-
Die Erfindung betrifft einen Ventilkörper, eine Strömungsmitteleinspritzvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der Strömungsmitteleinspritzvorrichtung. Der Ventilkörper umfasst eine Kartusche mit einer Ausnehmung, die eine Einspritznadel an einem Ende bildet, sowie eine Nadel, die in der Ausnehmung angeordnet ist und die Einspritzdüse schließt, wenn sie mit ihrer Sitzfläche auf einem Nadelsitz der Kartusche sitzt.
-
Strömungsmitteleinspritzvorrichtungen, insbesondere Kraftstoffeinspritz-vorrichtungen für Diesel- oder Benzinmotoren, umfassen ein Gehäuse, eine Betätigungseinheit und einen Ventilkörper. Der Ventilkörper besitzt eine Nadel, die eine Düse öffnet oder schließt und auf diese Weise das Einspritzen von Kraftstoff steuert. Bei einer zunehmenden Zahl von Anwendungsfällen finden Betätigungseinheiten mit einer piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung Verwendung. Diese haben den Vorteil, dass sie eine sehr kurze Ansprechzeit auf Betätigungssignale besitzen und somit eine Vielzahl von Einspritzvorgängen in einen Zylinder des Verbrennungsmotors während eines Arbeitszyklus des Zylinders ermöglichen. Um die Sprüheigenschaften der Strömungsmitteleinspritzvorrichtung zu verbessern, wird der Strömungsmitteldruck erhöht. Bei gegenwärtigen Benzinmotoren werden die Strömungsmitteleinspritzvorrichtungen mit Kraftstoff versorgt, der einen Druck von bis zu 200 bar besitzt.
-
Die
WO 03/016707 A1 beschreibt eine Strömungsmitteleinspritzvorrichtung mit einem Verbinder zu einer Kraftstoffquelle, einem Gehäuse und einer Betätigungseinheit sowie einem Ventilkörper. Das Gehäuse ist als Doppelrohr ausgebildet und besitzt eine Ausnehmung, die die Betätigungseinheit aufnimmt. Die Betätigungseinheit umfasst eine piezoelektrische Betätigungseinheit, die auf die Nadel einwirkt. Zwischen den Wänden des Doppelrohr-Gehäuses wird der Kraftstoff vom Verbinder zu einem Kraftstoffeinlass des Ventilkörpers geführt. Der Ventilkörper besitzt einen Gehäuseteil mit einer Ausnehmung, die eine Nadel aufnimmt. In Abhängigkeit von der Position der Nadel wird eine Düse geöffnet oder geschlossen und demzufolge Kraftstoff eingespritzt oder nicht.
-
Die
EP 0 512 598 A1 offenbart eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einem Düsenkörper, der einen Kraftstoffkanal und einen Ventilsitz an einem seiner Enden aufweist, und ein Schieberventil, das im Kraftstoffkanal angeordnet ist sowie einen Kopf, der mit dem Ventilsitz des Düsenkörpers zusammenwirkt, und einen länglichen Ventilschaft besitzt. Der Düsenkörper ist mit einer sich axial erstreckenden Positionierungsbohrung versehen, die außermittig von der Achse des Düsenkörpers angeordnet ist. An der Seite des Ventilschaftes ist ein Positionierungsschlitz ausgebildet. Eine Positionierungskugel ist in der ausgerichteten Positionierungsbohrung des Düsenkörpers angeordnet, und der Positionierungsschlitz des Ventilschaftes ermöglicht eine Axialbewegung desselben im Düsenkörper und verhindert eine Drehung des Ventilschaftes relativ zum Düsenkörper.
-
Zunehmend strengere gesetzliche Bestimmungen in Bezug auf die Emissionen von Verbrennungsmotoren, bei denen ein Ventilkörper oder eine Strömungsmitteleinspritzvorrichtung mit einem Ventilkörper angeordnet ist, machen eine große Zahl von Maßnahmen zur Verringerung der Emissionen erforderlich. Sehr wichtig für die Verhinderung von Abgasemissionen ist die Tatsache, dass für den Verbrennungsmotor verwendete Strömungsmitteleinspritzvorrichtungen eine definierte und konstante Sprühcharakteristik besitzen.
-
Um eine derartige definierte und konstante Sprühcharakteristik zu erhalten, ist es bekannt, die Bereiche der Nadel und der Kartusche benachbart zur Einspritzdüse über einen Schleifprozess, beispielsweise durch Läppen, mit einem sehr genauen Finish zu versehen. Hierdurch werden Verkokungen verhindert, so dass auf diese Weise eine konstante Sprühcharakteristik sichergestellt werden kann.
-
Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Ventilkörper, eine Strömungsmitteleinspritzvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der Strömungsmitteleinspritzvorrichtung zu schaffen, die einfach sind und eine präzise Herstellung des Ventilkörpers oder der Strömungsmitteleinspritzvorrichtung ermöglichen.
-
Dieses Ziel wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
-
Die den Ventilkörper betreffende Erfindung ist durch einen Ventilkörper mit einer Kartusche mit einer Ausnehmung, die eine Einspritzdüse an einem Ende bildet, und mit einer Nadel, die in der Ausnehmung angeordnet ist und die Einspritzdüse schließt, wenn sie mit ihrer Sitzfläche auf einem Nadelsitz der Kartusche ruht, gekennzeichnet. Die Kartusche umfasst eine weitere Ausnehmung oder einen erhabenen Bereich. Zusätzlich dazu ist der Ventilkörper mit einem ringförmigen Halteelement und mit einer Ausnehmung oder einem erhabenen Bereich in der Nadel versehen. Die weitere Ausnehmung oder der erhabene Bereich in der Kartusche, das Halteelement und die Ausnehmung oder der erhabene Bereich in der Nadel sind so ausgebildet und angeordnet, dass sie zusammenwirken, um die Nadel in ihrer Drehlage relativ zur Kartusche zu fixieren. Auf diese Weise kann das Schleifen der Bereiche der Nadel und der Kartusche, die vom Ventilkörper nach außen weisen und benachbart zur Einspritzdüse angeordnet sind, ohne großen Aufwand durchgeführt werden, da die Nadel ihre Drehlage relativ zur Kartusche nicht verändern kann. Während des Betriebes des Ventilkörpers ist die Nadel auf einfache Weise in ihrer Drehlage fixiert. Auf diese Weise bleiben die Bereiche benachbart zur Einspritzdüse, die während des Herstellprozesses geschliffen worden sind, ausgerichtet, wodurch auf wirksame Weise die Ausbildung von Verkokungen vermieden wird. Zusätzlich hierzu wird die Nadel daran gehindert, während des Montageprozesses aus der Kartusche herauszufallen, wenn die weitere Ausnehmung oder der erhabene Bereich in der Kartusche, das Halteelement und die Ausnehmung oder der erhabene Bereich in der Nadel in geeigneter Weise geformt sind. Die weitere Ausnehmung oder der erhabene Bereich in der Kartusche ist in einer solchen Weise ausgebildet, dass das Halteelement die Nadel an einem Ende der Kartusche von der Einspritzdüse weg fixiert.
-
Das Halteelement ist ringförmig ausgebildet. Ein ringförmiges Halteelement muss nicht unbedingt ein Vollring sein. Es kann sich hierbei auch um einen Ringabschnitt oder um einen Ring, der einen Schlitz aufweist, handeln. Solche ringförmigen Halteelemente sind weit verbreitet und billig erhältlich.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Ventilkörpers ist das Halteelement von der Einspritzdüse weiter weg angeordnet als ein Strömungsmitteleinlass in der Kartusche. Dies hat den Vorteil, dass das Halteelement nicht störend auf das zur Einspritzdüse fließende Strömungsmittel einwirkt.
-
In Kombination mit dem Halteelement, das von der Einspritzdüse weiter weg angeordnet ist als ein Strömungsmitteleinlass, dämpft das ringförmige Halteelement Strömungsmitteldruckschwankungen, wodurch auch entsprechende Teile, die noch weiter weg von der Einspritzdüse als das Halteelement angeordnet sind, entlastet werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Ventilkörpers handelt es sich bei der Ausnehmung oder dem erhabenen Bereich in der Nadel um ein Sackloch. Dies hat den Vorteil, dass ein Sackloch einfach hergestellt werden kann und auf wirksame Weise in Zusammenwirkung mit dem Halteelement sicherstellt, dass die Nadel nicht herausfallen kann.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Ventilkörpers ist die Ausnehmung oder der erhabene Bereich in der Nadel als Abflachung eines Abschnittes des Querschnittes der Nadel ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine einfache Herstellung erfolgen kann.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Ventilkörpers ist die Ausnehmung oder der erhabene Bereich in der Kartusche so ausgebildet, dass das Halteelement die Nadel im Bereich eines Endes der Kartusche von der Einspritzdüse weg fixiert. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform des Ventilkörpers kann das Halteelement beispielsweise in einfacher Weise axial auf die Kartusche gedrückt werden, so dass kein Kanal durch die Kartusche für das Halteelement benötigt wird, wodurch die Kosten zur Herstellung der Vorrichtung verringert werden.
-
Eine Strömungsmitteleinspritzvorrichtung mit einem Gehäuse, einer Betätigungseinheit und dem Ventilkörper besitzt die gleichen Vorteile wie der Ventilkörper selbst.
-
Das Verfahren zur Herstellung der Strömungsmitteleinspritzvorrichtung unterscheidet sich durch die folgenden Schritte. Die Nadel wird in die Kartusche eingesetzt. Danach werden der Nadelsitz der Kartusche und der Sitzbereich der Nadel geschliffen. Dies wird vorzugsweise über einen Läppungsprozess erreicht, wobei die Nadel und die Kartusche relativ zueinander verdreht werden. Danach wird das Halteelement eingesetzt und auf diese Weise die Nadel in ihrer Position relativ zur Kartusche für die nächsten Schritte fixiert. Dann werden der Bereich der Nadel und der Kartusche, die von der Einspritzdüse nach außen weisen und sich benachbart zur Einspritzdüse befinden, zusammen geschliffen. Hierdurch werden diese Bereiche in eine sehr genaue Ausrichtung zueinander gebracht, wodurch die Ausbildung von Verkokungen während des Betriebes des Ventilkörpers verhindert wird. Danach wird der Ventilkörper mit dem Gehäuse zusammengebaut. Er kann beispielsweise durch Schweißen am Gehäuse befestigt werden. Während des Schleifprozesses der beiden Bereiche der Nadel und der Kartusche ist es nicht erforderlich, die Drehlage der Nadel über ein spezielles Werkzeug zu fixieren. Es ist vorteilhaft, das Halteelement in der zusammengebauten Strömungsmitteleinspritzvorrichtung innerhalb des Ventilkörpers zu halten.
-
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Hilfe der schematischen Zeichnungen erläutert. Von den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine Strömungsmitteleinspritzvorrichtung,
-
2 einen Ventilkörper,
-
3 eine Kartusche und eine Nadel des Ventilkörpers in einem demontierten Zustand,
-
4 eine zweite Ausführungsform des Ventilkörpers im Axialschnitt,
-
5 das Halteelement für den Ventilkörper gemäß 4; und
-
6A, B, C und D unterschiedliche Schnittansichten der Nadel im Bereich der Ausnehmung oder des erhabenen Bereiches der Nadel.
-
Elemente der gleichen Konstruktion und Funktion, die in unterschiedlichen Darstellungen auftreten, sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
Eine Strömungsmitteleinspritzvorrichtung, die als Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor dient, umfasst ein Gehäuse 1 (1), einen Ventilkörper 2, eine Betätigungseinheit 3 und einen Kraftstoffverbinder 4. Der Kraftstoffverbinder 4 ist so ausgebildet, dass er an eine Hochdruckkraftstoffkammer des Verbrennungsmotors angeschlossen ist, in der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert wird, beispielsweise unter einem Druck von etwa 200 bar.
-
Das Gehäuse 1 wird vorzugsweise von einem Doppelrohr-Gehäuse gebildet. In dem Raum zwischen den Wänden des Doppelrohr-Gehäuses wird der Kraftstoff vom Kraftstoffverbinder zu einem Kraftstoffeinlass 214 des Ventilkörpers 2 geleitet.
-
Der Ventilkörper 2 umfasst eine Kartusche 21, die an einem ihrer freien Enden permanent am Gehäuse 1 fixiert ist, vorzugsweise durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen. Die Kartusche 21 umfasst eine Ausnehmung 211 (2), die an einem ihrer Enden eine Einspritzdüse 213 bildet und eine Nadel 22 aufnimmt.
-
Eine Federauflage 24 ist mit der Nadel 22 verbunden. Eine Rückzugsfeder 25 ruht auf der Federauflage 24 und spannt die Nadel 22 in einer Richtung von der Einspritzdüse 213 weg vor. Auf diese Weise schließt die Nadel 22 die Einspritzdüse 213, wenn keine weiteren externen Kräfte auf die Nadel 22 einwirken.
-
Der Kraftstoff wird vom Kraftstoffeinlass 214 in den Raum zwischen der Nadel 22 und der Wand der Ausnehmung 213 der Kartusche 21 bis zur Einspritzdüse 213 geführt. Die Nadel 22 besitzt des Weiteren eine geführte Zone 221, über die die Nadel 22 in der Ausnehmung 213 geführt wird.
-
In der Position, in der die Nadel 22 die Einspritzdüse 213 schließt, ruht die Nadel 22 mit ihrer Sitzfläche 224 auf einem Nadelsitz 215 der Kartusche 21. Der Nadelsitz 215 und die Sitzfläche 224 sind bei einer bevorzugten Ausführungsform konisch geformt. Dies ermöglicht die Einstellung eines gewünschten Sprühwinkels.
-
Bereiche der Nadel 22 und der Kartusche 21, die von der Einspritzdüse 213 nach außen weisen und benachbart zur Einspritzdüse 213 angeordnet sind, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform konisch geformt und werden nachfolgend als konisch geformter Bereich 216 der Kartusche 21 und als konisch geformter Bereich 222 der Nadel 22 bezeichnet. Diese beiden konisch geformten Bereiche 216 und 222 müssen präzise ausgerichtet sein, um den Aufbau von Verkokungen zu verhindern, die die Sprühqualität der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verschlechtern. Um eine derartige genaue Ausrichtung zu erhalten, werden die konisch geformten Bereiche 216 und 222 zusammen geschliffen, was nachfolgend im Einzelnen erläutert wird.
-
Die Ausnehmung 211 wird nachfolgend als die erste Ausnehmung 211 bezeichnet.
-
Die Nadel 22 besitzt eine Ausnehmung 226. Die Ausnehmung 226 in der Nadel 22 ist als Abflachung eines Abschnittes des Querschnittes der Nadel 22 ausgebildet (3). Die Ausnehmung 226 der Nadel 22 besitzt eine Axiallänge, die sicherstellt, dass die Nadel 22 von der Betätigungseinheit 3 und der Rückzugsfeder 25 in der beabsichtigten Weise axial bewegt werden kann.
-
3 zeigt einen ersten Schritt eines Herstellprozesses für eine Ausführungsform der Strömungsmitteleinspritzvorrichtung. Die Kartusche 21 besitzt eine zweite Ausnehmung 217'. Die zweite Ausnehmung 217' ist an einem Ende der Kartusche 21 ausgebildet, der im Bereich des zweiten freien Endes der ersten Ausnehmung 211 angeordnet ist, wobei das erste freie Ende der ersten Ausnehmung 211 von der Einspritzdüse 213 gebildet wird. Im Herstellschritt, der in 3 gezeigt ist, wird die Nadel 22 in die erste Ausnehmung 211 eingesetzt. Danach werden der Nadelsitz 215 der Kartusche 21 und die Sitzfläche 224 der Nadel 21 geschliffen. Dieser Schleifprozess umfasst vorzugsweise einen Läppungsprozess. Für den Läppungsprozess findet eine Paste oder ein Strömungsmittel Verwendung, das das Schleifmaterial enthält. Während des Läppungsprozesses werden die Nadel 22 und die Kartusche 21 relativ zueinander gedreht. Hierdurch wird ein sehr präzises Finish des Nadelsitzes 215 und der Sitzfläche 224 erreicht.
-
Im nächsten Herstellschritt (4) wird das Halteelement, bei dem es sich um ein ringförmiges Element 28 handelt, axial, wie durch die Pfeile in 4 gezeigt, eingesetzt. Das ringförmige Element 28 (5) ist vorzugsweise generell ringförmig, hat jedoch einen Schlitz, der die Flexibilität des ringförmigen Elementes 28 erhöht und ermöglicht, dass dieses als Klemmelement verwendet wird, das in die Ausnehmung 226 der Nadel 22 geklemmt und in die zweite Ausnehmung 217 gedrückt wird. Es besitzt Konturen, die an die Kontur der zweiten Ausnehmung 217 der Kartusche 21 und die Kontur der Ausnehmung 226 der Nadel 22 angepasst sind. Im montierten Zustand füllt das ringförmige Element 28 einen großen Teil des Raumes zwischen der Nadel 22 und der Wand der ersten Ausnehmung 211 der Kartusche 21 aus. Auf diese Weise besitzt das ringförmige Element 28 einerseits die Funktion, eine Drehbewegung der Nadel 22 relativ zur Kartusche 21 zu verhindern, und dämpft andererseits auf wirksame Weise Druckwellen, die sich entlang der ersten Ausnehmung von der Einspritzdüse 213 in Richtung auf das ringförmige Element bewegen. Dieser Dämpfungseffekt entlastet Teile, die noch weiter weg von der Einspritzdüse angeordnet sind, wie ein Balg oder die Betätigungseinheit 3.
-
Nachdem das ringförmige Element 28 in die Ausnehmung 226 der Nadel 22 und die zweite Ausnehmung 217' der Kartusche 21 eingesetzt worden ist, werden die konisch geformten Bereiche 216, 222 zusammen geschliffen, um sie präzise auszurichten. Dieser Schleifprozess umfasst vorzugsweise einen Honprozess und/oder einen Läppungsprozess. Im Honprozess führt das Schleifrad beispielsweise eine Schwingbewegung durch und schwingt zwischen der Nadel 22 und der Kartusche 21 hin und her. Gleichzeitig werden die Nadel 22 und die Kartusche 21 um ihre Achsen gedreht. Der Schleifprozess kann ferner einen Läppungsprozess umfassen. Nach Beendigung des Schleifprozesses sind die konisch geformten Bereiche 216, 222 exakt aneinander angepasst.
-
Nach der vollständigen Montage des Ventilkörpers wird dieser vorzugsweise mit dem Gehäuse 1 verschweißt, wobei das Halteelement im Ventilkörper gehalten oder auch herausgenommen werden kann. Vorzugsweise wird es im Ventilkörper zurückgelassen, was dann während des Betriebes des Einspritzventils sicherstellt, dass keine Drehbewegung zwischen der Nadel 22 und der Kartusche 21 stattfindet.
-
6A zeigt eine Ausführungsform der Nadel, die einfach hergestellt werden kann und in Zusammenwirkung mit dem Halteelement sicherstellt, dass die Nadel 22 in ihrer Rotationslage relativ zur Kartusche 21 sicher fixiert ist. Bei einer anderen Ausführungsform der Nadel 22 (6B) ist die Ausnehmung 228 als Sektor ausgebildet. Bei einer weiteren Ausführungsform der Nadel 22 besitzt die Ausnehmung 229 eine sinusförmige Gestalt. Bei einer anderen Ausführungsform der Nadel 22 ist ein erhabener Bereich 229A vorgesehen. Die Halteelemente, die mit den unterschiedlichen Ausführungsformen der Ausnehmung 227, 228, 229 oder dem erhabenen Bereich 229A zusammenwirken, sind so ausgebildet, dass sie eine Drehfixierung der Position der Nadel 22 ermöglichen. Anstelle der Anordnung der zweiten Ausnehmung 217' kann auch ein erhabener Bereich vorhanden sein, der mit dem Halteelement zusammenwirkt.
