Titel

Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere Brennstoffeinspritzventil

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen eines Fluids,

insbesondere einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des

Hauptanspruchs.

In der Figur 1 ist beispielhaft eine aus dem Stand der Technik bekannte

Brennstoffeinspritzvorrichtung gezeigt, bei der ein in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine eingebautes Brennstoffeinspritzventil vorgesehen ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Das Ventil weist ein Ventilgehäuse auf, das u.a. einen einen Ventilsitzkörper aufnehmenden und mit dem Ventilsitzkörper fest verbundenen Ventilsitzträger umfasst. Die beiden Bauteile sind mittels einer Schweißnaht fest miteinander verbunden. Der Ventilsitzkörper liegt im montierten Zustand an einer inneren Anschlagschulter des Ventilsitzträgers an, wodurch am Außenumfang der beiden Bauteile zwischen diesen ein radialer Ringspalt verbleibt

(z.B. DE 10 2005 052 255 Al).

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil zum Zumessen eines Fluids mit den

kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil einer verbesserten Abdichtung von Ventilgehäusebauteilen an seinem abspritzseitigen Ventilende, das bei Ausführung des Ventils als direkteinspritzendes Brennstoffeinspritzventil durch die unmittelbare Nähe zum Brennraum von der aggressiven Brennraumatmosphäre beeinflusst ist. Erfindungsgemäß ist in einem Ringspalt zwischen einem

Ventilsitzträger und einem Ventilsitzkörper ein plastisch verformbares Dichtelement eingebracht. Mit dem verpressten Dichtelement wird sichergestellt, dass in den Ringspalt am abspritzseitigen Ventilende keine Feuchtigkeit und andere korrosive Medien eindringen können. Insofern ist in vorteilhafter Weise dafür gesorgt, dass die Qualität der Schweißnaht im axialen Überlappungsbereich von Ventilsitzträger und Ventilsitzkörper nicht beeinträchtigt wird. Jegliche Risiken bezüglich Korrosion in Schweißnahtnähe und daraus resultierenden Bauteilbeeinträchtigungen und Veränderungen der Einbaulage des Ventilsitzkörpers sind ausgeschlossen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, bei der Montage des Ventilsitzkörpers im

Ventilsitzträger eine solche Press- bzw. Vorspannkraft F in axialer Richtung aufzubringen, die das Dichtelement plastisch verformt und so im Ringspalt verpresst, dass seine axiale Erstreckung verringert wird, dafür aber eine

Ausdehnung in radialer Richtung erfolgt, um eine optimale Abdichtung zu erzeugen, ohne dass das Dichtelement über eine kritische Grenze hinaus verformt wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil in einer bekannten Ausgestaltung mit einem Abspritzöffnungen aufweisenden

Ventilsitzkörper am stromabwärtigen Ventilende,

Fig. 2 das abströmseitige Ventilende als Ausschnitt II von Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung, Fig. 3 ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilendes in einer Ausschnittdarstellung analog zu Fig. 2 mit einem ersten Dichtelement zwischen dem Ventilsitzkörper und dem Ventilsitzträger,

Fig. 4A und 4B eine zweite erfindungsgemäße Ausführung eines Dichtelements zwischen dem Ventilsitzkörper und dem Ventilsitzträger,

Fig. 5A und 4B eine dritte erfindungsgemäße Ausführung eines Dichtelements zwischen dem Ventilsitzkörper und dem Ventilsitzträger und

Fig. 6A und 4B eine vierte erfindungsgemäße Ausführung eines Dichtelements zwischen dem Ventilsitzkörper und dem Ventilsitzträger.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein in Figur 1 dargestelltes bekanntes Beispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht näher dargestellten Brennraum 25 einer

Brennkraftmaschine. Allgemein ist die Erfindung anwendbar bei Ventilen zum Zumessen eines Fluids.

Mit einem stromabwärtigen Ende ist das Brennstoffeinspritzventil 1 in eine

Aufnahmebohrung 20 eines Zylinderkopfes 9 eingebaut. Ein Dichtring 2, insbesondere aus Teflon ®, sorgt für eine optimale Abdichtung des

Brennstoffeinspritzventils 1 gegenüber der Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist an seinem zulaufseitigen Ende 3 eine

Steckverbindung zu einer nicht gezeigten Brennstoffverteilerleitung auf, die durch einen Dichtring 5 zwischen einem Anschlussstutzen der Brennstoffverteilerleitung und einem Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgedichtet ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 verfügt über einen elektrischen Anschlussstecker 8 für die elektrische Kontaktierung zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1. Zwischen einem Ventilgehäuse 22 und einer z.B. rechtwinklig zur Längserstreckung der Aufnahmebohrung 20 verlaufenden Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 ist ein Entkopplungselement 24 eingelegt, das dem Ausgleich von Fertigungs- und Montagetoleranzen dient und eine querkraftfreie Lagerung auch bei leichter Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 sicherstellt. Außerdem erfolgt damit eine optimierte Geräuschentkopplung. Das Entkopplungselement 24 ist z.B. mittels einer Sicherungsscheibe 39 gesichert.

Das Ventilgehäuse 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 wird u.a. durch den

Zulaufstutzen 7, aber auch von einem Düsenkörper 10 gebildet, in welchem eine

Ventilnadel 11 angeordnet ist. Die Ventilnadel 11 steht mit einem z.B. kugelförmigen Ventilschließkörper 12 in Wirkverbindung, der mit einer an einem Ventilsitzkörper 13 angeordneten Ventilsitzfläche 14 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens eine

Abspritzöffnung 4 verfügt, typischerweise aber wenigstens zwei Abspritzöffnungen 4 aufweist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist jedoch idealerweise als Mehrloch- Einspritzventil ausgeführt und hat deshalb zwischen vier und dreißig

Abspritzöffnungen 4.

Als Antrieb dient z.B. ein elektromagnetischer Kreis, der eine Magnetspule 15 als Aktuator umfasst, die in einem Spulengehäuse gekapselt und auf einen

Spulenträger gewickelt ist, welcher einen Innenpol 16 umgibt. Zu dem

elektroamagnetischen Kreis gehört weiterhin ein Anker 17, der auf der Ventilnadel 11 angeordnet ist. Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker

17 von einer Rückstellfeder 18 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 12 an der Ventilsitzfläche 14 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 15 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 17 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 18 in Hubrichtung bewegt. Der Anker 17 nimmt die Ventilnadel 11 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der

Ventilnadel 11 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 12 hebt von der

Ventilsitzfläche 14 ab, und der Brennstoff wird durch die Abspritzöffnungen 4 abgespritzt. Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 17 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 18 vom Innenpol 16 ab, wodurch sich die Ventilnadel 11 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch setzt der Ventilschließkörper 12 auf der Ventilsitzfläche 14 auf, und das

Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.

Bei dieser Ausführung der Brennstoffeinspritzvorrichtung handelt es sich um ein System für die Benzindirekteinspritzung mit Brennstoffeinspritzventilen 1, die, wie gezeigt, mit einem elektromagnetischen Aktuator, aber auch mit Piezoaktoren betrieben und z.B. in einem Konstantdrucksystem eingesetzt werden.

Bei dem Düsenkörper 10 handelt es sich um ein Ventilbauteil, das auch als

Ventilsitzträger bezeichnet werden kann, da er den Ventilsitzkörper 13 aufnimmt. Figur 2 zeigt das abströmseitige Ventilende als Ausschnitt II von Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung. Der Ventilsitzträger 10 und der Ventilsitzkörper 13 sind fest miteinander verbunden, üblicherweise mittels einer Schweißnaht 30, die in Umfangsrichtung am äußeren Umfang des Ventilsitzträgers 10 z.B. mit einem Laser erzeugt wird. Der Ventilsitzkörper 13 besitzt auf seiner den Abspritzöffnungen 4 gegenüberliegenden Seite einen Ringkragen 31, der einen derartigen

Außendurchmesser besitzt, dass er passgenau in eine innere Öffnung des

Ventilsitzträgers 10 einführbar ist. Die Schweißnaht 30 wird genau im

Überlappungsbereich des Ringkragens 31 des Ventilsitzkörpers 13 mit dem

Ventilsitzträger 10 gesetzt. In bekannter Weise wird der Ventilsitzkörper 13 so weit in den Ventilsitzträger 10 eingeschoben, bis der Ringkragen 31 an einer

Anschlagschulter 33 des Ventilsitzträgers 10 anschlägt. Um diesen Anschlag und die entsprechende Positionierung sicher zu erreichen und die Schweißnaht 30 prozesssicher anbringen zu können, ist der Ringkragen 31 des Ventilsitzkörpers 13 mit einer axialen Länge versehen, die etwas größer ist als die Länge der inneren Öffnung des Ventilsitzträgers 10 von der Anschlagschulter 33 aus in

stromabwärtiger Richtung. Damit wird vermieden, dass es zu einem nachteiligen Anschlag der Bauteile Ventilsitzträger 10 und Ventilsitzkörper 13 an einer anderen Stelle kommt. Allerdings bedeutet diese Dimensionierung auch, dass zwischen Ventilsitzträger 10 und Ventilsitzkörper 13 im äußeren Umlaufbereich ein Ringspalt 35 gebildet wird.

Ein solcher Ringspalt 35 am abspritzseitigen Ventilende kann aber den Nachteil haben, dass neben der aggressiven Brennraumatmosphäre auch Feuchtigkeit und andere korrosive Medien eindringen können, die im extremen Fall zu Korrosion an den Bauteilen Ventilsitzträger 10 und Ventilsitzkörper 13 in Ringspaltnähe führt und die Qualität der Schweißnaht 30 im axialen Überlappungsbereich von

Ventilsitzträger 10 und Ventilsitzkörper 13 beeinträchtigen kann. Dies würde sich nachteilig und in unerwünschter Weise auf die Qualität der festen Verbindung von Ventilsitzträger 10 und Ventilsitzkörper 13 auswirken und den Ventilsitzkörper 13 möglicherweise nicht mehr in der exakt richtigen Einbaulage belassen.

Erfindungsgemäß ist deshalb in dem Ringspalt 35 zwischen dem Ventilsitzträger 10 und dem Ventilsitzkörper 13 ein verformbares Dichtelement 45 eingebracht.

In der Figur 3 ist ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines

Ventilendes in einer Ausschnittdarstellung analog zu Fig. 2 mit einem ersten Dichtelement 45 zwischen dem Ventilsitzkörper 13 und dem Ventilsitzträger 10 dargestellt. Der Ventilsitzkörper 13 wird also zum Ventilsitzträger 10 durch eine axiale Dichtung so abgedichtet, dass kein korrosives Medium in den radialen Ringspalt 35 bzw. zur Schweißnaht 30 gelangen kann. In dem Beispiel gemäß Figur 3 wird ein ringförmiges Dichtelement 45 mit einem runden Querschnitt eingesetzt. Ein solcher Rundring kann aus einem Werkstoff wie einem korrosionsbeständigen Weicheisen (1.4511 oder 1.4307 weichgeglüht), Kupfer, Messing, Bronze,

Aluminium o.ä. bestehen. Das Material sollte so gewählt werden, dass das

Dichtelement 45 bei der Montage des Ventilsitzkörpers 13 am Ventilsitzträger 10 axial plastisch verformbar ist. Wie in Figur 3 gezeigt, weist das ursprünglich runde Dichtelement 45 im eingebauten Zustand einen ovalen Querschnitt auf, da das Dichtelement 45 aufgrund einer bei der Montage auf den Ventilsitzkörper 13 wirkenden Vorspannkraft F eine plastische Verformung in axialer Richtung erfährt, wobei das Material des Dichtelements 45 in radialer Richtung im Ringspalt 35 ausweicht und es insgesamt zu dieser„verdrückten“ Form kommt. Die plastische Verformung des Dichtelements 45 sorgt für eine weitere Verbesserung der Dichteigenschaften des Dichtelements 45. Erst nach der plastischen Verformung des Dichtelements 45 erfolgt das Anbringen der Schweißnaht 30.

Aus Montagegründen sollte das als Rundring ausgeführte Dichtelement 45 im unverformten Zustand einen ungefähr gleich großen Innendurchmesser aufweisen wie den Außendurchmesser des Ventilsitzkörpers 13 im Bereich seines

Ringkragens 31. Der Innendurchmesser des Dichtelements 45 kann natürlich auch etwas größer sein als der Außendurchmesser des Ventilsitzkörpers 13 im Bereich seines Ringkragens 31. Sollte der Übergangsbereich zum Ringkragen 31 am Ventilsitzkörper 13 gerundet sein, so ist es zweckmäßig, das Dichtelement 45 mit einem Radius zu versehen, der dem Radius der Rundung des Übergangsbereichs weitgehend entspricht.

In den Figuren 4A und 4B ist eine zweite erfindungsgemäße Ausführung eines Dichtelements 45 zwischen dem Ventilsitzkörper 13 und dem Ventilsitzträger 10 gezeigt, wobei in Figur 4A das Dichtelement 45 unverformt vor dem axialen Pressen zu sehen ist, während Figur 4B das Dichtelement 45 verformt nach dem axialen Pressen zeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Dichtelement 45 z.B. aus einem korrosionsbeständigen Federstahl, wie 1.4310 hergestellt. Das Dichtelement 45 weist ein flach liegendes U-Profil im Querschnitt auf. Für die axiale plastische Verformung sind hier nur kleine Vorspannkräfte F nötig.

In den Figuren 5A und 5B ist eine dritte erfindungsgemäße Ausführung eines Dichtelements 45 zwischen dem Ventilsitzkörper 13 und dem Ventilsitzträger 10 gezeigt, wobei in Figur 5A das Dichtelement 45 unverformt vor dem axialen Pressen zu sehen ist, während Figur 5B das Dichtelement 45 verformt nach dem axialen Pressen zeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Dichtelement 45 z.B. aus einem korrosionsbeständigen Federstahl, wie 1.4310 hergestellt. Das Dichtelement 45 weist ein wellenförmiges Profil im Querschnitt auf. Für die axiale plastische Verformung sind auch hier nur kleine Vorspannkräfte F nötig.

In den Figuren 6A und 6B ist eine vierte erfindungsgemäße Ausführung eines Dichtelements 45 zwischen dem Ventilsitzkörper 13 und dem Ventilsitzträger 10 gezeigt, wobei in Figur 6A das Dichtelement 45 unverformt vor dem axialen Pressen zu sehen ist, während Figur 6B das Dichtelement 45 verformt nach dem axialen Pressen zeigt. Das Dichtelement 45 ist beispielsweise ein Prägeteil mit einem kreuzförmigen Querschnitt, bei dem die axial verlaufenden Kreuzschenkel beim axialen Pressen plastisch verdrückt werden. Andere Konturen für Dichtelemente 45 als Prägeteil sind ebenso denkbar.

Als typischer Werkstoff für den Ventilsitzkörper 13 kann Stahl verwendet werden.

Die Herstellung kann deshalb mittels Zerspanen (z. B. Drehen, Schleifen, Honen), durch Umformen (z. B. Fließpressen) oder auch durch Urformen (z. B. Metal

Injection Molding) oder durch 3D-Drucken erfolgen. Abgesehen von Stahl kommen aber auch andere metallische Werkstoffe oder keramische Werkstoffe für den Ventilsitzkörper 13 in Frage.