DE19850387A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), der eine Führungsbohrung (9) aufweist, in der ein Ventilglied (11) zur Steuerung eines Einspritzquerschnittes axial verschiebbar geführt ist und der mit seiner brennraumabgewandten Stirnfläche über eine Zwischenscheibe (3) axial gegen einen Ventilhaltekörper (7) verspannt ist, wobei im Ventilkörper (1) ein, durch eine Querschnittserweiterung der Führungsbohrung (9) gebildeter Druckraum (13) vorgesehen ist, der über einen, den Ventilkörper (1), die Zwischenscheibe (3) und den Ventilhaltekörper (7) durchdringenden Druckkanal (21) mit Kraftstoffhochdruck befüllbar ist. Dabei ist der im Ventilkörper (1) verlaufende Teilbereich des Druckkanals (21) als Schrägbohrung (23) ausgebildet, die zu einer Längsachse des Kraftstoffeinspritzventils einen Neigungswinkel zwischen 15 und 35 Grad aufweist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen, aus der Schrift DE 195 08 636 bekannten Kraftstoffeinspritzventil mündet ein Ventilkörper mit seinem freien Ende in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine. Dabei weist der Ventilkörper eine, von seiner brennraumfernen Stirnfläche ausgehende axiale Sackbohrung auf, die als Führungsbohrung für ein kolbenförmiges Ventilglied dient, das in dieser Führungsbohrung axial verschiebbar geführt ist. Das Ventilglied weist dabei an seinem brennraumzugewandten unteren Ende eine Ventildichtfläche auf, mit der es mit einer am geschlossenen Ende der Führungsbohrung gebildeten Ventilsitzfläche zusammenwirkt. Dabei ist stromabwärts der Dichtlinie zwischen Ventildichtfläche und Ventilsitzfläche eine Einspritzöffnung in der Wand des Ventilkörpers vorgesehen, die von der Führungsbohrung ausgehend in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine mündet, wobei der Kraftstoffdurchtritt zu dieser Einspritzöffnung durch den Dichtquerschnitt zwischen Ventilsitzfläche und Ventildichtfläche gesteuert wird.

An seinem brennraumabgewandten Ende ist der Ventilkörper des bekannten Kraftstoffeinspritzventils über eine Spannmutter axial gegen einen Ventilhaltekörper verspannt, wobei zwischen den einander zugewandten Stirnflächen des Ventilkörpers und des Ventilhaltekörpers eine Zwischenscheibe eingespannt ist.

Desweiteren weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil im Ventilkörper einen Druckraum auf, der durch eine Querschnittserweiterung der Führungsbohrung gebildet ist und in den das Ventilglied mit einer in Öffnungsrichtung weisenden Druckschulter ragt. Dieser Druckraum erstreckt sich bis an die Ventilsitzfläche und wird über einen Druckkanal mit Kraftstoffhochdruck befüllt. Dazu durchragt der Druckkanal den Ventilkörper, die Zwischenscheibe und den Ventilhaltekörper und ist mittels einer externen Kraftstoffhochdruckzulaufleitung an eine Kraftstoffhochdruckpumpe anschließbar. Der im Ventilkörper verlaufende Teil des Druckkanals ist dabei ausgehend von der, der Zwischenscheibe zugewandten Stirnfläche als Schrägbohrung ausgebildet und schneidet den Druckraum an seinem radial auswärtsweisenden Ende an.

Dabei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil den Nachteil auf, daß ein zwischen der Führungsbohrung und der Schrägbohrung im Ventilkörper gebildeter Zwickelbereich die Hochdruckfestigkeit des gesamten Kraftstoffeinspritzventils stark beeinträchtigt. Um diesen Zwickel- bzw. Spickelbereich insbesondere in Höhe der Eintrittsmündung der Schrägbohrung in den Druckraum hochdruckfester auszubilden, sind bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil die Ringschultern des Ventilhaltekörpers und der Spannmutter bereits derart angeschrägt ausgebildet, daß die axialen Einspannkräfte am Kraftstoffeinspritzventil eine radial einwärts gerichtete Kraftkomponente in den Ventilkörper einleiten, um so einem Aufweiten der Führungsbohrung im Spickelbereich entgegenzuwirken. Dabei ist jedoch auch diese Maßnahme für eine signifikante Erhöhung der Hochdruckfestigkeit des Ventilkörpers im Verschneidungsbereich zwischen Schrägbohrung, Führungsbohrung und Druckraum nicht ausreichend, da der zwischen Schrägbohrung des Druckkanals und Führungsbohrung verbleibende Wandstegbereich weiterhin sehr klein und somit die Gefahr eines Bruches an dieser Stelle bei sehr hohen Kraftstoffeinspritzdrücken bestehen bleibt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Wandstegbereich zwischen der Schrägbohrung des Druckkanales und der Führungsbohrung insbesondere im Bereich der Eintrittsöffnung der Schrägbohrung in den Druckraum gegenüber herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventilen erheblich vergrößert werden kann. Dies wird dabei in vorteilhafter Weise durch das starke Vergrößern des Neigungswinkels der Schrägbohrung zu einer Längsachse des Kraftstoffeinspritzventils möglich, so daß der Verschneidungswinkel erheblich größer ausgebildet ist. Der Winkel zwischen der Achse der Schrägbohrung zur Längsachse des Kraftstoffeinspritzventils liegt dabei in vorteilhafter Weise zwischen 15 und 35 Grad, vorzugsweise bei 23 Grad.

Die sehr viel schrägere Anordnung der Schrägbohrung im Ventilkörper wird dabei in vorteilhafter Weise erst durch eine starke Verkürzung der Länge der Schrägbohrung möglich. Dabei wird diese Verkürzung der Schrägbohrung erfindungsgemäß durch das Vorsehen eines Ringabsatzes an dem brennraumabgewandten Ende des Ventilkörpers möglich, wobei die entstehende Ringabsatzfläche nunmehr axial nahe an den Druckraum im Ventilkörper herangeführt werden kann, so daß große Neigungswinkel zwischen der Achse der Schrägbohrung und der Längsachse des Kraftstoffeinspritzventils möglich werden. Ideal wäre hier ein nahezu rechtwinkliger Eintritt der Schrägbohrung in den Druckraum, wobei sich nunmehr die Neigung der Schrägbohrung über die axiale Erstreckung zwischen Druckraum und Ringabsatzfläche beeinflussen läßt. Um trotz einer möglichst kurzen Erstreckung der Schrägbohrung trotzdem eine möglichst große Führungsfläche der Führungsbohrung im Ventilkörper zur Führung des Ventilgliedes bereitzustellen, weist der Ventilkörper an seinem brennraumfernen Ende einen über die Ringabsatzfläche axial vorstehenden Rohrstegbereich auf, über dessen Länge sich die Führungsfläche für das Ventilglied optimieren läßt. Die zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilhaltekörper eingespannte Zwischenscheibe ist nunmehr an die neue Geometrie des Ventilkörpers angepaßt und weist an ihrem, dem Ventilkörper zugewandten Ende eine dazu komplementäre Geometrie auf. Dazu ist die Zwischenscheibe in vorteilhafter Weise nunmehr topfförmig ausgebildet und weist an ihrem ventilkörperseitigen offenen Ende eine zentrale Aufnahmeöffnung auf, in die der Rohrstegbereich des Ventilkörpers hineinragt. Dabei ist die Zwischenscheibe so ausgelegt, daß der Ventilkörper mit seiner Ringabsatzfläche dichtend an einer axial vorstehenden Ringstirnfläche der Zwischenscheibe zur Anlage kommt, zwischen dem Ende des Rohrsteges und der Stirnfläche am Boden der Aufnahmeöffnung jedoch ein Spiel verbleibt. Auf diese Weise ist ein sicheres Abdichten des Druckkanals an den Anschlußflächen zwischen der Zwischenscheibe zum Ventilkörper und zum Ventilhaltekörper gewährleistet. Zudem ist ein Spielausgleich der Längentoleranzen zwischen den einzelnen Bauteilen möglich.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils wird durch die Vergrößerung des Durchmessers des Druckkanals stromabwärts in Richtung Druckraum erreicht. Dabei weisen die aufeinander folgenden Durchmesserbereiche im Ventilhaltekörper, in der Zwischenscheibe und im Ventilkörper jeweils einen geringfügig größeren Durchmesser auf, so daß der zuströmende Kraftstoffstrom an den Übergängen zwischen den einzelnen Bauteilen nicht durch Kanten oder Querschnittsverringerungen verwirbelt werden kann.

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 im folgenden näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 einen Schnitt durch den erfindungswesentlichen Teil des Kraftstoffeinspritzventils im Verspannungsbereich zwischen Ventilkörper und Ventilhaltekörper und die Fig. 2 und 3 vergrößerte Ausschnitte aus der Fig. 1 im Bereich der Druckkanalübergänge zwischen den einzelnen Bauteilen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Fig. 1 in seinem erfindungswesentlichen Teil dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen weist einen Ventilkörper 1 auf, der unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 3 mittels einer hülsenförmigen Spannmutter 5 axial an einem Ventilhaltekörper 7 verspannt ist. Der Ventilkörper 1 weist eine axiale Führungsbohrung 9 auf, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 11 axial verschiebbar geführt ist. Dieses Ventilglied 11 weist dabei analog zu bekannten Kraftstoffeinspritzventilen an seinem unteren, brennraumnahen Ende eine nicht näher dargestellte konische Ventildichtfläche auf, mit der es zur Steuerung eines Einspritzöffnungsquerschnittes in bekannter Weise mit einer ebenfalls nicht gezeigten ortsfesten Ventilsitzfläche am Ventilkörper 1 zusammenwirkt. Dabei ist diese ebenfalls konisch ausgebildete Ventilsitzfläche am geschlossenen Ende der Führungsbohrung 9 ausgebildet, wobei stromabwärts des Dichtquerschnittes zwischen Ventilsitzfläche und Ventildichtfläche in bekannter Weise eine Einspritzöffnung von der Führungsbohrung 9 abführt, die in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine mündet.

Im Ventilkörper 1 ist weiterhin ein Druckraum 13 vorgesehen, der durch eine Querschnittserweiterung der Führungsbohrung 9 gebildet ist. In diesen Druckraum 13 ragt eine am Ventilglied 11 gebildete Schrägschulter 15, die durch eine Querschnittsverringerung des Ventilgliedes 11 in Richtung Brennraum gebildet ist und an der ein im Druckraum 13 anstehender Kraftstoffhochdruck in Öffnungsrichtung des Ventilgliedes 11 angreift. Dabei ist zwischen dem im Querschnitt verringerten Ventilgliedschaft 17 und der Wand der Führungsbohrung 9 ein Ringspalt 19 gebildet, der sich bis an den nicht näher dargestellten Ventilsitz des Kraftstoffeinspritzventils erstreckt. Die Befüllung des Druckraumes 13 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff erfolgt über einen Druckkanal 21, der den Ventilkörper 1, die Zwischenscheibe 3 und den Ventilhaltekörper 7 durchdringt und der in nicht näher dargestellter Weise an eine externe Kraftstoffhochdruckzuführungsleitung anschließbar ist, die von einer Kraftstoffhochdruckpumpe ausgeht. Der Druckkanal 21 ist dabei im Bereich des Ventilkörpers 1 als Schrägbohrung 23 ausgebildet, die einen Neigungswinkel α von etwa 23 Grad zu einer Längsachse des Kraftstoffeinspritzventils aufweist. Die Schrägbohrung 23 ist dabei in Strömungsrichtung radial einwärts geneigt und mündet in einen radial auswärts weisenden Wandbereich des Druckraumes 13. Der in der Zwischenscheibe 3 verlaufende Teilbereich des Druckkanals 21 ist ebenfalls in einem radial äußeren Bereich der Zwischenscheibe 3 vorgesehen und weist zudem ebenfalls einen geringen Neigungswinkel β von etwa 1,5 Grad in Strömungsrichtung radial einwärts auf.

Für eine möglichst große Neigung der Schrägbohrung 23 innerhalb des Ventilkörpers 1 weist dieser einen Ringabsatz 25 auf, der durch eine Querschnittsverringerung des Ventilkörpers 1 an seinem brennraumfernen Ende gebildet ist, wobei ein verbleibender Rohrstegbereich 27 axial über die gebildete Ringabsatzfläche 25 hinausragt. Die Eintrittsöffnung der Schrägbohrung 23 ist nunmehr in der Ringabsatzfläche 25 vorgesehen, wobei über die Auslegung des Ringabsatzes 25 und den Abstand zwischen Ringabsatzfläche 25 und Druckraum 13 der maximal mögliche Neigungswinkel α der Schrägbohrung 23 einstellbar ist. Die zwischen dem Ventilkörper 1 und dem Ventilhaltekörper 7 eingespannte Zwischenscheibe 3 weist an ihrem, dem Ventilkörper 1 zugewandten Ende eine zu dessen Geometrie komplementäre topfförmige Gestalt auf. Dazu ist in der ventilkörperseitigen offenen Seite der topfförmigen Zwischenscheibe 3 eine Aufnahmeöffnung 29 eingebracht, in die der Rohrstegbereich 27 des Ventilkörpers 1 hineinragt.

Dabei ist zwischen der Ringstirnfläche des Rohrsteges 27 und einer, am Boden 31 der topfförmigen Stirnfläche der Zwischenscheibe 3 gebildeten Fläche 31 ein Spiel S vorgesehen, über das ein Spielausgleich zwischen Ventilkörper 1 und Zwischenscheibe 3 möglich ist. Die Abdichtung zwischen der Zwischenscheibe 3 und dem Ventilkörper 1 und insbesondere zwischen den Druckkanalabschnitten 21 im Ventilkörper 1 und der Zwischenscheibe 3 erfolgt über die dichtende Anlage einer, die Aufnahmeöffnung 29 radial umgebenden Ringstirnfläche 33 am ventilkörperseitigen Ende der Zwischenscheibe 3, an der Ringabsatzfläche 25 des Ventilkörpers 1. An ihrem dem Ventilhaltekörper 7 zugewandten Ende liegt die Zwischenscheibe 3 in bekannter Weise dichtend am Ventilhaltekörper 7 an, wobei dieser eine von seiner der Zwischenscheibe 3 zugewandten Stirnfläche 35 ausgehende Sackbohrung aufweist, die einen Federraum 37 zur Aufnahme einer, das Ventilglied 11 in Schließrichtung beaufschlagenden Ventilfeder 39 bildet.

Um Verwirbelungen des in den Druckraum 13 strömenden Kraftstoffstromes innerhalb des Druckkanales 21 zu vermeiden, sind die Durchmesser der stromabwärts aufeinanderfolgenden Druckkanalbereiche jeweils geringfügig zueinander vergrößert. Dabei weist der Druckkanal 21, wie in der Fig. 2 dargestellt, im Bereich des Ventilhaltekörpers 7 zunächst einen geringfügig kleineren Durchmesser auf, als im Teilbereich innerhalb der Zwischenscheibe 3.

Desweiteren vergrößert sich der Durchmesser des Druckkanals 21, wie in der Fig. 3 dargestellt, noch einmal beim Übergang zwischen dem Teilbereich innerhalb der Zwischenscheibe 3 zur Schrägbohrung 23 innerhalb des Ventilkörpers 1. Die Durchmesserveränderungen liegen dabei vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,05 mm.

Die Ausbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils ermöglicht nunmehr eine derartige Anordnung des Druckkanals 21, die bei voller Funktionssicherheit eine Erhöhung des verbleibenden Wandstegbereiches zwischen der Schrägbohrung 21 und der Führungsbohrung 9, insbesondere im druckraumnahen Bereich ermöglicht, so daß die Hochdruckfestigkeit des Ventilkörpers 1 in diesem kritischen Bereich derart erhöht werden kann, daß auch Kraftstoffeinspritzdrücke über 1800 bar ohne zusätzliche Maßnahmen möglich sind. Diese Steigerung der Hochdruckfestigkeit läßt sich mit den übrigen bekannten Maßnahmen wie z. B. Schrägschultern am Ventilkörper 1 und an der Spannmutter 5 kombinieren und weiter erhöhen.

Es ist somit mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil möglich, dieses auch bei sehr hohen Kraftstoffeinspritzdrücken zu betreiben, ohne eine Vergrößerung der Dimensionierung bzw. der Außenabmessungen für eine hohe Dauerfestigkeit vornehmen zu müssen.

Claims (8)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), der eine Führungsbohrung (9) aufweist, in der ein Ventilglied (11) zur Steuerung eines Einspritzquerschnittes axial verschiebbar geführt ist und der mit seiner brennraumabgewandten Stirnfläche über eine Zwischenscheibe (3) axial gegen einen Ventilhaltekörper (7) verspannt ist, wobei im Ventilkörper (1) ein, durch eine Querschnittserweiterung der Führungsbohrung (9) gebildeter Druckraum (13) vorgesehen ist, der über einen, den Ventilkörper (1), die Zwischenscheibe (3) und den Ventilhaltekörper (7) durchdringenden Druckkanal (21) mit Kraftstoffhochdruck befüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der im Ventilkörper (1) verlaufende Teilbereich des Druckkanals (21) als Schrägbohrung (23) ausgebildet ist, die zur Längsachse des Kraftstoffeinspritzventils einen Neigungswinkel α zwischen 15 bis 35 Grad aufweist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1) an seinem brennraumabgewandten Ende einen, vorzugsweise durch eine Durchmesserverringerung gebildeten Ringabsatz aufweist, von dessen, der Zwischenscheibe (3) zugewandter Ringabsatzfläche (25) die Schrägbohrung (23) abführt.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenscheibe (3) an ihrem dem Ventilkörper (1) zugewandten Ende eine zur Geometrie des brennraumabgewandten Endes des Ventilkörpers (1) komplementäre topfförmige Gestalt aufweist, wobei die Zwischenscheibe (3) an ihrem ventilkörperseitigen offenen Ende eine Aufnahmeöffnung (29) aufweist, in die ein im Durchmesser verringerter, axial über die Ringabsatzfläche (25) hinausragender Rohrstegbereich (27) des Ventilkörpers (1) ragt.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenscheibe (3) mit einer dem Ventilkörper (1) zugewandten, die Aufnahmeöffnung (29) radial auswärts umgebenden Ringstirnfläche (33) an der Ringabsatzfläche (25) des Ventilkörpers (1) dichtend anliegt.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer am Boden (31) der topfförmigen Zwischenscheibe (3) gebildeten Stirnfläche und einer am Ende des Rohrsteges (27) des Ventilkörpers (1) gebildeten Ringstirnfläche ein Spiel (S) vorgesehen ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des im Ventilhaltekörper (7) verlaufenden Teilbereiches des Druckkanals (21) kleiner ist, als der Durchmesser des sich stromabwärts anschließenden Teilbereiches des Druckkanals (21) in der Zwischenscheibe (3).

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des in der Zwischenscheibe (3) verlaufenden Teilbereiches des Druckkanals (21) kleiner ist, als der Durchmesser des sich stromabwärts anschließenden, als Schrägbohrung (23) ausgebildeten Teilbereiches des Druckkanals (21) im Ventilkörper (1).

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine, einen Teil des Druckkanals (21) bildende Bohrung in der Zwischenscheibe (3), ausgehend von einer dem Ventilhaltekörper (7) zugewandten Stirnfläche zu einer dem Ventilkörper (1) zugewandten Stirnfläche hin radial einwärts geneigt angeordnet ist, wobei der Winkel β zwischen dieser Bohrungsachse und einer Längsachse des Kraftstoffeinspritzventils vorzugsweise 1,5 Grad beträgt.