Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen aus, wie es der Gattung des
Patentanspruchs 1 entspricht. Ein derartiges
Kraftstoffeinspritzventil ist beispielsweise aus der Schrift DE 198 27 267 A1
bekannt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse auf,
das zwei Körper umfasst, die als Ventilhaltekörper und
Ventilkörper ausgebildet sind. Die beiden Körper liegen mit
Anlageflächen aneinander an, wobei die Anlageflächen eben
ausgebildet sind. Durch die aneinander anliegenden
Anlageflächen der Körper tritt ein Hochdruckkanal hindurch, der einem
im Ventilkörper ausgebildeten Druckraum Kraftstoff unter
hohem Druck zuführt. Die Dichtheit am Übergang durch die
beiden Anlageflächen soll durch Anpressen des Ventilkörpers
gegen den Ventilhaltekörper mittels einer Spannmutter
gewährleistet werden.
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Bei den bekannten Kraftstoffeinspritzventilen tritt jedoch
trotzdem häufig das Problem auf, dass es zu Undichtigkeiten
des Hochdruckkanals am Übergang durch die Anlageflächen
kommt. Der Ventilkörper wird üblicherweise durch eine
Überwurfmutter gegen den Ventilhaltekörper gepresst, wobei sich
die Überwurfmutter an einer den Ventilkörper umgebenden
Ringfläche abstützt. Auf diese Weise ist die Flächenpressung
an der Anlagefläche der beiden Körper nicht völlig homogen,
so dass durch den hohen Druck im Hochdruckkanal Kraftstoff
zwischen die beiden Anlageflächen gelangen kann.
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Um diese Leckagen möglichst klein zu halten, werden die
Anlageflächen möglichst exakt plan geschliffen. Es kann auch
vorgesehen sein, dass zumindest eine der beiden
Anlageflächen eine leichte Wölbung aufweist, um die ungleichmäßige
mechanische Anpressung auszugleichen. Ein derartiges
Kraftstoffeinspritzventil ist beispielsweise aus der
Offenlegungsschrift DE 196 08 575 A1 bekannt. Auch in diesem Fall
ist es jedoch nötig, die Anlagefläche glatt zu schleifen,
damit durch kleine Unebenheiten an der Anlagefläche keine
Undichtigkeit gegeben ist.
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Das Schleifen der Anlageflächen erfolgt zumeist mechanisch
mit Hilfe eines Schleifkörpers, beispielsweise einer
Schleifscheibe. Durch das Schleifen entstehen aber auf jeden
Fall auf der Anlagefläche den Durchtritt des Hochdruckkanals
kreuzende Schleifriefen, die vom Hochdruckkanal an die
Außenseite des Kraftstoffeinspritzventils führen. Tritt nun
Kraftstoff aus dem Hochdruckkanal zwischen die beiden
Anlageflächen, so fließt der Kraftstoff diesen Schleifriefen
entlang und gelangt so schließlich an die Außenseite des
Kraftstoffeinspritzventils. Dort füllt der Kraftstoff
gegebenenfalls vorhandene Hohlräume, insbesondere zwischen der
Spannmutter und dem Gehäuse und tropft dann schließlich vom
Kraftstoffeinspritzventil ab.
Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist
demgegenüber den Vorteil auf, dass durch eine gezielte Anordnung der
Schleifriefen ein Abfließen des Kraftstoffs entlang der
Schleifriefen an die Außenseite des
Kraftstoffeinspritzventils verhindert wird. Zu diesem Zweck sind die
Schleifriefen, die zumindest annähernd die gesamte Anlagefläche eines
der beiden Körper bedecken, kreisbogenförmig ausgestaltet
und krümmen sich um einen Mittelpunkt. Dadurch wird der
Kraftstoff nicht nach außen weitergeleitet, sondern
verbleibt entweder zwischen den Anlageflächen oder fließt in
einen in der Mitte des Kraftstoffeinspritzventils
befindlichen Leckölraum ab.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der
Erfindung sind die Schleifriefen konzentrisch zueinander
ausgebildet, so dass sie sich in einfacher Weise mittels
eines rotierenden Schleifwerkzeuges herstellen lassen. Beim
Schleifvorgang muss hierbei weder das
Kraftstoffeinspritzventil noch die Drehachse des Schleifwerkzeuges verändert
werden. In vorteilhafter Weise fällt hierbei der Mittelpunkt
der konzentrischen Schleifriefen mit der Mittelachse des
Hochdruckkanals zusammen, wo diese durch die Anlageflächen
der Körper hindurchtritt. Hierdurch ergeben sich um den
Durchtritt des Hochdruckkanals herum konzentrische
Schleifriefen, die ein Nach-außen-dringen des Kraftstoffs zumindest
erschweren. Die weiter vom Hochdruckkanal entfernt liegenden
Schleifriefen sind durch ihre Krümmung relativ lang, so dass
der Kraftstoff, der eventuell bis zu diesen Schleifriefen
vordringt, einen langen Weg bis zur Außenseite des
Kraftstoffeinspritzventils zurücklegen muss. Dies vermindert die
Leckage erheblich oder verhindert diese sogar vollständig.
Weiter kann es in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, den
Mittelpunkt der konzentrischen Schleifriefen so zu legen,
dass er auf der Mittelachse des Körpers liegt. Damit der
Kraftstoff aus dem Hochdruckkanal nach außen gelangt, müsste
er so quer zu den Schleifriefen fließen, was nur schwer
möglich ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der
Erfindung ist der Mittelpunkt der konzentrischen
Schleifriefen zwischen der Längsachse des Hochdruckkanals und der
Längsachse des Körpers. Bei dieser Ausgestaltung verlaufen
die Schleifriefen so, dass die den Hochdruckkanal
schneidenden Schleifriefen zur Mitte des Körpers hin verlaufen.
Befindet sich dort ein Leckölraum, so fließt der Kraftstoff,
der aus dem Hochdruckkanal zwischen die Anlageflächen der
Körper gelangt, den Schleifriefen entlang in den Leckölraum
ab, so dass kein Kraftstoff an die Außenseite des
Kraftstoffeinspritzventils gelangen kann.
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Die Ausbildung der Schleifriefen gemäß den Ansprüchen
gestattet es auch, eine größere Rauheit bei der Bearbeitung
der Anlageflächen zuzulassen. Hierdurch kann die Bearbeitung
der Anlageflächen schneller und damit kostengünstiger
geschehen.
Zeichnung
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt:
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Kraftstoffeinspritzventil,
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Fig. 2, 3 und 4 jeweils einen Querschnitt durch das
Kraftstoffeinspritzventil entlang der Linie II-II, wobei
verschiedene Ausgestaltungen der Schleifriefen
dargestellt sind.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In der Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein
erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil dargestellt. Das
Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse 1 auf, das einen ersten
Körper 2 und einen zweiten Körper 3 umfasst, wobei der erste
Körper als Ventilhaltekörper 2 ausgebildet ist und der
zweite Körper als Ventilkörper 3. Sowohl der Ventilkörper 3 als
auch der Ventilhaltekörper 2 sind im wesentlichen
rotationssymmetrisch aufgebaut und weisen eine gemeinsame Längsachse
46 auf. Im Ventilkörper 3 ist eine Bohrung 5 ausgebildet, in
der eine kolbenförmige Ventilnadel 7 längsverschiebbar
angeordnet ist. Die Bohrung 5 ist an ihrem brennraumseitigen
Ende von einem Ventilsitz 12 verschlossen, in dem mehrere
Einspritzöffnungen 16 angeordnet sind. Am brennraumseitigen
Ende der Ventilnadel 7 ist eine Ventildichtfläche 14
ausgebildet, die mit dem Ventilsitz 12 in der Weise zusammenwirkt,
dass bei vom Ventilsitz 12 abgehobener Ventildichtfläche 14
Kraftstoff aus einem zwischen der Ventilnadel 7 und der Wand
der Bohrung 5 ausgebildeten Druckraum 9 zwischen der
Ventildichtfläche 14 und dem Ventilsitz 12 hindurch den
Einspritzöffnungen 16 zufließen kann. Die Ventilnadel 7 ist im
Durchmesser gestuft ausgebildet und weist einen in der
Bohrung 5 dichtend geführten, im Durchmesser größeren Abschnitt
auf und verjüngt sich dem Brennraum zu unter Bildung einer
Druckschulter 11. Der Druckraum 9 ist auf Höhe der
Druckschulter 11 radial erweitert, wobei in diese radiale
Erweiterung des Druckraumes 9 ein Hochdruckkanal 8 mündet, der
einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Der Hochdruckkanal 8
verläuft durch den Ventilkörper 3 und den Ventilhaltekörper
2 bis zu einem Hochdruckanschluss 30, so dass sich der
Druckraum 9 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllen lässt.
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Die dem Ventilhaltekörper 2 zugewandte Stirnseite des
Ventilkörpers 3 ist als Anlagefläche 103 ausgebildet, die an
der Anlagefläche 102 des Ventilhaltekörpers 2 anliegt, wobei
die Anlagefläche 102 die Stirnfläche des Ventilhaltekörpers
2 bildet. Beide Anlageflächen 102, 103 sind plan geschliffen
und werden durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte
Spannvorrichtung in axialer Richtung gegeneinander gepresst.
Im Ventilhaltekörper 2 ist eine Kolbenbohrung 24
ausgebildet, die koaxial zur Bohrung 5 des Ventilkörpers 3 verläuft.
Die Kolbenbohrung 24 ist im Durchmesser gestuft ausgebildet,
wobei sich der im Durchmesser größere Abschnitt an dem dem
Ventilkörper 3 zugewandten Ende der Kolbenbohrung 24
befindet, so dass am Übergang eine Ringschulter gebildet wird.
Der im Durchmesser größere Abschnitt der Kolbenbohrung 24
ist als Federraum 20 ausgebildet. Der Federraum 20 ist mit
einem in der Zeichnung nicht dargestellten Leckölsystem
verbunden, so dass er auch als Leckölraum dienen kann und stets
drucklos ist. Im Federraum 20 ist eine Schließfeder 22 unter
Druckspannung zwischen einem in der Kolbenbohrung 24
angeordneten Federteller 21 und der Ringschulter angeordnet. Der
Federteller 21 liegt an der dem Ventilhaltekörper 2
zugewandten Stirnseite der Ventilnadel 7 an, so dass die
Schließfeder 22 durch ihre Druckvorspannung die Ventilnadel
7 mit der Ventildichtfläche 14 gegen den Ventilsitz 12
drückt. In der Kolbenbohrung 24 ist darüber hinaus ein
Ventilkolben 25 angeordnet, der die Schließfeder 22
durchsetzend am Federteller 21 anliegt. Durch die
brennraumabgewandte Stirnseite des Ventilkolbens 25 und das
brennraumabgewandte Ende der Kolbenbohrung 24 ist ein Steuerraum 26
gebildet, der über eine Zulaufdrossel 29 mit dem
Hochdruckkanal 8 verbunden ist. Der Steuerraum 26 ist darüber hinaus
über eine Ablaufdrossel 28 mit einem Leckölraum 36
verbindbar, der im Ventilhaltekörper 2 ausgebildet ist. Im
Leckölraum 36, der über eine Verbindung mit dem Leckölsystem stets
drucklos gehalten wird, ist ein Magnetanker 32 und ein
Elektromagnet 34 angeordnet, wobei über eine Bestromung des
Elektromagneten 34 eine Längsbewegung des Magnetankers 32erreicht werden kann. Am Magnetanker 32 ist eine Dichtkugel
37 angeordnet, die die Ablaufdrossel 28 verschließen kann.
Die Einspritzung wird mittels des Elektromagneten 34
gesteuert: Wird dieser bestromt, so bewegt sich der Magnetanker 32
von der Ablaufdrossel 28 weg und der Steuerraum 26 wird über
die Ablaufdrossel 28 mit dem Leckölraum 36 verbunden. Über
eine geeignete Dimensionierung von Ablaufdrossel 28 und
Zulaufdrossel 29 sinkt der Druck im Steuerraum 26, so dass
sich die hydraulische Kraft auf den Ventilkolben 25
reduziert. Die hydraulische Kraft auf die Ventilnadel 7, die
durch den Druck auf die Druckschulter 11 und auf Teile der
Ventildichtfläche 14 bewirkt wird, überwiegt jetzt, so dass
sich die Ventilnadel 7 und mit ihr der Ventilkolben 25 vom
Ventilsitz 12 weg bewegen und die Einspritzöffnungen 16
freigeben. Fällt die Bestromung des Elektromagneten 34 weg,
so verschließt der Magnetanker 32 mit der Dichtkugel 37
wieder die Ablaufdrossel 28 und durch den nachströmenden
Kraftstoff durch die Zulaufdrossel 29 baut sich wieder der volle
Kraftstoffdruck, der im Hochdruckkanal 8 herrscht, auch im
Steuerraum 26 auf, so dass sich der Ventilkolben 25 und die
Ventilnadel 7 wieder zurück in Anlage an den Ventilsitz 12
bewegen und die Einspritzöffnungen 16 verschließen.
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Der Hochdruckkanal 8 führt durch die Anlagefläche 102 des
Ventilhaltekörpers 2 und die Anlagefläche 103 des
Ventilkörpers 3 hindurch. Im Hochdruckkanal 8 liegt ständig Hochdruck
an, der bei modernen Kraftstoffeinspritzventilen 150 MPa und
mehr betragen kann. Aus diesem Grund kann Kraftstoff aus dem
Hochdruckkanal 8 austreten und zwischen die Anlagefläche 102
und die Anlagefläche 103 gelangen. Aus diesem Grund sind
sowohl die Anlagefläche 102 als auch die Anlagefläche 103 plan
geschliffen. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die
Anlagefläche 102 des Ventilhaltekörpers 2. Der Federteller 21 ist
in dieser Zeichnung der Übersichtlichkeit halber
weggelassen. Von der Anlagefläche 102 gehen auch zwei Sackbohrungen
18 aus, in denen in Einbaulage Zentrierstifte angeordnet
sind, die dafür sorgen, dass der Ventilhaltekörper 2 und der
Ventilkörper 3 in der vorgesehenen Lage zueinander montiert
werden.
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In der Fig. 2 ist die Längsachse 46 des Ventilhaltekörpers
zu sehen und die Mittelachse 44 des Hochdruckkanals 8.
Hierbei ist zu beachten, dass der Federraum 20 über eine in der
Fig. 1 nicht dargestellte Verbindung mit dem Leckölraum 36
verbunden ist und somit stets drucklos ist. Die Bearbeitung
der Anlagefläche 102 erfolgt mittels eines
Schleifwerkzeuges, das eine rotierende Bewegung ausführt. Das
Schleifwerkzeug rotiert dabei um einen Mittelpunkt 40, der auf der
Verbindungslinie der Durchstoßpunkte von Längsachse 46 und
Mittelachse 44 durch die Anlagefläche 102 liegt. Die sich
daraufhin bildenden Schleifriefen 42 auf der Anlagefläche 102
ergeben somit konzentrische Kreise mit dem Mittelpunkt 40.
Ein Teil der Schleifriefen 42 kreuzt hierbei den
Hochdruckkanal 8, während andere Schleifriefen 42 von der Außenseite
des Ventilhaltekörpers 2 wieder zu dessen Außenseite
verlaufen. Für die Erhöhung der Dichtheit sind jedoch
hauptsächlich die Schleifriefen 42 von Bedeutung, die den
Hochdruckkanal 8 kreuzen oder in dessen Nähe verlaufen.
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Durch die Ausgestaltung der Schleifriefen 42 wird der Fluss
des Kraftstoffs, der eventuell aus dem Hochdruckkanal 8
zwischen die Anlagefläche 102 und die Anlagefläche 103 des
Ventilkörpers 3 austritt, so gesteuert, dass er nicht nach
außen tritt. Der Kraftstoff folgt im wesentlichen den
Schleifriefen 42 und wird somit vom Hochdruckkanal 8 weg zum
Federraum 20 geleitet, von wo er in das Leckölsystem
zurückgeführt wird. Es ist somit sichergestellt, dass kein
Kraftstoff an die Außenseite des Kraftstoffeinspritzventils
gelangt.
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Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäß geschliffenen Anlagefläche 102. Der Mittelpunkt
40 des Schleifwerkzeuges fällt hier mit der Mittelachse 44
des Hochdruckkanals 8 zusammen, so dass die Schleifriefen
konzentrisch um die Mittelachse 44 des Hochdruckkanals 8
verlaufen. In dieser Ausgestaltung muss der Kraftstoff, der
aus dem Hochdruckkanal 8 gegebenenfalls austritt, quer zu
den Schleifriefen 42 an die Außenseite des
Kraftstoffeinspritzventils gelangen. Dies ist in der Regel nicht möglich,
so dass auch hier eine verbesserte Abdichtung am
Hochdruckkanal 8 erreicht wird. Das Gleiche gilt auch für das
Ausführungsbeispiel, das in Fig. 4 dargestellt ist und wiederum
eine Draufsicht auf die Anlagefläche 102 des
Ventilhaltekörpers 2 zeigt. Der Mittelpunkt 40 des Schleifwerkzeugs fällt
hier mit der Längsachse 46 des Ventilhaltekörpers 2
zusammen, so dass die Schleifriefen 42 als konzentrische Kreise
auf der Anlagefläche 102 ausgebildet sind und somit ebenso
konzentrische zur Kolbenbohrung 24 verlaufen. Aus dem
Hochdruckkanal 8 austretender Kraftstoff müsste auch hier quer
zu den Schleifriefen 42 an die Außenseite des
Kraftstoffeinspritzventils gelangen, was durch die entsprechend
verlaufenden Schleifriefen 42 zumindest wesentlich erschwert wird.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäßen
Schleifriefen 42 an der Anlagefläche 103 des Ventilkörpers 3
ausgebildet sind. Hierdurch wird eine Verbesserung der
Dichtwirkung durch den Verlauf der Schleifriefen 42
erreicht. Die Tiefe der Schleifriefen 42 kann variieren,
beträgt jedoch deutlich weniger als 0,1 mm, vorzugsweise
weniger als 0,01 mm. Daneben kann es vorgesehen sein, die
Anlageflächen 102 und 103 nicht völlig eben zu gestalten,
sondern eine gewisse Wölbung vorzusehen, so dass die
Anlagefläche 102 Teil einer Kugelschale ist, deren Mittelpunkt auf
der Verlängerung der Längsachse 46 liegt und die einen im
Vergleich zu den Abmessungen des Kraftstoffeinspritzventils
sehr großen Radius aufweist. Die Wölbung der Anlagefläche
102 beträgt in diesem Fall von der Mitte zum
Außenrandbereich nicht mehr als 10 bis 20 µm. Als Schleifwerkzeug zur
Erzeugung der erfindungsgemäßen Schleifriefen 42 kommt
beispielsweise eine rotierende Schleifscheibe in Betracht, die
um den Mittelpunkt 40 rotiert.