DE10008554A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil mit wenigstens zwei Ventilkörperteilen (1; 3), die an je einer Anlagefläche (101; 103) aneinander anliegen und durch eine Spannvorrichtung (4) gegeneinander senkrecht zur Anlagefläche (101; 103) verspannt sind. In beiden Ventilkörperteilen (1; 3) ist ein Zulaufkanal (8) für Kraftstoff ausgebildet, der durch die Anlageflächen (101; 103) hindurchtritt und in dem ein hoher Kraftstoffdruck herrscht. Im Zulaufkanal (8) ist wenigstens eine radiale Erweiterung (40) nahe der Anlagefläche (101) des betreffenden Ventilkörperteils (1) ausgebildet, so daß diese radiale Erweiterung (40) durch den Kraftstoffdruck im Zulaufkanal (8) eine Aufweitung in axialer Richtung des Zulaufkanals (8) erfährt. Dadurch wird der den Durchtritt des Zulaufkanals (8) umgebende Bereich der Anlagefläche (101) an die Anlagefläche (103) des anliegenden Ventilkörperteils (3) gepreßt, so daß sich der Anpreßdruck der Anlageflächen (101; 103) erhöht. Der Durchtritt des Zulaufkanals (8) wird somit besser abgedichtet oder es kann die Kraft der Spannvorrichtung (4) entsprechend reduziert werden (Figur 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil aus, das der Gattung des Patentanspruchs 1 entspricht. Bei einem solchen, aus der Schrift PCT 96/02378 bekannten Kraftstoff­ einspritzventil ist in einem Ventilkörper eine zentrale Boh­ rung ausgebildet, in der ein kolbenförmiges, längs ver­ schiebbares Ventilglied angeordnet ist. Am brennraumseitigen Ende des Ventilgliedes ist eine Ventildichtfläche ausgebil­ det, mit der das Ventilglied mit einem am brennraumseitigen Ende der zentralen Bohrung ausgebildeten Ventilsitz zur Steuerung wenigstens einer Einspritzöffnung zusammenwirkt. Der Ventilkörper ist durch eine Vorrichtung in Form einer Spannmutter in axialer Richtung gegen einen Ventilhaltekör­ per verspannt.

Durch eine Verjüngung des Ventilgliedes zum Brennraum hin ist am Ventilglied eine Druckschulter ausgebildet, die in einem im Ventilkörper ausgebildeten Druckraum angeordnet ist, der über einen im Ventilkörper und im Ventilhaltekörper verlaufenden Zulaufkanal mit Kraftstoff befüllt werden kann. Der Zulaufkanal tritt durch die Berührfläche von Ventilhal­ tekörper und Ventilkörper hindurch und wird durch die An­ preßkraft der Spannmutter abgedichtet. Um einen ausreichen­ den Anpreßdruck im Bereich des Durchtritts des Zulaufkanals zu erreichen und damit eine sichere Abdichtung zu gewährlei­ sten, müssen die Stirnflächen mit hoher Genauigkeit plan ge­ schliffen sein, was sehr aufwendig und damit kostenintensiv ist.

Zur Erhöhung der Dichtigkeit ist eine Erhöhung des Anpreß­ drucks des Ventilkörpers an den Ventilhaltekörper erforder­ lich. Dies ist jedoch nur im Bereich der Übertrittsstelle des Zulaufkanals erwünscht, da es bei einer allzu großen Krafteinwirkung der Spannmutter auf den Ventilkörper zu ei­ ner Verformung des Ventilkörpers kommen kann, was sich un­ günstig auf die Führung des Ventilgliedes in der Bohrung des Ventilkörpers auswirkt. Eine lokale Erhöhung des Anpreß­ drucks im Bereich der Übertrittsstelle des Zulaufkanals ist mit der bisher bekannten Konstruktion nicht möglich.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der hydraulische Druck des Kraftstoffs im Zulaufkanal dazu benutzt wird, die Anpreßkraft der Anlage­ flächen zweier Ventilkörperteile im Bereich um die Durch­ trittsstelle des Zulaufkanals zu erhöhen. Durch eine radiale Erweiterung des Zulaufkanals in der Nähe der Anlagefläche der Ventilkörperteile ergibt sich durch die hydraulische Kraft des im Zulaufkanal befindlichen Kraftstoffs eine Auf­ weitung der radialen Erweiterung in axialer Richtung des Zu­ laufkanals. Sind die Ventilkörperteile beispielsweise der Ventilkörper und der Ventilhaltekörper, so wird die dem Ven­ tilkörper zugewandte Stirnseite der im Ventilhaltekörper ausgebildeten radialen Erweiterung in Richtung auf den Ven­ tilkörper gedrückt. Dadurch erhöht sich der Anpreßdruck von Ventilkörper und Ventilhaltekörper an deren Anlagefläche im Bereich des Durchtritts des Zulaufkanals und es ergibt sich eine bessere Abdichtung des Zulaufkanals und eine geringere Anforderung an die Güte der Anlageflächen. Dabei kann es vorgesehen sein, in beiden aneinander anliegenden Ventilkör­ perteilen eine derartige radiale Erweiterung im Zulaufkanal auszubilden oder nur in einem der beiden Ventilkörperteile.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist die radiale Erweiterung als eine an der Innen­ wandfläche des Zulaufkanals umlaufende Ringnut ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung und sorgt durch die rotationssymmetrische Ausgestaltung der radialen Erweiterung für einen gleichmäßigen Anpreßdruck im Bereich des Durchtritts des Zulaufkanals durch die Berühr­ fläche der Ventilkörperteile. In vorteilhafter Weise sind die Übergangskanten vom Zulaufkanal zur radialen Erweiterung gerundet ausgebildet, so daß sich an diesen Stellen keine Verwirbelungen im Kraftstoffstrom durch den Zulaufkanal bil­ den können.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen­ standes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil gezeigt, Fig. 2 zeigt eine Ver­ größerung des Durchtrittsbereichs des Zulaufkanals durch die Berührfläche der beiden Ventilkörperteile und Fig. 3 eine weitere Vergrößerung des in Fig. 2 gezeigten Ausschnitts im Bereich der radialen Erweiterungen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Kraftstoffein­ spritzventil gezeigt, wie es bei Common-Rail-Systemen Anwen­ dung findet. Ein als Ventilkörper 3 ausgebildetes Ventilkör­ perteil ist mittels einer als Spannmutter 4 ausgebildeten Vorrichtung axial gegen ein zweites, als Ventilhaltekörper 1 ausgebildetes Ventilkörperteil verspannt. Im Ventilkörper 3 ist eine Bohrung 7 ausgebildet, an deren dem Brennraum zuge­ wandten Ende wenigstens eine Einspritzöffnung 16 ausgebildet ist, über die Kraftstoff direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. In der Bohrung 7 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 5 angeordnet, das in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 7 ge­ führt ist und sich zum Brennraum hin unter Bildung einer Druckschulter 11 verjüngt. Am brennraumseitigen Ende ist am Ventilglied 5 eine Ventildichtfläche 12 ausgebildet, die mit einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung 7 ausgebildeten Ventilsitz 14 zur Steuerung der wenigstens einen Ein­ spritzöffnung 16 zusammenwirkt.

Die Druckschulter 11 ist in einem das Ventilglied 7 umgeben­ den Druckraum 10 angeordnet, der dem Ventilsitz 14 zu in ei­ nen Ringkanal übergeht und bis zum Ventilsitz 14 reicht. Der Druckraum 10 ist über einen im Ventilkörper 3 und im Ventil­ haltekörper 1 ausgebildeten Zulaufkanal 8 mit Kraftstoff be­ füllbar, der von einem seitlich am Ventilhaltekörper 1 ange­ brachten Kraftstoffanschluß 20 im wesentlichen parallel zur Längsachse des Ventilhaltekörpers 1 und durch den Ventilkör­ per 3 verläuft, bis er dort den Druckraum 10 seitlich schneidet. Der Kraftstoffanschluß 20 ist über eine Hoch­ druckleitung 52 mit einem Kraftstoffhochdruckraum 50 verbun­ den, dem Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 60 mittels ei­ ner Hochdruckpumpe 56 durch eine Zulaufleitung 54 zugeführt wird. In diesem Kraftstoffhochdruckraum 50 wird ein vorgegebenes Druckniveau des Kraftstoffs aufrechterhalten und damit auch im Zulaufkanal 8 des Kraftstoffeinspritzventils. Während des gesamten Betriebes des Kraftstoffeinspritzven­ tils herrscht im Zulaufkanal 8 ein hoher Kraftstoffdruck, so daß eine gute Abdichtung an der Berührfläche von Ventilkör­ per 3 und Ventilhaltekörper 1 wichtig für ein einwandfreies Funktionieren des Kraftstoffeinspritzventils ist.

Im Ventilkörper 1 ist eine Führungsbohrung 13 ausgebildet, in der ein Druckstift 6 axial beweglich angeordnet ist. Der Druckstift 6 kommt mit seiner brennraumzugewandten Stirnsei­ te am Ventilglied 5 zur Anlage und begrenzt mit seiner brennraumabgewandten Stirnfläche 28 einen Steuerraum 26. Über eine Zulaufdrossel 22 ist der Steuerraum 26 mit dem Zu­ laufkanal 8 verbunden und kann über eine Ablaufdrossel 24, die mittels eines Magnetventils 30 geöffnet und geschlossen werden kann, entlastet werden. Durch den so regelbaren Ab­ fluß und Zufluß des Kraftstoffs kann der Kraftstoffdruck im Steuerraum 26 gesteuert werden und damit auch die Kraft auf die brennraumabgewandte Stirnfläche 28 des Druckstifts 6.

Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Im Zulaufkanal 8 herrscht bei geschlossenem Kraft­ stoffeinspritzventil der gleiche Kraftstoffdruck wie im Kraftstoffhochdruckraum 50 und damit auch im Druckraum 10. Da das Magnetventil 30 zu Beginn geschlossen ist, kann der Kraftstoff im Steuerraum 26 nicht über die Ablaufdrossel 24 abfließen, so daß der Kraftstoffhochdruck im Steuerraum 26 dem Druck im Zulaufkanal 8 entspricht. Dadurch ergibt sich eine hydraulische Kraft in axialer Richtung des Ventilhalte­ körpers 1 auf die den Steuerraum 26 begrenzende, brennrau­ mabgewandte Stirnfläche 28 des Druckstifts 6, so daß das Ventilglied 5 über den Druckstift 6 mit der Ventildichtflä­ che 12 gegen den Ventilsitz 14 gepreßt wird. Durch den Kraftstoffdruck im Druckraum 10 ergibt sich auch eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 11, die der Schließ­ kraft des Druckstifts 6 entgegenwirkt. Da die brennraumabge­ wandte Stirnfläche 28 des Druckstifts 6 eine größere, in axialer Richtung wirkende Fläche aufweist als die Druck­ schulter 11, überwiegt die in Brennraumrichtung wirkende hy­ draulische Kraft auf das Ventilglied 5, so daß dieses in Schließstellung verharrt. Zu Beginn des Einspritzvorgangs öffnet das Magnetventil 30 die Ablaufdrossel 24 des Steuer­ raums 26, so daß der Kraftstoff aus dem Steuerraum 26 ab­ fließen kann. Da die Ablaufdrossel 24 einen kleineren Strö­ mungswiderstand besitzt als die Zulaufdrossel 22, sinkt der Kraftstoffdruck im Steuerraum 26 ab. Dadurch reduziert sich auch die hydraulische Kraft auf die brennraumabgewandte Stirnfläche 28 des Druckstiftes 6, bis die Kraft kleiner wird als die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 11. Durch die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 11 bewegt sich das Ventilglied 5 vom Brennraum weg und hebt mit der Ventildichtfläche 12 vom Ventilsitz 14 ab. Dadurch wird auch der Druckstift 6 vom Brennraum weg bewegt, bis er mit der Stirnfläche 28 am brennraumabgewandten Ende der Führungsboh­ rung 13 zur Anlage kommt und die Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 5 begrenzt. Durch das Abheben der Ventildicht­ fläche 12 wird die wenigstens eine Einspritzöffnung 16 mit dem Druckraum 10 verbunden und Kraftstoff wird über die Ein­ spritzöffnung 16 in den Brennraum eingespritzt. Hierbei fließt während des Einspritzvorgangs aus dem Kraftstoffhoch­ druckraum 50 über die Hochdruckleitung 52 Kraftstoff durch den Zulaufkanal 8 in den Druckraum 10 nach, so daß der Kraftstoffdruck im Druckraum 10 auf einem hohen Niveau ver­ bleibt. Das Ende des Einspritzvorganges wird dadurch einge­ leitet, daß das Magnetventil 30 die Ablaufdrossel 24 verschließt. Dadurch kann Kraftstoff über die Zulaufdrossel 22 in den Steuerraum 26 einfließen, bis der Kraftstoffdruck im Steuerraum 26 auf den Druck im Zulaufkanal 8 angestiegen ist. Durch die hydraulische Kraft auf die brennraumabgewandte Stirnfläche 28 des Druckstifts 6, die nun wieder die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 11 überwiegt, wird der Druckstift 6 zum Brennraum hin bewegt und drückt damit auch das Ventilglied 5 mit der Ventildichtfläche 12 gegen den Ventilsitz 14 und verschließt so wieder die wenig­ stens eine Einspritzöffnung 16.

In Fig. 2 ist eine Vergrößerung des Kraftstoffeinspritzven­ tils im Bereich des Durchtritts des Zulaufkanals 8 durch die Berührfläche des Ventilhaltekörpers 1 und des Ventilkörpers 3 dargestellt. In der Nähe der Anlagefläche 101 des Ventil­ haltekörpers 1, aber mit Abstand zu dieser, ist im Zulaufka­ nal 8 eine radiale Erweiterung 40 ausgebildet und ebenso in dem im Ventilkörper 3 verlaufenden Abschnitt des Zulaufka­ nals 8 nahe der Anlagefläche 103 des Ventilkörpers 3. Durch den Druck im Zulaufkanal 8 wirken auf die Wandfläche der ra­ dialen Erweiterung 40 Kraftkomponenten sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung bezüglich der Längs­ achse des Zulaufkanals 8. Die in radialer Richtung wirkenden Kräfte heben sich aufgrund der Symmetrie gegenseitig auf und führen allenfalls zu einer leichten, technisch unbedeutenden radialen Aufweitung der radialen Erweiterung 40. Die in axialer Richtung des Zulaufkanals 8 wirkenden Kräfte bewir­ ken hingegen eine Aufweitung der radialen Erweiterung 40 in axialer Richtung. Bei der im Ventilhaltekörper 1 ausgebilde­ ten radialen Erweiterung 40 wird die dem Ventilkörper 3 zu­ gewandte Druckschulter 140 in Richtung des Ventilkörpers ge­ preßt. Dasselbe geschieht im Ventilkörper 3 in der darin ausgebildeten radialen Erweiterung 40 mit der Druckschulter 140, die hier dem Ventilhaltekörper 1 zugewandt ist. Hier­ durch werden die Stirnfläche 101 des Ventilhaltekörpers 1 und die Stirnfläche 103 des Ventilkörpers 3 im Bereich des Durchtritts des Zulaufkanals 8 gegeneinander gepreßt, wo­ durch sich eine sichere Abdichtung des Zulaufkanals 8 an der Durchtrittsstelle ergibt. Durch diese hydraulische Verstärkung der Anpreßkraft von Ventilhaltekörper 1 und Ventilkör­ per 3 kann die Kraft der Spannmutter 4 reduziert werden, was eine geringere Verformung des gesamten Kraftstoffeinspritz­ ventils bewirkt. Die Übergänge 42 des Zulaufkanals 8 zur ra­ dialen Erweiterung 40 sind in vorteilhafter Weise abgerundet ausgebildet. Hierdurch ergeben sich weniger Verwirbelungen als bei einem scharfkantigen Übergang, und der Kraftstoff kann ungehindert durch die radialen Erweiterungen hindurch fließen.

Alternativ zu dem in Fig. 1 gezeigten Kraftstoffeinspritz­ ventil kann es auch vorgesehen sein, daß der Ventilkörper 3 unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe in axialer Richtung gegen den Ventilhaltekörper 1 verspannt ist. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße radiale Erweiterung an jedem Durchgang des Zulaufkanals 8 durch eine Anlagefläche von zwei Ventilkörperteilen ausgebildet sein. Auch kann es vor­ gesehen sein, daß der Ventilhaltekörper 1 aus mehreren Ven­ tilkörperteilen aufgebaut ist, wodurch sich die erfindungs­ gemäße radiale Erweiterung auch an den Durchtrittsstellen des Zulaufkanals 8 dieser Ventilkörperteile ausbilden läßt.

Es kann auch vorgesehen sein, die erfindungsgemäßen radialen Erweiterung im Zulaufkanal 8 von Kraftstoffeinspritzventilen auszubilden, die nicht an einen Kraftstoffhochdruckraum mit vorgegebenen Druckniveau angeschlossen werden. Auch wenn der Einspritzvorgang über das Druckniveau im Zulaufkanal 8 ge­ steuert wird, also wenn der Druck im Zulaufkanal 8 während des Einspritzvorgangs nicht konstant ist, ergibt sich durch die entsprechende radiale Erweiterung 40 eine erhöhte An­ preßkraft im Bereich der Übertrittsstellen des Zulaufka­ nals 8.

Es ist auch möglich, die erfindungsgemäße radiale Erweite­ rung 40 nur in einem Ventilkörperteil auszubilden. Auch dann kommt es zu einer Erhöhung der Anpreßkraft im Bereich um den Durchtritt des Zulaufkanals 8 durch die Anlagefläche der beiden Ventilkörperteile. Diese Ausführung ist beispielswei­ se dann sinnvoll, wenn ein Ventilkörperteil, etwa eine zwi­ schen Ventilkörper 3 und Ventilhaltekörper 1 angeordnete Zwischenscheibe, zu dünn sein sollte, um die erfindungsgemä­ ße radiale Erweiterung 40 darin auszubilden.

Die maximale radiale Ausdehnung der radialen Erweiterung 40 beträgt vorteilhafter Weise etwa das 1,5- bis 2,5-fache des Durchmessers des Zulaufkanals 8, vorzugsweise etwa das 2- fache. Der axiale Abstand der radialen Erweiterung 40 zur Stirnfläche 101 beziehungsweise zur Stirnfläche 103 sollte dabei weniger als 2 mm betragen, um eine ausreichend große axiale Anpreßkraft zu erreichen.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit we­ nigstens zwei Ventilkörperteilen (1; 3), die mit je einer Anlagefläche (101; 103) an wenigstens einem anderen Ven­ tilkörperteil (1; 3) anliegen und durch eine Vorrichtung (4) aneinander gepreßt werden, und in welchen Ventilkör­ perteilen (1; 3) ein Zulaufkanal (8) ausgebildet ist, der durch die Anlageflächen (101; 103) von einem Ventilkör­ perteil (1) in das anliegende Ventilkörperteil (3) hin­ durchtritt, wobei die Anlageflächen. (101; 103) der Ven­ tilkörperteile (1; 3) in einem Bereich um den Durchtritt des Zulaufkanals (8) aneinander anliegen und so in diesem Bereich eine Dichtfläche bilden, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Stelle im Zulaufkanal (8) wenig­ stens eines Ventilkörperteils (1; 3) in einem Abstand zur Anlagefläche (101; 103) dieses Ventilkörperteils (1; 3) eine radiale Erweiterung (40) ausgebildet ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die wenigstens eine radiale Erweiterung (40) im Zulaufkanal (8) nahe der Anlagefläche (101; 103) des Ventilkörperteils (1; 3) ausgebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der wenigstens einen ra­ dialen Erweiterung (40) von der Anlagefläche (101; 103) des Ventilkörperteils (1; 3) kleiner als 2 mm ist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erweite­ rung (40) als umlaufende Ringnut im Zulaufkanal (8) aus­ gebildet ist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die als Ringnut ausgebildete radiale Erweiterung (40) einen gerundeten Querschnitt aufweist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erweite­ rung (40) einen maximalen Durchmesser aufweist, der dem 1,5- bis 2,5-fachen Durchmesser des Zulaufkanals (8) ent­ spricht, vorzugsweise etwa dem 2-fachen.