DE19736682A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents
BrennstoffeinspritzventilInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil
nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE-PS 39 43 005 ist bereits ein elektromagnetisch
betätigbares Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem im
Sitzbereich mehrere scheibenförmige Elemente angeordnet
sind. Bei Erregung des Magnetkreises wird eine als
Flachanker fungierende flache Ventilplatte von einer mit ihr
zusammenwirkenden gegenüberliegenden Ventilsitzplatte
abgehoben, die gemeinsam ein Plattenventilteil bilden.
Stromaufwärts der Ventilsitzplatte ist ein Drallelement
angeordnet, das den zum Ventilsitz strömenden Brennstoff in
eine kreisförmige Drehbewegung versetzt. Eine Anschlagplatte
begrenzt den axialen Weg der Ventilplatte auf der der
Ventilsitzplatte gegenüberliegenden Seite. Die Ventilplatte
wird mit großem Spiel von dem Drallelement umgeben; eine
gewisse Führung der Ventilplatte übernimmt damit das
Drallelement. Im Drallelement sind an dessen unterer
Stirnseite mehrere tangential verlaufende Nuten eingebracht,
die vom äußeren Umfang ausgehend bis in eine mittlere
Drallkammer reichen. Durch das Aufliegen des Drallelements
mit seiner unteren Stirnseite auf der Ventilsitzplatte
liegen die Nuten als Drallkanäle vor.
Des weiteren ist aus der EP-OS 0 350 885 ein
Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein
Ventilsitzkörper vorgesehen ist, wobei ein an einer axial
bewegbaren Ventilnadel angeordneter Ventilschließkörper mit
einer Ventilsitzfläche des Ventilsitzkörpers zusammenwirkt.
Stromaufwärts der Ventilsitzfläche ist in einer Ausnehmung
des Ventilsitzkörpers ein Drallelement angeordnet, das den
zum Ventilsitz strömenden Brennstoff in eine kreisförmige
Drehbewegung versetzt. Eine Anschlagplatte begrenzt den
axialen Weg der Ventilnadel, wobei die Anschlagplatte eine
zentrale Öffnung besitzt, die einer gewissen Führung der
Ventilnadel dient. Die Ventilnadel wird mit großem Spiel von
der Öffnung der Anschlagplatte umgeben, da der dem
Ventilsitz zuzuführende Brennstoff ebenfalls diese Öffnung
passieren muß. Im Drallelement sind an dessen unterer
Stirnseite mehrere tangential verlaufende Nuten eingebracht,
die vom äußeren Umfang ausgehend bis in eine mittlere
Drallkammer reichen. Durch das Aufliegen des Drallelements
mit seiner unteren Stirnseite auf dem Ventilsitzkörper
liegen die Nuten als Drallkanäle vor.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den
Vorteil, daß es auf besonders einfache Art und Weise
kostengünstig herstellbar ist. Das scheibenförmige
Drallelement ist sehr einfach strukturiert und dadurch
einfach ausformbar. Dem Drallelement kommt nur die Aufgabe
zu, eine Drall- bzw. Drehbewegung im Brennstoff zu erzeugen
und dabei möglichst störende Turbulenzen im Fluid nicht
entstehen zu lassen. Alle anderen Ventilfunktionen
übernehmen andere Bauteile des Ventils. So kann das
Drallelement optimiert bearbeitet werden. Da es sich bei dem
Drallelement um ein Einzelbauteil handelt, sind bei dessen
Handhabung im Herstellungsprozeß keine Einschränkungen zu
erwarten. Im Vergleich zu Drallkörpern, die an einer
Stirnseite Nuten oder ähnliche drallerzeugende Vertiefungen
aufweisen, kann in dem erfindungsgemäßen Drallelement mit
einfachsten Mitteln ein innerer Öffnungsbereich geschaffen
werden, der sich über die gesamte axiale Dicke des
Drallelements erstreckt und von einem äußeren umlaufenden
Randbereich umgeben ist. In vorteilhafter Weise wird bei dem
Drallelement auf ansonsten komplizierter einzubringende
Nuten, Gräben, Einkerbungen, Rillen oder Rinnen verzichtet.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils
möglich.
Ebenso wie das Drallelement und das Ventilsitzelement ist
auch das Führungselement einfach herstellbar. In besonders
vorteilhafter Weise dient das Führungselement nur der
Führung der es in einer Führungsöffnung durchragenden
Ventilnadel. Es liegt also eine klare Funktionstrennung zu
den beiden anderen stromabwärts folgenden Elementen vor.
Der modulare Aufbau der Elemente und die damit verbundene
Funktionstrennung hat den Vorteil, daß die einzelnen
Bauteile sehr flexibel gestaltet werden können, so daß durch
einfache Variation eines Elements unterschiedliche
abzuspritzende Sprays (Spraywinkel, statische Abspritzmenge)
erzeugbar sind.
In vorteilhafter Weise wird eine gewünschte Verlängerung der
Drallkanäle durch ein Krümmen oder Abknicken erreicht. Die
hakenförmig abgeknickten Enden der Drallkanäle dienen als
Sammeltaschen, die großflächig ein Reservoir zum
turbulenzarmen Einströmen des Brennstoffs bilden. Nach der
Strömungsumlenkung tritt der Brennstoff langsam und
turbulenzarm in die eigentlichen tangentialen Drallkanäle
ein, wodurch ein weitgehend störungsfreier Drall erzeugbar
ist.
Durch geringe bauliche Änderungsmaßnahmen ist es möglich,
das Führungselement entweder mit einer Druckfeder gegen das
Drallelement zu drücken oder das Führungselement mit der dem
Drallelement abgewandten Stirnseite an einer Stufe im
Ventilsitzträger anliegen zu lassen. In jedem Fall deckt das
Führungselement bzw. ein Führungsabschnitt eines
Ventilsitzträgers mit seiner unteren Stirnseite die
Drallkanäle im Drallelement weitgehend ab, während die
Drallkanäle auf der gegenüberliegenden Seite von der oberen
Stirnseite des Ventilsitzelements begrenzt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes
Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils, Fig.
2 einen ersten Führungs- und Sitzbereich als vergrößerten
Ausschnitt aus Fig. 1, Fig. 3 ein erfindungsgemäßes
Drallelement, Fig. 4 einen zweiten Führungs- und
Sitzbereich, Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines
Brennstoffeinspritzventils, Fig. 6 einen dritten Führungs-
und Sitzbereich als vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 5,
Fig. 7 einen vierten Führungs- und Sitzbereich, Fig. 8
einen fünften Führungs- und Sitzbereich und Fig. 9 einen
sechsten Führungs- und Sitzbereich.
Das in der Fig. 1 beispielsweise als ein
Ausführungsbeispiel dargestellte elektromagnetisch
betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für
Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden,
fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen von einer
Magnetspule 1 zumindest teilweise umgebenen, als Innenpol
eines Magnetkreises dienenden, rohrförmigen, weitgehend
hohlzylindrischen Kern 2. Das Brennstoffeinspritzventil
eignet sich besonders als Hochdruckeinspritzventil zum
direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer
Brennkraftmaschine. Ein beispielsweise gestufter
Spulenkörper 3 aus Kunststoff nimmt eine Bewicklung der
Magnetspule 1 auf und ermöglicht in Verbindung mit dem Kern
2 und einem ringförmigen, nichtmagnetischen, von der
Magnetspule 1 teilweise umgebenen Zwischenteil 4 mit einem
L-förmigen Querschnitt einen besonders kompakten und kurzen
Aufbau des Einspritzventils im Bereich der Magnetspule 1.
In dem Kern 2 ist eine durchgängige Längsöffnung 7
vorgesehen, die sich entlang einer Ventillängsachse 8
erstreckt. Der Kern 2 des Magnetkreises dient auch als
Brennstoffeinlaßstutzen, wobei die Längsöffnung 7 einen
Brennstoffzufuhrkanal darstellt. Mit dem Kern 2 oberhalb der
Magnetspule 1 fest verbunden ist ein äußeres metallenes
(z. B. ferritisches) Gehäuseteil 14, das als Außenpol bzw.
äußeres Leitelement den Magnetkreis schließt und die
Magnetspule 1 zumindest in Umfangsrichtung vollständig
umgibt. In der Längsöffnung 7 des Kerns 2 ist zulaufseitig
ein Brennstoffilter 15 vorgesehen, der für die
Herausfiltrierung solcher Brennstoffbestandteile sorgt, die
aufgrund ihrer Größe im Einspritzventil Verstopfungen oder
Beschädigungen verursachen könnten. Der Brennstoffilter 15
ist z. B. durch Einpressen im Kern 2 fixiert.
Der Kern 2 bildet mit dem Gehäuseteil 14 das zulaufseitige
Ende des Brennstoffeinspritzventils, wobei sich das obere
Gehäuseteil 14 beispielsweise in axialer Richtung
stromabwärts gesehen gerade noch über die Magnetspule 1
hinaus erstreckt. An das obere Gehäuseteil 14 schließt sich
dicht und fest ein unteres rohrförmiges Gehäuseteil 18 an,
das z. B. ein axial bewegliches Ventilteil bestehend aus
einem Anker 19 und einer stangenförmigen Ventilnadel 20 bzw.
einen langgestreckten Ventilsitzträger 21 umschließt bzw.
aufnimmt. Die beiden Gehäuseteile 14 und 18 sind z. B. mit
einer umlaufenden Schweißnaht fest miteinander verbunden.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind das
untere Gehäuseteil 18 und der weitgehend rohrförmige
Ventilsitzträger 21 durch Verschrauben fest miteinander
verbunden; Schweißen, töten oder Bördeln stellen aber ebenso
mögliche Fügeverfahren dar. Die Abdichtung zwischen dem
Gehäuseteil 18 und dem Ventilsitzträger 21 erfolgt z. B.
mittels eines Dichtrings 22. Der Ventilsitzträger 21 besitzt
über seine gesamte axiale Ausdehnung eine innere
Durchgangsöffnung 24, die konzentrisch zu der
Ventillängsachse 8 verläuft.
Mit seinem unteren Ende 25, das auch zugleich den
stromabwärtigen Abschluß des gesamten
Brennstoffeinspritzventils darstellt, umgibt der
Ventilsitzträger 21 ein in der Durchgangsöffnung 24
eingepaßtes scheibenförmiges Ventilsitzelement 26 mit einer
sich stromabwärts kegelstumpfförmig verjüngenden
Ventilsitzfläche 27. In der Durchgangsöffnung 24 ist die
z. B. stangenförmige, einen weitgehend kreisförmigen
Querschnitt aufweisende Ventilnadel 20 angeordnet, die an
ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt 28
aufweist. Dieser beispielsweise kugelig oder teilweise
kugelförmig bzw. wie in allen Figuren dargestellt sich
keglig verjüngende Ventilschließabschnitt 28 wirkt in
bekannter Weise mit der im Ventilsitzelement 26 vorgesehenen
Ventilsitzfläche 27 zusammen. Stromabwärts der
Ventilsitzfläche 27 ist im Ventilsitzelement 26 wenigstens
eine Austrittsöffnung 32 für den Brennstoff eingebracht.
Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter
Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der
Ventilnadel 20 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft
einer in der Längsöffnung 7 des Kerns 2 angeordneten
Rückstellfeder 33 bzw. Schließen des Einspritzventils dient
der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem Kern
2, den Gehäuseteilen 14 und 18 und dem Anker 19. Der Anker
19 ist mit dem dem Ventilschließabschnitt 28 abgewandten
Ende der Ventilnadel 20 z. B. durch eine Schweißnaht
verbunden und auf den Kern 2 ausgerichtet. Zur Führung der
Ventilnadel 20 während ihrer Axialbewegung mit dem Anker 19
entlang der Ventillängsachse 8 dient einerseits eine im
Ventilsitzträger 21 am dem Anker 19 zugewandten Ende
vorgesehene Führungsöffnung 34 und andererseits ein
stromaufwärts des Ventilsitzelements 26 angeordnetes
scheibenförmiges Führungselement 35 mit einer maßgenauen
Führungsöffnung 55. Der Anker 19 ist während seiner
Axialbewegung von dem Zwischenteil 4 umgeben.
Eine in der Längsöffnung 7 des Kerns 2 eingeschobene,
eingepreßte oder eingeschraubte Einstellhülse 38 dient zur
Einstellung der Federvorspannung der über ein Zentrierstück
39 mit ihrer stromaufwärtigen Seite an der Einstellhülse 38
anliegenden Rückstellfeder 33, die sich mit ihrer
gegenüberliegenden Seite am Anker 19 abstützt. Im Anker 19
sind ein oder mehrere bohrungsähnliche Strömungskanäle 40
vorgesehen, durch die der Brennstoff von der Längsöffnung 7
im Kern 2 aus über stromabwärts der Strömungskanäle 40
ausgebildete Verbindungskanäle 41 nahe der Führungsöffnung
34 im Ventilsitzträger 21 bis in die Durchgangsöffnung 24
gelangen kann.
Der Hub der Ventilnadel 20 wird durch die Einbaulage des
Ventilsitzelements 26 vorgegeben. Eine Endstellung der
Ventilnadel 20 ist bei nicht erregter Magnetspule 1 durch
die Anlage des Ventilschließabschnitts 28 an der
Ventilsitzfläche 27 des Ventilsitzelements 26 festgelegt,
während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 20 bei
erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 19 an der
stromabwärtigen Stirnseite des Kerns 2 ergibt. Die
Oberflächen der Bauteile im letztgenannten Anschlagbereich
sind beispielsweise verchromt.
Die elektrische Kontaktierung der Magnetspule 1 und damit
deren Erregung erfolgt über Kontaktelemente 43, die noch
außerhalb des Spulenkörpers 3 mit einer
Kunststoffumspritzung 44 versehen sind. Die
Kunststoffumspritzung 44 kann sich auch über weitere
Bauteile (z. B. Gehäuseteile 14 und 18) des
Brennstoffeinspritzventils erstrecken. Aus der
Kunststoffumspritzung 44 heraus verläuft ein elektrisches
Anschlußkabel 45, über das die Bestromung der Magnetspule 1
erfolgt. Die Kunststoffumspritzung 44 ragt durch das in
diesem Bereich unterbrochene obere Gehäuseteil 14.
In Fig. 2 ist der Führungs- und Sitzbereich als Ausschnitt
aus Fig. 1 nochmals in geändertem Maßstab dargestellt, um
diesen erfindungsgemäß ausgebildeten Ventilbereich besser zu
verdeutlichen. Der im abspritzseitigen Ende 25 des
Ventilsitzträgers 21 in dessen Durchgangsöffnung 24
vorgesehene Führungs- und Sitzbereich wird bei dem in Fig.
2 dargestellten und bei allen anderen nachfolgenden
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen grundsätzlich durch
drei axial aufeinanderfolgende, scheibenförmige,
funktionsgetrennte Elemente gebildet. In stromabwärtiger
Richtung folgen nacheinander das Führungselement 35, ein
sehr flaches Drallelement 47 und das Ventilsitzelement 26.
Stromabwärts der Führungsöffnung 34 ist die
Durchgangsöffnung 24 des Ventilsitzträgers 21 beispielsweise
zweimal gestuft ausgeführt, wobei sich in stromabwärtiger
Richtung gesehen mit jeder Stufe der Durchmesser der
Durchgangsöffnung 24 vergrößert. Ein erster Absatz 49 (Fig.
1) dient als Anlagefläche für eine z. B. schraubenförmige
Druckfeder 50. Mit der zweiten Stufe 51 wird ein
vergrößerter Einbauraum für die drei Elemente 35, 47 und 26
geschaffen. Das Drallelement 47 weist einen solchen
Außendurchmesser auf, das es straff mit geringem Spiel in
die Durchgangsöffnung 24 des Ventilsitzträgers 21 eingepaßt
werden kann. Die die Ventilnadel 20 umhüllende Druckfeder 50
verspannt die drei Elemente 35, 47 und 26 weich im
Ventilsitzträger 21, da sie mit ihrer dem Absatz 49
gegenüberliegenden Seite gegen das Führungselement 35
drückt. Um eine sichere Auflagefläche am Führungselement 35
für die Druckfeder 50 zu haben, ist die dem Drallelement 47
abgewandte Stirnseite mit einer Ausnehmung 52 versehen, an
deren Grund 53 die Druckfeder 50 anliegt.
Das Führungselement 35 weist eine maßgenaue innere
Führungsöffnung 55 auf, durch die sich die Ventilnadel 20
während ihrer Axialbewegung hindurch bewegt. Der
Außendurchmesser des Führungselements 35 ist kleiner gewählt
als der Durchmesser der Durchgangsöffnung 24 stromabwärts
der Stufe 51. Damit wird eine Brennstoffströmung am äußeren
Umfang des Führungselements 35 entlang in Richtung zur
Ventilsitzfläche 27 garantiert. Der Brennstoff strömt
stromabwärts des Führungselements 35 unmittelbar in das
Drallelement 47, das Fig. 3 in einer Draufsicht zeigt, ein.
Zum verbesserten Einströmen nahe des äußeren Randes des
Drallelements 47 ist das Führungselement 35 an seiner
unteren Stirnseite z. B. mit einer umlaufenden Fase 56
versehen.
Die drei Elemente 35, 47 und 26 liegen unmittelbar mit ihren
jeweiligen Stirnflächen aneinander. Bevor eine feste
Verbindung des Ventilsitzelements 26 am Ventilsitzträger 21
vorgenommen wird, erfolgt eine Ausrichtung des
Ventilsitzelements 26. Das Ventilsitzelement 26 wird durch
ein Werkzeug z. B. in Form eines Stempels 58, der in Fig. 2
nur schematisch angedeutet ist und der an der äußeren
stromabwärtigen Stirnseite des Ventilsitzelements 26 sowie
des Ventilsitzträgers 21 anliegt, gegenüber der Längsachse
des Ventilsitzträgers 21 ausgerichtet. Dieser
Schweißausrichtstempel 58 hat z. B. über den Umfang verteilt
einige Aussparungen 59, durch die das Ventilsitzelement 26
mit dem Ventilsitzträger 21 punktweise laserverschweißt
wird. Nach dem Entfernen des Stempels 58 kann das
Ventilsitzelement 26 vollständig umlaufend mit einer dichten
Schweißnaht 61 eingeschweißt werden. Nachfolgend wird
beispielsweise wiederum das Führungselement 35 gegenüber dem
Ventilsitzelement 26 mittels der an der Ventilsitzfläche 27
aufsitzenden Ventilnadel 20 ausgerichtet.
In Fig. 3 ist ein zwischen Führungselement 35 und
Ventilsitzelement 26 eingebettetes Drallelement 47 als
Einzelbauteil in einer Draufsicht dargestellt, das mit
möglichst geringem Spiel am Umfang in der Durchgangsöffnung
24 geführt ist. Das Drallelement 47 kann kostengünstig
beispielsweise mittels Stanzen, Drahterodieren,
Laserschneiden, Ätzen oder anderen bekannten Verfahren aus
einem Blech oder durch galvanische Abscheidung hergestellt
werden. In dem Drallelement 47 ist ein innerer
Öffnungsbereich 60 ausgeformt, der über die gesamte axiale
Dicke des Drallelements 47 verläuft. Der Öffnungsbereich 60
wird von einer inneren Drallkammer 62, durch die sich der
Ventilschließabschnitt 28 der Ventilnadel 20 hindurch
erstreckt, und von einer Vielzahl von in die Drallkammer 62
mündenden Drallkanälen 63 gebildet. Die Drallkanäle 63
münden tangential in die Drallkammer 62 und stehen mit ihren
der Drallkammer 62 abgewandten Enden 65 nicht mit dem
äußeren Umfang des Drallelements 47 in Verbindung. Vielmehr
verbleibt zwischen den Enden 65 der Drallkanäle 63 und dem
äußeren Umfang des Drallelements 47 ein umlaufender
Randbereich 66.
Bei eingebauter Ventilnadel 20 wird die Drallkammer 62 nach
innen von der Ventilnadel 20 (Ventilschließabschnitt 28) und
nach außen durch die Wandung des Öffnungsbereichs 60 des
Drallelements 47 begrenzt. Durch die tangentiale Einmündung
der Drallkanäle 63 in die Drallkammer 62 bekommt der
Brennstoff einen Drehimpuls aufgeprägt, der in der weiteren
Strömung bis in die Austrittsöffnung 32 erhalten bleibt.
Durch die Fliehkraft wird der Brennstoff hohlkegelförmig
abgespritzt. Eine gewünschte Verlängerung der Drallkanäle 63
wird z. B. durch ein Krümmen oder Abknicken erreicht. Die
hakenförmig abgeknickten Enden 65 der Drallkanäle 63 dienen
als Sammeltaschen, die großflächig ein Reservoir zum
turbulenzarmen Einströmen des Brennstoffs bilden. Nach der
Strömungsumlenkung tritt der Brennstoff langsam und
turbulenzarm in die eigentlichen tangentialen Drallkanäle 63
ein, wodurch ein weitgehend störungsfreier Drall erzeugbar
ist.
In den weiteren Ausführungsbeispielen der nachfolgenden
Figuren sind die gegenüber dem in den Fig. 1 und 2
dargestellten Ausführungsbeispiel gleichbleibenden bzw.
gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet. Der in Fig. 4 dargestellte Führungs- und
Sitzbereich unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten
hauptsächlich dadurch, daß eine andere
Befestigungsmöglichkeit des Ventilsitzelements 26 am
Ventilsitzträger 21 vorgesehen ist. Da das Ende 25 des
Ventilsitzträgers 21 stromabwärts der Stufe 51 verkürzt
ausgeführt ist, findet von den drei Elementen 35, 47 und 26
nur das Führungselement 35 Aufnahme in der Durchgangsöffnung
24 des Ventilsitzträgers 21. Dagegen liegt das Drallelement
47 stirnseitig 82 am unteren Ende 25 des Ventilsitzträgers
21 an. Das mit einem größeren Außendurchmesser ausgebildete
Drallelement 47 kann in vorteilhafter Weise längere
Drallkanäle 63 besitzen, so daß eine noch turbulenzärmere
Strömung erzielbar ist. Entsprechend dem äußeren Durchmesser
des Drallelements 47 weist auch das Ventilsitzelement 26
diesen vergrößerten Außendurchmesser auf. Die Befestigung
des Ventilsitzelements 26 am Ventilsitzträger 21 erfolgt
z. B. mittels einer umlaufenden Schweißnaht 61 am äußeren
Umfang des Ventilsitzelements 26, wobei die Schweißnaht 61
im Bereich des Drallelements 47 vorgesehen sein kann, so daß
das Drallelement 47 außerhalb seiner Drallkanäle 63
unmittelbar mit dem Ventilsitzträger 21 verschweißt ist.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel eines
Brennstoffeinspritzventils ist der Ventilsitzträger 21
deutlich dünnwandiger ausgeführt als bei dem in Fig. 1
gezeigten Ausführungsbeispiel. Während sich die Druckfeder
50 mit ihrem unteren Ende an der oberen Stirnseite des
Führungselements 35 ohne Ausnehmung 52 abstützt, liegt die
Druckfeder 50 mit ihrem gegenüberliegenden Ende an einer
Stützscheibe 68 an. Die Stützscheibe 68 ist durch eine
Schweißnaht fest mit dem oberen Ende des Ventilsitzträgers
21 verbunden. Anstelle der Verbindungskanäle 41 im
Ventilsitzträger 21 besitzt bei dieser Ausführungsform die
Stützscheibe 68 mehrere axial verlaufende und durchgehende
Verbindungskanäle 41. Zur verbesserten Strömung des
Brennstoffs ist am äußeren Umfang des Führungselements 35
wenigstens ein nutähnlicher Strömungskanal 69 ausgebildet,
der besonders in Fig. 6 deutlich wird.
In Fig. 6 ist der Führungs- und Sitzbereich als Ausschnitt
aus Fig. 5 nochmals in geändertem Maßstab dargestellt, um
diesen erfindungsgemäß ausgebildeten Ventilbereich besser zu
verdeutlichen. Der im abspritzseitigen Ende 25 des
Ventilsitzträgers 21 in dessen Durchgangsöffnung 24
vorgesehene Führungs- und Sitzbereich wird wiederum durch
die drei axial aufeinanderfolgenden, scheibenförmigen
Elemente 35, 47 und 26 gebildet. Am unteren Ende 25 des
Ventilsitzträgers 21 ist die innere Durchgangsöffnung 24 in
Strömungsrichtung konisch verjüngt ausgeführt. Entsprechend
weist auch das Ventilsitzelement 26 zum genauen Einpassen in
den Ventilsitzträger 21 eine sich konisch verjüngende
Außenkontur auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die
drei Elemente 35, 47 und 26 durch die Durchgangsöffnung 24
von oben, also von der dem Anker 19 zugewandten Seite her
eingeführt, wobei mit dem Ventilsitzelement 26 begonnen
wird. In diesem Fall ist die Schweißnaht 61 am unteren Ende
25 des Ventilsitzträgers 21 deutlich geringer belastet. Das
Drallelement 47 weist einen solchen Außendurchmesser auf,
das es straff mit geringem Spiel in die Durchgangsöffnung 24
des Ventilsitzträgers 21 eingepaßt werden kann.
In Fig. 7 ist ein weiterer Führungs- und Sitzbereich
dargestellt, bei dem das Ende 25 des Ventilsitzträgers 21
umfänglich von einem zusätzlichen rohrförmigen
Befestigungsteil 70 umgeben ist. Ähnlich wie beim in Fig. 4
gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Drallelement 47 und
das Ventilsitzelement 26 mit einem größeren Außendurchmesser
versehen als dem Durchmesser der Durchgangsöffnung 24,
weshalb das Drallelement 47 am Ende 25 des Ventilsitzträgers
21 stirnseitig 82 anliegt. Das Führungselement 35 ist als
flache Scheibe ausgeführt und innerhalb der
Durchgangsöffnung 24 angeordnet, wobei der Außendurchmesser
deutlich geringer ist als der Durchmesser der
Durchgangsöffnung 24, so daß Brennstoff am äußeren Umfang
des Führungselements 35 axial entlang strömen kann.
Die feste Verbindung von Ventilsitzelement 26 und
Ventilsitzträger 21 wird durch das zusätzliche
Befestigungsteil 70 erzielt. Das dünnwandige, rohrförmige
Befestigungsteil 70 umgibt nämlich sowohl das
Ventilsitzelement 26 und das Drallelement 47 als auch das
Ende 25 des Ventilsitzträgers 21. Mit der Schweißnaht 61
sind das Ventilsitzelement 26 und das Befestigungsteil 70 an
ihren unteren bündig abschließenden Stirnflächen miteinander
verbunden. In besonders vorteilhafter Weise besitzt das
Befestigungsteil 70 an seiner unteren Stirnfläche eine nach
innen ragende, umlaufende Schulter 74, an der das
Ventilsitzelement 26 mit einer Stufe 75 aufsitzen kann.
Aufgrund dieser Ausbildung des Befestigungsteils 70 kann die
Schweißnaht 61 mit weniger Materialauftrag und damit
verbundenen geringerem Schweißverzug angebracht werden. Die
Schweißnaht 61 ist bei einer solchen Ausführung deutlich
geringer belastet als bei der Ausführung gemäß Fig. 2. Die
Schweißung kann also mit geringerer thermischer Energie
erfolgen, wodurch die Formgenauigkeit des Ventilsitzelements
26 auf jeden Fall garantiert ist.
Die Verbindung von Ventilsitzträger 21 und Befestigungsteil
70 übernimmt eine zweite, beispielsweise etwas stärker als
die Schweißnaht 61 ausgebildete Schweißnaht 71, die z. B.
stromaufwärts des Führungselements 35 vom äußeren Umfang des
Befestigungsteils 70 her angebracht wird. Durch das
zusätzliche Befestigungsteil 70 können das Drallelement 47
und das Führungselement 35 sehr genau zur Längsachse des
Ventilsitzträgers 21 ausgerichtet werden, womit ein
Verkanten oder Verklemmen des Führungselements 35 auf der
Ventilnadel 20 vermieden wird. Das Drallelement 47 weist
einen solchen Außendurchmesser auf, das es straff in das
Befestigungsteil 70 eingepaßt werden kann. In der
Durchgangsöffnung 24 des Ventilsitzträgers 21 ist wiederum
die Druckfeder 50 eingebaut, die mit ihrem einen Ende an dem
federverspannten Führungselement 35 anliegt und die sich mit
ihrem dem Führungselement 35 abgewandten Ende an dem Absatz
49 im Ventilsitzträger 21 abstützt. Zwischen einem äußeren
Absatz 72 am Ventilsitzträger 21 und dem der Schweißnaht 61
abgewandten oberen Ende des Befestigungsteils 70 ist
beispielsweise ein Dichtelement 73 eingesetzt.
Wie bereits erwähnt, kann der Ventilschließabschnitt 28
anstelle des kegelstumpfförmigen Verlaufs auch anderweitig,
z. B. kugelig ausgebildet sein. Bei einem solchen
Kugelabschnitt am stromabwärtigen Ende der Ventilnadel 20
liegt der Kugelmittelpunkt in vorteilhafter Weise in axialer
Höhe des Führungselements 35. So wird wirkungsvoll
verhindert, daß sich die Ventilnadel 20 im Führungselement
35 verklemmt.
Ein Ausführungsbeispiel, bei dem auf eine gegen das
Führungselement 35 wirkende Druckfeder 50 verzichtet wird,
zeigt Fig. 8. Die in der Durchgangsöffnung 24 vorgesehene
Stufe 51 dient hier nicht nur der Vergrößerung des
Öffnungsdurchmessers zur Aufnahme der Elemente 35, 47 und
26, sondern auch als Anlagefläche für die obere Stirnseite
des Führungselements 35. Um eine Strömung des Brennstoffs in
Richtung zur Ventilsitzfläche 27 zu gewährleisten, ist am
äußeren Umfang des Führungselements 35 wenigstens ein
nutähnlicher Strömungskanal 69 ausgebildet. Diese
Strömungskanäle 69 haben an der oberen Stirnseite des
Führungselements 35 eine so große radiale Erstreckung, daß
Brennstoff von stromaufwärts der Stufe 51 ungehindert in sie
eintreten kann.
Nach Durchströmen des wenigstens einen Strömungskanals 69
tritt der Brennstoff in einen sich zwischen Führungselement
35 und Drallelement 47 befindlichen Ringraum 76, der sich
durch die an der unteren Stirnseite des Führungselements 35
angeformte umlaufende Fase 56 ergibt. Aus dem Ringraum 76
fließt der Brennstoff in den Öffnungsbereich 60,
insbesondere in die als Sammeltaschen dienenden Enden 65 der
Drallkanäle 63 des Drallelements 47. In bereits erläuterter
Weise werden im Fluid auftretende störende Turbulenzen in
Sammeltaschen 65 abgebaut.
Für alle Ausführungsbeispiele gilt, daß das Spiel zwischen
der Ventilnadel 20 und dem Führungselement 35 in der
Führungsöffnung 55 sehr gering ist, damit es in diesem
Bereich aufgrund der Druckdifferenz zwischen den beiden
Stirnseiten des Führungselements 35 nicht zu einem Leckstrom
des Brennstoffs kommt. Bei dem in Fig. 8 dargestellten
Ausführungsbeispiel werden die drei Elemente 35, 47 und 26
in der Durchgangsöffnung 24 vorfixiert. Das Führungselement
35 weist in der Durchgangsöffnung 24 ein deutlich größeres
Spiel auf als die Ventilnadel 20 in der Führungsöffnung 55.
So kann noch nachfolgend die endgültige Ausrichtung des
Führungselements 35 gegenüber dem Ventilsitzelement 26
vorgenommen werden, wobei die Ausrichtung mit Hilfe der
Ventilnadel 20 oder einem eine vergleichbare Kontur
aufweisenden Hilfskörper erfolgt. Nach dem Ausrichten der
Elemente 35, 47 und 26 werden diese axial gegen die Stufe 51
im Ventilsitzträger 21 verspannt, und das Ventilsitzelement
26 wird unter Beibehaltung dieser Spannung mit dem
Ventilsitzträger 21 an der stromabwärtigen Stirnfläche
verschweißt (Schweißnaht 61).
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 kann auch so ausgeführt
sein, daß die Elemente 35, 47 und 26 durch geringes Spiel
oder sogar Pressung in der Durchgangsöffnung 24 fixiert
werden. Zusätzlich kann das Ventilsitzelement 26 durch die
Schweißnaht 61 oder durch Bördeln in der Durchgangsöffnung
24 befestigt sein.
In Fig. 9 ist ein weiterer Führungs- und Sitzbereich eines
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils dargestellt,
bei dem kein separates Führungselement 35 vorgesehen ist.
Vielmehr weist der teilweise das Ventilgehäuse bildende
Ventilsitzträger 21 einen unteren, dem Ventilsitzelement 26
zugewandten Führungsabschnitt 35' auf. Die Führungsöffnung
55 zur Führung der Ventilnadel 20 ist also in dem
Ventilsitzträger 21 integriert. Die Durchgangsöffnung 24 im
Ventilsitzträger 21 endet somit als Führungsöffnung 55 in
stromabwärtiger Richtung. Stromaufwärts der Führungsöffnung
24 zweigen aus der Durchgangsöffnung 24 in einem sich in
stromabwärtiger Richtung konisch verjüngenden
Öffnungsabschnitt 79 eine oder mehrere beispielsweise schräg
zur Ventillängsachse 8 verlaufende Strömungsöffnungen 81 ab,
die an der unteren abspritzseitigen Stirnseite 82 des
Ventilsitzträgers 21 enden.
Aus diesen Strömungsöffnungen 81 kommend strömt der
Brennstoff unmittelbar in die Drallkanäle 63 des
stromabwärts unmittelbar folgenden Drallelements 47. An der
abspritzseitigen Stirnseite 82 des Ventilsitzträgers 21 sind
aufeinanderfolgend das Drallelement 47 und das
Ventilsitzelement 26 mit seiner Ventilsitzfläche 27 mittels
zweier ringförmiger, am äußeren Umfang angebrachter
Schweißnähte 83 und 84 dicht befestigt. Sowohl der
Ventilsitzträger 21 als auch das Drallelement 47 und das
Ventilsitzelement 26 weisen dazu beispielsweise den gleichen
Außendurchmesser auf.
Claims (17)
1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen
von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten
Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer
Brennkraftmaschine, mit einem elektromagnetischen Kreis, mit
einer axial entlang einer Ventillängsachse bewegbaren
Ventilnadel, die einen Ventilschließabschnitt aufweist, der
zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen
Ventilsitz zusammenwirkt, der an einem Ventilsitzelement
ausgebildet ist, und mit einem unmittelbar stromaufwärts des
Ventilsitzes angeordneten scheibenförmigen Drallelement,
dadurch gekennzeichnet, daß das Drallelement (47) einen
inneren Öffnungsbereich (60) mit mehreren Drallkanälen (63)
besitzt, der sich vollständig über die gesamte axiale Dicke
des Drallelements (47) erstreckt, wobei die Drallkanäle (63)
durch einen umlaufenden Randbereich (66) nicht mit dem
äußeren Umfang des Drallelements (47) in Verbindung stehen.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der innere Öffnungsbereich (60) des
Drallelements (47) mittels Stanzen ausformbar ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der innere Öffnungsbereich (60) von
einer inneren Drallkammer (62) und von einer Vielzahl von in
die Drallkammer (62) mündenden Drallkanälen (63) gebildet
ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (63) tangential in die
Drallkammer (62) münden.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (63) von der Drallkammer
(62) entfernt liegende, hakenförmig abgeknickte Enden (65)
aufweisen.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß innerhalb der Drallkammer (62) die
Ventilnadel (20) axial bewegbar ist.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar
stromaufwärts des Drallelements (47) ein separat
ausgebildetes Führungselement (35) mit einer inneren
Führungsöffnung (55) zur Führung der die Führungsöffnung
(55) durchdringenden Ventilnadel (20) angeordnet ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Führungselement (35) radial
beweglich gegenüber dem Ventilsitz (27) ausgeführt ist.
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Führungselement (35) mittels einer
Druckfeder (50) gegen das Drallelement (47) und somit
indirekt gegen das Ventilsitzelement (26) gedrückt wird.
10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das ansonsten scheibenförmige
Führungselement (35) eine Ausnehmung (52) aufweist, an deren
Grund (53) sich die Druckfeder (50) abstützt.
11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß am äußeren Umfang des Führungselements
(35) wenigstens ein nutähnlicher Strömungskanal (69)
ausgeformt ist.
12. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Führungselement (35) mit seiner
einen Stirnseite an dem Drallelement (47) und mit seiner
anderen gegenüberliegenden Stirnseite an einer Stufe (51)
eines Ventilsitzträgers (21) anliegt, so daß das
Führungselement (35) axial gehäuseverspannt ist.
13. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Führungselement (35), das
Drallelement (47) und das Ventilsitzelement (26) mit
geringem Spiel oder Pressung im Ventilsitzträger (21)
fixiert sind.
14. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar stromaufwärts des
Drallelements (47) ein Führungsabschnitt (35') eines
Ventilsitzträgers (21) mit einer inneren Führungsöffnung
(55) zur Führung der die Führungsöffnung (55)
durchdringenden Ventilnadel (20) angeordnet ist.
15. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß das Drallelement (47) und das
Ventilsitzelement (26) zusammen mit einem Führungselement
(35) in einer Durchgangsöffnung (24) eines Ventilsitzträgers
(21) angeordnet und somit vom Ventilsitzträger (21) in
Umfangsrichtung vollständig umgeben sind.
16. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß das Drallelement (47) an
einer unteren abspritzseitigen Stirnseite (82) eines
Ventilsitzträgers (21) anliegt und somit einen größeren
Außendurchmesser aufweist als eine innere Durchgangsöffnung
(24) des Ventilsitzträgers (21).
17. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß am äußeren Umfang des stromabwärtigen
Endes (25) des Ventilsitzträgers (21) ein rohrförmiges
Befestigungsteil (70) angeordnet ist, das am
Ventilsitzträger (21) und am Ventilsitzelement (26) mit
jeweils einer Schweißnaht (61, 71) befestigt ist.
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