DE4443861A1

DE4443861A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4443861A1
Application number: DE4443861A
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Ing Hofmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 1996-06-13
Also published as: JPH08218979A; DE59510294D1; CZ286965B6; EP0716226A3; EP0716226B1; EP0716226A2; CZ314995A3

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus.

Bei einem solchen aus dem DE-Gbm. 92 04 083 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein ein axial verschiebbares Ventilglied aufweisender Ventilkörper mittels einer Spannmutter gegen einen Ventilhalter verspannt, wobei die Spannmutter im Bereich der durch die Austrittsöffnung einer das Ventilglied führenden Führungsbohrung gebildeten Einspritzöffnung in der brennraumseitigen Stirnfläche des Ventilkörpers eine Durchgangsöffnung aufweist.

Um dabei eine zu starke Erhitzung der brennraumseitigen Stirnfläche (Boden) des Ventilkörpers und in dessen Folge ein Klemmen des Ventilgliedes bzw. ein Verkoken der Einspritzöffnung zu vermeiden, weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil eine Wärmeschutzscheibe auf, die zwischen brennraumseitiger Stirnfläche des Ventilkörpers und der Spannmutter eingespannt ist, um so die direkt von den heißen Verbrennungsgasen angeströmte Stirnfläche des Ventilkörpers zu verringern und ein Einströmen dieser Gase in das Innere der Spannmutter zu verhindern.

Dabei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil jedoch den Nachteil auf, daß der zwischen der brennraumseitigen Stirnfläche des Ventilkörpers und der brennraumseitigen Stirnfläche der Spannmutter im Bereich deren Durchgangsöff nung gebildete Raum relativ groß ausgeführt ist. Dieser große Totraum im Bereich der Einspritzöffnungen hat jedoch einen negativen Einfluß auf die Gemischaufbereitungs- und Verbrennungsvorgänge im Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine, die zu verschlechterten Emissionswerten der gesamten Brennkraftmaschine führen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch eine erhebliche Verringerung des Tot volumens im Bereich der der Einspritzöffnung zugeordneten Durchgangsöffnung in der Spannmutter die Vorgänge im Brennraum der Brennkraftmaschine dahingehend beeinflußt wer den, daß sich deren Emissionswerte verbessern. Zudem wird dabei in vorteilhafter Weise eine weitere Minimierung der von den heißen Verbrennungsgasen angeströmten Stirnfläche des Ventilkörpers erreicht, so daß der Ventilkörper insgesamt nicht mehr so stark erhitzt wird, was die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des gesamten Kraftstoff einspritzventils erhöht.

Diese Verringerung des Totvolumens innerhalb der Durchgangs öffnung der Spannmutter wird dabei in erfindungsgemäßer Weise durch das konische Anformen des Übergangs zwischen der Stirnfläche und des Schaftes des Ventilkörpers und der ko nisch ausgebildeten Sitzfläche an der Spannmutter erreicht, wobei der Neigungswinkel der konischen Dichtfläche am Ventilglied kleiner als der Neigungswinkel der Sitzfläche der Spannmutter ist. Auf diese Weise wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, daß sich die abdichtende Berührungs kante zwischen Dichtfläche und Sitzfläche immer möglichst dicht an der Durchgangsöffnung der Spannmutter befindet, so daß der durch diese gebildete Raum möglichst gering gehalten werden kann.

Dabei kann die Dichtkante je nach Ausgestaltung durch den Ventilkörper und/oder die Sitzfläche der Spannmutter gebildet sein.

Eine weitere Minimierung des Totvolumens wird durch das Hin einragen der Dichtfläche des Ventilkörpers in den Bereich der Durchgangsöffnung der Spannmutter erreicht, wobei die konische Dichtfläche dazu noch in eine weitere, eine andere Steigung aufweisende Konusfläche unterteilt sein kann. Durch das vorteilhafte Vorsehen einer Engstelle zwischen dem Schaft des Ventilkörpers und der gegenüberliegenden Wand der Spannmutter, insbesondere im Übergangsbereich zwischen koni scher Dichtfläche und Schaft des Ventilkörpers wird ein Gas austausch im Schaftbereich bereits früh erschwert, so daß sich die heißen Verbrennungsgase nicht über den gesamten Schaftbereich des Ventilkörpers ausbreiten können.

Bei der Verwendung einer Wärmeschutzscheibe ist diese in vorteilhafter Weise tellerfederförmig ausgebildet und mündet mit ihrer zentralen Ausnehmung an den Rand der Durchgangs öffnung, so daß das dort verbleibende Volumen möglichst ge ring bleibt.

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

Zeichnung

Fünf Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoff einspritzventils für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in ei nem Ausschnitt aus dem Kraftstoffeinspritzventil, bei dem der Durchmesser der planen Stirnfläche des Ventilkörpers größer als der Durchmesser der Durchgangsöffnung der Spannmutter ist, die Fig. 2 ein zweites Ausführungsbei spiel, bei dem der Durchmesser der planen Stirnfläche des Ventilkörpers gleich groß dem Durchmesser der Durchgangsöff nung der Spannmutter ist, die Fig. 3 ein drittes Ausfüh rungsbeispiel, bei dem die konische Dichtfläche des Ventilkörpers in die Durchgangsbohrung der Spannmutter ragt, die Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel, analog zur Fig. 3, bei dem die konische Dichtfläche am Ventilglied in zwei Bereiche unterschiedlicher Neigungswinkel geteilt ist und die Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei dem zwischen der Dichtfläche des Ventilkörpers und der Spannmut ter eine tellerfederförmige Wärmeschutzscheibe eingespannt ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in der Fig. 1 nur mit seinen erfindungswesentlichen Bauteilen dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen weist einen zylinderförmigen Ventilkör per 1 auf, der zusammen mit einer Zwischenscheibe 3 durch eine Spannmutter 5 gegen einen in der Zeichnung nicht dargestellten Ventilhalter verspannt ist. Zu diesem Zweck ist die Spannmutter 5 mit einer inneren Ringschulter 7 ver sehen, die an einer äußeren Ringschulter 9 des Ventilkörpers 1 angreift. Die Spannmutter 5 weist ferner im Bereich der Ringschulter 7 ein Außengewinde 11 auf, welches in ein ent sprechendes Innengewinde einer Einbaubohrung 13 im Gehäuse 15 der zu versorgenden Brennkraftmaschine eingreift. An ei nem den Ventilkörper 1 unterhalb der Ringschulter 7 umgreifenden hülsenförmigen Ansatz 17 der Spannmutter 5 ist eine Stützschulter 19 angeordnet, die bei eingebautem Kraftstoffeinspritzventil über einen Dichtring 21 gegen eine Stützschulter 23 in der Einbaubohrung 13 gepreßt ist.

Das in der Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel ist dabei als sogenannte Drosselzapfendüse ausgebildet (alternativ sind auch Lochdüsen möglich), bei der ein in ei ner nicht gezeigten Führungsbohrung axial verschiebbares, nach innen öffnendes Ventilglied mit einem Drosselzapfen 25 versehen ist, der in geschlossenem Zustand des Kraftstoff einspritzventils aus der, einen Einspritzquerschnitt bildenden Austrittsöffnung (Kraftstoffaustrittsstelle) der Führungsbohrung an einer brennraumseitigen Stirnfläche 27 des Ventilkörpers 1 hinausragt und der während der Vorhubbe wegung des Ventilgliedes in Öffnungsrichtung den Einspritz querschnitt in bekannter Weise bis auf einen schmalen Ringspalt verengt. Bei derartigen Kraftstoffeinspritzventi len muß die brennraumseitige Stirnfläche 27 des Ventilkör pers 1 besonders gut gekühlt werden, um eine Verkokung des Einspritzquerschnitts so gering wie möglich zu halten. Dazu ist beim erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil der Übergang zwischen dem vom hülsenförmigen Ansatz 17 der Spannmutter 5 umgebenden Schaft des Ventilkörpers 1 und des sen brennraumseitiger planen Stirnfläche konisch ausgebil det, wobei dieser konische Übergangsbereich eine Dichtfläche 29 am Ventilkörper 1 bildet, die mit einer an einem die Stirnfläche 27 des Ventilkörpers 1 untergreifenden, nach in nen gekehrten Ringflansch 30 der Spannmutter 5 angeordneten konischen Sitzfläche 31 zusammenwirkt. Die Sitzfläche 31 der Spannmutter 5 erstreckt sich dabei radial einwärts bis an eine zentrale Durchgangsöffnung 33 im Ringflansch 30, die einen den Drosselzapfen 25 des Ventilgliedes umgebenden Be reich der planen Stirnfläche 27 des Ventilkörpers 1 überdeckt, um so die Kraftstoffeinspritzung in den sich an die dem Ventilkörper 1 abgewandte Stirnfläche 35 des Ringflansches 30 der Spannmutter 5 anschließenden Brennraum zu ermöglichen.

Um dabei das innerhalb der Durchgangsöffnung 33 eingeschlos sene Volumen sowie die angeströmte Stirnfläche 27 des Ventilkörpers 1 möglichst gering zu halten, ist der Neigungswinkel α der konischen Dichtfläche 29 des Ventilkör pers 1 zu dessen Achse kleiner als der Neigungswinkel β der Sitzfläche 31 der Spannmutter 5 zur Achse des Ventilkörpers 1, so daß eine zwischen Dichtfläche 29 und Sitzfläche 31 ge bildete Dichtkante 37 möglichst nah an der Durchgangsöffnung 33 angeordnet ist. Der Neigungswinkel α zur soll dabei vor zugsweise etwa 45° bis 60° zur Ventilkörperachse betragen und der Neigungswinkel β soll etwa 2,5° bis 5° bezogen auf die Ventilkörperachse, größer als α sein.

Zudem ist ein Durchmesser D der von der Dichtfläche 29 be grenzten planen Stirnfläche 27 des Ventilkörpers 1 im ersten, in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel größer ausgeführt als ein Durchmesser d der Durchgangsöff nung 33 der Spannmutter 5.

Das in der Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zum ersten Ausführungsbeispiel lediglich in der Dimensionierung der Durchmesser D und d, die dort gleich groß ausgeführt sind, so daß das Volumen der Durchgangsöffnung 33 innerhalb der Spannmutter 5 gegenüber der Fig. 1 verringert ist, wodurch sich auch die von den heißen Verbrennungsgasen angeströmte freie plane Stirnfläche 27 des Ventilkörpers 1 verringern läßt.

Dabei soll das zwischen der planen Stirnfläche 27 des Ventilkörpers 1 und der brennraumseitigen Stirnfläche 35 der Spannmutter 5 verbleibende Spaltmaß s im Bereich der Durchgangsöffnung 33 vorzugsweise etwa eine Größe von 0,5 mm bis 0,9 mm betragen.

Bei dem in der Fig. 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser D der planen brennraumseitigen Stirnflä che 27 des Ventilkörpers 1 kleiner ausgebildet als der Durchmesser d der Durchgangsöffnung 33 der Spannmutter 5, so daß die Dichtfläche 29 des Ventilkörpers 1 in die Durch gangsöffnung 33 hineinragt. Auf diese Weise kann das Totvolumen innerhalb der Durchgangsöffnung 33 noch einmal verringert werden, wobei zudem ohne große Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit von Sitzfläche 31 und Dichtflä che 29 erreicht wird, daß die Dichtkante 37, die hier durch das Ende der Sitzfläche 31 gebildet ist, möglichst weit ra dial innen angeordnet ist.

Das in der Fig. 4 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zum dritten lediglich in der Ausgestal tung der Dichtfläche 29 des Ventilkörpers 1 und der Sitzfläche 31 der Spannmutter 5 die nunmehr zwei konische Bereich mit unterschiedlichen Neigungswinkeln aufweisen, so daß sich der Grad des Hineinragens der Dichtfläche 29 in die Durchgangsöffnung 33 besser an die jeweiligen Erfordernisse anpassen läßt. Zudem ist in der Fig. 4 ein Engspalt 39 zwi schen der zylindrischen Umfangsfläche des Ventilkörpers 1 und der Innenwand der Spannmutter 5 vorgesehen, der vorzugsweise an die Dichtfläche 29 anschließt und so einen Gasaustausch der über die Dichtkante 37 einströmenden heißen Verbrennungsgase und der im Schaftbereich des Ventilkörpers 1 befindlichen Gasmenge erschwert, so daß der Ventilkörper 1 im Schaftbereich weniger erhitzt wird.

Bei dem in der Fig. 5 dargestellten fünften Ausführungsbei spiel ist zwischen der Dichtfläche 29 des Ventilkörpers 1 und der Sitzfläche 31 der Spannmutter 5 eine Wärmeschutz scheibe 41 eingespannt. Diese Wärmeschutzscheibe 41 ist da bei für ein möglichst frühes Abdichten des Raumes der Durchgangsöffnung 33 tellerfederförmig ausgebildet und wird im eingebauten Zustand derart vorgespannt, daß sie mit ihren Stirnflächen nahezu vollständig an der Dichtfläche 29 und der Sitzfläche 31 anliegt. Dabei weist die Wärmeschutzschei be 41 eine zentrale Bohrung 43 auf, die vorzugsweise so aus gelegt ist, daß deren Wand mit der Wand der Durchgangsöff nung 33 abschließt.

Es ist somit mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz ventil möglich, die vorn den heißen Verbrennungsgasen angeströmte Stirnfläche 27 des Ventilkörpers 1 zu reduzieren und gleichzeitig das von der Durchgangsöffnung 33 gebildete Totvolumen in der Spannmutter 5 für eine verbesserte Gemischaufbereitung und Verbrennung zu verringern.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem eine Führungsbohrung aufweisenden Ventilkörper (1), in der ein Ventilglied axial verschiebbar geführt ist und mit einer den Ventilkörper (1) gegen einen Ventilhalter verspannenden Spannmutter (5), die einen den Ventilkörper (1) umgreifenden hülsenförmigen Ansatz (17) und einen eine brennraumseitige Stirnfläche (27) des Ventilkörpers (1) un tergreifenden, nach innen gekehrten Ringflansch (30) aufweist, in dem eine zentrale Durchgangsöffnung (33) im Be reich der axialen Überdeckung eines planen, eine Kraft stoffaustrittsstelle umgebenden Bereiches der brennraumsei tigen Stirnfläche (27) des Ventilkörpers (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1) an seinem brennraumseitigen Ende wenigstens einen konischen Übergang (29) zur ebenen, die Kraftstoffaustrittsstelle aufweisenden Stirnfläche (27) hat, mit dem ein ebenfalls konisch ausgebildetes Teil (31) des Ringflansches (30), einen zwischen Ventilkörper (1) und Spannmutter (5) gebildeten Raum verschließend zur Anlage kommt, wobei der Neigungswin kel (α) des konischen Übergangs (29) zur Achse des Ventil körpers (1) kleiner als der Neigungswinkel (β) des konischen Teils (31) des Ringflansches (30) zur Achse des Ventilkör pers (1) ausgebildet ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α) des, eine Dichtfläche bildenden konischen Übergangs (29) am Ventilkör per (1) zur Achse des Ventilkörpers (1) etwa 45° bis 60° be trägt, wobei der Neigungswinkel (β) des eine Sitzfläche bil denden konischen Teils (31) am Ringflansch (30) der Spannmutter (5) zur Achse des Ventilkörpers (1) etwa 2,5° bis 5° größer als der Neigungswinkel (α) ausgebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D) des planen Bereiches der Stirnfläche (27) am Ventilkörper (1) größer als der Durchmesser (d) der Durchgangsöffnung (33) der Spannmutter (5) ausgebildet ist, wobei eine zwischen der konischen Quer schnittsverringerung (29) und der planen Stirnfläche (27) gebildete Kante am Ventilkörper (1) als an der Sitzfläche (31) der Spannmutter (5) anliegende Dichtkante (37) wirkt. (Fig. 1).

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D) des planen Bereiches der Stirnfläche (27) am Ventilkörper (1) gleich groß dem Durchmesser (d) der Durchgangsöffnung (33) der Spannmutter (5) ausgebildet ist, wobei die Querschnittsübergänge im Be reich der Durchmesser (D, d) jeweils eine miteinander wirkende Dichtkante (37) bilden. (Fig. 2).

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D) des planen Bereiches der Stirnfläche (27) am Ventilkörper (1) kleiner als der Durchmesser (d) der Durchgangsöffnung (33) der Spannmutter (5) ausgebildet ist, wobei das radial innere Ende der Sitzfläche (31), im Bereich des Durchmessers (d) eine mit der Dichtfläche (29) am Ventilkörper (1) zusammenwirkende Dichtkante (37) bildet. (Fig. 3).

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aneinandergrenzende, unterschiedli che Neigungswinkel aufweisende konische Querschnittsverrin gerungen (29) am Ventilkörper (1) vorgesehen sind, denen zwei konische Sitzflächenbereiche (31) an der Spannmutter (5) zugeordnet sind. (Fig. 4).

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Übergangs zwischen dem zylinderförmigen Teil des Ventilkörpers (1) und dem konischen Übergang (29) ein Engspalt (39) zwischen der Wand der Spannmutter (5) und dem Ventilkörper (1) vorgesehen ist.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine tellerfederförmige Wärmeschutz scheibe (41) zwischen der konischen Übergangsfläche (29) des Ventilkörpers (1) und der am konischen Teil (31) der Spannmutter (5) gebildeten Sitzfläche eingespannt ist, die in montiertem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils vollständig an der Dichtfläche (29) und der Sitzfläche (31) anliegt und mit der an ihre zentrale Bohrung (43) grenzenden Ringkante den durch die Durchgangsöffnung (33) an der Spannmutter (5) begrenzten Raum gegen das Innere der Spannmutter (5) abgrenzt. (Fig. 5).

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen der planen Stirnfläche (27) des Ventilkörpers (1) und der brennraumseitigen Stirnfläche (35) der Spannmutter (5) verbleibende Spaltmaß (s) im Bereich der Durchgangsöffnung (33) etwa eine Höhe von 0,5 mm bis 0,9 mm beträgt.