DE102007062792A1

DE102007062792A1 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102007062792A1
Application number: DE200710062792
Authority: DE
Inventors: Fridolin Zeck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-02

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (1), in dem ein Druckraum (3) ausgebildet ist, der an einem brennraumseitigen Ende von einem Ventilsitz (7) begrenzt wird. Im Druckraum (3) ist eine kolbenförmige Ventilnadel (5) angeordnet, die an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine Ventildichtfläche (8) aufweist, mit der die Ventilnadel (5) mit dem Ventilsitz (7) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung (10) zusammenwirkt. Am ventilsitzseitigen Ende der Ventilnadel (5) ist ein Führungselement (30) angeordnet, das im Wesentlichen ringförmig oder zylindrisch ausgebildet ist, wobei das Führungselement (30) eine Innenseite aufweist, mit der es auf der Ventilnadel (5) geführt ist, und wobei sich das Führungselement (30) am Ventilsitz (7) abstützt. Die Ventilnadel (5) ist an ihrem ventilsitzabgewandten Ende in einer Führungshülse (12) geführt, die eine Außenseite aufweist, mit der die Führungshülse (12) an der Innenseite des Druckraums (3) geführt ist (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, wie es vorzugsweise zur Kraftstoffeinspritzung in Brennräume von selbstzündenden, schnelllaufenden Brennkraftmaschinen verwendet wird.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind seit langem verschiedene Einspritzventile bekannt, die zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck in Brennräume von Brennkraftmaschinen geeignet sind. So ist aus der DE 10 2005 030 868 A1 ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, das einen Ventilkörper mit einer darin ausgebildeten, stufigen Bohrung aufweist, die einen Druckraum innerhalb des Ventilkörpers bildet. Der Druckraum ist an seinem brennraumzugewandten Ende von einem konischen Ventilsitz begrenzt, wobei sich an den konischen Ventilsitz ein Sackloch anschließt, von dem mehrere Einspritzöffnungen ausgehen, durch die beim Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Innerhalb des Druckraums ist eine Ventilnadel angeordnet, die kolbenförmig ausgebildet ist und die an ihrem ventilsitzzugewandten Ende eine konische Ventildichtfläche aufweist, mit der sie mit dem Ventilsitz zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnungen zusammenwirkt. Der einzuspritzende Kraftstoff wird von einer Pumpe verdichtet und unter hohem Druck in den Druckraum, der zwischen der Ventilnadel und der Bohrung verbleibt, eingebracht und je nach Längsbewegung der Ventilnadel durch die Einspritzöffnungen in den Brennraum eingebracht oder steht innerhalb des Einspritzventils unter hohem Druck an.
Zur Führung der Ventilnadel innerhalb des Druckraums ist ein ventilsitzseitiges Führungselement vorgesehen, das im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und das sich über eine Feder an der Ventilnadel abstützt. Durch die Kraft der Feder wird das Führungselement gegen den Ventilsitz gepresst, so dass es bezuglich des Ventilsitzes zentriert wird und somit auch die Ventilnadel, die an der Innenseite des Führungselements geführt ist.
Die Ventilnadel wird an ihrem ventilsitzabgewandten Ende von einer Führungshülse umgeben, die sich an einem Haltekörper, an dem der Ventilkörper anliegt, abstützt und durch eine Schließfeder, die mit dem anderen Ende an einem Absatz der Ventilnadel aufliegt, gegen den Haltekörper gepresst. Durch die Führungshülse, die Ventilnadel und den Haltekörper wird ein Steuerraum begrenzt, durch dessen Druck eine in Richtung des Ventilsitzes wirkende Längskraft auf die Ventilnadel ausgeübt wird, die einer öffnenden Kraft durch den Kraftstoffdruck im Druckraum entgegengesetzt ist und somit eine Steuerung der Ventilnadel je nach Druck im Steuerraum erlaubt.
Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist jedoch den Nachteil auf, dass die Ventilnadel innerhalb des Druckraums verkippen kann. Da die Führungshülse auf der Ventilnadel eng geführt ist, kommt es zwischen Haltekörper und Führungshülse beim Verkippen der Nadel leicht zu Undichtigkeiten und damit zu einer direkten Verbindung zwischen Druckraum und Steuerraum, was die Funktionalität außer Kraft setzt.
Aus der Offenlegungsschrift DE 100 24 703 A1 ist darüber hinaus ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, das weitgehend identisch zu dem oben beschriebenen Einspritzventil ist. Im Unterschied dazu wird die Ventilnadel hier jedoch in einem mittleren Abschnitt direkt im Druckraum geführt, wobei der Kraftstoff durch seitliche Anschliffe an der Ventilnadel, die einen Durchlassquerschnitt zwischen der Ventilnadel und der Wand des Druckraums bilden, hindurch zu den Einspritzöffnungen geleitet wird. Durch diese Führung der Ventilnadel innerhalb des Druckraums muss der Druckraum in diesem Bereich sehr präzise gearbeitet sein, was zu erhöhten Kosten führt, da die Bearbeitung der Innenseite einer Bohrung stets mit hohem Aufwand verbunden ist. Zudem weitet sich der Ventilkörper bei hohen Drücken, die bis zu 200 MPa betragen können, um mehrere Mikrometer auf, wo durch das Führungsspiel zwischen dem Ventilkörper und der Ventilnadel im Bereich der Führung größer und die radiale Führung der Nadel unpräzise wird.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine präzise Führung der Ventilnadel innerhalb des Druckraums durch eine kostengünstige Konstruktion ermöglicht wird. Hierzu wird die Ventilnadel einerseits ventilsitznah durch ein Führungselement geführt, das sich am Ventilsitz abstützt und so eine präzise Führung der Ventilnadel in Bezug zum Ventilsitz sicherstellt, andererseits wird die Ventilnadel an ihrem ventilsitzabgewandten Ende in einer Hülse geführt, die sich ihrerseits in einer Bohrung, die den Druckraum bildet, geführt ist. Dadurch ist ein Verkippen der Ventilnadel innerhalb des Druckraums unmöglich, sodass die oben beschriebenen Probleme des Stands der Technik nicht auftauchen.
Durch die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung möglich. Die Führungshülse, die ventilsitzabgewandt die Ventilnadel innerhalb des Druckraums führt, weist an ihrer Außenseite einen Anschliff oder mehrere Anschliffe auf, durch die der Kraftstoff in Richtung der Einspritzöffnungen fließen kann, so dass eine Umsetzung der Erfindung auch bei unveränderter Konstruktion des Ventilkörpers nach dem Stand der Technik möglich ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung und den weiteren Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil dargestellt.
Es zeigt
1 das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil schematisch im Längsschnitt und
2 eine Draufsicht auf das ventilsitznahe Führungselement.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das Kraftstoffeinspritzventil nach 1 weist einen Ventilkörper 1 auf, der an einem Haltekörper 2 anliegt, der in 1 nur mit seinem dem Ventilkörper 1 zugewandten Ende gezeigt ist. Im Zusammenbau des gesamten Kraftstoffeinspritzventils wird der Ventilkörper 1 durch eine Spannmutter oder eine sonstige Vorrichtung flüssigkeitsdicht gegen den Haltekörper 2 gepresst.
Im Ventilkörper 1 ist ein Druckraum 3 ausgebildet, der als stufige Bohrung ausgeführt ist und der sich vom Haltekörper 2 bis zu einem brennraumzugewandten konischen Ventilsitz 7 erstreckt. An den Ventilsitz 7 schließt sich brennraumzugewandt ein Sackloch 9 an, von dem mehrere Einspritzöffnungen 10 ausgehen, durch die der Kraftstoff unter hohem Druck in den Brennraum eingebracht werden kann. Der Druckraum 3 wird ventilsitzabgewandt vom Haltekörper 2 begrenzt und kann über einen im Haltekörper 2 verlaufenden Zulaufkanal 20 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden.
Im Druckraum 3 ist eine kolbenförmige Ventilnadel 5 längsverschiebbar angeordnet, die an ihrem ventilsitzzugewandten Ende eine konische Ventildichtfläche 8 aufweist. Die Ventilnadel 5 wirkt mittels der konischen Ventildichtfläche 8 mit dem Ventilsitz 7 zusammen, so dass bei Anlage der Ventilnadel 5 auf dem Ventilsitz 7 die Einspritzöffnungen 10 von Druckraum 3 getrennt sind, während bei vom Ventilsitz 7 abgehobener Ventilnadel 5 die Einspritzöffnungen 10 mit dem Druckraum 3 verbunden sind.
Die Ventilnadel 5 ist an ihrem ventilsitzzugewandten Ende von einem Führungselement 30 umgeben, das scheiben- oder zylinderförmig oder auch in Form eines Rings ausgebildet sein kann. Zwischen dem Führungselement 30 und einem Absatz 34, der an der Ventilnadel 5 ausgebildet ist, ist eine Feder 32 unter Vorspannung angeordnet, die die Ventilnadel 5 umgibt und durch die das Führungselement 30 gegen den konischen Ventilsitz 7 gedrückt wird. Das Führungselement 30 weist an seiner Außenseite eine konische Form auf, so dass es durch die Anpresskraft der Feder 32 bezüglich des Ventilsitzes 7 zentriert wird. An der Innenseite des Führungselements 30 ist eine oder sind mehrere Ausnehmungen 36 ausgebildet, durch die der Kraftstoff aus dem Druckraum 3 zu den Einspritz öffnungen 10 fließen kann. Die Ausnehmungen 36 sind hierbei so dimensioniert, dass es zu keiner Drosselung des Kraftstoffstroms an dieser Stelle kommt.
2 zeigt eine Draufsicht des Führungselements 30, wie es in 1 im Querschnitt dargestellt, vom Ventilsitz 7 her gesehen. Die Querschnittsebene ist in 2 durch die Linie I-I angedeutet. Das Führungselement 30 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und weist an seiner Innenseite drei Fortsätze 42 auf, die an ihrer Innenseite eine innere Führungsfläche 39 bilden, an der die Ventilnadel 5 geführt wird. An den Fortsätzen 42 ist eine Sitzkante 38 ausgebildet, mit der das Führungselement 30 auf dem Ventilsitz 7 aufliegt, so dass das Führungselement 30 bezüglich des Ventilsitzes 7 zentriert wird. An der Innenseite des Führungselements 30 sind die Ausnehmungen 36 ausgebildet, durch die der Kraftstoff aus dem Druckraum 3 zu den Einspritzöffnungen 10 fließen kann. Um den Durchflussquerschnitt und damit den an den Einspritzöffnungen 10 wirkenden Einspritzdruck zu maximieren, sind am Führungselement 30 zusätzlich drei Freilegungen 40 vorgesehen, die einen zusätzlichen Durchflussquerschnitt zwischen dem Führungselement 30 und dem Ventilsitz 7 bilden. Dadurch wird der gesamte Durchflussquerschnitt erhöht und die Drosselung entsprechend weiter reduziert.
Dem Ventilsitz 7 abgewandt ist die Ventilnadel 5 in einer Führungshülse 12 geführt die die Ventilnadel 5 umgibt, so dass durch die Führungshülse 12, die Ventilnadel 5 und den Haltekörper 2 ein Steuerraum 14 begrenzt wird. Der Steuerraum 14 kann über eine im Haltekörper 2 verlaufende Zulaufdrossel 22 mit Kraftstoff befüllt und über eine Ablaufdrossel 24 mit einem Leckölraum verbunden werden, so dass der Kraftstoffdruck innerhalb des Steuerraums 14 mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten Steuerventils, das die Ablaufdrossel öffnet und schließt, geregelt werden kann.
Zwischen der Führungshülse 12 und einem Absatz 17, der an der Ventilnadel 5 ausgebildet ist, ist eine Schließfeder 15 unter Druckvorspannung angeordnet, die die Ventilnadel 5 umgibt und dafür sorgt, dass einerseits die Führungshülse 12 gegen den Haltekörper 2 gedrückt wird und andererseits die Ventilnadel 5 gegen den Ventilsitz 7. Dies stellt sicher, dass einerseits die Führungshülse 12 in ihrer Lage verbleibt und andererseits die Ventilnadel 5 beim Fehlen weiterer Kräfte in ihre Schließstellung gedrückt wird und nicht Kraftstoff aus dem Druckraum 3 unkontrolliert durch die Einspritzöffnungen 10 entweichen kann.
Die Führungshülse 12 ist mit ihrer Außenseite im Druckraum 3 geführt, so dass sie in radialer Richtung fixiert ist. Um den Kraftstofffluss vom Zulaufkanal 20 zu den Einspritzöffnungen 10 zu ermöglichen, sind an der Führungshülse 12 eine oder mehrere Anschliffe 18 ausgebildet, die einen ausreichenden Durchflussquerschnitt zur Verfügung stellen, um den Kraftstofffluss zu ermöglichen, ohne dass es zu einer nennenswerten Drosselung in diesem Bereich kommt.
Das erfindungsgemäße Einspritzventil stellt, da die Führungshülse 12 innerhalb des Ventilkörpers 1 geführt ist und die Ventilnadel 5 zusätzlich nahe des Ventilsitzes geführt wird, stets eine zentrische Führung der Ventilnadel 5 innerhalb des Druckraums 3 auch bei hohem Druck sicher.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005030868 A1 [0002]
- DE 10024703 A1 [0006]

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), in dem ein Druckraum (3) ausgebildet ist, der an einem brennraumseitigen Ende von einem Ventilsitz (7) begrenzt wird, und mit einer kolbenförmigen Ventilnadel (5), die im Druckraum (3) angeordnet ist und die an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine Ventildichtfläche (8) aufweist, mit der die Ventilnadel (5) mit dem Ventilsitz (7) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung (10) zusammenwirkt, und mit einem Führungselement (30), das am ventilsitzseitigen Ende der Ventilnadel (5) angeordnet ist und das im Wesentlichen ringförmig oder zylindrisch ausgebildet ist, wobei das Führungselement (30) eine Innenseite aufweist, mit der es auf der Ventilnadel (5) geführt ist, und wobei sich das Führungselement (30) am Ventilsitz (7) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (5) an ihrem ventilsitzabgewandten Ende in eine Führungshülse (12) geführt ist, die eine Außenseite aufweist, mit der die Führungshülse (12) an der Innenseite des Druckraums (3) geführt ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Führungshülse (12) und das ventilsitzabgewandte Ende der Ventilnadel (5) ein Steuerraum (14) begrenzt wird, durch dessen Druck eine in Richtung des Ventilsitzes (7) wirkende Kraft auf die Ventilnadel (5) ausgeübt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (12) an ihrer Außenseite einen Anschliff (18) oder mehrere Anschliffe (18) aufweist, durch die ein Kraftstofffluss innerhalb des Druckraums (3) in Richtung der Einspritzöffnungen (10) ermöglicht wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (7) konisch ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (30) als flacher Zylinder ausgebildet ist und an seiner Außenseite konisch geformt ist, so dass das Führungselement (30) durch den konischen Ventilsitz (7) bezüglich des Ventilsitzes (7) zentriert wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (30) durch eine vorgespannte Feder (32), die sich mit einem Ende an einem Absatz (34) der Ventilnadel (5) abstützt, gegen den Ventilsitz (7) gedrückt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (12) durch eine vorgespannte und die Ventilnadel (5) umgebende Schließfeder (15), die sich mit einem Ende an einem Absatz (17) der Ventilnadel (5) abstützt und mit dem anderen Ende an der Führungshülse (12), gegen einen an den Ventilkörper (1) angrenzenden Haltekörper (2) gedrückt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (30) an seiner der Ventilnadel (5) zugewandten Innenseite eine oder mehrere Ausnehmungen (36) aufweist, durch die ein Kraftstofffluss innerhalb des Druckraums (3) in Richtung der Einspritzöffnungen (10) ermöglicht wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Ausnehmungen (36) gebildete Durchflussquerschnitt so groß ist, dass der Kraftstofffluss im Durchflussquerschnitt nur unwesentlich gedrosselt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (5) ausschließlich durch die Führungshülse (12) und das Führungselement (30) innerhalb des Druckraums (3) geführt ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Führungselement (30) dem Ventilsitz (7) zugewandt eine oder meh rere Freilegungen (40) ausgebildet sind, die einen Durchflussquerschnitt für Kraftstoff aus dem Druckraum (3) zu den Einspritzöffnungen (10) bilden.