DE3940585A1 - Elektromagnetisch betaetigbares kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1.

Durch die DE-PS 31 02 642 bzw. die US-PS 44 03 741 ist schon ein gattungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil bekannt. Bei diesem sind ein als Düse bezeichnetes Teil und ein gesonderter Führungsring zu­ sammengefügt. Der Führungsring mit Ventilsitz und mit hohlzylindri­ scher Führungsbahn führt den Ventilschließkörper bei dessen axialer Bewegung. Die Düse ist mit einer Austrittsöffnung für den einzu­ spritzenden Kraftstoff versehen und nimmt den Führungsring in ei­ nem Preßsitz auf.

Es sind auch Kraftstoffeinspritzventile bekannt, bei denen die Düse und der Ventilsitz zu einem einteiligen Ventilsitzkörper - ohne hohlzylindrische Führungsbahn - ausgebildet sind.

Der Fertigungsaufwand für den Führungsring mit Ventilsitz ist auf­ grund der hohen Genauigkeitsforderungen für die Konzentrizität der hohlzylindrischen Führungsbahn zum Ventilsitz hoch. Außerdem ist die Düse im Bereich der Aufnahme des Führungsringes sehr genau zu bear­ beiten. Dies verteuert die Einzelteile und den Montageaufwand bei deren Zusammenbau. Geringe Überschreitungen der Maßtoleranzen dieser Einzelteile können bei der Montage des Kraftstoffeinspritzventils zu einer Deformierung des Ventilsitzes führen. Derartige Qualitatsmän­ gel ziehen eine höhere Bewegungsreibung zwischen Ventilschließglied, den Führungsbahnen und dem Ventilsitz mit weitreichenden Folgen nach sich.

Die Bewegungsreibung führt zu Hysteresefehlern bei der Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils, zu Verschleiß und außerdem zu einem zunehmend ungleichmäßigen Kraftstoffstrahlbild. Dadurch wird der Kraftstoff schlechter aufbereitet und die einzelnen Zylinder von Brennkraftmaschinen werden unterschiedlich mit Kraftstoff versorgt. Bei den bisherigen, gröber tolerierten Passungen zwischen Ventil­ schließkörper und Führungsbahnen stört bei geöffnetem Kraftstoffein­ spritzventil ein exzentrisches Aufliegen des Ventilschließkörpers am Ventilsitz oder an der Führung mit den bereits genannten Folgen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sich auf einfache Art und Weise und gesondert der Führungsring und die Düse mit dem Ventilsitz und der wenigstens einen Austrittsöffnung herstellen und zusammenfügen lassen, so daß die hohlzylindrische Führungsbahn des Führungsringes den Ventilschließkörper mit beson­ ders engem Spiel konzentrisch umfassend so führt, daß dessen Lage insbesondere bei öffnendem, kraftstoffumströmtem Ventilschließkörper genau bestimmt ist. Der Führungsring wird an der Düse axial beab­ standet zum Ventilsitz und zur Kraftstoff-Austrittsöffnung mittels einer Schweißverbindung gehalten. Dabei sind die Führungsbahn des Führungsringes und der Ventilsitz hochgenau fluchtend zueinander ausgerichtet. Diese genaue Lage ist besonders bequem justierbar aufgrund des großen Radialspiels, mit dem der Außenumfang des Füh­ rungsringes in der zentralen Längsbohrung der Düse sitzt, bevor die Ideallage mittels schweißen gesichert ist. Die Führungsbahn wird je­ weils individuell zum Ventilsitz eingestellt. Die Reibung zwischen Ventilsitz und Ventilschließkörper ist gemindert, weil Exzentrizitä­ ten des Ventilschließkörpers zum Ventilsitz durch die enge Führung verringert werden. Damit wird ein präziseres Ansprechen des Kraft­ stoffeinspritzventils, exaktere Dosierung des Kraftstoffs und ein verbessertes Kraftstoffstrahlbild erreicht. Der Führungsring ist aufgrund des radialen Abstandes zur zentralen Längsbohrung durch Temperaturschwankungen kaum deformierbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich da­ durch, daß der Führungsring aus Blech besteht und daß das Blech ein vielfach durchbrochenes Federstahlblech ist. Vorteilhaft ist es auch, daß die Kraftstoffverwirbelungsöffnungen als die Führungsbahn des Führungsringes durchsetzende, zur Achse der Längsbohrung geneig­ te Drallnuten ausgestaltet sind bzw. daß die Kraftstoffverwirbe­ lungsöffnungen als den Führungsring durchsetzende Drallbohrungen ausgestaltet ist. Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, daß die Kraftstoffverwirbelungsöffnungen durch im Bereich der Führungsbahn befindliche Einschnitte und Ausbiegungen gebildete Strömungsflächen in Gestalt von Drall-Lappen ergänzt sind. Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich, wenn der Führungsring aus spiralig, ringförmig geboge­ nem Draht, aus schwammartigem, großporigem Material besteht oder wenn der Führungsring mit Borsten besetzt ist, deren freien Enden die hohlzylindrische Führungsbahn bilden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Be­ schreibung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 die Schnittdarstellung des Ventilsitzbereichs eines Kraftstoffeinspritzventils, Fig. 2 den Querschnitt eines Ven­ tilsitzkörpers mit eingeschweißtem Führungsring, Fig. 3 die Drauf­ sicht auf einen Ventilsitzkörper, Fig. 4 den Querschnitt eines Ven­ tilsitzkörpers mit Blechführungsring und Fig. 5 den Querschnitt ei­ nes Ventilsitzkörpers mit spiraligem Führungsring.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzventil 1 für eine Kraft­ stoffeinspritzanlage gemischverdichtender, fremdgezündeter Brenn­ kraftmaschinen hat ein Ventilgehäuse 3 mit einer zentralen Durch­ gangsöffnung 4, in der eine Düse 5 mittels einer Schweißverbindung 6 befestigt ist. In der Düse 5 sitzt in einer zentralen Längsbohrung 13 über eine weitere Schweißverbindung 2 gehalten ein Führungsring 7 mit einer zentralen, hohlzylindrischen Führungsbahn 14. Der Durch­ messer der Längsbohrung 13 ist größer als der Außendurchmesser des Führungsringes 7, so daß dieser vor dem Schweißen mit radialem Spiel in der Längsbohrung 13 sitzt. Dieses Spiel ist so bemessen, daß die Schweißverbindung 2 nach dem Justieren des Führungsringes 7 den Zwi­ schenraum zwischen dessen äußeren Umfangsflächen und der Wand der Längsbohrung 13 ausfüllen kann. Stromabwärts des Führungsringes 7 weist die Düse 5 weiterhin einen Ventilsitz 8 und darauf folgend we­ nigstens eine Austrittsöffnung 9 zur Kraftstoffeinspritzung in ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine auf.

Durch die Durchgangsöffnung 4 ragt ein rohrförmiges Ventilschließ­ glied 10 mit radialen Öffnungen 11. Auf der dem Ventilsitz 8 zuge­ wandten Seite trägt das Ventilschließglied 10 einen Ventilschließ­ körper 12, beispielsweise in Form einer gehärteten Kugel. Auf der dem Ventilsitz 8 abgewandten Seite trägt das Ventilschließglied 10 einen Anker 15 aus weichmagnetischem Material. Der Ventilschließ­ körper 12 ragt in den Führungsring 7, der diesen mit geringem Spiel mit seiner hohlzylindrischen Führungsbahn 14 umgreift. Der Ventil­ schließkörper 12 liegt im geschlossenen Zustand des Kraftstoffein­ spritzventils 1 dichtend am Ventilsitz 8 an. Der Kraftstoff kann über am Führungsring 7 ausgebildete Kraftstoffverwirbelungsöffnun­ gen, beispielsweise in Form von Drallnuten 16, von stromaufwärts des Führungsringes 7 nach stromabwärts zum Ventilsitz 8 strömen. Die Drallnuten 16 können in der Führungsbahn 14 schräg zur Achse des Ventilschließgliedes 10 verlaufen.

Eine Druckfeder 17 beaufschlagt das Ventilschließglied 10 in Strö­ mungsrichtung. Eine Magnetspule 18 ist zum Anker 15 benachbart so angeordnet, daß sie, sobald sie erregt wird, den Anker 15 entgegen der Kraft der Druckfeder 17 anhebt. Um das Kraftstoffeinspritzventil 1 zu öffnen, wird ein nicht dargestellter elektrischer Stromkreis der Magnetspule 18 geschlossen. Die daraufhin wirksamen magnetischen Kräfte ziehen den Anker 15 an. Mit diesem gemeinsam wird der Ventil­ schließkörper 12 des Ventilschließgliedes 10 vom Ventilsitz 8, ent­ gegen der beaufschlagenden Druckfeder 17, wegbewegt, so daß der Kraftstoff durch das Ventilschließglied 10 und dessen radiale Öff­ nungen 11 hindurch über die Drallnuten 16 zum Ventilsitz 8 und stromabwärts zu der mindestens einen Austrittsöffnung 9 gelangen und abgespritzt werden kann.

In Fig. 2 ist die Düse 5 mit dem Führungsring 7 als Baugruppe dar­ gestellt. Hier sind deutlich die Schweißverbindung 2, die als Naht- oder Punktschweißung zwischen der Düse 5 und dem Führungsring 7 aus­ geführt sein kann, und die Drallnuten 16 in der hohlzylindrischen Führungsbahn 14 gezeigt, die zur Achse der Düse 5 geneigt verlaufen. Außerdem sind der Ventilsitz 8 und die Austrittsöffnung 9 erkennbar. Der Führungsring 7 sitzt in der Längsbohrung 13 axial beabstandet zum Ventilsitz 8. Bei dieser Ausführungsform der Duse 5 ist der Füh­ rungsring 7, wie auch gemäß Stand der Technik, innen, d. h. im Be­ reich der Führungsbahn 14 mit hoher Genauigkeit zu bearbeiten. Der Außenumfang des Führungsringes 7 kann mit geringer Genauigkeit bear­ beitet werden, weil er mit Spiel in der Längsbohrung 13 sitzt, bevor die Schweißverbindung 2 hergestellt wird. Zur Führungsbahn 14 muß der Ventilsitz 8 konzentrisch sein, damit der Ventilschließkörper 12 beim Öffnen und Schließen schnell vom Ventilsitz 8 abheben bzw. schnell dichten kann und damit der Reibweg zwischen Ventilschließ­ körper 12 und Ventilsitz 8 so kurz wie möglich ist. Der hier gezeig­ te Führungsring 7 ist ein gestanzter oder geprägter, innen geschlif­ fener Stahlring mit im Radialschnitt rechteckigem Querschnitt. Eine äußere Mantelfläche 20 der Düse 5 darf zum Führungszylinder 7 durch­ aus leicht exzentrisch sein. Dies wirkt sich durch die Länge des Ventilschließgliedes 10 und die Kugelform des Ventilschließkörpers 12 nicht nachteilig aus. Das Ventilschließglied 10 darf gegenüber dem Ventilsitz gekippt, aber nicht axialversetzt sein.

Die Drallnuten 16 erlauben nicht nur eine Kraftstoffströmung am Ven­ tilschließkörper 10 vorbei, sondern sie bewirken auch eine Verwirbe­ lung des eingespritzten Kraftstoffes und verbessern das Kraftstoff­ strahlbild.

Besonders kostengünstig ist der Führungsring 7 in Blechprägeausfüh­ rung herstellbar.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Düse 35 gezeigt, die in einer Längsbohrung 43 mit axialem Ab­ stand zum Ventilsitz 38 mittels einer Schweißverbindung 32 einen Führungsring 37 aus geprägtem Stahlblech trägt. Dieser hat, auf der linken Seite im Radialschnitt betrachtet, ein gestreckt s-förmiges bzw. runenartiges Profil. Der Bereich des größeren Durchmessers, al­ so das obere Teil des Führungsringes 37, sitzt mit einem radialen Abstand in der Längsbohrung 43, gehalten von der Schweißverbindung 32. Als Kraftstoffverwirbelungsöffnungen sind im unteren Teil des Führungsringes 37 strömungsleitende, verwirbelnde Drall-Lappen 46 aus einer hohlzylindrischen Führungsbahn 44 des Führungsringes 37 ausgeformt. Dies kann im Bereich der Führungsbahn 44 durch Ein­ schnitte und Ausbiegungen von Strömungsflächen vorgenommen werden.

In Fig. 4 ist ein nächstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ge­ zeigt. Hier trägt eine Düse 55 mittels einer Schweißverbindung 52 einen Führungsring 57 axial beabstandet zum Ventilsitz 58 und der Austrittsöffnung 59. Anstelle von Drallnuten sind im Führungsring 57 schräg zur Achse des Ventilsitzkörpers 55 verlaufende Drallbohrungen 66 ausgebildet. Der Führungsring 57 kann sowohl aus massivem Stahl als auch aus Blech bestehen.

In Fig. 5 ist noch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Hier trägt eine Düse 75 mittels einer Schweißverbindung 72 in Form mehrerer Schweißpunkte einen Führungsring 77. Dieser besteht bei­ spielsweise aus spiralig gewickeltem Draht. Die Zwischenräume zwi­ schen den Drahtwindungen dienen als Kraftstoffverwirbelungöffnung. Hier ist eine hohlzylindrische Führungsbahn 84 durch die rippenartig vorstehende Wicklung des Führungsringes 77 beschrieben und durch ei­ ne Strichpunktlinie markiert. Durch eine gestreckte Ausführung des ins Innere des Führungsringes 77 weisenden Bereiches der Wicklung nimmt die Führungsbahn 84 eine ebene, zylindrische Form an, so daß, wie in den übrigen Ausführungsbeispielen, der Ventilschließkörper 12 auf seinem gesamten Hub eng umschlossen ist. Der Führungsring 77 sitzt in der Längsbohrung 83 mit einem axialen Abstand zum Ventilsitz 78.

Ein nichtdargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Ventilsitzkörper, der über eine Schweißverbindung einen Füh­ rungsring trägt, der mit nach innen weisenden Borsten besetzt ist. Ebenso kann der Führungsring auch aus porösem, schwammartigem oder gitter- bzw. siebartigem Material bestehen.

Der Zusammenbau bei allen drei Ausführungsbeispielen geschieht auf folgende, prinzipiell gleiche Weise: Eine Justierkugel, deren Durch­ messer geringfügig größer als der des Ventilschließkörpers 12 ist, wird durch den Führungsring geschoben und auf den Ventilsitz ge­ preßt. In dieser Position wird unter leichtem axialen, lagesichern­ dem Druck der Führungsring in der Längsbohrung mit der Düse ver­ schweißt. Damit ist eine hochgenaue Konzentrizität der jeweiligen Führungsbahn zum entsprechenden Ventilsitz hergestellt und gesichert.

Claims (9)

1. Elektromagnetisch betätigbares Kraftstoffeinspritzventil (1) mit einem Ventilgehäuse (3), einer mindestens teilweise im Ventilgehäuse (3) angeordneten Düse (5, 35, 55, 65) mit einer Längsbohrung (13, 43, 73), in die sich ein einem Ventilsitz (8, 38, 68) und wenigstens einer Austrittsöffnung (9, 39, 59, 69) zugeordnetes Ventilschließ­ glied (10) erstreckt, das in einer hohlzylindrischen Führungsbahn (14, 44, 74) eines in der Längsbohrung (13, 43, 73) sitzenden Führungsringes (7, 37, 57, 67) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (8, 38, 86) Bestandteil der Düse (5, 35, 55, 65) ist, daß der Führungsring (7, 37, 57, 67) in der Längsbohrung (13, 43, 73) mittels mindestens einer Schweißverbindung (2, 32, 52, 62) gehalten wird und mit Kraftstoffverwirbelungsöffnungen (16, 66) ver­ sehen ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Führungsring (7, 37, 57, 67) aus Blech gefertigt ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Blech vielfach durchbrochen ist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kraftstoffverwirbelungsöffnungen (16, 66) als die Führungsbahn (14, 44, 74) des Führungsringes (37) durchsetzende, zur Achse der Längsbohrung (13) geneigte Drallnuten (16) ausgestal­ tet sind.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kraftstoffverwirbelungsöffnungen (16, 66) als den Führungsring (7, 37, 57, 67) durchsetzende Drallbohrungen (66) aus­ gestaltet ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kraftstoffverwirbelungsöffnungen (16, 66) durch im Be­ reich der Führungsbahn (74) befindliche Einschnitte und Ausbiegungen gebildete Strömungsflächen in Gestalt von Drall-Lappen (46) ergänzt sind.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Führungsring (67) aus spiralig, ringförmig geboge­ nem Draht oder dergl. besteht.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Führungsring (7) aus schwammartigem, großporigem Material besteht.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Führungsring (7) mit Borsten besetzt ist, deren freien Enden die hohlzylindrische Führungsbahn (14) bilden.