal (43′) mündenden Zulaufbohrungen (45) angeord­ net ist.

12. Einspritzventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter­ anordnung ein Spaltfilter (63) vorgesehenen ist, das zwischen einer Außenfläche des Ventilkörpers (53′) und einer diesen umgebenden Innenfläche (65) einer Ausneh­ mung (33) im Auslaßteil (13′) gebildet ist.