DE19618650A1

DE19618650A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19618650A1
Application number: DE1996118650
Authority: DE
Inventors: Johann Ing Grad Warga; Erguen Dipl Ing Filiz; Friedrich Dipl Ing Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-05-09
Filing date: 1996-05-09
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2016-05-10
Also published as: GB2312925A; DE19618650B4; GB9708469D0; GB2312925B

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 Ringspalt 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 mündet, 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 Wandsteg im Ventilkörper gebildet, der einseitig vom Kraftstoffhochdruck im Druckkanal beaufschlagt wird. Diese zyklische bzw. schwellende einseitige Druckbeaufschlagung am Steg führt dabei insbesondere bei hohen Einspritzdrücken von oberhalb 1000 bar, wie sie moderne direkteinspritzende Dieselmotoren benötigen, zu Brüchen des Wandsteges, 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 der Erhöhung der Druckeigenspannung des Ventilkörpers im Wandstegbereich in Höhe des Zwickels zwischen Druckkanal und Ventilkörperbohrung die Druckschwellfestigkeit am Wandsteg auf über 2000 bar erhöht werden kann, was auch bei direkt einspritzenden Dieselmotoren eine problemlose Kraftstoffhochdruckeinspritzung über eine lange Betriebsdauer ermöglicht.

Dabei wird diese Erhöhung der Druckeigenspannung in vorteilhafter Weise durch eine gezielte Wärmebehandlung des Wandsteges im Ventilkörper erreicht, bei der der Wandsteg in einem ersten Schritt erhitzt und in einem zweiten Schritt schnell abgekühlt (abgeschreckt) wird. Die Wärmebehandlung kann dabei durch ein sogenanntes Vakuumhärten mit Stickstoff- oder Ölabschreckung erfolgen, es können aber alternativ auch gleichwertige Wärmebehandlungsverfahren eingesetzt werden.

Versuche mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil ergaben dabei z. B. bei einer Erhöhung der Druckeigenspannung des Wandsteges im Zwickelbereich von 167 auf 222 N/mm² mittels einer gezielten Wärmebehandlung, eine Erhöhung der Druckschwellfestigkeit von 1520 bar auf 1640 bar. Besonders vorteilhaft sind dabei Eigenspannungen größer 222 N/mm² für Druckschwellfestigkeitswerte im Zwickelbereich von etwa 2000 bar.

Weitere Vorteile und vorteilhafte 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 Ringspalt 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 gleitend 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 Wandsteg 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 Wandsteges 27 im Bereich des Zwickels 29 weist der Wandsteg 27 eine gegenüber dem übrigen Ventilkörper 1 erhöhte Druckeigenspannung auf. Diese erhöhte Druckeigenspannung am Wandsteg 27 insbesondere im Bereich des Zwickels 29 wird dabei durch eine gezielte Wärmebehandlung des Wandsteges 27 erreicht, bei der der Wandsteg 27 in einem ersten Schritt erhitzt und in einem zweiten Schritt abgeschreckt wird.

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 Ringspalt 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 durch durch die erhöhte Druckeigenspannung des Wandsteges 27 im Bereich des Zwickels 29 die Druckschwellfestigkeit derart erhöht, daß auch bei hohen Einspritzdrücken über eine lange Betriebsdauer Brüche des Wandsteges 27 sicher vermieden werden können.

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 sowie mit einer in Richtung Ventildichtfläche (7) weisenden Druckschulter (13) am Ventilglied (5), die in einen durch eine Querschnittserweiterung der Bohrung (3) gebildeten Druckraum (19) im Ventilkörper (1) ragt, der über einen zwischen dem Ventilglied (5) und der Wand der Bohrung (3) gebildeten Ringspalt (21) mit dem Ventilsitz (9) verbunden ist und an den sich am ventilsitzabgewandten Ende ein das Ventilglied (5) gleitend 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, wobei zwischen der Bohrung (3) und dem geneigt zu dieser angeordneten Druckkanal (25) ein Wandsteg (27) gebildet ist, der im Bereich der Verschneidung zwischen der Bohrung (3) und dem druckraumnahen Teil des Druckkanals (25) einen im Querschnitt verringerten Zwickel (29) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1) am Wandsteg (27) im Bereich des Zwickels (29) eine höhere Druckeigenspannung aufweist als im übrigen Bereich.

2. Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die höhere Eigenspannung des Wandsteges (27) des Ventilkörpers (1) zwischen der Bohrung (3) und dem Druckkanal (25) durch eine zusätzliche Wärmebehandlung des Ventilkörpers (1) im Bereich des Wandsteges (27) erzielbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in zwei Stufen erfolgt, wobei während einer ersten Stufe der Wandsteg (27) auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und während einer zweiten Stufe der erhitzte Wandstegbereich sehr plötzlich abgekühlt wird.