DE3710467C2 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil nach der Gattung der Hauptanspruchs. Es ist bereits ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt (DE-OS 33 01 501), bei dem sich zur Verbesserung des abgespritzten Brennstoffstrahles stromabwärts des Ventilsitzes eine Lochscheibe befindet. Durch in dieser Lochscheibe eingearbeitete Bohrungen wird der Kraftstoff auf die Innenwand einer Aufbereitungshülse gespritzt. Das eigentliche Abspritzende eines solchen Kraftstoffeinspritzventiles bildet ein Abschlußkragen der Aufbereitungshülse. Nachteilig ist bei diesem Kraftstoffeinspritzventil, daß die von der Lochscheibe erzeugten Kraftstoffstrahlen unter einem sehr steilen Winkel auf die Innenwand der Aufbereitungshülse treffen. Außerdem liegt der Auftreffpunkt weit oberhalb des Abspritzendes der Aufbereitungshülse. Der Kraftstoff "schraubt" sich entlang der Innenwandung der Aufbereitungshülse zum Abspritzende, die Abspritzung erfolgt in Form eines Kegels. Die dabei abgespritzten Flüssigkeitströpfchen sind relativ groß, was die Bildung eines optimalen Kraftstoff-Luft-Gemisches erschwert. Aus der DE-OS 33 01 501 ist auch ein Zapfen bekannt, welcher, einen Teil der Lochscheibe bildend, teilweise in den Ventilnadelkörper ragt und welcher zum Düsenkörper hin einen Ringkanal bildet. Dieser Ringkanal ist jedoch strömungstechnisch nicht vorteilhaft ausgebildet. Der Kraftstoff wird nicht, vom Ventilsitz kommend, zur Lochscheibe "geführt", sondern kann sich in verschiedenen Toträumen sammeln. Dadurch verlängert sich die Zeitspanne zwischen dem Abheben des Ventilteils vom Ventilsitz und dem Abspritzen von Kraftstoff aus den Bohrungen, das Ventil arbeitet mit Verzögerung.

Bekannt sind ebenfalls Kraftstoffeinspritzventile (DE-AS 12 12 352), bei den Zapfen sich kegelförmig verjüngend verlaufen. Dadurch ergibt sich bei der Ausgestaltung nach diesem Stand der Technik weder ein direktes Führen der Kraftstoffströmung zu den Bohrungen, noch ein Vermeiden störender Toträume. Durch die kegelförmige Ausbildung des Zapfens wird gerade in Richtung der Einspritzöffnungen hin das Totraumvolumen in unerwünschter Weise vergrößert, wodurch sich nicht nur der Beginn des Einspritzvorganges verzögert, sondern auch das Ventil in unerwünschter Weise "nachdieselt". Außerdem wird der in Richtung der Ventillängsachse über den Ringraum um den Zapfen strömende Kraftstoff in Richtung der Einspritzöffnungen stark umgelenkt, wodurch sich eine Verschlechterung der Durchströmung ergibt. Aus der GB-OS 2 029 508 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die Ventilnadel stromaufwärts des Zapfens einen kegeligen Abschnitt aufweist und der Übergang zwischen dem kegeligen Abschnitt und dem Zapfen gerundet ist und bei dem die Ventilsitzfläche stromabwärts in eine den Zapfen umgebende Düsenöffnung übergeht und der Übergang zwischen Ventilsitzfläche und Düsenöffnung gerundet ist. Der Zapfen läuft dabei in einem sich gegenüber dem Zapfenquerschnitt erweiternden Aufprallkragen aus, der die Kraftstoffströmung in radialer Richtung umleitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzventil der bekannten Gattung derart weiterzuentwickeln, daß eine verbesserte Durchströmung geschaffen wird und zugleich störende Toträume vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer sehr guten Korrelation zwischen dem Hub der Ventilnadel und der abströmenden Kraftstoffmenge, da durch den gleichmäßigen Kraftstofffluß vom Dichtsitz weg in dem zwischen Zapfen und Düsenkörper gebildeten Ringraum die Kraftstoffströmung beruhigt und ohne störende Toträume bis zu den Bohrungen geführt wird. Dies führt in der Praxis zu einer verringerten Ansprechzeit des Kraftstoffeinspritzventils zwischen dem Abheben der Ventilnadel vom Ventilsitz und dem Abspritzen von Kraftstoff aus den Bohrungen. Den Zapfen als Teil der Ventilnadel auszuführen bietet fertigungstechnische Vorteile.

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

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung verein­ facht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert.

Fig. 1 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventiles,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Das in der Zeichnung beispielsweise dargestellte Kraftstoffein­ spritzventil für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer gemischver­ dichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine hat ein Ventilgehäuse 1 aus ferromagnetischem Material, in dem auf einem Spulenträger 2 eine Magnetspule 3 angeordnet ist. Die Magnetspule 3 hat eine Strom­ zuführung über einen Steckanschluß 4, der in einem das Ventilgehäuse 1 teilweise umgreifenden Kunststoffring 5 eingebettet ist.

Der Spulenträger 2 der Magnetspule 3 sitzt in einem Spulenraum 6 des Ventilgehäuses 1 auf einem den Kraftstoff, beispielsweise Benzin, zuführenden Anschlußstutzen 7, der teilweise in das Ventilgehäuse 1 ragt. Das Ventilgehäuse 1 umschließt dem Kraftstoffstutzen 7 abge­ wandt teilweise einen Düsenkörper 9.

Zwischen einer Stirnfläche 11 des Anschlußstutzens 7 und einer zum genauen Einstellen des Ventils eine bestimmte Dicke aufweisenden An­ schlagplatte 12, die auf eine Innenschulter 13 des Ventilgehäuses 1 aufgesetzt ist, befindet sich ein zylindrischer Anker 14. Der Anker 14 besteht aus einem nicht korrosionsanfälligen, magnetischen Mate­ rial und befindet sich mit geringem radialen Abstand zu einem mag­ netisch leitfähigen Absatz des Ventilgehäuses 1, auf diese Weise zwischen Anker 14 und Absatz einen ringförmigen Magnetspalt bildend, koaxial im Ventilgehäuse 1. Von seinen beiden Stirnflächen aus ist der zylindrische Anker 14 mit einer ersten 15 und einer zweiten 16 koaxialen Sackbohrung versehen, wobei die zweite Sackbohrung 16 sich zum Düsenkörper 9 hin öffnet. Erste 15 und zweite 16 Sackbohrung sind miteinander durch eine koaxiale Öffnung 17 verbunden. Der Durchmesser der Öffnung 17 ist kleiner als der Durchmesser der zwei­ ten Sackbohrung 16. Der dem Düsenkörper 9 zugewandte Endabschnitt des Ankers 14 ist als Verformungsbereich 18 ausgeführt. Dieser Ver­ formungsbereich 18 hat die Aufgabe, durch Umgreifen eines, einen Teil einer Ventilnadel 27 bildenden und die zweite Sackbohrung 16 ausfüllenden Haltekörpers 28 den Anker 14 mit der Ventilnadel 27 formschlüssig zu verbinden. Das Umgreifen des Haltekörpers 28 durch den Verformungsbereich 18 des Ankers 14 wird durch Einpressen von Material des Verformungsbereichs 18 in am Haltekörper 28 befindliche Rillen 29 erreicht.

Am Boden der ersten koaxialen Sackbohrung 15 liegt eine Druckfeder 30 mit ihrem einen Ende an, welche andererseits an einem im An­ schlußstutzen 7 durch Verschrauben oder Verstemmen befestigten Rohr­ einsatz 31 anliegt und welche bestrebt ist, Anker 14 und Ventilnadel 27 mit einer vom Anschlußstutzen 7 abgewandten Kraft zu beaufschla­ gen.

Die Ventilnadel 27 durchdringt mit radialem Abstand eine Durchgangs­ bohrung 34 in der Anschlagplatte 12 und wird in einer Führungsboh­ rung 35 des Düsenkörpers 9 geführt. In der Anschlagplatte 12 ist eine von der Durchgangsbohrung 34 zum Umfang der Anschlagplatte 12 führende Aussparung 37 vorgesehen, deren Lichte Weite größer ist als der Durchmesser der Ventilnadel 27 in ihrem von der Anschlagplatte 12 umgebenen Bereich.

Die Ventilnadel 27 hat zwei Führungsabschnitte 39 und 40, die der Ventilnadel 27 in der Führungsbohrung 35 Führung geben sowie einen Axialdurchgang für den Kraftstoff freilassen und beispielsweise als Vierkante ausgebildet sind.

An den stromabwärts liegenden zweiten Führungsabschnitt 40 schließt sich ein zylindrischer Abschnitt 43 geringeren Durchmessers an. An den zylindrischen Abschnitt 43 wiederum fügt sich ein zulaufender, kegeliger Abschnitt 44, welcher in einem koaxialen, bevorzugt zylindrischen Zapfen 45 ausläuft.

In der einen Ausschnitt aus Fig. 1 darstellenden Fig. 2 ist zu er­ kennen, daß der Übergang zwischen dem zylindrischen Abschnitt 43 und dem kegeligen Abschnitt 44 gerundet ist - etwa in Form eines Ra­ dius - und einen Dichtsitz 47 bildet, welcher im Zusammenwirken mit einer am Düsenkörper 9 eingearbeiteten kegeligen Ventilsitzfläche 48 ein Öffnen bzw. Schließen des Kraftstoffeinspritzventiles bewirkt. Die kegelige Ventilsitzfläche 48 des Düsenkörpers 9 setzt sich in der dem Anker 14 abgewandten Richtung in einer zylindrischen Düsen­ körperöffnung 49 fort, welche auf ungefähr gleicher Länge wie die Länge des Zapfens 45 verläuft, so daß zwischen der zylindrischen Dü­ senkörperöffnung 49 und dem zylindrischen Zapfen 45 ein Ringspalt konstanten Querschnitts verbleibt. Die Übergänge zwischen der kege­ ligen Ventilsitzfläche 48 einerseits und der zylindrischen Düsenkör­ peröffnung 19 andererseits sowie dem kegeligen Abschnitt 44 der Ven­ tilnadel 27 einerseits und dem Zapfen 45 andererseits sind gerundet, um einen guten Strömungsverlauf zu gewährleisten. Den Abschluß des Düsenkörpers 9 in der dem Anker 14 abgewandten Richtung bildet eine Flachseite 51, welche durch die Mündung der Düsenkörperöffnung 49 unterbrochen ist.

Die Länge des Zapfens 45 ist so bemessen, daß bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil der Zapfen 45 gerade nicht aus der Düsen­ körperöffnung 49 hinausragt, d. h. der Zapfen 45 endet unmittelbar vor der durch die Flachseite 51 des Düsenkörpers 9 definierten Ebene.

Während die Flachseite 51 des Düsenkörpers 9 innen durch die Düsen­ körperöffnung 49 begrenzt ist, kann sie außen durch einen konischen Bereich 52 begrenzt sein, welcher sich in der dem Anker 14 zuge­ wandten Richtung erweitert.

An der Flachseite 51 des Düsenkörpers 9 liegt ein Plättchen 55 an, welches einen hochgezogenen Rand 56 aufweist, der in etwa der Kontur des konischen Bereiches 52 des Düsenkörpers 9 folgt. Die Herstellung des Randes 56 am Plättchen 55 kann etwa durch Tiefziehen des Plättchens 55 bewerkstelligt werden. Die Befestigung des Plättchens 55 an der Flachseite 51 wird durch eine Aufbereitungshülse 58 ge­ währleistet. Das Plättchen 55 wird gegen die Flachseite 51 gedrückt, indem ein Boden 60 einer koaxialen Sackbohrung 61 der Aufbereitungs­ hülse 58 das Plättchen 55 in seinem äußeren Bereich umfaßt. Das Plättchen 55 ist also zwischen dem Boden 60 der Sackbohrung 61 der Aufbereitungshülse 58 und der Flachseite 51 des Düsenkörpers 9 ein­ gespannt. Die Zentrierung des Plättchens 55 wird dabei erreicht, in­ dem sich der Rand 56 des Plättchens 55 an den konischen Bereich 52 des Düsenkörpers 9 anlegt, das Plättchen 55 somit kein radiales Spiel mehr aufweist. Eine besonders gute Zentrierung des Plättchens 55 ist erreichbar, wenn sich der Rand 56 des Plättchens 55 beim Auf­ schieben auf den konischen Bereich 52 aufweist, also eine radiale Einspannung vorgenommen wird.

Die Einspannung des Plättchens 55 zwischen Düsenkörper 9 und Aufbe­ reitungshülse 58 wird realisiert, indem die Aufbereitungshülse 58 mit einem Innengewinde 64 auf ein am Umfang des Düsenkörpers 9 ein­ gearbeitetes Außengewinde 65 geschraubt wird. Um die Lage der Aufbe­ reitungshülse 58 relativ zum Düsenkörper 9 nach erfolgter Verschrau­ bung zu sichern, kann die Aufbereitungshülse 58 mittels einer Stemm­ nase 66 in einer Außennut 68 des Düsenkörpers 9 verstemmt werden. Als Stemmnase 66 findet der dem Anker 14 zugewandte Rand der Aufbe­ reitungshülse 58 Verwendung. Zur Verstemmung wird dieser nach innen in die Außennut 68 des Düsenkörpers 9 gebogen. Zwischen dem die Stemmnase 66 bildenden Rand und dem Boden 60 der Aufbereitungshülse 58 erstreckt sich die Mantelfläche der Sackbohrung 61, welche fast auf ihrer gesamten Länge durch das Innengewinde 64 gebildet wird. Innengewinde 64 und Außengewinde 65 werden vorzugsweise als Feinge­ winde ausgeführt. Die Aufbereitungshülse 58 kann gleichzeitig dazu dienen, einen den Düsenkörper 9 radial umfassenden Dichtring 69 axial zu sichern, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

Koaxial im Boden 60 der Aufbereitungshülse 58 mündet eine Aufberei­ tungsbohrung 70 von vorzugsweise zylindrischem Querschnitt, welche andererseits in einer scharfen Aufbereitungskante 71 mündet. Die Aufbereitungskante 71 ist von einer Ringnut 73 umgeben. Der Quer­ schnitt der Ringnut 73 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in etwa trapezförmig, d. h. sowohl eine innere Wand 74 der Ringnut 73 als auch eine äußere Wand 75 der Ringnut 73 sind schräg. Die Aufbe­ reitungskante 71 wird durch den spitzen Winkel zwischen der schrägen inneren Wand 74 der Ringnut 73 und der Aufbereitungsbohrung 70 ge­ bildet. Dieser Winkel sollte zwischen 10 und 20° betragen. Die äußere Wand 75 der Ringnut 73 bildet gleichzeitig die innere Fläche eines Kragens 77. Der Kragen 77 stellt das in der dem Anker 14 abge­ wandten Richtung am weitesten vorstehende Teil des Kraftstoffein­ spritzventiles dar. Der Kragen 77 umschließt die Aufbereitungskante 71 und ragt gleichzeitig über diese hinaus. Aufgabe des Kragens 77 ist es, die zurückversetzte Aufbereitungskante 71 vor Beschädigungen zu sichern, etwa während der Montage des Kraftstoffeinspritzventils an eine Brennkraftmaschine.

In dem Plättchen 55 befinden sich mehrere Bohrungen 80, welche von stromauf nach stromab des Plättchens 55 führen. Stromaufwärts des Plättchens 55 münden die Bohrungen 80 in dem zwischen Düsenkörper­ öffnung 49 und Zapfen 45 gebildeten Ringraum. Die Bohrungen 80 sind mit ihrer Mittelachse 81 unmittelbar auf die Aufbereitungskante 71 oder aber knapp stromauf derselben gerichtet. Bezüglich der Längs­ achse des Kraftstoffeinspritzventils weist die Mittelachse 81 der Bohrungen 80 sowohl eine radiale als auch eine tangentiale Kompo­ nente auf. Entscheidend ist, daß der zwischen den Mittelachsen 81 der Bohrungen 80 und der Mantelfläche der Aufbereitungsbohrung 70 gebildete Winkel sehr flach verläuft, die aus den Bohrungen 80 aus­ tretenden Kraftstoffstrahlen also sehr flach auf die Aufbereitungs­ bohrung 70 treffen. Dieser Auftreffwinkel sollte weniger als 10° be­ tragen.

Der zusammen mit der kegeligen Ventilsitzfläche 48 das Öffnen und Schließen des Einspritzventiles bewirkende Dichtsitz 47 der Ventilnadel 27 ist als Rundung ausgebildet, über welche der zylindrische Abschnitt 43 der Ventilnadel 27 stetig in den kegeligen Abschnitt 44 übergeht. Sowohl der Übergang vom zylindrischen Ab­ schnitt 43 auf die Rundung als auch der Übergang von der Rundung auf den kegeligen Abschnitt 44 erfolgt dabei, in Richtung der Strömung betrachtet, vorzugsweise tangential.

Die Herstellung der Rundung erfolgt vorzugsweise durch entspre­ chendes Schleifen der um ihre Längsachse rotierenden Ventilnadel 27. Das Schleifen der gesamten Spitze der Ventilnadel 27 vom zylindri­ schen Abschnitt 43 bis zum Zapfen 45 kann dabei in einer einzigen Bearbeitungsstufe erfolgen. Im Gegensatz zu den bekannten Bearbei­ tungstechniken für Kraftstoffeinspritzventile bleiben keine Grate zurück, bei deren Entfernung oft Formfehler und Konturbeschädigungen des Dichtsitzes entstehen.

Von besonderem Vorteil bei dem beschriebenen Kraftstoffeinspritzven­ til ist die durch die Rundung bedingte sehr gute Korrelation zwi­ schen Ventilnadelhub und abströmender Kraftstoffmenge. Durch den vergleichsweise geringen Radius bzw. Halbmesser der Rundung, welcher zu einer ausgeprägt linienförmigen Berührung zwischen Ventilna­ del 27 und kegeliger Ventilsitzfläche 48 führt, ist die Neigung der Ventilnadel 27 zum hydraulischen "Kleben" an der Ventilsitzfläche 48 weit geringer als etwa bei solchen Einspritzventilen, welche über kugelförmige Verschlußteile mit ihrem eher flächigen Dichtsitz ver­ fügen.

Claims (7)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Ventilgehäuse und einem von einer Magnetspule umgebenen Kern sowie mit einem mit dem Kern zusammen­ wirkenden Anker, welcher mit einer Ventilnadel fest verbunden ist, die im Zusammenwirken mit einer an einem Düsenkörper ausgebildeten Ventilsitzfläche ein Öffnen bzw. Schließen des Kraftstoffeinspritz­ ventiles steuert sowie mit einer stromabwärts der Ventilsitzfläche liegenden Düsenkörperöffnung und mit einem mit Bohrungen versehenen Plättchen, welches zwischen dem Düsenkörper und einer Aufbereitungs­ hülse quer zur Düsenkörperöffnung angebracht ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilnadel (27) in einen zylindrischen, konzentrisch in der Düsenkörperöffnung (49) angeordneten Zapfen (45) ausläuft, wobei der Übergang zum Zapfen gerundet ist, und daß die Bohrungen (80) des Plättchens (55) in einer gedachten axialen Verlängerung des zwischen dem Zapfen und der Wandung der Düsenkörperöffnung gebildeten Ringraumes angeordnet sind.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil der Zapfen (45) in unmittelbarer Nähe des Plättchens (55) endet.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (27) stromaufwärts des Zapfens (45) einen kegeligen Abschnitt (44) aufweist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitzfläche (48) stromabwärts gerundet in die den Zapfen (45) umgebende Düsenkörperöffnung (49) übergeht.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gedachten Mittelachsen (81) der Bohrungen (80) des Plättchens (55) die Mantelfläche einer in einer Kante (71) auslaufenden Aufbereitungsbohrung (70) der Aufbereitungshülse (58) an oder knapp stromaufwärts der Kante (71) schneiden.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen (55) einen Rand (56) aufweist, welcher an einem konischen Bereich (52) des Düsenkörpers (9) anliegt.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitungshülse (58) mit dem Düsenkörper (9) verschraubt ist und ein Teil der Aufbereitungshülse (58) gegen den Düsenkörper (9) verstemmt ist.