DE19523243A1

DE19523243A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19523243A1
Application number: DE19523243A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl Ing Haug
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 1997-01-02
Anticipated expiration: 2015-06-28
Also published as: US5718386A; DE19523243B4; GB2303175B; FR2736097A1; JPH0914085A; GB2303175A; JP3728351B2; FR2736097B1; GB9611269D0

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei gebräuchlichen Kraftstoffeinspritzventilen dieser Art verläuft der Kraftstoffzulaufkanal im Ventilkörper schräg zu dessen Mittelachse neben der koaxial zur Mittelachse sich erstreckenden Führungsbohrung für das Ventilglied (Düsennadel) und schneidet den als Hinterschneidung ausgebildeten, durch eine Querschnittserweiterung der Führungsbohrung gebildeten Druckraum seitlich an. Durch den schrägen Verlauf des Zulaufkanals hat die Wand des Ventilkör pers zwischen dem Zulaufkanal und der Führungsbohrung nahe der Mündung des Zulaufkanals in den Druckraum nur eine ge ringe Dicke. Hinzu kommt, daß die den Druckraum umgebende Wand des Ventilkörpers durch die zur Verteilung des Kraftstoffes erforderliche Weite die geringste Dicke und Fe stigkeit hat. Bei Einspritzdrücken bis 400 bar treten bei be kannten Kraftstoffeinspritzventilen keine nennenswerten Schä den auf. Bei höheren Einspritzdrücken, die heute bei Direkteinspritz-Brennkraftmaschinen bis zu etwa 1800 bar ge steigert werden, kann ein Bruch am Ende der Zwischenwand zwi schen der Führungsbohrung und dem Zulaufkanal (Spickel) 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 Verbindung mit der stati schen Spannung her, mit der der Ventilkörper von der Spannmutter gegen den Ventilhaltekörper gespannt und das Ein spritzventil 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 aus der DE-OS 41 42 430 be kannt, die Ringschulter der den Ventilkörper axial gegen den Haltekörper verspannenden Spannmutter an deren dem Haltekör per abgewandten Ende und den mit dieser zusammenwirkenden Ringabsatz am Ventilkörper konisch auszubilden, so daß die Verspannkraft der Spannmutter beim Festspannen des Ventilkör pers gegen den Haltekörper und die Einspannkraft 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 insbesondere im Bereich des Spickels am Eintritt des Zulaufkanals entgegenwirken. Dabei sind bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil die Konuswinkel der konischen Flächen am Ventilkörper und an der Spannmutter gleich groß ausgebildet, was den Nachteil eines sehr hohen Fertigungsaufwandes für eine plane Anlage der Flä chen hat. Zudem kommt es an der Spannmutter und am Ventilkör per beim Festspannen des Ventilkörpers gegen den Haltekörper und beim Einspannen des Einspritzventils in das Gehäuse der Brennkraftmaschine sowie durch die Druckbeaufschlagung des Druckraumes im Ventilkörper zu einer undefinierten Lage der konischen Flächen von Ventilkörper und Spannmutter zueinan der, so daß der Ort der Krafteinleitung auf den Ventilkörper nicht optimal festgelegt werden kann.

Zudem besteht die Gefahr, daß eine derart große Winkeldiffe renz zwischen dem konischen Ringabsatz des Ventilkörpers und der konischen Ringschulter der Spannmutter entsteht, daß sich die jeweilige, den Ringabsatz des Ventilkörpers begrenzende Kante in die konische Ringschulterfläche der aus einem wei cheren Werkstoff bestehenden Spannmutter eingräbt. Dies hat zur Folge, daß die radiale Krafteinleitungskomponente auf den Ventilkörper stark geschwächt wird und nicht mehr ausreichend einem Aufweiten des Ventilkörpers und in Folge einem möglichen Bruch an diesem entgegenwirkt.

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 Auslegung der Konuswinkel der zusammenwirkenden konischen Flächen der Spannmutter und des Ventilkörpers erreicht, wobei der Winkel des konischen Ringabsatzes am Ventilkörper zur Ventilglied achse kleiner als der Winkel der konischen Ringschulter an der Spannmutter zur Ventilgliedachse ausgeführt ist. Auf diese Weise erreicht man eine exakt lokalisierte und konzentrierte Krafteinleitung auf den Ventilkörper, die der Druckbeanspruchung entgegenwirkt. Zudem ist eine axiale Ring stirnfläche am Ventilkörper vorgesehen, die zwischen dem ra dial inneren Ende der konischen Ringabsatzfläche und dem Ven tilgliedschaft gebildet ist und die die Herstellung der koni schen Fläche am Ventilkörper vereinfacht. Dies hat zudem den Vorteil, daß die zwischen Stirnfläche und konischem Ringabsatz gebildete Ringkante in einen Bereich gelegt werden kann, der mit Sicherheit nie in Anlage an die konische Ring schulter der Spannmutter gelangt, so daß ein Eingraben der Kante des Ventilkörpers in die Spannmutter sicher vermieden wird. Dazu kann die konische Ringschulterfläche der Spannmutter in vorteilhafter Weise auch zwei unterschiedlich geneigte Ringschulterbereiche aufweisen, wobei ein radial in nen liegender, einen kleineren Winkel zur Ventilgliedachse aufweisender Bereich dann freiliegt.

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 einen Schnitt durch den brennraumseiti gen Teil des Kraftstoffeinspritzventils und die Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Einspritzventils nach Fig. 1 im Bereich des Druckraumes.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen weist einen Ventilkörper 1 auf, der unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 3 mittels einer hülsenför migen Spannmutter 5 axial an einem Ventilhaltekörper 7 ver spannt ist. Der Ventilkörper 1 weist eine axiale Bohrung 9 auf, in der eine kolbenförmiges Ventilglied 11 axial verschiebbar geführt ist, das an seinem einen Ende mit einem nach innen gekehrten Ventilsitz 13 in einer brennraumseitigen Kuppe 15 zusammenwirkt, in der stromabwärts hinter dem Ven tilsitz 13 mehrere Einspritzöffnungen 17 angeordnet sind. Der Ventilkörper 1 ist ein rotationssymmetrisches Bauteil mit einem oberen dicken Abschnitt 19 und mit einem unteren, schlanken Schaftteil 21, dessen brennraumseitiges Ende durch die Kuppe 15 verschlossen ist. Der im oberen Abschnitt 19 an geordnete Teil der Bohrung 9 ist als Führungsbohrung 23 für den Führungsteil 25 des Ventilgliedes 11 ausgebildet. Der im Ventilkörperschaft 21 verlaufende Teil der Bohrung 9 begrenzt zusammen mit dem Schaft des Ventilgliedes 11 einen bis zum Ventilsitz 13 reichenden Ringspalt 27. Im oberen Abschnitt 19 ist nahe dem unteren Schaftteil 21 zwischen der Führungsboh rung 23 und dem Ringspalt 27 der Bohrung 9 ein im Durchmesser erweiterter, hinterschnittener Druckraum 29 angeordnet, des sen äußere Begrenzung 31 vorzugsweise gewölbt ist und in den Ringspalt 27 übergeht. Eine in einer Sackbohrung des Ventilhaltekörpers 7 eingesetzte Schließfeder 33 hält das Ventilglied 11 über einen Federteller 35 bei geschlossenem Einspritzventil in Anlage am Ventilsitz 13.

Zum Zuführen von Kraftstoff verläuft ein Zulaufkanal 37 im oberen dickeren Abschnitt 19 des Ventilkörpers 1 von dessen oberer Stirnfläche ausgehend, neben der Führungsbohrung 23 zum Druckraum 29 und schneidet diesen von oben seitlich an. Um den Durchmesser des Druckraumes 29 möglichst klein und den Querschnitt der Mündung ausreichend groß zu halten, verläuft der Zulaufkanal 37 schräg zur Führungsbohrung 23, wobei der Abstand seines Einlasses an der oberen Stirnfläche des Ven tilkörpers 1 zur Achse hin größer ist als der Abstand seiner Mündung in den Druckraum 29, so daß die Dicke der Zwischen wand 39 nahe dem Mündungsbereich des Zulaufkanals 37 und nahe dem Übergang der Führungsbohrung 23 in den Druckraum 29 klein ist.

Die als Überwurfmutter ausgebildete, hülsenförmige Spannmut ter 5, die den oberen Abschnitt 19 des Ventilkörpers 1 über greifend mit einem Muttergewinde 41 auf ein Schraubengewinde 43 am Ventilhaltekörper 7 aufgeschraubt ist, hat eine innere konische Ringschulter 45, an der sich der Ventilkörper 1 mit einem konischen Ringabsatz 47 am Übergang des oberen Abschnitts 19 in den unteren schlanken Schaftteil 21 abstützt.

Die erfindungswesentliche Ausbildung der Ringschulter 45 der Spannmutter 5 und des Ringabsatzes 47 am Ventilkörper 1 ist dem in der Fig. 2 gezeigten vergrößerten Ausschnitt des Ein spritzventils entnehmbar.

Dabei ist der Winkel αD des konischen Ringabsatzes 47 am Ven tilkörper 1 zur Ventilgliedachse kleiner ausgeführt als der Winkel αS der konischen Ringschulter 45 der Spannmutter 5 zur Ventilgliedachse. Zudem ist am Übergang zwischen dem unteren, radial inneren Ende des konischen Ringabsatzes 47 und dem Schaftteil 21 eine Ringstirnfläche 49 am Ventilkörper 1 vor gesehen, die unter Bildung einer Ringkante 51 an den konischen Ringabsatz 47 angrenzt. Um mit Sicherheit zu ver meiden, daß sich diese Ringkante 51 des aus einem sehr harten Werkstoff bestehenden Ventilkörpers 1 in die Fläche der Ring schulter 45 der aus einem weicheren Werkstoff bestehenden Spannmutter 5 eingräbt, ist die Fläche der konischen Ringschulter 45 der Spannmutter 5 zudem in zwei unterschied lich geneigte Ringschulterbereiche geteilt. Ein radial äuße rer, den Winkel αS aufweisender Ringschulterbereich 53 wirkt dabei als Anlagefläche für den konischen Ringabsatz 47 des Ventilkörpers 1. An diesen Ringschulterbereich 53 schließt sich über eine Kante 55 ein radial innerer Ringschulterbe reich 57 an, dessen Winkel zur Ventilgliedachse derart klein ist, daß dieser Ringschulterbereich 57 ständig freiliegt und ab der Kante 55 nicht zur Anlage an den Ventilkörper 1 gelangt. Dabei liegt die Kante 55 radial außerhalb der ständig freiliegenden Ringkante 51.

Beim axialen Verspannen des Ventilkörpers 1 gegen den Ventilhaltekörper 7 mittels der Spannmutter 5 werden nun durch die kegelförmigen Anlageflächen sowohl axiale als auch radiale Kräfte auf den Ventilkörper 1 eingeleitet, wobei die radialen Kräfte den beim Druckbeaufschlagen des Einspritzven tils durch den Innendruck und durch die Einleitung von Axial kräften gebildeten Spannungen im Ventilkörper 1 insbesondere in dem für Bruch kritischen Bereich nahe dem Druckraum 29 entgegenwirken.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit ei nem an einem Ventilhaltekörper (7) festgespannten Ventilkör per (1), in dem ein Ventilglied (11) in einer Bohrung (9) axial verschiebbar geführt ist und in dem die Bohrung (9) ei nen radial erweiterten Druckraum (29) aufweist, in den wenig stens ein neben der Bohrung (9) verlaufender Zulaufkanal (37) mündet und mit einer Spannmutter (5), die mit einer inneren, konisch ausgebildeten Ringschulter (45) an einem in Höhe des Druckraumes (29) angeordneten konischen Ringabsatz (47) des Ventilkörpers (1) anliegend, diesen gegen den Ventilhaltekör per (7) verspannt, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (αD) des konischen Ringabsatzes (47) am Ventilkörper (1) zur Ventilgliedachse kleiner ist als der Winkel (αS) der konischen Ringschulter (45) der Spannmutter (5), und daß zwi schen dem radial inneren Ende des konischen Ringabsatzes (47) und einem im Durchmesser kleineren Schaftteil (21) des Ven tilkörpers (1) eine Ringstirnfläche (49) vorgesehen ist, die unter Bildung einer Ringkante (51) in die Fläche des konischen Ringabsatzes (47) des Ventilkörpers (1) übergeht, wobei die Ringkante (51) außerhalb der Anlagefläche der mit dem konischen Ringabsatz (47) zusammenwirkenden konischen Ringschulter (45) der Spannmutter (5) angeordnet ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Ringschulter (45) der Spann mutter (5) zwei unterschiedlich geneigte Ringschulterbereiche aufweist, von denen ein radial äußerer, den Winkel (αS) auf weisender Ringschulterbereich (53) mit der Ringabsatzfläche (47) des Ventilkörpers (1) zusammenwirkt und ein sich an die sen über eine Kante (55) anschließender radial innenliegen der, einen kleineren Winkel zur Ventilgliedachse aufweisender Ringschulterbereich (57) freiliegt.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante (55) zwischen radial äußerem und radial innenliegendem Ringschulterbereich der Spannmutter (5) an der konischen Ringabsatzfläche (47) des Ventilkörpers (1) anliegt.