DE3617015A1 - Kraftstoffeinspritzventil mit weichsitz - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 29 36 332 ist bereits ein druckbetätigtes Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei welchem sich der Ventilkörper nach außen hin öffnet, um die Abspritzöffnung frei­ zugeben. Um einen dichten Verschluß zwischen Ventilnadel und Sitz­ träger im geschlossenen Zustand eines solchen Kraftstoffeinspritz­ ventils sicherzustellen, müssen die schließenden Flächen sehr exakt bearbeitet sein. Der Sitzträger wird zu diesem Zweck feingeschlif­ fen, die Ventilnadel sogar geläppt. Schon kleine Qualitätsmängel der bearbeiteten Flächen können bei einem solchen Kraftstoffeinspritz­ ventil zu Leckverlusten führen. Da sowohl die Ventilnadel als auch der Sitzträger dauerhaft korrosionssicher sein müssen, werden bei solchen Kraftstoffeinspritzventilen hochwertige, nicht rostende Stähle verwandt. Dies bedingt sowohl hohe Materialkosten als auch hohe Fertigungskosten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Verwendung eines elastischen Einsatzes im Bereich des Ven­ tilsitzes das Ventil in nicht betätigtem Zustand absolut dicht schließt. Da die Abdichtung vor allem durch die elastische Formände­ rung des Einsatzes sichergestellt ist, sind die Anforderungen an die Oberfläche der Ventilnadel nicht so hoch, wie bei einer metallischen Dichtung. Es kann beispielsweise eine Ventilnadel aus Messing ver­ wendet werden. Diese läßt sich leicht herstellen, die Anforderung an ihre Oberflächengüte ist wegen der sitzseitigen elastischen Auflage nicht sehr hoch. Weiterhin bietet Messing den Vorteil, korrosions­ sicher zu sein.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffeinspritzventiles möglich.

Insbesondere ist es vorteilhaft, nicht nur den elastischen Ventil­ sitz, sondern auch die mit diesem zusammenwirkende Dichtfläche der Ventilnadels konisch zu gestalten. Das Kraftstoffeinspritzventil ar­ beitet dann mit einem immer gleichen mittleren Sitzinnendurchmesser und damit Öffnungsdruck, da die durch den Kraftstoffdruck beauf­ schlagte Fläche an der Ventilnadel keiner Veränderung unterliegt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung ver­ einfacht dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher er­ läutert. Fig. 1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil, Fig. 2 eine Detaildarstellung des Sitzträgers des Kraftstoffeionspritzventils, Fig. 3 ebenfalls eine Detaildarstellung des Sitzträgers, jedoch in einer anderen Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil ist insbe­ sondere für eine Einspritzung von Kraftstoff in das Saugrohr von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen bestimmt und weist einen Düsenhalter 1 auf, in dem an einem Ende ein Sitz­ träger 2 angeordnet ist. Der Sitzträger 2 liegt an einer Schulter 3 des Düsenhalters 1 unter Zwischenlage einer Scheibe 4 an und wird durch einen umgebördelten Rand 6 des Düsenhalters 1 fixiert. Im Sitzträger 2 ist koaxial eine zweistufige Aufnahmebohrung 7 eingear­ beitet, welche einen rotationssymetrisch geformten Einsatz 10 auf­ nimmt. Der Einsatz 10 verfügt über eine Durchgangsbohrung 11, welche mit radialem Abstand einen Teil einer Ventilnadel 13 umschließt. Die Ventilnadel 13 endet in einem Schließkopf 14, dessen größter Durch­ messer größer ist als der Durchmesser der Durchgangsbohrung 11 und welcher teilweise aus dem Kraftstoffeinspritzventil herausragt. Der Schließkopf 14 weist ungefähr die Form einer Halbkugel auf, deren Flachseite dem Kraftstoffeinspritzventil abgewandt ist. Andererseits endet die Ventilnadel 13 in einem näherungsweise kugeligen Kopf 16. Der Bereich zwischen Schließkopf 14 und Kopf 16 der Ventilnadel 13 ist in Form eines schlanken Schaftes 17 ausgebildet. Der Durchmesser des Schaftes 17 ist so bemessen, daß zwischen Schaft 17 und Durch­ gangsbohrung 11 ein ringförmiger Strömungskanal 19 verbleibt. Der ringförmige Strömungskanal 19 ist in der dem Kopf 16 zugewandten Richtung offen, in der dem Kopf 16 abgewandten Richtung jedoch durch den Schließkopf 14 verschließbar.

Der Kopf 16 der Ventilnadel 13 liegt in einer Mulde 21 eines Feder­ tellers 22 so an, daß bei einer Kraft auf den Federteller 22 in der dem Schließkopf 14 abgewandten Richtung eine Zugkraft auf die Ven­ tilnadel 13 ausgeübt wird. Diese Kraft, welche bestrebt ist, den Federteller 22 in dem Schließkopf 14 abgewandter Richtung zu bewe­ gen, wird durch eine Druckfeder 24 aufgebracht, welche sich einer­ seits an einer Außenschulter 25 des Federtellers 22 abstützt und welche sich andererseits am Sitzträger 2 abstützt. Die Abstützung am Sitzträger 2 kann auch, wie in Fig. 1 dargestellt, unter Zwischen­ lage einer Ringscheibe 26 erfolgen. Die Druckfeder 24 umschließt koaxial die Ventilnadel 13, um das auf den Federteller 22 wirkende, resultierende Moment klein zu halten.

Zur Durchführung des Schaftes 17 der Ventilnadel 13 durch den Feder­ teller 22 befindet sich koaxial im Federteller 22 eine Öffnung 28, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Durchmesser des Schaftes 17 der Ventilnadel 13. Um ein "Wandern" des Kopfes 16 in­ nerhalb der Mulde 21 des Federtellers 22 zu ermöglichen (etwa bei einer Schrägstellung des Federtellers 22), sind die einander zuge­ wandten Konturen von Kopf 16 der Ventilnadel 13 und Mulde 21 des Federtellers 22 aufeinander abgestimmt.

Ventilnadel 13, Federteller 22 und Druckfeder 24 befinden sich in einem durch den Düsenhalter 1 gebildeten Innnenraum 30 des Kraft­ stoffeinspritzventils. Die Zuführung von Kraftstoff in den Innenraum 30 erfolgt über eine in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Zuführ­ leitung 31. Zur Befestigung des Kraftstoffeinspritzventils an der Brennkraftmaschine befindet sich am Düsenhalter 1 ein Schraubgewinde 33. Um das Einschrauben, etwa mittels eines Werkzeuges, zu erleich­ tern, ist am Düsenhalter 1 ein Sechskant 34 angebracht.

Das Kraftstoffeinspritzventil öffnet immer dann, wenn der auf die Ventilnadel 13 wirkende Kraftstoffdruck eine Kraft bewirkt, welche größer ist als die Summe aus der Schließkraft der Druckfeder 24 und der Druckkraft der Atmosphäre auf den Ventilnadel 13.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Auf­ nahmebohrung 7 besteht aus einem engeren Abschnitt 36, welcher sich in der dem Kopf 16 zugewandten Richtung zu einem erweiterten Ab­ schnitt 37 vergrößert. In der dem Schließkopf 14 zugewandten Rich­ tung hingegen schließt sich an den engeren Abschnitt 36 der Aufnah­ mebohrung 7 eine sich erweiternde konische Bohrung 38 an. Der Ein­ satz 10 ist in der Weise geformt, daß er sich mit seinen äußeren Mantelflächen an die beiden Abschnitte 36, 37 der Aufnahmebohrung 7 sowie an die konische Bohrung 38 anlegt. Die inneren Flächen des Einsatzes 10 hingegen setzen sich zusammen aus der Durchgangsbohrung 11 und einem kurzen, sich konisch erweiternden Ventilsitz 40, wel­ cher in etwa parallel zu der konischen Bohrung 38 des Sitzträgers 2 verläuft. Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, wenn so­ wohl der Winkel der konischen Bohrung 38 des Sitzträgers 2 als auch der Winkel des Ventilsitzes 40 ungefähr 35°, bezogen auf die Ventil­ längsachse, beträgt.

Der Einsatz 10 besteht aus einem elastischen Material, dessen Ela­ stizität mindestens so groß ist, daß auch bei normal bearbeiteter Oberfläche des Schließkopfes 14 eine absolute Dichtheit zwischen Schließkopf 14 und Ventilsitz 40 bei geschlossenem Ventil gewähr­ leistet ist, d. h. Formungenauigkeiten von Schließkopf 14 oder Ven­ tilsitz 40 können ausgeglichen werden. Andererseits darf auch eine Obergrenze der Elastizität des Werkstoffes des Einsatzes 10 nicht überschritten werden, denn durch das Eindringen des Schließkopfes 14 in das Material des Einsatzes 10 kommt es zu einer größenmäßig nicht genau definierbaren Flächenauflage zwischen Schließkopf 14 und Ven­ tilsitz 40. Da die Größe der Fläche den wirksamen Sitzinnendurch­ messer festlegt und damit auch die durch den Kraftstoffdruck beauf­ schlagte Fläche, kann es bei zu starkem Eindringen des Schließkopfes 14 in den Einsatz 10 zu Änderungen des Ventil-Öffnungsdrucks kommen.

Als in diesem Sinne besonders vorteilhafte Werkstoffe für den Ein­ satz 10 sind Fluor-Elastomere nach SKM-Qualität zu nennen, z.B. der Werkstoff Viton der Firma Dupont.

In Fig. 2 ist die Ventilnadel 13 in leicht geöffneter Position dar­ gestellt. Der Schließkopf 14, welcher ungefähr die Kontur einer Halbkugel aufweist, hebt dabei vom Ventilsitz 40 am Einsatz 10 ab, durch den dabei freiwerdenden konischen, ringförmigen Spalt 41 kann der Kraftstoff nach außerhalb des Kraftstoffeinspritzventils ent­ weichen. Die Zentrierung der Ventilnadel 13 innerhalb des Sitz­ trägers 2 erfolgt bei geöffnetem Ventil dynamisch durch die inner­ halb des ringförmigen Spaltes 41 strömende Kraftstoffmenge. Bei ge­ schlossenem Ventil hingegen findet eine Zentrierung der Ventilnadel 13 dadurch statt, daß diese sich mit dem kugelförmigen Teil ihres Schließkopfes 14 an den Ventilsitz 40 anlegt, die eigentliche Zen­ trierung wird dabei durch den konischen Verlauf des Ventilsitzes 40 erreicht. Da die Oberfläche des Schließkopfes 14 halbkugelförmig ausgebildet ist, die des korrespondierenden Ventilsitzes 40 hingegen konisch, dringt der Schließkopf 14 geringfügig in das Material des Einsatzes 10 ein, die Berührungsfläche zwischen beiden Teilen ent­ spricht deshalb der Kontur des Schließkopfes 14.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 3. Hier­ bei weist der Schließkopf 14 a nicht die Form einer Halbkugel auf, sondern er ist konisch geformt. Dabei ist der Öffnungswinkel dieses konischen Schließkopfes 14 a kleiner als der Öffnungswinkel des ko­ nischen Ventilsitzes 40. Bei geschlossenem Ventil legt sich deshalb, wie in Fig. 3 dargestellt, der Schließkopf 14 a an eine Dichtkante 43 des Einsatzes 10 an, welche den Übergang zwischen Durchgangs­ bohrung 11 und konischem Ventilsitz 40 bildet. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 2 besteht also keine flächige Berührung zwischen Schließkopf 14 und Ventilsitz 40, sondern eine Linienberührung entlang der Dichtkante 43. Der Vorteil dieser Aus­ führungsform liegt darin, daß durch die Linienberührung eine even­ tuelle Schrägstellung der Ventilnadel 13 innerhalb der Durchgangs­ bohrung 11 keinen Einfluß auf den wirksamen Sitzinnendurchmesser hat und damit die durch den Druck des Kraftstoffes beaufschlagte Fläche am konischen Schließkopf 14 a bei geschlossenem Ventil immer die gleiche Größe aufweist. Der Druck, bei welchem das Ventil öffnet, ist damit gleichbleibend.

Um den Einfluß eines eventuellen Quellens des für den Einsatz 10 verwendeten Elastomers gering zu halten, ist die Materialstärke im Bereich des Ventilsitzes, d.h. zwischen Ventilsitz 40 und konischer Bohrung 38 des Sitzträgers 2, möglichst gering zu halten.

Als Werkstoff für den Sitzträger 2 kann vorteilhaft Messing verwen­ det werden. Messing läßt sich leicht bearbeiten und ist korrosions­ fest.

Claims (7)

1. Kraftstoffeinspritzventil mit einer einen Sitzträger durchra­ genden, den Kraftstoffausgang steuernden Ventilnadel, welche sich zum Öffnen nach außen hin entgegen der Kraft einer Feder bewegt und welche sich zum Schließen mit einem Schließkopf gegen einen Ventil­ sitz legt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (40) an einem Einsatz (10) aus elastischem Werkstoff ausgebildet ist, welcher einen Teil des Sitzträgers (2) bildet.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einsatz (10) in einer Aufnahmebohrung (7) des Sitz­ trägers (2) befestigt ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilsitz (40) an einem sich nach außen hin er­ weiternden Abschnitt des Einsatzes (10) ausgebildet ist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der sich nach außen hin erweiternde, den Ventilsitz (40) bildende Abschnitt des Einsatzes (10) stromaufwärts an einer Dicht­ kante (43) in eine Durchgangsbohrung (11) übergeht und bei geschlos­ senem Ventil der Schließkopf (14 a) an der Dichtkante (43) anliegt (Fig. 3).

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schließkopf (14 a) die Form eines sich nach außen hin erweiternden Konus aufweist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (10) aus einem Fluor- Elastomer besteht.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Sitzträger (2) aus Messing besteht.