DE19611884A1

DE19611884A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19611884A1
Application number: DE1996111884
Authority: DE
Inventors: Erguen Dipl Ing Filiz; Friedrich Dipl Ing Boecking; Stefan Dipl Ing Haug
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1997-10-02

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen aus der DE-OS 43 41 102 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein kolbenförmiges Ventilglied entgegen der Kraft einer Schließfeder axial verschiebbar in einer Bohrung eines Ventilkörpers geführt. Das Ventilglied weist an seinem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtfläche auf, mit der es zum Auf- bzw. Zusteuern einer Einspritzöffnung mit einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung vorgesehenen Ventilsitz zusammenwirkt. Zur Krafteinleitung des Kraftstoffhochdrucks in Öffnungsrichtung ist am Ventilglied eine in Richtung Ventildichtfläche weisende Druckschulter vorgesehen, durch die zudem das Ventilglied in einen im Durchmesser größeren, in der Bohrung gleitend geführten Führungsteil und einen im Durchmesser kleineren freien Schaftteil unterteilt ist, der bis an die Ventildichtfläche führt. Dabei ist im Bereich der Druckschulter am Ventilglied ein durch eine Querschnittserweiterung der Bohrung gebildeter Druckraum im Ventilkörper vorgesehen, der über einen zwischen dem freien Ventilgliedschaft und der Wand der Bohrung gebildeten Spalt mit dem Ventilsitz verbunden ist. An das dem Ventilsitz abgewandte Ende des Druckraumes schließt sich ein den Führungsteil des Ventilgliedes aufnehmender Führungsabschnitt der Bohrung an. Die Kraftstoffhochdruckzufuhr von einer externen Kraftstoffhochdruckpumpe in den Druckraum des Ventilkörpers erfolgt über einen den Ventilkörper axial durchdringenden Druckkanal, der radial auswärts der Bohrung in das ventilsitzabgewandte Ende des Druckraumes mundet, wobei der Druckkanal dabei geneigt zur Achse der Bohrung verläuft. Dabei wird im Verschneidungsbereich zwischen dem Eintrittsbereich des Druckkanals in den Druckraum und der Wand der Bohrung ein relativ dünnwandiger Steg gebildet, der einseitig vom Kraftstoffhochdruck im Druckkanal beaufschlagt wird. Diese zyklische bzw. schwellende Druckbeaufschlagung am Steg führt dabei insbesondere bei hohen Einspritzdrücken von oberhalb 1000 bar, wie sie moderne direkteinspritzende Dieselmotoren benötigen, zu Brüchen des Steges, die in Folge zum Totalausfall des gesamten Einspritzsystems führen können.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß infolge des Druckausgleiches am gefährdeten Querschnitt des Steges zwischen Druckkanal und Ventilkörperbohrung die Druckschwellfestigkeit am Steg auf über 2000 bar erhöht werden kann, was auch bei direkt einspritzenden Dieselmotoren eine problemlose Kraftstoffhochdruckeinspritzung über eine lange Betriebsdauer ermöglicht. Dies wird dabei in vorteilhafter Weise durch das Vorsehen eines Ringspaltes zwischen dem Ventilglied und dem Führungsabschnitt der Bohrung in Höhe der Verschneidung zwischen Druckkanal und Druckraum erreicht, der in jeder Hublage des Ventilgliedes erhalten bleibt und durch den ein hydraulischer Gegendruck am bruchgefährdeten, im Querschnitt kleinsten Bereich des Steges aufgebaut wird.

Dabei ist der Ringspalt in konstruktiv einfacher Weise durch eine Verkürzung der wirksamen Führungslänge des Ventilgliedes im Führungsabschnitt der Bohrung durch das Eintauchen der Druckschulter am Ventilglied in den Führungsabschnitt der Bohrung gebildet. Der auf diese Weise ständig gebildete Ringspalt erstreckt sich in axialer Richtung dabei bei am Ventilsitz anliegendem Ventilglied vorzugsweise etwa 1 mm und überdeckt somit den kritischen kleinsten Stegbereich zum Druckkanal. Da das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil vorzugsweise ein nach innen öffnendes Ventilglied aufweist, vergrößert sich der Ringspalt während der Hochdruckeinspritzung bei vom Ventilsitz abgehobenem Ventilglied, so daß gerade in dieser hohen Druckbelastungsphase ein großer Druckausgleichsraum am Steg bereitgestellt wird.

Es ist jedoch alternativ auch möglich, einen derartigen Druckausgleichsraum am kritischen Stegbereich an der Verschneidung zwischen Druckkanal und Druckraum bei Kraftstoffeinspritzventilen der nach außen öffnenden Bauart vorzusehen.

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

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der folgenden Beschreibung näher erläutert.

Dabei zeigt die Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Kraftstoffeinspritzventil in geschlossenem Zustand.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem in der Fig. 1 nur mit seinen erfindungswesentlichen Bauteilen dargestellten Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen weist ein mit seinem einen Ende in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ragender Ventilkörper 1 eine als brennraumseitig geschlossene Sackbohrung ausgebildete Bohrung 3 auf, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 5 axial verschiebbar geführt ist.

Das Ventilglied 5 weist an seinem brennraumseitigen Ende eine konische Ventildichtfläche 7 auf, mit der es mit einer am geschlossenen Ende der Bohrung 3 gebildeten konischen Ventilsitzfläche 9 dichtend zusammenwirkt. Von der Ventilsitzfläche 9 führt dabei eine Einspritzöffnung 11 ab, die in den nicht näher dargestellten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines direkteinspritzenden Dieselmotors mündet.

Das Ventilglied weist weiterhin eine durch eine Querschnittsverringerung in Richtung Ventildichtfläche 7 gebildete Druckschulter 13 auf, durch die das Ventilglied 5 in einen im Durchmesser größeren, in der Bohrung 3 gleitend geführten oberen Führungsteil 15 und einen im Durchmesser kleineren freien Schaftteil 17 unterteilt ist, wobei sich der Schaftteil 17 mit konstantem zylindrischen Querschnitt bis an die Ventildichtfläche 7 erstreckt.

Desweiteren ist ein Druckraum 19 im Ventilkörper 1 vorgesehen, der durch eine Querschnittserweiterung der Bohrung 3 gebildet ist und der an seinem ventilsitzzugewandten unteren Ende über einen zwischen dem freien Ventilgliedschaft 17 und der Wand der Bohrung 3 gebildeten Spalt 21 mit dem Ventilsitz 9 verbunden ist. Am oberen, dem Ventilsitz 9 abgewandten Ende grenzt der Druckraum 19 an einen den Führungsteil 15 des Ventilgliedes 5 aufnehmenden Führungsabschnitt 23 der Bohrung 3. Die Kraftstoffhochdruckzufuhr von einer externen Hochdruckquelle, vorzugsweise einer Einspritzpumpe in den Druckraum 19 erfolgt dabei über einen den Ventilkörper 1 axial durchdringenden Druckkanal 25, der geneigt zur Achse der Bohrung 3 verläuft und radial auswärts der Bohrung 3 in das ventilsitzabgewandte Ende des Druckraumes 19 einmündet. Dabei wird zwischen der Bohrung 3 und dem Druckkanal 25 ein Steg 27 im Ventilkörper 1 gebildet, der im Überschneidungsbereich zwischen der Bohrung 3 und der Einmündung des Druckkanals 25 in den Druckraum 19 einen Zwickel 29 bildet, der die geringste Wandstärke des Steges 27 aufweist.

Zur Erhöhung der Druckschwellfestigkeit des Steges 27 im Bereich des Zwickels 29 ist im Führungsabschnitt 15 der Bohrung 3 in Höhe des Zwickels 29 zwischen dem Ventilglied 5 und der Wand der Bohrung 3 ein Ringspalt 31 vorgesehen, der durch das vollständige Eintauchen der Druckschulter 13 in den Führungsabschnitt 23 der Bohrung 3 gebildet ist. Dabei ist es wesentlich, daß die Druckschulter 13 in jeder Ventilgliedlage in den Führungsabschnitt 23 eingetaucht bleibt, so daß der zwischen dem Schaftteil 17 des Ventilgliedes 5 und der Wand des Führungsabschnitts 23 gebildete Ringspalt 31 ständig erhalten bleibt.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen arbeitet in folgender Weise. In Ruhelage wird das Ventilglied 5 von einer nicht gezeigten Schließfeder mit der Ventildichtfläche 7 in Anlage an der Ventilsitzfläche 9 gehalten, so daß die in den Brennraum mündende Einspritzöffnung 11 verschlossen ist. Am Beginn der Hochdruckeinspritzung gelangt unter hohem Druck stehender Kraftstoff über den Druckkanal 25 in den Druckraum 19 und über den Spalt 21 weiter bis an den Ventilsitz 9. Dabei übersteigt die in Öffnungsrichtung an der Druckschulter 13 des Ventilgliedes 5 angreifende hydraulische Kraft bald die Schließkraft der Feder, so daß das Ventilglied 5 vom Ventilsitz 9 abhebt und der Kraftstoff über den zwischen der Ventildichtfläche 7 und dem Ventilsitz 9 aufgesteuerten Öffnungsquerschnitt über die Einspritzöffnung 11 zur Einspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Die Einspritzung wird durch die Beendigung der Kraftstoffhochdruckzufuhr beendet, so daß der in Öffnungsrichtung am Ventilglied 5 angreifende Druck wieder unter die Rückstellkraft der Schließfeder sinkt, die das Ventilglied 5 dann wieder in Anlage an den Ventilsitz 9 verschiebt.

Dabei wird die im Zwickelbereich 29 den Steg 27 angreifende schwellende Druckkraft über den Ringspalt 31 auch auf die dem Druckkanal 25 abgewandte Stegseite geleitet, so daß im Ringspalt 31 eine Gegenkraft auf den Steg 27 aufgebaut werden kann. Auf diese Weise wird die Beanspruchung des Steges 27 im Bereich des Zwickels 29 deutlich herabgesetzt, was die Dauerfestigkeit des Ventilkörpers erheblich erhöht, so daß nun auch sehr hohe Einspritzdrücke von über 2000 bar möglich sind.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung (3) eines Ventilkörpers (1) axial verschiebbaren kolbenförmigen Ventilglied (5), das an seinem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtfläche (7) aufweist, die zum Aufsteuern eines Einspritzquerschnitts mit einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung (3) vorgesehenen Ventilsitz (9) zusammenwirkt und mit einer in Richtung Ventildichtfläche (7) weisenden Druckschulter (13) am Ventilglied (5), durch die das Ventilglied (5) in einen im Durchmesser größeren, in der Bohrung (3) gleitend geführten Führungsteil (15) und einen im Durchmesser kleineren freien Schaftteil (17) unterteilt ist, sowie mit einem durch eine Querschnittserweiterung der Bohrung gebildeten Druckraum (19), der über einen zwischen dem freien Schaft (17) des Ventilgliedes (5) und der Wand der Bohrung (3) gebildeten Spalt (21) mit dem Ventilsitz (9) verbunden ist und an den sich am ventilsitzabgewandten Ende ein den Führungsteil (15) des Ventilgliedes (5) aufnehmender Führungsabschnitt (23) der Bohrung (3) anschließt, und mit einem den Ventilkörper (1) axial durchdringenden Druckkanal (25), der radial auswärts der Bohrung (3) in das ventilsitzabgewandte Ende des Druckraums (19) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschulter (13) am Ventilglied (5) ständig derart weit in den Führungsabschnitt (23) der Bohrung (3) eintaucht, daß am dem Druckraum (19) benachbarten Ende des Führungsabschnitts (23) der Bohrung (3) ein Ringspalt (31) zwischen dem Ventilglied (5) und der Wand der Bohrung (3) verbleibt.

2. Verwendung eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß Anspruch 1 zur Kraftstoffeinspritzung in eine selbstzündende Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraft stoffeinspritzventil zur Kraftstoffeinspritzung an einer direkt in den Brennraum einspritzenden Brennkraftmaschine mit einem Einspritzdruck von wenigstens 1000 bar verwendet wird.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Druckraum (19) mündende Druckkanal (25) zur Achse der Bohrung (3) geneigt im Ventilkörper (1) angeordnet ist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkanal zulaufseitig mit einer Kraftstoffhochdruckquelle verbindbar ist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Führungsabschnitt (23) der Bohrung (3) gebildete Ringspalt (31) sich über einen im Querschnitt verringerten Stegbereich (29) zwischen der Bohrung (3) und dem druckraumnahen Ende des Druckkanals (25) erstreckt.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (31) im Führungsabschnitt (23) der Bohrung (3) eine axiale Erstreckung von etwa 1 mm aufweist.