DE102004031597A1

DE102004031597A1 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102004031597A1
Application number: DE200410031597
Authority: DE
Inventors: Dietmar Uhlmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-02-09
Also published as: WO2006003038A1

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 in 1;
3 eine Querschnittansicht der Federhülse gemäß III-III in 1;
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 Federhülse 1 weist in sieben Radialebenen jeweils zwei Aussparungen 2 auf, die jeweils durch einen Steg 3 voneinander getrennt sind. Durch die Aussparungen 2 ist die Federhülse 1 in Axialrichtung elastisch verformbar. Die Federhülse 1 ist beispielsweise aus einem tiefgezogenen Rohr gefertigt, in das die Aussparungen 2 durch Sägen eingebracht sind. Die Aussparungen 2 haben alle die gleiche Form bzw. Geometrie und sind als in Umfangsrichtung der Federhülse 1 verlaufende Querschlitze mit gleich bleibender Schlitzbreite d ausgebildet. Die Aussparungen 2 der einen Radialebene sind jeweils zwischen zwei Aussparungen 2 der benachbarten Radialebene angeordnet.
Wie 2 zeigt, sind die beiden Enden 4 jeder Aussparung 2 ellipsenförmig mit zwei Radien R₁, R₂ ausgebildet. Diese ellipsenförmige Kontur der Enden 4 ist auf der Innen- und Außenseite der Federhülse 1 gleich.
Wie 3 zeigt, sind die Stege 3 im Querschnitt nicht ringsegmentförmig, sondern trapezähnlich ausgebildet. Die Stege 3 sind symmetrisch zu ihrer radialen Mittelebene 6, wobei die beiden Seitenflanken 7 der Stege 3 jeweils radial nach innen aufeinander zulaufen. Durch diese Steg- und Aussparungsgeometrie stellt sich am Aussparungsende 4 eine gleichförmigere Spannungsverteilung über den gesamten elliptischen Bereich an der Innenseite der Federhülse 1 ein und gestalten sich die Traganteile der Stege 3 und die Spannungsverteilung in radialer Richtung gleichförmiger und homogener. Das hohe Spannungsniveau konzentriert sich nicht nur lokal auf die Innenseite der Federhülse 1, sondern der gesamte Bereich über die Wanddicke wird zum Tragen herangezogen. Insgesamt wird so das Spannungsniveau bei gleicher Federrate in der Federhülse 1 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 Aussparungen 2 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 Stegflanken 7 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 Aussparungen 2 über Sägeschnitte eingebracht werden, welche die geforderte Kontur aufweisen. Alternativ können die Aussparungen 2 auch mittels eines Lasers in das Rohr geschnitten werden.
In 4 ist die Einspritzdüse 10 eines Kraftstoffeinspritzventils gezeigt, die in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ragt. In einer axialen Führungsbohrung der Einspritzdüse 10 ist eine Ventilnadel 11 mit einer konischen Ventildichtfläche 12 verschiebbar geführt, welche hydraulisch und durch die Federhülse 1 (schematisch als Schraubenfeder angedeutet) gegen eine konische Ventilsitzfläche der Einspritzdüse 10 gedrückt wird und die dort vorgesehenen Einspritzöffnungen 13 verschließt. Die Ventilnadel 11 begrenzt mit ihrer dem Brennraum abgewandten Stirnseite einen hydraulischen Steuerraum 14, in dem die Federhülse 1 angeordnet und gehäuseseitig abgestützt ist. Eine Zulaufleitung (nicht gezeigt) mündet in einen zwischen Führungsbohrung und Ventilnadel 21 verlaufenden Ringspalt 15, der über einen Ringraum 16 bis zur Ventilsitzfläche führt. Die Ventilnadel 11 hat im Ringraum 16 eine Druckschulter 17, an welcher der im Ringraum 16 herrschende Druck an der Ventilnadel 11 im Öffnungssinn angreift, während der im Steuerraum 14 herrschende Steuerdruck an der Ventilnadel 11 in Schließrichtung angreift. Wenn der im Ringraum 16 herrschende Druck ausreicht, die Ventilnadel 11 gegen die Wirkung der Federhülse 1 und des im Steuerraum 14 herrschenden Steuerdrucks aufzusteuern, erfolgt die Einspritzung mit dem im Ringraum 16 herrschenden Kraftstoffdruck. Die Ventilnadel 11 hat auf ihrer dem Brennraum abgewandten Stirnseite einen Führungsansatz 18, auf den die Federhülse 1 aufgesteckt ist.
Von der Einspritzdüse 10 unterscheidet sich die in 5 gezeigte Kraftstoffeinspritzdüse 20 darin, dass die Ventilnadel 11 in einer zusätzlichen Ventilhülse 21 verschiebbar geführt ist. Die in einer axialen Führungsbohrung verschiebbar geführte Ventilhülse 21 hat eine konische Ventildichtfläche 22 und ist durch eine zweite Federhülse 1' (schematisch als Schraubenfeder angedeutet) gegen eine zweite konische Ventilsitzfläche der Einspritzdüse 20 gedrückt, wo sie dort vorgesehene zweite Einspritzöffnungen 23 verschließt. Das andere Ende der Federhülse 1' ist gehäuseseitig abgestützt. Eine Zulaufleitung 24 mündet in einen zwischen Führungsbohrung und Ventilhülse 21 verlaufenden Ringspalt 25, der bis zur zweiten Ventilsitzfläche führt. Die Ventilhülse 21 hat im Bereich der Zulaufleitung 24 eine Druckschulter 26, an welcher der über die Zuleitung 24 zugeführte Kraftstoff im Öffnungssinn an der Ventilhülse 21 angreift. Wenn der an der Druckschulter 36 angreifende Druck ausreicht, die Ventilhülse 21 gegen die Wirkung der Federhülse 1' aufzusteuern, erfolgt die Einspritzung mit dem im Ringspalt 25 herrschenden Kraftstoffdruck. Ventilnadel 11 und Ventilhülse 21 sind miteinander nicht gekoppelt, so dass die Einspritzung wahlweise mit dem im Ringraum 16 oder im Ringspalt 25 herrschenden Kraftstoffdruck erfolgen kann.

Claims

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.