DE2618135A1 - Kraftstoffeinspritzventil und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents
Kraftstoffeinspritzventil und verfahren zur herstellung desselbenInfo
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Description
Patentanwälte ^ " '^ '
DFpI.-Ing. B. Eder
Dipl.-Ins. K. Schieschkfc
Dipl.-Ins. K. Schieschkfc
IT T Ή TOYO BEARING CO. LTD.
Osaka / Japan
Kraftstoffeinspritzventil und Verfahren zur Herstellung desselben
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil für Explosionsmotoren, in welchen verdichtetes Gasgemisch,
von außen gezündet, verbrannt wird, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Ventils.
Es sind mehrere Arten von Kraftstoffeinspritzventilen bekannt.
Sie werden in Verbindung mit Kraftstoffeinspritzvorrichtungen
verwendet, die intermittierend Kraftstoff einspritzen. Sie müssen einerseits ein vollständiges öffnen
während der unter Druck ais der Einspritzvorrichtung erfolgenden
Kraftstoffzufuhr gewährleisten, damit der Kraftstoff nebelartig zerstäuben kann, und andererseits müssen sie bei Unterbrechung
der Kraftstoffzufuhr in Schließstellung bleiben, um ein Lecken des Kraftstoffes auszuschließen. Das Verschlußteil
und der Ventilsitz müssen daher mit höchster Präzision gearbeitet werden. Präzisionsfertigung in Serie, z.B. von Kraftfahrzeugteilen,
bietet jedoch erhebliche Schwierigkeiten.
ORIGINAL INSPECTED
— 2 —
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Wenn weiterhin das Ventil während des EinspritζVorganges nicht
richtig arbeitet, verbleibt ein Teil des unter verhältnismäßig hohem Druck stehenden Kraftstoffes in der Zuführleitung und
kann dann selbst bei geschlossenem Ventil vom Ventilkörper in die Ansaugleitung nachtropfen.
Der Erfindungliegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzventil
zu schaffen, welches eine exakte Einspritzung aufgrund verbesserter Präzision in der Herstellung des Verschlußteils
gewährleistet und ein Nachtropfen des Kraftstoffes ausschließt.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Ventil vor, das gekennzeichnet ist durch ein Gehäuse mit einer sich zwischen
der Kraftstoffzuführleitung und der Ventilaustrittsöffnung erstreckenden
Durchlaßöffnung, ein mit einem Ventilsitz am Austrittsende des Gehäuses zusammenwirkendes Verschlußteil, das
zwischen einer Schließstellung und einer offenen Stellung abhängig von dem Druck des in die Durchlaßöffnung eingeleiteten
Kraftstoffes bewegbar ist, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil des Ventils aus einer Spindel besteht und
einem an derem einen Ende befestigten kugelflächigen Ventilkörper, der teilweise hinterschnitten ist und eine Kante an
der Stelle aufweist, an der sich der austretende Kraftstoffstrahl zum Sprühkegel erweitert.
Nach einem Merkmal der Erfindung besteht der Ventilkörper aus
einer Stahlkugel, welche rechtwinklig oder spitzwinklig zur Achse der Spindel hinterschnitten ist.
Nach einem anderen Merkmal ist die Ventilsitzfläche kegelstumpf
förmig ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Merkmal kann die Ventilsitzfläche kugelflächig
mit im wesentlichen dem gleichen Radius wie der Ventilkörper ausbildet sein.
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Darüber hinaus wird nach der Erfindung das Verschlußteil in
der Sitzöffnung über einen auf der Ventilspindel oder in der Sitzöffnung ausgebildeten Ansatz geführt.
Nach der Erfindung wird zur Herstellung des kugelflächigen
Ventilkörpers eine Stahlkugel verwendet, die durch Elektronenstrahlschweißung oder elektrische Punktschweißung mit
einem Spindelstück verbunden und anschließend hinterschliffen wird unter Bildung einer Kante an der Stelle, an der sich
der austretende Kraftstoffstrahl zu einem Sprühkegel erweitert.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung lassen sich zur Verbindung
der St ahlkugel mit dem Spindelstück auch Laserstrahlen verwenden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unt e ransprüch en.
nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Jig. 1 einen Schnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil
nach einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 im vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch die Hauptfunktionsteile eines Ventils nach der Erfindung,
dessen Ventilkörper aus einer vollständigen Stahlkugel besteht;
Fig. 3a - 3c und 4
im vergrößerten Maßstab je einen Schnitt durch
die Hauptfunktionsteile eines Ventils nach abgewandelten Ausführungsformen der Erfindung;
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2 6 1 H 1 3 5
Fig. 5 im vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch
die Hauptfunktionsteile eines Einspritzventils nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
J1Ig. 6 im vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch die
Hauptfunktionsteile eines Einspritzventils nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 einen Schnitt nach Linie VH-VII in Fig. 6;
Fig. 8 im vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch die Hauptfunktionsteile eines Einspritzventils nach
einer abgewandelten Ausführungsform analog Fig.6;
Fig. 9 einen Schnitt nach Linie IX-IX in Fig. 8, teils
gebrochen;
Fig.10 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Schweißverbindung zwischen der den Ventilkörper
bildenden Stahlkugel und dem Spindelstück;
Fig.11 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Bearbeitung
des geschweißten Werkstückes.
Das in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzventil besteht aus einem Ventilkörper 1, der aus einer Stahlkugel hergestellt ist,
aus welcher ein Teil 1a ausgeschliffen wurde; aus einer nach links und rechts verschiebbaren Ventilspindel 2, an derem einen
Ende der Ventilkörper 1 durch Elektronenstrahlschweißung, Punktschweißung oder dergleichen befestigt ist; einem Ventilsitz
3j dessen mit dem Ventilkörper 1 zusammenwirkende Sitzfläche
Ja konisch ausgebildet ist; einem Dichtungsring 4; einer
die Spindel nach rechts belastenden Feder 5, die den Ventilkörper 1 in Anlage gegen den Ventilsitz 3 drückt; einer Mutter
6; einem zylindrischen Gehäuse 8; einer Leitung 9» welche das
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- 5 - 261H 135
Einspritzventil mit der Einspritzvorrichtung verbindet; und aus einer Kupplung 10 zur Verbindung der Leitung mit dem Einspritzventil.
Der Ventilkörper 1 kann mit einem Ansatz 1c ausgebildet sein, der bei Einstellung des Federdruckes über die Mutter 6 eine
Hilfsfunktion erfüllt. Er kann aber auch entfallen. Im Ventilkörper
kann stattdessen eine Ausnehmung vorgesehen sein, um ein Verdrehen der Spindel zu verhindern.
Der Ventilkörper 1 beaufschlagt die konische Fläche 3a des Ventilsitzes 3 in einer Linie. Der Winkel BOB-- ^. ß ist der
Scheitelwinkel eines Kegels (Fig. 2), dessen Spitze im Mittelpunkt 0 der Stahlkugel liegt und der der geometrische Ort
für die Berührungslinien zwischen Ventilkörper und Sitzfläche
ist. Entsprechende Bemessungen des Ventilsitzes 3 und der Spindel 3 ermöglichen die Einführung der Spindel 2 ohne Berührung
der Innenfläche 3h des Ventilsitzes 3- Die sich zwischen
dem Ventilsitz 3 und der Mutter 6 abstützende Feder 5 drückt den Ventilkörper 1 bei Unterbrechung der unter Druck
erfolgenden Kraftstoffzufuhr dichtend gegen die Sitzfläche 3a,
während bei Zufuhr des Kraftstoffes unter einem den vorgegebenen Druckpunkt des Ventils erreichenden Druck der Ventilkörper
aus seiner Anlage an der Sitzfläche 3a nach links gedrückt wird, so daß der Kraftstoff einspritzen kann. Durch Einstellen
des Belastungsgrades der Feder 5» d.h. des Federdrucks
über die Mutter 6 läßt sich der Ventildruckpunkt festlegen.
Fig. 2 zeigt den Verlauf des eingespritzten KraftstoffStrahls
bei einem aus einer vollständigen Stahlkugel bestehenden Ventilkörper. Hier umfließt der Kraftstoff die Fläche der Stahlkugel
1, ohne sich zu einem Sprühkegel zu erweitern.
Die in Fig. 3 "und 4 gezeigten Hauptfunktionsteile des Ventils
veranschaulichen die Beziehung zwischen dem Ventilkörper 1 und der konischen Sitzfläche 3a des Ventilsitzes 3· Der
- 6 6098 4 6/032 U
-6- 261« 13b
Ventilkörper 1 besteht in diesem Fall aus einer Stahlkugel, die in Form eines kleinen Kreises senkrecht zur Achse der
Spindel 2 hinterschnitten ist. In Fig. 3a liegt der Ventilkörper mit seiner Kante 1b außerhalb der Kante 3c des Ventilsitzes
3. Da der Kraftstoff hier in einer zur Kante 1b der Kugelfläche tangentialen Richtung strömt, läßt sich der Austrittswinkel
des Einspritzstrahls je nach Wahl der Lage X der Kante 1b ohne weiteres verändern.
In Fig. 3b ist die den Ventilkörper bildende Stahlkugel spitzwinklig
zur Spindelachse hinterschnitten, und bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3c ist statt eines Ansatzes 1c auf der Flachseite des Ventilkörpers 1 eine Ausnehmung 1d vorgesehen.
Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei der die Kante 1b des Ventilkörpers 1 innerhalb der Außenkante 3c
des Ventilsitzes 3 zu liegen kommt. In diesem Fall fällt der Austrittswinkel des KraftstoffStrahls mit dem Neigungswinkel
der konischen Sitzfläche 3a des Ventilsitzes zusammen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist die Sitzfläche 3a des
Ventilsitzes 3 als kugelförmige Hohlfläche mit im wesentlichen dem gleichen Radius wie der Ventilkörper 1 ausgebildet, so daß
der Ventilkörper 1 und die Sitzfläche 3a einander flächig beaufschlagen.
Hierdurch ist eine bessere Dichtung als bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gewährleistet, in der
der Ventilkörper 1 die Gegenfläche 3a des Ventilsitzes 3 nur in
einer Linie berührt. Diese kugelförmige Sitzfläche 3a läßt sich
ohne weiteres im Kaltverformungsverfahren ausarbeiten.
In Fig. 6 und 7 ist eine Ausfühmngsform dargestellt, bei der
zur stabilisierten Führung der Ventilbewegung die Ventilspindel 2 mit einem auskragenden Ansatz 2aversehen ist, welchem die
Sitzöffnung 3b angepaßt ist. Der mit einem Durchlaßkanal 2c ausgebildete Ansatz 2a wirkt als Mundstück, das in einen zwischen
dem Ansatz 2a und dem Ventilkörper 1 gebildeten Hohlraum 11 mündet. Einerseits bewirkt der Ansatz 2a eine stabilisierte
Führung der Bewegung der Spindel 2 und andererseits er-
ORiGINAi. INSPECTED
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zeugt er einen Druckunterschied zwischen dem Hohlraum 11 und dem anderen Ende des Mundstückes, so daß sich der Einspritzvorgang
so lange fortsetzt, bis der Kraftstoffdruck in der Zuführleitung zu niedrig wird, wodurch ein etwaiges Nachtropfen
von Kraftstoff ausgeschlossen wird.
Bei der abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 8 und 9 ist
der Ansatz 2a als vorspringendes festes Teil der Sitzöffnung 3b ausgebildet.
Fig. 10 und 11 veranschaulichen, wie sich die zur Herstellung des Ventilkörpers dienende Stahlkugel am einen Ende des Spindelstückes
nach einem bevorzugten Verfahren befestigen und dann zum gewünschten Ventilkörper bearbeiten läßt. Zunächst
wird eine Stahlkugel in die halbkugelförmige Ausnehmung 13
eines ersten Gesenks 12 eingepaßt (Fig. 10), ein Spindelstück 16 mit einer halbkugelformigen Ausnehmung 15 an ihrem der Kugel
zugewandten Ende wird auf die freiliegende Kugelfläche aufgesetzt und am anderen Ende durch ein zweites Gesenk 17 festgespannt.
Auf das Spindelstück 16 und die Stahlkugel 14 wird über die beiden Gesenke 12 und 17 Druck aufgebracht und gleichzeitig
läßt man sie von hohem Strom durchfließen, um die Stahlkugel und das Spindelstück an ihrer einen hohen elektrischen
Widerstand bietenden Berührungsstelle auf eine hohe Temperatur zu erhitzen und auf diese Weise eine feste Schmelzschweißung
zu erreichen. Die Schweißfestigkeit läßt sich durch Änderung der Bedingungen wie Anpreßdruck, angelegte Spannung und Strom,
sowie Stromflußdauer auf bestimmte Werte festlegen. Das erhaltene geschweißte Werkstück wird nun an seinen beiden Enden zwischen
drehbaren Zentriervorrichtungen 18 und 19 (Fig. 11) gehaltert, und durch Drehung des Werkstückes wird ein Teil der
Stahlkugel 14 eingeschliffen und durch ein Werkzeug 20 in Form
des gewünschten Ventilköpfes hinterschnitten. Hierbei lassen sich zur Herstellung der Ventilkörper die für Kugellager allgemein
üblichen Stahlkugel!und dgl. verwenden.
•6 09846/0324
Stahlkugeln für Kugellager werden grundsätzlich in Präzisionsarbeit
gefertigt und erfüllen daher bei geringen Fertigungskosten alle an Kugelform und Oberflächenglätte gestellten
Forderungen. Zudem sind derartige Stahlkugeln ohne weiteres erhältlich, ^ie für die Ventilkörper nach der Erfindung
erforderliche Rundheit der kugelförmigen Fläche ist bei
Verwendung von Stahlkugeln bereits einwandfrei vorgegeben. Im übrigen lassen sich zum Verschweißen der Stahlkugel mit
dem Spindelstück sogar Laserstrahlen verwenden.
Wie bereits beschrieben, wird nach der Erfindung der Ventilkörper eines Kraftstoffeinspritzventils für Verbrennungsmotoren
aus einer Stahlkugel hergestellt, die an einem Ende einer zwischen der offenen Stellung und der Schließstellung des Ventils
beweglichen Spindel befestigt und dann teilweise hinterschnitten wird unter Bildung einer zur Spindelachse im wesentlichen
senkrechten Kante an der Stelle, an der sich der austretende Kraftstoffstrahl zu einem Sprühkegel erweitert. Mit
diesem Ventil läßt sich auf einfache Weise die für Kraftstoffeinspritzventile unbedingt erforderliche absolute Dichtigkeit
erreichen.
Nach den bisher üblichen Einschleifverfahren wäre zur Herstellung
dieses kugelflächigen Ventilkorpers ein Höchstmaß an Präzisionsbearbeitung erforderlich, um eine Kreisförmigkeit
bis zu 0,5/U Genauigkeit zu erreichen. Stahlkugeln für Kugellager
hingegen sind derzeit ohne weiteres mit einer Kreisgenauigkeit von 0,1 /U herstellbar und eignen sich zudem für die Serienproduktion.
Durch Verwendung dieser handelsüblichen Stahlkugeln für die Herstellung der Ventilkörper nach der Erfindung ist
somit eine einwandfreie Dichtwirkung gewährleistet. Um den Dichtigkeitsgrad bekannter Ventile zu erreichen, darf die
Kreisförmigkeit der konischen Sitzfläche auch weniger genau gearbeitet sein, was die Herstellung noch zusätzlich vereinfacht.
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-9- 26 I H! 8b
Der austretende Kraftstoffstrahl erweitert sich abhängig von der teilweise hinterschnittenen Stahlkugel zu einem
Sprühkegel, und sein Austrittswinkel ist ohne weiteres bestimmbar, da er von der Stelle abhängt, an welcher die Kugelfläche
abreißt. Die hierzu verwendbaren handelsüblichen Stahlkugeln werden in Serie mit äußerst kleinen Toleranzen
und einem Höchstmaß an Kreisförmigkeit hergestellt. Das Verschweißen der Stahlkugeln mit den Endflächen der Spindelstücke
ist äußerst einfach» so daß man nach der Erfindung ein äußerst wirksames Ventil erhält, das bei hoher Produktionsleistung
kostensparend herstellbar ist.
Patentanwälte
Dip!.-ing. E. Eder
Dip!.-!ng. K. Schieschke
ORIGINAL INSPECTED
609846/0 3
Claims (12)
- Patentanwälte .DIpI.-ing. E. Eder Z<> 261 « I 3Dfpl.-Ing. K. SchieschkePatentansprüche1J Kraftstoffeinspritzventil, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (8) mit einer sich zwischen der Kraftstoffzuführleitung (9» 10), und der Ventilaustrittsöffnung erstreckenden DurchlaßÖffnung, einem mit einem Ventilsitz am Austrittsende des Gehäuses zusammenwirkenden Verschlußteil, das zwischen einer Schließstellung und einer offenen Stellung abhängig von dem Druck öes in die Durchlaßöffnung eingeleiteten Kraftstoffes bewegbar ist, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil des Ventils aus einer Spindel (2) besteht und einem an derem einen Ende befestigten kugelflächigen Ventilkörper (1), der teilweise hinterschnitten ist und eine Kante an der Stelle aufweist, an der sich der austretende Kraftstoff strahl zum Sprühkegel erweitert.
- 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1) aus einer Stahlkugel besteht, welche rechtwinklig zur Achse der Spindel (2) hinterschnitten ist.
- 3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1) aus einer Stahlkugel besteht, die spitzwinklig zur Achse der Spindel (2) hinterschnitten ist.
- 4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einer Stahlkugel hergestellte Ventilkörper (1) an seiner Unterseite einen Ansatz (1c) aufweist.
- 5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einer Stahlkugel hergestellte Ventilkörper (1) an seiner Unterseite mit einer Ausnehmung (ld) versehen ist.ORIGINAL 609846/032Ä
- 6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitzfläche (3a) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
- 7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitzfläche (3a) kugelflächig mit im wesentlichen dem gleichen Radius wie der Ventilkörper (1) ausgebildet ist.
- 8. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil in der Sitzöffnung (3b) geführt ist.
- 9· Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück über einen auskragenden Ansatz (2a) der Ventilspindel geführt ist, in welchem ein Durchlaßkanal (2c) für den Kraftstoff ausgebildet ist.
- 10. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil durch einen in der Ventilöffnung (3b) vorspringenden Ansatz geführt ist, in welchem ein Durchlaßkanal (3c) für den Kraftstoff vorgesehen ist.
- 11. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öitzöffnung (3b) in Verbindung mit dem I1Uh rungs ans at ζ für das Verschlußteil ein Mundstück bildet und daß zwischen dem Führungsansatζ und dem Ventilkörper ein Hohlraum (11) vorgesehen ist.
- 12. Verfahren zur Herstellung eines Ventils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Ventilkörpers eine Stahlkugel verwendbar ist, die durch Elektronenstrahlschweißung oder elektrische Punktschweißung mit dem Spindelstück verbunden und anschließend hinterschliffen wird unter Bildung einer Kante an der Stelle, an der sich der austretende Kraftstoffstrahl zu einem Sprühkegel erweitert.- 3 609846/0324-3— 261813bVerfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlkugel mit dem Spindelstück unter Verwendung eines Laserstrahls verschweißt wird und anschließend hinterschliffen wird unter Bildung einer Kante an der Stelle, an der sich der austretende Kraftstoffstrahl zu einem Sprühkegel erweitert.PatentanwälteL Eder Dipl.-Ing. K^Schieschke8 rwü.,^ii..i M£609846/0324Leerseite
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1977
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DE102006003668A1 (de) * | 2006-01-26 | 2007-08-02 | Bayerische Motoren Werke Ag | Brennstoffeinspritzventil mit nach aussen öffnender Düsennadel |
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