DE19958705C2 - Ventil mit verbesserter Anschlaggeometrie - Google Patents
Ventil mit verbesserter AnschlaggeometrieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einer Ventilnadel, die
in Abhängigkeit von der Position eine Einspritzöffnung öffnet
oder verschließt, wobei die Ventilnadel bei geöffneter Ein
spritzöffnung mit einem definierten Öffnungshub an einen An
schlag in Anlage bewegbar ist.
Entsprechende Ventile werden zur Abgabe von Flüssigkeiten in
verschiedenen technischen Bereichen, insbesondere in der
Kraftfahrzeugtechnik zum Einspritzen von Kraftstoff in eine
Brennkraftmaschine eingesetzt. Für die genaue Bemessung der
abzugebenden Menge ist neben der Öffnungszeit der Öffnungs
querschnitt und der Druck, unter dem die abzugebende Flüssig
keit steht, von Bedeutung. Der Öffnungsquerschnitt wird bei
spielsweise bei nach außen öffnenden Ventilen durch den Sitz
durchmesser des Ventils und durch den Ventilhub beeinflußt.
Bei modernen Kraftstoffeinspritzsystemen beträgt der Kraft
stoffdruck 100 bis 300 bar und bei nach außen öffnenden Ein
spritzventilen weist der Sitzdurchmesser eine Größe von 4 mm
auf. Bei diesen Dimensionen ist ein Ventilhub der Ventilnadel
in der Größenordnung von 25 µm ausreichend, um einen benötig
ten, statischen Kraftstoffluß von 50 g/s bei 250 bar zu ge
währleisten. Eine präzise Einstellung des Ventilhubes ist so
mit Voraussetzung für eine präzise Bemessung der vom Ventil
abzugebenden Flüssigkeitsmenge.
Es sind Ventile in Form von Kraftstoffeinspritzventilen be
kannt, bei denen ein mechanischer Anschlag z. B. in Form einer
Schlitzscheibe oder in Form einer Anschlagscheibe realisiert
ist. Der mechanische Anschlag befindet sich bei diesen Aus
führungsformen am Ende der Ventilnadel.
Aus der DE 197 52 028 A1 ist ein Verfahren zur Justierung des
Ventilnadelhubes bei Dosierventilen und ein Dosierventil mit
nach diesem Verfahren justierten Ventilnadelhub bekannt. Ins
besondere ist offenbart, dass bei Dosierventilen der Hub der
Ventilnadel durch einen im Ventilgehäuse angeordneten Ventil
sitz und einen mit dem Ventilgehäuse verbundenen Anschlag be
grenzt ist. Die genaue Einstellung des vorgegebenen Hubes der
Ventilnadel wird durch eine Temperaturbehandlung des Ventil
gehäuses erzielt.
Aus der DE 196 33 260 A1 ist ein Einspritzventil zum direkten
Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbren
nungsmotors bekannt. Um eine für derartige Einspritzventile
genaue und über lange Zeit konstante Kraftstoffzumessung si
cherzustellen, ist vorgesehen, dass im Strömungsweg vor der
Abspritzöffnung eine Vielzahl von umfangsmäßig verteilten
Kraftstoffkanälen angeordnet ist. Diese sorgen für ausrei
chende austretende Kraftstoffstrahlen.
Aus der DE 196 26 576 A1 ist ein Brennstoff-Einspritzventil
bekannt, welches im Bereich der Zumessstelle Drallnuten oder
Drallbohrungen aufweist. Durch den im Fluid vorhandenen Drall
werden Kraftkomponenten auf die Ventilnadel in schließender
Richtung übertragen. Die Weiterbildung des Einspritzventils
sieht eine zweite drosselartige Verengung vor, mittels der
eine zumindest teilweise kompensierende Gegenkraft erzeugt
wird.
Die DE 40 18 317 C1 beschreibt ein elektromagnetisch betätig
bares Brennstoff-Einspritzventil. Dabei sind in einer an der
Innenschulter des Ventilgehäuses anliegenden oberen Anschlag
fläche einer Anschlagplatte zumindest zwei Ausnehmungen aus
gebildet, die symmetrisch zu einer Mittellinie eines Montage
schlitzes und in einer Hälfte der Anschlagplatte liegen, in
der nicht der Montageschlitz ausgebildet ist. Die Ausnehmun
gen führen zu einer gleichmäßigen und verringerten Einformung
der Anschlagplatte in das Ventilgehäuse.
Aus der DE 25 54 987 C2 ist eine Kraftstoff-Einspritzdüse für
Brennkraftmaschinen bekannt. Durch die Merkmalskombinationen
der Hauptansprüche wird insbesondere erreicht, dass ein Ein
stellmittel aufnehmender Raum im Düsenhalter durch einen
Dichtring sicher abgedichtet wird, wodurch die Voraussetzung
für das Hindurchführen des Leckölkanals durch diesen Raum ge
schaffen ist.
Aus der US 4 610 080 A ist ein Verfahren zur Steuerung der
Brennstoff-Einspritzmenge eines Brennstoffinjektors bekannt.
Ziel ist die automatische Steuerung des in einem Injektor
notwendigen Hubes.
Aus der DE 297 00 657 U1 ist ein Ventilsystem bekannt, insbe
sondere zur Verwendung in einer Veterinärspritze, welches ei
nen Ventilkörper umfasst, der in einem zwischen einem einen
Ventilsitz aufweisenden ersten Teil und einem den Ventilkör
per unter Einwirkung einer Federkraft gegen den Federsitz
drückenden zweiten Teil ausgebildeten Ventilraum angeordnet
ist.
Aus der DE 35 40 660 C2 ist ein Kraftstoff-Einspritzventil
bekannt, das eine schnelle und kostengünstige und vor allem
hochgenaue Einstellung des Ventilhubes ermöglicht.
Sämtliche genannten Druckschriften stellen verschiedenartige
Lösungen zur Einstellung eines genauen Ventilhubes dar. Die
Anpassung an verschiedenartige Einspritzsysteme und deren Op
timierung erfordert jedoch weitere Maßnahmen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfach herzu
stellendes Ventil mit einem präzise eingestellten Ventilhub
bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An
spruchs 1 gelöst.
Das Ventil nach Anspruch 1 hat den Vorteil, daß sowohl der
Anschlag für die Ventilnadel als auch das Anschlagelement der
Ventilnadel bereits vor der Montage des Ventils ausgebildet
sind und somit präzise herstellbar sind. Weiterhin bietet das
Ventil nach Anspruch 1 den Vorteil, daß der Anschlag so nah
wie nötig am Ventilsitz ausgebildet werden kann und damit der
Einfluß thermischer oder elastischer Längenänderungen des Ge
häuses oder der Ventilnadel auf ein Minimum reduziert werden.
Zudem ist das Ventil nach Anspruch 1 einfach zu montieren.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den
abhängigen Ansprüchen beschrieben. Eine einfache Montage der
Ventilnadel wird dadurch erreicht, daß der Öffnungsquer
schnitt des Anschlages und der Querschnitt des Anschlagele
mentes unsymmetrisch ausgebildet sind und somit die Ein
spritznadel nach dem Einschieben in das Ventilgehäuse durch
eine Drehung in der Längsachse in eine Arbeitsposition ge
bracht wird, bei der die Ventilnadel am Anschlag in Anlage
bewegbar ist.
Vorteilhaft ist es, am Anschlag oder am Anschlagelement Erhö
hungen oder Ausnehmungen vorzusehen, die in Abhängigkeit von
der Drehposition der Ventilnadel den maximalen Hub der Ven
tilnadel festlegen. Auf diese Weise können fertigungsbedingte
Toleranzen während der Montage ausgeglichen werden, indem ei
ne präzise Einstellung des maximalen Hubes erst bei der Mon
tage erfolgt.
Eine vorteilhafte Justierung der Ventilnadel in einer vorgeb
baren Drehposition wird dadurch erreicht, daß die Ventilnadel
über einen Faltenbalg mit dem Ventilgehäuse fest verbunden
wird. Auf diese Weise ist eine Längsbewegung der Ventilnadel
möglich, aber eine Drehung der Ventilnadel ausgeschlossen.
Eine einfache Justierung der Ventilnadel in der Drehposi
tion wird dadurch erreicht, daß die Ventilnadel über einen
Stift in einer Längsausnehmung in der Bewegungsrichtung der
Ventilnadel geführt ist.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Anschlagelementes wird durch
eine symmetrische Ausbildung des Anschlagelementes an gegen
überliegenden Seiten der Ventilnadel erreicht, wodurch die
auf die Ventilnadel wirkenden Kräfte kein Biegemoment in der
Ventilnadel erzeugen, sondern nur in Längsrichtung der Ven
tilnadel wirken.
Eine weitere vorteilhafte Art der Einstellung des maximalen
Hubes besteht darin, zwischen dem Anschlag und dem Anschlag
element ein Einstellstück vorzusehen, das in vorgegebenen
Dicken zur Verfügung steht.
Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Abgeben einer Flüssig
keit, die im folgenden anhand des Beispiels eines Kraftstoff
einspritzventils mit den Fig. 1 bis 14 beschrieben wird.
Fig. 1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil,
Fig. 2 zeigt das Kraftstoffeinspritzventil im Bereich des
Ventilsitzes,
Fig. 3 zeigt ein nach innen öffnendes Kraftstoffeinspritz
ventil,
Fig. 4 zeigt einen Anschlag und ein Anschlagelement,
Fig. 5 zeigt Anschläge in Form von Erhöhungen oder Vertie
fungen,
Fig. 6 zeigt ein Anschlagelement in Form einer stetig zunehmenden
Vertiefung,
Fig. 7 zeigt eine Ventilnadel vor dem Einbau,
Fig. 8 zeigt eine Ventilnadel nach dem Einschieben in das
Ventilgehäuse,
Fig. 9 zeigt eine Ventilnadel in der Arbeitsposition,
Fig. 10 zeigt ein Anschlagelement in Form eines abgerundeten
Dreiecks,
Fig. 11 zeigt ein Anschlagelement in Form eines abgerundeten
Quadrats,
Fig. 12 zeigt ein Anschlagelement mit gegenüberliegenden An
schlagflächen,
Fig. 13 zeigt ein weiteres Anschlagelement mit gegenüberlie
genden Anschlagflächen, und
Fig. 14 zeigt eine Ventilnadel mit einer Stiftsicherung.
Fig. 1 zeigt als Ventil ein piezoelektrisch betriebenes Ein
spritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor 14, der in ein
Gehäuse 4 eingebracht ist und über eine Antriebsplatte 12 ei
ne Einspritznadel 2 steuert. Die Einspritznadel 2 ist im Ge
häuse 4 in Längsrichtung beweglich angeordnet. Die Einspritz
nadel 2 weist am unteren Ende einen Ventilteller 1 auf, der
in Schließposition an einem Ventilsitz 3 anliegt und eine
Kraftstoffkammer 18 verschließt. Die Einspritznadel 2 ist in
diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise durch einen Anschlag
7 geführt, der am Gehäuse 4 ausgebildet ist und nahe dem Ven
tilsitz 3 angeordnet ist. Der Abstand des Anschlags 7 vom
Ventilsitz 3 ist möglichst klein, so daß Unterschiede in den
thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Gehäuse 4
und der Einspritznadel 2 nur einen geringen Einfluß auf die
maximale Einspritzöffnung haben. Oberhalb des Anschlags 7
weist die Einspritznadel 2 ein Anschlagelement 6 auf, mit dem
die Einspritznadel 2 beim Öffnen der Einspritzöffnung, die
sich zwischen dem Ventilteller 1 und dem Ventilsitz 3 ausbil
det, in Anlage bringbar ist.
Im oberen Endbereich ist die Einspritznadel 2 mit einer
Scheibe 9 verbunden. Zwischen dem Gehäuse 4 und der Scheibe 9
ist eine Spiralfeder 5 eingebracht, die die Einspritznadel 2
in Richtung auf den Ventilsitz 3 vorspannt. Die Einspritzna
del 2 ist über eine Schweißverbindung 10 mit der Scheibe 9
verbunden. Innerhalb der Spiralfeder 5 ist ein metallischer
Faltenbalg 8 angeordnet, der an einem Ende umlaufend dicht
mit der Scheibe 9 und an dem anderen Ende umlaufend dicht mit
dem Gehäuse 4 über eine Schweißverbindung 10 verbunden ist.
Im Gehäuse 4 ist eine Kraftstoffleitung 16 eingebracht, die
unterhalb des Faltenbalges 8 in die Kraftstoffkammer 18 mün
det. Auf diese Weise dichtet der Faltenbalg 8 die Kraftstoff
kammer 18 gegenüber einem Innenraum 20 des Gehäuses 4 ab. Da
durch wird verhindert, daß Kraftstoff den piezoelektrischen
Aktor 14 benetzt.
In der Ruheposition, wie in Fig. 1 dargestellt, ist das obere
Ende der Einspritznadel 2 vorzugsweise um einen Spalt 11 von
der zugeordneten Antriebsplatte 12 beabstandet. Der Spalt 11
gewährleistet, daß die Einspritznadel 2 immer in der Ruhepo
sition mit dem Ventilteller 1 den Ventilsitz 3 abdichtet. Die
Antriebsplatte 12 ist über eine Rohrfeder 21 mit einer End
platte 15 verbunden. Zwischen der Endplatte 15 und der An
triebsplatte 12 ist der piezoelektrische Aktor 14 eingebracht
und wird durch die Zugspannung der Rohrfeder 21 auf einer
vorgegebenen Vorspannung gehalten. Durch die Endplatte 15
sind elektrische Leitungen 17 zum piezoelektrischen Aktor ge
führt. Die elektrischen Leitungen 17 dienen der Steuerung des
piezoelektrischen Aktors 14. Die Endplatte 15 ist über eine
Verbindungsnaht 13 mit dem Gehäuse 4 verbunden.
Das Einspritzventil nach Fig. 1 funktioniert folgendermaßen:
Ein Steuergerät steuert über die elektrischen Leitungen 17 in
Abhängigkeit von Betriebsparametern eines Kraftfahrzeuges den
piezoelektrischen Aktor 14 an, so daß sich dieser ausdehnt.
Durch die Ausdehnung des piezoelektrischen Aktors 14 drückt
die Antriebsplatte 12 die Einspritznadel 2 nach unten, so daß
der Ventilteller 1 vom Ventilsitz 3 abhebt und eine ringför
mige Einspritzöffnung freigibt. Die Einspritznadel 2 wird so
weit nach unten bewegt, bis das Anschlagelement 6 in einem
Anschlagbereich an den Anschlag 7 in Anlage ist und eine wei
tere Bewegung der Einspritznadel 2 unterbindet. Die Kraft
stoffleitung 16 ist mit einem Kraftstoffspeicher verbunden,
in dem Kraftstoff mit einem vorgegebenen Druck gespeichert
ist. Öffnet die Einspritzöffnung, so wird Kraftstoff aus der
Kraftstoffkammer 18 durch die Einspritzöffnung abgegeben, wo
bei über die Kraftstoffleitung 16 Kraftstoff aus dem Kraft
stoffspeicher nachfließt.
Zum Beenden der Einspritzung wird der piezoelektrische Aktor
14 entstromt, so daß sich dieser wieder zusammenzieht und die
Einspritznadel 2 von der Spiralfeder 5 nach oben bewegt wird
und damit der Ventilteller 1 auf den Ventilsitz 3 aufliegt
und die Kraftstoffkammer 18 verschließt. Das in Fig. 1 darge
stellte Einspritzventil stellt ein nach außen öffnendes Ein
spritzventil dar.
Fig. 2a zeigt in einem größeren Maßstab den unteren Bereich
des Einspritzventils der Fig. 1. In Fig. 2a ist mit d1 der
Sitzdurchmesser des Ventilsitzes 3, mit d2 der breiteste
Durchmesser des Anschlagelementes 6, mit d3 der kleinste
Durchmesser der Öffnung 22 des Anschlags 7 und mit d4 der
Durchmesser der Einspritznadel 2 bezeichnet. Für eine korrek
te Funktion des Einspritzventils sind folgende Größenverhält
nisse einzuhalten: d1 < d2 < d3 < d4. Mit g ist der maximale
Hub der Einspritznadel 2 bezeichnet, der in der Ruheposition
durch den Abstand eines ersten Auflagebereichs 23 des An
schlags 7 von einem zweiten Auflagebereich 24 des Anschlagelementes
6 festgelegt ist. Durch den maximalen Hub g wird
präzise die bei einem vorgegebenen Kraftstoffdruck durch das
Einspritzventil maximal abgegebene Kraftstoffmenge pro Sekun
de festgelegt. Fig. 2b zeigt das Einspritzventil bei maximal
geöffneter Einspritzöffnung, wobei das Anschlagelement 6 mit
dem zweiten Auflagebereich 24 auf dem ersten Auflagebereich
23 des Anschlags 7 aufliegt.
Fig. 2c zeigt den Schnitt A-A der Fig. 2a. Dabei ist deutlich
der kreisrunde Querschnitt der Einspritznadel 2 zu erkennen
und die seitlich sich an gegenüberliegenden Seiten darüber
hinaus erstreckenden Teile des Anschlagelementes 6. In einer
einfachen Ausführungsform kann anstelle der zwei Teile nur
ein seitlich an der Einspritznadel 2 ausgebildetes Anschlag
element 6 vorgesehen sein.
Fig. 2d zeigt den Schnitt B-B in der Höhe des Anschlags 7. In
der Fig. 2d ist über eine gestrichelte Linie der kreisrunde
Querschnitt der Innenausnehmung des Gehäuses 4 angedeutet.
Dabei sind deutlich die in den Innenraum des Gehäuses 4 ra
genden Anschlagteile 71 zu erkennen. Die Anschlagteile 71
sind an zwei gegenüberliegenden Innenseiten des Gehäuses 4
ausgebildet. Der Querschnitt der Einspritznadel 2 ist kleiner
als der Abstand zwischen den zwei Anschlagteilen 71, so daß
die Einspritznadel in Längsrichtung frei beweglich ist. Aus
dem Vergleich der Fig. 2c und 2d ist erkennbar, daß die
Anschlagelemente 6 an den Anschlagteilen 71 bei maximalem Hub
g anschlagen. Auf diese Weise wird der maximale Hub der Ein
spritznadel 2 eingestellt. In einer einfachen Ausführungsform
wird anstelle zweier Anschlagteile 71 nur ein einziges An
schlagteil 71 ausgebildet.
In Fig. 2d ist die Öffnung 22 des Anschlags 7 dargestellt,
die in der Weise ausgebildet ist, daß der Querschnitt des
Einspritzventils 2 mit dem Anschlagelement 6 wie in Fig. 2c
dargestellt ist, nach einer vorgegebenen Drehung frei durch
die Öffnung 22 schiebbar ist. Somit ist der Querschnitt der
Öffnung 22 in der Form und in der Lage in Bezug auf das An
schlagelement 6 angepaßt.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die Einspritznadel 2 mit
dem Anschlag 6 in einer vorgegebenen Drehposition durch die
Öffnung 22 des Anschlags 7 hindurch geschoben werden kann und
nach einer Verdrehung um einen vorgegebenen Winkel bei einer
Zurückbewegung der Einspritznadel 2 mit dem Anschlag
element 6 auf den Anschlag 7 stößt und somit die Auslenkung
der Einspritznadel 2 auf den maximalen Hub g begrenzt ist.
In Fig. 2d ist mit gestrichelter Linie die Kontur des An
schlagelementes 6 dargestellt. Aus Fig. 2d ist deutlich er
kennbar, daß die Einspritznadel 2 in der dargestellten Ar
beitsposition in der Bewegung nach unten durch den Anschlag 7
begrenzt ist. Durch eine Rotation der Einspritznadel 2 um 90°
wird die Querschnittsfläche des Anschlagelementes 6 in Über
deckung mit der Öffnung 22 gebracht und die Einspritznadel 2
kann nach unten durch die Öffnung 22 aus dem Einspritzventil
herausgeschoben werden.
Fig. 3a zeigt einen Teil eines nach innen öffnenden Ein
spritzventils, das eine Einspritznadel 57 aufweist, die am
unteren Ende Dichtflächen 26 aufweist, mit denen in der Ruhe
position Einspritzlöcher 25 abgedichtet werden und somit die
Kraftstoffkammer 18 abgedichtet ist. Zum Einspritzen wird die
Einspritznadel 57 mit einem Aktor nach oben bewegt, bis das
Anschlagelement 6 mit dem Anschlag 7 in Anlage gebracht ist.
Dabei hat die Einspritznadel 57 einen maximalen Hub g zurück
gelegt und Kraftstoff wird aus der Kraftstoffkammer 18 über
die Einspritzlöcher 25 abgegeben. Zum Beenden der Einsprit
zung wird die Einspritznadel 57 wieder mit den Dichtflächen
26 auf den zugeordneten Dichtsitz im Bereich der Einspritzlö
cher 25 bewegt.
In der Fig. 3b ist der Schnitt B-B der Fig. 3a dargestellt.
In Fig. 3c ist der Schnitt A-A der Fig. 3a dargestellt. Die
Flächenanordnung der Fig. 3b entspricht im wesentlichen der
Flächenanordnung der Fig. 2c und die Flächenanordnung der
Fig. 3c entspricht im wesentlichen der Flächenanordnung der
Fig. 2d. In den Fig. 3a, 3b und 3c ist die Einspritznadel
57 in der Arbeitsposition dargestellt, so daß diese bei der
Bewegung weg vom Dichtsitz nur einen maximalen Hub g bis zum
Anschlag 7 bewegbar ist. Nach einer Drehung der Einspritzna
del 57 um 90° kann die Einspritznadel 57 nach oben durch die
Öffnung 22 des Anschlags 7 herausgeschoben werden. Dazu ist
das Anschlagelement 6 im Querschnitt kleiner ausgeführt als
die Öffnung 22.
Fig. 4a zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Ab
schnitt der Einspritznadel 2, an dem das Anschlagelement 6
ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform ist das Anschlag
element 6 in Form von zwei Zylindern ausgebildet, die an ge
genüberliegenden Seiten der Einspritznadel 2 und im 90°-
Winkel zur Längsrichtung der Einspritznadel 2 angeordnet
sind. In einer einfachen Ausführungsform kann anstelle der
zwei Zylinder auch nur ein Zylinder angeordnet sein oder die
zwei Zylinder können auch in einem anderen beliebigen Winkel
zueinander ausgerichtet sein. Die Verwendung zweier, an ge
genüberliegenden Seiten der Einspritznadel 2 angeordneter An
schlagelemente 6 bietet den Vorteil, daß beim Anlegen der An
schlagelemente 6 am Anschlag 7 keine Querkräfte auf die Ein
spritznadel 2 ausgeübt werden.
Anstelle der Zylinderform für das Anschlagelement 6 kann jede
beliebige Form verwendet werden, die seitlich an der Ein
spritznadel 2 ausgebildet ist. Die Öffnung 22 ist in der Form
entsprechend dem Anschlagelement 6 angepaßt, so daß das An
schlagelement 6 in einer ersten Drehposition durch die Öff
nung 22 schiebbar ist und in einer zweiten Drehposition zum
Anschlag 7 in Anlage bringbar ist.
Fig. 4b zeigt einen Anschlag 7 mit einer Öffnung 22, die auf
die Form des Anschlagelementes 6 der Fig. 4a angepaßt ist.
Die Öffnung 22 besteht im wesentlichen aus einer mittigen Zy
linderform, an der zwei seitlich an der Zylinderform angeord
nete Rechteckformen ausgebildet sind. Der Querschnitt der
Öffnung 22 ist in der Größe und in der Orientierung in der
Weise ausgebildet, daß das Anschlagelement 6 der Fig. 4a bei
entsprechender Justierung durch die Öffnung 22 geschoben wer
den kann. Bei einer entsprechenden Verdrehung gegen die Ori
entierung der Öffnung 22 wird jedoch ein Durchschieben der
Einspritznadel 2 durch den Anschlag 7 verhindert, da das An
schlagelement 6 auf dem Anschlag 7 in Auflage kommt.
In Fig. 4b ist eine besondere Form des Anschlagelementes 7
dargestellt, das als ersten Auflagebereich zwei sich gegen
überliegende Erhöhungsabschnitte 42, 29 aufweist. Der erste
Erhöhungsabschnitt 42 geht von einer ersten Rechteckausneh
mung 28 der Öffnung 22 aus und steigt stetig mit zunehmender
Entfernung von der ersten Rechteckausnehmung 28 an. Der zwei
te Erhöhungsabschnitt 29 geht von der zweiten Rechteckausneh
mung 30 aus und steigt ebenfalls mit zunehmendem Abstand zur
zweiten Rechteckausnehmung 30 an. Dabei sind der erste und
der zweite Erhöhungsabschnitt 42, 29 in Form einer Teilring
fläche um die zylinderförmige Mittenausnehmung 31 angeordnet.
Der erste und der zweite Erhöhungsabschnitt 42, 29 sind spie
gelsymmetrisch zur Mittenachse der Mittenausnehmung 31 ange
ordnet. Die Funktion des ersten und des zweiten Erhöhungsab
schnittes 42, 29 besteht darin, daß in Abhängigkeit von der
Ausrichtung des Anschlagelementes 6 der maximale Hub variiert
werden kann. Ist die Einspritznadel 2 mit der Längsachse des
Anschlagelementes 6 in der Position D, wie in Fig. 4b darge
stellt, angeordnet, so ist der maximale Hub größer als wenn
die Einspritznadel 2 mit der Längsachse des Anschlagelementes
6 in der Ausrichtung der Achse E, wie in Fig. 4b dargestellt,
angeordnet ist. Mit zunehmender Drehung von der Ausrichtung D
zur Ausrichtung E wird der maximale Hub g verkleinert.
Fig. 5a zeigt eine weitere Ausführungsform eines Anschlags 7
mit einem dritten und einem vierten Erhöhungsabschnitt 43,
44, wobei jedoch der dritte und der vierte Erhöhungsabschnitt
43, 44 in einzelne Stufen 32, 33, 34 unterteilt ist. Die ein
zelnen Stufen 32, 33, 34 weisen unterschiedliche Höhen zur
Oberfläche des Anschlags 7 auf. Diese Ausführungsform bietet
den Vorteil, daß durch die Drehposition des Anschlagelementes
6 der maximale Hub g in vorgegebenen Stufen eingestellt wer
den kann. In einer ersten Position liegt der erste Teil des
Anschlagelementes 6 auf der ersten Stufe 32 des ersten Erhö
hungsabschnittes 43 und gleichzeitig der zweite Teil des An
schlagelementes 6 auf der ersten Stufe 32 des zweiten Erhö
hungsabschnittes 44.
Die erste Stufe 32 des ersten Erhöhungsabschnittes 43 und die
erste Stufe 32 des zweiten Erhöhungsabschnittes 44 sind spie
gelsymmetrisch zur Mittenachse der Mittenausnehmung 31 ange
ordnet. Entsprechend sind die zweite und dritte Stufe des er
sten und zweiten Erhöhungsabschnittes 43, 44 angeordnet.
Fig. 5b zeigt eine weitere Ausführungsform eines Anschlags 7,
bei der in der Oberfläche des Anschlags 7 eine erste und
zweite Ausnehmung 35, 36 eingebracht sind. Die erste Ausneh
mung 35 weist Stufen mit unterschiedlicher Tiefe aus, wobei
die Tiefe in der eingezeichneten Pfeilrichtung zunimmt. Die
zweite Ausnehmung 36 ist spiegelsymmetrisch zur Mittensymme
trieachse der Mittenausnehmung 31 in Bezug auf die erste Aus
nehmung 35 angeordnet. Die Stufen der ersten und der zweiten
Ausnehmung 35, 36 sind in der Weise ausgebildet, daß das An
schlagelement 6 mit seinen beiden Teilen jeweils auf die er
ste, zweite oder dritte Stufe der ersten und der zweiten Aus
nehmung 35, 36 je nach Winkelstellung aufliegt, wenn es bei
einem maximalen Hub g in Anlage an den Anschlag 7 bewegt
wird. In Abhängigkeit von der Winkelstellung der Einspritzna
del 2 können auf diese Weise unterschiedliche, maximale Hübe
g eingestellt werden.
Fig. 6 zeigt ein Anschlagelement 7 mit einer dritten und
vierten Ausnehmung 37, 38. Die dritte Ausnehmung 37 ist eine
in Pfeilrichtung in der Tiefe stetig zunehmende Ausnehmung,
die an die Mittenausnehmung 31 angrenzt. Spiegelsymmetrisch
zur Mittensymmetrieachse 39 der Mittenausnehmung 31 ist die
dritte Ausnehmung 38 ausgebildet. In der Funktionsweise ent
sprechen die dritte und vierte Ausnehmung 37, 38 dem ersten
und dem zweiten Erhöhungsabschnitt 42, 29, wobei jedoch das
Anschlagelement 6 in den Ausnehmungen 37, 38 bei maximalem
Hub anliegt. Das Anschlagelement 6 liegt bei einer Orientie
rung in der Achse F bei einem maximalen Hub der Einspritzna
del 2 auf den Grundflächen der dritten und vierten Ausnehmung
37, 38 auf, die nur etwas niedriger als die Oberfläche des
Anschlags 7 angeordnet sind.
Bei einer Orientierung des Anschlagelements 6 in der Richtung
G liegt das Anschlagelement 6 auf den Grundflächen der drit
ten und vierten Ausnehmung 37, 38 auf, die der größten Tiefe
der Ausnehmungen 37, 38 entsprechen. Somit ist der maximale
Hub bei einer Orientierung des Anschlagelementes 6 in der
Achse G größer als in der Orientierung der Achse F. Die Aus
führungsform des Anschlagelementes 7 der Fig. 6 ermöglicht
eine stufenlose Erhöhung des maximalen Hubes in Abhängigkeit
von der Drehposition der Einspritznadel 2 in der Arbeitsposi
tion. Die Anschläge 7 der Fig. 1 bis 6 sind sowohl bei
nach innen als auch bei nach außen öffnenden Ventilen einzu
setzen.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen drei Positionen der Einspritznadel
beim Montieren der Einspritznadel im Gehäuse 4. In Fig. 7 be
findet sich die Einspritznadel 2 mit dem Anschlagelement 6
noch außerhalb des Gehäuses 4. Bei Fig. 7 wird die Einspritz
nadel 2 mit dem Anschlagelement 6 in der Weise ausgerichtet,
daß der Querschnitt der Einspritznadel 2 und des Anschlagele
mentes 6 durch die Öffnung 22 des Anschlags 7 geschoben wer
den können. Dazu ist wie in dem unteren Teilbild der Fig. 8
dargestellt, der Querschnitt der Einspritznadel 2 mit dem An
schlagelement 6 kleiner als der Querschnitt der Öffnung 22
des Anschlags 7 ausgebildet. Im oberen Teilbild der Fig. 8
ist die Einspritznadel 2 im eingeschobenen Zustand darge
stellt.
Nach dem Einschieben der Einspritznadel 2 in das Gehäuse 4
(Fig. 8, oberes Bild) wird die Einspritznadel 2 in Bezug auf
ihre Mittensymmetrieachse um einen vorgegebenen Winkel ge
dreht, so daß ein Herausschieben der Einspritznadel 2 nicht
mehr möglich ist, da das Anschlagelement 6 dabei in Anlage an
den Anschlag bewegt wird. Bei diesem Vorgang wird ein Verdre
hen des Anschlagelementes 6 gegenüber der Öffnung 22 des An
schlags 7 bewirkt. Das Anschlagelement 6 und der Anschlag 7
sind wie ein Schloß und ein Schlüssel aufeinander abgestimmt.
Fig. 9 zeigt eine in die Arbeitsposition gedrehte Einspritz
nadel 2, die im oberen Teilbild im Längsschnitt und im unte
ren Teilbild im Querschnitt auf der Höhe des Anschlagelemen
tes 6 dargestellt ist. Dabei ist deutlich zu erkennen, daß
ein Nach-unten-Herausschieben der Einspritznadel 2 nur um den
maximalen Hub g möglich ist, da das Anschlagelement 6 in An
lage an den Anschlag 7 gebracht wird. In der Arbeitsposition
der Fig. 9 wird das obere Ende der Einspritznadel 2 entspre
chend Fig. 1 mit dem Faltenbalg 8 verbunden, der wiederum
fest mit dem Gehäuse 4 in Verbindung steht. Auf diese Weise
wird eine Fixierung der Drehposition der Einspritznadel 2 er
reicht. Entsprechend dem Montageverfahren nach den Fig. 7
bis 9 werden auch Einspritzventile montiert, die Anschläge 7
entsprechend den Fig. 4 bis 6 aufweisen, bei denen über
die Drehposition der Einspritznadel 2 der maximale Hub einge
stellt werden kann.
In den Fig. 10 bis 13 sind verschiedene Varianten von An
schlagelementen 6 und Anschlägen 7 dargestellt. Fig. 10 zeigt
eine Ausführungsform, bei der die Einspritznadel mit Anschla
gelement im wesentlichen einen Querschnitt aufweist, der ei
nem abgerundeten Dreieck entspricht. Dabei sind symmetrisch
verteilt um den Umfang der Einspritznadel 2 drei Teilstücke
angebracht, von denen jedes einzelne im wesentlichen die Form
eines abgeschnittenen Dreiecks aufweist, wobei das abge
schnittene Eck vom Umfang der Einspritznadel weg gerichtet
ist. Die Öffnung 22 des Anschlags 7 ist in der Form entspre
chend, aber größer ausgebildet. Fig. 10a zeigt die Orientie
rung der Einspritznadel 2 und des Anschlags 7 bei der Monta
ge. Fig. 10b zeigt die Orientierung der Einspritznadel 2 mit
dem Anschlagelement 6 in der Arbeitsposition, bei der die
Einspritznadel 2 bezüglich der Winkelstellung fest mit dem
Gehäuse verbunden ist. Dabei ist deutlich zu erkennen, daß in
der Arbeitsposition die Bewegung der Einspritznadel 2 durch
den Anschlag 7 begrenzt ist.
Fig. 11 zeigt eine Einspritznadel mit Anschlagelement 6, de
ren Querschnitt im wesentlichen einem abgerundeten Quadrat
entspricht. Die Öffnung 22 des Anschlags 7 ist entsprechend
dem Querschnitt des Anschlagelementes 6, aber größer ausge
bildet. Fig. 11a zeigt die Einspritznadel 2 in der Montagepo
sition, bei der die Einspritznadel 2 entsprechend den Fig.
7 und 8 mit dem Anschlagelement 6 durch den Anschlag 7 ge
schoben wird. Fig. 11b zeigt die Einspritznadel 2 in der Ar
beitsposition, bei der die Einspritznadel 2 fest mit dem Ge
häuse verbunden ist. In Fig. 11b ist die Auslenkung der Ein
spritznadel 2 durch den Anschlag 7 begrenzt.
Fig. 12 zeigt einen Ausführungsform, bei der das Anschlagele
ment 6 in Form von zwei gegenüberliegenden Teilringflächen
ausgebildet ist. Die Öffnung 22 des Anschlags 7 ist in der
Form entsprechend, aber größer ausgebildet. Fig. 12a zeigt
die Montageposition, bei der die Einspritznadel 2 mit dem An
schlagelement 6 durch den Anschlag 7 geschoben wird. Fig. 12b
zeigt die Arbeitsposition der Einspritznadel 2, bei der die
Einspritznadel 2 in die Arbeitsposition gedreht wird, so daß
der maximale Hub der Einspritznadel 2 durch den Anschlag 7
begrenzt ist.
Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das An
schlagelement 6 aus zwei an gegenüberliegenden Seiten der
Einspritznadel angeordneten Stiften ausgebildet ist. Die Öff
nung 22 des Anschlags 7 weist eine mittige Kreisform auf, an
die sich an gegenüberliegenden Seiten symmetrisch jeweils ein
Ringstreifen anschließt, dessen Breite größer ist als die
Länge der Stifte des Anschlagelementes 6 und deren Länge grö
ßer ist als die Breite der Stifte des Anschlagelementes 6.
Fig. 13a zeigt die Montageposition der Einspritznadel 2, mit
der die Einspritznadel 2 mit dem Anschlagelement 6 durch den
Anschlag 7 entsprechend den Fig. 7 und 8 geschoben wird.
In der Fig. 13b ist die Einspritznadel 2 in der Arbeitsposi
tion dargestellt, in der die Einspritznadel 2 fest mit dem
Gehäuse 4 in Bezug auf die Winkelstellung verbunden ist und
somit die Bewegung der Einspritznadel 2 auf den maximalen Hub
g entsprechend Fig. 9 begrenzt ist.
Die Formen der Anschlagelemente 6 und der Anschläge 7 der
Fig. 10 bis 13 sind sowohl bei nach innen als auch nach au
ßen öffnenden Ventilen einzusetzen.
Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform eines Sperrelementes, mit
Hilfe dessen die Winkelposition der Längsachse des Anschlag
elementes 6 festgelegt wird. In das Gehäuse 4 ist an gegen
überliegenden Seiten der Innenfläche jeweils eine Längsaus
nehmung 41, 45 eingebracht, die parallel zur Bewegungsrich
tung der Einspritznadel angeordnet sind. Die Einspritznadel 2
ist mit einem Führungsstift 40 verbunden, der quer durch den
Innenraum 20 des Gehäuses 4 geführt ist und mit beiden Enden
in den Längsausnehmungen 41, 45 geführt ist. In dieser Anord
nung ist der Aktor 14 über eine Membran 50 gegen Kraftstoff
abgedichtet.
Der Stift 40 wird an die Einspritznadel 2 nach dem Einschie
ben und dem Drehen in die Arbeitsposition entsprechend Fig. 9
am oberen Ende der Einspritznadel z. B. durch Schweißen oder
Kleben befestigt. Auf diese Weise wird die Einspritznadel 2
in ihrer Drehposition festgelegt. Der Stift 40 ermöglicht ei
ne Längsbewegung der Einspritznadel 2 zum Öffnen und Schließen
der Einspritzöffnung, verhindert aber ein Verdrehen ge
genüber der festgelegten Winkelstellung.
Vorzugsweise ist auf dem Anschlag 7 eine Einstellscheibe 58
aufgelegt, die mit dem Anschlag 7 verbunden ist, und die eine
Öffnung aufweist, die der Querschnittsöffnung des Anschlags 7
entspricht, so daß die Einspritznadel 2, 57 bei der Montage
auch durch die Einstellscheibe 58 geschoben werden kann. Die
Einstellscheibe 58 liegt bei der Montage in verschiedenen
Dicken bereit, so daß durch die Wahl der entsprechenden Dicke
der Einstellscheibe 58 der maximale Hub der Einspritznadel
2, 57 präzise eingestellt werden kann.
Claims (11)
1. Ventil mit einer Ventilnadel, die in einem Ventilgehäuse
in Längsrichtung beweglich gelagert ist und abhängig von der
Stellung eine Einspritzöffnung öffnet oder schließt, wobei
die Ventilnadel bei geöffneter Einspritzöffnung an einem An
schlag mit einem definierten Öffnungshub in Anlage bewegbar
ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschlag (7) mindestens teilweise eine Öffnung (22) im Ventilgehäuse begrenzt,
daß sich die Ventilnadel (2, 57) durch die Öffnung (22) er streckt,
daß die Ventilnadel (2, 57) ein Anschlagelement (6) auf weist, das an der Längsseite der Ventilnadel (2, 57) ausge bildet ist,
daß die Ventilnadel (2, 57) ein Sperrelement (8, 40) auf weist, das die Ventilnadel in einer zweiten Drehposition festlegt,
daß die Ventilnadel (2, 57) in der zweiten Drehposition beim Öffnen der Einspritzöffnung mit dem Anschlagelement (6) in Anlage an den Anschlag (7) bewegbar ist,
daß das Anschlagelement (6) und die Öffnung (22) in der Weise ausgebildet sind, daß die Ventilnadel (2, 57) mit dem Anschlagelement (6) in einer ersten Drehposition durch die Öffnung (22) bewegbar ist.
daß der Anschlag (7) mindestens teilweise eine Öffnung (22) im Ventilgehäuse begrenzt,
daß sich die Ventilnadel (2, 57) durch die Öffnung (22) er streckt,
daß die Ventilnadel (2, 57) ein Anschlagelement (6) auf weist, das an der Längsseite der Ventilnadel (2, 57) ausge bildet ist,
daß die Ventilnadel (2, 57) ein Sperrelement (8, 40) auf weist, das die Ventilnadel in einer zweiten Drehposition festlegt,
daß die Ventilnadel (2, 57) in der zweiten Drehposition beim Öffnen der Einspritzöffnung mit dem Anschlagelement (6) in Anlage an den Anschlag (7) bewegbar ist,
daß das Anschlagelement (6) und die Öffnung (22) in der Weise ausgebildet sind, daß die Ventilnadel (2, 57) mit dem Anschlagelement (6) in einer ersten Drehposition durch die Öffnung (22) bewegbar ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Anschlagelement (6) im Querschnitt zur Längsrichtung des Ven
tils (2, 57) unsymmetrisch in bezug auf die Mittenachse des
Ventils (2, 57) ausgebildet ist, und daß die Öffnung (22) un
symmetrisch in bezug auf die Mittenachse des Ventils (2, 57)
ausgebildet ist.
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Anschlagelement (6) in einem Auflagebereich (23) am Anschlag
(7) in Anlage bringbar ist,
daß der Anschlag (7) im Auflagebereich (23) eine Erhöhung
(29, 42; 43, 44) oder eine Ausnehmung (35, 36; 37, 38) aufweist,
die in Abhängigkeit von der Winkelposition in der Höhe zu-
bzw. abnimmt.
4. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erhöhung (29, 42; 43, 44) oder die Ausnehmung (35, 36; 37, 38) ab
hängig von der Winkelposition stufenweise zu- bzw. abnimmt.
5. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erhöhung (29, 42) oder die Ausnehmung (37, 38) in Abhängigkeit
von der Winkelposition kontinuierlich zu- oder abnimmt.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Sperrelement als Faltenbalg (8) ausgebildet
ist, der am Ventilgehäuse (4) und an der Ventilnadel (2, 57)
befestigt ist und die Ventilnadel (2, 57) in der Drehposition
festlegt.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Sperrelement als Stift (40) ausgebildet
ist, der mit der Ventilnadel (2) verbunden ist, und daß der
Stift (40) in einer Ausnehmung (41, 45) des Ventilgehäuses (4)
in Bewegungsrichtung der Ventilnadel (2) geführt ist.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Anschlagelement (6) in Form von zwei Teile
lementen an zwei gegenüber liegenden Seiten spiegelsymme
trisch zur Mittenachse der Ventilnadel (2, 57) ausgebildet
ist.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen dem Anschlag (7) und dem Anschlagele
ment (6) eine Einstellscheibe (58) angeordnet ist, die den
maximalen Hub der Ventilnadel (2, 57) festlegt.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnung (22) in der Weise ausgebildet ist,
daß die Ventilnadel (2, 57) durch die Öffnung (22) seitlich
bei einer Längsbewegung zum Öffnen oder Schließen der Ein
spritzöffnung geführt ist.
11. Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (2, 57) mit dem
Anschlagelement (6) in der ersten Drehposition durch die Öff
nung (22) des Anschlags (7) in das Ventilgehäuse (4) gescho
ben wird, daß die Ventilnadel (2, 57) in eine zweite Drehposi
tion gedreht wird und in der zweiten Drehposition mit einem
Sperrelement (8, 40) fixiert wird, wobei eine Längsbewegung
der Ventilnadel (2, 57) zum Öffnen oder Schließen der Ein
spritzöffnung erhalten bleibt.
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