EP0811119B1 - Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0811119B1
EP0811119B1 EP96922757A EP96922757A EP0811119B1 EP 0811119 B1 EP0811119 B1 EP 0811119B1 EP 96922757 A EP96922757 A EP 96922757A EP 96922757 A EP96922757 A EP 96922757A EP 0811119 B1 EP0811119 B1 EP 0811119B1
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valve
closure plate
fuel injection
pressure chamber
valve body
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Uwe Gordon
Stefan Haug
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/30—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages
    • B05B1/3006—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages the controlling element being actuated by the pressure of the fluid to be sprayed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/047—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves being formed by deformable nozzle parts, e.g. flexible plates or discs with fuel discharge orifices

Definitions

  • the fuel injection valve according to the invention for internal combustion engines with the characterizing features of the claim 1 has the advantage that by arranging of the injection openings in a delimiting the pressure chamber Locking plate an individual adjustment of the position and number of injection openings to the respective requirements is made possible. Since the valve membrane is now none direct influence more on the shaping of the injection jet exercises, it can be very simple.
  • the valve member can be fixed at its center alternatively non-positive, e.g. Clamp between two Stops or cohesively, e.g. Welding on one Stop.
  • the injection openings are between the sealing seat Valve sealing surface and valve seat arranged downstream, the inlet openings radially outside the Coverage with the valve member or from its radial Edge can be arranged covered.
  • the overflow of fuel from the pressure chamber into one between the valve body face and that of the pressure chamber facing end face of the valve member included Space is advantageously by a sealing ring prevented, which is designed so that it takes off of the valve member is not affected by the seat.
  • the necessary opening pressure of the injection valve is through the Dimensioning the thickness of a spacer between the Valve body and the closure plate adjustable, via the the distance between the central fixation of the Valve member and its contact with the valve seat in the outer radial range is changeable.
  • Fuel injection valves for internal combustion engines are in shown in the drawing and are described in more detail below explained.
  • valve membrane formed disc-shaped valve member 11 On the end face of the pin 9 of the Valve body 1 is located as a curved valve membrane formed disc-shaped valve member 11 from a resilient material with its central area, where in Area of overlap with the inlet channel 5 in the pin 9 a through opening 13 is arranged in the valve member 11.
  • the closure plate having the second pin 15 is thereby disc-shaped and is one of their radially outer edge encompassing clamping nut 19 axially against the combustion chamber end face 7 of the valve body 1 clamped, between the closure plate and the End face 7 of valve member 1 has a spacer sleeve 21 is clamped.
  • the pin 15 of the closure plate 17 has one Connection channel 23 on the basis of its frontal overlap with the through opening 13 in Valve member 11 in a between the valve member 11 and the Sealing plate 17 formed pressure chamber 25 opens out.
  • the Connection channel 23 is preferably by an axial Blind bore and a transverse bore leading away from this educated.
  • the between the curved valve member 11 and the End of the closure plate 17 facing away from the combustion chamber limited pressure chamber 25 is due to the resilient contact of the free, radially outward facing edge area of the Sealed valve member 11 on the closure plate 17.
  • the radial outer wall area forms the Face of the valve member 11 facing the combustion chamber Valve sealing surface 27 under prestress (internal stress of the valve membrane) on one through part of the End face of the closure plate 17 facing away from the combustion chamber formed annular valve seat surface 29 sealing is present. These are on the system of valve seat 29 and valve sealing surface 27 formed sealing seat downstream Subsequent injection openings 31, which are considered radially outward bores in the sealing plate of the sealing seat are trained.
  • the fuel injector according to the invention for Internal combustion engines work in the following way.
  • the injection pressure can be dimensioned adjust the thickness of the spacer sleeve 21 over which the axial distance between the central fixation and the outer System of the valve member 11 and thus its biasing force is adjustable.
  • the second shown in a detail in Figure 3 Embodiment differs from the first Embodiment in the formation of the central fixation and attachment of the valve member 11 to the pin 9 of the Valve body 1, the valve member 11 here with the Pin 9 is welded, preferably laser-welded.
  • This attachment of the valve member 11 has the Advantage that on a pin on the closure plate 17th can be dispensed with, which is essential to their structure simplified.
  • FIG. 4 illustrated third embodiment covers that resilient valve member 11 with its outer, the Valve sealing surface 27 bearing the edge completely Entry opening of the injection opening 31 in the Closure plate 17, which here is in one piece with the spacer sleeve is trained.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen, aus der Patentschrift US 4 635 849 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist am brennraumseitigen Ende ein ringförmiger Druckraum vorgesehen, der von der brennraumzugewandten Stirnseite des Ventilkörpers begrenzt wird und in den eine Kraftstoffzulaufleitung mündet. Der Druckraum ist radial einwärts durch einen Zapfen begrenzt, an dessen brennraumseitigen Ende ein Ventilglied in Form einer Ventilmembran fixiert ist, das scheibenförmig ausgebildet ist. Das Ventilglied bildet die brennraumseitige Begrenzung des Druckraums, wobei das Ventilglied an seinem radial äußeren Bereich eine Ventildichtfläche aufweist, mit der es an einem Ventilsitz, der am Ventilkörper ausgebildet ist, anliegt und den Druckraum somit gegen den Brennraum abdichtet.
Soll eine Einspritzung erfolgen, wird der Druckraum über die Zulaufleitung mit hohem Kraftstoffdruck beaufschlagt, der dabei die federnde Ventilmembran entgegen der Vorspannkraft mit ihrer Ventildichtfläche vom Ventilsitz abhebt. Über den dabei aufgesteuerten Ringspalt am radial äußeren Rand erfolgt in Folge die Kraftstoffeinspritzung. Das Ende des Einspritzvorganges wird durch das Beenden der Hochdruckzufuhr in den Druckraum gesteuert.
Dabei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil jedoch den Nachteil auf, daß nur eine ringspaltförmige Einspritzöffnung möglich ist, über die sich der Kraftstoffstrahl relativ ungenau formen läßt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das Anordnen der Einspritzöffnungen in einer den Druckraum begrenzenden Verschlußplatte eine individuelle Anpassung der Lage und Anzahl der Einspritzöffnungen an die jeweiligen Erfordernisse ermöglicht wird. Da die Ventilmembran nunmehr keinen direkten Einfluß mehr auf die Formung des Einspritzstrahls ausübt, kann sie sehr einfach ausgebildet sein.
Die Fixierung des Ventilgliedes an seiner Mitte kann dabei alternativ kraftschlüssig, z.B. Einspannen zwischen zwei Anschlägen oder stoffschlüssig, z.B. Verschweißen an einem Anschlag erfolgen.
Die Einspritzöffnungen sind dem Dichtsitz zwischen Ventildichtfläche und Ventilsitz stromabwärts nachgeordnet, wobei die Eintrittsöffnungen radial außerhalb der Überdeckung mit dem Ventilglied oder von dessen radialem Rand überdeckt angeordnet sein können.
Das Überströmen von Kraftstoff aus dem Druckraum in einen zwischen der Ventilkörperstirnfläche und der dem Druckraum abgewandten Stirnfläche des Ventilgliedes eingeschlossenen Raum wird dabei in vorteilhafter Weise durch einen Dichtring verhindert, der dabei so ausgebildet ist, daß er das Abheben des Ventilgliedes vom Sitz nicht beeinträchtigt. Der notwendige Öffnungsdruck des Einspritzventils ist durch die Dimensionierung der Stärke einer Distanzhülse zwischen dem Ventilkörper und der Verschlußplatte einstellbar, über die der Abstand zwischen der mittigen Fixierung des Ventilgliedes und dessen Anlage am Ventilsitz im äußeren radialen Bereich veränderbar ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
Es zeigen die Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des Einspritzventils, die Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Figur 1 mit der Darstellung des erfindungswesentlichen Ventilgliedbereiches, die Figur 3 einen Ausschnitt aus einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem das Ventilglied am Zapfen des Ventilkörpers verschweißt ist und die Figur 4 einen Ausschnitt aus einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem die Eintrittsöffnung der Einspritzöffnung vom Ventilglied (Ventilmembran) überdeckt wird.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in der Figur 1 und in der Figur 2 in einem vergrößerten Ausschnitt dargestellte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils weist einen rotationssymmetrischen Ventilkörper 1 auf, an dessen Zulaufende ein Anschluß 3 für eine nicht dargestellte, von einer Kraftstoffeinspritzpumpe abführende Kraftstoffeinspritzleitung vorgesehen ist. Der Ventilkörper 1 weist weiterhin einen mit der Kraftstoffeinspritzleitung verbundenen Zulaufkanal 5 auf, der durch eine axiale Durchgangsbohrung gebildet ist, die sich von der oberen Stirnseite im Bereich des Anschlusses 3 des Ventilkörpers 1 bis in einen axial von der unteren, brennraumseitigen Stirnfläche 7 des Ventilkörpers 1 vorstehenden Zapfen 9 erstreckt. An der Stirnfläche des Zapfens 9 des Ventilkörpers 1 liegt ein als gewölbte Ventilmembran ausgebildetes scheibenförmiges Ventilglied 11 aus einem federnden Werkstoff mit seinem mittigen Bereich an, wobei im Bereich der Überdeckung mit dem Zulaufkanal 5 im Zapfen 9 eine Durchgangsöffnung 13 im Ventilglied 11 angeordnet ist. An der dem Ventilkörper 1 abgewandten Stirnfläche des Ventilgliedes 11 liegt ein weiterer Zapfen 15 einer Verschlußplatte 17 am mittigen Bereich des Ventilgliedes 11 an, der den Anlagebereich des Zapfens 9 überdeckt, so daß das Ventilglied 11 zwischen den Zapfen 9 und 15 eingespannt und gegenüber dem Ventilkörper 1 in seiner Lage fixiert ist. Die den zweiten Zapfen 15 aufweisende Verschlußplatte ist dabei scheibenförmig ausgebildet und wird von einer ihren radial äußeren Rand umgreifenden Spannmutter 19 axial gegen die brennraumseitige Stirnfläche 7 des Ventilkörpers 1 verspannt, wobei zwischen der Verschlußplatte und der Stirnfläche 7 des Ventilgliedes 1 eine Distanzhülse 21 eingespannt ist.
Der Zapfen 15 der Verschlußplatte 17 weist einen Verbindungskanal 23 auf, der ausgehend von seiner stirnseitigen Überdeckung mit der Durchgangsöffnung 13 im Ventilglied 11 in einen zwischen dem Ventilglied 11 und der Verschlußplatte 17 gebildeten Druckraum 25 mündet. Der Verbindungskanal 23 ist dabei vorzugsweise durch eine axiale Sackbohrung und eine von dieser abführenden Querbohrung gebildet.
Der zwischen dem gewölbten Ventilglied 11 und der brennraumabgewandten Stirnseite der Verschlußplatte 17 begrenzte Druckraum 25 ist durch die federnde Anlage des freien, radial auswärts weisenden Randbereiches des Ventilgliedes 11 an der Verschlußplatte 17 abgedichtet. Dabei bildet der radiale Außenwandbereich der Brennraumzugewandten Stirnfläche des Ventilgliedes 11 eine Ventildichtfläche 27 die unter Vorspannung (Eigenspannung der Ventilmembran) an einer durch einen Teil der brennraumabgewandten Stirnfläche der Verschlußplatte 17 gebildeten ringförmigen Ventilsitzfläche 29 dichtend anliegt. Dabei sind diesem an der Anlage von Ventilsitz 29 und Ventildichtfläche 27 gebildeten Dichtsitz stromabwärts Einspritzöffnungen 31 nachgeordnet, die als radial auswärts des Dichtsitzes liegende Bohrungen in der Verschlußplatte 17 ausgebildet sind. Die Anzahl und Anordnung dieser in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine mündenden Einspritzöffnungen 31 ist dabei frei wählbar und kann an die jeweiligen Verhältnisse angepaßt werden. Zur Vermeidung eines Überströmens von Kraftstoff in einen zwischen der dem Druckraum 25 abgewandten Stirnseite des Ventilgliedes 11 und der Stirnfläche 7 des Ventilkörpers 1 eingeschlossenen Raumes 33 ist ein Dichtring 35 zwischen dem radial äußeren Rand der Verschlußplatte 17 und der Distanzhülse 21 eingespannt, der am druckraumabgewandten Rand des Ventilgliedes 11 anliegt und so ausgebildet ist, daß er die Abhebbewegung des freien Endes des Ventilgliedes 11 nicht beeinträchtigt.
Dabei ist am radial auswärts weisenden Randbereich der Verschlußplatte 17 vorzugsweise ein Ringabsatz 37 vorgesehen, über den sich die Stärke der Verschlußplatte 17 am äußeren Umfang in Richtung Ventilkörper 1 hin vergrößert.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen arbeitet in folgender Weise.
Soll eine Kraftstoffeinspritzung am Einspritzventil erfolgen, wird dem Einspritzventil in bekannter Weise von der Einspritzpumpe über die Einspritzleitung ein Kraftstoffhochdruck zugeführt, der sich über den Zulaufkanal 5 in den kraftstoffgefüllten Druckraum 25 fortsetzt. Dort hebt der unter hohem Druck stehende Kraftstoff den freien Außenrand des Ventilgliedes 11 mit der Ventildichtfläche 27 entgegen der Vorspannkraft des federnden Ventilgliedes 11 (Ventilmembran) vom Ventilsitz 29 ab, so daß ein Öffnungsquerschnitt aufgesteuert wird, über den der Kraftstoff aus dem Druckraum 25 zu den Einspritzöffnungen 31 strömt, über die er weiter in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Dabei unterbindet der vorzugsweise aus temperatur- und kraftstoffbeständigem Gummi ausgebildete Dichtring 35 ein Überströmen von Kraftstoff in den Raum 33.
Die Kraftstoffeinspritzung wird beendet indem die Kraftstoffhochdruckzufuhr zum Einspritzventil unterbrochen wird und in Folge der Druck im Druckraum 25 unter den notwendigen Einspritzdruck absinkt, so daß das Ventilglied 11 mit seiner Ventildichtfläche 27 zur Anlage an die Ventilsitzfläche 29 zurückkehrt und das Einspritzventil schließt. Dabei sind in vorteilhafter Weise die Ventil-Funktion und die Rückstell-Funktion in einem Bauteil, nämlich dem Ventilglied 11 integriert.
Der Einspritzdruck läßt sich dabei über die Dimensionierung der Dicke der Distanzhülse 21 einstellen, über die der axiale Abstand zwischen mittiger Fixierung und äußerer Anlage des Ventilgliedes 11 und somit seine Vorspannkraft einstellbar ist.
Das in der Figur 3 in einem Ausschnitt dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zum ersten Ausführungsbeispiel in der Ausbildung der mittigen Fixierung und Befestigung des Ventilgliedes 11 am Zapfen 9 des Ventilkörpers 1, wobei das Ventilglied 11 hier mit dem Zapfen 9 verschweißt, vorzugsweise Laser-verschweißt ist. Dabei hat diese Befestigung des Ventilgliedes 11 den Vorteil, daß auf einen Zapfen an der Verschlußplatte 17 verzichtet werden kann, was deren Aufbau wesentlich vereinfacht.
Bei dem in der Figur 4 in einem weiteren Ausschnitt dargestellten dritten Ausführungsbeispiel überdeckt das federnde Ventilglied 11 mit seinem äußeren, die Ventildichtfläche 27 tragenden Rand vollständig die Eintrittsöffnung der Einspritzöffnung 31 in der Verschlußplatte 17, die hier einstückig mit der Distanzhülse ausgebildet ist.
Es ist somit mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil auf konstruktiv einfache Weise möglich erhebliche Vorteile gegenüber bekannten sogenannten Membrandüsen hinsichtlich Beanspruchung und Spritzlochanordnung- und Geometrie zu erreichen.

Claims (10)

  1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), an dessen brennraumseitigen Ende ein mit einem Zulaufkanal (5) verbundener ringförmiger Druckraum (25) vorgesehen ist, der von einem federnden Ventilglied (11) begrenzt wird, das unter Eigenspannung mit einer Ventildichtfläche (27) an einem ortsfesten Ventilsitz (29) anliegt und vom Druck im Druckraum (25) von diesem abhebbar ist, wobei das als Membran ausgebildete federnde Ventilglied (11) in seiner Mitte gegenüber dem Ventilkörper (1) fixiert ist und mit seinem radial auswärts weisenden Randbereich die federnd vom Ventilsitz (29) abhebbare Ventildichtfläche (27) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß dem dabei aufgesteuerten Öffnungsquerschnitt wenigstens eine Einspritzöffnung (31) in den Brennraum der Brennkraftmaschine nachgeordnet ist, wobei das Ventilglied (11) zwischen dem Ventilkörper (1) und einer Verschlußplatte (17) angeordnet ist und die wenigstens eine Einspritzöffnung (31) in der Verschlußplatte (17) ausgebildet ist.
  2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Verschlußplatte (17) und dem federnden Ventilglied (11) eingeschlossene Ringraum den Druckraum (25) bildet.
  3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufkanal (5) im Ventilkörper (1) an der Stirnfläche des Zapfens (9) an eine Durchgangsöffnung (13) im mittigen Bereich des Ventilgliedes (11) angrenzt, an die sich andererseits ein Verbindungskanal (23) im Zapfen (15) der Verschlußplatte (17) anschließt, der in den Druckraum (25) mündet.
  4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (23) im Zapfen (15) der Verschlußkappe (17) durch eine axiale Sackbohrung gebildet ist, die von einer Querbohrung angeschnitten wird.
  5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (17) mittels einer ihren radial äußeren Rand umgreifenden Spannmutter (19) axial gegen den Ventilkörper (1) verspannt ist, wobei zwischen der Stirnfläche (7) des Ventilkörpers (1) und der Verschlußplatte (17) eine Distanzhülse (21) eingespannt ist.
  6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem radial äußeren Bereich der dem Druckraum (25) zugewandten Stirnfläche der Verschlußplatte (17) eine kreisringförmiger Ventilsitzfläche (29) gebildet ist, an dem das Ventilglied (11) mit seiner am freien radial äußeren Randbereich angeordneten Ventildichtfläche (27) unter Vorspannung anliegt.
  7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (17) an ihrem radial äußeren Randbereich der druckraumzugewandten Stirnfläche einen Ringabsatz (37) aufweist, über den sich die Stärke der Verschlußplatte (17) im Randbereich in Richtung Ventilkörper (1) vergrößert, wobei zwischen dem Rand des Ventilgliedes (11) und dem Ringabsatz (37) ein Spiel verbleibt.
  8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Einspritzöffnungen (31) in der Verschlußplatte (17) vorgesehen sind, die radial auswärts der ringförmigen Ventilsitzfläche (29) von der den Druckraum (25) begrenzenden Stirnfläche der Verschlußplatte (17) abführen und in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden.
  9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verschlußplatte (17) und der Distanzhülse (21) ein Dichtring (35) vorgesehen ist, der an der druckraumabgewandten Stirnfläche des Ventilgliedes (11) anliegend, ein Überströmen von Kraftstoff in einen zwischen dem Ventilglied (11) und der Stirnfläche (7) des Ventilkörpers (1) gebildeten Raum (33) verhindert.
  10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Ventilglied (11) als gewölbte Scheibe aus federndem Material ausgebildet ist.
EP96922757A 1995-12-23 1996-07-09 Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP0811119B1 (de)

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