Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1.
Aus der DE 195 22 284 AI ist bereits ein
Brennstoffeinspritzventil bekannt, das unter anderem ein Ventilgehäuse, einen in einer Längsöffnung des Ventilgehäuses angeordneten Ventilsitzkörper und eine an dem Ventilsitzkörper befestigte Spritzlochscheibe aufweist. Um die Gefahr von Ablagerungen an den Abspritzöffnungen der Spritzlochscheibe infolge Ausdampfens des an den Abspritzöffnungen verbleibenden Brennstoffs zu verringern, ist stromabwärts der Spritzlochscheibe im Ventilgehäuse noch zusätzlich eine Spaltscheibe mit geringem axialen Abstand angeordnet. Durch die Spaltscheibe ist eine Ausnehmung in axialer Richtung begrenzt, die auf den an den Abspritzöffnungen austretenden Brennstoff eine Kapillarwirkung in radialer Richtung nach außen ausübt. Zwischen der Spritzlochscheibe und der Spaltscheibe kann zusätzlich noch eine weitere Kapillarscheibe aus Kunststoff oder Gummi mit sternförmigen Ausnehmungen vorgesehen sein. Zusätzlich zur Spritzlochscheibe ist somit mindestens eine weitere Scheibe zum Aufbau der Kapillarwirkung erforderlich.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es auf besonders einfache Art und Weise kostengünstig herstellbar ist. Erfindungsgemäß kann vor allen Dingen gegenüber bekannter Lösungen auf ein Bauteil ganz verzichtet werden, da zusätzliche Spaltscheiben, Kapillarscheiben oder Schutzkappen mit Kapillarwirkung nicht erforderlich sind. Insofern ist auch der Montageaufwand wegen nicht vorzunehmender Verbindungstechniken des nun überflüssigen Bauteils reduziert, wobei in vorteilhafter Weise auf stoffschlüssige Fügeverfahren verzichtet werden kann. Somit entfallen alle Nachteile von unter Wärme vorzunehmenden Verfahren, wie Schweißverzug. Die Montage des Ventils ist auch insofern vereinfacht, dass keine Werkzeuge zum Befestigen des Bauteils in diesem sensiblen Abspritzbereich angreifen müssen. Von besonderem Vorteil ist es, dass die den Ventilgrundkörper selbst darstellende, dünnwandige, langgestreckte Ventilhülse mit ihrem Bodenabschnitt bereits durch die zwischen sich und der Ebene der wenigstens einen Abspritzöffnung ausgebildete Ausnehmung eine entsprechend gewünschte Kapillarwirkung auf den Brennstoff garantiert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Von Vorteil ist es, dass die dünnwandige Ventilhülse als Ventilsitzträger dient und dabei Halte-, Träger- bzw. Aufnahmefunktionen erfüllt. Zudem wird erfindungsgemäß auch noch die Kapillarwirkungsfunktion von der Ventilhülse übernommen. Die Ventilhülse weist an ihrem einen axialen Ende einen senkrecht zur axialen Erstreckung der Ventilhülse verlaufenden Bodenabschnitt auf, durch den die Stabilität der Ventilhülse erhöht ist. Zur Volumen- und Gewichtsreduzierung trägt vor allen Dingen bei, dass sich
die Hülse über mehr als die halbe axiale Länge des Brennstoffeinspritzventils erstreckt .
Besonders vorteilhaft ist es, die Ventilhülse mittels Blechtiefziehen herzustellen, da dieses Verfahren einfach und preiswert ist und trotzdem die geforderte Genauigkeit erreicht wird.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Brennstoffeinspritzventil in einer erfindungsgemäßen Ausbildung und Figur 2 eine Unteransicht auf eine zweite AusführungsVariante des Bodenabschnitts der Ventilhülse.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in der Figur 1 beispielhaft dargestellte, elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnetspule 1 umgebenen, als Innenpol und teilweise als Brennstoffdurchfluss dienenden weitgehend rohrförmigen Kern 2. Die Magnetspule 1 ist von einem äußeren, hülsenförmigen und gestuft ausgeführten, z. B. ferromagnetischen Ventilmantel 5, der ein als Außenpol dienendes äußeres Magnetkreisbauteil darstellt, in Umfangsrichtung vollständig umgeben. Die Magnetspule 1, der Kern 2 und der Ventilmantel 5 bilden zusammen ein elektrisch erregbares Betätigungselement.
Während die in einem Spulenkörper 3 eingebettete Magnetspule 1 eine Ventilhülse 6 von außen umgibt, ist der Kern 2 in einer inneren, konzentrisch zu einer Ventillängsachse 10 verlaufenden Öffnung 11 der Ventilhülse 6 eingebracht. Die z.B. ferritische Ventilhülse 6 ist langgestreckt und
dünnwandig ausgeführt und besitzt einen Mantelabschnitt 12 und einen Bodenabschnitt 13, wobei der Mantelabschnitt 12 in Umfangsrichtung und der Bodenabschnitt 13 in axialer Richtung an ihrem stromabwärtigen Ende die Öffnung 11 begrenzen. Die Öffnung 11 dient auch als Führungsöffnung für eine entlang der Ventillängsachse 10 axial bewegliche Ventilnadel 14. Die Ventilhülse 6 erstreckt sich in axialer Richtung über mehr als die Hälfte der axialen Gesamterstreckung des Brennstoffeinspritzventils.
Neben dem Kern 2 und der Ventilnadel 14 ist in der Öffnung 11 des weiteren ein Ventilsitzkörper 15 angeordnet, der zum Bodenabschnitt 13 der Ventilhülse 6 beabstandet am Mantelabschnitt 12 der Ventilhülse 6 z.B. mittels einer Schweißnaht 8 befestigt ist. Der Ventilsitzkörper 15 weist eine feste Ventilsitzfläche 16 als Ventilsitz auf. Die Ventilnadel 14 wird beispielsweise von einem rohrförmigen Ankerabschnitt 17, einem ebenfalls rohrförmigen Nadelabschnitt 18 und einem kugelförmigen Ventilschließkörper 19 gebildet, wobei der
Ventilschließkörper 19 z.B. mittels einer Schweißnaht fest mit dem Nadelabschnitt 18 verbunden ist. An der stromabwärtigen Stirnseite des Ventilsitzkörpers 15 ist eine z.B. topfförmige Spritzlochscheibe 21 angeordnet, deren umgebogener und umfangsmäßig umlaufender Halterand 20 entgegen der Strömungsrichtung nach oben gerichtet ist. Die feste Verbindung von Ventilsitzkörper 15 und Spritzlochscheibe 21 ist z. B. durch eine umlaufende dichte Schweißnaht realisiert. Im Nadelabschnitt 18 der Ventilnadel 14 sind eine oder mehrere Queröffnungen 22 vorgesehen, so dass den Ankerabschnitt 17 in einer inneren Längsbohrung 23 durchströmender Brennstoff nach außen treten und am Ventilschließkörper 19 z.B. an Abflachungen 24 entlang bis zur Ventilsitzfläche 16 strömen kann.
Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 14. und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft
einer an der Ventilnadel 14 angreifenden Rückstellfeder 25 bzw. Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem inneren Kern 2, dem äußeren Ventilmantel 5 und dem Ankerabschnitt 17. Der Ankerabschnitt 17 ist mit dem dem Ventilschließkörper 19 abgewandten Ende auf den Kern 2 ausgerichtet .
Der kugelförmige Ventilschließkörper 19 wirkt mit der sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitzfläche 16 des Ventilsitzkörpers 15 zusammen, die in axialer Richtung stromabwärts einer Führungsöffnung im Ventilsitzkörper 15 ausgebildet ist. Die Spritzlochscheibe 21 besitzt wenigstens eine, beispielsweise vier durch Erodieren, Laserbohren oder Stanzen ausgeformte Abspritzöffnungen 27.
Die Einschubtiefe des Kerns 2 im Einspritzventil ist unter anderem entscheidend für den Hub der Ventilnadel 14. Dabei ist die eine Endstellung der Ventilnadel 14 bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 19 an der Ventilsitzfläche 16 des Ventilsitzkörpers 15 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 14 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankerabschnitts 17 am stromabwärtigen Kernende ergibt. Die Hubeinstellung erfolgt durch ein axiales Verschieben des beispielsweise durch ein spanendes Verfahren wie Drehen hergestellten Kerns 2, der entsprechend der gewünschten Position nachfolgend fest mit der Ventilhülse 6 verbunden wird.
In eine konzentrisch zu der Ventillängsachse 10 verlaufende Strömungsbohrung 28 des Kerns 2, die der Zufuhr des Brennstoffs in Richtung der Ventilsitzfläche 16 dient, ist außer der Rückstellfeder 25 ein Einstellelement in der Form einer Einstellhülse 29 eingeschoben. Die Einstellhülse 29 dient zur Einstellung der Federvorspannung der an der Einstellhülse 29 anliegenden Rückstellfeder 25, die sich
wiederum mit ihrer gegenüberliegenden Seite an der Ventilnadel 14 abstützt, wobei auch eine Einstellung der dynamischen Abspritzmenge mit der Einstellhülse 29 erfolgt. Ein Brennstofffilter 32 ist oberhalb der Einstellhülse 29 in der Ventilhülse 6 angeordnet.
Das bis hierher beschriebene Einspritzventil zeichnet sich durch seinen besonders kompakten Aufbau aus, so dass ein sehr kleines, handliches Einspritzventil entsteht. Diese Bauteile bilden eine vormontierte eigenständige Baugruppe, die nachfolgend Funktionsteil 30 genannt wird. Das Funktionsteil 30 umfasst also im wesentlichen den elektromagnetischen Kreis 1, 2, 5 und ein Dichtventil (Ventilschließkörper 19, Ventilsitzkörper 15) mit einem nachfolgenden Strahlaufbereitungselement (Spritzlochscheibe 21) sowie als Grundkörper die Ventilhülse 6.
Unabhängig vom Funktionsteil 30 wird eine zweite Baugruppe erzeugt, die im folgenden als Anschlussteil 40 bezeichnet wird. Das Anschlussteil 40 zeichnet sich vor allen Dingen dadurch aus, dass es den elektrischen und den hydraulischen Anschluss des Brennstoffeinspritzventils umfasst. Das weitgehend als Kunststoffteil ausgeführte Anschlussteil 40 besitzt deshalb einen als Brennstoffeinlassstutzen dienenden rohrförmigen Grundkörper 42. Eine konzentrisch zur Ventillängsachse 10 verlaufende Strömungsbohrung 43 eines inneren Rohres 44 im Grundkörper 42 dient als Brennstoffeinlass und wird von dem zuströmseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils aus in axialer Richtung vom Brennstoff durchströmt.
Eine hydraulische Verbindung von Anschlussteil 40 und Funktionsteil 30 wird beim vollständig montierten Brennstoffeinspritzventil dadurch erreicht, dass die Strömungsbohrungen 43 und 28 beider Baugruppen so zueinander gebracht werden, dass ein ungehindertes Durchströmen des Brennstoffs gewährleistet ist. Bei der Montage des Anschlussteils 40 an dem Funktionsteil 30 ragt ein unteres
Ende 47 des Rohres 44 zur Erhöhung der Verbindungsstabilität in die Öffnung 11 der Ventilhülse 6 hinein. Der Grundkörper 42 aus Kunststoff kann auf das Funktionsteil 30 aufgespritzt werden, so dass der Kunststoff unmittelbar Teile der Ventilhülse 6 sowie des Ventilmantels 5 umgibt. Eine sichere Abdichtung zwischen dem Funktionsteil 30 und dem Grundkörper 42 des Anschlussteils 40 wird beispielsweise über eine Labyrinthdichtung 46 am Umfang des Ventilmantels 5 erzielt.
Zu dem Grundkörper 42 gehört auch ein mitangespritzter elektrischer Anschlussstecker 56. An ihrem dem Anschlussstecker 56 gegenüberliegenden Ende sind die Kontaktelemente mit der Magnetspule 1 elektrisch verbunden.
Erfindungsgemäß ist die Ventilhülse 6 derart ausgestaltet und gegenüber den Abspritzöffnungen 27 mit ihrem Bodenabschnitt 13 beabstandet angeordnet, dass eine Ausnehmung 60 mit geringer axialer Ausdehnung gebildet ist, die auf den aus der wenigstens einen Abspritzöffnung 27 austretenden Brennstoff eine Kapillarwirkung ausübt, so dass nach dem Schließen des Brennstoffeinspritzventils eventuell an der wenigstens einen Abspritzöffnung 27 vorhandener Brennstoff in die Ausnehmung 60 radial nach außen weggezogen wird und durch Verdampfung verbleibende Ablagerungen nur in der Ausnehmung 60 zurückbleiben. Im Bodenabschnitt 13 der Ventilhülse 6 ist eine mittlere Durchgangsöffnung 61 vorgesehen, die einen solchen Durchmesser aufweist, dass der aus den Abspritzöffnungen 27 austretende Brennstoff ungehindert abgespritzt werden kann und somit nicht am Bodenabschnitt 13 kollidiert. Die Ausnehmung 60 weist z.B. eine axiale Erstreckung von </= 1mm auf. Durch diese einfache konstruktive Maßnahme wird sehr effektiv und wirkungsvoll erreicht, dass an den Abspritzöffnungen 27 negative Durchmesser reduzierende und damit die Brennstoffmengen verändernde Ablagerungen vermieden werden. In vorteilhafter Weise sind dazu keine zusätzlichen Spaltscheiben, Kapillarscheiben oder Schutzkappen mit Kapillarwirkung erforderlich.
Durch den Einsatz der relativ preiswerten Ventilhülse 6 ist es möglich, auf in Einspritzventilen übliche Drehteile, wie Ventilsitzträger oder Düsenhalter, die aufgrund ihres größeren Außendurchmessers voluminöser und bei der Herstellung teurer als die Ventilhülse 6 sind, zu verzichten. Die dünnwandige Ventilhülse 6 ist beispielsweise durch Tiefziehen ausgebildet worden, wobei als Werkstoff ein magnetisches ferritisches Material verwendet ist. Die als Blechziehteil vorliegende Ventilhülse 6 dient, wie bereits erwähnt, aufgrund ihrer großen Erstreckung zur Aufnahme des Ventilsitzkörpers 15, der Spritzlochscheibe 21, der Ventilnadel 14 mit dem Anker 17, der Rückstellfeder 25 sowie des Kerns 2 und übernimmt neben ihrer Stütz- und Trägerfunktion als Grundkörper des gesamten Brennstoffeinspritzventils erfindungsgemäß auch noch die oben beschriebene Kapillarwirkungsfunktion. Die Ventilhülse 6 zeichnet sich so durch eine besonders hohe Funktionsintegration aus. Aufgrund der Ausbildung der Ventilhülse 6 mit einem Bodenabschnitt 13 erfolgt die Montage der Ventilbauteile innerhalb der Ventilhülse 6 nach dem so genannten Kugelschreibereinbauprinzip, also ausschließlich von der stromaufwärtigen Seite der Ventilhülse 6 her.
Figur 2 zeigt eine Unteransicht auf eine zweite Ausführungsvariante des Bodenabschnitts 13 der Ventilhulse 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Bodenabschnitt 13 der Ventilhülse 6 ausgehend von der im ersten Beispiel kreisförmigen Durchgangsöffnung 61 vier radial verlaufende Schlitze 62 auf. Auf diese Weise ist der Bodenabschnitt 13 der Ventilhülse 6 segmentiert ausgebildet. In vorteilhafter Weise verlaufen vier voneinander im Winkel von jeweils 90° beabstandete Schlitze 62 im Bodenabschnitt 13; es können jedoch auch mehr oder weniger als vier Schlitze 62 vorgesehen sein.