DE19508636A1

DE19508636A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19508636A1
Application number: DE19508636A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Boecking; Stefan Dipl Ing Haug
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1996-09-12
Also published as: JP3625840B2; CN1065589C; JPH10500466A; DE59605793D1; EP0783626A1; CN1146791A; US5746181A; WO1996028656A1; EP0783626B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs l aus. Bei gebräuchlichen Kraftstoffeinspritzventilen dieser Art verläuft der Kraftstoffzulaufkanal im Ventilkörper schräg zur Mittelachse neben der koaxial zur Mittelachse sich er streckenden Führungsbohrung für das Ventilglied (Düsennadel) und schneidet den als Hinterschneidung ausgebildeten Druckraum seitlich an. Durch den schrägen Verlauf des Zulaufkanals hat die Wand des Ventilkörpers zwischen dem Zu laufkanal und der Führungsbohrung nahe der Mündung des Zu laufkanals in den Druckraum nur eine geringe Dicke. Hinzu kommt, daß die den Druckraum umgebende Wand des Ventilkörpers durch die zur Verteilung des Kraftstoffes erforderliche Weite die geringste Dicke und Festigkeit hat. Bei Einspritzdrücken bis 400 bar treten bei bekannten Kraftstoffeinspritzventilen keine nennenswerten Schäden auf. Bei höheren Einspritz drücken, die heute bei Direkteinspritz-Brennkraftmaschinen bis zu etwa 1800 bar gesteigert werden, kann ein Bruch am Ende der Zwischenwand zwischen der Führungsbohrung und dem Zulaufkanal (Zwickel) des Druckraumes auftreten, der mit der Zeit fortschreiten und zur Zerstörung des Ventilkörpers des Einspritzventils führen kann. Insbesondere rühren solche Brüche von der hohen dynamischen Innendruckbelastung in Ver bindung mit der statischen Spannung her, mit der der Ventilkörper von der Spannmutter gegen den Ventilhaltekörper gespannt und das Einspritzventil selber mit der Spannmutter gegen einen Gegenanschlag im Gehäuse der Brennkraftmaschine gepreßt wird. Bei Kraftstoffeinspritzventilen, die direkt mit einer Hochdruckpumpe kombiniert sind, sogenannten Pumpedüsen, kommt hinzu, daß beim Druckaufbau der axiale Gehäusedruck der Pumpe über den Haltekörper auf den Ventilgliedkörper übertragen wird.

Um die Bruchgefahr des Ventilkörpers im Bereich des Druckraumes zu verringern, ist es bekannt, die den Druckraum umgebende Wand möglichst wenig zu schwächen. Dazu wurde an stelle der kreisrunden Erweiterung des Druckraumes lediglich am Mündungsbereich des Zulaufkanals eine exzentrische Ausnehmung angeordnet (US-PS 3 511 442), so daß die Schrägführung des Zulaufkanals möglichst steil geführt werden kann. Ferner ist es bekannt, den Zulaufkanal parallel zur Führungsbohrung bis zur Höhe des Druckraumes zu führen und von da aus durch einen radialen, oder wenig steilen, oder ge krümmten Verbindungskanal mit dem verhältnismäßig eng geführten Druckraum zu verbinden (EP-A-425 236, EP-A-363 142). Das Herstellen eines solchen Verbindungskanals ist aber kompliziert und sehr aufwendig.

Aus der DE-OS 41 42 430 ist weiterhin ein Kraftstoffein spritzventil bekannt, bei dem die Ringschulter der den Ven tilkörper axial gegen den Haltekörper verspannenden Spannmutter an deren dem Haltekörper abgewandten Ende konisch ausgebildet ist. Dabei weist jedoch auch dieses bekannte Kraftstoffeinspritzventil den Nachteil auf, daß es durch das Einspannen des gesamten Kraftstoffeinspritzventils im Gehäuse der Brennkraftmaschine infolge der axialen Belastung zu einem Aufweiten der Spannmutter kommen kann, so daß die von der Spannmutter in Richtung Druckraum aufgebrachte Druckkraft keinen wesentlichen Beitrag zur Stabilisierung der Ventil körperwandung leisten kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brenn kraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß auch bei sehr hohen Drücken (etwa 1800 bar) im Druckraum ein Bruch des Ventilkörpers sicher vermieden werden kann.

Dies wird dabei in vorteilhafter Weise durch die Kombination der zwei konisch ausgebildeten Krafteinleitungsflächen (2 Fasen) zwischen Spannmutter und Ventilkörper und Brennkraft maschinengehäuse und Spannmutter erreicht, durch die sowohl die Verspannkraft der Spannmutter beim Verspannen des Ventilkörpers gegen den Haltekörper als auch die Einspann kraft beim Einspannen des gesamten Einspritzventils in das Gehäuse der Brennkraftmaschine derart auf den Ventilkörper eingeleitet werden, daß sie dort gemeinsam der Druckkraft des unter hohem Kraftstoffdruck stehenden Druckraumes insbe sondere im Bereich des Spickels am Eintritt des Zulaufkanals entgegenwirken.

Dabei bewirkt insbesondere die konische Ausbildung der Anlagefläche an der Spannmutter und der Gegenanschlagfläche im Brennkraftmaschinengehäuse, daß ein großer Teil der auf das Kraftstoffeinspritzventil aufgebrachten Einspannkraft in eine radiale Komponente umgewandelt wird, die direkt auf den konischen Ringabsatz des Ventilkörpers im Bereich des Spickels übertragen wird und so einer möglichen Stauchverfor mung des Ventilkörpers im kritischen Bereich infolge der sehr hohen dynamischen Druckbelastungen entgegenwirkt.

Auf diese Weise wird die vom Druckraum ausgehende resultie rende Kraftkomponente wirkungsvoll durch die aufgebrachten Einspannkräfte aufgefangen, so daß die Bruchgefahr des Ven tilkörpers minimiert werden kann, was die Dauerhaltbarkeit des gesamten Kraftstoffeinspritzventils bei hohen Betriebs drücken erheblich erhöht.

Zudem wird durch die konische Ausbildung der Anlagefläche zwischen Spannmutter und Brennkraftmaschinengehäuse einem Aufweiten der Spannmutter infolge der Einspannkräfte entgegengewirkt.

Dabei ist es für eine optimale Kraftübertragung vorteilhaft, wenn die konischen Flächen als gleichmäßige Kegelflächen aus gebildet sind, die den gleichen Neigungswinkel aufweisen, wo bei die beschriebene Wirkung auch bei ungleichmäßig ausgebildeten, z. B. gekrümmten Übergängen erzielbar ist. Eine besonders günstige Kraftübertragung auf den Ventilkörper wird bei einem Neigungswinkel der Kegelflächen (Fase) von etwa 10° bis 60°, vorzugsweise 30° erreicht, wobei eine auf den konischen Kegelflächen stehende Senkrechte dann in Rich tung des Spickels am Übergang der Führungsbohrung in den Druckraum weist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffein spritzventils für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 die Einbaulage des Kraftstoffeinspritz ventils in das Gehäuse der Brennkraftmaschine, die Fig. 2 einen Längsschnitt durch den brennraumseitigen Teil des Kraftstoffeinspritzventils und die Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Kraftstoffeinspritzventil nach Fig. 2 in vergrößer tem Maßstab.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt ein zylinderförmiges Kraftstoffeinspritz ventil 1, das in eine Aufnahmebohrung 3 eines Gehäuses 5 der zu versorgenden Brennkraftmaschine eingesetzt ist. Die Auf nahmebohrung 3 ist dabei als Stufenbohrung ausgebildet, deren konisch ausgebildeter Querschnittsübergang dabei eine Gegenanschlagfläche 7 bildet. Gegen diesen Gegenanschlag 7 wird das Kraftstoffeinspritzventil 1 mit einer ebenfalls durch eine Querschnittsverringerung gebildeten konischen An lagefläche 9 mittels einer Einspannvorrichtung 11 axial ver spannt. Die Einspannvorrichtung 11 weist dazu beim beschrie benen Ausführungsbeispiel einen auf eine gehäuseabgewandte Stirnfläche 13 des Kraftstoffeinspritzventils 1 wirkenden Spannteller 15 auf, der mittels mehrerer über seinen Umfang verteilter Spannschrauben 17 am Gehäuse 5 verschraubbar ist und so das Kraftstoffeinspritzventil 1 axial gegen den Gegen anschlag 7 im Gehäuse 5 der Brennkraftmaschine festspannt. Das in der Fig. 2 in seinem brennraumseitigen Bereich ge schnitten dargestellte Kraftstoffeinspritzventil 1 weist einen Ventilkörper 19 auf, der unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 21 mit einer hülsenförmigen Spannmutter 23 an einem Ventilhaltekörper 25 befestigt ist. Ein stufenkolben förmiges Ventilglied 27 (Ventilnadel) ist in einer axialen Bohrung 29 des Ventilkörpers 19 verschiebbar, wobei das Ven tilglied 27 an seinem brennraumseitigen Ende eine konische Ventildichtfläche 31 aufweist, mit der es mit einem nach innen gekehrten Ventilsitz 33 in einer brennraumseitigen Kuppe 35 des Ventilkörpers 19 zusammenwirkt, dem stromabwärts mehrere Einspritzöffnungen 37 nachgelagert sind.

Der Ventilkörper 19 ist dabei als Drehkörper ausgeführt, mit einem oberen dicken Abschnitt 39 und einem unteren schlanken Abschnitt 41, dessen brennraumseitiges Ende durch die Kuppe 35 verschlossen ist. Der im oberen Abschnitt 39 angeordnete Teil der Bohrung 29 ist als Führungsabschnitt 43 für einen im Querschnitt größeren Führungsteil 45 des Ventilgliedes 27 ausgebildet. Der im unteren Abschnitt 41 verlaufende Teil der Bohrung 29 begrenzt zusammen mit dem Schaf t 47 des Ventil gliedes 27 einen bis zum Ventilsitz 33 reichenden Ringspalt 49. Im oberen Abschnitt 39 des Ventilkörpers 19 ist nahe dem unteren Abschnitt 41 zwischen dem Führungsabschnitt 43 der Bohrung 29 und dem Ringspalt 49 ein im Durchmesser erwei terter, hinterschnittener Druckraum 51 angeordnet, dessen äußere Begrenzung 53 vorzugsweise bogenförmig gestaltet ist und in den Ringspalt 49 übergeht.

Eine in einer Sackbohrung 55 des Ventilhaltekörpers 25 ange ordnete Ventilschließfeder 57 drückt dabei das Ventilglied 27 im geschlossenen Zustand des Einspritzventils 1 im Schließ sinn auf den Ventilsitz 33.

Zur Zuführung von Kraftstoff verläuft ein mit einer nicht dargestellten Hochdruckeinspritzleitung verbindbarer Zulaufkanal 59 durch den Ventilhaltekörper 25, die Zwischen scheibe 21 und den oberen dicken Abschnitt 39 des Ventil körpers 19 von dessen oberer Stirnfläche ausgehend neben dem Führungsabschnitt 43 der Bohrung 29 zum Druckraum 51. Der Zu laufkanal 59 schneidet den Druckraum 51 dabei unter Bildung eines Zwickels seitlich von oben an, wobei der Zulaufkanal 59 dabei schräg zum Führungsabschnitt 43 verläuft, um den Durch messer des Druckraumes 51 möglichst klein und den Querschnitt an der Mündung möglichst groß zu halten.

Die als Überwurfmutter ausgebildete Spannmutter 23, die den oberen Abschnitt 39 des Ventilkörpers 19 übergreifend mit mit einem Innengewinde 61 auf ein Außengewinde 63 am Ventilhalte körper 25 aufgeschraubt ist, hat eine innere Ringschulter 65, an der sich der Ventilkörper 19 mit einem Ringabsatz 67 am Übergang des oberen Abschnitts 39 in den schlanken Abschnitt 41 abstützt. Dabei sind die Ringschulter 65 und der Ringabsatz 67 konisch, vorzugsweise kegelstumpfförmig mit gleichem Neigungswinkel α (Fig. 3) zu einer die Achse des Ventilgliedes 27 rechtwinklig schneidenden Radialebene 69 ausgebildet.

Erfindungsgemäß sind zudem die an der brennraumseitigen Stirnfläche der Spannmutter 23 gebildete Anlagefläche 9 des Kraftstoffeinspritzventils 1 und die in der Fig. 1 dargestellte, einen Teil der Aufnahmebohrung 3 bildende Gegenanschlagfläche 7 im Gehäuse 5 der Brennkraftmaschine konisch, vorzugsweise kegelstumpfförmig ausgebildet. Dabei soll der in der Fig. 3 vergrößert dargestellte Neigungs winkel β dieser konischen Flächen zu einer die Achse des Ven tilgliedes 27 rechtwinklig schneidenden Radialebene 69 vor zugsweise gleich groß dem Neigungswinkel α an der Ring schulter 65 und dem Ringabsatz 67 sein. Dabei sollen die Winkel α bzw. β so ausgebildet sein, daß eine auf den konischen Flächen 65, 67, 7, 9 stehende Senkrechte in Richtung des Übergangs des Führungsabschnittes 43 der Bohrung 29 in den Druckraum 51 bzw. die Eintrittsöffnung des Zulaufkanals 59 in den Druckraum 51 (Zwickel) weist Die Neigungswinkel α bzw. β weisen dazu eine Größe von 10° bis 60° vorzugsweise 30° zur Radialebene 69 auf.

Beim axialen Verspannen des Ventilkörpers 19 gegen den Ven tilhaltekörper 25 durch die Spannmutter 23 sowie bei dem axialen Festspannen des gesamten Kraftstoffeinspritzventils 1 im Gehäuse 5 der Brennkraftmaschine durch die Einspannvorrichtung 11, werden nunmehr infolge der konischen, als Krafteinleitungsflächen wirkenden Anlageflächen 65, 67, 7, 9 neben den axialen Verspannkräften auch radiale Kräfte auf den Ventilkörper 19 eingeleitet, die den beim Druckbeauf schlagen des Kraftstoffeinspritzventils 1 durch den Innendruck im Druckraum 51 gebildeten Druckkräften und Spannungen entgegenwirken. Dabei werden diese Gegenkräfte durch die Ausbildung der Winkel α bzw. β an den konischen Flächen insbesondere in den für Brüche besonders kritischen Bereich, des Zwickels nahe der Mündung des Zulaufkanals 59 in den Druckraum 51 geleitet.

Es ist somit mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz ventil in konstruktiv einfacher Weise möglich, auch bei sehr hohen Betriebsdrücken die Gefahr eines Dauerbruches des Ven tilkörpers im Bereich des Druckraumes, ohne eine Vergrößerung der Wandstärke, auf ein Minimum zu reduzieren und so die Lebensdauer des gesamten Kraftstoffeinspritzventils zu ver größern.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem an einem Ventilhaltekörper (25) festgespannten Ventilkörper (19), in dem ein Ventilglied (27) in einer Führungsbohrung (29) axial verschiebbar geführt ist und in dem sich an die Führungsbohrung (29, 43) ein radial erweiter ter Druckraum (51) anschließt, in den wenigstens ein neben der Führungsbohrung (29, 43) im Ventilkörper (19) verlaufen der Zulaufkanal (59) mündet und mit einer Spannmutter (23), die mit einer inneren, konisch ausgebildeten Ringschulter (65) an einem in Höhe des Druckraumes (51) angeordneten ko nischen Ringabsatz (67) des Ventilkörpers (19) anliegend, diesen gegen den Ventilhaltekörper (25) verspannt, sowie mit einer, axial auf den Ventilhaltekörper (25) wirkenden Einspannvorrichtung (11), die das Kraftstoffeinspritzventil mittels Anlage einer an der dem Ventilhaltekörper (25) abge wandten Stirnfläche der Spannmutter (23) gebildeten Anlagefläche (9) gegen einen im Gehäuse (5) der Brennkraft maschine gebildeten Gegenanschlag (7) verspannt, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anlagefläche (9) der Spannmutter (23) und der Gegenanschlag (7) im Gehäuse (5) der Brennkraft maschine derart konisch ausgebildet sind, daß außer der axia len Verspannung eine radiale Spannungskomponente auf den Ven tilkörper (19) in Höhe des Druckraumes (51) übertragen wird.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen des konischen Ringabsatzes (67) des Ventilkörpers (19), der konischen Ringschulter (65) und der konischen Anlagefläche (9) an der Spannmutter (23) sowie des Gegenanschlags (7) des Gehäuses (5) so ausgebildet sind, daß eine darauf stehende Senkrechte in Richtung des Übergangs der Führungsbohrung (29, 43) in den Druckraum (51) weist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Ringabsatz (67) des Ventilkörpers (19), die konische Ringschulter (65) und die konische Anlagefläche (9) der Spannmutter (23) sowie der konische Gegenanschlag (7) des Gehäuses (5) jeweils den gleichen Neigungswinkel (α, β) zu einer die Achse des Ventilgliedes (27) rechtwinklig schneidenden Radialebene (69) des Kraftstoffeinspritzventils aufweisen.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α, β) im Bereich von 10° bis 60° zur Radialebene (69) liegt.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α, β) vorzugsweise 30° zur Radialebene (69) beträgt.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Ringschulter (65) der Spann mutter (23) und der konische Gegenanschlag (7) im Gehäuse (5) hohlkegelstumpfförmig und der konische Ringabsatz (67) des Ventilkörpers (19) und die konische Anlagefläche (9) der Spannmutter (23) kegelstumpfförmig ausgebildet sind.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannvorrichtung (11) ein axial in Richtung Brennkraftmaschinengehäuse (5) auf den Ventil haltekörper (25) wirkendes Bauteil (15) aufweist, das seinerseits von wenigstens einem in das Gehäuse (5) einschraubbaren Befestigungsmittel, vorzugsweise einer Spann schraube (17), axial gegen den Ventilhaltekörper (25) verspannt ist.