DE10062960A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (3), in dem eine Bohrung (6) ausgebildet ist, in der ein eine Längsachse (8) aufweisendes kolbenförmiges Ventilglied (7) entgegen einer Schließkraft längsverschiebbar angeordnet ist. Das Ventilglied (7) steuert mit seinem brennraumseitigen Ende wenigstens eine Einspritzöffnung (14) und weist eine Druckfläche (11) auf, die vom Kraftstoffdruck in einem im Ventilkörper (3) ausgebildeten Druckraum (10) beaufschlagt wird und so eine der Schließkraft entgegengerichtete Öffnungskraft erfährt. Außerhalb des Ventilglieds (7) ist im Kraftstoffeinspritzventil eine Druckkammer (30) angeordnet, die vom Ventilglied (7) zumindest mittelbar begrenzt wird und die über einen Zulaufkanal (26) mit Kraftstoff befüllbar ist. Das Ventilglied (7) weist einen Kraftstoffkanal (34) auf, der zumindest auf einem Teil seiner Länge zumindest näherungsweise entlang der Längsachse (8) des Ventilglieds (7) verläuft und der die Druckkammer (30) mit dem Druckraum (10) verbindet (Fig. 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist beispielswei­ se aus der Schrift DE 196 08 575 A1 bekannt. Dieses Kraft­ stoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper auf, der unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe gegen einen Ventilhalte­ körper axial verspannt ist. Im Ventilkörper ist eine Bohrung ausgebildet, in der ein kolbenförmiges Ventilglied längsver­ schiebbar angeordnet ist. Das Ventilglied ist in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung dichtend ge­ führt und weist an seinem brennraumseitigen Ende eine Ven­ tildichtfläche auf, die mit einen am brennraumseitigen Ende der Bohrung ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt und so die Öffnung wenigstens einer Einspritzöffnung steuert. Aus­ gehend vom dichtend geführten Abschnitt des Ventilglieds verjüngt sich das Ventilglied dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter, die in einem im Ventilkörper ausgebil­ deten Druckraum angeordnet ist. Der Druckraum ist mit Kraft­ stoff unter hohen Druck befüllbar, wobei sich der Druckraum über eine schräg zur Längsachse des Ventilglieds im Ventil­ körper verlaufende Zulaufbohrung mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllen läßt, wobei sich der Zulaufkanal durch die Zwischenscheibe und den Ventilhaltekörper bis zu einem Kraftstoffhochdruckanschluß fortsetzt. Das Ventilglied wird durch eine Vorrichtung mit einer Schließkraft in Richtung auf den Brennraum und den Ventilsitz beaufschlagt, so daß die Ventildichtfläche an Ventilsitz anliegt und die Ein­ spritzöffnungen verschließt. Bei einem entsprechenden Kraft­ stoffdruck in Druckraum ergibt sich eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter des Ventilglieds, durch welche Kraft das Ventilglied bei einem ausreichenden Kraftstoffdruck im Druckraum entgegen der Schließkraft in Längsrichtung vom Ventilsitz wegbewegt wird, wodurch die Einspritzöffnungen freigegeben werden und Kraftstoff aus dem Druckraum durch die Einspritzöffnungen in den Brennraum der Brennkraftma­ schine eingespritzt wird. Das bekannte Kraftstoffeinspritz­ ventil weist dabei eine Reihe von Nachteilen auf. So ist zwischen der Bohrung in Ventilkörper und im Zulaufkanal ein Spickelbereich ausgebildet, der eine Schwächung des Ventil­ körpers darstellt, was angesichts der im Ventilkörper und im Zulaufkanal auftretenden hohen Kraftstoffdrücke zu einer Be­ einträchtigung der Nadelführung und damit zu einem verstärk­ ten Verschleiß führen kann. Weiter ist die Vorrichtung, die die Schließkraft auf das Ventilglied erzeugt, meist als Schließfeder ausgebildet, die in einem im Ventilhaltekörper ausgebildeten Federraum angeordnet ist. Der Federraum ist zentral im Ventilhaltekörper ausgebildet, so daß der Zulauf­ kanal vom Kraftstoffhochdruckanschluß, der beispielsweise am brennraumabgewandten Endbereich des Ventilhaltekörpers ange­ ordnet ist, durch die verbleibende Restwand, die den Feder­ raum umgibt, zum Ventilkörper geführt werden muß. Die Wand­ stärke des Zulaufkanals ist dadurch deutlich herabgesetzt, was den maximal zulässigen Kraftstoffdruck im Zulaufkanal beschränkt. Darüber hinaus weist der Zulaufkanal durch das Vorbeiführen am Federraum wenigstens eine Knickstelle auf, die zur Vermeidung von Verwirbelungen und Kavitationen im Fertigungsprozeß aufwendig gerundet werden muß.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Druckraum über einen im Ventilglied verlaufenden Kraftstoffkanal mit Kraftstoff befüllbar ist, wodurch ein Spickelbereich im Ventilkörper nicht mehr auf­ tritt und somit alle damit verbundenen Probleme ebenfalls entfallen. Im Ventilglied verläuft entlang der Längsachse ein Kraftstoffkanal, der eine Druckkammer mit dem Druckraum im Ventilkörper verbindet. Der Kraftstoff wird durch den Kraftstoffkanal aus der Hochdruckquelle in den Druckraum eingebracht, so daß kein Zulaufkanal im Ventilkörper notwen­ dig ist. Im Ventilhaltekörper kann der Zulaufkanal, der den Kraftstoffhochdruckanschluß mit dem Kraftstoffkanal des Ven­ tilglieds verbindet, als gerade Bohrung ausgebildet werden. Dadurch ergeben sich keine Knickstellen im Zulaufkanal, die bei der Produktion aufwendig gerundet werden müssen, was sehr kostenintensiv wäre.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist im Ventilhaltekörper ein Druckraum angeordnet, der als Sackbohrung ausgebildet ist. Das Ventilglied weist an seinem brennraumabgewandten Ende einen kolbenförmigen Fortsatz auf, der dichtend in der Sackbohrung geführt ist. Die Verbindung des Hochdruckanschlusses am Ventilhaltekör­ pern mit der Druckkammer wird durch einen entlang der Längs­ achse des Ventilhaltekörpers verlaufenden Zulaufkanal gebil­ det. Dadurch ist der Zulaufkanal auf seiner gesamten Länge von einer recht großen Wandstärke des Ventilhaltekörpers um­ geben, so daß das Kraftstoffeinspritzventil mit einem hohen Einspritzdruck betrieben werden kann. Die Ausbildung des Ventilkörpers braucht hierbei gegenüber den sonst gebräuch­ lichen Ventilkörpern nicht geändert zu werden, abgesehen vom Weglassen der Zulaufbohrung.

Da der Anschluß des im Ventilglied ausgebildeten Kraftstoff­ kanals an den im Ventilhaltekörper ausgebildeten Zulaufkanal durch eine Schiebedichtung erfolgt, tritt durch die Anlage­ fläche des Ventilhaltekörper am Ventilkörper kein hochdruck­ führender Kraftstoffkanal hindurch, der durch die Anpreß­ kraft der Körper gegeneinander abgedichtet werden muß. Da­ durch kann die Anlagefläche der Körper weniger präzise und damit kostengünstiger gefertigt werden. Auch kann jetzt die sonst häufig nötige Zwischenscheibe zwischen Ventilhaltekör­ per und Ventilkörper entfallen.

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

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil und

Fig. 2 eine Vergrößerung von Fig. 1 im Bereich des ge­ führten Abschnitts des Ventilglieds.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzven­ til im Längsschnitt dargestellt. Ein Ventilhaltekörper 1 ist durch eine Spannmutter 5 in axialer Richtung gegen einen Ventilkörper 3 verspannt. Im Ventilkörper 3 ist eine Bohrung 6 ausgebildet, deren dem Brennraum zugewandtes Ende als Ven­ tilsitz 16 ausgebildet ist und an welchem Ende wenigstens eine Einspritzöffnung 14 angeordnet ist, die die Bohrung 6 mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbindet. In der Bohrung 6 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 7 angeordnet, das eine Längsachse 8 aufweist und in einem brennraumabge­ wandten Abschnitt der Bohrung 6 dichtend geführt ist. Das Ventilglied 7 verjüngt sich ausgehend vom dichtend geführten Abschnitt unter Bildung einer Druckschulter 11 dem Brennraum zu und geht an seinem brennraumseitigen Ende in eine Ventil­ dichtfläche 12 über, die in Schließstellung des Ventilglieds 7 am Ventilsitz 16 anliegt und hierdurch die wenigstens eine Einspritzöffnung 14 verschließt. Durch eine radiale Erweite­ rung der Bohrung 6 ist auf Höhe der Druckschulter 11 im Ven­ tilkörper 3 ein Druckraum 10 ausgebildet, der sich als ein das Ventilglied 7 umgebender Ringkanal bis zum Ventilsitz 16 fortsetzt. Das Ventilglied 7 geht an seinem brennraumabge­ wandten Ende in einen kolbenförmigen Fortsatz 36 über, der einen deutlich geringeren Durchmesser aufweist als der dich­ tend geführte Abschnitt des Ventilglieds 7 und der dichtend in einer im Ventilhaltekörper 1 ausgebildeten Sackbohrung 42 geführt ist. Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 in diesem Bereich. Der Boden der Sackbohrung 42, die Wände der Sackbohrung 42 und die Stirnfläche 38 des kolben­ förmigen Fortsatzes 36 begrenzen eine Druckkammer 30, die über einen im Ventilglied 7 verlaufenden Kraftstoffkanal 34 mit dem Druckraum 10 verbunden ist. Der Kraftstoffkanal 34 verläuft hierbei entlang der Längsachse 8 des Ventilglieds 7 durch den kolbenförmigen Fortsatz 36 und den dichtend ge­ führten Abschnitt des Ventilglieds 7 und geht brennraumzuge­ wandt zur Druckschulter 11 in einen Querabschnitt 134 über, um die Verbindung mit dem Druckraum 10 herzustellen. In die Bodenfläche 33 der Sackbohrung 42 mündet ein Zulaufkanal 26, der zumindest näherungsweise entlang der Längsachse des Ven­ tilhaltekörpers 1 verläuft und die Druckkammer 30 mit einem am brennraumabgewandten Ende des Ventilhaltekörpers 1 ausge­ bildeten Hochdruckanschluß 4 verbindet. Der Hochdruckan­ schluß ist über eine Hochdruckleitung mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle ver­ bunden, so daß über den Zulaufkanal 26 Kraftstoff unter ho­ hem Druck in die Druckkammer 30 eingebracht werden kann.

Die Sackbohrung 42 und der Zulaufkanal 26 sind am brennraum­ zugewandten Ende des Ventilhaltekörpers 1 von einem im Ven­ tilhaltekörper 1 ausgebildeten Federraum 20 umgeben, wobei der Federraum 20 hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Im Fe­ derraum 20 ist eine Schließfeder 22 angeordnet, die als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und am brennraumabge­ wandten Ende des Federraums 20 unter Zwischenlage einer Aus­ gleichsscheibe 19 ortsfest anliegt. Am brennraumzugewandten Ende liegt die Schließfeder 22 an einer Mitnahmescheibe 48 an, die am Ringabsatz 37, der am Übergang des geführten Ab­ schnitts des Ventilglieds 7 zum kolbenförmigen Fortsatz 36 am Ventilglied 7 ausgebildet ist, anliegt. Durch die Druck­ vorspannung der Schließfeder 22 wird über die Mitnahmeschei­ be 48 das Ventilglied 7 in Richtung auf den Brennraum ge­ drückt, so daß die Ventildichtfläche 12 gegen den Ventilsitz 16 gepreßt wird und die Einspritzöffnungen 14 verschließt. Durch die Ausbildung des Federraums 20 als Hohlzylinder um­ gibt die Schließfeder 22 einen Teil des Ventilkörpers 1, welches als Hochdruckzylinder 44 ausgebildet ist und in wel­ chem der Zulaufkanal 26, die Sackbohrung 42 und damit auch die Druckkammer 30 ausgebildet sind. Die dem Ventilglied 7 zugewandte Stirnfläche des Hochdruckzylinders 44 ist als An­ schlagfläche 50 ausgebildet, an der das Ventilglied 7 mit­ telbar durch die Mitnahmescheibe 48 bei der Öffnungshubbewe­ gung zur Anlage kommt. Der Federraum 20 ist über einen im Ventilhaltekörper 1 ausgebildeten Ablaufkanal 24 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Leckölsystem verbunden, so daß im Federraum 20 stets ein niedriger Kraftstoffdruck herrscht.

Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Zu Beginn des Einspritzvorgangs wird Kraftstoff unter hohem Druck über den Zulaufkanal 26 in die Druckkammer 30 geleitet. Das Ventilglied 7 ist in Schließstellung und liegt somit mit der Ventildichtfläche 12 am Ventilsitz 16 an. Der Kraftstoff fließt aus der Druckkammer 30 weiter über den Kraftstoffkanal 34 und den sich daran anschließenden Querab­ schnitt 134 in den Druckraum 10, wo der Kraftstoffdruck an­ steigt. Durch den Kraftstoffdruck im Druckraum 10 ergibt sich eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 11 des Ventilglieds 7. Die Druckschulter 11 weist eine größere, in axialer Richtung wirkende Fläche auf als die Stirnseite 38 des kolbenförmigen Fortsatzes 36, so daß die vom Brennraum weggerichtete Komponente der hydraulischen Kraft überwiegt und sich auf das Ventilglied 7 durch den Druck des Kraft­ stoffs eine resultierende Kraft entgegen der Schließkraft ergibt. Übersteigt die hydraulische Kraft auf das Ventil­ glied 7 die Kraft der Schließfeder 22, so bewegt sich das Ventilglied 7 vom Brennraum weg und hebt mit der Ventil­ dichtfläche 12 vom Ventilsitz 16 ab. Hierdurch werden die Einspritzöffnungen 14 freigegeben, und Kraftstoff fließt aus dem Druckraum 10 durch die Einspritzöffnungen 14 und wird von dort in den Brennraum der Brennkraftmaschine einge­ spritzt. Mit dem Ventilglied 7 bewegt sich auch die Mitnah­ mescheibe 48, bis diese an der Anschlagfläche 50 des Hoch­ druckzylinders 44 zur Anlage kommt und die Öffnungshubbewe­ gung des Ventilglieds 7 beendet. In dieser Öffnungsstellung des Ventilglieds 7 wird Kraftstoff mit der maximal möglichen Rate in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Der kolbenförmige Fortsatz 36 taucht zwar bei der Öffnungs­ hubbewegung des Ventilglieds 7 in die Sackbohrung 42 ein, jedoch kommt die Stirnfläche 38 des kolbenförmigen Fortsat­ zes 36 nicht an der Bodenfläche 33 der Sackbohrung 42 zur Anlage. Zur Beendigung der Einspritzung wird die Kraftstoff­ zufuhr durch den Zulaufkanal 26 in die Druckkammer 30 unter­ brochen, so daß der Kraftstoffdruck auch im Druckraum 10 ab­ fällt. Unterschreitet die hydraulische Kraft auf das Ventil­ glied 7 die Kraft der Schließfeder 22, so wird das Ventil­ glied 7 über die Mitnahmescheibe 45 zurück in Richtung des Brennraums gedrückt, bis die Ventildichtfläche 12 am Ventil­ sitz 16 zur Anlage kommt. Die Mitnahmescheibe 48 berührt hierbei nicht den Ventilkörper 3, so daß das Ventilglied 7 mit der vollen Kraft der Schließfeder 22 gegen den Ventil­ sitz 16 gedrückt wird.

Die Spaltdichtung zwischen dem kolbenförmigen Fortsatz 36 und der Sackbohrung 42 kann nicht völlig dicht gestaltet werden, so daß während des Einspritzvorgangs Kraftstoff aus der Druckkammer 30 zwischen dem kolbenförmigen Fortsatz 36 und der Wand der Sackbohrung 42 hindurch in den Federraum 20 fließt. Dieses Lecköl wird über den Ablaufkanal 24 ständig abgeführt, so daß der niedrige Kraftstoffdruck im Druckraum 20 erhalten bleibt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß der Leckölkanal 24 entfällt, so daß der Federraum 20 bis auf die Spaltdichtungen zwischen dem Ventilglied 7 und der Boh­ rung 6 und die Spaltdichtung zwischen dem kolbenförmigen Fortsatz 36 und der Sackbohrung 42 hydraulisch abgeschlossen ist. In diesem Fall erhöht sich der Kraftstoffdruck im Fe­ derraum 20 zwar während der Einspritzung, jedoch wird dieser Kraftstoffdruck zwischen den einzelnen Einspritzungen wieder über die obengenannten Spaltdichtungen abgebaut, so daß im Federraum 20 nie ein Kraftstoffdruck erreicht wird, der dem im Druckraum 10 während der Einspritzung entspricht.

Es kann auch vorgesehen sein, daß der Hochdruckzylinder 44 als separates Bauteil gefertigt ist, so daß der Ventilhalte­ körper 1 mehrteilig aufgebaut ist. Der Hochdruckzylinder 44 kann beispielsweise als Hohlzylinder ausgebildet sein, der an seinem brennraumabgewandten Ende ein Außengewinde auf­ weist, mit der er in ein entsprechendes Innengewinde im Ven­ tilhaltekörper 1 eingeschraubt ist. Hierdurch ist der Hoch­ druckzylinder 44 leichter zu bearbeiten, da er als separat gefertigtes Teil leichter zugänglich ist. Ebenso kann es vorgesehen sein, daß der kolbenförmige Fortsatz 36 als ei­ genständiges Teil gefertigt wird, das nach Fertigstellung des Ventilglieds 7 mit diesem verbunden wird. Auch hier ist es möglich, den kolbenförmigen Fortsatz 36 als Hohlzylinder auszubilden, der an seinem dem Ventilglied 7 zugewandten En­ de eine Außengewinde aufweist, das in ein in einer entspre­ chenden Bohrung ausgebildetes Innengewinde eingreift und den kolbenförmigen Fortsatz 36 so mit dem Ventilglied 7 verbin­ det.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit ei­ nem Ventilkörper (3), in dem eine Bohrung (6) ausgebildet ist, in der ein eine Längsachse (8) aufweisendes kolben­ förmiges Ventilglied (7) entgegen einer Schließkraft längsverschiebbar angeordnet ist, welches Ventilglied (7) mit seinem brennraumseitigen Ende wenigstens eine Ein­ spritzöffnung (14) steuert und eine Druckfläche (11) auf­ weist, die vom Kraftstoffdruck in einem im Ventilkörper (3) ausgebildeten Druckraum (10) beaufschlagt wird und so eine der Schließkraft entgegengerichtete Öffnungskraft erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Ven­ tilglieds (7) im Kraftstoffeinspritzventil eine Druckkam­ mer (30) angeordnet ist, die vom Ventilglied (7) zumin­ dest mittelbar begrenzt wird und die über einen Zulaufka­ nal (26) mit Kraftstoff befüllbar ist, wobei das Ventil­ glied (7) einen Kraftstoffkanal (34) aufweist, der zumin­ dest auf einem Teil seiner Länge zumindest näherungsweise entlang der Längsachse (8) des Ventilglieds (7) verläuft und der die Druckkammer (30) mit dem Druckraum (10) ver­ bindet.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckkammer (30) in einem gegen den Ventilkörper (3) axial verspannten Ventilhaltekörper (1) ausgebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckkammer (30) als Sackbohrung (42) im Ventilhaltekörper (1) ausgebildet ist und das Ventilglied (7) mit einem kolbenförmigen Fortsatz (36) in der Sackbohrung (42) dichtend geführt ist, wobei der im Ventilglied (7) verlaufende Kraftstoffkanal (34) in dem kolbenförmigen Fortsatz (36) verläuft.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zulaufkanal (26) im Ventilhaltekör­ per (1) ausgebildet ist und zumindest näherungsweise koa­ xial zur Längsachse (8) des Ventilglieds (7) verläuft.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ventilhaltekörper (1) mehrteilig ausgebildet ist und der Teil des Ventilhaltekörpers (1), in dem die Druckkammer (30) ausgebildet ist, als ein vom Ventilhaltekörper (1) umgebener Hochdruckzylinder (44) ausgebildet ist, in dem der Zulaufkanal (26) verläuft.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß um den Hochdruckzylinder (44) ein hohlzylinderförmiger Federraum (20) ausgebildet ist, in dem die zur Erzeugung der Schließkraft dienende Schließ­ feder (22) angeordnet ist.