DE10000501A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Kraftstoffeinspritzventil für BrennkraftmaschinenInfo
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Abstract
Ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), in dem in einer Bohrung (5) ein Ventilglied (7) entgegen einer Schließkraft axial beweglich angeordnet ist. Das Ventilglied (7) weist an seinem Ende eine im wesentlichen konische Ventilgliedspitze (30) auf, die mit einem Teil ihrer Mantelfläche, der als Ventildichtfläche (9) dient, an einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung (5) ausgebildeten Ventilsitz (11) zur Anlage kommt. Am Übergang des Ventilgliedes (7) zur Ventilgliedspitze (30) ist eine Ringnut (23) ausgebildet, die die Ventildichtfläche (11) zum Teil hinterschneidet und dadurch einen Ringkragen (28) bildet, der federnd nachgiebig ist. Der Konuswinkel (beta) der Ventildichtfläche (9) ist in Öffnungsstellung des Ventilgliedes (7) etwas größer als der Konuswinkel (alpha) des Ventilsitzes (11), so daß der Ringkragen (28) bei der Schließbewegung des Ventilgliedes (7) auf den Ventilsitz (11) zu zuerst mit dem als Dichtkante (34) ausgebildeten äußeren Rand aufsetzt und durch die weitere Schließbewegung nach innen verformt wird. Die Dichtkante (34) wird so nicht in den Ventilsitz (11) eingepreßt, wodurch der Sitzdurchmesser über die Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils unverändert bleibt (Figur 2).
Description
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1
aus. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzventil ist aus der
Offenlegungsschrift DE 196 08 575 bekannt. Am brennraumsei
tigen Ende des Ventilgliedes ist eine im wesentlichen kegel
förmige Spitze ausgebildet. Diese Spitze ist in zwei Ab
schnitte unterteilt, wobei der Spitzenkegelwinkel des äuße
ren, brennraumzugewandten Abschnitts größer als der des in
neren, dem Ventilglied zugewandten Abschnitts ist. Dadurch
ist an der Mantelfläche der Ventilgliedspitze eine umlaufen
de Ringkante als Dichtfläche ausgebildet.
Das Ventilglied ist in einer als Sackbohrung ausgeführten
Bohrung angeordnet, wobei das brennraumzugewandte, geschlos
sene Ende als Ventilsitz ausgebildet ist, der im wesentli
chen eine konische Form aufweist. Im Ventilsitz ist wenig
stens eine Einspritzöffnung ausgebildet, die das Innere des
Ventils bei vom Ventilsitz abgehobenen Ventilglied mit dem
Brennraum verbindet.
In Schließstellung des Kraftstoffeinspritzventil kommt das
Ventilglied mit seiner Ventildichtfläche am Ventilsitz zur
Anlage. Der Konuswinkel des Ventilsitzes ist dabei so bemes
sen, daß das Ventilglied im wesentlichen nur mit der Ring
kante am Ventilsitz aufsitzt. Dadurch ergibt sich einerseits
eine gute Abdichtung des Druckraums gegen die Einspritzöff
nungen aber andererseits das Problem, daß es durch die hohe
Flächenpressung im Laufe der Zeit zu Verformungen an Ventil
glied und Ventilsitz kommt. Die Ringkante und/oder der Ven
tilsitz verformen sich, wodurch sich der effektive Sitz
durchmesser des Ventilgliedes ändert. Dadurch ändert sich
auch der effektive Durchlaßquerschnitt des Kraftstoffein
spritzventils und die Größe der druckausgesetzten Flächen am
Ventilglied, was sich auf den Kraftstoffeinspritzverlauf und
die Einspritzgenauigkeit nachteilig auswirkt.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn
zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber
den Vorteil, daß der die Ventildichtfläche tragende Teil der
Ventilgliedspitze als nachgiebiger Ringkragen ausgebildet
ist, wodurch in Schließstellung des Ventilgliedes der die
Ventildichtfläche tragende Teil nach zunächst erfolgter Li
nienberührung flächig am Ventilsitz anliegt. Die äußere Kan
te des Ringkragens definiert einen festen Sitzdurchmesser.
Durch die sich vergrößernde Auflagefläche des Ventilgliedes
am Ventilsitz ist eine relativ geringe Flächenpressung im
Bereich des Ventilsitzes gegeben, was zu geringem Verschleiß
in diesem Bereich führt. Der Sitzdurchmesser bleibt somit
über die Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils kon
stant.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ventildichtflä
che durch die Ringnut zum Teil hinterschnitten, so daß der
Ringkragen verstärkt lippenförmig ausgebildet ist und die
Verformarbeit des Ringkragens verringert wird. Durch eine
Variation der Form der Ringnut kann die Nachgiebigkeit des
Ringkragens an das jeweilige Material von Ventilglied und
Ventilkörper angepaßt werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen
standes der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschreibung
und den Ansprüchen entnehmbar.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfin
dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zei
gen die Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Ventilkörper
mit Ventilglied, Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt von
Fig. 1 im Bereich des Ventilsitzes und Fig. 3 einen ver
größerten Ausschnitt von Fig. 2 im Bereich der Ventildicht
fläche.
In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbei
spiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils ge
zeigt. Ein Ventilkörper 1, dessen brennraumabgewandte Stirn
fläche in Einbaulage zumindest mittelbar an einem in der
Zeichnung nicht dargestellten Ventilhaltekörper zur Anlage
kommt, weist eine als Sackbohrung ausgeführte Bohrung 5 auf.
Die Bodenfläche ist als Ventilsitz 11 ausgebildet und nähe
rungsweise konisch mit einem Konuswinkel α, wobei sich der
Innendurchmesser des Ventilsitzes 11 zum Brennraum hin ver
kleinert. Am Ventilsitz 11 ist wenigstens eine Einspritzöff
nung 13 ausgebildet, die die Bohrung 5 mit dem Brennraum
verbindet.
In der Bohrung 5 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 7 ange
ordnet, das mit einem im Durchmesser größeren, dem Brennraum
abgewandten Abschnitt in der Bohrung 5 geführt ist und das
unter Bildung einer Druckschulter 15 dem Brennraum zu in ei
nen im Durchmesser kleineren Ventilgliedschaft 7' übergeht.
Zwischen der Wand der Bohrung 5 und dem Ventilgliedschaft 7'
ist ein Druckraum 17 ausgebildet, der das Ventilglied 7 und
die Druckschulter 15 umgibt und bis zum Ventilsitz 11
reicht. In den Druckraum 17 mündet ein im Ventilkörper 1
ausgebildeter Zulaufkanal 21, über den der Druckraum 17 mit
Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden kann.
Am brennraumseitigen Ende geht der Ventilgliedschaft 7' in
eine Ventilgliedspitze 30 über, deren Außenmantelfläche nä
herungsweise konusförmig ist und eine Ventildichtfläche 9
bildet, die mit dem Ventilsitz 11 zusammenwirkt. Das Ventil
glied 7 wird durch die Kraft einer in der Zeichnung nicht
dargestellten Schließfeder mit der Ventildichtfläche 9 gegen
den Ventilsitz 11 gepreßt, so daß in dieser Schließstellung
die Einspritzöffnung 13 durch die Ventildichtfläche 9 gegen
den Druckraum 17 abdichtet wird. In geöffneter Stellung des
Ventilgliedes 7, das ist, wenn die Ventildichtfläche 9 durch
eine axiale Bewegung des Ventilgliedes 7 vom Brennraum weg
vom Ventilsitz 11 unter Einwirkung des dem Druckraum 17 un
ter hohem Druck zugeführten Kraftstoffs entgegen einer
Schließkraft abhebt, ist der Druckraum 17 über die Ein
spritzöffnung 13 mit dem Brennraum verbunden und Kraftstoff
wird in den Brennraum eingespritzt.
In Fig. 2 ist eine Vergrößerung des in Fig. 1 dargestell
ten Kraftstoffeinspritzventils im Bereich des Ventilsitzes
11 in Schließstellung gezeigt. Die Mantelfläche der Ventil
gliedspitze 30 ist in zwei Abschnitte geteilt, die durch ei
ne Ringrille 25 voneinander getrennt sind. Der das Ende des
Ventilgliedes 7 bildende erste Ventilgliedabschnitt 30a
weist eine kegelförmige Mantelfläche mit einem Konuswinkel γ
auf, während der zweite Ventilgliedabschnitt 30b, der sich
zur Seite des Ventilgliedschafts 7' an die Ringrille 25 an
schließt, eine kegelstumpfförmige Mantelfläche aufweist mit
einem Konuswinkel β. Der Konuswinkel γ ist dabei größer als
der Konuswinkel β, und die beiden Abschnitte der Ventil
gliedspitze 30 sind so ausgebildet, daß nur die Mantelfläche
des zweiten, kegelstumpfförmigen Ventilgliedabschnitts 30b
die Ventildichtfläche 9 trägt.
Am Übergang des Ventilgliedschaftes 7' zur Ventilgliedspitze
30 beziehungsweise zum zweiten kegelförmigen Abschnitt 30b
ist eine Ringnut 23 ausgebildet, die den die Ventildichtflä
che 9 tragenden zweiten Ventilgliedabschnitt 30b freistellt
und vorzugsweise so ausgeführt ist, daß sie den Abschnitt
30b teilweise hinterschneidet. Dadurch wird ein Ringkragen
28 gebildet, der federnd nachgiebig ist und sich so bei An
lage an den Ventilsitz 11 unter der Einwirkung der Schließ
kraft verformend dem Ventilsitz 11 anpassen kann. Die am
Übergang der beiden Ventilgliedabschnitte 30a, 30b der Ven
tilgliedspitze 30 angeordnete Ringrille 25 sorgt für eine
bessere Kraftstoffverteilung im Volumen zwischen der Ventil
gliedspitze 30 und dem Ventilsitz 11, falls vorgesehen ist,
mehr als eine Einspritzöffnung 13 am Ventilsitz 11 anzuord
nen. Die Ringrille 25 liegt stromaufwärts der abführenden
Einspritzöffnungen 13.
In Fig. 3 ist eine Vergrößerung des Ventilgliedes 7 im Be
reich der Ventildichtfläche 9 gezeigt. Die Mantelfläche des
Ringkragens 28 weist einen Öffnungswinkel β auf, der nicht
gleich, sondern etwas größer ist als der Konuswinkel α des
Ventilsitzes 11. Der Differenzwinkel ϕ ist dabei so bemes
sen, daß der Ringkragen 28, der in Schließstellung des Ven
tilgliedes 7 durch die Kraft der Schließfeder gegen den Ven
tilsitz 11 gepreßt wird, rein elastisch senkrecht zur Fläche
des Ventilsitzes 11 nach innen federn kann und so flächig am
Ventilsitz 11 anliegt. Das Federn wird dadurch unterstützt,
daß ein Teil der Ventildichtfläche 9 durch die Ringnut 23
hinterschnitten wird, so daß sich an der Basis des Ringkra
gens ein verringerter Querschnitt bildet.
Die Dichtkante 34, die den brennraumabgewandten Rand der
Ventildichtfläche 9 bildet, wird durch diese Ausgestaltung
nicht in den Ventilsitz 11 eingedrückt, da die volle Kraft
der Schließfeder erst nach der Verformung auf den Ventilsitz
11 wirkt. Der Durchmesser der ersten Berührung des Ventil
gliedes 7 mit dem Ventilsitz 11 bleibt unverändert. Um die
Verformungsarbeit des Ringkragens 28 zu verringern mit dem
Ziel, daß eine große Ventildichtfläche 9 flächig am Ventil
sitz 11 anliegt, muß der Differenzwinkel ϕ zwischen den Ko
nuswinkeln von Ventildichtfläche 9 und Ventilsitz 11 kleiner
als 1 Grad sein, vorzugsweise 0,25 bis 0,75 Grad.
Bei der Schließbewegung des Ventilgliedes 7 auf den Ventil
sitz 11 zu kommt zuerst die Dichtkante 34 am Ventilsitz 11
zur Anlage. Durch die Kraft der Schließfeder wird das Ven
tilglied 7 weiter auf den Ventilsitz 11 gepreßt, so daß der
Ringkragen 28 nach innen gedrückt wird, bis die gesamte, ke
gelstumpfförmige Ventildichtfläche 9 am Ventilsitz 11 zur
Anlage kommt.
Statt die Ventilgliedspitze 30 durch eine Ringrille in zwei
Ventilgliedabschnitte 30a, 30b zu unterteilen, kann es auch
vorgesehen sein, daß die Ringrille 25 entfällt, wodurch sich
durch den unterschiedlichen Konuswinkel der beiden Ventil
gliedabschnitte 30a, 30b eine Ringkante an deren Übergang
bildet.
Claims (6)
1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit ei
nem Ventilkörper (1), in dem in einer Bohrung (5) ein
kolbenförmiges Ventilglied (7) entgegen einer Schließ
kraft axial beweglich angeordnet ist, welches Ventilglied
(7) in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Boh
rung (5) geführt ist und das brennraumseitig durch eine
Querschnittsverringerung in einen Ventilgliedschaft (7')
übergeht, der in den als Druckraum (17) ausgebildeten
Ringraum zwischen der Bohrung (5) und dem Ventilglied
schaft (7') ragt, und einer am brennraumseitigen Ende des
Ventilgliedschaftes (7') ausgebildeten Ventilgliedspitze
(30), die im wesentlichen konisch ist und deren Außen
durchmesser sich vom Ventilgliedschaft (7') weg verrin
gert, und einem Ventilsitz (11), der am brennraumseitigen
Ende der Bohrung (5) ausgebildet ist und eine im wesent
lichen konische Fläche aufweist, auf der eine Mantelflä
che der Ventilgliedspitze (30) als Ventildichtfläche (9)
bei Bewegung des Ventilgliedes (7) in Richtung der
Schließkraft zur Anlage kommt und so wenigstens eine Ein
spritzöffnung (13) gegen den Druckraum (17) abdichtet,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Übergang des
Ventilgliedschaftes (7') zur Ventilgliedspitze (30) und
der Ventildichtfläche (9) eine umlaufende Ringnut (23)
angeordnet ist, derart, daß der die Ventildichtfläche (9)
tragende Teil der Ventilgliedspitze (30) federnd ausge
bildet ist und senkrecht zur konischen Fläche des Ventil
sitzes (11) elastisch verformbar ist.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Ringnut (23) die Ventildichtfläche
(9) zumindest zum Teil hinterschneidet.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß an der Ventilgliedspitze (30) eine
Ringrille (25) ausgebildet ist, wobei die Ventildichtflä
che (9) auf der kegelstumpfförmigen Fläche zwischen Ring
nut (23) und Ringrille (25) ausgebildet wird.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Konuswinkel (β) der Ventildichtflä
che (9) größer als der Konuswinkel (α) des Ventilsitzes
(11) ist.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Differenz (ϕ) der Konuswinkel (α, β)
von Ventilsitz (11) und Ventildichtfläche (9) weniger als
1 Grad beträgt.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Differenz (ϕ) der Konuswinkel (α, β)
von Ventilsitz (11) und Ventildichtfläche (9) 0,25 bis
0,75 Grad beträgt.
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