DE19611872A1 - 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 der CH-PS 350835 bekannten Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen ist ein kolbenförmiges Ventilglied axial verschiebbar in einem Ventilkörper geführt, der mit seiner brennraumabgewandten Stirnfläche axial an einem Ventilhaltekörper festgespannt ist. An der dem Ventilkörper abgewandten Stirnfläche des Ventilhaltekörpers ist eine sogenannte obenliegende Federkammer gebildet, in die zwei koaxial zueinander angeordnete Ventilfedern eingesetzt sind. Diese Ventilfedern beaufschlagen das Ventilglied über eine den Ventilhaltekörper axial durchdringende Druckstange in Schließrichtung, wobei eine erste Ventilfeder ständig auf das Ventilglied wirkt, während eine zweite Ventilfeder erst nach Durchlaufen eines bestimmten Öffnungshubweges des Ventilgliedes an diesem angreift. Dabei ist es durch die obenliegende Federkammer möglich einen seitlichen Kraftstoffanschluß am Ventilhaltekörper vorzusehen, der zwischen der Federkammer und dem Ventilkörper angeordnet ist, was den Vorteil einer kurzen Hochdruckleitung zum Einspritzventil hat, die zudem in einem Bereich großer Wandstärke im Ventilhaltekörper verlaufen kann, was die Hochdruckfestigkeit des Ventils erhöht. Weiterhin wird der für die Aufnahme der Ventilfedern zur Verfügung gestellte Bauraum auf diese Weise nicht durch eine zusätzliche Druckleitung oder durch die Einbauverhältnisse am Motor beeinträchtigt, so daß eine relativ freie Federauswahl möglich ist.

Dabei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil jedoch den Nachteil auf, daß keine Einstellmöglichkeit der Vorspannkraft der Ventilfedern vorgesehen ist, die jedoch für eine Einstellung der Öffnungsdrücke des Einspritzventils dringend erforderlich ist. Aus dem Stand der Technik sind zwar weiterhin bereits Kraftstoffeinspritzventile mit derartigen Einstellmöglichkeiten bekannt, jedoch handelt es sich dort immer um Einspritzventile mit untenliegender Federkammer, bei denen sich der Hochdruckanschluß auf der dem Ventilkörper abgewandten Seite der Federkammer befindet. Diese Einspritzventile weisen jedoch den Nachteil auf, daß für eine Einstellung der Öffnungsdrücke bzw. Vorspannkraft der Federn das gesamte Einspritzventil demontiert werden muß, so daß nachträgliche Fehlmontagen oder Verschmutzungen der Kraftstoffhochdruck führenden Bauteile auftreten können.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Einstellung der Öffnungsdrücke des Ventils bzw. der Vorspannkraft der Ventilfedern von oben möglich ist, ohne dazu die Kraftstoffhochdruck führenden Bauteile zu demontieren.

Dies kann in vorteilhafter Weise mittels Einstellscheiben unterschiedlicher Stärke erfolgen, die zwischen einer ortsfesten Anlagefläche und den Ventilfedern axial eingespannt werden. Die Federkammer wird dabei durch eine, ein separates Bauteil bildende Kappe gebildet, die in einfacher Weise in einen Flansch an der dem Ventilkörper abgewandten Seite des Ventilhaltekörpers eingeschraubt ist. Die konstruktiv einfach ausgebildete Kappe bildet dabei mit ihrer geschlossenen Stirnfläche eine erste Absatz- bzw. Anlagefläche für eine erste radial innenliegende Ventilfeder und mit einer durch eine Durchmesserveränderung gebildeten Ringschulter eine zweite Anlagefläche für eine radial äußere Ventilfeder. Dabei kann die Kappe aus einem einfachen und kostengünstigen Werkstoff gefertigt sein, da sie keine hohen Dichtdrücke aufbringen muß.

Die im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigte Einstellmöglichkeit der Vorspannung der Ventilfedern von oben weist den Vorteil auf, daß sie vollständig von außen betätigbar ist, so daß auf eine Demontage von Bauteilen zum Einstellen der Öffnungsdrücke ganz verzichtet werden kann. Dazu wird die Federkammer an ihrem dem Ventilhaltekörper abgewandten Ende nunmehr durch eine eingeschraubte Hohlschraube begrenzt, deren in die Federkammer ragende Ringstirnfläche die Anlage für die radial äußere Ventilfeder bildet. In eine zentrale Durchgangsbohrung der Hohlschraube ist eine weitere Einstellschraube eingeschraubt, die mit ihrer in die Federkammer ragenden Stirnfläche eine weitere Ablagefläche für die radial innenliegende Ventilfeder bildet. Dabei läßt sich nunmehr in einfacher Weise über die Einschraubtiefe der beiden Einstellschrauben die Vorspannkraft der Ventilfedern und so der Öffnungsdruck des Einspritzventils von außen einstellen.

Die Sicherung der eingestellten Lage der Einstellschrauben erfolgt dabei über Kontermuttern. Die Leckölabführung erfolgt weiterhin über eine von der Führungsbohrung im Ventilhaltekörper abführende Leckölbohrung, wobei jedoch ein bestimmter Lecköldruck im System gehalten wird, um einen Leckölzufluß in die Federkammer zur Schmierung der Ventilfedern sicherzustellen. Alternativ kann das Lecköl auch über entsprechende Anschlüsse aus der Federkammer direkt abgeführt werden. Dabei erfolgt die Leckölabdichtung bei Verwendung der Kappe über einen zwischen der Kappe und der Wand des Flansches eingespannten Dichtring.

Ein weiterer Vorteil der gezeigten Ventilkonstruktion wird durch das Aufsetzen einer geschlitzten Hülse auf die in der Führungsbohrung geführte Druckstange erreicht, die mit ihrem Außenumfang an der Bohrungswand gleitet und die dabei aus Bronze oder Messing gefertigt ist, so daß der Reibungsverschleiß noch einmal minimiert werden kann. Um die Hochdruckfestigkeit des Ventilhaltekörpers, insbesondere für Einspritzdrücke von bis zu 2000 bar zu erhöhen, kann zudem die seitliche Zulaufbohrung des Hochdruckanschlusses an der axialen Führungsbohrung vorbeigeführt und die axiale Zulaufbohrung hinter der Führungsbohrung angeordnet sein, so daß eine gleichmäßige Spannungsverteilung am Ventilhaltekörper erzielt wird. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils in einem Längsschnitt, bei dem die Ventilfedern in einer aufgesetzten Kappe angeordnet sind, die Fig. 2 eine modifizierte Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels in einem vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 1 und die Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel analog zur Darstellung der Fig. 1, bei dem die Federkammer von zwei die Ventilfedern beaufschlagenden Einstellschrauben begrenzt ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils weist ein mit seinem freien Ende in den Brennraum der Brennkraftmaschine ragender Ventilkörper 1 eine als Sackbohrung ausgebildete Ventilgliedbohrung 3 auf, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 5 axial verschiebbar geführt ist. Das Ventilglied 5 weist an seiner unteren, brennraumseitigen Stirnfläche eine konische Ventildichtfläche 7 auf, mit der es zur Steuerung eines Einspritzquerschnitts mit einer am geschlossenen Ende der Ventilgliedbohrung 3 angeordneten konischen Ventilsitzfläche 9 zusammenwirkt, von der zwei Einspritzöffnungen 11 in den Brennraum der Brennkraftmaschine abführen. Das Ventilglied 5 weist weiterhin eine in Richtung Ventilsitz 9 weisende Druckschulter 13 auf, die in einen durch eine Querschnittserweiterung der Bohrung 3 gebildeten Druckraum 15 ragt, in den zudem ein Druckkanal 17 mündet und der über einen Ringspalt 19 mit dem Ventilsitz 9 verbunden ist. Der Ventilkörper 1 ist an seinem brennraumabgewandten Ende mittels einer Spannmutter 21 axial an einem Ventilhaltekörper 23 festgespannt, der eine zentrische Führungsbohrung 25 aufweist, die sich in axialer Verlängerung zur Ventilgliedbohrung 3 im Ventilkörper 1 erstreckt. In dieser Führungsbohrung 25 ist eine Druckstange 27 geführt, die an der brennraumabgewandten Stirnfläche 28 des Ventilgliedes 5 anliegt.

An die obere, dem Ventilkörper 1 abgewandte Stirnfläche 29 des Ventilhaltekörpers 23 schließt sich eine Federkammer 31 an, in der zwei koaxial zueinander angeordnete, das Ventilglied 5 in Schließrichtung auf den Ventilsitz 9 hin beaufschlagende Ventilfedern angeordnet sind. Dabei wirkt eine erste, radial innenliegende Ventilfeder 33 über einen am ventilgliedfernen Ende der Druckstange 27 anliegenden Federteller 35 ständig auf das Ventilglied 5, während eine radial außenliegende zweite Ventilfeder 37 über ein die Druckstange 27 umgebendes, an der Stirnfläche 29 anliegendes scheibenförmiges Druckstück 39 erst nach Durchlaufen eines bestimmten Öffnungshubs des Ventilgliedes 5 an einem Ringabsatz 41 der Druckstange 27 zur Anlage gelangt. Die ortsfesten Gegenanschlagflächen der Ventilfedern 33, 37 werden durch eine die Federkammer 31 begrenzende Kappe 43 gebildet, die mittels eines Gewindes 44 am Außenumfang ihres offenen Endes in einen axial von der Stirnfläche 29 des Ventilhaltekörpers 23 vorstehenden Flansch 45 eingeschraubt ist. Dabei bildet die geschlossene Stirnfläche der Kappe 43 einen ersten ortsfesten Absatz 474 bzw. eine erste Anschlagfläche, an dem sich die erste, radial innenliegende Ventilfeder 33 abstützt. Die Kappe 43 vergrößert ihren Durchmesser in Richtung Ventilhaltekörper 23 unter Bildung eines Ringabsatzes 49, der eine zweite Anschlagfläche bildet, an der sich die zweite, radial äußere Ventilfeder 37 abstützt. Dabei läßt sich die Vorspannkraft der Ventilfedern 33, 37 durch das Vorsehen von Einstellscheiben unterschiedlicher Stärke zwischen den Federn 33, 37 und den Anschlagflächen 47, 49 oder dem Federteller 35 bzw. Druckstück 39 einstellen.

Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Einstellung der Vorspannkraft der innenliegenden Ventilfeder 33 über einen zwischen der Feder 33 und dem Absatz 47 eingespannten Einstellscheibe 51 und der außenliegenden Ventilfeder 37 über die Dimensionierung des Druckstückes 39, das dabei auch als Einstellscheibe dient, so daß auf eine zusätzliche, zwischen der Ventilfeder 37 und dem Ringabsatz 49 eingespannte Scheibe verzichtet werden kann.

Die Kraftstoffhochdruckzufuhr zum Einspritzventil erfolgt über einen seitlichen Hochdruckanschluß 53, der zwischen der Federkammer 31 und dem Ventilkörper 1 angeordnet ist und mittels einer axialen Druckleitung 55 mit dem Druckkanal 17 zum Druckraum 15 verbunden ist. Gegen diesen seitlichen Hochdruckanschluß 53 ist in bekannter Weise ein Druckrohrstutzen 57 im Gehäuse der Brennkraftmaschine verspannt, der einen Kraftstoffilter 59 aufweist und dessen freies Ende an eine nicht dargestellte, von einer Einspritzpumpe abführende Kraftstoffeinspritzleitung angeschlossen ist.

Die Abführung des Lecköls am Ventilglied 5 erfolgt über eine von der Führungsbohrung 25 im Ventilhaltekörper 23 abführende Leckölbohrung 61, die an den Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, wobei die Druckverhältnisse im Leckölstrom so ausgelegt sind, daß ein Teil des Lecköls in die Federkammer 31 gelangt und dort die Ventilfedern 33, 37 schmiert.

Bei dem in der Fig. 2 leicht modifizierten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Kappe 43 und dem Flansch 45 ein Dichtring 63, vorzugsweise ein O-Ring eingespannt, der das Einspritzventil nach außen abdichtet. Zudem ist in Höhe des Ringabsatzes 41 eine geschlitzte Hülse 65 auf der Druckstange 27 vorgesehen, die mit ihrem Außenumfang an der Wand der Führungsbohrung 25 gleitet und aus einem verschleißfesten Werkstoff, z. B. Messing oder Bronze ausgebildet ist. Der Lecköldurchtritt an der Hülse 65 in die Federkammer 31 ist dabei durch den Längsschlitz in der Hülse 65 gewährleistet.

Das in der Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel in der Art der Einstellung der Ventilfedern 33, 37 und der Ausbildung der Federkammer 31 bei ansonsten gleichem Aufbau und gleicher Funktion zum in der Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel.

Die Federkammer 31 ist dabei direkt im axial verlängerten Flanschstück 45 des Ventilhaltekörpers 23 vorgesehen, in dessen offenes Ende zunächst eine erste von außen einstellbare Einstellschraube 67 eingeschraubt ist, die als Hohlschraube ausgebildet ist und mit ihrer in die Federkammer 31 ragenden Ringstirnfläche 69 eine Anlagefläche für die radial außenliegende Ventilfeder 37 bildet. Die Einstellschraube 67 weist an ihrem aus der Federkammer 31 ragenden Ende eine Gewindeöffnung 71 auf, in die eine zweite von außen betätigbare Einstellschraube 73 eingeschraubt ist. Diese zweite Einstellschraube 73 bildet mit ihrer in den Innendurchmesser 75 der ersten Einstellschraube 67 ragenden Stirnfläche 77 eine Anlagefläche für die radial innenliegende Ventilfeder 33, wobei zur besseren Führung der Feder 33 ein Zapfen von der Stirnfläche 77 vorsteht. Die Einstellschrauben 67, 73 weisen an ihren Mantelflächen Profile zum Eingriff für ein Schraubwerkzeug sowie Außengewinde zum Aufbringen von Kontermuttern 79 auf, durch die sie in ihrer Lage fixierbar sind.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil arbeitet in folgender Weise.

In geschlossenem Zustand wird das Ventilglied 5 durch die ständig auf dieses wirkende Ventilfeder 33 in Anlage am Ventilsitz 9 gehalten, so daß der Durchgang zur Einspritzöffnung 11 verschlossen ist.

Soll eine Einspritzung erfolgen wird dem Einspritzventil über den Rohrstutzen 57 unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt, der über den seitlichen Hochdruckanschluß 53, die Druckleitung 55 und den Druckkanal 17 in den Druckraum 15 strömt, wo er sich über den Ringspalt 19 bis an den Ventilsitz 9 fortsetzt. Nach Erreichen eines bestimmten Einspritzdruckes übersteigt die in Öffnungsrichtung an der Schulter 13 des Ventilgliedes 5 angreifende Druckkraft die Rückstellkraft der Ventilfeder 33 und das Ventilglied 5 wird vom Ventilsitz 9 abgehoben, so daß zwischen Ventildichtfläche 7 und Ventilsitzfläche 9 ein Öffnungsquerschnitt aufgesteuert wird, über den der Kraftstoff in die Einspritzöffnungen 11 und weiter in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine gelangt. Das Ventilglied 5 und die Druckstange 27 bewegen sich soweit weiter in Öffnungsrichtung nach oben, bis der Ringabsatz 41 der Druckstange 27 an dem Druckstück 39 anliegt, so daß nun auch die zweite Ventilfeder 37 wirksam wird. Dabei verursacht der plötzliche Anstieg der Rückstellkraft eine Unterbrechung der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 5, das in seiner Lage verharrt (Ende Vorhub). Mit dem weiteren Ansteigen des Kraftstoffdruckes im Druckraum 15 wird nun auch die Kraft der zweiten Ventilfeder 37 überwunden und das Ventilglied 5 setzt seine Öffnungshubbewegung bis zur Anlage der brennraumabgewandten Ventilgliedstirnfläche 28 an der Stirnfläche des Ventilhaltekörpers 23 fort, durch die der Gesamthub und der maximale Öffnungsquerschnitt bestimmt sind.

Nach Beendigung der Hochdruckzufuhr sinkt der Druck im Druckraum 15 wieder unter den Einspritzdruck und das Ventilglied 5 wird von den Ventilfedern 33, 37 an den Ventilsitz 9 zurückbewegt.

Dabei läßt sich über die Vorspannkraft der radial innen liegenden, ständig am Ventilglied 5 angreifenden Ventilfeder 33 der Einspritzöffnungsdruck der Vorhubphase und über die äußere Ventilfeder 37 der Öffnungsdruck der zweiten Hubphase des Ventilgliedes 5 einstellen.

Diese Einstellung ist am erfindungsgemäßen Einspritzventil in einfacher Weise von oben möglich, wozu beim ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1, 2) die entsprechenden Einstellscheiben 51, 39 durch Abschrauben der Kappe 43 leicht austauschbar sind.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) kann die Einstellung der Vorspannkraft der Ventilfedern 33, 37 über die Einschraubtiefe der Einstellschrauben 67, 73 in einfacher Weise von außen vorgenommen werden, wobei die Einstellagen der Einstellschrauben dabei mittels Kontermuttern 79 gegen ein selbständiges Verdrehen gesichert sind.

Claims (8)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem kolbenförmigen Ventilglied (5), das axial verschiebbar in einem Ventilkörper (1) geführt ist, der axial an einem Ventilhaltekörper (23) festgespannt ist und mit einer an der dem Ventilkörper (1) abgewandten Stirnfläche (29) des Ventilhaltekörpers (23) gebildeten Federkammer (31) zur Aufnahme von zwei koaxial zueinander angeordneten, das Ventilglied (5) in Schließrichtung beaufschlagenden Ventilfedern, von denen eine erste Ventilfeder (33) ständig auf das Ventilglied (5) wirkt und eine zweite Ventilfeder (37) erst nach Durchlaufen einer Vorhubbewegung des Ventilgliedes (5) in Öffnungsrichtung an diesem angreift, sowie mit einem zwischen der Federkammer (31) und dem Ventilkörper (1) angeordneten seitlichen Kraftstoffhochdruckanschluß (53) im Ventilhaltekörper (23), dadurch gekennzeichnet, daß die Federkammer (31) durch ein am Ventilhaltekörper (23) axial verspanntes weiteres Bauteil gebildet ist, an dem eine erste Anschlagfläche für die erste Ventilfeder (33) und eine von dieser getrennte zweite Anschlagfläche für die zweite Ventilfeder (37) vorgesehen ist, wobei den Anschlagflächen Mittel zum Einstellen der Vorspannkraft der Ventilfedern (33, 37) zugeordnet sind.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkammer (31) in einer gegen die dem Ventilkörper (1) abgewandte Stirnfläche (29) des Ventilhaltekörpers (23) verspannten Kappe (43) ausgebildet ist, an deren dem Ventilhaltekörper (23) abgewandter, geschlossener Stirnseite eine erste Anschlagfläche (47) und an einer durch eine Durchmesserverringerung der Kappe (43) gebildeten Ringfläche eine zweite Anschlagfläche (49) zur Anlage der Ventilfedern (33, 37) gebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel der Ventilfedern (33, 37) als Einstellscheiben ausgebildet sind, die jeweils zwischen einem ortsfesten Absatz, vorzugsweise den Anschlagflächen (47, 49) und einer Ventilfeder (33, 37) axial eingespannt sind.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (43) mit einem an ihrem offenen Ende vorgesehen Außengewinde (44) in ein entsprechendes Innengewinde an einem axial von der Stirnfläche (29) des Ventilhaltekörpers (23) vorstehenden Flansches (45) eingeschraubt ist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wand der Kappe (43) und des Flansches (45) ein Dichtring (63) eingespannt ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel der Ventilfedern (33, 37) durch von außen zugängliche, in den Ventilhaltekörper (23) einschraubbare Einstellschrauben gebildet werden, die in die Federkammer (31) ragen und durch die jeweils eine Anschlagfläche einer der Ventilfedern verstellbar ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Einstellschraube (67) durch eine axial in das dem Ventilhaltekörper (23) abgewandte offene Ende der Federkammer (31) eingeschraubte Hohlschraube gebildet wird, deren in die Federkammer (31) ragende Ringstirnfläche (69) eine Anschlagfläche für eine radial außenliegende Ventilfeder (37) bildet und in deren die Federkammer (31) begrenzenden Innendurchmesser (71, 75) eine zweite Einstellschraube (73) eingeschraubt ist, die mit ihrer in die Hohlschraube ragenden Stirnfläche (77) eine weitere Anschlagfläche für eine radial innenliegende Ventilfeder (33) bildet.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einen verstellbaren Anschlag für die Ventilfedern (33, 37) bildenden Einstellschrauben (73, 67) mittels Kontermuttern (79) in ihrer Position fixierbar sind.