DE10044933A1

DE10044933A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10044933A1
Application number: DE10044933A
Authority: DE
Inventors: Kurt Frank
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2000-09-12
Publication date: 2002-03-21
Also published as: EP1319128B1; JP2004509268A; DE50111561D1; EP1319128A1; US6712295B2; US20030132318A1; WO2002023037A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (3), in dem eine Bohrung (7) mit einem darin angeordneten kolbenförmigen Ventilglied (10) ausgebildet ist, welches Ventilglied (10) in der Bohrung (7) entgegen einer Schließkraft längsverschiebbar ist und durch seine Längsbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung (22) steuert, durch die Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Ein Ventilhaltekörper (1) ist in axialer Richtung gegen den Ventilkörper (3) verspannt. Ein Zulaufkanal (12), der Kraftstoff unter hohem Druck leitet, führt durch den Ventilhaltekörper (1) und durch dessen als Hochdruckdichtfläche (30) ausgebildete Anlagefläche am Ventilkörper (3) bis zu den Einspritzöffnungen (22). Die Verspannung des Ventilhaltekörpers (1) gegen den Ventilkörper (3) erfolgt mittels einer Spannmutter (5), die den Ventilkörper (3) umgreift und mit einem Innengewinde (44) in ein am Ventilhaltekörper (1) ausgebildetes Außengewinde (42) eingreift. Die Anlageflanke (52) des Außengewindes (42) und die Anlageflanke (50) des Innengewindes (44), die durch die Verspannung aneinander gepreßt werden, sind senkrecht zur Längsachse (8) des Außengewindes (42) ausgebildet, so daß sich bei der Verspannung der Spannmutter (5) keine nach außen gerichteten radialen Kräfte auf die Spannmutter (5) ergeben.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, vorzugsweise selbstzündender Brenn kraftmaschinen, nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen aus dem deutschen Gebrauchsmuster 298 14 934 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist in einem Ventil körper eine Bohrung ausgebildet, in der ein kolbenförmiges Ventilglied längsverschiebbar angeordnet ist, welches Ven tilglied durch seine Längsbewegung die Öffnung wenigstens einer Einspritzöffnung steuert. Das Ventilglied wird in Schließrichtung von einer Schließkraft beaufschlagt und weist eine Druckfläche auf, die in einem mit Kraftstoffhoch druck befüllbaren Druckraum angeordnet ist. Durch Befüllung des Druckraums mit Kraftstoff unter hohem Druck kann eine hydraulische Kraft auf die Druckfläche ausgeübt werden, die der Schließkraft entgegengerichtet ist und so die Öffnungs hubbewegung des Ventilglieds bewirkt. Die Vorrichtung zur Erzeugung der Schließkraft ist in einem Ventilhaltekörper ausgebildet, der eine Längsachse aufweist und in axialer Richtung gegen den Ventilkörper verspannt ist. Am Ventilhal tekörper befindet sich ein Hochdruckanschluß, der in einen Zulaufkanal mündet, welcher den Ventilhaltekörper in Längs richtung durchquert und durch die Anlagefläche zwischen Ven tilkörper und Ventilhaltekörper bis in den Druckraum des Ventilkörpers reicht. Die Anlagefläche ist somit eine Hoch druckdichtfläche und muß eine entsprechend gute Dichtung aufweisen.

Die Verspannung des Ventilhaltekörpers gegen den Ventilkör per erfolgt durch eine Spannmutter, die den Ventilkörper um faßt und an einer am Ventilkörper ausgebildeten ringschei benförmigen Auflagefläche anliegt, die dem Ventilhaltekörper abgewandt ist. Am Ventilhaltekörper ist ein Außengewinde an gebracht, in das die Spannmutter mit einem entsprechenden Innengewinde eingreift, so daß der Ventilkörper durch die Verschraubung der Spannmutter gegen den Ventilhaltekörper verspannt wird. Hierdurch erreicht man an der Hochdruck dichtfläche zwischen Ventilhaltekörper und Ventilkörper eine gute Dichtung, und der Zulaufkanal, der durch die Hochdruck dichtfläche, also die Anlagefläche des Ventilhaltekörpers am Ventilkörper, hindurchtritt, erhält eine sichere Abdichtung.

Bei den bekannten Kraftstoffeinspritzventilen ist das Gewin de, das an der Außenmantelfläche des Ventilhaltekörpers aus gebildet ist und in welches die Spannmutter eingreift, als Feingewinde ausgebildet. Die Flanken der Gewindegänge schließen hierbei mit der Längsachse des Gewindes und damit auch mit der Längsachse des Ventilhaltekörpers einen Winkel von etwa 60° ein. Durch die axiale Verspannung der Spannmut ter erhält man somit, neben der in axialer Richtung wirken den Kraftkomponente auf die Schraubenflächen, eine in radia ler Richtung bezüglich der Längsachse des Ventilhaltekörpers wirkende Kraftkomponente, die die Spannmutter aufweitet. Hierdurch wird die maximal erreichbare Flächenpressung an der Hochdruckdichtfläche zwischen Ventilhaltekörper und Ven tilkörper beschränkt, so daß es bei hohen Drücken im Zulauf kanal zu Dichtigkeitsproblemen kommen kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Anlageflanken des am Ventilhaltekörper aus gebildeten Außengewindes und des an der Spannmutter ausgebilde ten Innengewindes zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse des Ventilhaltekörpers ausgebildet sind, so daß bei der Verspan nung der Spannmutter diese Anlageflanken aneinander gepreßt wer den, ohne daß wesentliche radiale Kräfte auf die Spannmutter entstehen. Hierdurch lassen sich größere axiale Spannkräfte auf den Ventilkörper bzw. den Ventilhaltekörper ausüben und so eine höhere Flächenpressung an der Hochdruckdichtfläche zwischen den beiden Körpern erreichen. Eine Aufweitung der Spannmutter durch radiale Kraftanteile findet somit nicht mehr statt. Besonders vorteilhaft ist dies bei Kraftstoffeinspritzventilen, die mit einem sogenannten Common-Rail-System arbeiten, da hier im Ven tilkörper ständig hoher Kraftstoffdruck herrscht.

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

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritz ventil dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung von Fig. 1 im Bereich des Außengewindes des Ventilhaltekörpers und Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbei spiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils im Längsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt. Ein Ventilhaltekörper 1 ist in axialer Richtung gegen einen Ventilkörper 3 verspannt. Der Ven tilkörper 3 ist im Durchmesser gestuft ausgebildet und verjüngt sich dem Brennraum zu, so daß an seiner Außenmantelfläche eine ringscheibenförmige Anlagefläche 24 ausgebildet ist, die dem Brennraum zugewandt ist. Den Ventilkörper 3 umgreift eine Spann mutter 5, die an der Anlagefläche 24 anliegt und sich bis über den Ventilhaltekörper 1 erstreckt. An der Innenmantelfläche der Spannmutter 5 ist auf Höhe des Ventilhaltekörpers 1 ein Innenge winde 44 ausgebildet, das in ein an der Außenmantelfläche des Ventilhaltekörpers 1 ausgebildetes Außengewinde 42 eingreift, welches Außengewinde 42 eine Längsachse 8 aufweist. Durch Drehen der Spannmutter 5 wird somit die Spannmutter 5 in axialer Rich tung bewegt und verspannt so den Ventilkörper 3 mit seiner brennraumabgewandten Stirnfläche gegen den Ventilhaltekörper 1, so daß die Anlagefläche des Ventilkörpers 3 am Ventilhaltekörper 1 als eine Hochdruckdichtfläche 30 ausgebildet ist.

Im Ventilkörper 3 ist eine Bohrung 7 ausgebildet, die von der brennraumabgewandten Stirnseite des Ventilkörpers 3 ausgeht und an ihrem brennraumseitigen Ende in einen Ventilsitz 20 übergeht. Der Ventilsitz 20 ist dabei im wesentlichen konisch ausgebildet und weist wenigstens eine Einspritzöffnung 22 auf, über die die Bohrung 7 mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbunden ist. In der Bohrung 7 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 10 an geordnet, das in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 7 dichtend geführt ist und sich unter Bildung einer Druckschulter 16 zum Brennraum hin verjüngt. An seinem brenn raumseitigen Ende geht das Ventilglied 10 in eine Ventildicht fläche 18 über, die im wesentlichen konisch ausgebildet ist und mit dem Ventilsitz 20 zur Steuerung der wenigsten einen Ein spritzöffnung 22 zusammenwirkt. Im Ventilkörper 3 ist auf Höhe der Druckschulter 16 durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 7 ein Druckraum 14 ausgebildet, der sich als ein das Ventilglied 10 umgebender Ringkanal bis zum Ventilsitz 20 fortsetzt. In den Druckraum 14 mündet ein im Ventilkörper 3 und im Ventilhaltekör per 1 ausgebildeter Zulaufkanal 12, der mit seinem anderen Ende mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffhoch druckquelle verbunden ist. Über diesen Zulaufkanal 12 läßt sich der Druckraum 14 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllen.

Im Ventilhaltekörper 1 ist ein als Bohrung ausgeführter Feder raum 32 ausgebildet, in dem ein Führungsstück 40 angeordnet ist, das mit der brennraumabgewandten Stirnfläche des Ventilgliedes 10 verbunden ist. Das Führungsstück 40 ist hierbei zylinderför mig ausgebildet und im Federraum 32 geführt. Das Führungsstück 40 weist wenigstens eine seitliche Ausnehmung 41 auf, die die Bohrung 7 mit dem Federraum 32 verbindet. Zwischen der brenn raumabgewandten Stirnfläche des Federraums 32 und dem Führungs stück 40 ist eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Schließ feder 34 unter Druckvorspannung angeordnet. Diese Schließfeder 34 umgibt dabei einen Stößel 36, der in einer in den Federraum 32 mündenden Führungsbohrung 38 angeordnet ist und mit seiner dem Ventilglied 10 zugewandten Stirnseite am Führungsstück 40 anliegt. Auf die brennraumabgewandte Stirnseite des Stößels 36 wirkt durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung eine steuerbare Schließkraft, die den Stößel 36 in Richtung des Ventilsitzes 20 mit einer Kraft beaufschlagen kann. Im geschlos senen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils, das ist, wenn die Ventildichtfläche 18 am Ventilsitz 20 anliegt, herrscht im Druckraum 14 durch die Verbindung mit der Kraftstoffhochdruck quelle ein vorgegebener Kraftstoffhochdruck. Durch diesen Kraft stoffhochdruck ergibt sich eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 16, so daß dadurch eine Öffnungskraft auf die Druckschulter 16 in Richtung vom Ventilsitz 20 weg wirkt. Die Schließkraft auf den Stößel 36, der über das Führungsstück 40 auch auf das Ventilglied 10 wirkt, überwiegt jedoch diese Öff nungskraft, so daß das Ventilglied 10 in Schließstellung ver harrt. Die Schließfeder 34 wirkt hierbei noch unterstützend. Soll eine Einspritzung von Kraftstoff erfolgen, so wird die Schließkraft auf den Stößel 36 reduziert und die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 16 ist nun in der Lage das Ventil glied 10 entgegen der Schließkraft auf den Stößel 36 und der Fe derkraft der Schließfeder 34 in Öffnungsrichtung, d. h. vom Ven tilsitz 20 weg, zu bewegen. Hierdurch hebt die Ventildichtfläche 18 vom Ventilsitz 20 ab, die Einspritzöffnungen 22 werden frei gegeben und Kraftstoff fließt aus dem Druckraum 14 durch die Einspritzöffnungen 22 in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Hierbei wird über den Zulaufkanal 12 ständig Kraftstoff unter hohem Druck aus der Kraftstoffhochdruckquelle nachgeführt. Das Ende der Einspritzung wird wiederum durch Erhöhung der Schließ kraft auf den Stößel 36 bewirkt, so daß das Ventilglied 10 durch die zuvor geschilderten Kraftverhältnisse wieder in die Schließ stellung zurückfährt.

In Fig. 2 ist eine Vergrößerung im Bereich der Überdeckung von Spannmutter 5 und Ventilhaltekörper 1 gezeigt. Das Außengewinde 42 am Ventilhaltekörper 1 weist in jedem Gewindegang eine Schrägflanke 46 auf, die einen Winkel β mit der Längsachse 8 des Außengewindes 42 einschließt. Die der Schrägflanke 46 gegenüber liegende Anlagenflanke 52 schließt mit der Längsachse 8 des Au ßengewindes 42 hingegen einen Winkel α ein, der zumindest nähe rungsweise 90° beträgt. Das Innengewinde 44 der Spannmutter 5 ist entsprechend ausgebildet, um in das Außengewinde 42 des Ven tilhaltekörpers 1 einzugreifen. Jeder Gewindegang des Innenge windes 44 weist eine Schrägflanke 48 auf, die bei eingeschraub ter Spannmutter 5 der Schrägflanke 46 des Außengewindes 42 ge genüberliegt. Hierbei werden die beiden Schrägflanken 46, 48 je doch im allgemeinen nicht aufeinander gepreßt, da die Spannmut ter 5 in axialer Richtung gegen den Ventilhaltekörper 1 ver spannt ist. Die der Schrägflanke 48 gegenüberliegende Flanke des Innengewindes 44 ist als Anlageflanke 50 ausgebildet und steht zumindest annäherungsweise senkrecht auf der Längsachse 8 des Ventilhaltekörpers 1. Die Anlageflanke 50 liegt an der Anla geflanke 52 des Außengewindes 42 an, so daß beim Festschrauben der Spannmutter 5 eine in axialer Richtung wirkende Kraft von der Spannmutter 5 über die äußere Anlageflanke 50 auf die Anla geflanke 52 des Außengewindes 42 des Ventilhaltekörpers 1 über tragen wird. Da die beiden aneinanderliegenden Anlageflanken 50, 52 senkrecht auf der Längsachse 8 des Außengewindes 42 und damit auch senkrecht auf der Verspannungsrichtung des Ventilkörpers 3 stehen, ergibt sich keine oder nur eine sehr geringe in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 8 wirkende Kraftkomponente auf die Spannmutter 5. Es ergibt sich also keine Aufweitung der Spannmutter 5 durch das Festspannen und damit kann an der Hoch druckdichtfläche 30, also der Anlagefläche des Ventilkörpers 3 am Ventilhaltekörper 1, eine sehr hohe Flächenpressung erreicht werden und damit eine ausreichend gute Dichtung des Zulaufkanals 12 an seinem Übergang vom Ventilhaltekörper 1 zum Ventilkör per 3.

In Fig. 3 ist alternativ zu dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau ein Kraftstoffeinspritzventils im Längsschnitt gezeigt, bei dem zwischen dem Ventilhaltekörper 1 und dem Ventilkörper 3 eine Zwischenscheibe 6 angeordnet ist, so daß zwei Hochdruckdichtflä chen entstehen: einmal am Übergang vom Ventilhaltekörper 1 zur Zwischenscheibe 6 und von der Zwischenscheibe 6 zum Ventilkörper 3. Auch bei einem solchen Aufbau erhält man durch das erfin dungsgemäße Gewinde an der Innenseite der Spannmutter 5 bezie hungsweise an der Außenmantelfläche des Ventilhaltekörpers 1 ei ne optimierte Flächenpressung und damit eine verbesserte Dicht heit am Übergang des Zulaufkanals 12 durch die Hochdruckdicht flächen.

Alternativ zu den in Fig. 1 und Fig. 3 gezeigte Kraftstoffein spritzventilen kann es auch vorgesehen sein, daß die Spannmutter mit ihrem Innengewinde in ein an der Außenmantelfläche des Ven tilkörpers 3 angeordneten Außengewindes eingreift. In diesem Fall stützt sich die Spannmutter an einer am Ventilhaltekörper 1 ausgebildeten Anlagefläche ab, die dem Ventilkörper 1 abgewandt ist, so daß auch in diesem Fall eine Verspannung von Ventilkör per 3 und Ventilhaltekörper 1 gegeneinander erfolgen kann.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit ei nem Ventilkörper (3), in dem in einer Bohrung (7) ein Ventilglied (10) durch Druckbeaufschlagung einer Druck schulter (16) mit Kraftstoff entgegen einer Schließkraft längsverschiebbar ist und durch die Längsbewegung wenig stens eine Einspritzöffnung (22) steuert, und mit einem Ventilhaltekörper (1), der in axialer Richtung mittels einer Spannmutter (5) gegen den Ventilkörper (3) ver spannt ist, wobei die Spannmutter (5) ein Innengewinde (44) aufweist, das in ein an der Außenmantelfläche des Ventilhaltekörpers (1) oder der Außenmantelfläche des Ventilkörpers (3) ausgebildetes und eine Längsachse (8) aufweisendes Außengewinde (42) eingreift, und mit einem im Ventilhaltekörper (1) und im Ventilkörper (3) verlau fenden Zulaufkanal (12), durch den Kraftstoff unter hohem Druck durch die als Hochdruckdichtfläche (30) ausgebilde te Anlagefläche des Ventilkörpers (3) am Ventilhaltekör per (1) zu den Einspritzöffnungen (22) geleitet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Verspannung des Ventilkörpers (3) gegen den Ventilhaltekörper (1) ge geneinander gepreßten Anlageflanken (50; 52) des Innenge windes (44) und des Außengewindes (42) zumindest annä hernd senkrecht zur Längsachse (8) des Außengewindes (42) ausgebildet sind.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen dem Ventilkörper (3) und dem Ventilhaltekörper (1) eine Zwischenscheibe (6) angeordnet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anlageflanke (50) des Innengewindes (44) und die Anlageflanke (52) des Außengewindes (42) mit der Längsachse (8) des Außengewindes (42) einen Winkel von 85° bis 95° einschließen.