DE2418227C3 - Niederdruckeinspritzventil für die Einbringung von flüssigem Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

15

20

25

Die Erfindung betrifft ein Niederdruckeinspritzventil zur Einbringung von flüssigem Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, das als Membranventil ausgebildet eine in einem Ventilgehäuse axial bewegliche, eine Einspritzöffnung steuernde Ventilnadel aufweist, deren eine Stirnseite mit der Einspritzöffnung in einer elastischen, dem Brennraum zugerichteten Membran zusammenwirkt und deren Endlagen über mechanische Anschläge festgelegt, die Einspritz- oder Absperrstellung bestimmen.

Bei einem bekannten Niederdruckeinspritzventil dieser Art (DT-PS 3 63 572) weist die quer zur Membran bewegliche Ventilnadel eine, bezogen auf die Membran, vordere Absperrstellung und eine rückwärtige Einspritzstellung auf und es sind die jeweiligen Endlagen der Ventilnadel durch deren Betätigungsgestänge bestimmt. In Verbindung mit den bei Ventilbetätigungen auftretenden Beschleunigungskräften können sich dabei für die hochfeine und verletzbare Membran erhebliche Beanspruchungen ergeben, da fertigungs- und verschleißbedingt ein gewisses Gestängespiel nicht ausgeschlossen werden kann. Dieses hat aber zur Folge, daß die vordere Absperrstellung nicht exakt definiert ist, so daß die Membran beim Einleiten des Absperrvorganges, bei dem brennraumseitig zumindest noch kein wesentlicher Gegendruck herrscht, ohne Abstützung schlagartig gegen den Brennraum ausgewölbt wird und daß nach Absperrung und bei aufgebautem Gegendruck die Membran im Rahmen des gegebenen Spieles in Gegenrichtung eingewölbt wird. Diesen unkontrollierbar hohen und beim Schließen auch schlagartig auftretenden Belastungen sind insbesondere dann, wenn nur kleinste Kraftstoffmengen eingespritzt werden wi sollen, auch erhebliche thermische Belastungen überlagert, da bei nur kleinen Einspritzmengen der Kraftstoffdurchsatz für eine wirksame Kühlung der rückseitig vom Kraftstoff beaufschlagten Membran zu gering ist.

Durch die erfindungsgeinäße Ausgestaltung soll bei h^r> Niederdruckeinspritzventilen der genannten Art deren mechanische und thermische Beanspruchung zuverlässig in zulässigen Grenzen gehalten werden können.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Ventilnadel mit einem Bund ausgestattet ist, der mit Anschlagflächen im Ventilgehäuse zusammenwirkt, wobei sowohl in Einspritz- wie in Absperrstellung bei Gegendruck aus dem Brennraum die dem Brennraum abgewandte Seite des Bundes an der dem Brennraum zugewandten Anschlagfläche des Ventilgehäuses anliegt und zur Kühlung der Membran ein Rücklauf für zumindest eine Teilmenge des in das Ventilgehäuse eingeführten Brennstoffes vorgesehen ist

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die Anschläge durch dem Ventilgehäuse zugeordnete Anschlagflächen gebildet Dadurch ist die Bewegung der Ventilnadel gegen die Membran exakt begrenzbar und damit auch die Größe der Beaufschlagungskraft beim Auftreffen der Ventilnadel auf die Membran definiert festzulegen. Die Beaufschlagungskraft kann dabei auf geringe Werte beschränkt werden, da zu Beginn des Schließvorganges nur geringe Dichtkräfte notwendig sind und die mit zunehmendem Brennraumdruck notwendig werdenden größeren Dichtkräfte sich unabhängig von den über die Stellelemente für die Ventilnadel aufzubauenden Stützkräften nach erfolgter Anlage des Anschlagbundes an der dem Brennraum zugewandten Anschlagfläche des Gehäuses selbsttätig aufbauen, wobei in Wirkungsrichtung des Brennraumdruckes eine Membrandurchbiegung definierter Größe zugelassen wird. Neben der durch die erfindungsgemäße Lösung erreichten Begrenzung der mechanischen Beanspruchungen der Membran läßt sich zugleich deren thermische Belastung unabhängig von der jeweiligen Einspritzmenge auf vorgegebene Grenzwerte in Abhängigkeit von der jeweils durch das Ventilgehäuse geführten Brennstoffmenge begrenzen.

Die Begrenzung des Ventilnadelweges durch gehäuseseitige Anschläge, die mit einem der Ventilnadel zugeordneten Bund zusammenwirken, ist an sich bekannt (DT-OS 14 76 146). Abgesehen davon, daß bei diesem bekannten Einspritzventil die Ventilnadel nicht mit einer Membran zusammenwirkt und damit die insoweit gegebenen Probleme gar nicht angesprochen sein können, kommt einmal die dem Einspritzraum abgewandte Anschlagfläche des Gehäuses praktisch nicht zur Wirkung, da die Ventilnadel in ihrer vorderen Lage auf einem der Einspritzöffnung zugeordneten Dichtsitz als Anschlag aufliegt. Zum anderen dient der dem Brennraum zugeordnete Anschlag lediglich der Begrenzung des Ventilnadelweges in Öffnungsrichtung. Schließlich ist dieses bekannte Niederdruckeinspritzventil aber auch auf gänzlich andere Einsatzverhältnisse ausgelegt, da es zur Saugrohreinspritzung eingesetzt werden soll.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsmittelschnitt durch eine schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen, als Membranventil ausgebildeten Niederdruckeinspritzventiles,

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform des Membranbereiches des Ventiles gemäß Fig. 1, wobei der Rücklaufkanal als Ringspalt ausgebildet ist.

Das in Fig. 1 dargestellte, als Membranventil ausgebildete Niederdruckventil zur Einbringung von flüssigem Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfaßt ein Ventilgehäuse t, in dessen Längsbohrung 2 eine gegen die Membran 4 federbelastete Ventilnadel 3 längsverschieblich angeordnet ist. Die Membran 4 ist in Bewegungsrichtung der Ventilnadel 3 elastisch nachgiebig, zentral mit einer

Einspritzöffnung 5 versehen, die über die zugewandte Stirnseite der Ventilnadel 3 abzudecken und außerdem einstückig mit dem Ventilgehäuse 1 ausgebildet ist Entgegen der hier nicht dargestellten Feder, über die die Ventilnadel 3 gegen die Membran 4 belastet, ist, kann die Ventilnadel 3 magnetisch angehoben werden. Der mit der Ventilnadel 3 verbundene Magnetkern ist mit 16 bezeichnet und liegt in einem den oberen Teil des Ventilgehäuses 1 übergreifenden Außengehäuse 15, dem auch die hier nicht dargestellte Spule zugeordnet ist

Der Hubweg der Ventilnadel 3 ist durch Anschläge begrenzt, die gehäuseseitig durch Anschlagflächen 10 und 11 und ventilnadelseitig durch die Seiten 8, 9 eines Bundes 7 der Ventilnadel 3 gebildet sind. Hierbei ist die vom Brennraum cbgewandte Seite des Bundes 7 der dem Brennraum zugewandten, gehäuseseitigen Anschlagfläche 11 und die dem Brennraum zugewandte Seite 8 des Bundes 7 der vom Brennraum abgewandten, gehäuseseitigen Anschlagfläche 10 zugeordnet.

Die gehäuseseitigen Anschlagflächen 10, 11 werden durch die Stirnseiten einer Ausnehmung 12 des Gehäuses gebildet, die nach oben durch eine Abdeckung 13 verschlossen ist, welche bei scheibenförmiger Ausbildung einen Radialspalt 14 aufweist, so daß sie von der Seite her über die Ventilnadel 3 zu schieben ist. Die notwendige Fixierung der Abdeckung 13 in Achsrichtung der Ventilnadel 3 erfolgt über das Gehäuse 15, das das Ventilgehäuse 1 übergreift und die Abdeckung 13 gegenüber diesem fixiert.

Die Ausnehmung 12 ist hinsichtlich des Abstandes der Anschlagflächen 10, 11 und der Dicke des Bundes 7 so bemessen, daß bei über die Magnetspule angehobener und mit der Seite 9 des Bundes 7 an der Anschlagfläche 11 anliegender Ventilnadel die Einspritzöffnung 5 zumindest dann freigegeben ist, wenn die Membran 4 etwa ihre äußere Endlage einnimmt.

Die Ventilnadel 3 ist zur Brennstoffversorgung im dargestellten Ausführungsbeispiel in ihrem oberen Bereich zentral mit einer Bohrung 17 versehen, die über wenigstens eine Querbohrung 18 oberhalb der Membran 4 auf die Längsbohrung 2 ausmündet, die in ihrem der Membran 4 benachbarten, unterhalb der Querbohrung 18 liegenden Bereich die Ventilnadel 3 mit Spiel aufnimmt Über die Bohrung 17 zugeführter Brennstoff, insbesondere Dieselöl oder Benzin strömt über die Querbohrungen 18 in die Längsbohrung 2, in der er in den Bereich der Membran 4 gelangt und entweder bei abgehobener Ventilnadel 3 über die Einspritzöffnung 5 teilweise ausgespritzt wird oder über einen Rücklaufkanal 19 wieder aus dem Einspritzventil abströmt. Der Rücklaufkanal 19 erstreckt sich dabei innerhalb des Ventilgehäuses 1 zunächst parallel zur Längsbohrung 2 und mündet dann in einem vom Gehäuse 15 überdeckten Bereich in einen Ringkanai 20 aus, der durch eine Umfangsnut im Ventilgehäuse 1 gebildet ist. Vom Ringkanal 20 strömt die Flüssigkeit in nicht näher dargestellter Weise zu einem Vorratsbehälter, also beispielsweise zum Kraftstofftank.

Innerhalb der Längsbohrung 2 des Ventilgehäuses 1 wi ist die Ventilnadel 3 nahe dem Bund 7, und bevorzugt zwischen diesem und der Querbohrung 18 mit einem auf den Durchmesser der Längsbohrung 2 abgestimmten Führungsabschnitt 21 versehen, der einen dem Längsbohrungsdurchniesser entsprechenden Querschnitt auf- „■-, weist. Nahe dem der Membran 4 benachbarten Endbereich 6 der Ventilnadel 3 ist ein weiterer Führungsabschnitt 22 vorgesehen, der über seinen Umfang mehrere angefaste Abschnitte 23 aufweist, über die der durch die Querbohrung 18 in die Längsbohrung 2 übergetretene Brennstoff zur Einspritzöffnung 5 bzw. zum Rücklaufkanal 19 strömt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ist die Membran 4 entsprechend der Halbkugelform des stirnseitigen Ventilnadelendes ausgewölbt, so daß sich beim Anlegen der Ventilnadel 3 an der Membran 4 eine flächige Abdichtung der Einspritzöffnung 5 ergibt, die verhindert, daß sich zwischen der Ventilnadel 3 und der Membran 4 in dem um die Einspritzöffnung 5 liegenden Bereich ein dem Flüssigkeitsdruck entsprechender Druck aufbaut.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 ist die die Einspritzöffnung 5' enthaltende Membran 4' zwar wiederum einstückig mit dem Ventilgehäuse Γ ausgebildet, aber etwa eben gestaltet, so daß sich bei der Halbkugelform des zugehörigen Ventilnadelendes eine im wesentlichen punktuelle Anlage zwischen der Ventilnadel 3' und der Membran 4' ergibt. Insbesondere bei niedrigen Flüssigkeitsdrücken führt auch eine derartige Ausgestaltung der Membran 4' zu einer vollen Abdichtung der Einspritzöffnung 5'. In beiden Ausführungsformen erstreckt sich die Membran 4 bzw. 4' nahezu über den vollen Querschnitt des Ventilgehäuses 1, so daß über den dem Ventil zugeführten Brennstoff auch bei verhältnismäßig geringen Strömungsgeschwindigkeiten und Durchsatzmengen eine ausreichende Kühlung der Membran, und damit auch der Ventilnadel 3 im entsprechenden Endbereich erreicht wird. Zur Verbesserung der Kühlung kann, wie in F i g. 2 angedeutet, der Rücklauf 19' durch einen Ringspalt gebildet sein, so daß auch eine gute Abschirmung gegen radial einströmende Wärme gegeben ist.

Im Hinblick auf den Einsatz des gezeigten Niederdruckeinspritzventiles zur Einbringung von flüssigem Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine kann davon ausgegangen werden, daß zumindest in der Endphase des Ansaugens im Brennraum ein Unterdruck herrscht, so daß die Membran 4 bzw. 4' nicht durch Gasdruck in Richtung auf die Ventilnadel 3 belastet ist. Durch Anheben der Ventilnadel 3, beispielsweise über die angedeutete magnetische Betätigungsvorrichtung kommt nun die Ventilnadel 3 von der Membran 4 frei, so daß über die Einspritzöffnung 5 eingespritzt werden kann. Die hierfür benötigten Flüsssigkeitsdrücke sind vergleichsweise gering und liegen beispielsweise in der Größenordnung von etwa 2 bar.

Nach Beendigung des Einspritzvorganges wird die Ventilnadel 3 wieder freigegeben und wird nun wegen der gegebenen Federbelastung in Richtung auf die Membran 4 verschoben, so daß der Einspritzvorgang abgesteuert wird.

Mit dem Verschließen der Einspritzöffnung 5 durch die unter Federbelastung stehende Ventilnadel 3 fällt zeitlich das Ende der Ansaugphase der Maschine zusammen, und es beginnt sich nun im Brennraum der Maschine der Kompressionsdruck aufzubauen. Dies führt zu einer Belastung der Membran 4 gegen die Ventilnadel 3, die zunächst eine zusätzliche Anpressung der Membran 4 gegen die Ventilnadel 3 bewirkt. Übersteigt die durch den Kompressionsdruck bedingte Belastung der Membran 4 die Größe der entgegengesetzt gerichteten Kräfte, also der durch Flüssigkeitsdruck und Federdruck bedingten Kräfte, so wird die Ventilnadel 3 über die Membran 4 in ihre obere Endlage verschoben, in der die vom Brennraum abgewandte Seite 9 des Bundes 7 gegen die Anschlagfläche 11

anliegt. Ein Abheben der Ventilnadel 3 von der Düsenöffnung 5 ist dementsprechend auch bei höchsten Drücken ausgeschlossen. Es braucht somit bei der geschilderten Lösung die Federkraft nur so hoch gewählt zu werden, daß die Ventilnadel 3 unter Berücksichtigung etwaiger durch den Flüssigkeitsdruck bedingter Gegenkräfte sowie der verhältnismäßig geringen Gaskräfte, die bei noch nicht gegen das Gehäuse abgestützter Ventilnadel 3 über die Einspritzöffnung wirksam werden, nicht von der Membran 4 abhebt.

Die Düsennadel 3 ist somit in ihrer Einspritzstellung, wie auch in ihrer Absperrstellung, bei Gegendruck aus dem Brennraum über die vom Brennraum abgewandte Seite 9 ihres Anschlagbundes 7 gegen die dem Brennraum zugewandte, gehäuseseitige Anschlagfläche 11 abgestützt, während ihre Bewegung in Gegenrichtung durch die vom Brennraum abgewandte, gehäuseseitige Anschlagfläche 10 im Zusammenwirken mit der dem Brennraum zugewandten Seite 8 des Bundes 7 begrenzt ist. Die mechanischen Belastungen der Membran bzw. deren mögliche Verformungen sind

ίο damit auf verhältnismäßig kleine Werte begrenzt und führen deshalb zu keinen Schaden, zumal durch die vorgesehene Kühlung auch die thermische Belastung klein gehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Niederdruckeinspritzventil zur Einbringung von flüssigem Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, das als Membranventil ausgebildet eine in einem Ventilgehäuse axial bewegliche, eine Einspritzöffnung steuernde Ventilnadel aufweist, deren eine Stirnseite mit der Einspritzöffnung in einer elastischen, dem Brennraum zugerichteten Membran zusammenwirkt und deren Endlagen über mechanische Anschläge festgelegt, die Einspritz- und Absperrstellung bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (3) mit einem Bund (7) ausgestattet ist der mit Anschlagflächen (10, 11) im Ventilgehäuse (1) zusammenwirkt, wobei sowohl in Einspritz- wie in Absperrstellung bei Gegendruck aus dem Brennraum die dem Brennraum abgewandte Seite (9) des Bundes an der dem Brennraum zugewandten Anschlagfläche (11) des Ventilgehäuses anliegt und zur Kühlung der Membran (4) ein Rücklauf (19) für zumindest eine Teilmenge des in das Ventilgehäuse eingeführten Brennstoffes vorgesehen ist.

   10