EP1009931A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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EP1009931A1
EP1009931A1 EP99910101A EP99910101A EP1009931A1 EP 1009931 A1 EP1009931 A1 EP 1009931A1 EP 99910101 A EP99910101 A EP 99910101A EP 99910101 A EP99910101 A EP 99910101A EP 1009931 A1 EP1009931 A1 EP 1009931A1
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EP
European Patent Office
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perforated
fuel injection
valve seat
perforated disc
carrier
Prior art date
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Granted
Application number
EP99910101A
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English (en)
French (fr)
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EP1009931B1 (de
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Bo Yuan
Günter DANTES
Jörg HEYSE
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1009931A1 publication Critical patent/EP1009931A1/de
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Publication of EP1009931B1 publication Critical patent/EP1009931B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1853—Orifice plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/162—Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • Fuel injector known to the one
  • valve seat body with a valve seat surface and a perforated disc carrier attached to the valve seat body.
  • the perforated disc carrier is used to hold a multi-layer perforated disc, manufactured using multilayer electroplating, firmly and securely on the valve seat body by clamping.
  • the perforated disc carrier is flat and disk-shaped, has an overall pot-shaped structure and a constant thickness over its entire extent.
  • the perforated disk carrier is fastened to the valve seat body with the aid of an annular circumferential weld seam. When the perforated disk carrier is welded on, however, the clamping force of the perforated disk carrier with which the perforated disk is pressed against the valve seat body decreases.
  • Perforated disc carriers support discs, support rings or
  • Retaining nuts for perforated disks of injection valves or nozzles are e.g. also already known from GB-PS 201,556, DE-OS 41 23 692, DE-OS 44 46 241 or DE-OS 195 27 626, but no measures have been taken to improve the clamping effect by varying the spring stiffness.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that a particularly high quality of the attachment point of the perforated disc carrier to the valve seat body is achieved, which in turn has the result that a very good holding effect of the perforated disc carrier on the perforated disc is achieved, which also is hardly or not at all affected by the fastening of the perforated disc carrier.
  • the perforated disk carrier is provided in an edge region surrounding a through opening, which is used directly for holding (clamping) the perforated disk, with moldings which reduce the spring rigidity of the perforated disk carrier. Taking tolerances into account when determining the limiting diameter for the specially shaped edge area, it is ensured that the fastening point (weld seam) is always attached outside the edge area of the perforated disc carrier.
  • the spring stiffness of the perforated disc carrier is thinned out or slits deliberately reduced, so that when the perforated disc carrier is pressed onto the valve seat body before welding, it is mainly this less rigid edge area that bends.
  • the preload is thus reduced compared to known designs.
  • the perforated disk carrier already lies largely without an air gap on the lower end face of the valve seat body in the area of the weld seam to be set, which reduces the thermal relaxation in the weld seam area. Because of this, the clamping effect of the perforated disk carrier on the perforated disk remains very well preserved even after welding.
  • the formations in the edge region of the through opening are formed by thinning out or introducing slots.
  • the perforated disc carrier is thinned out in such a way that an annular step is formed by embossing either from the upper or from the lower end face.
  • perforated disks which are produced by galvanic metal deposition and are made in one piece, the individual functional levels or layers being built up on one another in directly successive deposition process steps.
  • Metal perforation is in one piece of the perforated disc; no time-consuming and costly process steps for connecting individual nozzle plates are therefore necessary. It is particularly advantageous to design the perforated disks in the form of so-called S-type disks (S-shaped flow course within the disk) in order to be able to produce extraordinary strange jet shapes. It is optimal for an S-type disc if there is an offset between the inlet openings and the outlet openings.
  • S-type disk if there is an offset between the inlet openings and the outlet openings.
  • the unusual beam shapes that can be created allow an exact optimal adaptation to given geometries, e.g. B. to different intake manifold cross sections of internal combustion engines. This results in the advantages of a shape-adapted utilization of the available cross-section for the homogeneously distributed, exhaust-reducing mixture introduction and the avoidance of emissions-harmful wall film deposits on the intake manifold wall.
  • FIG. 1 shows a partially illustrated injection valve with a first fastening according to the invention of a perforated disk with a perforated disk carrier
  • FIG. 2 shows a second example of such a fastening at the valve end
  • FIG. 3 shows a top view of the edge region of the perforated disk designed with an anti-rotation device in FIG. 2
  • FIG. 4 third example of fastening a perforated disk with a perforated disk carrier at the valve end
  • FIG. 5 shows a fourth example of such a fastening at the valve end
  • FIG. 6 shows a detail from FIG. 5 with a one obtained by caulking
  • FIG. 7 a further perforated disk carrier in section and FIG. 8 the perforated disk carrier according to FIG. 7 in a plan view.
  • the injection valve has a tubular valve seat support 1, in which a longitudinal opening 3 is formed concentrically with a valve longitudinal axis 2.
  • a longitudinal opening 3 is formed concentrically with a valve longitudinal axis 2.
  • a longitudinal opening 3 is formed concentrically with a valve longitudinal axis 2.
  • tubular valve needle 5 arranged at its downstream end 6 with a z.
  • spherical valve closing body 7 on the circumference of which, for example, five flats 8 are provided for the fuel to flow past, is firmly connected.
  • the injection valve is actuated in a known manner, for example electromagnetically.
  • a schematically indicated electromagnetic circuit with a solenoid 10, an armature 11 and a core 12 is used for the axial movement of the valve needle 5 and thus for opening against the spring force of a return spring (not shown) or closing the injection valve.
  • the armature 11 is connected to the valve closing body 7 opposite end of the valve needle 5 by z.
  • a guide opening 15 of a valve seat body 16 is used, which is tightly mounted by welding in the downstream end of the valve seat carrier 1, which is remote from the core 12, in the longitudinal opening 3, which runs concentrically to the longitudinal axis 2 of the valve.
  • the valve seat body 16 On its lower end face 17 facing away from the valve closing body 7, the valve seat body 16 is provided with a z. B. cup-shaped and serving as a retaining ring perforated disc carrier 21 concentrically and firmly connected, which thus lies at least with an outer ring region 22 directly on the valve seat body 16.
  • the perforated disk carrier 21 has a shape similar to that of well-known cup-shaped spray perforated disks, a central region of the perforated disk carrier 21 being provided with a through opening 20 without a metering function.
  • Spray plate is formed, is arranged upstream of the through opening 20 such that it completely covers the through opening 20.
  • the perforated disc carrier 21 is designed with an inner base part 24 and an outer holding edge 26.
  • the holding edge 26 extends in the axial direction facing away from the valve seat body 16 and is conically bent outwards up to its end.
  • the bottom part 24 is from the outer ring area
  • valve seat body 16 and the perforated disk carrier 21 are connected, for example, by a circumferential and sealed first weld seam 25 formed by a laser. This type of assembly increases the risk of undesired deformation of the
  • Perforated disk carrier 21 avoided in its central region with the through opening 20 and the perforated disk 23 arranged upstream there.
  • the perforated disk carrier 21 is further connected in the region of the holding edge 26 to the wall of the longitudinal opening 3 in the valve seat carrier 1, for example by a circumferential and tight second weld seam 30.
  • the perforated disk 23 which can be clamped in the area of the passage opening 20 within the circular weld seam 25 between the perforated disk carrier 21 and the valve seat body 16 is, for example, staged.
  • An upper perforated disk area 33 which has a smaller diameter than a base area 32, protrudes into a cylindrical outlet opening 31 of the valve seat body 16 following a valve seat surface 29.
  • a press fit can also be provided in the area of the perforated disk area 33 / outlet opening 31.
  • the radially protruding beyond the perforated disk area 33 and thus clampable base area 32 of the perforated disk 23 rests on the lower end face 17 of the valve seat body 16, so that at this point the bottom part 24 of the perforated disk carrier 21 lies at a short distance from the end face 17.
  • a functional level should have a largely constant opening contour over its axial extent.
  • the perforated disc carrier 21 is thinned out in the edge region 35 of its central through opening 20, which is to mean that the perforated disc carrier 21 in the edge region 35 of the through opening 20 has at least partially a smaller thickness than over its further extent (ring region 22, holding edge 26).
  • the perforated disk carrier 21 is thinned out in its area lying within the weld seam 25 towards the through opening 20 to the extent that the edge area 35 is only approximately half as thick as the rest of the perforated disk carrier 21.
  • a step 38 is provided on the lower end face 36 of the perforated disk carrier 21 facing away from the end face 17 of the valve seat body 16 in order to form the thinner edge region 35.
  • the thinned or weaker edge region 35 serves directly the clamping of the perforated disk 23.
  • the contour of the edge region 35 is achieved, for example, by embossing.
  • the weld seam 25 is always applied in the thicker region of the perforated disc carrier 21.
  • the spring stiffness of the perforated disk carrier 21 is specifically reduced by the thinning out, so that when the perforated disk carrier 21 is pressed onto the valve seat body 16, this thinned edge area 35 mainly bends before welding.
  • the pretension is thus reduced with a constant thickness compared to known constructions.
  • Perforated disk carriers 21 in the area of the weld seam 25 to be set already largely without an air gap at the lower end face 17 of the valve seat body 16, which reduces the thermal relaxation in the weld seam area 25. Because of this, the clamping effect remains on the
  • the insertion depth of the valve seat part consisting of valve seat body 16, cup-shaped perforated disk carrier 21 and perforated disk 23 into the longitudinal opening 3 determines the size of the stroke of the valve needle 5, since the one end position of the valve needle 5 when the solenoid coil 10 is not excited due to the valve closing body 7 resting on the valve seat surface 29 of the valve seat body 16 is fixed.
  • the other end position of the valve needle 5 is determined when the solenoid 10 is excited, for example by the armature 11 resting on the core 12.
  • the path between these two end positions of the valve needle 5 thus represents the stroke.
  • the spherical valve closing body 7 acts with the conical frustum in the direction of flow Valve seat surface 29 of the valve seat body 16 together, which is formed in the axial direction between the guide opening 15 and the lower outlet opening 31 of the valve seat body 16.
  • Fastening the perforated disk 23 to the valve seat body 16 has the advantage that temperature-related deformations are avoided, which could possibly occur in processes such as welding or soldering with a direct attachment of the perforated disk 23.
  • the perforated disks 23 shown in FIGS. 1 to 6 are built up in several metallic functional levels by means of galvanic deposition (multilayer electroplating). Because of the deep lithographic, galvanotechnical
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a perforated disk 23 clamped with a perforated disk carrier 21.
  • the perforated disk 23 is again a flat, circular one
  • Component executed that has several, for example three, axially successive functional levels or galvanically deposited layers. While the two lower functional levels or layers built up first form a perforated disk area 33 with the same outside diameter, the upper and last built-up functional level of the perforated disk 23 is designed with a larger outside diameter, so that an externally projecting clamping area 34 is formed. At least one inlet opening is provided in the upper functional level, while in the lower
  • the edge region 35 of the perforated disc carrier 21 towards the through opening 20 is again thinned out in order to achieve the advantages already described due to the reduced spring stiffness.
  • the edge region 35 is thinned out from the upper end face 37 of the perforated disk carrier 21, that is to say it is provided with a step 38 which is achieved, for example, by embossing.
  • the gap in the edge area 35 formed due to the thinning in the case of the perforated disk carrier 21 lying against the valve seat body 16 has, for example, exactly an axial extent which corresponds to the axial thickness of the upper layer of the perforated disk 23 or its clamping area 34.
  • the edge area 35 thus engages under the radially projecting clamping area 34 of the perforated disk 23.
  • the perforated disk 23, which is clamped to the exact dimension, also extends with its lower perforated disk area 33 exactly through the through opening 20 of the perforated disk carrier 21.
  • the perforated disk 23 is already pre-assembled in the perforated disk carrier 21.
  • the perforated disk 23 can already be fixed exactly in the perforated disk carrier 21 by pressing, caulking, flanging or gluing.
  • FIG. 3 shows a top view of the edge region 35 of the perforated disk 23 in FIG. 2, which is designed with an anti-rotation device.
  • a simple anti-rotation device can optionally be provided , which is ensured, for example, by attaching corresponding flats 39, 39 'to the clamping area 34 of the perforated disk 23 and to the perforated disk carrier 21.
  • FIG. 4 shows a mixed form of the exemplary embodiments already explained.
  • the perforated disk 23 used in the example according to FIG. 4 largely corresponds to that of FIG. 1;
  • the perforated disk carrier 21 largely corresponds to that of FIG. 2.
  • the perforated disk region 33 consisting of the upper functional levels or layers of the perforated disk 23, protrudes through the through opening 20 of the perforated disk carrier 21, similar to the second exemplary embodiment.
  • the lower basic area which is designed with a larger outer diameter than the perforated disk region 33 32 of the perforated disk 23 engages under the edge region 35 of the perforated disk carrier 21. Since the perforated disk 23 is not clamped with the edge region 35 of the perforated disk carrier 21, the perforated disk 23 must be secured by pressing in, caulking, flanging or gluing or possibly even by soldering or Welding done on the perforated disc carrier 21.
  • FIG. 5 shows an installation variant in which the perforated disk 23 shown in FIG. 1 is used.
  • the perforated disk 23 projects into the outlet opening 31 of the valve seat body 16 with exact dimensions.
  • the perforated disk carrier 21 is designed in the version of FIG. 2, that is to say with a thinning (step 38) provided in the edge area 35 from the upper end face 37.
  • FIG. 6 shows a detail from FIG. 5 with a perforated disk 23 which has been secured by caulking.
  • an anti-twist device to ensure a safe and defined installation position of the perforated disk 23. This can be produced very simply by caulking the edge region 35 of the perforated disc carrier 21 at one point, for example, with a stem-shaped tool 40. Material is shifted to a small extent in such a way that slipping or twisting of the perforated disk 23 is excluded.
  • the anti-rotation device can also be achieved in that, for example, a laser point is set in the region of the caulking shown in FIG. 6, by means of which the perforated disk 23 is fixed in the outer base area 32 on the perforated disk carrier 21.
  • FIGS. 7 and 8 Another embodiment of a perforated disc carrier 21 is shown in FIGS. 7 and 8.
  • the edge region 35 of the perforated disc carrier 21 is not achieved here by thinning out, but rather by introducing a plurality of radially running slots 42.
  • the slots 42 are arranged largely in a star shape and are in direct connection with the through opening 20.
  • All versions of the perforated disc carrier 21 can be manufactured by punching, embossing and forming.
  • the thinning of the edge area 35 is e.g. achieved by embossing, the central through opening 20 after the
  • Embossing is punched out.
  • the through opening 20 can first be punched, and while the punch is in the through opening 20, the embossing stamp for embossing the edge region 35 can be added.

Abstract

Das erfindungsgemässe Brennstoffeinspritzventil zeichnet sich dadurch aus, dass stromabwärts einer Ventilsitzfläche (29) eines Ventilsitzkörpers (16) eine Lochscheibe (23) angeordnet ist, die von einem flachen scheibenförmigen Lochscheibenträger (21) an dem Ventilsitzkörper (16) gehalten wird. Die Lochscheibe (23) hat einen vollständigen Durchgang für ein Fluid und wenigstens eine Einlassöffnung in einer oberen Funktionsbene bzw. Schicht und wenigstens eine Auslassöffnung in einer unteren Funktionsebene bzw. Schicht. Der Lochscheibenträger (21) besitzt eine Durchgangsöffnung (20), die unmittelbar von einem Randbereich (35) umgeben ist, der mit die Federsteifigkeit des Lochscheibenträgers (21) reduzierenden Ausformungen (38) versehen ist.

Description

Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Aus der DE-OS 196 39 506 ist bereits ein
Brennstoffeinspritzventil bekannt, das einen
Ventilsitzkörper mit einer Ventilsitzfläche und einen an dem Ventilsitzkörper befestigten Lochscheibenträger aufweist. Der Lochscheibenträger dient dazu, eine mehrlagige, mittels Multilayergalvanik hergestellte Lochscheibe fest und sicher am Ventilsitzkörper durch Klemmen zu halten. Der Lochscheibenträger ist dazu flach und scheibenförmig ausgebildet, besitzt eine insgesamt topfförmige Struktur und eine gleichbleibende Dicke über seine gesamte Erstreckung. Mit Hilfe einer ringförmig umlaufenden Schweißnaht wird der Lochscheibenträger an dem Ventilsitzkörper befestigt. Beim Anschweißen des Lochscheibenträgers nimmt jedoch die Klemmkraft des Lochscheibenträgers, mit der die Lochscheibe gegen den Ventilsitzkörper gedrückt wird, ab. Dies ist auf die thermische Relaxation des vorgespannten Materials des Lochscheibenträgers zurückzuführen. Im Bereich der Schweißnaht bleibt außerdem ein Luftspalt zwischen dem Ventilsitzkörper und dem Lochscheibenträger erhalten, der die Qualität der Schweißnaht herabsetzt und die Klemmwirkung reduziert .
Lochscheibenträger, Stützscheiben, Stützringe oder
Haltemuttern für Lochscheiben von Einspritzventilen oder -düsen sind z.B. auch bereits aus der GB-PS 201,556, DE-OS 41 23 692, DE-OS 44 46 241 oder DE-OS 195 27 626 bekannt, an denen jedoch keine Maßnahmen zur Verbesserung der Klemmwirkung durch Variation der Federsteifigkeit vorgenommen sind.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine besonders hohe Qualität der Befestigungsstelle des Lochscheibenträgers an dem Ventilsitzkörper erreicht wird, die wiederum zur Folge hat, daß eine sehr gute Haltewirkung des Lochscheibenträgers auf die Lochscheibe erzielt wird, die auch durch die Befestigung des Lochscheibenträgers kaum oder gar nicht beeinträchtigt wird.
Zu diesem Zwecke ist der Lochscheibenträger in einem eine Durchgangsöffnung umgebenden Randbereich, der unmittelbar dem Halten (Klemmen) der Lochscheibe dient, mit die Federsteifigkeit des Lochscheibenträgers reduzierenden Ausformungen versehen. Unter Berücksichtigung von Toleranzen wird bei der Festlegung des begrenzenden Durchmessers für den speziell ausgeformten Randbereich sichergestellt, daß die Befestigungsstelle (Schweißnaht) immer außerhalb des Randbereichs des Lochscheibenträgers angebracht wird.
Im Randbereich der Durchgangsöffnung wird die Federsteifigkeit des Lochscheibenträgers durch Ausdünnen oder Schlitzen gezielt reduziert, so daß sich beim Andrücken des Lochscheibenträgers an den Ventilsitzkörper vor dem Anschweißen hauptsächlich dieser weniger steife Randbereich verbiegt. Im Bereich der Schweißnaht ist die Vorspannung somit gegenüber bekannter Konstruktionen reduziert . Außerdem liegt der Lochscheibenträger im Bereich der zu setzenden Schweißnaht bereits weitgehend ohne Luftspalt an der unteren Stirnseite des Ventilsitzkörpers an, womit die thermische Relaxation im Schweißnahtbereich reduziert ist. Aufgrund dessen bleibt die Klemmwirkung des Lochscheibenträgers auf die Lochscheibe auch nach dem Schweißen sehr gut erhalten.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In besonders vorteilhafter Weise werden die Ausformungen im Randbereich der Durchgangsöffnung durch ein Ausdünnen oder das Einbringen von Schlitzen gebildet. Das Ausdünnen des Lochscheibenträgers erfolgt derart, daß mittels Prägen entweder von der oberen oder von der unteren Stirnfläche aus eine ringförmig verlaufende Stufe ausgeformt wird.
Von besonderem Vorteil ist es, Lochscheiben zu verwenden, die mittels galvanischer Metallabscheidung hergestellt und einteilig ausgeführt sind, wobei die einzelnen Funktionsebenen bzw. Schichten in unmittelbar aufeinanderfolgenden Abscheideverfahrensschritten aufeinander aufgebaut werden. Nach Beendigung des
Metallabscheidens liegt die Lochscheibe einteilig vor; es sind also keine zeit- und kostenintensiven Verfahrensschritte zum Verbinden einzelner Düsenplättchen nötig. Besonders vorteilhaft ist es, die Lochscheiben in der Form von sogenannten S-Typ-Scheiben (S-förmiger Strömungsverlauf innerhalb der Scheibe) auszubilden, um außergewöhnliche bizarre Strahlformen erzeugen zu können. Optimal ist dabei für eine S-Typ-Scheibe , wenn ein Versatz zwischen den Einlaßöffnungen und den Auslaßöffnungen vorliegt. Die erzeugbaren ungewöhnlichen Strahlformen erlauben eine genaue optimale Anpassung an vorgegebene Geometrien, z. B. an verschiedene Saugrohrquerschnitte von Brennkraftmaschinen. Daraus ergeben sich die Vorteile einer formangepaßten Ausnutzung des verfügbaren Querschnitts zur homogen verteilten, abgasmindernden Gemischeinbringung und einer Vermeidung von abgasschädlichen Wandfilmanlagerungen an der Saugrohrwandung .
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein teilweise dargestelltes Einspritzventil mit einer ersten erfindungsgemäßen Befestigung einer Lochscheibe mit einem Lochscheibenträger, Figur 2 ein zweites Beispiel einer solchen Befestigung am Ventilende, Figur 3 eine Draufsicht auf den mit einer Verdrehsicherung ausgebildeten Randbereich der Lochscheibe in Figur 2, Figur 4 ein drittes Beispiel der Befestigung einer Lochscheibe mit einem Lochscheibenträger am Ventilende, Figur 5 ein viertes Beispiel einer solchen Befestigung am Ventilende, Figur 6 einen Ausschnitt aus Figur 5 mit einer eine durch Verstemmen erzielte
Verdrehsicherung aufweisenden Lochscheibe, Figur 7 einen weiteren Lochscheibenträger im Schnitt und Figur 8 den Lochscheibenträger gemäß Figur 7 in einer Draufsicht. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der Figur 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen teilweise dargestellt. Das Einspritzventil hat einen rohrförmigen Ventilsitzträger 1, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine z. B. rohrförmige Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 6 mit einem z. B. kugelförmigen Ventilschließkörper 7, an dessen Umfang beispielsweise fünf Abflachungen 8 zum Vorbeiströmen des Brennstoffs vorgesehen sind, fest verbunden ist.
Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils dient ein schematisch angedeuteter elektromagnetischer Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11 und einem Kern 12. Der Anker 11 ist mit dem dem Ventilschließkörper 7 abgewandten Ende der Ventilnadel 5 durch z. B. eine Schweißnaht mittels eines Lasers verbunden und auf den Kern 12 ausgerichtet.
Zur Führung des Ventilschließkörpers 7 während der Axialbewegung dient eine Führungsöffnung 15 eines Ventilsitzkörpers 16, der in das stromabwärts liegende, dem Kern 12 abgewandte Ende des Ventilsitzträgers 1 in der konzentrisch zur Ventillängsachse 2 verlaufenden Längsöffnung 3 durch Schweißen dicht montiert ist. An seiner dem Ventilschließkörper 7 abgewandten, unteren Stirnseite 17 ist der Ventilsitzkörper 16 mit einem z. B. topfförmig ausgebildeten und als Haltering dienenden Lochscheibenträger 21 konzentrisch und fest verbunden, der somit zumindest mit einem äußeren Ringbereich 22 unmittelbar an dem Ventilsitzkörper 16 anliegt. Der Lochscheibenträger 21 weist dabei eine ähnliche Form auf wie bereits bekannte topfförmige Spritzlochscheiben, wobei ein mittlerer Bereich des Lochscheibenträgers 21 mit einer Durchgangsöffnung 20 ohne Zumeßfunktion versehen ist.
Eine Lochscheibe 23, die z.B. in Form einer einteiligen, aber mehrschichtigen sogenannten Multilayergalvanik-
Spritzlochscheibe ausgebildet ist, ist stromaufwärts der Durchgangsöffnung 20 derart angeordnet, daß sie die Durchgangsöffnung 20 vollständig überdeckt. Der Lochscheibenträger 21 ist mit einem inneren Bodenteil 24 und einem äußeren Halterand 26 ausgeführt. Der Halterand 26 erstreckt sich in axialer Richtung dem Ventilsitzkörper 16 abgewandt und ist bis zu seinem Ende hin konisch nach außen gebogen. Das Bodenteil 24 wird von dem äußeren Ringbereich
22 und der zentralen Durchgangsöffnung 20 gebildet.
Die Verbindung von Ventilsitzkörper 16 und Lochscheibenträger 21 erfolgt beispielsweise durch eine umlaufende und dichte, mittels eines Lasers ausgebildete erste Schweißnaht 25. Durch diese Art der Montage ist die Gefahr einer unerwünschten Verformung des
Lochscheibenträgers 21 in seinem mittleren Bereich mit der Durchgangsöffnung 20 und der dort stromaufwärts angeordneten Lochscheibe 23 vermieden. Der Lochscheibenträger 21 ist im Bereich des Halterandes 26 des weiteren mit der Wandung der Längsöffnung 3 im Ventilsitzträger 1 beispielsweise durch eine umlaufende und dichte zweite Schweißnaht 30 verbunden.
Die im Bereich der Durchgangsöffnung 20 innerhalb der kreisförmigen Schweißnaht 25 zwischen dem Lochscheibenträger 21 und dem Ventilsitzkörper 16 einklemmbare Lochscheibe 23 ist beispielsweise gestuft ausgeführt. Ein oberer, einen kleineren Durchmesser als ein Grundbereich 32 aufweisender Lochscheibenbereich 33 ragt dabei in eine stromabwärts einer Ventilsitzflache 29 folgende zylindrische Austrittsöffnung 31 des Ventilsitzkörpers 16 maßgenau hinein. Für diesen
Bereich Lochscheibenbereich 33/Austrittsöffnung 31 kann auch eine Preßpassung vorgesehen sein. Der über den Lochscheibenbereich 33 radial hinausragende und somit einklemmbare Grundbereich 32 der Lochscheibe 23 liegt an der unteren Stirnseite 17 des Ventilsitzkörpers 16 an, so daß an dieser Stelle das Bodenteil 24 des Lochscheibenträgers 21 mit geringem Abstand von der Stirnseite 17 entfernt liegt. Während der Lochscheibenbereich 33 z. B. zwei Funktionsebenen, nämlich eine mittlere und eine obere Funktionsebene, der Lochscheibe 23 umfaßt, bildet eine untere Funktionsebene den Grundbereich 32 allein. Eine Funktionsebene soll dabei über ihre axiale Erstreckung jeweils eine weitgehend konstante Öffnungskontur besitzen.
Erfindungsgemäß ist der Lochscheibenträger 21 im Randbereich 35 seiner mittleren Durchgangsöffnung 20 ausgedünnt, was bedeuten soll, daß der Lochscheibenträger 21 im Randbereich 35 der Durchgangsöffnung 20 zumindest teilweise eine geringere Dicke aufweist als über seine weitere Erstreckung (Ringbereich 22, Halterand 26) . Bei dem in Figur 1 dargestellten Beispiel ist der Lochscheibenträger 21 in seinem innerhalb der Schweißnaht 25 liegenden Bereich zur Durchgangsöffnung 20 hin insofern ausgedünnt, daß der Randbereich 35 nur ungefähr halb so dick wie der Rest des Lochscheibenträgers 21 ist. Dabei ist an der unteren, der Stirnseite 17 des Ventilsitzkörpers 16 abgewandten Stirnfläche 36 des Lochscheibenträgers 21 eine Stufe 38 vorgesehen, um den dünneren Randbereich 35 zu bilden. Der ausgedünnte oder schwächer ausgebildete Randbereich 35 dient unmittelbar der Klemmung der Lochscheibe 23. Die Kontur des Randbereichs 35 wird z.B. durch Prägen erzielt.
Unter Berücksichtigung von Toleranzen wird bei der Festlegung des begrenzenden Durchmessers für den ausgedünnten Randbereich 35 sichergestellt, daß die Schweißnaht 25 immer im dickeren Bereich des Lochscheibenträgers 21 angebracht wird. Im Randbereich 35 wird die Federsteifigkeit des Lochscheibenträgers 21 durch das Ausdünnen gezielt reduziert, so daß sich beim Andrücken des Lochscheibenträgers 21 an den Ventilsitzkörper 16 vor dem Anschweißen hauptsächlich dieser ausgedünnte Randbereich 35 verbiegt. Im Bereich der Schweißnaht 25 ist die Vorspannung somit gegenüber bekannter Konstruktionen mit konstanter Dicke reduziert. Außerdem liegt der
Lochscheibenträger 21 im Bereich der zu setzenden Schweißnaht 25 bereits weitgehend ohne Luftspalt an der unteren Stirnseite 17 des Ventilsitzkorpers 16 an, womit die thermische Relaxation im Schweißnahtbereich 25 reduziert ist. Aufgrund dessen bleibt die Klemmwirkung auf die
Lochscheibe 23 auch nach dem Schweißen sehr gut erhalten.
Die Einschubtiefe des aus Ventilsitzkörper 16, topfförmigem Lochscheibenträger 21 und Lochscheibe 23 bestehenden Ventilsitzteils in die Längsöffnung 3 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 5, da die eine Endstellung der Ventilnadel 5 bei nicht erregter Magnetspule 10 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 7 an der Ventilsitzfläche 29 des Ventilsitzkorpers 16 festgelegt ist. Die andere Endstellung der Ventilnadel 5 wird bei erregter Magnetspule 10 beispielsweise durch die Anlage des Ankers 11 an dem Kern 12 festgelegt. Der Weg zwischen diesen beiden Endstellungen der Ventilnadel 5 stellt somit den Hub dar. Der kugelförmige Ventilschließkörper 7 wirkt mit der sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitzfläche 29 des Ventilsitzkorpers 16 zusammen, die in axialer Richtung zwischen der Führungsoffnung 15 und der unteren Austrittsöffnung 31 des Ventilsitzkorpers 16 ausgebildet ist.
Die in der Austrittsöffnung 31 des Ventilsitzkorpers 16 angeordnete und durch den Lochscheibenträger 21 auch unmittelbar an der Stirnseite 17 des Ventilsitzkorpers 16 festgehaltene Lochscheibe 23 ist in der Figur 1 nur vereinfacht und beispielhaft dargestellt. Anstelle der dargestellten Lochscheibe 23 können auch andere Ausführungsformen von Lochscheiben mit abweichenden Öffnungsgeometrien und Außenkonturen erfindungsgemäß mit einem erfindungsgemäß ausgeformten Lochscheibenträger 21 befestigt sein. Eine solche Einspannung als indirekte
Befestigung der Lochscheibe 23 am Ventilsitzkörper 16 hat den Vorteil, daß temperaturbedingte Verformungen vermieden werden, die eventuell bei Verfahren wie Schweißen oder Löten bei einer direkten Befestigung der Lochscheibe 23 auftreten könnten.
Die in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Lochscheiben 23 werden in mehreren metallischen Funktionsebenen durch galvanische Abscheidung aufgebaut (Multilayergalvanik) . Aufgrund der tiefenlithographischen, galvanotechnischen
Herstellung gibt es besondere Merkmale in der Konturgebung , von denen hiermit einige in Kurzform zusammenfassend aufgeführt sind:
- Funktionsebenen mit über die Scheibenfläche konstanter Dicke,
- durch die tiefenlithographische Strukturierung weitgehend senkrechte Einschnitte in den Funktionsebenen, welche die jeweils durchströmten Hohlräume bilden (fertigungstechnisch bedingte Abweichungen von ca. 3° gegenüber optimal senkrechten Wandungen können auftreten) , - gewünschte Hinterschneidungen und Überdeckungen der Einschnitte durch mehrlagigen Aufbau einzeln strukturierter Metallschichten,
- Einschnitte mit beliebigen, weitgehend achsparallele Wandungen aufweisenden Querschnittsformen,
- einteilige Ausführung der Lochscheibe, da die einzelnen Metallabscheidungen unmittelbar aufeinander erfolgen.
Die Verfahrensschritte der galvanischen Metallabscheidung zur Herstellung einer Lochscheibe sind bereits in der DE- OS 196 07 288 ausführlich beschrieben und sollen hier zum Offenbarungsgehalt gehören.
In den weiteren Ausführungsbeispielen der nachfolgenden Figuren sind die gegenüber dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gleichbleibenden bzw. gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer mit einem Lochscheibenträger 21 geklemmten Lochscheibe 23. Die Lochscheibe 23 ist wiederum als flaches, kreisförmiges
Bauteil ausgeführt, das mehrere, beispielsweise drei, axial aufeinanderfolgende Funktionsebenen bzw. galvanisch abgeschiedene Schichten aufweist. Während die beiden zuerst aufgebauten unteren Funktionsebenen bzw. Schichten einen Lochscheibenbereich 33 mit gleichem Außendurchmesser bilden, ist die obere und zuletzt aufgebaute Funktionsebene der Lochscheibe 23 mit einem größeren Außendurchmesser ausgeführt, so daß ein außen überstehender Klemmbereich 34 gebildet ist. In der oberen Funktionsebene ist wenigstens eine Einlaßöffnung vorgesehen, während in der unteren
Funktionsebene wenigstens eine Auslaßöffnung ausgebildet ist, die so miteinander verbunden sind, daß ein vollständiger axialer Durchgang für den Brennstoff vorhanden ist. Der Randbereich 35 des Lochscheibenträgers 21 zur Durchgangsöffnung 20 hin ist wiederum ausgedünnt ausgebildet, um die bereits beschriebenen Vorteile durch die herabgesetzte Federsteifigkeit zu erzielen. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Randbereich 35 von der oberen Stirnfläche 37 des Lochscheibenträgers 21 her ausgedünnt, d.h. mit einer Stufe 38 versehen, die z.B. mittels Prägen erzielt ist. Der bei an dem Ventilsitzkörper 16 anliegendem Lochscheibenträger 21 aufgrund der Ausdünnung gebildete Zwischenraum im Randbereich 35 hat beispielsweise genau eine axiale Erstreckung, die der axialen Dicke der oberen Schicht der Lochscheibe 23 bzw. deren Klemmbereichs 34 entspricht. Der Randbereich 35 untergreift also den radial überstehenden Klemmbereich 34 der Lochscheibe 23. Die maßgenau eingeklemmte Lochscheibe 23 erstreckt sich außerdem mit ihrem unteren Lochscheibenbereich 33 genau durch die Durchgangsöffnung 20 des Lochscheibenträgers 21.
Vor dem Anbringen der Schweißnaht 25 wird die Lochscheibe 23 bereits im Lochscheibenträger 21 vormontiert. Die Lochscheibe 23 kann dabei schon durch Einpressen, Verstemmen, Bördeln oder Kleben exakt im Lochscheibenträger 21 fixiert werden.
Figur 3 stellt eine Draufsicht auf den mit einer Verdrehsicherung ausgebildeten Randbereich 35 der Lochscheibe 23 in Figur 2 dar. Um ein Verdrehen der Lochscheibe 23 im eingebauten Zustand zu verhindern und eine eindeutige Einbaulage wegen der spezifischen Öffnungsgeometrie zu garantieren, kann optional eine einfache Verdrehsicherung ausgebildet sein, die z.B. durch das Anbringen von miteinander korrespondierenden Abflachungen 39, 39' am Klemmbereich 34 der Lochscheibe 23 und am Lochscheibenträger 21 gewährleistet ist. In Figur 4 ist eine Mischform der bereits erläuterten Ausführungsbeispiele gezeigt. Die in dem Beispiel gemäß Figur 4 verwendete Lochscheibe 23 entspricht weitgehend der der Figur 1; der Lochscheibenträger 21 entspricht weitgehend dem der Figur 2. Der Lochscheibenbereich 33 bestehend aus den oberen Funktionsebenen bzw. Schichten der Lochscheibe 23 ragt ähnlich dem zweiten Ausführungsbeispiel durch die Durchgangsöffnung 20 des Lochscheibenträgers 21. Der untere, mit einem größeren Außendurchmesser als der Lochscheibenbereich 33 ausgebildete Grundbereich 32 der Lochscheibe 23 untergreift den Randbereich 35 des Lochscheibenträgers 21. Da bei dieser Ausbildung mit dem Randbereich 35 des Lochscheibenträgers 21 keine Klemmung der Lochscheibe 23 erfolgt, muß eine Sicherung der Lochscheibe 23 durch Einpressen, Verstemmen, Bördeln oder Kleben oder eventuell sogar durch Löten oder Schweißen am Lochscheibenträger 21 geschehen.
In der Figur 5 ist eine Einbauvariante dargestellt, bei der die in Figur 1 dargestellte Lochscheibe 23 Verwendung findet. Mit ihrem oberen Lochscheibenbereich 33 ragt die Lochscheibe 23 maßgenau in die Austrittsöffnung 31 des Ventilsitzkorpers 16 hinein. Zur Klemmung des unteren Grundbereichs 32 der Lochscheibe 23 durch den Lochscheibenträger 21 ist dieser in der Version der Figur 2 ausgeführt, also mit einer im Randbereich 35 vorgesehenen Ausdünnung (Stufe 38) von der oberen Stirnfläche 37 her. Der bei an dem Ventilsitzkörper 16 anliegendem Lochscheibenträger 21 aufgrund der Ausdünnung gebildete Zwischenraum im Randbereich 35 hat wiederum beispielsweise genau eine axiale Erstreckung, die der axialen Dicke der eingeklemmten unteren Schicht der Lochscheibe 23 bzw. deren Grundbereichs 32 entspricht. Figur 6 zeigt einen Ausschnitt aus Figur 5 mit einer eine durch Verstemmen erzielte Verdrehsicherung aufweisenden Lochscheibe 23. Nach dem Anschweißen des Lochscheibenträgers 21 an den Ventilsitzkörper 16 ist es möglich, zur Gewährleistung einer sicheren und definierten Einbaulage der Lochscheibe 23 eine Verdrehsicherung anzubringen. Diese kann sehr einfach erzeugt werden, indem mit einem stempeiförmigen Werkzeug 40 z.B. an einer Stelle ein Verstemmen des Randbereichs 35 des Lochscheibenträgers 21 vorgenommen wird. Dabei wird Material in geringem Maße derart verschoben, daß ein Verrutschen oder Verdrehen der Lochscheibe 23 ausgeschlossen ist. Die Verdrehsicherung kann auch dadurch erzielt werden, daß im Bereich des in Figur 6 gezeigten Verstemmens beispielsweise ein Laserpunkt gesetzt wird, durch den die Lochscheibe 23 im äußeren Grundbereich 32 am Lochscheibenträger 21 fixiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lochscheibenträgers 21 ist in den Figuren 7 und 8 dargestellt. Die erfindungsgemäße Reduzierung der Federsteifigkeit im
Randbereich 35 des Lochscheibenträgers 21 wird hier nicht durch ein Ausdünnen erzielt, sondern durch das Einbringen mehrerer radial verlaufender Schlitze 42. Die Schlitze 42 sind weitgehend sternförmig angeordnet und stehen in direkter Verbindung mit der Durchgangsöffnung 20.
Sämtliche Ausführungen der Lochscheibenträger 21 können stanz-, präge- und umformtechnisch hergestellt werden. Die Ausdünnung des Randbereichs 35 wird z.B. durch Prägen erreicht, wobei die zentrale Durchgangsöffnung 20 nach dem
Prägen ausgestanzt wird. Alternativ kann zuerst die Durchgangsöffnung 20 gestanzt werden, und während sich der Stanzstempel in der Durchgangsöffnung 20 befindet, kann der Prägestempel zum Prägen des Randbereichs 35 nachgesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse, mit einem Ventilschließkörper, der mit einer einem Ventilsitzkörper zugeordneten Ventilsitzfläche zusammenwirkt, mit einer Lochscheibe stromabwärts der Ventilsitzfläche, wobei die Lochscheibe einen vollständigen Durchgang für ein Fluid und wenigstens eine Einlaßöffnung in einer oberen Funktionsebene bzw. Schicht und wenigstens eine Auslaßöffnung in einer unteren Funktionsebene bzw. Schicht aufweist, und mit einem scheibenförmigen Lochscheibenträger, der fest mit dem Ventilsitzkörper verbunden ist und durch den die Lochscheibe am Ventilsitzkörper gehalten wird, und der Lochscheibenträger eine Durchgangsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lochscheibenträger (21) in einem die Durchgangsöffnung (20) umgebenden Randbereich (35) mit die Federsteifigkeit des Lochscheibenträgers (21) reduzierenden Ausformungen versehen ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung im Randbereich (35) als ringförmig umlaufende Stufe (38) ausgebildet ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (38) von einer oberen, dem Ventilsitzkörper (16) zugewandten Stirnfläche (37) des Lochscheibenträgers (21) aus eingebracht ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (38) von einer unteren, dem Ventilsitzkörper (16) abgewandten Stirnfläche (36) des Lochscheibenträgers (21) aus eingebracht ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformungen im Randbereich (35) als mehrere von der Durchgangsöffnung (20) ausgehende Schlitze
(42) ausgebildet sind.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (42) sternförmig radial verlaufen.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheibe (23) wenigstens zwei axial aufeinander folgende Bereiche (32, 33, 34) unterschiedlichen Außendurchmessers aufweist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (32, 34) größeren Durchmessers der Lochscheibe (23) zwischen dem Randbereich (35) des Lochscheibenträgers (21) und dem Ventilsitzkörper (16) geklemmt ist.
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (33) kleineren Durchmessers der Lochscheibe (23) die Durchgangsöffnung (20) des Lochscheibenträgers (21) vollständig durchragt.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheibe (23) verdrehgesichert in dem Lochscheibenträger (21) angeordnet ist.
11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheibe (23) mittels Multilayergalvanik durch Aufbau mehrerer galvanisch abgeschiedener Schichten herstellbar ist.
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