EP2183476B1 - Kraftstoffeinspritzventil mit verbesserter dichtheit am dichtsitz eines druckausgeglichenen steuerventils - Google Patents

Kraftstoffeinspritzventil mit verbesserter dichtheit am dichtsitz eines druckausgeglichenen steuerventils Download PDF

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EP2183476B1
EP2183476B1 EP08774899A EP08774899A EP2183476B1 EP 2183476 B1 EP2183476 B1 EP 2183476B1 EP 08774899 A EP08774899 A EP 08774899A EP 08774899 A EP08774899 A EP 08774899A EP 2183476 B1 EP2183476 B1 EP 2183476B1
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EP
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valve
pressure
seat
control valve
cone angle
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Holger Rapp
Wolfgang Stoecklein
Nadja Eisenmenger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/004—Sliding valves, e.g. spool valves, i.e. whereby the closing member has a sliding movement along a seat for opening and closing

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection valve according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a fuel injection valve is for example by the EP 1 612 403 A1 and the WO 03/004861 A1 known.
  • one or more injection openings are opened and closed by the longitudinal movement of a nozzle needle. Due to the pressure in a control chamber, a closing force is exerted indirectly via a valve piston on the nozzle needle, so that this, if in the Control chamber a correspondingly high fuel pressure is present, is held in its closed position. If an injection takes place, the control chamber is connected to a leakage oil space by means of a solenoid valve designed as a control valve.
  • the control valve has as a control valve element on a valve sleeve which defines an annular space to the outside, which is connected to the control chamber via an outlet throttle.
  • the valve sleeve is operated force-free or pressure-balanced, ie, on the valve sleeve is not exerted by the fuel pressure in the annulus resulting force in the direction of movement.
  • a closing spring By a closing spring, the valve sleeve is pressed against a valve seat and thereby closes the annulus to the outside. If an injection takes place, then the valve sleeve is lifted off from the valve seat via the electromagnet, which can be done very quickly by overcoming the relatively small closing force of the closing spring due to the lack of hydraulic force component.
  • the control chamber is connected to the leakage oil space and thereby relieved of pressure.
  • the valve sleeve is pressure balanced, because the diameter of the guide in which the valve sleeve is slidably guided, and the seat diameter of the valve seat, which seals the valve sleeve in the idle state, are the same. As a result, no pressure forces in the opening or closing direction, but only those in the radial direction arise at rest. If the seat deviates from the guide diameter, hydraulic forces are generated in the axial direction. Are guide and valve seat - as in most cases - executed in a component, so a deviation of the seat from the guide diameter can only be present in each case such that hydraulic forces arise in the opening direction. In the other case, the valve sleeve would not be available in the valve body. This is associated in particular with the disadvantage that with a surface adjustment in the sealing seat in the course of operation always only hydraulic forces in the opening direction can arise, which can lead to an unwanted opening and thus to a leakage of the valve in the extreme case.
  • a fuel injection valve according to the invention with the fuel-supplying components is shown schematically in longitudinal section.
  • the fuel injection valve comprises a multipart, here the simplicity but only one piece shown holding body 1 and a nozzle body 2, which are pressed by a clamping nut 3 against each other.
  • a nozzle needle (valve needle) 4 is arranged longitudinally displaceable, which controls the opening of at least one injection opening 5 by their longitudinal movement.
  • the fuel is supplied to the injection openings 5 via a pressure chamber 6 , which surrounds the nozzle needle 4 and which can be filled with fuel at high pressure via an inlet channel 7 .
  • nozzle needle 4 moves away from the injection openings 5 and thus moves into its open position, fuel is injected from the pressure chamber 6 via the injection openings 5 into a combustion chamber, not shown in the drawing, of the internal combustion engine. If, however, the nozzle needle 4 is in its closed position, that is to say in contact with a valve seat, the injection openings 5 are closed by the nozzle needle 4.
  • a longitudinal bore 8 is formed, which is coaxial with the nozzle needle 4 and in which a control piston 9 is arranged longitudinally displaceable.
  • the control piston 9 rests against the nozzle needle 4 via a pressure piece 10 , so that it moves in the longitudinal direction synchronously with the nozzle needle 4.
  • a spring 11 which is supported on the one hand on a shoulder in the holding body 1 and on the other hand on the pressure piece 10, so that by the force of the spring 11, the pressure piece 10 in the direction of the nozzle body 2 and thus the nozzle needle 4 is pressed in its closed position.
  • a high-pressure pump 12 For supplying the fuel under high pressure, a high-pressure pump 12 is provided, which compresses the fuel from a fuel tank 13 and a high-pressure accumulator 14 , in which the fuel is kept under high pressure. Via a high-pressure line 15 and a high-pressure port 16 which is formed on the fuel injection valve, the high-pressure fuel is supplied to the fuel injection valve and injected in the manner described via the injection openings 5 in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • control piston 9 With its end facing away from the nozzle body 2, the control piston 9 defines a control chamber 17, which is connected to the inlet channel 7 via an inlet bore 18, in which an inlet throttle 19 is located.
  • the control chamber 17 is also connected via a longitudinal bore 20, which is formed in the holding body 1 and in a control valve body 21 , with a high-pressure side valve chamber 22 which is connected via a control valve 23 with a low-pressure side valve chamber (leakage oil chamber) 24 .
  • the control valve 23 serves to lower the fuel pressure in the control chamber 17 and has a control valve element in the form of a control or valve sleeve 25 , which is guided on a piston-shaped housing bolt 33 with guide diameter d F.
  • the valve sleeve 25 is in this case longitudinally movable and is in its closed position on a valve seat 26 with seat diameter ds, so that the valve sleeve 25 radially outwardly limited high-pressure side valve chamber 22 is sealed against the leakage oil chamber 24.
  • the valve sleeve 25 is force-balanced, because the guide diameter d F and the seat diameter d S are equal and therefore no pressure forces in the open or closed direction act on the valve sleeve 25 in the idle state.
  • the valve sleeve 25 is acted upon by a closing spring 27 which exerts a closing force on the valve sleeve 25 and thus presses against the valve seat 26.
  • a closing spring 27 which exerts a closing force on the valve sleeve 25 and thus presses against the valve seat 26.
  • Via an electromagnet 28 the valve sleeve 25 can be lifted from the valve seat 26, so that the high-pressure side Valve chamber 22 and thus over the longitudinal bore 20 and the control
  • the high-pressure side valve chamber 22 is tapered in the seat near area by an inner annular projection 29 of the valve sleeve 25.
  • the contact line of the valve sleeve 25 on the control valve body 21 does not migrate inwardly, but remains at d s ⁇ d F.
  • the control valve 23 remains practically pressure or force balanced in the new state, since the forces acting on the two shoulder surfaces 29a, 29b of the annular shoulder 29 cancel hydraulic forces. In other words, in spite of the annular shoulder 29, no appreciable hydraulic forces act on the valve sleeve 25 in the axial direction.
  • valve seat 26 is formed by a conical surface with a cone angle ⁇ k .
  • the valve sleeve 25 has a sealing edge 30 which by a low-pressure side conical surface 30a with cone angle ⁇ V1 ( ⁇ V1 > ⁇ K ) and by a high-pressure side conical surface 30b, so the heel surface 29b of the annular projection 29, with cone angle ⁇ V2 ( ⁇ V2 ⁇ K ) is formed.
  • the sealing edge 30 is formed at the diameter d s . Due to the conical contour on the valve seat 26 and the double cone contour on the valve sleeve 25, a surface adjustment now takes place starting from the sealing edge 30 in the same way radially inwards and outwards.
  • the limitation of the surface adjustment to the outside is done by the outer diameter d a of the control valve body 21 and inwardly by the inner diameter d i of the valve sleeve 25.
  • the limitation of the surface adjustment outward on the diameter d a by a Wegbegrenzungskante with diameter d a on the Valve sleeve 25 done.
  • the seat limitation between d i and d a has the task of keeping the seat forces occurring at low strokes and thus also their scattering from copy to copy small.
  • the valve seat 26 has a seat edge 31 , which is formed by a low-pressure-side conical surface 26a with a cone angle ⁇ K1 ( ⁇ K1 ⁇ V ) and a high-pressure side conical surface 26b with a cone angle ⁇ K2 ( ⁇ K2 > ⁇ V ).
  • the seat edge 31 is formed at the diameter d s .
  • the valve seat 26 is formed by a conical surface with a cone angle ⁇ K.
  • the sealing surface and thus also the shoulder surface 29b of the valve sleeve 25 is designed as an annular torus (radius R ) formed, whereby at the diameter d s , at which the tangent to the torus also has the cone angle ⁇ K , a seat line 32 is formed. Due to the conical contour of the valve seat 26 and the toroidal contour on the valve sleeve 25, a surface adjustment takes place now starting from the seat line 32 in the same way radially inwards and outwards.
  • valve sleeve 25 The limitation of the surface adjustment to the outside is effected by the outer diameter d a of the control valve body 21 and inwardly by the inner diameter d i of the valve sleeve 25.
  • the sealing surface of the valve sleeve can be formed by a conical surface and the valve seat as an annular torus in the reverse manner ,
  • Fig. 3 shows a non-inventive embodiment of the control valve 23, wherein the same or functionally identical parts with the same reference numerals as in Fig. 2 are designated.
  • This in Fig. 3 shown control valve 23 has a valve element designed as a valve needle valve element 25 and a two-part valve housing (guide member 34 and seat part 35 ).
  • the valve needle 25 is guided displaceably in an axial bore 36 of the guide part 34.
  • the seat part 35 has a valve seat 26 which is provided radially between the annular high-pressure-side valve chamber 22 and the low-pressure-side valve chamber 24.
  • the valve needle 25 terminates the high pressure side valve chamber 22 radially inwardly and has a radially projecting into the high pressure side valve chamber 22 annular projection 29, the valve seat 26 facing shoulder surface 29a cooperating with the valve seat 26 Forms sealing surface.
  • the seat diameter d s of the valve seat 26 and the guide diameter d F of the valve needle 25 are preferably the same.
  • the sealing surface of the valve needle 25 is formed by a conical surface and the valve seat 26 has a seat edge 31 which is characterized by a low-pressure side conical surface 26a whose cone angle is smaller than the cone angle of the valve needle 25, and a high-pressure side conical surface 26b whose cone angle is greater than the cone angle the valve needle 25 is formed.
  • control valve 23 are the valve seat 26 and the sealing surface of the valve needle 25 as in Fign.2a and 2c educated.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
  • Ein derartiges Kraftstoffeinspritzventil ist beispielsweise durch die EP 1 612 403 A1 und die WO 03/004861 A1 bekannt geworden.
  • Bei diesem bekannten Kraftstoffeinspritzventil werden eine oder mehrere Einspritzöffnungen durch die Längsbewegung einer Düsennadel auf- und zugesteuert. Durch den Druck in einem Steuerraum wird eine Schließkraft mittelbar über einen Ventilkolben auf die Düsennadel ausgeübt, so dass diese, wenn im Steuerraum ein entsprechend hoher Kraftstoffdruck vorhanden ist, in ihrer Schließstellung gehalten wird. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird der Steuerraum mit einem Leckölraum mittels eines als Magnetventil ausgeführten Steuerventils verbunden. Das Steuerventil weist als Steuerventilelement eine Ventilhülse auf, die einen Ringraum nach außen begrenzt, welcher mit dem Steuerraum über eine Ablaufdrossel verbunden ist. Die Ventilhülse wird kräftefrei bzw. druckausgeglichen betrieben, d.h., auf die Ventilhülse wird keine durch den Kraftstoffdruck im Ringraum resultierende Kraft in deren Bewegungsrichtung ausgeübt. Durch eine Schließfeder wird die Ventilhülse gegen einen Ventilsitz gepresst und verschließt dadurch den Ringraum nach außen. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird die Ventilhülse über den Elektromagneten vom Ventilsitz abgehoben, was durch die fehlende hydraulische Kraftkomponente unter Überwindung der relativ kleinen Schließkraft der Schließfeder sehr schnell geschehen kann. Dadurch wird der Steuerraum mit dem Leckölraum verbunden und dadurch druckentlastet.
  • Die Ventilhülse ist druckausgeglichen, weil der Durchmesser der Führung, in der die Ventilhülse verschiebbar geführt ist, und der Sitzdurchmesser des Ventilsitzes, den die Ventilhülse im Ruhezustand abdichtet, gleich sind. Dadurch entstehen im Ruhezustand keine Druckkräfte in Öffnungs- oder Schließrichtung, sondern lediglich solche in radialer Richtung. Weicht der Sitz- vom Führungsdurchmesser ab, so entstehen dagegen hydraulische Kräfte in axialer Richtung. Sind Führung und Ventilsitz - wie in den meisten Fällen - in einem Bauelement ausgeführt, so kann eine Abweichung des Sitz- vom Führungsdurchmesser jeweils nur derart vorhanden sein, dass hydraulische Kräfte in Öffnungsrichtung entstehen. Im anderen Fall wäre die Ventilhülse nicht mehr in den Ventilkörper fügbar. Damit ist insbesondere der Nachteil verbunden, dass bei einem Flächenangleich im Dichtsitz im Laufe des Betriebs stets nur hydraulische Kräfte in Öffnungsrichtung entstehen können, die im Extremfall zu einem ungewollten Öffnen und damit zu einer Undichtheit des Ventils führen können.
  • Darüber hinaus sind Konstruktionen bekannt, bei denen die Führung unabhängig vom Ventilsitz in einem zweiten Bauteil ausgeführt ist, welches sich an einem feststehenden Bauteil abstützt. Dies eröffnet zunächst die Möglichkeit, den Sitzdurchmesser auch derart vom Führungsdurchmesser abweichend auszulegen, dass im Ruhestand hydraulische Kräfte in Schließwirkung entstehen. Dies würde bei einem Flächenangleich über Lebensdauer den zulässigen Flächenangleich bis zum Auftreten einer Undichtheit erhöhen und damit auch die Flächenpressung im angeglichenen Zustand senken. Nachteil ist allerdings, dass die hydraulische Schließkraft beim Öffnen des Aktors zusätzlich vom Aktor überwunden werden muss, so dass in diesem Fall ein stärkerer Aktor erforderlich sein wird, was vor allem bei elektromagnetischen Aktoren nachteilig ist.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil wirken im Neuzustand keine nennenswerten hydraulischen Kräfte in Axialrichtung auf die Ventilhülse, und dieser kraftausgeglichene Zustand bleibt auch bei einem Flächenangleich zwischen Ventilhülse und Ventilsitz weitgehend erhalten. Dadurch kann bei der Auslegung der Schließfederkraft ein Vorhalt für hydraulische Öffnungskräfte, die im Laufe der Betriebsdauer entstehen, entfallen. In Folge der verringerten Schließfederkraft wird auch der Verschleiß reduziert.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Es zeigt:
    • Fig.1
    einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil mit einem Steuerventil und mit schematisch dargestellten Zufuhrkomponenten;
    Fig. 2a
    eine Detailansicht entsprechend II in Fig. 1. die eine erste Ausführungsvariante des Steuerventils mit einer Doppelkegelkontur an einer Ventilhülse und mit einem Kegelsitz am Ventilsitz zeigt;
    Fig. 2b
    eine Detailansicht analog zu Fig. 2a, die eine zweite Ausführungsvariante des Steuerventils mit einer Doppelkegelkontur am Ventilsitz und mit einem Kegelsitz an der Ventilhülse zeigt;
    Fig. 2c
    eine Detailansicht analog zu Fig. 2a, die eine dritte Ausführungsvariante des Steuerventils mit toroidaler Kontur an der Ventilhülse und mit einem Kegelsitz am Ventilsitz zeigt; und
    Fig. 3
    eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform des Steuerventils mit einer Ventilnadel.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil mit den Kraftstoff zuführenden Komponenten schematisch im Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen mehrteiligen, hier der Einfachheit aber nur einteilig dargestellten Haltekörper 1 und einen Düsenkörper 2, die durch eine Spannmutter 3 gegeneinander gepresst werden. Im Düsenkörper 2 ist eine Düsennadel (Ventilnadel) 4 längsverschiebbar angeordnet, die durch ihre Längsbewegung die Öffnung wenigstens einer Einspritzöffnung 5 steuert. Der Kraftstoff wird den Einspritzöffnungen 5 über einen Druckraum 6 zugeführt, der die Düsennadel 4 umgibt und der über einen Zulaufkanal 7 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Bewegt sich die Düsennadel 4 von den Einspritzöffnungen 5 hinweg und fährt so in ihre Öffnungsposition, wird Kraftstoff aus dem Druckraum 6 über die Einspritzöffnungen 5 in einen in der Zeichnung nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Befindet sich die Düsennadel 4 hingegen in ihrer Schließposition, das heißt in Anlage an einem Ventilsitz, so werden die Einspritzöffnungen 5 durch die Düsennadel 4 verschlossen.
  • Im Haltekörper 1 ist eine Längsbohrung 8 ausgebildet, die koaxial zur Düsennadel 4 verläuft und in der ein Steuerkolben 9 längsverschiebbar angeordnet ist. Der Steuerkolben 9 liegt über ein Druckstück 10 an der Düsennadel 4 an, so dass er sich synchron mit der Düsennadel 4 in Längsrichtung bewegt. An seinem dem Düsenkörper 2 zugewandten Ende ist der Steuerkolben 9 von einer Feder 11 umgeben, die sich einerseits an einem Absatz im Haltekörper 1 abstützt und andererseits am Druckstück 10, so dass durch die Kraft der Feder 11 das Druckstück 10 in Richtung des Düsenkörpers 2 und damit die Düsennadel 4 in ihre Schließposition gedrückt wird.
  • Zur Zuführung des Kraftstoffs unter hohem Druck ist eine Hochdruckpumpe 12 vorgesehen, die den Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 13 verdichtet und einem Hochdruckspeicher 14 zuführt, in dem der Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten wird. Über eine Hochdruckleitung 15 und einen Hochdruckanschluss 16, der am Kraftstoffeinspritzventil ausgebildet ist, wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführt und in der beschriebenen Weise über die Einspritzöffnungen 5 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
  • Mit seinem dem Düsenkörper 2 abgewandten Ende begrenzt der Steuerkolben 9 einen Steuerraum 17, der über eine Zulaufbohrung 18, in dem sich eine Zulaufdrossel 19 befindet, mit dem Zulaufkanal 7 verbunden ist. Der Steuerraum 17 ist darüber hinaus über eine Längsbohrung 20, die im Haltekörper 1 und in einem Steuerventilkörper 21 ausgebildet ist, mit einem hochdruckseitigen Ventilraum 22 verbunden, der über ein Steuerventil 23 mit einem niederdruckseitigen Ventilraum (Leckölraum) 24 verbindbar ist. Das Steuerventil 23 dient zur Absenkung des Kraftstoffdrucks im Steuerraum 17 und weist ein Steuerventilelement in Form einer Steuer- oder Ventilhülse 25 auf, die auf einem kolbenförmigen Gehäusebolzen 33 mit Führungsdurchmesser dF geführt ist. Die Ventilhülse 25 ist hierbei längsbewegbar und liegt in ihrer Schließstellung an einem Ventilsitz 26 mit Sitzdurchmesser ds an, so dass der durch die Ventilhülse 25 radial nach außen begrenzte hochdruckseitige Ventilraum 22 gegen den Leckölraum 24 abgedichtet ist. Die Ventilhülse 25 ist kraftausgeglichen, weil der Führungsdurchmesser dF und der Sitzdurchmesser dS gleich sind und daher im Ruhezustand keine Druckkräfte in Öffnungs- oder Schließrichtung auf die Ventilhülse 25 wirken. Die Ventilhülse 25 wird von einer Schließfeder 27 beaufschlagt, die eine Schließkraft auf die Ventilhülse 25 ausübt und so gegen den Ventilsitz 26 drückt. Über einen Elektromagneten 28 kann die Ventilhülse 25 vom Ventilsitz 26 abgehoben werden, so dass der hochdruckseitige Ventilraum 22 und damit über die Längsbohrung 20 auch der Steuerraum 17 mit dem Leckölraum 24 verbunden werden.
  • Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und soll hier nur kurz angerissen werden. Für eine Einspritzung wird der Elektromagnet 28 bestromt und zieht dadurch die Ventilhülse 25 vom Ventilsitz 26 weg. Dadurch wird der hochdruckseitige Ventilraum 22 mit dem Leckölraum 24 verbunden, in dem stets ein niedriger Kraftstoffdruck herrscht. Über die Längsbohrung 20 wird der Steuerraum 17 druckentlastet, so dass die hydraulische Kraft auf den Steuerkolben 9 abgesenkt und die Düsennadel 4, die durch den Kraftstoffdruck im Druckraum 6 eine Kraft in Öffnungsrichtung erfährt, von ihrem Ventilsitz abhebt und die Einspritzöffnungen 5 freigibt. Zur Beendigung der Einspritzung wird der Elektromagnet 28 wiederum stromlos geschaltet, so dass die Ventilhülse 25, angetrieben durch die Schließfeder 27, zurück in Anlage an den Ventilsitz 26 gleitet. Durch den nachströmenden Kraftstoff über die Zulaufbohrung 18 steigt der Druck im Steuerraum 17 erneut an und damit die hydraulische Kraft auf den Steuerkolben 9, so dass sich dieser schließlich wieder in Richtung Düsenkörper 2 bewegt und dadurch die Düsennadel 4 zurück in ihre Schließstellung drückt.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der hochdruckseitige Ventilraum 22 im sitznahen Bereich durch einen inneren Ringvorsprung 29 der Ventilhülse 25 verjüngt. Die Berührlinie der Ventilhülse 25 am Steuerventilkörper 21 wandert jedoch nicht mit nach innen, sondern bleibt bei ds ≈ dF. Dadurch bleibt das Steuerventil 23 im Neuzustand praktisch druck- bzw. kraftausgeglichen, da sich die an den beiden Absatzflächen 29a, 29b des Ringabsatzes 29 wirkenden hydraulischen Kräfte aufheben. Mit anderen Worten wirken trotz des Ringabsatzes 29 keine nennenswerten hydraulischen Kräfte in Axialrichtung auf die Ventilhülse 25. Bei einem Flächenangleich zwischen Ventilhülse 25 und Ventilsitz 26 wächst die angeglichene Fläche sowohl radial nach außen als auch radial nach innen. Dadurch bleibt das Steuerventil 23 auch im verschlissenen Zustand weitgehend druckausgeglichen, und die Fläche, auf der ein Angleich zulässig ist, kann vergrößert und die für den Verschleiß maßgebliche Flächenpressung im Ventilsitz 26 erheblich gesenkt werden. Bei der in Fig. 2a gezeigten Ausführungsvariante ist der Ventilsitz 26 durch eine Kegelfläche mit einem Kegelwinkel αk gebildet. Die Ventilhülse 25 weist eine Dichtkante 30 auf, die durch eine niederdruckseitige Kegelfläche 30a mit Kegelwinkel αV1 (αV1 > αK) und durch eine hochdruckseitige Kegelfläche 30b, also die Absatzfläche 29b des Ringvorsprungs 29, mit Kegelwinkel αV2 (αV2 < αK) gebildet ist. Mit anderen Worten entsteht an der Verschneidung der beiden Kegelflächen 30a, 30b die Dichtkante 30 am Durchmesser ds. Aufgrund der Kegelkontur am Ventilsitz 26 und der Doppelkegelkontur an der Ventilhülse 25 erfolgt ein Flächenangleich nun ausgehend von der Dichtkante 30 in gleicher Weise radial nach innen und nach außen. Die Begrenzung des Flächenangleichs nach außen erfolgt durch den Außendurchmesser da des Steuerventilkörpers 21 und nach innen durch den Innendurchmesser di der Ventilhülse 25. Alternativ kann die Begrenzung des Flächenangleichs nach außen auf den Durchmesser da auch durch eine Sitzbegrenzungskante mit Durchmesser da an der Ventilhülse 25 erfolgen. Die Sitzbegrenzung zwischen di und da hat die Aufgabe, die bei geringen Hüben auftretenden Sitzkräfte und damit auch deren Streuung von Exemplar zu Exemplar klein zu halten.
  • Bei der in Fig. 2b gezeigten Ausführungsvariante ist die Dichtfläche und somit auch die Absatzfläche 29b der Ventilhülse 30 durch eine Kegelfläche mit einem Kegelwinkel αV gebildet. Der Ventilsitz 26 weist eine Sitzkante 31 auf, die durch eine niederdruckseitige Kegelfläche 26a mit Kegelwinkel αK1 (αK1 < αV) und eine hochdruckseitige Kegelfläche 26b mit Kegelwinkel αK2 (αK2 > αV) gebildet ist. Mit anderen Worten entsteht an der Verschneidung der beiden Kegelflächen 26a, 26b die Sitzkante 31 am Durchmesser ds. Aufgrund der Doppelkegelkontur am Ventilsitz 26 und der Kegelkontur an der Ventilhülse 25 erfolgt ein Flächenangleich nun ausgehend von der Sitzkante 31 in gleicher Weise radial nach innen und nach außen. Die Begrenzung des Flächenangleichs nach außen erfolgt durch den Außendurchmesser da des Steuerventilkörpers 21 und nach innen durch den Innendurchmesser di der Ventilhülse 25.
  • Bei der in Fig. 2c gezeigten Ausführungsvariante ist der Ventilsitz 26 durch eine Kegelfläche mit einem Kegelwinkel αK gebildet. Die Dichtfläche und damit auch die Absatzfläche 29b der Ventilhülse 25 ist als ringförmiger Torus (Radius R) ausgebildet, wodurch an demjenigen Durchmesser ds, an dem die Tangente an den Torus ebenfalls den Kegelwinkel αK aufweist, eine Sitzlinie 32 entsteht. Aufgrund der Kegelkontur des Ventilsitzes 26 und der toroidalen Kontur an der Ventilhülse 25 erfolgt ein Flächenangleich nun ausgehend von der Sitzlinie 32 in gleicher Weise radial nach innen und nach außen. Die Begrenzung des Flächenangleichs nach außen erfolgt durch den Außendurchmesser da des Steuerventilkörpers 21 und nach innen durch den Innendurchmesser di der Ventilhülse 25. Bei nicht gezeigten Ausführungsformen kann in umgehrter Weise die Dichtfläche der Ventilhülse durch eine Kegelfläche und der Ventilsitz als ringförmiger Torus ausgebildet sein.
  • Fig. 3 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform des Steuerventils 23, wobei gleiche oder funktionsgleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 bezeichnet sind. Das in Fig. 3 gezeigte Steuerventil 23 weist ein hier als Ventilnadel 25 ausgebildetes Ventilelement sowie ein zweiteiliges Ventilgehäuse (Führungsteil 34 und Sitzteil 35) auf. Die Ventilnadel 25 ist in einer Axialbohrung 36 des Führungsteils 34 verschiebbar geführt. Das Sitzteil 35 weist einen Ventilsitz 26 auf, der radial zwischen dem hier ringförmig ausgebildeten hochdruckseitigen Ventilraum 22 und dem niederdruckseitigen Ventilraum 24 vorgesehen ist. In den hochdruckseitigen Ventilraum 22 mündet die vom Steuerraum kommende Hochdruckleitung 20. Die Ventilnadel 25 begrenzt den hochdruckseitigen Ventilraum 22 radial nach innen und hat einen radial in den hochdruckseitigen Ventilraum 22 ragenden Ringvorsprung 29, dessen dem Ventilsitz 26 zugewandte Absatzfläche 29a eine mit dem Ventilsitz 26 zusammenwirkende Dichtfläche bildet. Der Sitzdurchmesser ds des Ventilsitzes 26 und der Führungsdurchmesser dF der Ventilnadel 25 sind bevorzugt gleich. Wie in Fig. 2b ist die Dichtfläche der Ventilnadel 25 durch eine Kegelfläche gebildet und weist der Ventilsitz 26 eine Sitzkante 31 auf, die durch eine niederdruckseitige Kegelfläche 26a, deren Kegelwinkel kleiner als der Kegelwinkel der Ventilnadel 25 ist, und eine hochdruckseitige Kegelfläche 26b, deren Kegelwinkel größer als der Kegelwinkel der Ventilnadel 25 ist, gebildet ist.
  • In nicht gezeigten Ausführungsformen des in Fig. 3 gezeigten Steuerventil 23 sind der Ventilsitz 26 und die Dichtfläche der Ventilnadel 25 wie in Fign.2a und 2c ausgebildet.

Claims (5)

  1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, umfassend
    - eine Ventilnadel (4), die durch ihre Längsbewegung die Öffnung wenigstens einer Einspritzöffnung (5) steuert,
    - einen an eine Hochdruckseite (14) angeschlossenen Steuerraum (17), dessen Druck wenigstens mittelbar auf die Ventilnadel (4) wirkt, und
    - ein Steuerventil (23) mit einem Ventilsitz (26), der radial zwischen einem an den Steuerraum (17) angeschlossenen hochdruckseitigen Ventilraum (22) und einem niederdruckseitigen Ventilraum (24) vorgesehen ist, und mit einem verschiebbar geführten Steuenrentilelement (25), das den hochdruckseitigen Ventilraum (22) radial begrenzt und mit dem Ventilsitz (26) zusammenwirkt, wobei das Steuerventilelement (25) einen radial In den hochdruckseitigen Ventilraum (22) ragenden Ringvorsprung (29) aufweiset, dessen dem Ventilsitz (26) zugewandte Absatzfläche (29a) eine mit dem Ventilsitz (26) zusammenwirkende Dichtfläche bildet,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Steuerventilelement (25) als Ventilhülse ausgebildet ist und der hochdruckseitige Ventilraum (22) innerhalb der Ventilhülse (25) vorgesehen ist
  2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (26) durch eine Kegelfläche gebildet ist und dass die Dichtfläche des Steuerventilelements (25) eine Dichtkante (30) aufweist, die durch eine niederdruckseitige Kegelfläche (30a), deren Kegelwinkel (αV1) größer als der Kegelwinkel (αK) des Ventilsitzes (26) ist, und eine hochdruckseitige Kegelfläche (30b), deren Kegelwinkel (αV2) kleiner als der Kegelwinkel (αK) des Ventilsitzes (26) ist, gebildet ist.
  3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche des Steuerventilelements (25) durch eine Kegelfläche gebildet ist und dass der Ventilsitz (26) eine Sitzkante (31) aufweist, die durch eine niederdruckseitige Kegelfläche (26a), deren Kegelwinkel (αK1) kleiner als der Kegelwinkel (αV) des Steuervenfilelements (25) ist, und eine hochdruckseitlge Kegelfläche (26b), deren Kegelwinkel (αK2) größer als der Kegelwinkel (αV) des Steuerventilelements (25) ist, gebildet ist.
  4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (26) durch eine Kegelfläche und die Dichtfläche des Steuerventilelements (25) als ringförmiger Torus gebildet ist, oder umgekehrt.
  5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitzdurchmesser (ds) des Ventilsitzes (26) und der Führungsdurchmesser (d
    Figure imgb0001
    ) des Steuerventilelements (25) gleich sind.
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