DE10064802A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (1), an dessen brennraumseitigen Ende ein mit einem Zulaufkanal (7) verbundener Druckraum (26) ausgebildet ist. Der Druckraum (26) wird von einem Ventilglied (20) begrenzt, das unter Eigenspannung mit einer Ventildichtfläche (18) an einem ortsfesten Ventilsitz (17) anliegt und durch den Druck im Druckraum (26) von diesem abhebbar ist. Dabei sind dem aufgesteuerten Öffnungsquerschnitt wenigstens eine Einspritzöffnung (12) in den Brennraum der Brennkraftmaschine nachgeordnet. Das Ventilglied (20) ist im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und die Ventildichtfläche (18) ist an seinem radial auswärts weisenden Randbereich ausgebildet und federnd vom Ventilsitz (17) abhebbar. Das Ventilglied (20) ist in seinem Mittelbereich durch ein einzelnes Halteelement (22) am Ventilkörper (1) gegenüber seiner Anlage am Ventilsitz (17) vorgespannt (Figur 2).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es beispielsweise aus der Of­ fenlegungsschrift DE 195 48 540 A1 bekannt ist. Bei dem be­ kannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein Gehäuse vorhanden, bei dem am brennraumseitigen Ende zwischen einem Ventilkör­ per und einer Verschlußplatte ein Hohlraum ausgebildet ist, in dem ein im wesentlichen scheibenförmiges Ventilglied an­ geordnet ist, das den Hohlraum in einen unteren, brennraum­ zugewandten und einen oberen, brennraumabgewandten Hohlraum aufteilt. Im Ventilkörper verläuft eine Zulaufbohrung, durch die Kraftstoff unter hohem Druck durch eine zentrale Öffnung des Ventilglieds in den unteren Hohlraum gepumpt werden kann. Das Ventilglied ist in dem Bereich, der die zentrale Öffnung umgibt, mit dem Ventilkörper verbunden, so daß der äußere Rand des Ventilglieds federnd ausgebildet ist. Am äu­ ßeren Rand liegt das Ventilglied an der Verschlußplatte an, so daß der untere Hohlraum bis auf die Zulaufbohrung abge­ dichtet ist. Am Rand des oberen Hohlraums ist ein ringschei­ benförmiges elastisches Element vorhanden, das zwischen dem Ventilkörper und dem äußeren, federnden Rand des Ventil­ glieds angeordnet ist und das den äußeren Rand des Ventilglieds in Anlage an der Verschlußplatte hält. Radial aus­ wärts der ringförmigen Anlagelinie des Ventilglieds an der Verschlußplatte sind im Ventilkörper mehrere Einspritzöff­ nungen angeordnet, die in den Brennraum der Brennkraftma­ schine münden. Bei einem entsprechenden Druck im unteren Hohlraum wird das Ventilglied gegen die eigene Vorspannung und gegen die Kraft des elastischen Elements am äußeren Rand vom Brennraum weg gedrückt, so daß das Ventilglied von der Verschlußplatte abhebt und die Einspritzöffnungen mit dem unteren Hohlraum verbindet. Der dazu notwendige Öffnungs­ druck kann über die Dicke einer Zwischenscheibe eingestellt werden, die zwischen dem elastischen Element und dem Ventil­ körper angeordnet ist. Hierbei weist das bekannte Kraft­ stoffeinspritzventil jedoch den Nachteil auf, daß zwei ela­ stische Bauteile vorhanden sein müssen, nämlich das Ventil­ glied selbst und das elastische Element. Der für die Ein­ spritzung wichtige Öffnungsdruck des Kraftstoffeinspritzven­ tils hängt also von der Elastizität der elastischen Bauteile ab, daneben aber auch von der Dicke der Zwischenscheibe und vom genauen Verlauf der Dichtlinie des Ventilglieds an der Verschlußplatte. Dies bedingt eine sehr präzise Fertigung - und damit hohe Kosten - und beinhaltet viele Fehlereinfluß­ faktoren.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil, das die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, hat demgegenüber den Vorteil, daß die gesamte Ventilöffnungs­ funktion in nur einem Ventilglied und einem Einstellelement integriert ist, was eine erhebliche Reduzierung der Kosten und der möglichen Fehlereinflußfaktoren ermöglicht. Das Ven­ tilglied ist im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und ist in einem Mittelbereich mit dem Ventilkörper verbunden. Zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilglied ist ein Halteelement angeordnet, über dessen axiale Erstreckung die Vorspannung des Ventilglieds und damit der Öffnungsdruck, bei dem das Ventilglied mit seinem äußeren Rand von einer Gegenplatte abhebt, in einfacher Art und Weise bestimmt wer­ den kann. Dies stellt eine deutliche Vereinfachung gegenüber dem Stand der Technik dar, da beim erfindungsgemäßen Kraft­ stoffeinspritzventil sowohl die Befestigung des Ventilglieds als auch die Einstellung des Öffnungsdrucks über nur ein Bauteil, nämlich das Halteelement, eingestellt werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist das Halteelement in einer zylinderfömigen Aus­ nehmung am Ventilkörper angeordnet, ohne das weitere Verbin­ dungselemente oder eine Kleb- oder Schweißverbindung notwen­ dig wären. Hierdurch läßt sich das Halteelement leicht am Ventilkörper montieren und bei Bedarf ohne weiteres gegen ein anderes Halteelement austauschen. Da sich die Vorspan­ nung des Ventilglieds durch die Erstreckung des Halteele­ ments in axialer Richtung des Ventilkörpers ergibt, läßt sich so in einfacher Art und Weise die Vorspannung des Ven­ tilglieds und damit auch der Öffnungsdruck ändern.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist am Ventil­ glied dem Ventilsitz zugewandt ein umlaufender Ringsteg aus­ gebildet, mit dem das Ventilglied am Ventilsitz anliegt. Dieser Ringsteg weist hierbei vorzugsweise einen dreieckför­ migen Querschnitt auf, so daß eine genau definierte Dicht­ kante entsteht. Hierdurch wird die Fläche des Ventilglieds, die durch den Druck im Druckraum beaufschlagt ist, genau de­ finiert, was ein Verschiebung des Öffnungsdrucks durch eine veränderte Dichtkante verhindert.

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

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Kraftstoffeinspritz­ ventil,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung von Fig. 1 im brennraumzugewandten Endbereich mit dem dort angeordneten Ventilglied und

Fig. 3 einen Querschnitt durch das in Fig. 2 darge­ stellte Kraftstoffeinspritzventil entlang der Linie III- III.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzven­ til im Längsschnitt dargestellt. Ein Schalenkörper 1 ist mittel einer Spannmutter 5 gegen einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten Haltekörper verspannt. Im Schalen­ körper 1 ist ein Ventilkörper 3 angeordnet, der eine Längs­ achse 14 aufweist und in dem ein Zulaufkanal 7 ausgebildet ist, der entlang der Längsachse 14 verläuft. Der Zulaufkanal 7 ist an seinem zulaufseitigen Ende mit einer in der Zeich­ nung nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle verbun­ den, so daß in den Zulaufkanal 7 Kraftstoff unter hohem Druck eingeführt werden kann. Neben dem Zulaufkanal 7 ist im Ventilkörper 3 auch ein Ablaufkanal 9 ausgebildet, so daß über den Ablaufkanal 9 Kraftstoff in eine in der Zeichnung nicht dargestellte, drucklose Ablaufeinrichtung abfließen kann.

Fig. 2 zeigt eine Vergrößerung von Fig. 1 am brennraumsei­ tigen Ende. Dort ist im Schalenkörper 1 eine Gegenplatte 24 vorgesehen, zwischen der und dem Ventilkörper 3 ein Ventilglied 20 angeordnet, das im wesentlichen scheibenförmig aus­ gebildet ist. Das Ventilglied 20 teilt den zwischen dem Ven­ tilkörper 3 und der Gegenplatte 24 vorhandenen Zwischenraum in einen Druckraum 26 und einen Leckölraum 30, wobei der Leckölkanal 9 in den Leckölraum 30 mündet. Das Ventilglied 20 weist an seiner dem Ventilkörper 3 zugewandten Seite ei­ nen Haltebolzen 21 auf, der zylinderförmig ausgebildet ist und der eine zentrale Öffnung 23 aufweist. Der Haltebolzen 21 ist in einer Aufnahmeöffnung 25 angeordnet, die in einem Halteelement 22 ausgebildet ist, welches zwischen dem Ven­ tilkörper 3 und dem Ventilglied 20 angeordnet ist. Das Hal­ teelement 22 ist hierbei in einer Ausnehmung 32 des Ventil­ körpers 3 angeordnet und weist ebenfalls eine zentrale Öff­ nung 27 auf, so daß sich der Zulaufkanal 7 durch die zentra­ len Öffnung 23 des Halteelements 22 und die zentrale Öffnung des Ventilglieds 7 verlängert und so bis in den Druckraum 26 reicht.

Die Gegenplatte 24 ist an ihrer dem Ventilkörper 3 zugewand­ ten Seite konkav gewölbt, so daß ihre äußeren Ränder dem Ventilkörper 3 näher sind als der mittlere Bereich. Hier­ durch wird das Ventilglied 20 in Einbaulage durch das Halte­ element 22 mit seinem Haltebolzen 21 in Richtung der Gegen­ platte 24 gedrückt, wobei sich der äußere Rand des Ventil­ glieds 20 durch die konkave Form der Gegenplatte weiter in Richtung des Ventilkörpers 3 gedrückt wird, so daß das Ven­ tilglied 20 mechanisch vorgespannt wird und nur in seinem Mittelbereich ortsfest gegen den Ventilkörper 3 verspannt ist. Dadurch ist der äußere Rand des Ventilglieds 20 federnd ausgebildet und kann sich bezüglich des Ventilkörpers 3 in axialer bewegen, also im wesentlichen in Richtung der Längs­ achse 14. Am äußeren, der Gegenplatte 24 zugewandten Rand des Ventilglieds 20 ist an diesem eine Ventildichtfläche 18 ausgebildet, mit der das Ventilglied 20 auf einem an der Ge­ genplatte 24 ausgebildeten Ventilsitz 17 anliegt, so daß der Druckraum 26 bis auf den Zulaufkanal 7 abgedichtet ist. Um die Dichtwirkung zu verbessern ist am Außenrand des Ventil­ glieds 20 ein umlaufender Ringsteg 28 ausgebildet, der einen dreieckförmigen Querschnitt aufweist und mit seiner dadurch gebildeten Kante, die die Dichtfläche 18 bildet, am Ventil­ sitz 17 anliegt. Radial auswärts des Druckraums 26 sind im Schalenkörper 1 mehrere Einspritzöffnungen 12 ausgebildet, die in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt von Fig. 2 entlang der Linie III- III und macht nochmals die Anordnung des Schalenelements 1, des Ventilkörpers 3 und des Halteelements 22 deutlich.

Das Kraftstoffeinspritzventil arbeitet wie folgt: Soll eine Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraft­ maschine erfolgen, so wird Kraftstoff unter hohem Druck in über den Zulaufkanal 7 und durch das Halteelement 22 und die zentrale Öffnung 23 des Ventilglieds 20 in den Druckraum 26 eingeführt. Durch den Kraftstoffdruck ergibt sich eine hy­ draulische Kraft auf das Ventilglied 20, so daß dieses bei einem ausreichenden Kraftstoffdruck an seinem äußeren Rand mit der Ventildichtfläche 18 vom Ventilsitz 17 abhebt und so einen Öffnungsquerschnitt freigibt, der die Einspritzöffnun­ gen 12 mit dem Druckraum 26 verbindet. Kraftstoff fließt so aus der zentralen Öffnung 23 in den Druckraum 26 und dort in radialer Richtung zu den Einspritzöffnungen 12, wobei die Fließrichtung in der Zeichnung mit Pfeilen angedeutet ist. Das Ventilglied 20 bewegt sich dabei mit seinem äußeren Rand auf den Ventilkörper 3 zu, bis es entweder durch das Gleich­ gewicht zwischen der hydraulischen Kraft und der Eigenspan­ nung gehalten wird oder bis es am Ventilkörper 3 zur Anlage kommt. Soll die Einspritzung beendet werden, wird die Kraft­ stoffzufuhr durch den Zulaufkanal 7 unterbrochen und der Kraftstoffdruck im Druckraum 26 nimmt entsprechend ab. So­ bald die Eigenspannung des Ventilglieds 20 höher wird als die hydraulische Kraft auf die den Druckraum 26 begrenzende Seite des Ventilglieds 20, bewegt sich der äußere Rand des Ventilglieds 20 wieder auf den Ventilsitz 17 zu, bis die Ventildichtfläche 18 am Ventilsitz 17 zur Anlage kommt und so den Druckraum 26 gegen die Einspritzöffnungen 12 verschließt.

Während der Phase hohen Drucks im Druckraum 26, also während der Einspritzung, gelangt Kraftstoff am äußeren Rand des Ventilglieds 20 vorbei in den Leckölraum 30. Dieser Kraft­ stoff wird über die Leckölleitung 9 abgeführt, wobei die Fließrichtung in der Fig. 2 durch einen Pfeil gekennzeichnet ist. Der Druck im Leckölraum 30 bleibt somit stets niedrig, und die Öffnungsbewegung des Ventilglieds 20 wird durch das Verdrängen des Kraftstoffs im Leckölraum 30 nicht beein­ trächtigt.

Der Öffnungsdruck, das ist der Druck im Druckraum 26, bei dem das Ventilglied 20 gerade öffnet und mit dem Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen 12 in den Brennraum einge­ spritzt wird, ist für die Zerstäubung des Kraftstoffs beim Austritt aus den Einspritzöffnungen 12 und damit für eine optimale Verbrennung äußerst wichtig. Beim vorliegenden Kraftstoffeinspritzventil hängt dieser Öffnungsdruck haupt­ sächlich von der mechanischen Vorspannung des Ventilglieds 20 ab. Diese läßt sich in einfachen Weise durch die axiale Ausdehnung des Halteelements 22 einstellen: Je dicker das Halteelement 22, desto stärker wird das Ventilglied 20 in Einbaulage gewölbt und desto höher ist der Öffnungsdruck des Kraftstoffeinspritzventils. Dadurch läßt sich der Öffnungs­ druck durch einfachen Austausch des Halteelements 22 variie­ ren, ohne daß weitere Bauelemente des Kraftstoffeinspritz­ ventils ausgetauscht oder angepaßt werden müßten. Das Hal­ teelement 22 ist dabei ein einfach zu fertigendes Drehteil, das in der Herstellung nur geringe Kosten verursacht. Da das Halteelement 22 durch die mechanische Eigenspannung des Ventilglieds 20 in die Ausnehmung 32 eingepreßt wird, ist es weder notwendig, das Halteelement 22 am Ventilkörper 3 noch das Ventilglied 20 am Halteelement 22 zu befestigen. Durch den zumindest während der Einspritzungen hohen Kraftstoff­ druck im Zulaufkanal 7 und damit auch in der zentralen Öff­ nung 27 des Halteelements 22 wird das Halteelement 22 in ra­ dialer Richtung leicht aufgeweitet, so daß es sicher in der Ausnehmung 32 hält. In gleicher Weise wird die zentrale Öff­ nung 23 des Ventilglieds 20 bei hohem Kraftstoffdruck aufge­ weitet, was zu einer zusätzlichen Haltekraft des Ventil­ glieds 20 am Halteelement 22 führt.

Neben der Ausbildung des Ringstegs 28 mit einem dreieckför­ migen Querschnitt kann es auch vorgesehen sein, den Ringsteg 28 mit einem anderen Querschnitt auszubilden. Beispielsweise kann die nur sehr kleine Dichtfläche 18 durch Abflachung des Ringstegs 28 etwas vergrößert werden, was die Flächenpres­ sung und damit den Verschleiß im Bereich des Ventilsitzes 17 verringert. Es ist aber auch ein halbkreisförmiger oder rechteckiger Querschnitt des Ringstegs 28 möglich.

Claims (7)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit ei­ nem Ventilkörper (1), an dessen brennraumseitigen Ende ein mit einem Zulaufkanal (7) verbundener Druckraum (26) ausgebildet ist, der von einem Ventilglied (20) begrenzt wird, das unter Eigenspannung mit einer Ventildichtfläche (18) an einem ortsfesten Ventilsitz (17) anliegt und durch den Druck im Druckraum (26) von diesem abhebbar ist, wobei dem dabei aufgesteuerten Öffnungsquerschnitt wenigstens eine Einspritzöffnung (12) in den Brennraum der Brennkraftmaschine nachgeordnet ist, wobei das Ven­ tilglied (20) im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist und die Ventildichtfläche (18) an seinem radial aus­ wärts liegenden Randbereich ausgebildet ist und axial fe­ dernd vom Ventilsitz (17) abhebbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventilglied (20) in seinem Mittelbe­ reich durch ein Halteelement (22) am Ventilkörper (1) ge­ genüber seiner Anlage am Ventilsitz (17) vorgespannt ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventilglied (20) einen mittig ange­ ordneten Haltebolzen (21) aufweist, in welchem der Zu­ laufkanal (7) verläuft und welcher in einer Aufnahmeöff­ nung (25) des Halteelements (22) angeordnet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Halteelement (22) eine zentrale Öffnung (27) aufweist, in der der Zulaufkanal (7) ver­ läuft.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Halteelement (22) in einer im we­ sentlichen zylindrischen Ausnehmung (32) des Ventilkör­ pers (3) angeordnet ist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventilglied (20) in seinem Außenbe­ reich einen umlaufenden Ringsteg (28) aufweist, mit der es am Ventilsitz (17) anliegt.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ringsteg (28) einen dreieckförmigen Querschnitt aufweist, wobei die Spitze des Dreiecks dem Ventilsitz (17) zugewandt ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ringsteg (28) einen zumindest nähe­ rungsweise halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei die flache Seite des Halbkreises am Ventilglied (20) an­ liegt.