DE102004031597A1 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents
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Abstract
Bei einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Ventilglied, das durch seine Bewegung entgegen der elastischen Kraft einer in Axialrichtung verformbaren zylinderischen Federhülse (1) die Kraftstoffzufuhr zum Brennraum der Brennkraftmaschine steuert, wobei die Federhülse (1) in mehreren Radialebenen jeweils mindestens zwei Aussparungen (2) aufweist und die Aussparungen (2) als in Umfangsrichtung der Federhülse (1) verlaufende Querschlitze ausgebildet sind, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Aussparungen (2) eine gleich bleibende Schlitzbreite (d) und etwa ellipsenförmig ausgebildete Enden (4) aufweisen und dass der Querschnitt eines zwischen zwei Aussparungen (2) befindlichen Steges (3) nicht ringsegmentförmig ist.
Description
- Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
- Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist beispielsweise durch die
DE 102 13 382 A1 bekannt geworden. - Das aus
DE 102 13 382 A1 bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist als Federelement eine in sich geschlossene zylindrische Federhülse auf, die in mehreren Radialebenen jeweils zwei Aussparungen aufweist, so dass die Federhülse in Axialrichtung elastisch verformbar ist. Die Aussparungen sind als taillierte Querschlitze mit halbkreisrunden Enden ausgebildet und haben alle die gleiche Form bzw. Geometrie. Die Federhülse kann durch Tiefziehen aus einem Stück hergestellt werden, wobei die Aussparungen nach dem Tiefziehen beispielsweise mittels eines Lasers ausgebildet werden. - Vorteile der Erfindung
- Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch diese Steg- und Aussparungsgeometrie das Spannungsniveau bei gleicher Federrate in der Federhülse deutlich abgesenkt und damit die Dauerfestigkeit wesentlich verbessert wird. Dadurch stellt sich am Aussparungsende eine gleichförmigere Spannungsverteilung über den gesamten elliptischen Bereich an der Innenseite der Federhülse ein und gestalten sich die Traganteile und die Spannungsverteilung in radialer Richtung gleichförmiger und homogener. Das hohe Spannungsniveau konzentriert sich nicht nur lokal auf die Innenseite der Federhülse, sondern der gesamte Bereich über die Wanddicke wird zum Tragen herangezogen. Die elliptische Kontur am Aussparungsende auf der Innen- und Außenseite ist vorzugsweise gleich. Insbesondere bei kleinen Außendurchmessern bietet sich an, die Federhülse aus einem tiefgezogenen Rohr zu fertigen, in das die Schlitze dann über Sägen eingebracht werden.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
- Zeichnungen
- Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Federhülse des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils in perspektivischer Ansicht; -
2 eine Detailansicht der Federhülse gemäß II in1 ; -
3 eine Querschnittansicht der Federhülse gemäß III-III in1 ; -
4 einen Längsschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil mit einer Federhülse; und -
5 einen Längsschnitt durch ein zweites erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil mit zwei Federhülsen. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
- Die in
1 gezeigte Federhülse1 weist in sieben Radialebenen jeweils zwei Aussparungen2 auf, die jeweils durch einen Steg3 voneinander getrennt sind. Durch die Aussparungen2 ist die Federhülse1 in Axialrichtung elastisch verformbar. Die Federhülse1 ist beispielsweise aus einem tiefgezogenen Rohr gefertigt, in das die Aussparungen2 durch Sägen eingebracht sind. Die Aussparungen2 haben alle die gleiche Form bzw. Geometrie und sind als in Umfangsrichtung der Federhülse1 verlaufende Querschlitze mit gleich bleibender Schlitzbreite d ausgebildet. Die Aussparungen2 der einen Radialebene sind jeweils zwischen zwei Aussparungen2 der benachbarten Radialebene angeordnet. - Wie
2 zeigt, sind die beiden Enden4 jeder Aussparung2 ellipsenförmig mit zwei Radien R1, R2 ausgebildet. Diese ellipsenförmige Kontur der Enden4 ist auf der Innen- und Außenseite der Federhülse1 gleich. - Wie
3 zeigt, sind die Stege3 im Querschnitt nicht ringsegmentförmig, sondern trapezähnlich ausgebildet. Die Stege3 sind symmetrisch zu ihrer radialen Mittelebene6 , wobei die beiden Seitenflanken7 der Stege3 jeweils radial nach innen aufeinander zulaufen. Durch diese Steg- und Aussparungsgeometrie stellt sich am Aussparungsende4 eine gleichförmigere Spannungsverteilung über den gesamten elliptischen Bereich an der Innenseite der Federhülse1 ein und gestalten sich die Traganteile der Stege3 und die Spannungsverteilung in radialer Richtung gleichförmiger und homogener. Das hohe Spannungsniveau konzentriert sich nicht nur lokal auf die Innenseite der Federhülse1 , sondern der gesamte Bereich über die Wanddicke wird zum Tragen herangezogen. Insgesamt wird so das Spannungsniveau bei gleicher Federrate in der Federhülse1 deutlich abgesenkt und damit die Dauerfestigkeit wesentlich verbessert, wodurch – im Vergleich zu bekannten Federhülsen mit taillierten Querschlitzen und halbkreisförmigen Schlitzenden – höhere Federwege realisiert werden können. - Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Federhülse
1 hat einen Außendurchmesser von 1,9 mm, eine Wanddicke von 0,2 mm und eine Länge von 5,6 mm. Die Schlitzhöhe d beträgt 0,25 mm, die axiale Balkenhöhe zwischen den Aussparungen2 0,14 mm und die minimale Stegbreite in Umfangsrichtung 0,144 mm. Die Radien R1 und R2 betragen 0,375 mm bzw. R2=0,08 mm. Die Steglänge in Umfangsrichtung ist auf Innen- und Außenseite unterschiedlich und beträgt auf der Innenseite 0,042 mm und auf der Außenseite 0,046 mm, so dass der durch die beiden Stegflanken7 definierte Winkel ca. 101° beträgt. - Insbesondere bei so kleinen Außendurchmessers bietet es sich an, die Federhülse
1 aus einem tiefgezogenen Rohr zu fertigen, bei dem die Aussparungen2 über Sägeschnitte eingebracht werden, welche die geforderte Kontur aufweisen. Alternativ können die Aussparungen2 auch mittels eines Lasers in das Rohr geschnitten werden. - In
4 ist die Einspritzdüse10 eines Kraftstoffeinspritzventils gezeigt, die in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ragt. In einer axialen Führungsbohrung der Einspritzdüse10 ist eine Ventilnadel11 mit einer konischen Ventildichtfläche12 verschiebbar geführt, welche hydraulisch und durch die Federhülse1 (schematisch als Schraubenfeder angedeutet) gegen eine konische Ventilsitzfläche der Einspritzdüse10 gedrückt wird und die dort vorgesehenen Einspritzöffnungen13 verschließt. Die Ventilnadel11 begrenzt mit ihrer dem Brennraum abgewandten Stirnseite einen hydraulischen Steuerraum14 , in dem die Federhülse1 angeordnet und gehäuseseitig abgestützt ist. Eine Zulaufleitung (nicht gezeigt) mündet in einen zwischen Führungsbohrung und Ventilnadel21 verlaufenden Ringspalt15 , der über einen Ringraum16 bis zur Ventilsitzfläche führt. Die Ventilnadel11 hat im Ringraum16 eine Druckschulter17 , an welcher der im Ringraum16 herrschende Druck an der Ventilnadel11 im Öffnungssinn angreift, während der im Steuerraum14 herrschende Steuerdruck an der Ventilnadel11 in Schließrichtung angreift. Wenn der im Ringraum16 herrschende Druck ausreicht, die Ventilnadel11 gegen die Wirkung der Federhülse1 und des im Steuerraum14 herrschenden Steuerdrucks aufzusteuern, erfolgt die Einspritzung mit dem im Ringraum16 herrschenden Kraftstoffdruck. Die Ventilnadel11 hat auf ihrer dem Brennraum abgewandten Stirnseite einen Führungsansatz18 , auf den die Federhülse1 aufgesteckt ist. - Von der Einspritzdüse
10 unterscheidet sich die in5 gezeigte Kraftstoffeinspritzdüse20 darin, dass die Ventilnadel11 in einer zusätzlichen Ventilhülse21 verschiebbar geführt ist. Die in einer axialen Führungsbohrung verschiebbar geführte Ventilhülse21 hat eine konische Ventildichtfläche22 und ist durch eine zweite Federhülse1' (schematisch als Schraubenfeder angedeutet) gegen eine zweite konische Ventilsitzfläche der Einspritzdüse20 gedrückt, wo sie dort vorgesehene zweite Einspritzöffnungen23 verschließt. Das andere Ende der Federhülse1' ist gehäuseseitig abgestützt. Eine Zulaufleitung24 mündet in einen zwischen Führungsbohrung und Ventilhülse21 verlaufenden Ringspalt25 , der bis zur zweiten Ventilsitzfläche führt. Die Ventilhülse21 hat im Bereich der Zulaufleitung24 eine Druckschulter26 , an welcher der über die Zuleitung24 zugeführte Kraftstoff im Öffnungssinn an der Ventilhülse21 angreift. Wenn der an der Druckschulter36 angreifende Druck ausreicht, die Ventilhülse21 gegen die Wirkung der Federhülse1' aufzusteuern, erfolgt die Einspritzung mit dem im Ringspalt25 herrschenden Kraftstoffdruck. Ventilnadel11 und Ventilhülse21 sind miteinander nicht gekoppelt, so dass die Einspritzung wahlweise mit dem im Ringraum16 oder im Ringspalt25 herrschenden Kraftstoffdruck erfolgen kann.
Claims (9)
- Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit mindestens einem Ventilglied (
11 ;21 ), das durch seine Bewegung entgegen der elastischen Kraft einer in Axialrichtung verformbaren zylindrischen Federhülse (1 ;1' ) die Kraftstoffzufuhr zum Brennraum der Brennkraftmaschine steuert, wobei die Federhülse (1 ;1' ) in mehreren Radialebenen jeweils mindestens zwei Aussparungen (2 ) aufweist und die Aussparungen (2 ) als in Umfangsrichtung der Federhülse (1 ;1' ) verlaufende Querschlitze ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (2 ) eine gleich bleibende Schlitzbreite (d) und etwa ellipsenförmig ausgebildete Enden (14 ) aufweisen und dass der Querschnitt eines zwischen zwei Aussparungen (2 ) befindlichen Steges (3 ) nicht ringsegmentförmig ist. - Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ellipsenförmig ausgebildete Ende (
4 ) einer Aussparung (2 ) durch mindestens zwei Radien (R1, R2) definiert ist. - Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ellipsenförmige Kontur des Endes (
4 ) auf der Innen- und Außenseite der Federhülse (1 ;1' ) gleich ist. - Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Stege (
3 ) trapezähnlich ist. - Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Seitenflanken (
7 ) des im Querschnitt trapezähnlichen Steges (3 ) radial nach innen zulaufen. - Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Aussparungen (
2 ) eine identische Form und jeweils symmetrisch zu ihrer axialen Mittelebene (6 ) sind und dass alle Stege (3 ) eine identische Form und jeweils symmetrisch zu ihrer axialen Mittelebene (6 ) sind. - Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federhülse (
1 ) einen Außendurchmesser von kleiner als ca. 5 mm, vorzugsweise gleich oder kleiner als ca. 2 mm, und eine Wanddicke von kleiner als ca. 0,5, vorzugsweise von ca. 0,2 mm, hat. - Verfahren zum Herstellen der Federhülse (
1 ;1' ) eines Kraftstoffeinspritzventils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparungen (2 ) mittels einer Säge oder eines Lasers in ein Rohr geschnitten werden. - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sägeblatt der Säge eine etwa ellipsenförmige Kontur aufweist.
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