DE10155413A1

DE10155413A1 - Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE10155413A1
Application number: DE10155413A
Authority: DE
Inventors: Dieter Kienzler; Dietmar Uhlmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-11-10
Filing date: 2001-11-10
Publication date: 2003-05-22
Also published as: EP1454057B1; KR20040060971A; WO2003042531A1; KR100935093B1; JP4348185B2; JP2005509781A; DE50204423D1; CN1671962A; ES2247390T3; US20040046059A1; EP1454057A1; US6929247B2; CN100453799C

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, welches mehrere Bauteile (2, 3, 4, 5) aufweist, die in Axialrichtung (X-X) des Ventils nacheinander angeordnet sind. An wenigstens einem der Bauteile ist ein Außengewinde (9) ausgebildet, um mit einem Innengewinde einer Spannmutter (6) in Eingriff zu kommen. Die Spannmutter (6) dient zur Verspannung der Bauteile des Ventils. Ein Dichtelement (8, 11, 17) ist zwischen dem Innengewinde (10) der Spannmutter (6) und dem Außengewinde (9) des Bauteils (2) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Einspritzventile zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Derartige Einspritzventile werden beispielsweise in Verbindung mit Speichereinspritzsystemen verwendet, bei denen Kraftstoff in einem Speicherraum unter hohem Druck gespeichert wird, um eine druckkonstante Einspritzung des Kraftstoffs zu ermöglichen. Derartige Einspritzventile bestehen aus mehreren Bauteilen, wie z. B. einem Haltekörper, einer Ventilplatte, einer Drosselplatte und einem Düsenkörper, welche in axialer Richtung des Ventils nacheinander angeordnet sind. Die einzelnen Bauteile des Ventils werden dabei mittels einer Düsenspannmutter gegeneinander verspannt. DurCh die Verwendung der einzelnen Bauteile in Verbindung mit dem hohen Druck bei Speichereinspritzsystemen ergeben sich jedoch Dichtheitsprobleme, welche zu Leckage von Kraftstoff am Ventil führen können. Um zu verhindern, dass Kraftstoff vom Ventil nach außen, z. B. in den Motorraum, dringen kann, sind geeignete Dichtungen notwendig. Hierbei ist es beispielsweise bekannt, zwischen den einzelnen Bauteilen hohe Flächenpressungen aufzubringen, so dass die einzelnen Bauteile an ihren ebenen Anlageflächen durch die hohe Flächenpressung eine ausreichende Abdichtung aufweisen. Aufgrund einer asymmetrischen Bohrungsanordnung in den Bauteilen, insbesondere zwischen einer Aktorbohrung und einer Hochdruckbohrung, ergeben sich unterschiedliche Steifigkeiten in Umfangsrichtung, so dass so genannte Schwitzleckagen vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich auftreten können. Weiterhin sind an den ebenen Dichtflächen der einzelnen Bauteile üblicherweise Unebenheiten und Rauhigkeiten vorhanden, was ebenfalls zu Leckagen führen kann. Darüber hinaus können aufgrund der hohen Belastung über die hohen Flächenpressungen Verformungen an den Dichtebenen zwischen den einzelnen Bauteilen auftreten, welche zu einer Leckage von Kraftstoff führen können.
Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Abdichtung des Einspritzventils ist beispielsweise, dass ein Dichtelement, wie z. B. ein O-Ring, am oberen Ende der Düsenspannmutter angeordnet ist. Häufig wird hierbei zur Aufnahme des Dichtelements am Haltekörper eine Aussparung vorgesehen, um das Dichtelement aufzunehmen. Bei dieser bekannten Lösung können jedoch insbesondere bei Verwendung eines O-Rings Montageprobleme auftreten, da der O-Ring während der Montage verdrillt werden kann, wodurch die Abdichtung nicht mehr sicher gewährleistet werden kann. Weiterhin werden durch die im Haltekörper gebildete Aussparung zur Aufnahme des Dichtelements zusätzliche Kerbstellen im Ventil geschaffen, an denen eine Anrissbildung im Bauteil möglich ist.
Im Hinblick auf zukünftige noch höhere Systemdrücke zwischen 1800 und 2000 bar werden sich die oben erläuterten Dichtigkeitsprobleme am Einspritzventil noch verschärfen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es eine sichere und einfache Abdichtung ermöglicht, wobei es besonders kostengünstig bereitstellbar ist. Weiterhin treten bei dem erfindungsgemäßen Ventil keine geometrischen Schwächungen an den Bauteilen des Ventils auf, welche eine zusätzliche Kerbwirkung am Ventil verursachen könnten. Diese Vorteile werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zwischen einem Gewinde einer Spannmutter, welche zur Verspannung der einzelnen Bauteile des Ventils dient, und einem an einem Bauteil angeordneten Gewinde zur Verschraubung mit der Spannmutter ein Dichtelement angeordnet ist. Durch diese Positionierung des Dichtelements zwischen die beiden Gewindegänge ist es nicht notwendig, dass in einem der Bauteile eine Aussparung zur Aufnahme eines Dichtelements ausgebildet werden muss, welche die Festigkeit des Bauteils herabsetzen kann und eine Kerbwirkung hervorrufen kann. Weiterhin wird dadurch eine kostengünstige und einfache Montage des Dichtelements möglich. Somit kann erfindungsgemäß eine kostengünstige und einfache Ausgestaltung einer Abdichtung des Ventils nach außen bereitgestellt werden.

Vorzugsweise ist das Dichtelement als Kunststoffring oder als Schrumpfschlauch ausgebildet. Der Schrumpfschlauch ist vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet, wie z. B. aus PTFE, und wird über das an dem Bauteil vorhandene Außengewinde gelegt. Bei einer Montage der Spannmutter auf das mit Außengewinde versehen Bauteil legt sich dann der Schrumpfschlauch an die Gewindegänge an, so dass eine sichere Abdichtung erhalten wird.

Um eine einfache Positionierung des Kunststoffrings zu ermöglichen, ist vorzugsweise eine Aussparung an der Spannmutter zur Aufnahme des Kunststoffrings ausgebildet. Besonders bevorzugt ist diese Aussparung am oberen Ende der Spannmutter vorgesehen.

Um eine sichere Lagefixierung des Kunststoffrings an der Spannmutter zu ermöglichen, weist der Kunststoffring vorzugsweise wenigstens einen vorstehenden Bereich auf, welcher in eine entsprechend gebildete zusätzliche Aussparung an der Spannmutter eingreift. Hierzu können an der Spannmutter beispielsweise eine oder mehrere Bohrungen oder eine oder mehrere Nuten vorgesehen werden. Weiterhin kann am äußersten Endbereich der Spannmutter eine nach innen gerichtete Bördelung vorgesehen werden.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Dichtelement als Beschichtung ausgebildet. Die Beschichtung kann einfach und kostengünstig auf entweder das Außengewinde am Bauteil oder das Innengewinde an der Spannmutter oder auf beide Gewinde aufgebracht werden. Vorzugsweise ist die Beschichtung aus PTFE oder einem anderen, flüssig aufbringbaren Kunststoff oder Klebstoff ausgebildet.

Um eine zwischen den einzelnen Bauteilen des Ventils eventuell auftretenden Schwitzleckage aufzunehmen, ist zwischen zwei Bauteilen vorzugsweise eine Nut vorgesehen, über welche die Leckage in einen Niederdruckbereich des Ventils abgeführt werden kann.

Die vorliegende Erfindung wird insbesondere bei Kraftstoffeinspritzventilen für Speichereinspritzsysteme, wie z. B. Common-Rail-Einspritzsysteme, verwendet. Dabei wird durch die Abdichtung zwischen der Spannmutter und den Bauteilen des Ventils ein Niederdruckbereich des Ventils gegen die Außenseite abgedichtet. Die erfindungsgemäßen Dichtelemente sind dabei derart ausgestaltet, dass nach einer erfolgten Demontage des Ventils eine einfache Wiedermontage samt Dichtelement möglich ist.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ventils mit einer Abdichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Ventils,
Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer Abdichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 zeigt die Abdichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Zustand vor der Montage,
Fig. 5 zeigt eine Fixiermöglichkeit der Abdichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 zeigt eine andere Fixiermöglichkeit des Dichtelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 zeigt eine weitere Fixiermöglichkeit des Dichtelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 8a bis 8c zeigen die Montage eines Dichtelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ein Ventil 1 mit einem Dichtelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil 1 dargestellt, welche im Wesentlichen aus mehreren, in Axialrichtung X-X des Ventils nacheinander angeordneten Bauteilen besteht. Die Bauteile des Ventils 1 sind dabei ein Haltekörper 2, eine Ventilplatte 3, eine Drosselplatte 4 und ein Düsenkörper 5. Diese Bauteile des Ventils werden mittels einer Düsenspannmutter 6 gegeneinander verspannt. Hierzu weist die Düsenspannmutter 6 an ihrem oberen Endbereich ein Innengewinde 10 auf (vgl. Fig. 2), mit welchem sie auf ein Außengewinde 9 des Haltekörpers 2 aufgeschraubt wird.
Wie insbesondere in Fig. 2 gezeigt, ist zwischen dem Innengewinde 10 der Düsenspannmutter 6 und dem Außengewinde 9 des Haltekörpers 2 ein Dichtelement in Form einer Beschichtung 8 angeordnet. Die Beschichtung 8 kann entweder auf dem Innengewinde 10 oder dem Außengewinde 9 oder auf beiden Gewinden aufgebracht sein. Die Beschichtung 8 verläuft um den gesamten Umfang des Gewindes. Durch diese erfindungsgemäße Beschichtung 8 wird eine sichere Abdichtung eines Niederdruckbereichs des Ventils 1 gegen die äußere Umgebung erreicht.
wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Beschichtung 8 im Wesentlichen am oberen Endbereich der Düsenspannmutter 6 ausgebildet und weist eine Höhe H auf, welche zwischen 1/3 und 1/2 der Höhe des Gewindegangs in Axialrichtung des Ventils reicht. Die Beschichtung 8 kann einfach vor der Montage auf eines oder beide Gewinde aufgebracht werden, so dass die Abdichtung nach dem Aufschrauben der Düsenspannmutter 6 auf den Haltekörper 2 vorhanden ist.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Abdichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel wird beim zweiten Ausführungsbeispiel als Dichtelement ein Kunststoffring 11 verwendet. In Fig. 3 ist der Kunststoffring im montierten Zustand, d. h. bei aufgeschraubter Düsenspannmutter 6 auf den Haltekörper 2 dargestellt, und in Fig. 4 ist der Kunststoffring 11 vor der Montage dargestellt. wie ein Vergleich der Fig. 3 und 4 unmittelbar zeigt, wird der Kunststoffring 11 bei der Montage derart verformt, dass er sich dicht an das Außengewinde 9 am Haltekörper 2 anlegt. Dadurch wird eine ausreichende Abdichtung zwischen dem Niederdruckbereich des Ventils und der Außenseite erreicht. Der Kunststoffring 11 weist dabei eine derartige Höhe auf, dass er ca. 1/3 der sich im Eingriff befindlichen Gewindegänge überdeckt. Somit bildet beim zweiten Ausführungsbeispiel das Dichtelement selbst einen Teil des Gewindes, so dass eine einfache und kostengünstige Abdichtung erreichbar ist. Die Abdichtung ergibt sich dabei beim Aufschrauben der Düsenspannmutter auf den Haltekörper 2 automatisch. Als Gewinde am Haltekörper 2 wird hierbei vorzugsweise ein M17 × 0,75- Gewinde verwendet. Der Kunststoffring 11 ist dabei in einer am Endbereich der Düsenspannmutter 6 vorgesehenen Aussparung 12 angeordnet.
In den Fig. 5 bis 7 sind unterschiedliche Fixiermöglichkeiten für die Fixierung des Kunststoffrings 11 an der Düsenspannmutter 6 gezeigt. Beispielsweise sind in Fig. 5 zwei einander um 180° gegenüberliegende Bohrungen 14 vorgesehen, in welche zwei jeweils entsprechend der Bohrung 14 ausgebildete vorstehende Bereiche 13 eingreifen. Eine ähnliche Lagefixierung des Kunststoffrings 11 ist in Fig. 6 dargestellt, bei der zwei einander gegenüberliegende vorstehende Bereiche 13 in zwei entsprechend ausgebildete Nuten 15 am oberen Endbereich der Düsenspannmutter 6 eingreifen. Die Lagefixierung des in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiels besteht in einer Bördelung 16, welche zur Innenseite der Düsenspannmutter 6 gerichtet ist und den Kunststoffring 11 fixiert.
In den Fig. 8a bis 8c ist ein Dichtelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Dichtelement gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel besteht aus einem Schrumpfschlauch 17, welcher auf das Außengewinde 9 des Haltekörpers 2 aufgebracht ist. In Fig. 8a ist der Schrumpfschlauch 17 im gespannten Zustand dargestellt, in welchem er auf das Außengewinde 9 des Haltekörpers 2 aufgebracht wird. Wie aus Fig. 8a ersichtlich ist, beträgt die Höhe des Schrumpfschlauches 17 dabei ungefähr die Hälfte der Höhe des Gewindes 9. In Fig. 8b ist der Schrumpfschlauch 17 im montierten Zustand dargelegt, in welchem er auf den Gewindespitzen des Außengewindes 9 aufliegt. Wenn nun die Düsenspannmutter auf das Außengewinde 9 des Haltekörpers 2 aufgeschraubt wird, wird der Schrumpfschlauch 17 derart verformt, dass er unmittelbar am Außengewinde 9 und am Innengewinde der Düsenspannmutter anliegt. Dieser Zustand des Schrumpfschlauches 17 ist in Fig. 8c dargestellt. Aus Gründen einer vereinfachten Darstellung ist in Fig. 8c die Düsenspannmutter nicht dargestellt. Somit liegt der Schrumpfschlauch 17 dicht zwischen den beiden Gewinden an, so dass eine sichere Abdichtung des Kraftstoffeinspritzventils nach außen erreicht wird. Der Schrumpfschlauch 17 kann dabei auch nach einer erfolgten Demontage der Düsenspannmutter 6 auf dem Haltekörper 2 verbleiben und wiederverwandt werden.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, welches mehrere Bauteile 2, 3, 4, 5 aufweist, die in Axialrichtung X-X des Ventils nacheinander angeordnet sind. An wenigstens einem der Bauteile ist ein Außengewinde 9 ausgebildet, um mit einem Innengewinde einer Spannmutter 6 in Eingriff zu kommen. Die Spannmutter 6 dient zur Verspannung der Bauteile des Ventils. Ein Dichtelement 8, 11, 17 ist zwischen dem Innengewinde 10 der Spannmutter 6 und dem Außengewinde 9 des Bauteils 2 angeordnet.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

1. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, welches mehrere Bauteile (2, 3, 4, 5) aufweist, welche in Axialrichtung (X- X) des Ventils nacheinander angeordnet sind, wobei an wenigstens einem Bauteil (2) ein Außengewinde (9) ausgebildet ist, welches im montierten Zustand des Ventils mit einem Innengewinde (10) einer Spannmutter (6) in Eingriff ist, um die Bauteile (2, 3, 4, 5) gegeneinander zu verspannen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtelement (8; 11; 17) zwischen dem Innengewinde (10) der Spannmutter (6) und dem Außengewinde (9) des Bauteils (2) angeordnet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement als Kunststoffring (11) oder als Schrumpfschlauch (17) ausgebildet ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffring (11) in einer in der Düsenspannmutter (6) gebildeten Aussparung (12) angeordnet ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (12) am Endbereich der Düsenspannmutter (6) angeordnet ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffring (11) wenigstens einen vorstehenden Bereich (13) zur Lagefixierung des Kunststoffrings aufweist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Spannmutter (6) eine Bördelung (16) zur Fixierung des Kunststoffrings (11) ausgebildet ist.

7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement als Beschichtung (8) auf wenigstens einem Gewinde (9, 10) oder auf beiden Gewinden (9, 10) ausgebildet ist.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8) aus PTFE oder einem flüssigen, schnell härtenden Klebstoff oder Kunststoff bereitgestellt ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Haltekörper (2) und einer Ventilplatte (3) eine Nut ausgebildet ist, um eventuell auftretende Leckagen zu einem Niederdruckbereich des Ventils abzuführen.