DE60210874T2

DE60210874T2 - Ventilkörper für ein Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE60210874T2
Application number: DE60210874T
Authority: DE
Inventors: Lorenzo Battistini; Massimo Neretti; Andrea Ricci
Original assignee: Magneti Marelli Powertrain SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2022-07-27
Also published as: ES2260363T3; ITBO20010482A0; DE60210874D1; EP1279827A1; US6817546B2; EP1279827B1; BR0203129A; BR0203129B1; US20030038187A1; ITBO20010482A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilkörper für ein Kraftstoffeinspritzventil.
Ein bekanntes Kraftstoffeinspritzventil umfasst normalerweise einen Ventilkörper, der mit einem zylindrischen, rohrförmigen Behälter versehen ist, der einen zentralen zylindrischen Hohlraum, einen Ventilsitz, der an einem unteren Ende des rohrförmigen Behälters angeordnet ist, eine Nadel, die in den Ventilsitz eingreifen kann und verschieblich im Innern des rohrförmigen Behälters untergebracht ist, und zwei untere und obere Führungen für die Nadel aufweist, die in dem rohrförmigen Behälter untergebracht ist.
In US-6182912-A1 ist ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil zum Direkteinspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer einer eine Druckmischung nutzenden, von außen gezündeten Verbrennungskraftmaschine offenbart, das eine Führung und eine an dem stromab gelegenen Ende des Ventils vorgesehene Sitzfläche aufweist, wobei die Fläche von drei scheibenförmigen Elementen gebildet ist. Zwischen einem Führungselement und einem Ventilsitz-element ist ein Wirbelelement eingefügt. Das Führungselement, welches sich in Radialrichtung in dem zusammengefügten Ventil bewegen kann und eine innere Führungsöffnung aufweist, dient zum Führen einer in Axialrichtung bewegbaren Ventilnadel, die sich durch diese erstreckt, während ein Ventilschließabschnitt der Ventilnadel gemeinsam mit einer Ventilsitzfläche des Ventilsitzelementes wirkt. Das Führungselement ist durch eine auf dieses wirkende Druckfeder federbelastet.
In US-5192048-A1 ist eine Lagerhülse für ein Kraftstoffeinspritzventil offenbart, bei welcher zwei ringförmige, die Nadel führende Führungslager in einem Rohr angebracht sind, welches in einer Bohrung des Ventilkörpers angeordnet ist, anstatt direkt an der Bohrung des Ventilkörpers angebracht zu sein. Diese Anord nung bietet die Möglichkeit zur besseren Ausrichtung der Lager mit dem Magnetsteller und mit dem Ventilsitz.
Zwar werden die bekannten Ventilkörper der oben beschriebenen Art weithin verwendet, sie werden jedoch mit einem Konstruktionsaufbau hergestellt, der verhältnismäßig kompliziert ist und deshalb teuer herzustellen und zusammenfügen ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilkörper für ein Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen, der frei von den oben beschriebenen Nachteilen ist und insbesondere leicht und ökonomisch auszuführen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Ventilkörper für ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung an Hand von beigefügten Zeichnungen beschrieben, welche einige nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung darstellen, in denen:
1 eine in seitlichem Aufriss und zum Teil im Querschnitt geführte schematische Ansicht eines gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Kraftstoffeinspritzventils ist;
2 eine perspektivische Ansicht eines Ventilkörpers für das Kraftstoffeinspritzventil gemäß 1 in vergrößertem Maßstab ist;
3 eine Ansicht eines Endabschnitts des Ventilkörpers gemäß 2 in vergrößertem Maßstab und im Querschnitt ist;
die 4 perspektivische Ansichten eines Dichtelementes gemäß 3 sind;
5 eine Draufsicht auf das Dichtelement gemäß 4 ist;
die 6 und 7 perspektivische Draufsichten auf zwei Bauteile des Dichtelements gemäß 4 sind;
8 eine Ansicht eines Endabschnitts des Ventilkörpers gemäß 2 gemäß einer anderen Ausführungsform in vergrößertem Maßstab und im Querschnitt ist;
die 9 perspektivische Ansichten eines Dichtelementes gemäß 8 sind;
die 10 perspektivische Draufsichten auf ein Bauteil des Dichtelements gemäß 8 sind; und
die 11, 12 und 13 Draufsichten auf die Bauteile gemäß den 6, 7 und 10 sind, die mit jeweiligen Hilfskörpern versehen sind.
In 1 bezeichnet 1 als Ganzes ein Kraftstoffeinspritzventil, das eine im wesentlichen zylindrische Symmetrie um eine Längsachse 2 herum aufweist und gesteuert werden kann, um flüssigen Kraftstoff, typischerweise Benzin oder Diesel, aus seiner eigenen Einspritzdüse 3 einzuspritzen. Das Einspritzventil 1 umfasst einen oberen Stellerkörper 4, in dem ein elektromagnetischer Steller 5 untergebracht ist, und einen unteren Ventilkörper 6, der mit dem Stellkörper 4 einstückig ist und ein Ventil 7 enthält, welches von dem elektromagnetischen Steller 5 betätigt wird, um den Kraftstoffstrom aus der Einspritzdüse 3 zu regulieren.
Der Stellerkörper 4 weist einen im wesentlichen zylindrischen inneren Hohlraum 8 auf, welcher den unter Druck gesetzten Kraftstoff aus einer oberen Versorgungsöffnung 9 aufnimmt, in einer unteren Öffnung 10 endet, in welche der Ventilkörper 6 eingreift, und den elektromagnetischer Steller 5 enthält.
Der elektromagnetische Steller 5 umfasst einen befestigten Elektromagneten 11, der einen Anker 12 aus ferromagnetischem Material entlang der Achse 2 aus einer (nicht dargestellten) Schließstellung in eine (in den 1 und 2 dargestellte) Öffnungsstellung entgegen der Wirkung einer Feder 13 verstellen kann, welche den Anker 12 in der Schließstellung halten möchte.
Der Ventilkörper 6 umfasst einen im wesentlichen zylindrischen, rohrförmigen Behälter 14, in welchem ein Verschluss oder eine Nadel 15 untergebracht ist, der/die einen oberen Abschnitt aufweist, der mit dem Anker 12 einstückig ist und mit einem Ventilsitz 16 zusammenwirkt, um den Kraftstoffstrom aus der Einspitzdüse 3 in bekannter Weise zu regulieren. Insbesondere weist der rohrförmige Behälter 14 einen zentralen zylindrischen Hohlraum 17 auf, der sich entlang der gesamten Länge des rohrförmigen Behälters 14 erstreckt, an der Basis fluiddicht von einem Dichtelement 18 verschlossen wird, in welchem der Ventilsitz 16 gebildet ist, und oben zum Teil durch ein Abstützelement 19 verschlossen wird, welches derart ange ordnet ist, dass es zwei Versorgungsöffnungen bildet, die symmetrisch auf einander gegenüberliegenden Seiten der Achse 2 angeordnet sind und zum Zuführen von Kraftstoff in den Hohlraum 17 selbst in den Hohlraum 17 münden.
Das Abstützelement 19 wird von einem Stab gebildet, der symmetrisch entlang einem Durchmesser des kreisförmigen oberen Endes des rohrförmigen Behälters 14 angeordnet ist und eine Breite aufweist, die kleiner als die Abmessung des Hohlraums 17 ist, so dass seitlich die Versorgungsöffnungen 20 gebildet werden; das Abstützelement 19 weist auch ein Durchgangsloch 21 auf, das koaxial zu der Achse 2 angeordnet ist und verschieblich den Verschluss 15 derart unterbringen kann, dass es eine obere Führung 22 für den Verschluss 15 selbst bildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Abstützelement 19 zuerst die Form einer Scheibe zum Verschließen des oberen Endes des rohrförmigen Behälters 14 auf, wobei die zwei Versorgungsöffnungen 20 durch anschließende Beseitigung (typischerweise durch Abfräsen) der jeweiligen seitlichen Abschnitte der Verschlussscheibe bereitgestellt werden.
Der oben beschriebene Aufbau des Ventilkörpers 6 weist den Vorteil auf, dass er einfach und ökonomisch hergestellt werden kann, da man dadurch einfach und direkt an dem rohrförmigen Behälter 14 sowohl die obere Führung 22 für den Verschluss 15 als auch die Versorgungsöffnungen 20 erhalten kann. Des weiteren weist der rohrförmige Behälter 14 oben eine spitze Form auf, durch welche der Ventilsitz 6 leichter in den Stellerkörper 4 eingesetzt und der Sitz an dem Körper gesichert werden kann; zu diesem Zweck besteht der rohrförmige Behälter 14 aus rostfreiem Hartstahl, um den Grat, der in dem Stellerkörper 4 vorhanden ist, zum Zeitpunkt des Verbindens zwischen dem rohrförmigen Behälter 14 und dem Stellerkörper 4 zusammenzupressen, der aus einer weichen An von rostfreiem magnetischem Stahl besteht.
Das Dichtelement 18 weist die Form einer Scheibe auf und besitzt eine Einspritzöffnung 23, welche die Einspritzdüse 3 bildet, und in welche bei Gebrauch der spitze Endabschnitt des Verschlusses 15 eingreift, um den Kraftstoffstrom zu unterbrechen, der durch die Einspritzöffnung 23 selbst fließt; wobei mit dem Dichtele ment 18 ein Formkörper 24 verbunden ist, der eine untere Führung 25 für den Verschluss 15 und eine Drehdüse 26 umfasst, welche dem Kraftstoff, der durch die Einspritzöffnung 23 strömt, eine Drehbewegung auferlegen kann.
Der Formkörper 24 weist im wesentlichen die Form einer Scheibe auf, die in der Mitte perforiert ist, einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser des Hohlraums 17 ist, eine Reihe von tangentialen Kanälen 27 umfasst, die in ihrem eigenen unteren Abschnitt vorgesehen sind, und eine Anzahl von äußeren radialen Vorsprüngen 28 umfasst, welche sowohl die Funktion des Positionierens des Formkörpers 24 in dem Hohlraum 17 und die Funktion aufweisen, mit dem Dichtelement 18 durch Verschweißen verbunden zu werden.
Jeder tangentiale Kanal 27 verläuft zwischen seiner eigenen Einsaugmündung 29, die in der Nähe eines Außenumfangs des Formkörpers 24 angeordnet ist, und seinem eigenen Auslass 30, der in das mittige Loch 31 in dem Formkörper 24 mündet; wobei die Einsaugmündungen 29 seitlich relativ zu den radialen Vorsprüngen 28 derart angeordnet sind, dass sie von den radialen Vorsprüngen 28 selbst unabhängig sind, d.h. mit anderen Worten, die Vorsprünge 28 tragen nichts zur Definition der Geometrie der Einsaugmündungen 29 bei. Dieses Merkmal ist besonders nützlich, denn dadurch können Anzahl, Form und Lage der Vorsprünge 28 allein an Hand der Funktion des Zentrierens und Sicherns des Formkörpers 24 bestimmt werden, und die Konstruktion und die Befestigung des Formkörpers 24 werden erleichtert.
Gemäß der in den 3–7 dargestellten Ausführungsform wird der Formkörper 24 durch das Verbinden zweier übereinanderliegender Scheiben 32, 33 ausgebildet, wobei die obere Scheibe 33 mit den radialen Vorsprüngen 28 versehen ist und mit der unteren Führung 25 für den Verschluss 15 versehen ist, wohingegen die untere Scheibe 32 zwischen dem Dichtelement 18 und der oberen Scheibe 33 angeordnet ist und mit durchgehenden Nuten 34 versehen ist, welche die seitlichen Wände der tangentialen Kanäle 27 bilden. Bei dieser Konfiguration bildet das Dichtelement 18 die untere Wand der tangentialen Kanäle 27, und die obere Scheibe 33 bildet die obere Wand der tangentialen Kanäle 27 selbst.
Bei der in den 3–7 dargestellten Ausführungsform sind die drei Funktionen Fluiddichtheit, Erzeugung der Tangentialbewegung des eingespritzten Kraftstoffs und Führung des Verschlusses 15 drei verschiedenen Bauteilen zugeordnet, da das Dichtelement für die Fluiddichtheit sorgt, die untere Scheibe 32 die Tangentialbewegung erzeugt und die obere Scheibe die untere Führung 25 für den Verschluss 15 unterbringt; diese Konstruktion weist verschiedene Vorteile auf, da sie die Herstellung des Dichtelementes 18 und der Scheiben 32 und 33 sehr einfach werden lässt und einen hohen Grad an Flexibilität zulässt, um einen weiten Bereich an Kalibrierungen der Drehdüse 26 zu erhalten.
Gemäß der in den 8–10 dargestellten Ausführungsform ist der Formkörper 24 ein monolithischer Körper, in welchem sowohl die seitlichen Wände als auch die obere Wand der tangentialen Kanäle 27 gebildet sind, wohingegen die untere Wand der tangentialen Kanäle 27 von einer oberen Fläche des Dichtelementes 18 gebildet ist; durch diesen Aufbau können die Bewegung und die Befestigung des Formkörpers 24 an dem Dichtelement 18 vereinfacht werden.
Zur Herstellung des Ventilsitzes 16 werden gemäß einer in den 11– 13 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der monolithische Formkörper 24 (13) oder die zwei Scheiben 32 und 33, welche den Formkörper 24 bilden (11 und 12) derart hergestellt, dass sie mit Hilfe eines entsprechenden Verbindungselementes 36 einstückig mit einem geeigneten Hilfskörper 35 ausgebildet werden. Um den Formkörper 24 auf dem Dichtelement 18 anzubringen, wird der entsprechende Hilfskörper 35 in einer Stellung angeordnet, die bestimmt wird, um den Formkörper 24 in der erforderlichen Stellung relativ zu dem Dichtelement 18 zu positionieren; anschließend wird die Stellung des Formkörpers 24 durch Verbinden des Formkörpers 24 selbst (typischerweise durch Verschweißen) mit dem Dichtelement 18 stabilisiert, und das Verbindungselement 36 wird durch Zerbrechen unterbrochen, um den Hilfskörper 35 zu entfernen.
Vorzugsweise weist jeder Hilfskörper 35 die Form einer Scheibe auf und besitzt eine mittige Bohrung 37, in welcher der Formkörper 24 oder die zwei Scheiben 32 und 33 angeordnet sind, welche den Formkörper 24 bilden; mit Hilfe dieser Konfiguration wird das Verbindungselement 36 in Radialrichtung angeordnet.
Damit eine korrekte Positionierung relativ zu dem Dichtelement 18 des Formkörpers 24 oder der zwei den Formkörper 24 bildenden Scheiben 32 und 33 erhalten wird, weist der passende Hilfskörper 35 mindestens ein Positionierungsloch 38 auf, welches bei Gebrauch mit einer entsprechenden Anschlagvorrichtung (die bekannt und nicht gezeigt ist) verbunden wird. Vorzugsweise weist jeder Hilfskörper 35 vier Positionierungslöcher 38 auf, um auch eine korrekte Ausrichtung in Bezug auf das Dichtelement 18 des Formkörpers 24 oder die zwei den Formkörper 24 bildenden Scheiben 32 und 33 zu gewährleisten.
Durch Verwendung der Hilfskörper 35 können die Bewegung, die Positionierung und die Ausrichtung des Formkörpers 24 oder der zwei den Formkörper 24 bildenden Scheiben 32 und 33 sehr stark vereinfacht werden; tatsächlich sind sowohl der Formkörper 24 als auch die zwei den Formkörper 24 bildenden Scheiben 32 und 33 auf Grund ihrer kleinen Abmessungen normalerweise besonders kompliziert zu bewegen und einzupassen (beispielsweise weist die untere Scheibe 32 typischerweise einen Durchmesser von 4mm und eine Dicke von 0,2mm auf).
Zur Konstruktion der den Formkörper 24 bildenden Scheiben 32 und 33 oder zur Konstruktion des monolithischen Formkörpers 24 (mit oder ohne die passenden Hilfskörper 35) wird vorzugsweise die Fotogravurtechnik genutzt, mit welcher man einen hohen Genauigkeitsgrad in der Produktion zusammen mit niedrigen Herstellungskosten erhalten kann.

Claims

Ventilkörper (6) für ein Kraftstoffeinspritzventil (1); wobei der Ventilkörper (6) einen zylindrischen, rohrförmigen Behälter, der einen zentralen zylindrischen Hohlraum (17) aufweist, einen Ventilsitz (16), der an einem unteren Ende des rohrförmigen Behälters (14) angeordnet ist, eine Nadel (15), die in den Ventilsitz (16) eingreifen kann und verschieblich im Innern des rohrförmigen Behälters (14) untergebracht ist, zwei untere und obere Führungen (25, 22), welche die Nadel (15) verschieblich abstützen können, und von dem rohrförmigen Behälter (14) untergebracht werden, und ein Abstützelement (19) umfasst, das an einem oberen Ende des rohrförmigen Behälters (14) angeordnet ist, die obere Führung (22) unterbringt und mindestens eine Versorgungsöffnung (20) bildet, die zum Zuführen von Kraftstoff in den Hohlraum (17) selbst in den Hohlraum (17) mündet; wobei das Abstützelement (19) die zwei Versorgungsöffnungen (20) bildet, die in den zentralen Hohlraum (17) münden und symmetrisch auf einander gegenüberliegenden Seiten einer mittigen Achse (2) des rohrförmigen Behälters (14) angeordnet sind; wobei der Ventilkörper (6) dadurch gekennzeichnet ist, dass das Abstützelement (19) von einem Stab gebildet wird, der symmetrisch entlang einem Durchmesser des kreisförmigen oberen Endes des rohrförmigen Behälters (14) angeordnet ist und eine Breite aufweist, die kleiner als die Abmessung des Hohlraums (17) ist, so dass seitlich die Versorgungsöffnungen (20) gebildet werden.
Ventilkörper (6) nach Anspruch 1, wobei das Abstützelement (19) ein Durchgangsloch (21) umfasst, das koaxial zu dem rohrförmigen Behälter (14) angeordnet ist; wobei das Durchgangsloch (21) die Nadel (15) verschieblich unterbringen und die obere Führung (22) bilden kann.
Ventilkörper (6) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abstützelement (19) zuerst die Form einer Scheibe zum Verschließen des oberen Endes des rohrförmigen Behälters (14) aufweist; wobei die zwei Versorgungsöffnungen (20) durch Beseitigung der jeweiligen seitlichen Abschnitte der Verschlussscheibe bereitgestellt werden.
Ventilkörper (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ventilsitz (16) ein Dichtelement (18), das einen unteren, fluiddichten Verschluss für den rohrförmigen Behälter (14) bildet und eine Einspritzöffnung (23) aufweist, in welche die Nadel (15) eingreift; sowie einen Formkörper (24) umfasst, der mit dem Dichtelement (18) verbunden ist und eine Drehdüse (26) bildet.
Ventilkörper (6) nach Anspruch 4, wobei die Drehdüse (26) dem Kraftstoff, der aus der Einspritzöffnung (23) strömt, eine Drehbewegung auferlegen kann.
Ventilkörper (6) nach Anspruch 5, wobei die untere Führung (25) in dem Ventilsitz (16) untergebracht ist.
Ventilkörper (6) nach Anspruch 6, wobei der Formkörper (24) sowohl die Drehdüse (26) als auch die untere Führung (25) bildet.
Ventilkörper (6) nach Anspruch 7, wobei der Formkörper (24) im wesentlichen die Form einer Scheibe aufweist, die in der Mitte perforiert ist, einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser des Hohlraums (17) ist, eine Reihe von tangentialen Kanälen (27) umfasst, die in ihrem eigenen unteren Abschnitt vorgesehen sind, und eine Anzahl von äußeren radialen Vorsprüngen (28) umfasst, welche die Funktion des Positionierens in dem Hohlraum (17) und die Funktion aufweisen, mit dem Dichtelement (18) verbunden zu werden.
Ventilkörper (6) nach Anspruch 8, wobei jeder tangentiale Kanal (27) zwischen seiner eigenen Einsaugmündung (29), die in der Nähe eines Außenumfangs des Formkörpers (24) angeordnet ist, und seinem eigenen Auslass (30) verläuft, der in das mittige Loch (31) des Formkörpers (24) mündet; wobei die Einsaugmündungen (29) seitlich relativ zu den radialen Vorsprüngen (28) derart angeordnet sind, dass sie von den radialen Vorsprüngen (28) selbst unabhängig sind.
Ventilkörper (6) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Formkörper (24) ein monolithischer Körper ist.
Ventilkörper (6) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Formkörper (24) durch das Verbinden zweier übereinanderliegender oberer und unterer Scheiben (32, 33) ausgebildet wird; die obere Scheibe (33) mit den radialen Vorsprüngen (28) versehen ist und mit der unteren Führung versehen ist; die untere Scheibe (32) zwischen dem Dichtelement (18) und der oberen Scheibe (33) angeordnet ist und mit durchgehenden Nuten (34) versehen ist, welche die seitlichen Wände der tangentialen Kanäle (27) bilden; und das Dichtelement (18) eine untere Wand der tangentialen Kanäle (27) bildet und die obere Scheibe (33) eine obere Wand der tangentialen Kanäle (27) bildet.
Verfahren zur Herstellung des in Anspruch 4 genannten Ventilkörpers (6), wobei der Formkörper (24) mit Hilfe von mindestens einem Verbindungselement (36) einstückig mit einem Hilfskörper (35) hergestellt wird, der Hilfskörper (35) in einer vorgegebenen Stellung angeordnet ist, um den Formkörper (24) in der erforderlichen Stellung in Bezug auf das Dichtelement (18) zu positionieren, die Stellung des Formkörpers (24) durch Verbinden des Formkörpers (24) selbst mit dem Dichtelement (18) stabilisiert wird, und das Verbindungselement (36) unterbrochen wird, um den Hilfskörper (35) zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Formkörper (24) auch eine untere Führung (25) für die Nadel (15) bildet.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Hilfskörper (35) mindestens einen Positionierungssitz (38) aufweist; und das Verfahren darin besteht, den Positionierungssitz (38) mit einer Anschlagvorrichtung zu verbinden, um den Hilfskörper (35) in die vorgegebene Stellung zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Hilfskörper (35) drei Positionierungssitze (38) aufweist, die voneinander verschieden sind; und das Verfahren darin besteht, jeden Positionierungssitz (38) mit einer jeweiligen Anschlagvorrichtung zu verbinden, um den Hilfskörper (35) in die vorgegebene Stellung zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei jeder Positionierungssitz (38) von einem Durchgangsloch gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der Formkörper (24) aus zwei übereinanderliegenden Körpern (32, 33) gebildet ist, von denen jeder mit einem jeweiligen Hilfskörper (35) versehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei der Formkörper (24) oder die zwei übereinanderliegenden Körper (32, 33), welche den Formkörper (24) bilden, mit Hilfe der Fotogravurtechnik hergestellt werden.