Brennstoffeinspritzventil

Abstract

 Ein Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen weist einen Ventilsitzkörper (5), der eine Ventilsitzfläche (6) aufweist, die mit einem Ventilschließkörper (4) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und eine stromaufwärts des Dichtsitzes angeordnete Drallscheibe (35), in der mindestens ein Drallkanal (36) zur Erzeugung eines Dralls eines von dem Brennstoffeinspritz-ventil (1) abgespritzten Brennstoffstrahls eingebracht ist und die eine Durchgangsöffnung (43) aufweist, die von einer Ventilnadel (3) durchdrungen wird, auf. Zwischen der Ventilnadel (3) und einer Führungshülse (33) ist ein hydraulisch dichtender Spalt ausgebildet. Die Führungshülse (33) ist gemeinsam mit der Ventilnadel (3) gegenüber der Mittelachse (31) des Brennstoffeinspritzventils (1) neigbar und gegenüber der Drallscheibe (35) mit einer Elastomerdichtung (32) abgedichtet.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

[0002] Brennstoffeinspritzventile, welche ein Bauteil zur Führung einer Ventilnadel aufweisen sind aus der DE 36 43 523 A1 bekannt. Sie besitzen eine Drallscheibe die stromaufwärts des Ventildichtsitzes angeordnet ist, mit einer zentralen Führungsbohrung. Zur Strömungsführung dienen dabei Drallkanäle, die den stromaufwärts der Drallscheibe befindlichen, mit Brennstoff bedrückten Raum, mit einer sich in Strömungsrichtung anschließenden Drallkammer verbinden. Bei geöffnetem Ventil strömt der Brennstoff aus den Drallkanälen in die Drallkammer, wobei der Geschwindigkeitsvektor eine Komponente in Umfangsrichtung aufweist. Die zentrale Bohrung der Drallscheibe übernimmt die Führung des Ventilschließkörpers bzw. der Ventilnadel. Die Drallscheibe zentriert sich dabei durch eine konische Sitzfläche in Bereich des Ventilsitzes, an dem sie aufgrund der Drosselung der Brennstoffströmung in dichtender Anlage gehalten wird. Zur Vermeidung eines Nebenstromweges für den Brennstoff entlang der Führungsbohrung ist die Ausnehmung in der Drallscheibe gegenüber der Ventilnadel bzw. dem Ventilschließkörper eng toleriert.

[0003] Aus der DE 19-6 25 059 A1 ist ferner ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die Führung der Ventilnadel bzw. des Ventilschließkörpers in einer Baugruppe stromaufwärts des Dichtsitzes angeordnet ist. Wie bei der DE 36 43 523 A1 wird hier ebenfalls ein Nebenstromweg durch die Ausbildung eines möglichst geringen Spaltmaßes zwischen Führungsbohrung und Ventilnadel bzw. Ventilschließkörper verhindert. Die Erzeugung eines Dralls erfolgt durch Bohrungen, die eine Tangentialkomponente aufweisen und stromaufwärts des Ventildichtsitzes münden. Die Ventilnadel ist in einer Hülse geführt, die wiederum durch eine stromabwärts konische Ausgestaltung in dem Ventilsitz zentriert ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind der Ventilsitzkörper und die Führung einstückig ausgeführt.

[0004] Nachteilig bei den bekannten Brennstoffeinspritzventilen ist die hohe Präzision, die bei der Herstellung der Bauteile des Ventils erforderlich ist. Die Ausbildung eines Dralls hängt wesentlich von der Durchströmung der Drallkanäle ab. Ein vorhandener Nebenstromweg für den Brennstoff führt zu einem Strömungsanteil ohne Umfangsgeschwindigkeit und verschlechtert so die Drallbildung und demzufolge die Zerstäubung des Brennstoffs. Letztlich führt dies zu einer verschlechterten Verbrennung. Außerdem führt der Nebenstrom zu einem erhöhten Kraftstoffstrom. Herstellungsbedingt sind die Maße der Bauteile toleranzbehaftet. Dies kann zu einem Winkelfehler der Ventilnadel bzw. des Ventilschließkörpers im Bereich des Ventilsitzes führen. Bei den oben genannten Brennstoffeinspritzventilen wird die Führung der Ventilnadel bzw. des Ventilschließkörpers durch ein Bauteil übernommen, das in dem Düsenkörper entweder form- oder materialschlüssig zentriert ist. Ein Angleichen der Orientierung der Führungsbohrung an die Lage der Ventilnadel bzw. des Ventilschließkörpers ist somit nicht möglich. Eine Kompensation des Lagefehlers ist nur durch Vergrößern der Führungsbohrung möglich. Als Folge wird der Nebenstromweg ebenfalls vergrößert. Eine Veränderung der zugemessenen Brennstoffmenge sowie eine Veränderung des Abspritzbildes sind die Folge. Um die hohen Anforderungen an die Exaktheit des Abspritzbildes und der Zumeßmenge befriedigen zu können, werden kostenintensive Fertigungsverfahren eingesetzt, mit denen eine exakte Bearbeitung und Montage aller betroffenen Einzelteile bezüglich ihrer Lage zur Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils sichergestellt ist.

Vorteile der Erfindung

[0005] Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Verwendung einer Elastomerdichtung eine Auslenkung der Ventilnadel gegen die Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils ermöglicht. Durch Strecken oder Stauchen der Dichtung kann sowohl ein Versatz der Mittelachsen des Brennstoffeinspritzventils und der Führungshülse als auch ein Winkelfehler der Mittelachsen ausgeglichen werden. Als Konsequenz ist eine deutlich engere Tolerierung des Spaltmaßes zwischen Ventilnadel und Führungshülse erlaubt. Hierdurch wird der Nebenstromweg verringert und die Drallaufbereitung verbessert. Da die Elastomerdichtung große Toleranzen der abzudichtenden Bauteile erlaubt, entsteht keine zusätzlich zu bearbeitende Dichtfläche, wodurch die Kosten gering gehalten werden können.

[0006] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

[0007] Durch den Einsatz eines Verschlußrings kann die drallbildende Einheit mitsamt der Führungshülse ebenso in einer Vormontage gefertigt werden, wie die formschlüssige Verbindung der Führungshülse mit der Drallscheibe durch die Elastomerdichtung. Anschließend wird die drallbildende Einheit als ein einziges Bauteil dem Montageprozeß des Brennstoffeinspritzventils zugeführt. Eine Funktionsprüfung kann an der vormontierten Einheit durchgeführt werden, wodurch sich die Ausschußqote des Brennstoffeinspritzventils reduzieren läßt.

[0008] Weiterhin von Vorteil ist eine Druckdifferenz, die die abdichtende Wirkung der durch einen Verschlußring verspannten Elastomerdichtung erhöht. Die Druckdifferenz wird durch in die Drallscheibe eingebrachte Brennstoffkanäle erreicht. Der sich einstellende statische Druck übersteigt den dynamischen Druck, der durch den strömenden Brennstoff auf seiten des Ventilschließkörpers erzeugt wird.

Zeichnung

[0009] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

einen schematischen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils,

Figur 2

einen schematischen Teilschnitt im Ausschnitt II der Figur 1 durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und

Figur 3

einen schematischen Schnitt im Ausschnitt II der Figur 1 durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0010] Bevor anhand der Fig. 2 und Fig. 3 zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Brennstoffeinspritzventile 1 näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 in einer Gesamtdarstellung bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.

[0011] Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.

[0012] Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht in Wirkverbindung mit einem Ventilschließkörper 4, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes, elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch einen Spalt 26 voneinander getrennt und stützen sich auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.

[0013] Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche beispielsweise über eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.

[0014] In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und in der Drallscheibe 35 verlaufen Brennstoffkanäle 30a, 30b, 30c bzw. Drallkanäle 36, die den Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, zur Abspritzöffnung 7 in dem Ventilsitzkörper 5 leiten. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht dargestellte Verteilerleitung abgedichtet.

[0015] Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 über den ersten Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, und damit die Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der über die Brennstoffkanäle 30a, 30b, 30c bzw. Drallkanäle 36 zur Abspritzöffnung 7 gelangende Brennstoff wird abgespritzt.

[0016] Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf den ersten Flansch 21 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich die Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch setzt der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf, und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.

[0017] Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 weist oberhalb des Ventilsitzkörpers 5 eine Drallscheibe 35 auf, welche durch eine Elastomerdichtung 32 gegenüber einer Führungshülse 33 abgedichtet ist. Zur Erzeugung eines Dralls sind in der Drallscheibe 35 Drallkanäle 36 angeordnet, die mit einer Tangentialkomponente in eine Drallkammer 37 ausmünden. Bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil 1 erhält der einzuspritzende Brennstoff eine Umfangsgeschwindigkeit, die zum Auffächern des Brennstoffstrahls in dem nicht dargestellten Brennraum führt. Die Drallkanäle 36 sind mit dem stromaufwärts der Drallscheibe 35 befindlichen mit Brennstoff bedrückten Volumen durch Brennstoffkanäle 30c verbunden.

[0018] Die auftretenden Lagetoleranzen der Ventilnadel 3 gegenüber der Mittelachse 31 des Brennstoffeinspritzventils 1 werden durch elastische Verformung des Elastomerdichtungs 32 kompensiert. Die Mittelachse der auf der Ventilnadel 3 axial verschieblichen Führungshülse 33 ändert ihre Lage gemeinsam mit der Mittelachse der Ventilnadel 3 gegenüber der Mittelachse 31 des Brennstoffeinspritzventils 1. Der hydraulisch dichtende Spalt zwischen der Ventilnadel 3 und der Führungshülse 33 bleibt deswegen bei Auslenkungen der Ventilnadel 3 unverändert und kann dementsprechend eng toleriert werden.

[0019] Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Drallscheibe 35 weist eine Ausnehmung 38 auf, in deren Innerem die Führungshülse 33, die Elastomerdichtung 32 und ein Verschlußring 34 angeordnet sind. Stromabwärts weist die Drallscheibe 35 eine Durchgangsöffnung 43 auf, deren radiale Ausdehnung so bemessen ist, daß die Mittelachse der Ventilnadel 3 gegenüber der Mittelachse 31 des Brennstoffeinspritzventils 1 um einen Winkel ausgelenkt werden kann, ohne daß die Auslenkung der Ventilnadel 3 durch die Drallscheibe 35 begrenzt wird.

[0020] Die Führungshülse 33 weist eine Ausnehmung 40 auf, deren radiale Ausdehnung mit der radialen Ausdehnung der Ventilnadel 3 korrespondiert, so daß der sich zwischen Führungshülse 33 und Ventilnadel 3 ausbildende Spalt hydraulisch dichtend ist. Am äußeren Umfang 44 der Führungshülse 33 ist die Elastomerdichtung 32 befestigt, deren Längenausdehnung größer ist, als die der Führungshülse 33, so daß die Führungshülse 33 in axiale Richtung an beiden Enden von der Elastomerdichtung 32 überragt wird. An ihren axialen Enden weist die Elastomerdichtung 32 radial nach außen gerichtete Dichtlippen 45a, 45b auf. Die strangabwärtige Dichtlippe 45a liegt an der stromaufwärtigen Seite der Drallscheibe 35 an. Die stromaufwärtige Dichtlippe 45b liegt an der stromabwärtigen Seite des Verschlußrings 34 an. Der Verschlußring 34 ist in der Ausnehmung 38 der Drallscheibe 35, z.B. mittels Preßverbindung, befestigt und hält die Dichtlippen 45a, 45b in dichtender Anlage. Ferner weist der Verschlußring 34 eine zentrale Durchgangsöffnung 41 auf, die von der Ventilnadel 3 durchdrungen wird. Die Durchgangsöffnung 41 ist in radialer Richtung so bemessen, daß eine Auslenkung der Mittelachse der Ventilnadel 3 nicht durch Berührung von der Ventilnadel 3 an dem Verschlußring 34 begrenzt wird.

[0021] Die Drallscheibe 35 weist in axialer Richtung vorzugsweise Druckausgleichskanäle 39 auf, die das mit Brennstoff bedrückte Volumen stromaufwärts des Verschlußringes 34 mit einem Dichtungsraum 46 verbinden. Bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil 1 wird die Andrückkraft der Dichtlippe 45a der Elastomerdichtung 32 an der Drallscheibe 35 durch die sich ausbildende Druckdifferenz vergrößert. Die Druckausgleichskanäle 39 können auch in dem Verschlußring 34 angeordnet sein.

[0022] Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ist die Elastomerdichtung 32 sowohl mit der Führungshülse 33 als auch mit der Drallscheibe 35 durch Formschluß fest verbunden.

[0023] Hierzu weist die Drallscheibe 35 an ihrer stromaufwärtigen Seite eine umlaufende Nut 48 auf, deren Breite sich mit zunehmender Eindringtiefe in die Drallscheib 35 vergrößert. Die Elastomerdichtung 32 weist an ihrem stromabwärtigen Ende eine radiale Erweiterung 49a auf, deren Querschnitt mit der beschriebenen Geometrie der Nut 48 korrespondiert und zur Bildung einer formschlüssigen Verbindung 51a in die Nut 48 eingebracht ist.

[0024] Die radiale Ausnehmung 40 der Führungshülse 33 ist wiederum hydraulisch dichtend gegen die Ventilnadel 3 ausgelegt und weist an ihrem stromaufwärtigen Ende eine kragenförmige Erweiterung 47 auf. Die kragenförmige Erweiterung 47 ist in ihrer radiale Ausdehnung kleiner als der Innendurchmesser des Düsenkörpers 2, so daß eine Auslenkung der Mittelachse der Führungshülse 33 gegenüber der Mittelachse 31 des Brennstoffeinspritzventils 1 möglich ist. In die kragenförmige Erweiterung 47 ist eine umlaufende Nut 50 eingebracht, die vorzugsweise dieselbe Geometrie aufweist, wie die Nut 48 in der Drallscheibe 35. An dem stromaufwärtigen Ende der Elastomerdichtung 32 ist eine umlaufende radiale Erweiterung 49b angeordnet, die mit der umlaufenden Nut 50 korrespondiert und mittels derer Führungshülse 33 und Elastomerdichtung 32 eine formschlüssige Verbindung 51b ausbilden.

[0025] Bei vorzugsweise identischer Geometrie der Nuten 48 und 50 und damit der korrespondierenden radialen Erweiterungen 49a, 49b der Elastomerdichtung 32 kann auf eine Orientierung der Elastomerdichtung 32 beim Einsetzen verzichtet werden.

Ansprüche

1. Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit

einem Ventilsitzkörper (5), der eine Ventilsitzfläche (6) aufweist, die mit einem Ventilschließkörper (4) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und

einer stromaufwärts des Dichtsitzes angeordneten Drallscheibe (35), in der mindestens ein Drallkanal (36) zur Erzeugung eines Dralls eines von dem Brennstoffeinspritzventil (1) abgespritzten Brennstoffstrahls eingebracht ist und die eine Durchgangsöffnung (43) aufweist, die von dem Ventilschließkörper (4) oder einer mit dem Ventilschließkörper (4) verbundenen Ventilnadel (3) durchdrungen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen einer auf dem Ventilschließkörper (4) oder der Ventilnadel (3) axial verschieblichen Führungshülse (33) und der Drallscheibe (35) eine Elastomerdichtung (32) angeordnet ist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein zwischen der Führungshülse (33) und der Ventilnadel (3) ausgebildeter Spalt hydraulisch dichtend ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittelachse der Führungshülse (33) gegenüber der Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils (1) neigbar ist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elastomerdichtung (32) axial zwischen der Drallscheibe (35) und einem Verschlußring (34) verspannt ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elastomerdichtung (32) fest mit der Führungshülse (33) verbunden ist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elastomerdichtung (32) formschlüssig mit der Drallscheibe (35) verbunden ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß Führungshülse (33) eine kragenförmige Aufweitung (47) an ihrem stromaufwärtigen Ende aufweist, mit der die Elastomerdichtung (32) formschlüssig verbunden ist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6 und 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Geometrien der Verbindungen (51a) der Elastomerdichtung (32) mit der Führungshülse (33) einerseits und der Verbindung (51b) der Führungshülse (33) mit der Drallscheibe (35) andererseits identisch sind.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drallscheibe (35) Druckausgleichskanäle (39) aufweist, die das stromaufwärts der Drallscheibe (35) befindliche mit Brennstoff bedrückte Volumen mit einem Dichtungsraum (46) verbinden.

10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verschlußring (34) Druckausgleichskanäle (39) aufweist, die das stromaufwärts der Drallscheibe (35) befindliche mit Brennstoff bedrückte Volumen mit einem Dichtungsraum (46) verbinden.

Zeichnung