DE10058010A1

DE10058010A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10058010A1
Application number: DE2000158010
Authority: DE
Inventors: Markus Ohnmacht; Wilhelm Christ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-11-23
Filing date: 2000-11-23
Publication date: 2002-05-29
Also published as: FR2816992A1; JP2002195131A; ITMI20012438A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (1), in dem in einer Bohrung (10) ein Ventilglied (12) entgegen einer Schließkraft längsverschiebbar angeordnet ist. Das Ventilglied (12) ist in einem brennraumseitigen Abschnitt von einem zwischen dem Ventilglied (12) und der Wand der Bohrung (10) ausgebildeten Druckraum (16) umgeben, der sich bis zu einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung (10) ausgebildeten Ventilsitz (22) erstreckt. Der Druckraum (16) ist mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar und über wenigstens eine Einspritzöffnung (20) mit dem Brennraum der Brennkraftmachine verbunden. Am brennraumseitigen Ende des Ventilglieds (12) ist eine Dichtkugel (33) angeordnet, die bei Anlage am Ventilsitz (22) die Einspritzöffnungen (20) gegen den Druckraum (16) verschließt. Die Dichtkugel (33) taucht zumindest teilweise in eine im Ventilglied (12) ausgebildete Ausnehmung (35) ein, welche Ausnehmung (35) mit einem im Kraftstoffeinspritzventil ausgebildeten Entlastungsraum (27) verbunden ist. Die Dichtkugel (33) wird durch den hydraulischen Druck im Druckraum (16) gegen das Ventilglied (12) gedrückt, so daß keine feste Verbindung von Dichtkugel (33) und Ventilglied (12) notwendig ist (Fig.1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen Kraftstoffeinspritzventil, wie es beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 44 18 228 A1 bekannt ist, ist in einem Ventilkörper eine Bohrung ausge bildet, in der ein Ventilglied längsverschiebbar angeordnet ist. Die Bohrung weist an ihrem dem Brennraum zugewandten Ende wenigstens eine Einspritzöffnung auf, die die Bohrung mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbindet. Das Ven tilglied ist in einem brennraumzugewandten Bereich von einem zwischen der Wand der Bohrung und dem Ventilglied ausgebil deten Druckraum umgeben, der mit Kraftstoff unter Druck be füllt werden kann. Am brennraumseitigen Ende des Ventilglie des ist eine Dichtkugel ausgebildet, die mit einem am brenn raumseitigen Ende der Bohrung ausgebildeten Ventilsitz zu sammenwirkt und so bei Anlage am Ventilsitz den Druckraum gegen die Einspritzöffnungen verschließt. Das Ventilglied wird durch eine Schließkraft auf den Ventilsitz zu beauf schlagt und kann durch eine Öffnungskraft, die beispielswei se durch den hydraulischen Druck des Kraftstoffs im Druck raum aufgebracht wird, entgegen der Schließkraft bewegt wer den. Durch diese Längsbewegung hebt die Dichtkugel vom Ventilsitz ab und Kraftstoff fließt aus dem Druckraum an der Dichtkugel vorbei zu den Einspritzöffnungen und wird von dort in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Dichtkugel ist dabei fest mit dem Ventilglied verbunden und kann neben Metall auch aus anderen nichtmetallischen Werkstoffen bestehen, wie beispielsweise Keramik oder Kunst stoff. Hierbei weist das Kraftstoffeinspritzventil jedoch den Nachteil auf, daß bei der Fertigung der Dichtkugel und des Ventilgliedes aus einem unterschiedlichen Werkstoff eine Verbindung, beispielsweise zwischen Keramik und Metall, sehr schwierig und technisch aufwendig ist. Eine Fertigung des gesamten Ventilgliedes inklusive Dichtkugel beispielsweise aus Keramik ist hingegen sehr teuer und insofern bei der Fertigung von Kraftstoffeinspritzventilen nicht praktikabel.

Aus der Schrift WO 99/30029 ist darüber hinaus ein Kraft stoffeinspritzventil bekannt, bei dem im Ventilkörper eine Bohrung ausgebildet ist, in der eine Düsennadel ortsfest an geordnet ist. Die Düsennadel weist eine Längsbohrung auf, die zentral in der Mitte verläuft und am brennraumseitigen Ende der Düsennadel in eine Ausnehmung mündet. Eine Dichtku gel ist in der Ausnehmung angeordnet und wird von einer Schraubendruckfeder gegen den am brennraumseitigen Ende der Bohrung ausgebildeten Ventilsitz gepreßt und dichtet so den zwischen der Ventilnadel und der Wand der Bohrung ausgebil deten Druckraum gegen die stromabwärts der Dichtkugel gele genen Einspritzöffnungen ab. Hierbei ist der Ventilsitz durch Ausnehmungen am brennraumseitigen Ende der Ventilnadel mit dem Druckraum verbunden. Die Dichtkugel ist dichtend in der Ausnehmung geführt, so daß durch eine Änderung des Kraftstoffdrucks in der Ausnehmung die auf die Dichtkugel wirkende hydraulische Schließkraft erniedrigt werden kann, so daß die Dichtkugel durch den hydraulischen Druck im Druckraum in Öffnungsrichtung bewegt wird. Hierbei weist das Kraftstoffeinspritzventil zum einen den Nachteil auf, daß die Dichtkugel in der Ausnehmung dichtend geführt sein muß, was leicht zu Undichtigkeitsproblemen führen kann. Darüber hinaus bewegt sich bei der Öffnung des Kraftstoffeinspritz ventils nur die Dichtkugel, was eine nur sehr geringe beweg te Masse darstellt und zu entsprechend instabilen Öffnungs zuständen führen kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß am brennraumseitigen Ende des Ventilgliedes eine Ausnehmung ausgebildet ist, die mit einem Entlastungs raum verbunden ist, so daß die zumindest teilweise in die Ausnehmung hineinragende Dichtkugel vom Kraftstoffdruck im Druckraum gegen das Ventilglied gepreßt wird und so bei der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes mit diesem verbunden bleibt, ohne daß eine starre mechanische Verbindung zwischen Dichtkugel und Ventilglied besteht. Hierdurch muß insbeson dere bei der Ausgestaltung der Dichtkugel aus einem nichtme tallischen Material und der Fertigung des Ventilgliedes aus einem Stahl keine aufwendige Verbindungstechnik angewandt werden, um die beiden Teile miteinander zu verbinden. Es lassen sich hierdurch nahezu beliebige Materialien für die Dichtkugel einsetzen, um damit ein optimales Zusammenspiel von Dichtkugel und Ventilsitz zu erreichen. Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil den Vorteil auf, daß für den Fall, daß die Verbindung der Dicht kugel zur Ausnehmung nicht mehr besteht, die Dichtkugel durch den hydraulischen Druck im Druckraum gegen den Ventil sitz gepreßt wird und dadurch die Einspritzöffnungen verschließt. Somit ist auch im Falle eines Funktionsversa gens des Kraftstoffeinspritzventils gewährleistet, daß die Einspritzöffnungen verschlossen werden und nicht unkontrolliert Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine einströmt.

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

Zeichnung

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä ßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil,

Fig. 2 eine Vergrößerung von Fig. 1 im Bereich des Ven tilsitzes und

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Kraftstoffeinspritzventils im Bereich des Ventil sitzes.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil gezeigt. Ein Ventilhaltekörper 1 ist unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 3 gegen einen Ventilkörper 5 mittels einer Spannmutter 7 in axialer Rich tung verspannt. Im Ventilkörper 5 ist eine Bohrung 10 ausge bildet, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 12 angeordnet ist, das in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Boh rung 10 dichtend geführt ist. Das Ventilglied 12 verjüngt sich unter Bildung einer Druckschulter 14 in Richtung eines am brennraumseitigen Ende der Bohrung 10 ausgebildeten Ven tilsitzes 22. Durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 10 ist im Bereich der Druckschulter 14 ein Druckraum 16 ausge bildet, der sich das Ventilglied 12 umgebend bis zum Ventil sitz 22 fortsetzt. Der Druckraum 16 ist über einen im Ventilkörper 5 der Zwischenscheibe 3 und dem Ventilhaltekörper 1 verlaufenden Zulaufkanal 18 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle verbindbar und so mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar. Das Ventil glied 12 liegt mit seinem brennraumseitigen Ende an einer Dichtkugel 33 an, welche mit dem Ventilsitz 22 zusammenwirkt und so wenigstens eine am brennraumseitigen Ende der Bohrung 10 ausgebildete Einspritzöffnung 20 bei Anlage am Ventilsitz 22 gegen den Druckraum 16 verschließt.

Am brennraumabgewandten Ende des Ventilgliedes 12 geht die ses in einen Federteller 25 über, der in der Zwischenscheibe 3 angeordnet ist und bis in einen im Ventilhaltekörper 1 ausgebildeten Federraum 27 ragt. Zwischen dem Federteller 25 und dem brennraumabgewandten Ende des Federraums 27 ist eine Schließfeder 29 unter Druckvorspannung angeordnet. Durch die. Spannung der Schließfeder 29 wird das Ventilglied 12 über den Federteller 25 mit Kraft in Richtung auf den Ventilsitz 22 beaufschlagt. Der Federraum 27 ist hierbei über einen Ab laufkanal 31, der im Ventilhaltekörper 1 verläuft, mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Leckölsystem verbunden, so daß im Federraum 27 stets ein niedriger Kraftstoffdruck herrscht. Soll eine Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine erfolgen, so wird über die Kraftstoffhochdruckquelle Kraftstoff unter hohem Druck über den Zulaufkanal 18 in den Druckraum 16 gefördert. Übersteigt die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 14 die Kraft der Schließfeder 29, so bewegt sich das Ventilglied 12 samt der Dichtkugel 33 vom Ventilsitz 22 weg und gibt die Ein spritzöffnungen 20 frei. Hierdurch kann Kraftstoff aus dem Druckraum 16 durch die Einspritzöffnungen 20 in den Brenn raum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Die Öff nungsbewegung des Ventilgliedes 12 wird hierbei durch einen Absatz begrenzt, der am Übergang der Bohrung 10 zur zentra len Öffnung 39 der Zwischenscheibe 3 ausgebildet ist.

In Fig. 2 ist eine vergrößerte Darstellung des Kraftstoff einspritzventils im Bereich des Ventilsitzes 22 gezeigt. Am brennraumseitigen Ende des Ventilgliedes 12 ist eine Ausneh mung 35 ausgebildet, die als Bohrung ausgeführt und koaxial zur Längsachse 11 des Ventilgliedes 12 angeordnet ist. Die Ausnehmung 35 ist über eine entlang der Längsachse 11 des Ventilgliedes 12 verlaufende Verbindungsbohrung 24, die das Ventilglied 12 und den Federteller 25 in der gesamten Länge durchläuft, mit dem Federraum 27 verbunden. Hierdurch herrscht in der Ausnehmung 35 stets ein niedriger Kraft stoffdruck, der dem im Federraum 27 entspricht. Die Dichtku gel 33 weist einen größeren Durchmesser auf als die Ausneh mung 35, so daß die Dichtkugel 33 nur zum Teil in die Aus nehmung 35 hineinragt. Das der Dichtkugel 33 zugewandte Ende der Ausnehmung 35 ist als Dichtkante 43 ausgebildet, an der die Dichtkugel 33 anliegt, so daß an der Dichtkugel 33 eine kreisförmige Dichtlinie 41 gebildet wird, die einen Durch messer D_N aufweist. Durch die linienförmige Berührung der Dichtkugel 33 mit der Dichtkante 43 wird die Ausnehmung 35 gegen den Druckraum 16 abgedichtet.

Der Ventilsitz 22 ist konusförmig ausgebildet und weist ei nen relativ großen Öffnungswinkel auf, um das Volumen zwi schen dem Ventilsitz 22 und der Dichtkugel 33 möglichst ge ring zu halten. Vom Ventilsitz 22 ausgehend sind im Ventil körper 5 wenigstens zwei Einspritzöffnungen 20 ausgebildet, die den Ventilsitz 22 mit dem Brennraum der Brennkraftma schine verbinden. Die Dichtkugel 33 weist eine kreisförmige Anlagelinie 45 am Ventilsitz 22 auf, die einen Durchmesser D_S besitzt. Die Einspritzöffnungen 20 sind in Fließrichtung des Kraftstoffs vom Druckraum 33 den Einspritzöffnungen 20 stromabwärts der Anlagelinie 16 zu angeordnet, so daß die Dichtkugel 33 bei Anlage am Ventilsitz 22 die Einspritzöff nungen 20 gegen den Druckraum 16 abdichtet. Der Durchmesser D_S der Anlagelinie 45 ist hierbei kleiner als der Durchmes ser D_N der Dichtlinie 41. Im Falle einer Einspritzung wird, wie oben beschrieben, Kraftstoff in den Druckraum 16 des Kraftstoffeinspritzventils eingeführt, so daß der Druck im Druckraum 16 entsprechend ansteigt. Da der Durchmesser D_N der Dichtlinie 41 größer ist als der Durchmesser D_S der An lagelinie 45, wird die Dichtkugel 33 durch die hydraulischen Kräfte auf die Oberfläche der Kugelschale zwischen der Dichtlinie 41 und der Anlagelinie 45 vom Ventilsitz 22 gegen das Ventilglied 12 gepreßt. Da in der Ausnehmung 35 ein ge genüber dem für die Einspritzung nötigen Druck im Druckraum 16 wesentlich geringerer Kraftstoffdruck herrscht, ergibt sich durch den Druck in der Ausnehmung 35 keine nennenswerte Gegenkraft auf die Dichtkugel 33. Wie oben beschrieben be wegt sich das Ventilglied 12 bei der Öffnungshubbewegung vom Ventilsitz 22 weg und durch die hydraulischen Verhältnisse an der Dichtkugel 33 bewegt sich diese synchron mit dem Ven tilglied 12, hebt vom Ventilsitz 22 ab und gibt dadurch die Einspritzöffnungen 20 frei. Durch diese durch die hydrauli schen Kräfte bewirkte Anpreßkraft der Dichtkugel 33 am Ven tilglied 12 kann auf eine weitere Befestigung der Dichtkugel 33 am Ventilglied 12 verzichtet werden. Eine leichte Undich tigkeit an der Dichtlinie 41 erhöht zwar die Leckölmenge, die durch die Verbindungsbohrung 24 in den Federraum 27 fließt; jedoch würde dies nicht zu einer signifikanten Kraftstoffdruckerhöhung in der Ausnehmung 35 führen und so mit zu keiner Beeinträchtigung der Funktion des Kraftstoffe inspritzventils. Selbst die Erhöhung der Leckölmenge ist von untergeordneter Bedeutung, da der für die Einspritzung nöti ge hohe Kraftstoffdruck im Druckraum 16 nur für die Dauer der Einspritzung anliegt, was jeweils nur für einen sehr kurzen Zeitraum der Fall ist.

Es kann vorgesehen sein, daß die Dichtkugel 33 aus einem nichtmetallischen Werkstoff gefertigt ist, beispielsweise aus Keramik. Keramiken weisen den Vorteil auf, daß sie sehr hart sind und äußerst hitzebeständig. Eine Keramikkugel ver formt sich im Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils prak tisch nicht, so daß es lediglich zu einer geringen Anpassung und damit nur zu einer geringen Veränderung der Anlagelinie 45 im Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils kommt. Mögliche keramische Materialien sind hierbei beispielsweise Zirkoni umoxid (ZrO₂), Siliziumnitrid (Si₃N₄), Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Aluminiumnitrid (AlN). Die Verwendung einer Dichtkugel ist auch deshalb vorteilhaft, weil auf eine aufwendige Prü fung der am Ventilglied 12 ausgebildeten Dichtfläche ver zichtet werden kann. Es muß bei der Herstellung nur der vor gegebene Durchmesser der Dichtkugel exakt eingehalten wer den, um ein Kraftstoffeinspritzventil mit reproduzierbaren Eigenschaften zu erhalten.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kraft stoffeinspritzventils, das im Längsschnitt im Bereich des Ventilsitzes 22 gezeigt ist. Der Aufbau des Ventilgliedes 12 und der Verbindungsbohrung 24 ist identisch mit dem in Fig. 2 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil; die Ausnehmung 35 ist in diesem Ausführungsbeispiels hingegen konusförmig ausge bildet, so daß die Wandstärke der Ausnehmung 35 in dem von der Dichtkugel 33 abgewandten Bereich verdickt ist und damit stabiler. In dem Ventilsitz 22 ist hier stromabwärts eine Sackbohrung 37 angeordnet, wobei die Anlagelinie 45 der Dichtkugel 33 am Übergang des konischen Ventilsitzes 22 zur Sackbohruhg 37 gebildet wird. Die Einspritzöffnungen 20 ge hen bei diesem Kraftstoffeinspritzventil von der Sackbohrung 37 aus. Es kann bei diesem Kraftstoffeinspritzventil vorge sehen sein, daß die am Übergang des Ventilsitzes 22 zur Sackbohrung 37 gebildete. Kante 47 etwas abgerundet oder an geschrägt ist, um eine flächenartige Anlagefläche der Dicht kugel 33 an der Kante 47 zu erreichen. Hierdurch werden die Flächenpressungen in diesem Bereich verringert, was die mechanischen Belastungen ebenso verringert wie den Verschleiß. Ebenso kann es vorgesehen sein, die Dichtkante 43 an der Ausnehmung 35 etwas abzurunden, so daß auch in diesem Be reich die Flächenpressung vermindert wird und eine flächen hafte Anlagefläche der Dichtkugel 33 am Ventilglied 12 er reicht wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser D_S der Anlagelinie 45 am Ventilsitz 22 größer als der Durchmesser D_N der Dichtlinie 41 am Ventilglied 12, so daß die Dichtkugel 33 durch die hydraulischen Kräfte im Druckraum 16 gegen das Ventilglied 12 gepreßt wird.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit ei nem Ventilkörper (1), in dem in einer Bohrung (10) ein Ventilglied (12) entgegen einer Schließkraft längsver schiebbar angeordnet ist, wobei das Ventilglied (12) in einem brennraumseitigen Abschnitt der Bohrung (10) von einem zwischen dem Ventilglied (12) und der Wand der Boh rung (10) ausgebildeten Druckraum (16) umgeben ist, der sich bis zu einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung (10) ausgebildeten Ventilsitz (22) erstreckt und welcher Druckraum (16) mit Kraftstoff unter Druck befüllbar ist, und mit einer Dichtkugel (33), die am brennraumseitigen Ende des Ventilglieds (12) angeordnet ist, wobei die Dichtkugel (33) bei Anlage am Ventilsitz (22) wenigstens eine Einspritzöffnung (20) gegen den Druckraum (16) verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß im Kraftstoff einspritzventil ein Entlastungsraum (27) ausgebildet ist, der mit einem Leckölsystem verbunden ist, und daß am brennraumseitigen Ende des Ventilglieds (12) eine mit dem Entlastungsraum (27) verbundene Ausnehmung (35) ausgebil det ist, in welche Ausnehmung (35) die Dichtkugel (33) zumindest teilweise eintaucht und welche Ausnehmung (35) durch die Dichtkugel (33) gegen den Druckraum (16) abge dichtet ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dichtkugel (33) aus einem kerami schen Material besteht.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dichtkugel (33) keine feste Verbin dung mit dem Ventilglied (12) aufweist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ausnehmung (35) eine koaxial zum Ventilglied (12) ausgebildete Bohrung ist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die die Ausnehmung (35) bildende Boh rung im Ventilglied (12) einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser der Dichtkugel (33).

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die durch Anlage zwischen Dichtkugel (33) und Ventilglied (12) gebildete kreisförmige Dichtli nie (41) einen größeren Durchmesser (D_N) aufweist als die durch Anlage zwischen Dichtkugel (33) und Ventilsitz (22) gebildete kreisförmige Anlagelinie (45).