DE60014768T2

DE60014768T2 - Brennstoffeinspritzventil mit rohrförmiger unterer Nadelführung

Info

Publication number: DE60014768T2
Application number: DE60014768T
Authority: DE
Inventors: Jr. Benjamin F. Brinn
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2000-05-09
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: EP1059438A2; US6168098B1; EP1059438A3; JP2001003831A; EP1059438B1; DE60014768D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft elektromagnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzventile vom Nadelventil-Typ zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor und spezieller ein Kraftstoffeinspritzventil zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Motor.
Hintergrund der Erfindung
In der Technik der Kraftstoffeinspritzung ist es bekannt, eine Nadel in einem elektromagnetisch betätigten Kraftstoffeinspritzventil zu verwenden, um einen Kraftstoff-Durchflusskanal in einem Ventilsitz zu verschließen. Bei solchen Einspritzventilen bewirkt eine schmale untere Führung eines gestochenen Loches die Ausrichtung und Abstützung der Nadel während der Bewegung. Das gestochene Loch weist normalerweise einen Durchbruch auf, welcher eine sehr schmale (dünne) Führungsfläche hinterlässt. Außerdem besteht die Möglichkeit eines Verschleißes der Nadel infolge des scharfen dünnen Stanzloches. Dieser Verschleiß beeinträchtigt die Ausrichtung, ermöglicht das Fließen von Kraftstoff um die Nadel herum und kann eine Kraftstoffundichtheit auslösen oder zu einer solchen beitragen. Eine Fehlausrichtung hat zur Folge, dass die Nadel an den Kegel der Dichtfläche anschlägt und am Rand des Kegels entlang gleitet, bevor sie in die Dichtungsposition geführt wird und die Durchflussöffnung verschließt. Die Reibung zwischen der Nadel und dem Kegel verzögert das Schließen und zerstört das gleichförmige Spritzbild vor der vollständigen Absperrung. Eine ähnliche Verzögerung tritt bei der Herausbildung eines gleichförmigen Spritzbildes auf, wenn die Nadel aus der Dichtposition herausgehoben wird.
In EP 0.781.916 wird ein Kraftstoffeinspritzventil beschrieben, das eine tiefgezogene Ventilführung aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die vorliegende Erfindung wird ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventil bereitgestellt, das eine verbesserte axiale Ausrichtung einer Nadel bezüglich eines Ventilsitzes aufweist, welche die Anfangs- und die Langzeit- Undichtigkeit verringert und eine erhöhte Fertigungsleistung sowie eine verlängerte Lebensdauer zur Folge hat.
Gemäß der Erfindung wird ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventil zur Verwendung in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor bereitgestellt, welches umfasst: ein Ventilgehäuse, das eine Längsachse aufweist; wobei das besagte Ventilgehäuse ein Ende zur Anbringung einer Ventilsitz-Unterbaugruppe aufweist; wobei das besagte Ende eine Aussparung und einen darin befindlichen Absatz enthält; eine Ventilsitz-Unterbaugruppe, die an dem Ende des besagten Ventilgehäuses angebracht ist; wobei die besagte Ventilsitz-Unterbaugruppe einen Ventilsitz enthält, der eine Sitzfläche und eine ringförmige Dichtfläche, welche die besagte Sitzfläche umgibt und dem Inneren des besagten Ventilgehäuses zugewandt ist, aufweist; wobei die besagte Sitzfläche eine Kraftstoffauslassöffnung enthält, die bezüglich der besagten Achse zentriert ist und mit Mitteln zum Einleiten von unter Druck stehendem Kraftstoff in das besagte Ventilgehäuse gegen die besagte Sitzfläche in Verbindung steht; eine Nadel mit einem distalen (rumpffernen) Ende, die zwischen einer am Sitz anliegenden Position, in welcher das distale Ende gegen die besagte Sitzfläche gedrückt wird, um die Auslassöffnung für den Durchfluss von Kraftstoff zu schließen, und einer geöffneten Position, in welcher das besagte distale Ende einen Abstand von der besagten Sitzfläche hat, um den Durchfluss von Kraftstoff durch die besagte Auslassöffnung zu ermöglichen, beweglich ist; und Vorbelastungsmittel in dem besagten Ventilgehäuse, die das besagte distale Ende der Nadel zu der besagten Sitzfläche hin vorbelasten; wobei die besagte Ventilsitz-Unterbaugruppe außerdem eine untere Nadelführung enthält, die einen Flanschteil und einen Rohrteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der besagte Rohrteil in das besagte Ventilgehäuse hinein von dem besagten Flanschteil weg erstreckt und eine axial angeordnete rohrförmige Bohrung zur Führung der besagten Nadel mit einer Bemessung mit engen Toleranzen enthält; wobei der besagte Flanschteil der besagten Sitzfläche zugewandt ist und eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die ringförmig angeordnet sind, damit Kraftstoff durch die besagte untere Führung strömen kann.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Drallscheibe zwischen der Dichtfläche des Ventilsitzes und dem Flanschteil der unteren Führung angeordnet. Die Drallscheibe erhält Kraftstoff von der Vielzahl von Kraftstoffdurchflussöffnungen im Flanschteil der unteren Führung und verteilt den Kraftstoff zur Kraftstoffauslassöffnung des Ventilsitzes hin.
Die Ventilsitz-Unterbaugruppe kann auf einer Schweißführung zusammengebaut werden, welche den Ventilsitz, die Drallscheibe und die untere Führung an einem Absatz im Ende des Ventilgehäuses ausrichtet, und die Spitze des Ventilgehäuses wird gequetscht, um die Ventilsitz-Unterbaugruppe im Ventilgehäuse festzuhalten, und der Ventilsitz wird in dem Ende des Ventilgehäuses lasergeschweißt, wodurch die Unterbaugruppe in diesem befestigt wird.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch besser verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen ist:
1 eine Schnittdarstellung eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten elektromagnetisch betätigten Kraftstoffeinspritzventils;
2 eine Schnittdarstellung einer Ventilgehäusebaugruppe des Kraftstoffeinspritzventils von 1, welche eine an einem Ende des Ventilgehäuses angebrachte Ventilsitz-Unterbaugruppe zeigt;
3 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Ventilsitz-Unterbaugruppe, welche den Zusammenbau eines Ventilsitzes, einer Drallscheibe und einer unteren Nadelführung zeigt; und
4 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Ventilsitz-Unterbaugruppe, welche eine Dichtfläche, eine Sitzfläche und eine Kraftstoffauslassöffnung zeigt, wobei die untere Führung eine rohrförmige Bohrung und ringförmig angeordnete Öffnungen aufweist und die Drallscheibe eine Vielzahl von Strömungsdurchlässen aufweist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Es wird nun im Einzelnen auf die Zeichnungen Bezug genommen; die Bezugszahl 10 bezeichnet allgemein ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventil des Typs mit Zuführung von oben zur Verwendung in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einer Längsachse A und ein an dem Gehäuse befestigtes Ventilgehäuse 14. Das Ventilgehäuse 14 weist eine mit der Längsachse A koaxiale zylindrische Seitenwand 16 auf, welche das Innere des Ventilgehäuses 14 seitlich begrenzt.
Eine Ventilsitz-Unterbaugruppe 20, die an einem Ende oder einer Spitze 22 des Ventilgehäuses 14 angebracht ist, enthält einen Ventilsitz 24, der eine Sitzfläche 26 und eine die Sitzfläche umgebende Dichtfläche 27 sowie eine Umfangs-Seitenwand 28 mit einem konisch zulaufenden Ende 29 aufweist. Die Sitzfläche 26 und die Dichtfläche 27 sind dem Inneren des Ventilgehäuses 14 zugewandt. Die Sitzfläche 26 ist von kegelstumpfförmiger oder konkaver Gestalt und enthält eine Kraftstoffauslassöffnung 30, die bezüglich der Achse A zentriert ist und mit einem Einlassanschluss- oder Kraftstoffrohr 32 zum Einleiten von unter Druck stehendem Kraftstoff in das Ventilgehäuse 14 gegen die Sitzfläche 26 kommuniziert.
Das Kraftstoffrohr 32 umfasst ein Befestigungsende 34 zur Befestigung des Einspritzventils in einer Kraftstoff-Verteilerleitung (nicht dargestellt) auf bekannte Art und Weise. Ein O-Ring 36 dient zur Abdichtung des Befestigungsendes 34 in der Kraftstoff-Verteilerleitung.
Eine langgestreckte Nadel 38 mit einem Ende 40 von bogenförmiger oder konisch zulaufender Form ist entlang der Achse A angeordnet und zwischen einer am Sitz anliegenden Position, in welcher das Ende gegen die Sitzfläche 26 gedrückt wird, um die Auslassöffnung für den Durchfluss von Kraftstoff zu schließen, und einer geöffneten Position, in welcher das Ende einen Abstand von der Sitzfläche hat, um den Durchfluss von Kraftstoff durch die Auslassöffnung 30 zu ermöglichen, beweglich. Im Ventilgehäuse 14 ist eine Feder 42 vorgesehen, um das Ende 40 zu der am Sitz anliegenden Position hin vorzubelasten.
Die Ventilsitz-Unterbaugruppe 20 enthält außerdem eine untere Nadelführung 44 mit einem Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser des Ventilsitzes 24 ist, und mit einer axial angeordneten rohrförmigen Bohrung 46 zum Führen der Nadel 38. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die untere Nadelführung 44 einen Flanschteil 47 und einen Rohrteil 48, welcher die rohrförmige Bohrung 46 enthält. Die rohrförmige Bohrung 46 hat eine Länge, die wenigstens gleich dem 1,5-fachen des Durchmessers der Nadel ist und vorzugsweise im Bereich zwischen dem 1,5-fachen und dem 2,0-fachen des Durchmessers der Nadel liegt.
Die rohrförmige Bohrung 46 weist eine Grenzfläche großer Länge mit der Nadel 38 und eine glatte Verschleißfläche auf. Der Innendurchmesser der rohrförmigen Bohrung 46 ist so bemessen, dass er eine enge Toleranz bezüglich des Durchmessers der durch Präzisionsschleifen bearbeiteten Nadel 38 aufweist. Die vergrößerte Kontaktlänge der Nadel 38 und der Bohrung 46 sorgt in der Kombination mit der Bemessung mit enger Toleranz für eine verbesserte axiale Ausrichtung, durch die das Ende 40 präzise im Kegel der Sitzfläche 26 platziert wird. Diese Ausrichtung verringert die Undichtigkeit im Vergleich mit herkömmlichen Einspritzventilen, ermöglicht, dass sich ein gewünschtes Spritzbild schnell herausbildet, und gestattet es, das Einspritzventil schnell zu schließen.
Die untere Nadelführung 44 enthält außerdem eine Vielzahl von Öffnungen 49, die ringförmig angeordnet sind, damit Kraftstoff durch die Führung strömen kann.
Vorzugsweise enthält die Ventilsitz-Unterbaugruppe 20 außerdem eine Drallscheibe 50, die einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser des Ventilsitzes 24 ist, und die zwischen der Dichtfläche 27 des Ventilsitzes und der unteren Führung 44 angeordnet ist. Bei der Ventilsitz-Unterbaugruppe 20, welche den Ventilsitz 24, die untere Führung 44 und die Drallscheibe 50 enthält, können die Bauteile durch Laserschweißen miteinander verbunden werden, bevor sie in die Aussparung 51 im Ende 22 des Ventilgehäuses 14 eingebaut wird.
Die Drallscheibe 50 enthält eine ebensolche Vielzahl von Strömungsdurchlässen 52, die mit der Vielzahl von Öffnungen 49 in der unteren Führung 44 kommunizieren, um den Durchfluss von Kraftstoff in Richtung der Kraftstoffauslassöffnung 30 zu ermöglichen. Die Dicke des Flanschteils 47 der unteren Nadelführung 44 ist wenigstens gleich der Dicke der Drallscheibe 50 und liegt im Allgemeinen im Bereich zwischen dem 1,0-fachen und dem 2,0-fachen der Dicke der Drallscheibe.
Ein mit der Nadel 38 verbundener Anker 54 ist im Ventilgehäuse 14 axial beweglich. Eine Magnetspule 56 ist in der Lage, den Anker 54 von der Ventilsitz-Unterbaugruppe 20 wegzuziehen, wodurch sie das Nadelende 40 von der Sitzfläche 26 weg bewegt und ermöglicht, dass Kraftstoff durch die Kraftstoffauslassöffnung 30 strömt.
Die Ventilsitz-Unterbaugruppe 20 wird im Ventilgehäuse 14 wie folgt zusammengebaut. Die untere Führung 44, die Drallscheibe 50 und der Ventilsitz 24 werden in der Aussparung 51 am Absatz 57 im Ende 22 des Ventilgehäuses 14 gestapelt. Die Spitze 22 des Ventilgehäuses wird gequetscht, um die Unterbaugruppe in ihr festzuhalten. Der Sitz 24 wird um sein konisch zulaufendes Ende 29 herum lasergeschweißt, um die Ventilsitz-Unterbaugruppe 20 im Ende 22 des Ventilgehäuses 14 zu befestigen.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf eine spezielle Ausführungsform beschrieben wurde, können selbstverständlich im Rahmen der beschriebenen erfinderischen Konzepte zahlreiche Änderungen vorgenommen werden. Dementsprechend soll die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt sein, sondern den vollen Umfang haben, der durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventil (10) zur Verwendung in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor, welches umfasst: ein Ventilgehäuse (14), das eine Längsachse (A) aufweist; wobei das besagte Ventilgehäuse (14) ein Ende (22) zur Anbringung einer Ventilsitz-Unterbaugruppe (20) aufweist; wobei das besagte Ende (22) eine Aussparung und einen darin befindlichen Absatz enthält; eine Ventilsitz-Unterbaugruppe (20), die an dem Ende (22) des besagten Ventilgehäuses (14) angebracht ist; wobei die besagte Ventilsitz-Unterbaugruppe (20) einen Ventilsitz (24) enthält, der eine Sitzfläche (26) und eine ringförmige Dichtfläche (27), welche die besagte Sitzfläche (26) umgibt und dem Inneren des besagten Ventilgehäuses (14) zugewandt ist, aufweist; wobei die besagte Sitzfläche (26) eine Kraftstoffauslassöffnung (30) enthält, die bezüglich der besagten Achse (A) zentriert ist und mit Mitteln zum Einleiten von unter Druck stehendem Kraftstoff in das besagte Ventilgehäuse (14) gegen die besagte Sitzfläche (27) in Verbindung steht; eine Nadel (38) mit einem distalen Ende (40), die zwischen einer am Sitz anliegenden Position, in welcher das distale Ende (40) gegen die besagte Sitzfläche (26) gedrückt wird, um die Auslassöffnung (30) für den Durchfluss von Kraftstoff zu schließen, und einer geöffneten Position, in welcher das besagte distale Ende (40) einen Abstand von der besagten Sitzfläche (26) hat, um den Durchfluss von Kraftstoff durch die besagte Auslassöffnung (30) zu ermöglichen, beweglich ist; und Vorbelastungsmittel (42) in dem besagten Ventilgehäuse (14), die das besagte distale Ende (40) der Nadel zu der besagten Sitzfläche (26) hin vorbelasten; wobei die besagte Ventilsitz-Unterbaugruppe (20) außerdem eine untere Nadelführung (44) enthält, die einen Flanschteil (47) und einen Rohrteil (48) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass: sich der besagte Rohrteil (47) in das besagte Ventilgehäuse (14) hinein von dem besagten Flanschteil (47) weg erstreckt und eine axial angeordnete rohrförmige Bohrung (46) zur Führung der besagten Nadel (38) mit einer Bemessung mit engen Toleranzen enthält; wobei der besagte Flanschteil (47) der besagten Sitzfläche (26) zugewandt ist und eine Vielzahl von Öffnungen (49) aufweist, die ringförmig angeordnet sind, damit Kraftstoff durch die besagte untere Führung strömen kann.
Kraftstoffeinspritzventil (10) nach Anspruch 1, wobei die besagte rohrförmige Bohrung (46) eine Länge hat, die größer als das 1,5-fache des Durchmessers der besagten Nadel (38) ist.
Kraftstoffeinspritzventil (10) nach Anspruch 2, wobei die besagte Ventilsitz-Unterbaugruppe ferner eine Drallscheibe (50) enthält, die zwischen der besagten Dichtfläche (27) des Ventilsitzes und dem besagten Flanschteil (47) der unteren Führung angeordnet ist; wobei die besagte Drallscheibe (50) eine Vielzahl von Strömungsdurchlässen (52) enthält, die mit den besagten Öffnungen (49) in dem besagten Flanschteil (47) kommunizieren, um den Durchfluss von Kraftstoff in Richtung der besagten Kraftstoffauslassöffnung (30) zu ermöglichen.
Kraftstoffeinspritzventil (10) nach Anspruch 3, wobei der besagte Flanschteil (47) der Nadelführung eine Dicke aufweist, die wenigstens gleich der Dicke der besagten Drallscheibe (50) ist.
Kraftstoffeinspritzventil (10) nach Anspruch 3, wobei der besagte Rohrteil (48) eine Länge hat, die gleich dem 1,5-fachen bis 2,0-fachen des Durchmessers der besagten Nadel ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei der besagte Ventilsitz (20) eine Umfangs-Seitenwand mit einem konisch zulaufenden Ende aufweist, die in einem Abstand von der besagten Sitzfläche (26) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei die besagte Ventilsitz-Unterbaugruppe eine lasergeschweißte Konstruktion ist.