DE19548540A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen aus dem DE-Gbm G 93 20 433.7 be­ kannten Kraftstoffeinspritzventil begrenzt die brennraumsei­ tige Stirnfläche eines Ventilkörpers einen ringförmigen Druckraum, in den eine Zulaufleitung von der Kraftstoffein­ spritzpumpe mündet. Der Druckraum ist radial einwärts von einem axial von der Stirnfläche des Ventilkörpers vorstehen­ den Zapfen begrenzt, dessen Querschnitt sich am brennraum­ seitigen Ende unter Bildung eines Ventilsitzes konisch ver­ jüngt. An seinem brennraumseitigen Ende wird der Druckraum von einer scheibenförmigen Ventilmembran begrenzt, die an ihrem Außenrandbereich unter Zwischenschaltung einer Hülse mittels einer Spannmutter am Ventilkörper befestigt ist und die eine zentrale Öffnung aufweist, deren Ringkante eine mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Dichtkante bildet. Dabei liegt die Ventilmembran mit ihrer Dichtfläche im geschlosse­ nen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils unter Vorspannung dichtend am Ventilsitz an, so daß der Druckraum in Richtung Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine verschlos­ sen ist. Soll eine Einspritzung erfolgen, wird der Druckraum über die Zulaufleitung mit hohem Kraftstoffdruck beauf­ schlagt, der dabei die federnde Ventilmembran entgegen der Vorspannkraft mit ihrer Dichtfläche vom Ventilsitz abhebt. Über den dabei aufgesteuerten Ringspalt am Zapfen erfolgt in Folge die Kraftstoffeinspritzung analog zu bekannten Dros­ selzapfendüsen. Das Ende des Einspritzvorganges wird durch das Beenden der Hochdruckzufuhr in den Druckraum gesteuert. Dabei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil jedoch den Nachteil auf, daß nur eine Einspritzöffnung möglich ist, über die sich der Kraftstoffstrahl relativ ungenau formen läßt. Zudem sind der mögliche Hub der Ventilmembran und die als Dichtfläche wirkende Kontaktfläche zwischen Ventilsitz und Ventildichtfläche aufgrund der Einspannung am äußeren Rand begrenzt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brenn­ kraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patent­ anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das mittige Fixieren des scheibenförmigen Ventilgliedes (Ventilmembran) eine größere freie Biegelänge und damit ein größerer darstellbarer Hub am Ventilglied zur Verfügung steht, was sich vorteilhaft auf die Membranbeanspruchung und somit auf deren Lebensdauer auswirkt. Zudem ermöglicht das Vorsehen der Ventildichtfläche am radial äußeren Bereich des Ventilgliedes gegenüber der bekannten Lösung eine erheblich größere Kontaktfläche im Dichtbereich. Ein weiterer Vorteil wird durch das Anordnen der Einspritzöffnungen in einer den Druckraum begrenzenden Verschlußplatte erreicht, was eine individuelle Anpassung der Lage und Anzahl der Einspritzöffnungen an die jeweiligen Erfordernisse ermöglicht. Da die Ventilmembran nunmehr keinen direkten Einfluß mehr auf die Formung des Einspritzstrahles ausübt, kann sie sehr einfach ausgebildet sein.

Die Fixierung des Ventilgliedes an seiner Mitte kann dabei alternativ kraftschlüssig, z. B. Einspannen zwischen zwei Anschlägen oder stoffschlüssig, z. B. Verschweißen an einem Anschlag erfolgen.

Die Einspritzöffnungen sind dem Dichtsitz zwischen Ventildichtfläche und Ventilsitz stromabwärts nachgeordnet, wobei die Eintrittsöffnungen radial außerhalb der Überdeckung mit dem Ventilglied oder von dessen radialem Rand überdeckt angeordnet sein können.

Das Überströmen von Kraftstoff aus dem Druckraum in einen zwischen der Ventilkörperstirnfläche und der dem Druckraum abgewandten Stirnfläche des Ventilgliedes eingeschlossenen Raum wird dabei in vorteilhafter Weise durch einen Dichtring verhindert, der dabei so ausgebildet ist, daß er das Abheben des Ventilgliedes vom Sitz nicht beeinträchtigt. Der notwendige Öffnungsdruck des Einspritzventils ist durch die Dimensionierung der Stärke einer Distanzhülse zwischen dem Ventilkörper und der Verschlußplatte einstellbar, über die der Abstand zwischen der mittigen Fixierung des Ventilgliedes und dessen Anlage am Ventilsitz im äußeren radialen Bereich veränderbar ist.

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

Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des Einspritzventils, die Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 1 mit der Darstellung des erfindungswesentlichen Ventilgliedbereiches, die Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem das Ventilglied am Zapfen des Ventilkörpers verschweißt ist und die Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem die Eintrittsöffnung der Einspritzöffnung vom Ventilglied (Ventilmembran) überdeckt wird.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in der Fig. 1 und in der Fig. 2 in einem vergrößerten Ausschnitt dargestellte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils weist einen rotationssymmetrischen Ventilkörper 1 auf, an dessen Zulaufende ein Anschluß 3 für eine nicht dargestellte, von einer Kraftstoffeinspritzpumpe abführende Kraftstoffeinspritzleitung vorgesehen ist. Der Ventilkörper 1 weist weiterhin einen mit der Kraftstoffeinspritzleitung verbundenen Zulaufkanal 5 auf, der durch eine axiale Durchgangsbohrung gebildet ist, die sich von der oberen Stirnseite im Bereich des Anschlusses 3 des Ventilkörpers 1 bis in einen axial von der unteren, brennraumseitigen Stirnfläche 7 des Ventilkörpers 1 vorstehenden Zapfen 9 erstreckt. An der Stirnfläche des Zapfens 9 des Ventilkörpers 1 liegt ein als gewölbte Ventilmembran ausgebildetes scheibenförmiges Ventilglied 11 aus einem federnden Werkstoff mit seinem mittigen Bereich an, wobei im Bereich der Überdeckung mit dem Zulaufkanal 5 im Zapfen 9 eine Durchgangsöffnung 13 im Ventilglied 11 angeordnet ist. An der dem Ventilkörper 1 abgewandten Stirnfläche des Ventilgliedes 11 liegt ein weiterer Zapfen 15 einer Verschlußplatte 17 am mittigen Bereich des Ventilgliedes 11 an, der den Anlagebereich des Zapfens 9 überdeckt, so daß das Ventilglied 11 zwischen den Zapfen 9 und 15 eingespannt und gegenüber dem Ventilkörper 1 in seiner Lage fixiert ist. Die den zweiten Zapfen 15 aufweisende Verschlußplatte ist dabei scheibenförmig ausgebildet und wird von einer ihren radial äußeren Rand umgreifenden Spannmutter 19 axial gegen die brennraumseitige Stirnfläche 7 des Ventilkörpers 1 verspannt, wobei zwischen der Verschlußplatte und der Stirnfläche 7 des Ventilgliedes 1 eine Distanzhülse 21 eingespannt ist.

Der Zapfen 15 der Verschlußplatte 17 weist einen Verbindungskanal 23 auf, der ausgehend von seiner stirnseitigen Überdeckung mit der Durchgangsöffnung 13 im Ventilglied 11 in einen zwischen dem Ventilglied 11 und der Verschlußplatte 17 gebildeten Druckraum 25 mündet. Der Verbindungskanal 23 ist dabei vorzugsweise durch eine axiale Sackbohrung und eine von dieser abführenden Querbohrung gebildet.

Der zwischen dem gewölbten Ventilglied 11 und der brennraumabgewandten Stirnseite der Verschlußplatte 17 begrenzte Druckraum 25 ist durch die federnde Anlage des freien, radial auswärts weisenden Randbereiches des Ventilgliedes 11 an der Verschlußplatte 17 abgedichtet. Dabei bildet der radiale Außenwandbereich der Brennraumzugewandten Stirnfläche des Ventilgliedes 11 eine Ventildichtfläche 27 die unter Vorspannung (Eigenspannung der Ventilmembran) an einer durch einen Teil der brennraumabgewandten Stirnfläche der Verschlußplatte 17 gebildeten ringförmigen Ventilsitzfläche 29 dichtend anliegt. Dabei sind diesem an der Anlage von Ventilsitz 29 und Ventildichtfläche 27 gebildeten Dichtsitz stromabwärts Einspritzöffnungen 31 nachgeordnet, die als radial auswärts des Dichtsitzes liegende Bohrungen in der Verschlußplatte 17 ausgebildet sind. Die Anzahl und Anordnung dieser in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine mündenden Einspritzöffnungen 31 ist dabei frei wählbar und kann an die jeweiligen Verhältnisse angepaßt werden. Zur Vermeidung eines Überströmens von Kraftstoff in einen zwischen der dem Druckraum 25 abgewandten Stirnseite des Ventilgliedes 11 und der Stirnfläche 7 des Ventilkörpers 1 eingeschlossenen Raumes 33 ist ein Dichtring 35 zwischen dem radial äußeren Rand der Verschlußplatte 17 und der Distanzhülse 21 eingespannt, der am druckraumabgewandten Rand des Ventilgliedes 11 anliegt und so ausgebildet ist, daß er die Abhebbewegung des freien Endes des Ventilgliedes 11 nicht beeinträchtigt.

Dabei ist am radial auswärts weisenden Randbereich der Verschlußplatte 17 vorzugsweise ein Ringabsatz 37 vorgesehen, über den sich die Stärke der Verschlußplatte 17 am äußeren Umfang in Richtung Ventilkörper 1 hin vergrößert.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen arbeitet in folgender Weise.

Soll eine Kraftstoffeinspritzung am Einspritzventil erfolgen, wird dem Einspritzventil in bekannter Weise von der Einspritzpumpe über die Einspritzleitung ein Kraftstoffhochdruck zugeführt, der sich über den Zulaufkanal 5 in den kraftstoffgefüllten Druckraum 25 fortsetzt. Dort hebt der unter hohem Druck stehende Kraftstoff den freien Außenrand des Ventilgliedes 11 mit der Ventildichtfläche 27 entgegen der Vorspannkraft des federnden Ventilgliedes 11 (Ventilmembran) vom Ventilsitz 29 ab, so daß ein Öffnungsquerschnitt aufgesteuert wird, über den der Kraftstoff aus dem Druckraum 25 zu den Einspritzöffnungen 31 strömt, über die er weiter in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Dabei unterbindet der vorzugsweise aus temperatur- und kraftstoffbeständigem Gummi ausgebildete Dichtring 35 ein Überströmen von Kraftstoff in den Raum 33.

Die Kraftstoffeinspritzung wird beendet indem die Kraftstoffhochdruckzufuhr zum Einspritzventil unterbrochen wird und in Folge der Druck im Druckraum 25 unter den notwendigen Einspritzdruck absinkt, so daß das Ventilglied 11 mit seiner Ventildichtfläche 27 zur Anlage an die Ventilsitzfläche 29 zurückkehrt und das Einspritzventil schließt. Dabei sind in vorteilhafter Weise die Ventil-Funktion und die Rückstell-Funktion in einem Bauteil, nämlich dem Ventilglied 11 integriert.

Der Einspritzdruck läßt sich dabei über die Dimensionierung der Dicke der Distanzhülse 21 einstellen, über die der axiale Abstand zwischen mittiger Fixierung und äußerer Anlage des Ventilgliedes 11 und somit seine Vorspannkraft einstellbar ist.

Das in der Fig. 3 in einem Ausschnitt dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zum ersten Ausführungsbeispiel in der Ausbildung der mittigen Fixierung und Befestigung des Ventilgliedes 11 am Zapfen 9 des Ventilkörpers 1, wobei das Ventilglied 11 hier mit dem Zapfen 9 verschweißt, vorzugsweise Laser-verschweißt ist. Dabei hat diese Befestigung des Ventilgliedes 11 den Vorteil, daß auf einen Zapfen an der Verschlußplatte 17 verzichtet werden kann, was deren Aufbau wesentlich vereinfacht.

Bei dem in der Fig. 4 in einem weiteren Ausschnitt dargestellten dritten Ausführungsbeispiel überdeckt das federnde Ventilglied 11 mit seinem äußeren, die Ventildichtfläche 27 tragenden Rand vollständig die Eintrittsöffnung der Einspritzöffnung 31 in der Verschlußplatte 17, die hier einstückig mit der Distanzhülse ausgebildet ist.

Es ist somit mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil auf konstruktiv einfache Weise möglich erhebliche Vorteile gegenüber bekannten sogenannten Membrandüsen hinsichtlich Beanspruchung und Spritzlochanordnung- und Geometrie zu erreichen.

Claims (12)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), an dessen brennraumseitigen Ende ein mit einem Zulaufkanal (5) verbundener ringförmiger Druckraum (25) vorgesehen ist, der von einem federnden Ventilglied (11) begrenzt wird, das unter Eigenspannung mit einer Ventildichtfläche (27) an einem ortsfesten Ventilsitz (29) anliegt und vom Druck im Druckraum (25) von diesem abhebbar ist, wobei dem dabei aufgesteuerten Öffnungsquerschnitt wenigstens eine Einspritzöffnung (31) in den Brennraum der Brennkraftmaschine nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das als Membran ausgebildete federnde Ventilglied (11) in seiner Mitte gegenüber dem Ventilkörper (1) fixiert ist und mit seinem radial aufwärts weisenden Randbereich die federnd vom Ventilsitz (29) abhebbare Ventildichtfläche (27) bildet.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Ventilglied (11) in seinem mittigen Bereich zwischen einem axial von der brennraumseitigen Stirnfläche (7) des Ventilkörpers (1) vorstehenden Zapfen (9) und einem weiteren axial von der brennraumabgewandten Stirnfläche einer am Ventilkörper (1) befestigten Verschlußplatte (17) vorstehenden zweiten Zapfen (15) eingespannt ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Verschlußplatte (17) und dem federnden Ventilglied (11) eingeschlossene Ringraum den Druckraum (25) bildet.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufkanal (5) im Ventilkörper (1) an der Stirnfläche des Zapfens (9) an eine Durchgangsöffnung (13) im mittigen Bereich des Ventilgliedes (11) angrenzt, an die sich andererseits ein Verbindungskanal (23) im Zapfen (15) der Verschlußplatte (17) anschließt, der in den Druckraum (25) mündet.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (23) im Zapfen (15) der Verschlußkappe (17) durch eine axiale Sackbohrung gebildet ist, die von einer Querbohrung angeschnitten wird.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (17) mittels einer ihren radial äußeren Rand umgreifenden Spannmutter (19) axial gegen den Ventilkörper (1) verspannt ist, wobei zwischen der Stirnfläche (7) des Ventilkörpers (1) und der Verschlußplatte (17) eine Distanzhülse (21) eingespannt ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einem radial äußeren Bereich der dem Druckraum (25) zugewandten Stirnfläche der Verschlußplatte (17) eine kreisringförmiger Ventilsitzfläche (29) gebildet ist, an dem das Ventilglied (11) mit seiner am freien radial äußeren Randbereich angeordneten Ventildichtfläche (27) unter Vorspannung anliegt.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (17) an ihrem radial äußeren Randbereich der druckraumzugewandten Stirnfläche einen Ringabsatz (37) aufweist, über den sich die Stärke der Verschlußplatte (17) im Randbereich in Richtung Ventilkörper (1) vergrößert, wobei zwischen dem Rand des Ventilgliedes (11) und dem Ringabsatz (37) ein Spiel verbleibt.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Einspritzöffnungen (31) in der Verschlußplatte (17) vorgesehen sind, die radial auswärts der ringförmigen Ventilsitzfläche (29) von der den Druckraum (25) begrenzenden Stirnfläche der Verschlußplatte (17) abführen und in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verschlußplatte (17) und der Distanzhülse (21) ein Dichtring (35) vorgesehen ist, der an der druckraumabgewandten Stirnfläche des Ventilgliedes (11) anliegend, ein Überströmen von Kraftstoff in einen zwischen dem Ventilglied (11) und der Stirnfläche (7) des Ventilkörpers (1) gebildeten Raum (33) verhindert.

11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Ventilglied (11) als gewölbte Scheibe aus federndem Material ausgebildet ist.

12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Ventilglied (11) in seinem mittigen Bereich mit einem axial von der brennraumseitigen Stirnfläche (7) des Ventilkörpers (1) vorstehenden Zapfen (5) verschweißt ist.