EP1319128B1

EP1319128B1 - Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP1319128B1
Application number: EP01957756A
Authority: EP
Inventors: Kurt Frank
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2001-08-04
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2021-08-04
Also published as: EP1319128A1; US20030132318A1; DE10044933A1; DE50111561D1; WO2002023037A1; JP2004509268A; US6712295B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, vorzugsweise selbstzündender Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 aus. Bei einem solchen aus dem deutschen Gebrauchsmuster 298 14 934 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist in einem Ventilkörper eine Bohrung ausgebildet, in der ein kolbenförmiges Ventilglied längsverschiebbar angeordnet ist, welches Ventilglied durch seine Längsbewegung die Öffnung wenigstens einer Einspritzöffnung steuert. Das Ventilglied wird in Schließrichtung von einer Schließkraft beaufschlagt und weist eine Druckfläche auf, die in einem mit Kraftstoffhochdruck befüllbaren Druckraum angeordnet ist. Durch Befüllung des Druckraums mit Kraftstoff unter hohem Druck kann eine hydraulische Kraft auf die Druckfläche ausgeübt werden, die der Schließkraft entgegengerichtet ist und so die Öffnungshubbewegung des Ventilglieds bewirkt. Die Vorrichtung zur Erzeugung der Schließkraft ist in einem Ventilhaltekörper ausgebildet, der eine Längsachse aufweist und in axialer Richtung gegen den Ventilkörper verspannt ist. Am Ventilhaltekörper befindet sich ein Hochdruckanschluß, der in einen Zulaufkanal mündet, welcher den Ventilhaltekörper in Längsrichtung durchquert und durch die Anlagefläche zwischen Ventilkörper und Ventilhaltekörper bis in den Druckraum des Ventilkörpers reicht. Die Anlagefläche ist somit eine Hochdruckdichtfläche und muß eine entsprechend gute Dichtung aufweisen.
Die Verspannung des Ventilhaltekörpers gegen den Ventilkörper erfolgt durch eine Spannmutter, die den Ventilkörper umfaßt und an einer am Ventilkörper ausgebildeten ringscheibenförmigen Auflagefläche anliegt, die dem Ventilhaltekörper abgewandt ist. Am Ventilhaltekörper ist ein Außengewinde angebracht, in das die Spannmutter mit einem entsprechenden Innengewinde eingreift, so daß der Ventilkörper durch die Verschraubung der Spannmutter gegen den Ventilhaltekörper verspannt wird. Hierdurch erreicht man an der Hochdruckdichtfläche zwischen Ventilhaltekörper und Ventilkörper eine gute Dichtung, und der Zulaufkanal, der durch die Hochdruckdichtfläche, also die Anlagefläche des Ventilhaltekörpers am Ventilkörper, hindurchtritt, erhält eine sichere Abdichtung.
Bei den bekannten Kraftstoffeinspritzventilen ist das Gewinde, das an der Außenmantelfläche des Ventilhaltekörpers ausgebildet ist und in welches die Spannmutter eingreift, als Feingewinde ausgebildet. Die Flanken der Gewindegänge schließen hierbei mit der Längsachse des Gewindes und damit auch mit der Längsachse des Ventilhaltekörpers einen Winkel von etwa 60° ein. Durch die axiale Verspannung der Spannmutter erhält man somit, neben der in axialer Richtung wirkenden Kraftkomponente auf die Schraubenflächen, eine in radialer Richtung bezüglich der Längsachse des Ventilhaltekörpers wirkende Kraftkomponente, die die Spannmutter aufweitet. Hierdurch wird die maximal erreichbare Flächenpressung an der Hochdruckdichtfläche zwischen Ventilhaltekörper und Ventilkörper beschränkt, so daß es bei hohen Drücken im Zulaufkanal zu Dichtigkeitsproblemen kommen kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Anlageflanken des am Ventilhaltekörper ausgebildeten Außengewindes und des an der Spannmutter ausgebildeten Innengewindes einen Winkel von 85° bis 95° zur Längsachse des Ventilhaltekörpers einschließend ausgebildet sind, so daß bei der Verspannung der Spannmutter diese Anlageflanken aneinander gepreßt werden, ohne daß wesentliche radiale Kräfte auf die Spannmutter entstehen. Hierdurch lassen sich größere axiale Spannkräfte auf den Ventilkörper bzw. den Ventilhaltekörper ausüben und so eine höhere Flächenpressung an der Hochdruckdichtfläche zwischen den beiden Körpern erreichen. Eine Aufweitung der Spannmutter durch radiale Kraftanteile findet somit nicht mehr statt. Besonders vorteilhaft ist dies bei Kraftstoffeinspritzventilen, die mit einem sogenannten Common-Rail-System arbeiten, da hier im Ventilkörper ständig hoher Kraftstoffdruck herrscht.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschreibung und dem abhängigen Anspruch 2 entnehmbar.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil dargestellt. Es zeigt Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil, Figur 2 eine vergrößerte Darstellung von Figur 1 im Bereich des Außengewindes des Ventilhaltekörpers und Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils im Längsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt. Ein Ventilhaltekörper 1 ist in axialer Richtung gegen einen Ventilkörper 3 verspannt. Der Ventilkörper 3 ist im Durchmesser gestuft ausgebildet und verjüngt sich dem Brennraum zu, so daß an seiner Außenmantelfläche eine ringscheibenförmige Anlagefläche 24 ausgebildet ist, die dem Brennraum zugewandt ist. Den Ventilkörper 3 umgreift eine Spannmutter 5, die an der Anlagefläche 24 anliegt und sich bis über den Ventilhaltekörper 1 erstreckt. An der Innenmantelfläche der Spannmutter 5 ist auf Höhe des Ventilhaltekörpers 1 ein Innengewinde 44 ausgebildet, das in ein an der Außenmantelfläche des Ventilhaltekörpers 1 ausgebildetes Außengewinde 42 eingreift, welches Außengewinde 42 eine Längsachse 8 aufweist. Durch Drehen der Spannmutter 5 wird somit die Spannmutter 5 in axialer Richtung bewegt und verspannt so den Ventilkörper 3 mit seiner brennraumabgewandten Stirnfläche gegen den Ventilhaltekörper 1, so daß die Anlagefläche des Ventilkörpers 3 am Ventilhaltekörper 1 als eine Hochdruckdichtfläche 30 ausgebildet ist.
Im Ventilkörper 3 ist eine Bohrung 7 ausgebildet, die von der brennraumabgewandten Stirnseite des Ventilkörpers 3 ausgeht und an ihrem brennraumseitigen Ende in einen Ventilsitz 20 übergeht. Der Ventilsitz 20 ist dabei im wesentlichen konisch ausgebildet und weist wenigstens eine Einspritzöffnung 22 auf, über die die Bohrung 7 mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbunden ist. In der Bohrung 7 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 10 angeordnet, das in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 7 dichtend geführt ist und sich unter Bildung einer Druckschulter 16 zum Brennraum hin verjüngt. An seinem brennraumseitigen Ende geht das Ventilglied 10 in eine Ventildichtfläche 18 über, die im wesentlichen konisch ausgebildet ist und mit dem Ventilsitz 20 zur Steuerung der wenigsten einen Einspritzöffnung 22 zusammenwirkt. Im Ventilkörper 3 ist auf Höhe der Druckschulter 16 durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 7 ein Druckraum 14 ausgebildet, der sich als ein das Ventilglied 10 umgebender Ringkanal bis zum Ventilsitz 20 fortsetzt. In den Druckraum 14 mündet ein im Ventilkörper 3 und im Ventilhaltekörper 1 ausgebildeter Zulaufkanal 12, der mit seinem anderen Ende mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle verbunden ist. Über diesen Zulaufkanal 12 läßt sich der Druckraum 14 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllen.
Im Ventilhaltekörper 1 ist ein als Bohrung ausgeführter Federraum 32 ausgebildet, in dem ein Führungsstück 40 angeordnet ist, das mit der brennraumabgewandten Stirnfläche des Ventilgliedes 10 verbunden ist. Das Führungsstück 40 ist hierbei zylinderförmig ausgebildet und im Federraum 32 geführt. Das Führungsstück 40 weist wenigstens eine seitliche Ausnehmung 41 auf, die die Bohrung 7 mit dem Federraum 32 verbindet. Zwischen der brennraumabgewandten Stirnfläche des Federraums 32 und dem Führungsstück 40 ist eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Schließfeder 34 unter Druckvorspannung angeordnet. Diese Schließfeder 34 umgibt dabei einen Stößel 36, der in einer in den Federraum 32 mündenden Führungsbohrung 38 angeordnet ist und mit seiner dem Ventilglied 10 zugewandten Stirnseite am Führungsstück 40 anliegt. Auf die brennraumabgewandte Stirnseite des Stößels 36 wirkt durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung eine steuerbare Schließkraft, die den Stößel 36 in Richtung des Ventilsitzes 20 mit einer Kraft beaufschlagen kann. Im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils, das ist, wenn die Ventildichtfläche 18 am Ventilsitz 20 anliegt, herrscht im Druckraum 14 durch die Verbindung mit der Kraftstoffhochdruckquelle ein vorgegebener Kraftstoffhochdruck. Durch diesen Kraftstoffhochdruck ergibt sich eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 16, so daß dadurch eine Öffnungskraft auf die Druckschulter 16 in Richtung vom Ventilsitz 20 weg wirkt. Die Schließkraft auf den Stößel 36, der über das Führungsstück 40 auch auf das Ventilglied 10 wirkt, überwiegt jedoch diese Öffnungskraft, so daß das Ventilglied 10 in Schließstellung verharrt. Die Schließfeder 34 wirkt hierbei noch unterstützend. Soll eine Einspritzung von Kraftstoff erfolgen, so wird die Schließkraft auf den Stößel 36 reduziert und die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 16 ist nun in der Lage das Ventilglied 10 entgegen der Schließkraft auf den Stößel 36 und der Federkraft der Schließfeder 34 in Öffnungsrichtung, d. h. vom Ventilsitz 20 weg, zu bewegen. Hierdurch hebt die Ventildichtfläche 18 vom Ventilsitz 20 ab, die Einspritzöffnungen 22 werden freigegeben und Kraftstoff fließt aus dem Druckraum 14 durch die Einspritzöffnungen 22 in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Hierbei wird über den Zulaufkanal 12 ständig Kraftstoff unter hohem Druck aus der Kraftstoffhochdruckquelle nachgeführt. Das Ende der Einspritzung wird wiederum durch Erhöhung der Schließkraft auf den Stößel 36 bewirkt, so daß das Ventilglied 10 durch die zuvor geschilderten Kraftverhältnisse wieder in die Schließstellung zurückfährt.
In Figur 2 ist eine Vergrößerung im Bereich der Überdeckung von Spannmutter 5 und Ventilhaltekörper 1 gezeigt. Das Außengewinde 42 am Ventilhaltekörper 1 weist in jedem Gewindegang eine Schrägflanke 46 auf, die einen Winkel β mit der Längsachse 8 des Außengewindes 42 einschließt. Die der Schrägflanke 46 gegenüberliegende Anlagenflanke 52 schließt mit der Längsachse 8 des Außengewindes 42 hingegen einen Winkel α ein, der zumindest näherungsweise 90° beträgt. Das Innengewinde 44 der Spannmutter 5 ist entsprechend ausgebildet, um in das Außengewinde 42 des Ventilhaltekörpers 1 einzugreifen. Jeder Gewindegang des Innengewindes 44 weist eine Schrägflanke 48 auf, die bei eingeschraubter Spannmutter 5 der Schrägflanke 46 des Außengewindes 42 gegenüberliegt. Hierbei werden die beiden Schrägflanken 46, 48 jedoch im allgemeinen nicht aufeinander gepreßt, da die Spannmutter 5 in axialer Richtung gegen den Ventilhaltekörper 1 verspannt ist. Die der Schrägflanke 48 gegenüberliegende Flanke des Innengewindes 44 ist als Anlageflanke 50 ausgebildet und steht zumindest annäherungsweise senkrecht auf der Längsachse 8 des Ventilhaltekörpers 1. Die Anlageflanke 50 liegt an der Anlageflanke 52 des Außengewindes 42 an, so daß beim Festschrauben der Spannmutter 5 eine in axialer Richtung wirkende Kraft von der Spannmutter 5 über die äußere Anlageflanke 50 auf die Anlageflanke 52 des Außengewindes 42 des Ventilhaltekörpers 1 übertragen wird. Da die beiden aneinanderliegenden Anlageflanken 50, 52 senkrecht auf der Längsachse 8 des Außengewindes 42 und damit auch senkrecht auf der Verspannungsrichtung des Ventilkörpers 3 stehen, ergibt sich keine oder nur eine sehr geringe in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 8 wirkende Kraftkomponente auf die Spannmutter 5. Es ergibt sich also keine Aufweitung der Spannmutter 5 durch das Festspannen und damit kann an der Hochdruckdichtfläche 30, also der Anlagefläche des Ventilkörpers 3 am Ventilhaltekörper 1, eine sehr hohe Flächenpressung erreicht werden und damit eine ausreichend gute Dichtung des Zulaufkanals 12 an seinem Übergang vom Ventilhaltekörper 1 zum Ventilkörper 3.
In Figur 3 ist alternativ zu dem in Figur 1 dargestellten Aufbau ein Kraftstoffeinspritzventils im Längsschnitt gezeigt, bei dem zwischen dem Ventilhaltekörper 1 und dem Ventilkörper 3 eine Zwischenscheibe 6 angeordnet ist, so daß zwei Hochdruckdichtflächen entstehen: einmal am Übergang vom Ventilhaltekörper 1 zur Zwischenscheibe 6 und von der Zwischenscheibe 6 zum Ventilkörper 3. Auch bei einem solchen Aufbau erhält man durch das erfindungsgemäße Gewinde an der Innenseite der Spannmutter 5 beziehungsweise an der Außenmantelfläche des Ventilhaltekörpers 1 eine optimierte Flächenpressung und damit eine verbesserte Dichtheit am Übergang des Zulaufkanals 12 durch die Hochdruckdichtflächen.
Alternativ zu den in Figur 1 und Figur 3 gezeigte Kraftstoffeinspritzventilen kann es auch vorgesehen sein, daß die Spannmutter mit ihrem Innengewinde in ein an der Außenmantelfläche des Ventilkörpers 3 angeordneten Außengewindes eingreift. In diesem Fall stützt sich die Spannmutter an einer am Ventilhaltekörper 1 ausgebildeten Anlagefläche ab, die dem Ventilkörper 1 abgewandt ist, so daß auch in diesem Fall eine Verspannung von Ventilkörper 3 und Ventilhaltekörper 1 gegeneinander erfolgen kann.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (3), in dem in einer Bohrung (7) ein Ventilglied (10) durch Druckbeaufschlagung einer Druckschulter (16) mit Kraftstoff entgegen einer Schließkraft längsverschiebbar ist und durch die Längsbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung (22) steuert, und mit einem Ventilhaltekörper (1), der in axialer Richtung mittels einer Spannmutter (5) gegen den Ventilkörper (3) verspannt ist, wobei die Spannmutter (5) ein Innengewinde (44) aufweist, das in ein an der Außenmantelfläche des Ventilhaltekörpers (1) ausgebildetes und eine Längsachse (8) aufweisendes Außengewinde (42) eingreift, und mit einem im Ventilhaltekörper (1) und im Ventilkörper (3) verlaufenden Zulaufkanal (12), durch den Kraftstoff unter hohem Druck durch die als Hochdruckdichtfläche (30) ausgebildete Anlagefläche des Ventilkörpers (3) am Ventilhaltekörper (1) zu den Einspritzöffnungen (22) geleitet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Verspannung des Ventilkörpers (3) gegen den Ventilhaltekörper (1) gegeneinander gepreßten Anlageflanken (50; 52) des Innengewindes (44) und des Außengewindes (42) mit der Längsachse (8) des Außengewindes (42) einen Winkel von 85° bis 95° einschließen.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilkörper (3) und dem Ventilhaltekörper (1) eine Zwischenscheibe (6) angeordnet ist.