DE4205887A1 - Vorrichtung zur einspritzung eines brennstoff-gas-gemisches - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. In der deutschen Patentanmeldung P 41 21 372.6 ist eine Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches mit einem Brennstoffein­ spritzventil und mit einer topfförmig ausgebildeten Gasumfassungs­ hülse, die mit ihrem Mantelteil zumindest teilweise axial und mit ihrem Bodenteil zumindest teilweise radial ein Ventilende des Brenn­ stoffeinspritzventils umschließt, vorgeschlagen worden. Die Gasum­ fassungshülse liegt mit ihrem Bodenteil, in dem eine Mehrzahl von Gaszufuhröffnungen ausgebildet ist, unmittelbar an einem Abspritz­ öffnungen aufweisenden Lochkörper des Brennstoffeinspritzventils an. Bei dieser vorgeschlagenen Vorrichtung zur Einspritzung eines Brenn­ stoff-Gas-Gemisches besteht die Gefahr, daß bei der Montage der Gas­ umfassungshülse der Lochkörper des Brennstoffeinspritzventils ver­ formt oder anders beschädigt wird. Zudem ist ein Ausgleich von Tole­ ranzen in Richtung der Ventillängsachse kaum möglich.

Wird eine in der deutschen Patentanmeldung P 41 21 372.6 vorgeschla­ gene Gasumfassungshülse z. B. an das Ventilende eines in der deut­ schen Patentanmeldung P 40 26 721.0 vorgeschlagenen Brennstoffein­ spritzventils montiert, so besteht die Gefahr, daß bei der Montage der Gasumfassungshülse durch das zur Abdichtung erforderliche An­ pressen ihres Bodenteils an dem Lochkörper eine Verformung des Loch­ körpers und so eine Verstellung des Ventilnadelhubes und damit der statischen Abspritzmenge des Brennstoffeinspritzventils sowie eine Veränderung der Abspritzcharakteristik des Ventils erfolgt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Einspritzung eines Brenn­ stoff-Gas-Gemisches mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptan­ spruches verhindert auf einfache und kostengünstige Art und Weise wirkungsvoll eine Verformung und eine Beschädigung eines die wenig­ stens eine Abspritzöffnung aufweisenden Lochkörpers an dem Ventil­ ende des Brennstoffeinspritzventils sowie der Gasumfassungshülse und gewährleistet die erforderliche Abdichtung zwischen Lochkörper und Gasumfassungshülse. Zudem ermöglicht das in Richtung der Ventil­ längsachse elastische Dichtelement einen Ausgleich der Ferti­ gungs- und Montagetoleranzen der Vorrichtung.

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

Für eine besonders einfache Ausbildung der das Ventilende des Brenn­ stoffeinspritzventils umschließenden topfförmigen Gasumfassungshülse ist es vorteilhaft, wenn das elastische Dichtelement ringförmig aus­ gebildet ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das elastische Dichtelement aus einem Elastomer ausgebildet ist. Elastomere weisen eine besonders große gummiähnliche Elastizität auf, so daß die Gefahr von Verfor­ mungen und Beschädigungen am Ventilende des Brennstoffeinspritzven­ tils und an der Gasumfassungshülse wirkungsvoll vermieden und ein wirksamer Ausgleich der Fertigungs- und Montagetoleranzen geschaffen ist.

Zur Ausbildung einer festen und zuverlässigen Verbindung der Gasum­ fassungshülse mit dem Ventilende des Brennstoffeinspritzventils ist es vorteilhaft, wenn das Mantelteil der Gasumfassungshülse zumindest teilweise an dem Umfang des Ventilendes des Brennstoffeinspritzven­ tils anliegt und mittels wenigstens einer Schweißung mit dem Ventil­ ende verbunden ist.

Für eine einfache Ausbildung der die Gasumfassungshülse mit dem Brennstoffeinspritzventil verbindenden wenigstens einen Schweißung ist es vorteilhaft, wenn ein an dem Umfang des Mantelteils der Gas­ umfassungshülse angeordneter Haltering an seinem Umfang im Bereich der wenigstens einen auszubildenden Schweißung des Mantelteils der Gasumfassungshülse zumindest eine Montageöffnung aufweist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ein­ spritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches ist in der Zeichnung teil­ weise und vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist beispielhaft und teilweise eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches bei­ spielsweise in eine gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraft­ maschine dargestellt. Diese Vorrichtung besteht aus einer topfförmig ausgebildeten Gasumfassungshülse 1, die konzentrisch zu einer Ven­ tillängsachse 3 ein Ventilende 5 eines Brennstoffeinspritzventils 7 umfaßt. Die Gasumfassungshülse 1 umgibt mit einem Mantelteil 9 zu­ mindest teilweise axial und mit einem Bodenteil 11 zumindest teil­ weise radial das Ventilende 5 des Brennstoffeinspritzventils 7. Z.B. konzentrisch zu der Ventillängsachse 3 verlaufend weist das Boden­ teil 11 der Gasumfassungshülse 1 eine Gemischabspritzöffnung 13 auf.

Das teilweise dargestellte, beispielsweise elektromagnetisch betä­ tigbare Brennstoffeinspritzventil 7 hat einen rohrförmigen Sitzträ­ ger 15, in dem konzentrisch zu der Ventillängsachse 3 eine gestufte Längsbohrung 17 ausgebildet ist. In der Längsbohrung 17 ist eine z. B. rohrförmige Ventilnadel 19 angeordnet, die an ihrem stromabwar­ tigen, dem Bodenteil 11 der Gasumfassungshülse 1 zugewandten Ende mit einem kugelförmigen Ventilschließkörper 21 verbunden ist. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 19 und damit zum Öffnen bzw. Schließen des Brennstoffeinspritzventils 7 dient ein in der Figur angedeuteter elektromagnetischer Kreis mit einer Magnetspule 23, ei­ nem Anker 25 und einem Kern 27. Der Anker 25 ist mit dem dem Ventil­ schließkörper 21 abgewandten Ende der Ventilnadel 19 verbunden und wirkt mit dem Kern 27 und der Magnetspule 23 zusammen.

Zur Führung des Ventilschließkörpers 21 während der Bewegung der Ventilnadel 19 in Richtung der Ventillängsachse 3 dient eine Füh­ rungsbohrung 29 eines Ventilsitzkörpers 31. Der Umfang des Ventil­ sitzkörpers 31 weist einen kleineren Durchmesser als den Durchmesser der gestuften Längsbohrung 17 des Sitzträgers 15 im Bereich des Ven­ tilsitzkörpers 31 auf. An seiner einen, der Ventilnadel 19 abgewand­ ten unteren Stirnseite 33 ist der Ventilsitzkörper 31 mit einem Bo­ denteil 35 eines topfförmigen Lochkörpers 37 z. B. konzentrisch und fest verbunden, so daß das Bodenteil 35 mit seiner oberen Stirnseite 39 an der unteren Stirnseite 33 des Ventilsitzkörpers 31 anliegt. Die Verbindung von Ventilsitzkörper 31 und Lochkörper 37 erfolgt beispielsweise durch eine umlaufende und dichte, z. B. mittels eines Lasers ausgebildete erste Schweißnaht 41. Durch diese Art der Mon­ tage ist die Gefahr einer Verformung des Bodenteils 35 des Lochkör­ pers 37 im Bereich seiner wenigstens einen, beispielsweise zwei durch Erodieren ausgeformten Abspritzöffnungen 43 vermieden.

An das Bodenteil 35 des topfförmigen Lochkörpers 37 schließt sich ein umlaufender Halterand 45 an, der sich in Richtung der Ventil­ längsachse 3 dem Ventilsitzkörper 31 abgewandt erstreckt und bis zu seinem Ende 47 hin konisch nach außen gebogen ist. Dabei weist der Halterand 45 an seinem Ende 47 einen größeren Durchmesser auf als den Durchmesser der Längsbohrung 17 des Sitzträgers 15 im Bereich des Ventilsitzkörpers 31.

Bei in die Längsbohrung 17 des Sitzträgers 15 eingeschobener Ventil­ nadel 19 wird in die Längsbohrung 17 das aus Ventilsitzkörper 31 und Lochkörper 37 bestehende Ventilsitzteil eingeschoben, wobei der Lochkörper 37 mit seinem leicht konisch nach außen gebogen ausgebil­ deten Halterand 45 an der Wandung der Längsbohrung 17 anliegt und auf diese eine radial nach außen gerichtete Federwirkung ausübt. Die Einschubtiefe des aus dem Ventilsitzkörper 31 und dem Lochkörper 37 bestehenden Ventilsitzteils in die Längsbohrung 17 des Sitzträgers 15 bestimmt die Voreinstellung des Hubes der Ventilnadel 19, da die eine Endstellung der Ventilnadel 19 bei nicht erregter Magnetspule 23 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 21 an eine Ventilsitz­ fläche 49 des Ventilsitzkörpers 31 festgelegt ist. Die andere End­ stellung der Ventilnadel 19 wird bei erregter Magnetspule 23 bei­ spielsweise durch die Anlage des Ankers 25 am Kern 27 festgelegt. Der Weg zwischen diesen beiden Endstellungen der Ventilnadel 19 stellt den Hub dar.

An seinem Ende 47, mit dem der Halterand 45 des Lochkörpers 37 an der Wandung der Längsbohrung 17 des Sitzträgers 15 anliegt, ist der Halterand 45 mit der Wandung der Längsbohrung 17 beispielsweise durch eine umlaufende und dichte zweite Schweißnaht 51 verbunden.

Somit liegen am Lochkörper 37 zwei Befestigungsstellen vor, die eine Befestigungsstelle ist die erste Schweißnaht 41 mit dem Ventilsitz­ körper 31 und die andere Befestigungsstelle die zweite Schweißnaht 51 mit dem Sitzträger 15.

Der kugelförmige Ventilschließkörper 21 wirkt mit der sich bei­ spielsweise in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden Ven­ tilsitzfläche 49 des Ventilsitzkörpers 31 zusammen, die in Richtung der Ventillängsachse 3 zwischen der Führungsbohrung 29 und der unte­ ren Stirnseite 33 des Ventilsitzkörpers 31 ausgebildet ist. Die Füh­ rungsbohrung 29 weist, wie auf der linken Seite der Ventillängs­ achse 3 in der Figur dargestellt ist, wenigstens einen Strömungs­ durchlaß 53 auf, der eine Strömung des Brennstoffs von dem in radia­ ler Richtung nach außen durch die Längsbohrung 17 des Sitzträgers 15 begrenzten Ventilinnenraum 55 zu einer in Brennstoffströmungsrich­ tung zwischen der Führungsbohrung 29 und der Ventilsitzfläche 49 ausgebildeten Ringnut 57 ermöglicht, die im geöffneten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 7 mit den Abspritzöffnungen 43 des Loch­ körpers 37 in Verbindung steht. Zur exakten Führung des Ventil­ schließkörpers 21 und damit der Ventilnadel 19 während ihrer Axial­ bewegung ist der Durchmesser der Führungsbohrung 29 so ausgebildet, daß der beispielsweise kugelförmige Ventilschließkörper 21 in die Führungsbohrung 29 mit geringem radialen Abstand ragt.

Die exakte Einstellung des Hubes der Ventilnadel 19 und damit der statischen, während des stationären Öffnungszustandes des Ventils abgegebenen Brennstoffmenge erfolgt an dem fertig montierten Brenn­ stoffeinspritzventil 7, indem die von dem Ventil abgegebene und ge­ messene Istmenge des Brennstoffs mit der gewünschten, vorgegebenen Sollmenge verglichen und der Lochkörper 37 ggf. zur exakten Ein­ stellung des Hubes der Ventilnadel 19 in Richtung der Ventillängs­ achse 3 im Bereich zwischen der zweiten Schweißnaht 51 und der er­ sten Schweißnaht 41 in der Ventilnadel 19 zugewandter Richtung mit­ tels eines Werkzeuges 58 derart gestreckt und damit ggf. plastisch verformt wird, bis die gemessene Brennstoffistmenge mit der vorgege­ benen Brennstoffsollmenge übereinstimmt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist z. B. in eine gestufte Ventil­ aufnahmeöffnung 59 eines Saugrohres 61 der Brennkraftmaschine mon­ tierbar, das z. B. eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten, je ei­ nem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Ventilaufnahmeöff­ nungen 59 aufweist. In jede der Ventilaufnahmeöffnungen 59 mündet an einer Eintrittsöffnung 63 ein Gaszufuhrkanal 65, der zur Zufuhr ei­ nes Gases zu der Gasumfassungshülse 1 dient. Als Gas kann z. B. die durch einen Bypass vor einer Drosselklappe in dem Saugrohr 61 der Brennkraftmaschine abgezweigte Saugluft, durch ein Zusatzgebläse ge­ forderte Luft, aber auch rückgeführtes Abgas der Brennkraftmaschine oder eine Mischung von Luft und Abgas verwendet werden. Die Verwen­ dung rückgeführten Abgases ermöglicht eine Reduzierung der Schad­ stoffemission der Brennkraftmaschine.

An dem Umfang des Ventilendes 5 des Brennstoffeinspritzventils 7 ist in der Gasumfassungshülse 1 abgewandter Richtung oberhalb der Ein­ trittsöffnung 63 des Gaszufuhrkanals 65 eine obere Ringnut 67 ausge­ bildet, in der ein dicht an der Wandung der Ventilaufnahmebohrung 59 anliegender oberer Dichtring 69 angeordnet ist.

Das Mantelteil g der Gasumfassungshülse 1 umgibt mit der Wandung ei­ ner durch das Mantelteil 9 gebildeten Umfassungsbohrung 71 den Um­ fang des Sitzträgers 15 an dem Ventilende 5 des Brennstoffeinspritz­ ventils 7 mit radialem Abstand. In dem Mantelteil 9 sind dem Boden­ teil 11 zugewandt beispielsweise fünf mit gleichem Abstand über den Umfang der Gasumfassungshülse 1 verteilte Führungsleisten 73 z. B. durch Eindrücken des Mantelteils 9 ausgebildet, die in radialer Richtung nach innen ragen und mit annähernd einen Kreis beschreiben­ den Anlageflächen 75 an dem Umfang des Ventilendes 5 anliegen. Die Führungsleisten 73 mit ihren Anlageflächen 75 ermöglichen eine ein­ fache Zentrierung der Gasumfassungshülse 1 gegenüber dem Brennstoff­ einspritzventil 7. An jeder der Führungsleisten 73 ist an den An­ lageflächen 75 jeweils eine Schweißung 77 beispielsweise mittels ei­ nes Lasers ausgebildet, die die Gasumfassungsbuchse 1 an ihren Führ­ ungsleisten 73 mit dem Umfang des Ventilendes 5 des Brennstoffein­ spritzventils 7 fest verbindet. Das Bodenteil 11 der Gasumfassungs­ hülse 1 hat in radialer Richtung nach innen weisend schräg zu dem Boden 35 des Lochkörpers 37 des Einspritzventils 7 hin geneigt einen Schrägabschnitt 79. Der Schrägabschnitt 79 des Bodenteils 11 bildet einen Abschnitt der Gemischabspritzöffnung 13 der Gasumfassungshülse 1. In dem Schrägabschnitt 79 des Bodenteils 11 der Gasumfassungs­ hülse 1 sind beispielsweise vier Gaszufuhröffnungen 81 mit gleichem Abstand zueinander ausgebildet. Mit seinem radial nach innen weisen­ den, dem Boden 35 des topfförmigen Lochkörpers 37 zugewandten Ende 38 liegt der Schrägabschnitt 79 des Bodenteils 11 an einem zumindest in Richtung der Ventillängsachse 3 elastischen, z. B. ringförmigen Dichtelement 83 unter Spannung an. Dem Schrägabschnitt 79 abgewandt stützt sich das Dichtelement 83 in Richtung der Ventillängsachse 3 an dem Bodenteil 35 des Lochkörpers 37 ab, überdeckt dabei z. B. die erste Schweißnaht 41 und verhindert, daß Gas zwischen dem Bodenteil 11 der Gasumfassungshülse 1 und dem Lochkörper 37 entweichen kann. Beispielsweise konzentrisch zu der Ventillängsachse 3 weist das ringförmige Dichtelement 83 eine Durchgangsöffnung 85 auf, die der durch die Abspritzöffnungen 43 des Lochkörpers 37 abgegebene Brenn­ stoff durchströmt. Das ringförmige Dichtelement 83 hat z. B. einen annähernd rechteckigen Querschnitt. Es ist aber auch möglich, daß das Dichtelement 83 einen kreisförmigen, ovalen oder anderen Quer­ schnitt aufweist. Um die Montage und die Zentrierung des Dichtele­ mentes 83 zu erleichtern, weist das Dichtelement beispielsweise ei­ nen Durchmesser auf, der etwa ebenso groß ist wie die lichte Weite des Halterandes 45 des Lochkörpers 37. Das Dichtelement 83 ist z. B. aus einem Elastomer ausgebildet, das eine gummiähnliche Elastizität hat. Durch diese Elastizität des Dichtelementes 83 werden nicht nur Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgeglichen, sondern es wird auf einfache und zuverlässige Weise verhindert, daß bei der Montage der Gasumfassungshülse 1 an das Ventilende 5 des fertig montierten und eingestellten Brennstoffeinspritzventils 7 trotz Gewährleistung der geforderten Dichtheit eine Beschädigung oder eine Verformung des Lochkörpers 37 auftritt, die zu einer Veränderung des Hubes der Ven­ tilnadel 19 und damit der abgespritzten statischen Brennstoffmenge oder zu einer Veränderung der Abspritzcharakteristik und Brennstoff­ strahlgeometrie führt. Das Gas gelangt durch den Gaszufuhrkanal 65 und die Eintrittsöffnung 63 in die Ventilaufnahmebohrung 59 und von dort aus durch in Umfangsrichtung durch die Führungsleisten 73 be­ grenzte, zwischen dem Umfang des Sitzträgers 15 an dem Ventilende 5 des Brennstoffeinspritzventils 7 und der Wandung der Umfassungsboh­ rung 71 des Mantelteils 9 gebildete Gasströmungskanäle 90 zu den en­ gen, z. B. kreisformigen Gaszufuhröffnungen 81 des Bodenteils 11 der Gasumfassungshülse 1 und trifft in der Gemischabspritzöffnung 13 auf den durch die Abspritzöffnungen 43 des Lochkörpers 37 abgegebenen Brennstoff und zerstäubt diesen fein.

An seinem dem Bodenteil 11 abgewandten Ende ist an dem Mantelteil 9 der Gasumfassungshülse 1 ein radial nach außen weisender erster Hal­ teflansch 91 ausgebildet. An dem Umfang des Mantelteils 9 der Gasum­ fassungshülse 1 ist ein z. B. L-förmiger Haltering 93 angeordnet, der in Richtung der Ventillängsachse 3 zwischen dem ersten Halteflansch 91 der Gasumfassungshülse 1 und deren Bodenteil 11 beispielsweise an seinem dem ersten Halteflansch 91 zugewandten Ende einen radial nach außen weisenden zweiten Halteflansch 95 hat. In Richtung der Ventil­ längsachse 3 zwischen dem ersten Halteflansch 91 und dem zweiten Halteflansch 95 ist an dem Umfang des Mantelteils 9 der Gasumfas­ sungshülse 1 ein unterer Dichtring 97 angeordnet, der dicht an der Wandung der Ventilaufnahmebohrung 59 des Saugrohrs 61 anliegt. Der obere Dichtring 69 und der untere Dichtring 97 verhindern, daß das durch den Gaszufuhrkanal 65 zugeführte Gas an der Wandung der Ven­ tilaufnahmebohrung 59 vorbei austritt.

Im Bereich der Schweißungen 77 der z. B. fünf Führungsleisten 73 weist der Haltering 93 in einem Zylinderabschnitt 99, mit dem er teilweise an dem Umfang der Gasumfassungshülse 1 anliegt, zumindest eine, beispielsweise jeweils eine Montageöffnung 101 auf. Der Halte­ ring 93 ist an seinem Zylinderabschnitt 99 an den Bereichen, mit de­ nen er an dem Mantelteil 9 der Gasumfassungshülse 1 anliegt, mit dem Mantelteil 9 beispielsweise durch fünf Schweißungen 100 verbunden. Die Montageöffnungen 101 ermöglichen es, daß die Gasumfassungshülse 1 auch nach der Montage des Halteringes 93 an dem Umfang der Gasum­ fassungshülse problemlos an dem Ventilende 5 des Brennstoffein­ spritzventils 7 mittels der Schweißungen 77 befestigt werden kann.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Einspritzung eines Brennstoff-Gas-Gemisches mit einem Brennstoffeinspritzventil, das ein Ventilende mit wenigstens einer Abspritzöffnung und eine Ventillängsachse hat, und mit einer topfförmig ausgebildeten Gasumfassungshülse, die mit einem Mantel­ teil zumindest teilweise axial und mit einem Bodenteil zumindest teilweise radial das Ventilende des Brennstoffeinspritzventils um­ schließt und in ihrem Bodenteil zumindest eine Gemischabspritzöff­ nung hat, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der Ventillängs­ achse (3) zwischen dem Ventilende (5) des Brennstoffeinspritzventils (7) und einem dem Ventilende (5) zugewandten Ende (38) des Boden­ teils (11) der Gasumfassungshülse (1) ein elastisches Dichtelement (83) eingespannt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Dichtelement (83) ringförmig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Dichtelement (83) aus einem Elastomer ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bo­ denteil (11) der Gasumfassungshülse (1) in Richtung der Ventillängs­ achse (3) schräg zu dem Ventilende (5) des Brennstoffeinspritzven­ tils (7) hin geneigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bodenteil (11) der Gasumfassungshülse (1) wenigstens eine Gaszufuhröffnung (81) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Man­ telteil (9) der Gasumfassungshülse (1) zumindest teilweise an dem Umfang des Ventilendes (5) des Brennstoffeinspritzventils (7) an­ liegt und mittels wenigstens einer Schweißung (77) mit dem Ventil­ ende (5) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Umfang des Mantelteils (9) der Gasumfassungshülse (1) ein Haltering (93) angeordnet ist, der an seinem Umfang im Bereich der wenigstens einen Schweißung (77) des Mantelteils (9) der Gasumfassungshülse (1) zumindest eine Montageöffnung (101) aufweist.