EP1109998A1 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

Kraftstoffeinspritzventil

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EP1109998A1
EP1109998A1 EP00952881A EP00952881A EP1109998A1 EP 1109998 A1 EP1109998 A1 EP 1109998A1 EP 00952881 A EP00952881 A EP 00952881A EP 00952881 A EP00952881 A EP 00952881A EP 1109998 A1 EP1109998 A1 EP 1109998A1
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valve
fuel injection
closing
bore
injection valve
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Günter LEWENTZ
Uwe Gordon
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/30—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped
    • F02M2200/304—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped using hydraulic means

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve for internal combustion engine machines, with a valve member which can be displaced axially outward in a bore of a valve body against the force of a closing spring and which has at its combustion-chamber end a valve head closing member projecting from the bore and on its side facing the valve body has a valve sealing surface with which it interacts with a valve seat surface arranged on the combustion-chamber end face of the valve body, and with at least one injection opening on the closing head originating from a pressure chamber, the outlet opening of which is covered by the valve body in the closed position of the valve member and is released during the outward opening stroke.
  • a nozzle that is, an outward opening to the combustion chamber
  • a nozzle that is, an outward opening to the combustion chamber
  • DE 196 18 698 AI Due to the system, the valve member is subjected to tension in the closing movement when the injection ends. Due to the closing spring and the combustion chamber gas pressure, high closing forces act during the closing movement. The high clamping forces can damage the affected components.
  • the object of the invention is to provide a fuel injection valve with an increased service life. In particular, the forces occurring in the closing movement should be reduced.
  • the object is in a fuel injection valve for internal combustion engines, with a valve member which can be displaced axially outwardly in a bore of a valve body against the force of a closing spring and which has at its combustion-chamber end a valve head closing member which projects out of the bore and which on its side faces the valve body Side has a valve sealing surface with which it interacts with a valve seat surface arranged on the combustion chamber end face of the valve body, and with at least one injection opening on the closing head originating from a pressure chamber, the outlet opening of which is covered by the valve body in the closed position of the valve member and is released during the outward opening stroke, solved in that a hydraulic closing damping device is integrated in the fuel injection valve.
  • the high closing forces that occur in the closing movement lead to high valve member speeds.
  • Valve element considerably reduced, since the damping of the valve element speed reduces the impulse and thus the impact that occurs when the valve sealing surface strikes the valve seat surface. This reduces the load on the entire valve seat that occurs during operation. It can also occur at high operating points Valve member closing speed leads to a so-called bouncing of the valve member on the valve seat surface, ie there is a brief reopening of the valve member. This reopening at the end of the spray is very damaging to the exhaust gas emissions. By damping the valve member movement shortly before the end of closing, the bounce tendency can be significantly reduced.
  • Valve member bears against the end face of a piston which is guided to move back and forth in a blind bore provided in a valve holding body, the longitudinal axis of which coincides with the longitudinal axis of the valve member.
  • the piston acts as a damping piston. The damping effect of the piston only occurs in the closing movement of the valve member, since there is no operative connection between the piston and the valve member during the opening stroke.
  • a further special embodiment of the invention is characterized in that the guidance of the piston in the valve holding body is milled to ensure a sealing guidance of the piston. This ensures that the hydraulic pressure builds up in front of the locking piston to dampen the movement.
  • Another particular embodiment of the invention is characterized in that the piston is biased by a return spring arranged in the blind bore. This ensures that the piston follows the valve member movement when opening and closing.
  • Hydraulic fluid especially oil, is filled.
  • Figure 1 shows a first embodiment
  • Figure 2 shows a second embodiment
  • Fuel injection valve has a valve body 1, which projects with its lower free end into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied. With its upper end surface 3 remote from the combustion chamber, the valve body 1 is axially prestressed against a valve holding body 7 by means of a clamping nut 5.
  • the valve body 1 has an axial through bore 9, in which a piston-shaped valve member 11 is axially displaceably guided.
  • the valve member 11 has a closing head 13 protruding from the bore 9 and forming a valve closing member at its lower end on the combustion chamber side.
  • the closing head 13 On its side facing the valve body 1, the closing head 13 has a valve sealing surface 15, with which it engages with a face on the combustion chamber side
  • Valve body 1 arranged valve seat surface 17 cooperates.
  • An annular pressure chamber 19 is formed between the valve member 11 and the wall of the bore 9.
  • the pressure chamber 19 is delimited on the combustion chamber side by a diameter enlargement of the valve member 11 which forms an annular shoulder 21 and merges into the closing head 13.
  • Injection openings (not shown) lead from the annular shoulder 21, which are initially designed as a longitudinal bore, of which then at the level of the closing head Remove 13 cross holes.
  • the outlet openings of the injection openings on the wall of the valve member 11 are arranged such that they are covered by the bore wall 9 of the valve body 1 in the closed position of the valve member 11 and only when it is directed outwards
  • Opening stroke of the valve member 11 can be controlled by emerging from the bore 9.
  • valve member 11 protrudes with its shaft 27 into a spring chamber 29 provided in the holding body 7. To ensure a tight contact of the valve member 11 with the valve seat 17 when the injection valve is closed and for a return movement of the valve member 11, there is a closing spring 31 against an annular shoulder 33 formed on the valve member shaft 27 biased.
  • Fuel is supplied to the pressure chamber 19 of the injection valve via a pressure line 20 originating from a high-pressure source.
  • a free end 35 of the valve member shaft 27 is formed on the side of the ring shoulder 33 facing away from the combustion chamber.
  • the valve member end 35 is in abutment against a damper piston 37.
  • the damper piston 37 is received in a blind bore 39 such that it can be moved back and forth.
  • the damper piston 37 limited in the
  • the damping chamber 41 is connected to a return line 45 via a throttle bore 43.
  • the return line 45 is in turn connected to a relief space (not shown).
  • a return spring 47 is arranged in the damping space 41. The return spring 47 is biased against the damping piston 37.
  • FIG. 2 The second exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 2 is similar to the first shown in FIG.
  • the throttle effect is not achieved by a throttle bore, but by a throttle cross section 49 formed on the damping piston 37. That is, the damping chamber 41 is connected via the throttle cross-section 49 to the return line 45, which in turn is connected to the relief chamber (not shown).
  • the course of movement of the valve member 11 can be controlled during injection.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem in einer Bohrung (9) eines Ventilkörpers (1) entgegen der Kraft einer Schliessfeder (31) axial nach aussen verschiebbaren Ventilglied (11), das an seinem brennraumseitigen Ende einen aus der Bohrung ragenden, ein Ventilschliessglied bildenden Schliesskopf (13) aufweist, der auf seiner dem Ventilkörper (1) zugewandten Seite eine Ventildichtfläche (15) aufweist, mit der er mit einer an der brennraumseitigen Stirnseite des Ventilkörpers (1) angeordneten Ventilsitzfläche (17) zusammenwirkt, und mit wenigstens einer von einem Druckraum (19) ausgehenden Einspritzöffnung am Schliesskopf, deren Austrittsöffnung in Schliessstellung des Ventilgliedes (11) vom Ventilkörper (1) abgedeckt und beim nach aussen gerichteten Öffnungshub freigegeben wird. Um die Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils zu erhöhen, ist eine hydraulische Schliessdämpfungseinrichtung (37, 39, 41, 43, 45, 47) in das Kraftstoffeinspritzventil integriert.

Description

Kraftstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brεnnkrafcraaschinen, mit einem in einer Bohrung eines Ventilkörpers entgegen der Kraft einer Schließfeder axial nach außen verschiebbaren Ventilglied, das an seinem brennraumseitigen Ende einen aus der Bohrung ragenden, ein Ventilschließglied bildenden Schließkopf aufweist, der auf seiner dem Ventilkörpεr zugewandten Seite eine Ventildichtfläche aufweist, mit der er mit einer an der brennraumseitigen Stirnseite des Ventilkörpers angeordneten Ventilsitzflache zusammenwirkt, und mit wenigstens einer von einem Druckraum ausgehenden Einspritzöffnung am Schließkopf, deren Austrittsöffnung in Schließstellung des Ventilgliedes vom Ventilkörper abgedeckt und beim nach außen gerichteten Öffnungshub freigegeben wird.
Ein derartiges Kraftstoffeinspritzventil mit einer sog. A- Düse, also einer nach außen, zum Brennraum hin öffnenden Düse, ist aus der DE 196 18 698 AI bekannt. Systembedingt wird das Ventilglied bei Beendigung der Einspritzung in der Schließbewegung auf Zug beansprucht. Während der Schließbewegung wirken, bedingt durch die Schließfeder und den Brennraumgasdruck, hohe Schließkräfce . Die hohen Schließkräfte können zu Beschädigungen der betroffenen Bauteile führen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer erhöhten Lebensdauer bereitzustellen. Insbesondere sollen die in der Schließbewegung auftretenden Kräfte reduziert werden.
Die Aufgabe ist bei einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem in einer Bohrung eines Ventilkörpers entgegen der Kraft einer Schließfeder axial nach außen verschiebbaren Ventilglied, das an seinem brennraumseitigen Ende einen aus der Bohrung ragenden, ein Ventilschließglied bildenden Schließkopf aufweist, der auf seiner dem Ventilkörpεr zugewandten Seite eine Ventiidichtflache aufweist, mit der er mit einer an der brennraumseitigen Stirnseite des Ventilkörpers angeordneten Ventilsitzfläche zusammenwirkt, und mit wenigstens einer von einem Druckraum ausgehenden Einspritzöffnung am Schließkopf, deren Austrittsöffnung in Schließstellung des Ventilgliedes vom Ventilkörper abgedeckt und beim nach außen gerichteten Öffnungshub freigegeben wird, dadurch gelöst, dass eine hydraulische Schließdämpfungseinrichtung in das Kraftstoffeinspritzventil integriert ist. Die in der Schließbewegung auftretenden hohen Schließkräfte führen zu hohen Ventilgliedgeschwindigkeiten. Beim Auftreffen der Ventildichtfläche auf die "steife" Ventilsitzfläche werden die bewegten Massen schlagartig verzögert. Die hohen negativen Beschleunigungswerte und die Trägheit der bewegten Massen führen zu sehr großen Zugkräften in dem Vεntilglied. Die Zugkräfte können zu einem Bruch des Ventilgliedes führen. Durch die hydraulische Schließdämpfungseinrichtung wird die Zugbelastung in dem
Ventilglied erheblich reduziert, da durch die Dämpfung der Ventilgliedgeschwindigkeit der Impuls und somit der beim Auftreffen der Ventildichtfläche auf die Ventilsitzflache auftretende Stoß reduziert werden. Somit wird die im Betrieb auftretende Belastung für den ganzen Ventilsitz geringer. Außerdem kann es bei Betriebspunkten mit hoher Ventilgliedschließgeschwindigkeit zu einem sog. Prellen des Ventilgliedes an der Ventilsitzfläche kommen, d.h. es kommt zu einem kurzzeitigen Wiederöffnen des Ventilgliedes. Dieses Wiederöffnen bei Spritzende ist für die Abgasemissionen sehr schädlich. Durch die Dämpfung der Ventilgliedbewegung kurz vor Schließende kann die Prellerneigung deutlich verringert werden.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das brennraumferne Ende des
Ventilgliedes an der Stirnseite eines Kolbens anliegt, der in einer in einem Ventilhaltekörper vorgesehenen Sackbohrung hin- und herbewegbar geführt ist, deren Längsachse mit der Längsachse des Ventilgliedes zusammenfällt. Der Kolben wirkt als Dämpfungskolben. Die Dämpfungswirkung entfaltet der Kolben aber nur in der Schließbewegung des Ventilgliedes, da beim Öffnungshub keine Wirkverbindung zwischen dem Kolben und dem Ventilglied vorliegt.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Führung des Kolbens in dem Ventilhaltekörper paarungsgeschliffen ist, um eine dichtende Führung des Kolbens zu gewährleisten. Dadurch wird sichergestellt, dass sich der hydraulische Druck zur Dämpfung der Bewegung vor dem Schließkolben aufbaut.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben durch eine in der Sackbohrung angeordnete Rückstellfeder vorgespannt ist. Dadurch wird erreicht, dass der Kolben beim Öffnen und Schließen der Ventilgliedbewegung folgt.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sackbohrung mit
Hydraulikflüssigkeit , insbesondere Öl, befüllt ist. Das
In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im
Längsschnitt durch das Einspritzventil ; und
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel im
Längsschnitt durch das Einspritzventil.
Das in Figur 1 im Längsschnitt dargestellte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzventils weist einen Ventilkörper 1 auf, der mit seinem unteren freien Ende in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Mit seiner oberen brennraumfernen Stirnfläche 3 ist der Ventilkörper 1 mittels einer Spannmutter 5 axial gegen einen Ventilhaltekörper 7 vorgespannt. Der Ventilkörper 1 weist eine axiale Durchgangsbohrung 9 auf, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 11 axial verschiebbar geführt ist. Das Ventilglied 11 weist an seinem brennraumseitigen unteren Ende einen aus der Bohrung 9 ragenden, ein Ventilschließglied bildenden Schließkopf 13 auf. Der Schließkopf 13 weist auf seiner dem Ventilkörper 1 zugewandten Seite eine Ventildichtfläche 15 auf, mit der er mit einer an der brennraumseitigen Stirnseite des
Ventilkörpers 1 angeordneten Ventilsitzfläche 17 zusammenwirkt .
Zwischen dem Ventilglied 11 und der Wand der Bohrung 9 ist ein ringförmiger Druckraum 19 ausgebildet. Der Druckraum 19 ist brennraumseitig von einer eine Ringschulter 21 bildenden Durchmessererweiterung des Ventilglieds 11 begrenzt, die in den Schließkopf 13 übergeht. Dabei führen von der Ringschulter 21 (nicht dargestellte) Einspritzöffnungen ab, die zunächst als Längsbohrung ausgebildet sind, von denen dann in Höhe des Schließkopfes 13 Querbohrungen abführen. Die Austrittsöffnungen der Einspritzöffnungen an der Wand des Ventilgliedes 11 sind dabei so angeordnet, dass sie in Schließstellung des Ventilgliedes 11 von der Bohrungswand 9 des Ventilkörpers 1 abgedeckt sind und erst beim nach außen gerichteten
Öffnungshub des Ventilgliedes 11 durch Austauchen aus der Bohrung 9 aufgesteuert werden.
Das Ventilglied 11 ragt mit seinem Schaft 27 in einen im Haltekörper 7 vorgesehenen Federraum 29. Zur Gewährleistung einer dichten Anlage des Ventilgliedes 11 am Ventilsitz 17 bei geschlossenem Einspritzventil und für eine Rückstellbewegung des Ventilgliedes 11 ist eine Schließfeder 31 gegen einen am Ventilgliedschaft 27 ausgebildeten Ringabsatz 33 vorgespannt. Die
Kraftstoffzufuhr in den Druckraum 19 des Einspritzventils erfolgt über eine von einer Hochdruckquelle ausgehende Druckleitung 20.
Auf der dem Brennraum abgewandten Seite des Ringabsatzes 33 ist ein freies Ende 35 des Ventilgliedschaftes 27 ausgebildet. Das Ventilgliedschaftsende 35 befindet sich in Anlage gegen einen Dämpferkolben 37. Der Dämpferkolben 37 ist hin- und herbewegbar in einer Sackbohrung 39 aufgenommen. Der Dämpferkolben 37 begrenzt in der
Sackbohrung 39 einen Dämpfungsraum 41. Der Dämpfungsraum 41 steht über eine Drosselbohrung 43 mit einer Rücklaufleitung 45 in Verbindung. Die Rücklaufleitung 45 wiederum steht mit einem (nicht dargestellten) Entlastungsraum in Verbindung. Außerdem ist in dem Dämpfungsraum 41 eine Rückstellfeder 47 angeordnet. Die Rückstellfeder 47 ist gegen den Dämpfungskolben 37 vorgespannt.
Das in Figur 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung ähnelt dem in Figur 1 dargestellten ersten
Ausführungsbeispiel . Der Einfachheit halber werden deshalb zur Bezeichnung gleicher Teile dieselben Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird zudem auf die vorstehende Beschreibung des ersten
Ausführungsbeispiels verwiesen. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen eingegangen .
Bei dem in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Drosselwirkung nicht durch eine Drosselbohrung, sondern durch einen am Dämpfungskolben 37 ausgebildeten Drosselquerschnitt 49 erreicht. D.h., der Dämpfungsraum 41 ist über den Drosselquerschnitt 49 mit der Rücklaufleitung 45 verbunden, die wiederum mit dem (nicht dargestellten) Entlastungsraum in Verbindung steht .
Beiden Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die Schließbewegung des Ventilgliedes 11 gedämpft wird. Durch die in Figur 2 beispielhaft dargestellte gestufte Ausbildung des Drosselquerschnitts kann der
Bewegungsverlauf des Ventilgliedes 11 beim Einspritzen gesteuert werden.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem in einer Bohrung (9) eines Ventilkörpers (1) entgegen der Kraft einer Schließfeder (31) axial nach außen verschiebbaren Ventilglied (11) , das an seinem brennraumseitigen Ende einen aus der Bohrung ragenden, ein Ventilschließglied bildenden Schließkopf (13) aufweist, der auf seiner dem Ventilkörper (1) zugewandten Seite eine Ventildichtfläche (15) aufweist, mit der er mit einer an der brennraumseitigen Stirnseite des Ventilkörpers (1) angeordneten Ventilsitzfläche (17) zusammenwirkt, und mit wenigstens einer von einem Druckraum (19) ausgehenden
Einspritzöffnung am Schließkopf, deren Austrittsöffnung in Schließstellung des Ventilgliedes (11) vom Ventilkörper (1) abgedeckt und beim nach außen gerichteten Öffnungshub freigegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine hydraulische Schließdämpfungseinrichtung (37, 39, 41, 43, 45, 47, 49) in das Kraftstoffeinspritzventil integriert ist.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das brennrau ferne Ende (35) des
Ventilgliedes (11) an der Stirnseite eines Kolbens (37) anliegt, der in einer in einem Ventilhaltekörper (7) vorgesehenen Sackbohrung (39) hin- und herbewegbar geführt ist, deren Längsachse mit der Längsachse des Ventilgliedes (11) zusammenfällt.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung des Kolbens (37) in dem Ventilhaltekörper (7) paarungsgeschliffen ist.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (37) durch eine in der Sackbohrung (39) angeordnete Rückstellfeder (47) vorgespannt ist.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sackbohrung (39) mit Hydraulikflüssigkeit , insbesondere Öl, gefüllt ist.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum der Sackbohrung (39) über eine Drossel (43, 49) mit einem Entlastungsraum in Verbindung steht.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel von einer Drosselbohrung (39) in dem Ventilhaltekδrper (7) gebildet ist.
8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel durch Flächenanschliffe (49) an dem Kolben (37) gebildet ist .
EP00952881A 1999-07-02 2000-07-01 Kraftstoffeinspritzventil Expired - Lifetime EP1109998B1 (de)

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DE19930641A DE19930641A1 (de) 1999-07-02 1999-07-02 Kraftstoffeinspritzventil
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