Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ein derartiges Einspritzventil ist aus der DE 198 32 826 A1
bekannt. Das dort gezeigte Einspritzventil ist als Injektor
ausgebildet und wird in einer Common-Rail-Einspritzanlage
für Brennkraftmaschinen eingesetzt, welche einen
Kraftstoffhochdruckspeicher aufweist, der mit einer Hochdruckpumpe in
Verbindung steht. Das Einspritzventil weist einen mit dem
Kraftstoffhochdruckspeicher verbundenen
Kraftstoffhochdruckanschluß, einen Kraftstoffniederdruckanschluß zum Anschluß
an eine Kraftstoffrücklaufeinrichtung und einen elektrischen
Anschluß auf, welcher zur elektrischen Ansteuerung eines
elektrisch betätigbaren Steuerventils des Einspritzventils,
beispielsweise eines Magnetventils dient. Bei dem bekannten
Einspritzventil wird eine Ventilnadel über einen
Ventilkolben von in einem Steuerdruckraum herrschenden
Kraftstoffdruck in Schließrichtung belastet. Der Steuerdruckraum ist
in einem in das Ventilgehäuse eingesetzten Ventilstück
angeordnet und über einen mit einer Zulaufdrossel versehenen
Zulaufkanal und einen mit einer Ablaufdrossel versehenen
Ablaufkanal mit dem Kraftstoffhochdruckanschluß
beziehungsweise dem Kraftstoffniederdruckanschluß verbunden. Mit einem
Ventilglied eines Steuerventils, welches als Antrieb
beispielsweise einen Magnetsteller oder einen Piezosteller
aufweist, kann der Ablaufkanal geschlossen und geöffnet werden
und der Kraftstoffdruck im Steuerdruckraum für die einzelnen
Betätigungsvorgänge der Ventilnadel gesteuert werden. Die
Öffnungsgeschwindigkeit der Ventilnadel wird bei geöffnetem
Ablaufkanal durch den Durchflußunterschied zwischen
Zulaufdrossel und Ablaufdrossel und damit letztlich durch das fest
eingestellte Größenverhältnis von Zulauf- und Ablaufdrossel
bestimmt.
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Bei dem bekannten Einspritzventil ist der Zulaufkanal für
Hochdruckkraftstoff mehrteilig ausgebildet und umfaßt eine
in ein Ventilgehäuseteil des Einspritzventils eingebrachte
Zulaufbohrung, welche in einen das Ventilstück umgebenden
Ringraum in einer Innenausnehmung des Ventilgehäuseteils
einmündet. Die Zulaufbohrung mündet dabei mit ihrem gesamten
Innenquerschnitt in die Innenausnehmung ein. In der Praxis
hat sich gezeigt, daß im Verschneidungsbereich von
Zulaufbohrung und Innenausnehmung bedingt durch den hohen
Kraftstoffdruck und die Kerbwirkung der Zulaufbohrung starke
Zugspannungen in Umfangsrichtung auftreten, welche zu
Brüchen und Rißbildungen führen können.
Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die
Kerbspannungen im Verschneidungsbereich zwischen der Innenausnehmung
und der Zugangsbohrung deutlich reduziert werden und dadurch
die Festigkeit des Einspritzventils stark erhöht wird. Bei
dem erfindungsgemäßen Einspritzventil schneidet die
Zulaufbohrung die Innenausnehmung des Ventilgehäuseteils des
Einspritzventils nur mit einem Teil ihres Innenquerschnitts.
Durch die veränderte Formgebung der Übergangskante
reduzieren sich vorteilhaft die bei einer Hochdruckbeaufschlagung
in Umfangsrichtung wirkenden Materialspannungen. Ohne
größeren Mehraufwand bei der Herstellung kann so die Lebensdauer
und Zuverlässigkeit der Einspritzventile erhöht werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen enthaltenen
Merkmale ermöglicht.
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Vorteilhaft ist es, die Zulaufbohrung von einem Anschluß des
Ventilgehäuseteils aus so weit in das Ventilgehäuseteil
einzubringen, daß sich die Zulaufbohrung über die
Innenausnehmung hinaus in den von dem Anschluß abgewandten Teil des
Ventilgehäuseteils erstreckt. Hierdurch wird eine
symmetrische Formgebung der Übergangskante von Zulaufbohrung und
Innenausnehmung erreicht, wodurch die Kerbspannungen besonders
stark reduziert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, den sich über die
Innenausnehmung hinaus erstreckenden Teil der Zulaufbohrung mit einer
Versorgungsbohrung zu verbinden, welche mit der
Einspritzöffnung des Einspritzventils in Verbindung steht. Über die
Zulaufbohrung wird somit vorteilhaft sowohl die das
Ventilstück umgebende Innenausnehmung des Ventilgehäuseteils als
auch die mit der Einspritzöffnung verbundene
Versorgungsbohrung mit Hochdruckkraftstoff versorgt, so daß der Aufbau des
Einspritzventils vereinfacht werden kann. Da keine weiteren
Bohrungen von dem Hochdruckanschluß ausgehen, kann die vom
Kraftstoffhochdruckspeicher kommende Anschlußleitung direkt
auf das Ventilgehäuseteil aufgeschraubt werden und zum
Beispiel der Kraftstoffilter in das Ventilgehäuseteil
integriert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, die Übergangskante zwischen
der wenigstens einen Zulaufbohrung und der Innenausnehmung
des Ventilgehäuseteils zu verrunden. Die Verrundung der
Kantenstruktur bewirkt durch die veränderte Formgebung der
Übergangskante eine verbesserte Hochdruckfestigkeit im
Verschneidungsbereich. Weiterhin ist vorteilhaft, daß die
Übergangskante während der elektrochemischen oder anderen
Verfahren, bei denen ein materialbearbeitendes Werkzeug in die
Innenausnehmung des Ventilkörperteils eingeführt wird, im
Vergleich zum Stand der Technik anders geformt und besser
zugänglich ist.
Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
erläutert. Es zeigt
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Fig. 1a einen Querschnitt durch den oberen Teil eines aus dem
Stand der Technik bekannten Einspritzventils,
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Fig. 1b den unteren Teil des Einspritzventils aus Fig. 1a,
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Fig. 2 einen vereinfachten Querschnitt durch ein Gehäuseteil
des erfindungsgemäßen Einspritzventils längs der Linie II-II
in Fig. 3,
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Fig. 3 einen weiteren Querschnitt durch das erfindungsgemäße
Einspritzventil,
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Fig. 4 einen vergrößerten Teilquerschnitt durch das
Einspritzventil senkrecht zur Zugangsbohrung.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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Fig. 1a und Fig. 1b zeigen ein aus dem Stand der Technik
bekanntes Kraftstoffeinspritzventil 1, welches zur Verwendung in
einer Kraftstoffeinspritzanlage bestimmt ist, die mit einem
Kraftstoffhochdruckspeicher ausgerüstet ist, der durch eine
Hochdruckförderpumpe kontinuierlich mit Hochdruckkraftstoff
versorgt wird. Das dargestellte Kraftstoffeinspritzventil 1
weist ein Ventilgehäuseteil 4 mit einer Innenausnehmung 20auf, die auf einem Teil ihrer Länge eine Längsbohrung 5
ausbildet, in der ein Ventilkolben 6 angeordnet ist, der mit
seinem einen Ende auf eine in einem Düsenkörper 65 angeordnete
Ventilnadel 60 einwirkt. Die Ventilnadel 60 ist in einem
Druckraum 61 angeordnet, der über eine Versorgungsbohrung 8
mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt ist. Bei
einer Öffnungshubbewegung des Ventilkolbens 6 wird die
Ventilnadel 60 durch den ständig an einer Druckschulter 68 der
Ventilnadel angreifenden Kraftstoffhochdruck im Druckraum entgegen
der Schließkraft einer Feder 63 angehoben. Durch eine dann mit
dem Druckraum verbundene Einspritzöffnung 7 erfolgt die
Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum der
Brennkraftmaschine. Durch Absenken des Ventilkolbens 6 wird die
Ventilnadel in Schließrichtung in den Ventilsitz 62 des
Einspritzventils gedrückt und der Einspritzvorgang beendet.
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Wie in Fig. 1a zu erkennen ist, wird der Ventilkolben 6 an
seinem von der Ventilnadel abgewandten Ende in einer
Zylinderbohrung 11 geführt, die in ein Ventilstück 12 eingebracht
ist, welches in eine die Längsbohrung 5 fortsetzende
koaxiale Bohrung 15 mit breiterem Durchmesser eingesetzt ist. Das
Ventilstück 12 ist in einem Flanschbereich 22 fest über ein
Schraubglied 23 mit dem Ventilgehäuseteil 4 verspannt. Die
Innenausnehmung 20 des Ventilgehäuseteils 4 weist weiterhin
eine sich an die Bohrung 15 anschließende weitere Bohrung
mit einem noch breiteren Durchmesser auf, so daß zwischen
dem Außenmantel des Ventilstücks 12 und der zylindrischen
Innenwandung 35 der weiteren Bohrung ein Ringraum in der
Innenausnehmung 20 entsteht. In der Zylinderbohrung 11 des
Ventilstücks schließt eine Stirnseite 13 des Ventilkolbens 6
einen Steuerdruckraum 14 ein, der über einen Zulaufkanal mit
einem Kraftstoffhochdruckanschluß 3 verbunden ist. Der
Zulaufkanal ist im wesentlichen dreiteilig ausgebildet. Eine
radial durch die Wand des Ventilstücks 12 führende Bohrung
26, deren Innenwände auf einem Teil ihrer Länge eine
Zulaufdrossel ausbilden, ist mit dem das Ventilstück 12
umfangsseitig umgebenden Ringraum ständig verbunden, welcher
Ringraum über einen Dichtring 39 zur Längsbohrung 5 abgedichtet
ist und über eine Zulaufbohrung 16 und einen Kraftstoffilter
42 in ständiger Verbindung mit dem
Kraftstoffhochdruckanschluß 3 eines in das Ventilgehäuseteil 4 einschraubbaren
Anschlußstutzens 9 steht. Die Zulaufbohrung 16 mündet bei
den im Stand der Technik bekannten Einspritzventilen mit
ihrem gesamten Innenquerschnitt in die Innenausnehmung 20 des
Ventilgehäuseteils 4 ein. Über den Zulaufkanal mit
Zulaufdrossel ist der Steuerdruckraum 14 dem im
Kraftstoffhochdruckspeicher herrschenden hohen Kraftstoffdruck ausgesetzt.
Koaxial zum Ventilkolben 6 zweigt aus dem Steuerdruckraum 14
weiterhin eine im Ventilstück 12 verlaufende Bohrung ab, die
einen mit einer Ablaufdrossel 18 versehenen
Kraftstoffablaufkanal 17 bildet, der in einen Entlastungsraum 19
einmündet, der mit einem Kraftstoffniederdruckanschluß 10
verbunden ist, welcher wiederum in nicht weiter dargestellter
Weise mit einem Kraftstoffrücklauf verbunden ist. Der Austritt
des Kraftstoffablaufkanals 17 aus dem Ventilstück 12 erfolgt
im Bereich eines kegelförmig angesenkten Teiles 21 der
außenliegenden Stirnseite des Ventilstückes 12. In dem
kegelförmigen Teil 21 ist ein Ventilsitz 24 ausgebildet, mit dem
ein Steuerventilglied 25 eines das Einspritzventil
steuernden Magnetventils 30 zusammenwirkt. Das Steuerventilglied 25
ist mit einem Anker 27 gekoppelt, welcher Anker mit einem
Elektromagneten des Magnetventils 30 zusammen wirkt. Der
Anker 27 und das mit dem Anker gekoppelte Steuerventilglied 25
sind ständig durch eine sich gehäusefest abstützende
Schließfeder 31 in Schließrichtung beaufschlagt, so daß das
Steuerventilglied 25 normalerweise in Schließstellung am
Ventilsitz 24 anliegt. Bei Erregung des Elektromagneten wird
der Anker 27 zum Elektromagneten hin bewegt, wodurch der
Ablaufkanal 17 zum Entlastungsraum 19 hin geöffnet wird.
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Das Öffnen und Schließen des Einspritzventils wird wie
nachfolgend beschrieben von dem Magnetventil 30 gesteuert. Der
Anker 27 ist ständig durch die Schließfeder 31 in
Schließrichtung beaufschlagt, so daß das Steuerventilglied 25 bei
nicht erregtem Elektromagneten in Schließstellung am
Ventilsitz 24 anliegt und der Steuerdruckraum 14 zur
Entlastungsseite 19 hin verschlossen ist, so daß sich dort über den
Zulaufkanal sehr schnell der hohe Druck aufbaut, der auch im
Kraftstoffhochdruckspeicher ansteht. Über die Fläche der
Stirnseite 13 erzeugt der Druck im Steuerdruckraum 14 eine
Schließkraft auf den Ventilkolben 6 und die damit in
Verbindung stehende Ventilnadel 60, die größer ist als die
andererseits in Öffnungsrichtung in Folge des anstehenden
Hochdrucks wirkenden Kräfte. Wird der Steuerdruckraum 14 durch
Öffnen des Magnetventils zur Entlastungsseite 19 hin
geöffnet, baut sich der Druck in dem geringen Volumen des
Steuerdruckraumes 14 sehr schnell ab, da dieser über die
Zulaufdrossel von der Hochdruckseite abgekoppelt ist.
Infolgedessen überwiegt die auf die Ventilnadel in Öffnungsrichtung
wirkende Kraft aus dem an der Ventilnadel anstehenden
Kraftstoffhochdruck, so daß die Ventilnadel 60 nach oben bewegt
und dabei die wenigstens eine Einspritzöffnung 7 zur
Einspritzung geöffnet wird. Schließt jedoch das Magnetventil 30
den Kraftstoffablaufkanal 17, kann der Druck im
Steuerdruckraum 14 durch den über den Zulaufkanal nachfließenden
Kraftstoff wieder aufgebaut werden, so daß die ursprüngliche
Schließkraft ansteht und die Ventilnadel des
Kraftstoffeinspritzventils schließt.
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Fig. 2 und Fig. 3 zeigen jeweils einen Querschnitt durch das
erfindungsgemäße Einspritzventil. Gleiche Bezugsziffern wie
in Fig. 1a und 1b bedeuten gleiche Teile. In Fig. 2 ist der
obere Teil des Ventilgehäuseteils 4 gezeigt, dessen
durchgehende Innenausnehmung 20 durch die Längsbohrung 5 und die
sich koaxial daran anschließenden Bohrungen 15 und 35gebildet wird. Die Bohrungen 15 und 35 dienen der Aufnahme des
Ventilstücks 12, wobei der Außenmantel des Ventilstücks mit
der Innenwandung der Bohrung 35 einen Ringraum bildet. Der
Hochdruckanschluß 3 ist an einem Stutzen 9 ausgebildet,
welcher Stutzen beispielsweise durch Schmieden einstückig mit
dem Ventilgehäuseteil 4 verbunden ist. Der Hochdruckanschluß
3 weist eine Aufnahmebohrung 33 für einen Kraftstoffilter
auf, von welcher Aufnahmebohrung aus sich eine
Zugangsbohrung 16 in das Ventilgehäuseteil 4 erstreckt. Die
Zugangsbohrung 16 schneidet die Innenausnehmung 20 des
Ventilgehäuseteils 4 lediglich mit einem Teil ihres Innenquerschnitts
44, wie am besten in Fig. 3 und Fig. 4 zu erkennen ist. Die
Zugangsbohrung 16 schneidet die Innenausnehmung 20 im
Bereich der zylindermantelförmigen Wand 35 nur mit dem Teil 45
ihres Innenquerschnitts 44, nicht aber mit dem Teil 46 des
Innenquerschnitts 44. Hierdurch verändert sich die Form der
Übergangskante 38 zwischen der Zulaufbohrung 16 und der
Innenwandung 35 der Innenausnehmung 20 zu einer länglichen,
schmalen Kontur. Wenn "r" der Radius der Zugangsbohrung 16
ist, "R" der Radius der zylindermantelförmigen Innenwandung
35 der Innenausnehmung 20 und "d" der Abstand der
Mittelachse 50 der Zugangsbohrung 16 von der Mittelachse 51 der
Innenausnehmung 20, wird dies erreicht, falls die folgenden
beiden geometrischen Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:
1) r + d > R und 2) d - r < R.
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In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der
Abstand d der Mittelachse 50 der Zugangsbohrung 16 von der
Mittelachse 51 der Innenausnehmung 20 gleich dem Radius R
der Innenausnehmung 20 im Bereich der zylindermantelförmigen
Innenwand 35. Der Abstand d kann aber auch größer oder
kleiner als der Radius R der Innenausnehmung 20 sein. Wichtig
ist, daß die Zugangsbohrung die Innenausnehmung lediglich
mit einem Teil ihres Innenquerschnitts 44 schneidet.
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Wie am besten in Fig. 3 zu erkennen ist, ist die
Zugangsbohrung 16 von der Aufnahme 33 des Hochdruckanschlusses 3 aus
soweit in den rohrförmigen Grundkörper 1 eingebracht, daß
sie sich mit einem Abschnitt 36 ein Stück weit über die
Innenausnehmung 20 hinaus in den von dem Hochdruckanschluß 3
abgewandten Abschnitt des Ventilkörperteils 4 erstreckt, wo
sie mit der Versorgungsbohrung 8 verbunden ist. In dem hier
gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Zugangsbohrung
endseitig mit der Versorgungsbohrung verbunden. Die
Versorgungsbohrung 8 kann aber auch T-förmig von dem Abschnitt 36 der
Zugangsbohrung 16 abzweigen. Die von dem
Kraftstoffhochdruckanschluß 3 ausgehende Zugangsbohrung 16 versorgt somit
vorteilhaft die Innenausnehmung 20 und die
Versorgungsbohrung 8 mit Hochdruckkraftstoff.
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Obwohl die Mittelachse 50 der Zugangsbohrung 16 in dem hier
gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel senkrecht zur
Mittelachse 51 der Innenausnehmung 20 des Ventilkörperteils 4
verläuft, ist es auch möglich, daß die Mittelachse 50 der
Zugangsbohrung 16 unter einem von 90° abweichenden Winkel
zur Mittelachse 51 der Innenausnehmung verläuft.
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Um die Festigkeit der Übergangskante 38 im
Verschneidungsbereich der Innenwandung 35 und der Zugangsbohrung 16 zu
erhöhen, ist es vorteilhaft, die Übergangskante 38 zu verrunden
und dabei zu entgraten, was beispielsweise in einem
elektrochemischen Verfahren geschehen kann, bei dem ein
materialentfernendes Werkstück in die Innenausnehmung 20 eingeführt
wird. Aufgrund der guten Zugänglichkeit der Übergangskante
38 können größere Verrundungen hergestellt werden, was sich
wiederum positiv auf die Festigkeit des Einspritzventils im
Verschneidungsbereich von Innenausnehmung und Zulaufbohrung
auswirkt.
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Die hier dargestellte Erfindung ist keinesfalls auf
Einspritzventile für Common-Rail-Systeme beschränkt und kann
bei allen Einspritzventilen für Brennkraftmaschinen
angewandt werden, bei denen eine Zugangsbohrung für
Hochdruckkraftstoff mit einer Innenausnehmung des Ventilkörperteils
in Verbindung steht. Dadurch, daß die Innenausnehmung von
der Zulaufbohrung nur angeschnitten wird und die
Zugangsbohrung nicht vollständig in die Innenausnehmung einmündet,
verändert sich die Struktur der Übergangskante vorteilhaft
so, daß Kerbspannungen verringert werden und die
Hochdruckfestigkeit des Einspritzventils erhöht wird.