WO2008113691A1 - Dichtkante für kegelsitzventil - Google Patents

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WO2008113691A1
WO2008113691A1 PCT/EP2008/052677 EP2008052677W WO2008113691A1 WO 2008113691 A1 WO2008113691 A1 WO 2008113691A1 EP 2008052677 W EP2008052677 W EP 2008052677W WO 2008113691 A1 WO2008113691 A1 WO 2008113691A1
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WO
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valve
sealing
edge
pocket
fluid
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PCT/EP2008/052677
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Inventor
Gerd Dornhoefer
Joerg Schoefer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1873—Valve seats or member ends having circumferential grooves or ridges, e.g. toroidal

Definitions

  • This fuel injection valve for internal combustion engines comprises a valve member axially displaceable in a bore of a valve body. This contains at its the combustion chamber of the internal combustion engine end facing a conical valve sealing surface. This cooperates with a conical valve seat surface on the combustion chamber side, closed end of the bore of the valve body, wherein a seat angle difference is provided between the cone angles of the valve sealing surface and the valve seat surface.
  • a circumferential seat edge between the valve member and the valve body is formed and at least one injection port, in which downstream of the seat edge adjacent region of the valve seat surface.
  • the conical seat of injection and switching valves is often subject to wear at the sealing contact point of body and needle-shaped injection valve member or spherical injection valve member. This wear can lead to a function drift or leakage of the valve.
  • the occurrence of a function drift in this context means a drift in injectors, d. H. a change in the amount of fuel introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • function drift in the present context means an occurrence of changes in opening and closing times in switching valves.
  • This function drift of the valve is caused by a wear depth that occurs during the operating time, ie an increase in stroke or an occurrence due to the occurrence enlargement of a contact surface caused by mechanical wear (opening pressure change or hydraulic bonding). Exceeds this wear a predetermined maximum value, it comes to functional impairments of the entire injection system and to a significant deterioration in adjusting itself to the self-igniting internal combustion engine emissions, be it in the cold start phase, or in operation with warmed internal combustion engine.
  • wear-resistant materials are usually not expedient on the one hand for cost reasons, on the other hand, wear-resistant materials are extremely difficult to handle in terms of manufacturing technology.
  • a modified surface contour of a valve body and / or a preferably needle-shaped valve member is proposed which allows improved lubrication of the contact zone and prevents broadening of this zone during operation of the fuel injector.
  • the fluid valve proposed according to the invention, on which the sealing geometry proposed according to the invention is formed is significantly more functionally stable compared to valves with a conventional conical seat, since scarcely any wear-induced stroke enlargement occurs.
  • the fluid valve proposed according to the invention can be used, for example, as an injection valve on fuel injectors or as a switching valve for fuel or other fluidic media. This means that a mass drift can be minimized in hydraulically controlled fluid valves, which considerably improves the long-term stability of injection processes, even taking into account multiple injections, and thus contributes to stable operation of the fuel jet engine.
  • a sealing geometry which provides a double sealing edge on the component valve body or component valve member and another, hereinafter referred to as compression edge sealing edge on the respective opposite surface of the other component, ie either the valve body or of the needle-shaped valve member.
  • the sealing geometry is preferably designed so that the fluid volume located between the two sealing edges during closing of the fluid valve, ie when retracting the preferred needle-shaped valve member is enclosed in its seat in the valve body and compressed on further force application by the compression edge of this fluid volume.
  • the compression of the trapped fluid volume takes place within the further elastic deformation of the two sealing edges, whereby an additional Fluid support in Triboumble Scheme, ie a hydraulically generated load capacity is generated and the lubrication properties are significantly improved.
  • the two sealing edges are designed so that a wear occurring on them does not lead to a contact broadening, since their respective outer edges are designed very steeply sloping.
  • the height of the two formed either on the inside of the valve body or on the outside of the preferably needle-shaped valve member of the fluid valve sealing edges depends on the occurring elastic deformation, the expected wear at the end of the service life and influencing the Fluidströ- tion by the sealing geometry. In particular, the service lives of the materials used must be taken into account. In addition to metallic materials, ceramic or the application of coatings is also an option here.
  • FIG. 2 shows an enlarged representation of the seating area of the fluid valve of a fluid injector according to the representation in FIG. 1 on an enlarged scale
  • Figure 3 is a further enlarged view of the seating area with self-adjusting
  • Figure 4 is a schematic representation of a fluid valve.
  • the inventively proposed fluid valve 11 cooperates with a conical valve seat surface 20 at the closed end of the bore 12 of the valve body 14. From this, at least one injection opening 22 leads into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied, reference being made to FIGS. 2 and 3 for a more detailed description of the valve seat area, the description of which follows.
  • valve seat formed by the valve seat surface 20 with this end facing away from the needle-shaped valve member 16 projects via a pressure piece 24 in a spring chamber 26, in the two arranged, for example, one behind the other, the valve member 16 in the direction of the valve seat surface 20 acting on valve springs 28, 30th are used.
  • a first valve spring 28 constantly bears against the needle-shaped valve member 16, whereas the second valve spring 30 only engages the needle-shaped valve member 16 after passing through a certain preliminary stroke.
  • the opening stroke movement of the needle-shaped valve member 16 is subdivided in a manner known from the prior art into a pre-injection phase and a main injection phase.
  • valve seat 20 The supply of a pressurized medium, such as fuel, to the valve seat formed by the valve seat 20 via a pressure line 32 in the fluid injector, which opens in a formed between the shank of the valve member 16 and the wall of the bore 12 Druck- space 34 which extends to the valve seat surface 20.
  • a pressurized medium such as fuel
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of the design of the valve seat proposed according to the invention at the combustion chamber end of the fluid injector.
  • valve body 14 in the region of its valve seat surface 20, i. at the valve seat 20, a first sealing edge 48 and a second sealing edge 50 has.
  • the two mentioned sealing edges 48 and 50 are raised at a height 60 on the otherwise planar formed valve sealing surface 18 on the inner wall of the valve body 14.
  • the needle-shaped valve member 16 is shown, which moves relative to the valve body 14 in the vertical direction in the opening or closing direction.
  • the valve member 16, as shown in FIG. 2 is preferably needle-shaped and comprises a lateral surface 42.
  • a compression edge 46 delimiting the valve sealing surface 18 is provided in the lateral surface 42.
  • the compression edge 46 immersed in the lateral surface 42 of the preferably needle-shaped valve member 16 in the closed state of the needle-shaped valve member 16 in a pocket 52 extending in the circumferential direction between the first sealing edge 48 and the second sealing edge 50 along the Valve seat surface 20 on the inside of the valve body 14 extends annularly. In the closed state shown in FIG.
  • the lateral surface 42 bears against both the first sealing edge 48 and the second sealing edge 50.
  • a contact region between the lateral surface 42 of the needle-shaped valve member 16 and the sealing edges 48, 50 on the valve seat surface 20 on the inside of the valve body 14 is designated by reference numeral 54.
  • a pocket 52 is formed in the valve seat surface 20.
  • a pocket bottom of the pocket 52 is indicated by reference numeral 53.
  • the pocket in the valve seat surface 20 on the inside of the valve body 14 allows trapping a volume of fluid in the closing process of the needle-shaped valve member 16 and compression of the trapped in the pocket 52 between the first sealing edge 48 and the second sealing edge 50 fluid volume with further increase in force, as the on the lateral surface 42 below the valve sealing surface 18 extending compression edge 46 further compresses the trapped in the pocket 52 fluid volume when closing.
  • the further compression of the fluid volume trapped in the pocket 52 extends within the elastic deformation area of the first sealing edge 48 and the second sealing edge 50. This creates within the pocket 52 a supporting additional fluid support in the tribological contact area and improves the lubrication, as will be described below in connection with FIG will be presented.
  • outer flanks of the first sealing edge 48 and the second sealing edge 50 d. H. the flanks 52 of the first sealing edge 48 and the second sealing edge 50 facing away from the pocket 52, designed so as to be sharply sloping, so that wear occurring on the sealing edges 48, 50 does not lead to a contact broadening that is relevant to the function.
  • FIG. 3 shows the improvement in the lubrication achievable by the sealing geometry proposed according to the invention in the area of the contact zone between the needle-shaped valve member and the valve sealing surface on the inside of the valve body.
  • the preferably needle-shaped valve member 16 is designed in such a way that its valve sealing surface 18 formed on the lateral surface 42 is delimited by the compression edge 46.
  • the valve sealing surface 18 on the lateral surface 42 of the needle-shaped valve member 16 extends with respect to a vertical reference line 44 in a first cone angle.
  • the lateral surface 42 is formed in a larger cone angle with respect to the reference line 44 running in the vertical direction.
  • the compression edge 46 is formed in the lateral surface 42 of the needle-shaped valve member 16 and the two sealing edges 48 and 50 are located on the inside of the valve body 14, the compression edge 46 can also abut the valve seat surface 20 on the inside of the valve body 14, and the two sealing edges 48, 50 can be formed on a lateral surface 42 of the preferably needle-shaped valve member 16 is the.
  • the height 60 of the two sealing edges 48, 50 depends on the occurring elastic deformation and the expected wear at the end of the life of the fluid injector 10, taking into account the properties of the materials from which it is made.
  • FIG. 4 shows the fluid valve 11 whose valve member 16 closes the bore 12 in the valve body 14.
  • a funnel-shaped inlet region 62 In its wall are the first and the second sealing edge 48 and 50, which define the pocket 52.
  • the compression edge 46 of the valve member 16 immersed during the closing process and displaces fluid from this in the outflow direction 64, as indicated in Figure 4 by the two arrows. If the lateral surface 42 of the valve member 16 abuts against the sealing edges 48 and 50 in the funnel-shaped inlet region 62, the fluid volume 56 which additionally supports the valve member 16 at the compression edge 46 is enclosed in the pocket 52.
  • valve member 16 If the valve member 16 is placed in the seat in the valve body 14, represented by the sealing edges 48, 50, the fluid valve 11 is closed and the bore 12 is sealed. Due to the fact that the compression edge 46 upon insertion into the limited by the two sealing edges 48, 50 pocket 52 displaces fluid therefrom, a solid contact between the lateral surface 42 of the valve member 16 and the funnel-shaped inlet region 62 bounding wall is prevented. As a result of the compression edge 46 on the circumference of the preferably needle-shaped valve member 16, when it is dipped into the pocket 52 an outflow of fluid in the outflow direction 64 takes place, whereby the region of the vertices of the sealing edges 48, 50 remains separated from the lateral surface 42 of the injection valve member 16.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Fluidinjektor (10) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einem in einem Ventilkörper (14) geführten, bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Ventilglied (16), über welches mindestens eine am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers (14) ausgebildete Einspritzöffnung (22) freigebbar oder verschließbar ist, und wobei oberhalb der mindestens einen Einspritzöffnung (22) ein Ventilsitz (18, 20) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Ventilsitzes (18, 20) eine Tasche (52) ausgebildet ist, die von einer ersten Dichtkante (48) und einer zweiten Dichtkante (50) begrenzt ist.

Description

Beschreibung
Titel
Dichtkante für Kegelsitzventil
Stand der Technik
Aus DE 195 47 423 Al ist ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen bekannt. Dieses Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen umfasst ein in einer Bohrung eines Ventilkörpers axial verschiebbares Ventilglied. Dieses enthält an seinem dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugewandten Ende eine konische Ventildichtfläche. Diese wirkt mit einer konischen Ventilsitzfläche am brennraumseitigen, geschlossenen Ende der Bohrung des Ventilkörpers zusammen, wobei zwischen den Kegelwinkeln der Ventildichtfläche und der Ventilsitzfläche eine Sitzwinkeldifferenz vorgesehen ist. Durch diese ist eine umlaufende Sitzkante zwischen dem Ventilglied und dem Ventilkörper gebildet sowie wenigstens eine Einspritzöffnung, in dem sich stromabwärts an die Sitzkante anschließenden Bereich der Ventilsitzfläche. Für eine sichere definierte Berührungslinie an der durch die Sitzkante gebildeten Dichtkante ist der sich an die Sitzkante stromabwärts anschließende Ringspalt zwischen der Ventilsitzfläche und der Ventildichtfläche des Ventilgliedes durch eine umlaufende radiale Ausnehmung zwischen der Sitzkante und der Eintrittsöffnung der Einspritz- Öffnung vergrößert.
Der Kegelsitz von Einspritz- und Schaltventilen, insbesondere bei selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen wie Dieselmotoren, unterliegt häufig Verschleißvorgängen an der dichtenden Berührstelle von Körper und nadeiförmig ausgebildetem Einspritzventilglied beziehungsweise kugelförmigem Einspritzventilglied. Dieser Verschleiß kann zu einer Funktionsdrift oder zur Leckage des Ventiles führen. Das Auftreten einer Funktionsdrift bedeutet in diesem Zusammenhang eine Mengendrift bei Einspritzventilen, d. h. eine Änderung der in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebrachten Kraftstoffmenge. Des Weiteren bedeutet Funktionsdrift im vorliegenden Zusammenhang ein Auftreten von Änderungen von Öffhungs- beziehungsweise Schließzeiten bei Schaltventilen.
Diese Funktionsdrift des Ventiles ist verursacht durch eine sich im Laufe der Betriebszeit einstellende Verschleißtiefe, d. h. eine Hubvergrößerung oder eine aufgrund des Auftretens von mechanischem Verschleiß bedingte Vergrößerung einer Kontaktfläche (Öffnungsdruckveränderung oder hydraulisches Kleben). Überschreitet dieser Verschleiß einen vorgegebenen Maximalwert, kommt es zu Funktionsbeeinträchtigungen des gesamten Einspritzsystems sowie zu einer erheblichen Verschlechterung der sich an der selbstzündenden Verbren- nungskraftmaschine einstellenden Emissionswerte, sei es in der Kaltstartphase, sei es im Betrieb bei warmgelaufener Verbrennungskraftmaschine.
Der Einsatz von verschleißresistenten Werkstoffen ist in der Regel einerseits aus Kostengründen nicht zielführend, andererseits sind verschleißresistente Werkstoffe äußerst schwie- rig fertigungstechnisch zu handhaben.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine modifizierte Oberflächenkontur eines Ventilkörpers und/oder eines bevorzugt nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes vorgeschlagen, die eine verbesserte Schmierung der Kontaktzone ermöglicht sowie eine Verbreiterung dieser Zone während des Betriebs des Kraftstoffinjektors verhindert. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Fluidven- til, an dem die erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtgeometrie ausgebildet wird, ist gegenüber Ventilen mit konventionellem Kegelsitz deutlich funktionsstabiler, da sich kaum noch eine verschleißbedingte Hubvergrößerung einstellt. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Fluidventil kann zum Beispiel als Einspritzventil an Kraftstoffinjektoren oder als Schaltventil für Kraftstoff oder andere fluidische Medien eingesetzt werden. Dies bedeutet, dass bei hydraulisch gesteuerten Fluidventilen eine Mengendrift minimiert werden kann, was die Langzeitstabilität von Einspritzvorgängen auch unter Berücksichtigung von Mehrfach- einspritzungen erheblich verbessert und somit zu einem stabilen Betrieb des Rraftstoffϊnjek- tors beiträgt.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, wird eine Dichtgeometrie vorgeschlagen, die eine doppelte Dichtkante auf dem Bauteil Ventilkörper oder dem Bauteil Ven- tilglied vorsieht sowie eine weitere, nachfolgend als Kompressionskante bezeichnete Dichtkante auf der jeweils gegenüberliegenden Oberfläche des jeweils anderen Bauteils, d.h. entweder des Ventilkörpers oder des nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes. Die Dichtgeometrie ist dabei bevorzugt so ausgelegt, dass das zwischen den beiden Dichtkanten befindliche Fluidvolumen beim Schließvorgang des Fluidventiles, d. h. beim Einfahren des bevor- zugt nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes in seinen Sitz im Ventilkörper eingeschlossen wird und bei weiterer Kraftaufbringung durch die Kompressionskante dieses Fluidvolumen komprimiert wird. Die Kompression des eingeschlossenen Fluidvolumens erfolgt innerhalb der weiteren elastischen Deformation der beiden Dichtkanten, wodurch ein zusätzlicher Fluidsupport im Tribokontaktbereich, d. h. eine hydraulisch erzeugte Tragkraft, erzeugt wird und die Schmierungseigenschaften erheblich verbessert werden. Durch die Verbesserung der Schmierungseigenschaften wiederum wird der mechanische Verschleiß aufgrund von Festkörperkontakt erheblich reduziert.
Um zu vermeiden, dass die Kontaktbreite des Dichtsitzes durch Verschleiß zunimmt, sind die beiden Dichtkanten so ausgelegt, dass ein an ihnen stattfindender Verschleiß nicht zu einer Kontaktverbreiterung führt, da ihre jeweiligen Außenflanken sehr steil abfallend ausgeführt sind. Die Höhe der beiden entweder an der Innenseite des Ventilkörpers oder an der Außenseite des bevorzugt nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes des Fluidventiles ausgebildeten Dichtkanten richtet sich nach der auftretenden elastischen Deformation, dem zu erwartenden Verschleiß am Ende der Gebrauchsdauer und der Beeinflussung der Fluidströ- mung durch die Dichtgeometrie. Dabei sind insbesondere die Standzeiten der eingesetzten Materialien zu berücksichtigen. Neben metallischen Materialien kommt hier auch Keramik oder das Aufbringen von BeSchichtungen in Frage.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 einen Schnitt durch einen Fluidinjektor,
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des Sitzbereiches des Fluidventiles eines Fluidin- jektors gemäß der Darstellung in Figur 1 in vergrößertem Maßstab,
Figur 3 eine nochmals vergrößerte Darstellung des Sitzbereiches mit sich einstellendem
Schmierungseffekt und
Figur 4 die schematische Darstellung eines Fluidventiles.
Ausführungsformen
Der in der Figur 1 im Schnitt dargestellte Fluidinjektor 10 mit einem Fluidventil 11, der zum Beispiel in Kraftstoffeinspritzanlagen für Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann, weist ein in einer Bohrung 12 eines Ventilkörpers 14 axial geführtes Ventilglied 16 auf, welches an seinem in den Brennraum der nicht dargestellten Brennkraftmaschine ragenden Ende eine konische Ventildichtfläche 18 aufweist. Das erfmdungsgemäß vorgeschlagene Fluidventil 11 wirkt mit einer konischen Ventilsitzfläche 20 am geschlossenen Ende der Bohrung 12 des Ventilkörpers 14 zusammen. Von dieser fuhrt mindestens eine Einspritzöffnung 22 in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ab, wobei zur genaue- ren Ausbildung des Ventilsitzbereiches auf die Figuren 2 und 3 hingewiesen wird, deren Beschreibung folgt.
An seinem durch die Ventilsitzfläche 20 gebildeten Ventilsitz mit diesem abgewandten Ende ragt das nadeiförmig ausgebildete Ventilglied 16 über ein Druckstück 24 in einen Federraum 26, in den zwei zum Beispiel hintereinanderliegend angeordnete, das Ventilglied 16 in Richtung auf die Ventilsitzfläche 20 hin beaufschlagende Ventilfedern 28, 30 eingesetzt sind. Eine erste Ventilfeder 28 liegt ständig am nadeiförmig ausgebildeten Ventilglied 16 an, wogegen die zweite Ventilfeder 30 erst nach Durchlaufen eines bestimmten Vorhubes am na- delformig ausgebildeten Ventilglied 16 angreift. Dadurch wird die Öffhungshubbewegung des nadelförmig ausgebildeten Ventilgliedes 16 in aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannter Weise in eine Vor- und eine Haupteinspritzphase unterteilt. Die Zufuhr eines unter Druck stehenden Mediums, wie zum Beispiel Kraftstoff, an den durch die Ventilsitzfläche 20 gebildeten Ventilsitz erfolgt über eine Druckleitung 32 im Fluidinjektor, die in einem zwischen dem Schaft des Ventilgliedes 16 und der Wand der Bohrung 12 gebildeten Druck- räum 34 mündet, der sich bis an die Ventilsitzfläche 20 erstreckt.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgestaltung des Ventilsitzes am brennraumseitigen Ende des Fluidinjek- tors hervor.
Aus Figur 2 geht hervor, dass der Ventilkörper 14 im Bereich seiner Ventilsitzfläche 20, d.h. am Ventilsitz 20, eine erste Dichtkante 48 und eine zweite Dichtkante 50 aufweist. Die beiden genannten Dichtkanten 48 beziehungsweise 50 stehen erhaben in einer Höhe 60 über die ansonsten eben ausgebildete Ventildichtfläche 18 an der Innenwand des Ventilkörpers 14 hervor.
Relativ zum Ventilkörper 14 gemäß der Darstellung in Figur 2 ist das nadeiförmig ausgebildete Ventilglied 16 dargestellt, welches sich relativ zum Ventilkörper 14 in vertikale Richtung in Öffnungs- beziehungsweise Schließrichtung bewegt. Das Ventilglied 16 gemäß der Darstellung in Figur 2 ist bevorzugt nadeiförmig ausgebildet und umfasst eine Mantelfläche 42. In der Mantelfläche 42 ist eine die Ventildichtfläche 18 begrenzende Kompressionskante 46 vorgesehen. Wie in Figur 2 dargestellt, taucht die Kompressionskante 46 in der Mantelfläche 42 des bevorzugt nadeiförmig ausgebildeten Ventilglieds 16 im geschlossenen Zustand des nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes 16 in eine Tasche 52 ein, die sich in Umfangsrichtung zwischen der ersten Dichtkante 48 und der zweiten Dichtkante 50 entlang der Ventilsitzfläche 20 an der Innenseite des Ventilkörpers 14 ringförmig erstreckt. Im in Figur 2 dargestellten geschlossenen Zustand liegt die Mantelfläche 42 sowohl an der ersten Dichtkante 48 als auch an der zweiten Dichtkante 50 an. Ein Kontaktbereich zwischen der Mantelfläche 42 des nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes 16 und den Dichtkanten 48, 50 an der Ventilsitzfläche 20 an der Innenseite des Ventilkörpers 14 ist durch Bezugszeichen 54 bezeichnet. Zwischen der ersten Dichtkante 48 und der zweiten Dichtkante 50 ist in der Ventilsitzfläche 20 eine Tasche 52 ausgebildet. Ein Taschengrund der Tasche 52 ist durch Bezugszeichen 53 gekennzeichnet. Die Tasche in der Ventilsitzfläche 20 an der Innenseite des Ventilkörpers 14 ermöglicht das Einschließen eines Fluidvolumens beim Schließvorgang des nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes 16 und eine Kompression des in der Tasche 52 zwischen der ersten Dichtkante 48 und der zweiten Dichtkante 50 eingeschlossenen Fluidvolumens bei weiterer Krafterhöhung, da die an der Mantelfläche 42 unterhalb der Ventildichtfläche 18 verlaufende Kompressionskante 46 das in der Tasche 52 eingeschlossene Fluidvolumen beim Schließen weiter komprimiert. Die weiterführende Kompression des in der Tasche 52 eingeschlossenen Fluidvolumens verläuft innerhalb des elastischen Deformationsbereiches der ersten Dichtkante 48 sowie der zweiten Dichtkante 50. Dadurch entsteht innerhalb der Tasche 52 ein tragender zusätzlicher Fluidsupport im Tribokontaktbereich und verbessert die Schmierung, wie nachfolgend im Zusammenhang mit Figur 3 noch dargestellt werden wird.
Wie der Darstellung gemäß Figur 2 entnommen werden kann, sind Außenflanken der ersten Dichtkante 48 und der zweiten Dichtkante 50, d. h. die der Tasche 52 jeweils abgewandten Flanken der ersten Dichtkante 48 und der zweiten Dichtkante 50, stark abfallend ausgelegt, so dass ein auf den Dichtkanten 48, 50 stattfindender Verschleiß nicht zu einer funktionsrelevanten Kontaktverbreiterung führt.
Der Darstellung gemäß Figur 3 ist die durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtgeometrie erzielbare Verbesserung der Schmierung im Bereich der Kontaktzone zwischen nadeiförmig ausgebildetem Ventilglied und der Ventildichtfläche an der Innenseite des Ventilkörpers zu entnehmen.
Wie aus der Darstellung gemäß Figur 3 hervorgeht, wird das bevorzugt nadeiförmig ausgebildete Ventilglied 16 derart ausgeführt, dass dessen an der Mantelfläche 42 ausgebildete Ventildichtfläche 18 durch die Kompressionskante 46 begrenzt wird. Die Ventildichtfläche 18 an der Mantelfläche 42 des nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes 16 verläuft in Bezug auf eine vertikale Bezugslinie 44 in einem ersten Kegelwinkel. Unterhalb der Kompressionskante 46 ist die Mantelfläche 42 in einem in Bezug auf die in vertikale Richtung verlaufende Bezugslinie 44 größeren Kegelwinkel ausgebildet. Durch die Ausbildung eines ersten Kegelwinkels oberhalb der Kompressionskante 46 in der Mantelfläche 42 sowie die Ausbildung eines zweiten Kegelwinkels in der Mantelfläche 42 unterhalb der besagten Kompressionskante 46, tritt diese beim Einfahren in die Tasche 52 zwischen der ersten Dichtkante 48 und der zweiten Dichtkante 50 derart ein, dass durch die an der Mantelfläche 42 hervorspringende Kompressionskante 46 eine Verdrängung des Fluidvolumens in Richtung der Pfeile 64, welche die Abströmrichtung des Fluides bezeichnen, aus der Tasche 52 erfolgt. Dadurch werden die jeweiligen Spitzen der ersten Dichtkante 48 beziehungsweise der zweiten Dichtkante 50 im Bereich der Ventilsitzfläche 20 an der Innenseite des Ventilkörpers 14 mit einem Fluidfϊlm überzogen, d. h. geschmiert; dies bedeutet, dass der Mischreibungsanteil erheblich verringert wird. Bei weiterer Erhöhung der Kraft in axialer Richtung, d. h. Erhö- hung der in Schließrichtung wirkenden Kraft, erfolgt eine Kompression des Fluidvolumens, welches nicht mehr durch die Spalte zwischen der Mantelfläche 42 des nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes 16 und den Spitzen der Dichtkanten 48, 50 abzuströmen vermochte, d. h. im Inneren der Tasche 52 verblieben ist. Dieses innerhalb der Tasche 52 eingeschlossene Fluidvolumen wird bei weiterer Schließkrafterhöhung durch das Einfahren der Kompres- sionskante 46 komprimiert. Es bewegt sich auf die Scheitelpunkte der beiden Dichtkanten 48 zu und führt dort zu einer Verbesserung der Schmierung. Dadurch wird der mechanische Verschleiß im Bereich der Kontaktzone 54 zwischen der Kompressionskante 46 und den beiden Dichtkanten 48, 50, die im Ventilsitzbereich 20 ausgebildet sind, drastisch herabgesetzt, da auch in diesem Zustand ein Schmierstofffilm zwischen den Scheitelpunkten der Dichtkanten 48 und der Manetelfläche 42 des ventilgliedes 16 vorliegt, so dass Festkörperkontakt zwischen diesen beiden Komponenten auch in geschlossenem Zustand des Venti- ligliedes 16 und nach wie vor unterbleibt.
Alternativ zur Ausgestaltung der Ventilsitzgeometrie gemäß der Figuren 2 und 3, bei denen die Kompressionskante 46 in der Mantelfläche 42 des nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes 16 ausgebildet ist und die beiden Dichtkanten 48 und 50 sich an der Innenseite des Ventilkörpers 14 befinden, kann die Kompressionskante 46 auch an der Ventilsitzfläche 20 an der Innenseite des Ventilkörpers 14, und die beiden Dichtkanten 48, 50 können an einer Mantelfläche 42 des bevorzugt nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes 16 ausgebildet wer- den.
In der Darstellung gemäß Figur 3 sind die an den der Tasche 52 abgewandten Seiten der Dichtkanten 48, 50 ausgebildeten, steil abfallenden Außenflanken 58 dargestellt. Bezugszei- chen 60 bezeichnet die Höhe der Dichtkanten 48, 50 bezogen auf den Taschengrund 53 der Tasche 52 an der Ventilsitzfläche 20, d. h. der Innenseite des Ventilkörpers 14 gemäß den Darstellungen in den Figuren 2 und 3.
Die Höhe 60 der beiden Dichtkanten 48, 50 richtet sich nach der auftretenden elastischen Deformation und dem zu erwartenden Verschleiß am Ende der Lebensdauer des Fluidinjek- tors 10 unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Materialien, aus denen dieser gefertigt ist.
Der Darstellung gemäß Figur 4 ist das Fluidventil 11 zu entnehmen, dessen Ventilglied 16 die Bohrung 12 im Ventilkörper 14 verschließt. Oberhalb der Bohrung 12 befindet sich ein trichterförmiger Einlaufbereich 62. In dessen Wand befinden sich die erste und die zweite Dichtkante 48 beziehungsweise 50, welche die Tasche 52 begrenzen. In diese Tasche 52 taucht die Kompressionskante 46 des Ventilgliedes 16 beim Schließvorgang ein und ver- drängt Fluid aus dieser in Abströmrichtung 64, wie in Figur 4 durch die beiden Pfeile angedeutet. Liegt die Mantelfläche 42 des Ventilgliedes 16 an den Dichtkanten 48 und 50 im trichterförmigen Einlaufbereich 62 an, so wird in der Tasche 52 das Fluidvolumen 56 eingeschlossen, welches das Ventilglied 16 an der Kompressionskante 46 zusätzlich abstützt.
Ist das Ventilglied 16 in den Sitz im Ventilkörper 14, dargestellt durch die Dichtkanten 48, 50, gestellt, ist das Fluidventil 11 geschlossen und die Bohrung 12 abgedichtet. Aufgrund des Umstandes, dass die Kompressionskante 46 beim Einfahren in die durch die beiden Dichtkanten 48, 50 begrenzte Tasche 52 Fluid aus dieser verdrängt, wird ein Festkörperkontakt zwischen der Mantelfläche 42 des Ventilgliedes 16 und der den trichterförmigen Einlaufbereich 62 begrenzenden Wand verhindert. Durch die Kompressionskante 46 am Umfang des bevorzugt nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes 16 erfolgt bei deren Eintauchen in die Tasche 52 ein Abströmen von Fluid in Abströmrichtung 64, wodurch der Bereich der Scheitelpunkte der Dichtkanten 48, 50 von der Mantelfläche 42 des Einspritzventilgliedes 16 getrennt bleibt. Dort bildet sich aufgrund des Abströmens des Fluides ein Film, der einen Festkörperkontakt zwischen der Wandung, die den trichterförmigen Einlaufbereich 62 begrenzt, und der Mantelfläche 42 des zum Beispiel nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes 16 vermeidet. Aufgrund dieses Umstandes ist der mechanische Verschleiß des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fluidventiles 11 erheblich geringer im Vergleich zu bisher aus dem Stand der Technik bekannten Fluidventilen 11. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann auch bei Erhöhung der Schließkraft in geschlossenem Zustand des Ventilgliedes 16 ein Festkörperkontakt zwischen der Mantelfläche 42 und den Dichtkanten 48, 50, insbesondere mit den Scheitelpunkten der Dichtkanten 48, 50, die die Tasche 52 begrenzen, vermieden werden.

Claims

Ansprüche
1. Fluidinjektor (10), insbesondere Kraftstoffϊnjektor, zum Einspritzen eines Mediums, insbesondere Kraftstoff, in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einem in einem Ventilkörper (14) geführten, bevorzugt nadeiförmig ausgebildeten Ventilglied (16), über welches mindestens eine am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers (14) ausgebildete Einspritzöffnung (22) freigebbar oder verschließbar ist, und wobei ober- halb der mindestens einen Einspritzöffnung (22) ein Ventilsitz (18, 20) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Ventilsitzes (18, 20) eine Tasche (52) ausgebildet ist, die von einer ersten Dichtkante (48) und einer zweiten Dichtkante (50) begrenzt ist.
2. Fluidinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche (52) mit einer Kompressionskante (46) zusammenwirkt.
3. Fluidinjektor (10) gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkanten (48, 50) an einer Ventildichtfläche (20) des Ventilkörpers (14) ausgebildet sind und die Kompressionskante (46) der Tasche (50) gegenüberliegend an einer Mantelfläche (52) des bevorzugt nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes (16) verläuft.
4. Fluidinjektor (10) gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkanten (48, 50) in der Mantelfläche (42) des nadeiförmig ausgebildeten Ventil- gliedes (16) ausgeführt sind und die Kompressionskante (46) in der Ventilsitzfläche
(20) an der Innenseite des Ventilkörpers (14) ausgeführt ist.
5. Fluidinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der ersten Dichtkante (48) und der zweiten Dichtkante (50) liegende Tasche (52) ein Fluid- volumen aufnimmt, welches durch die in die Tasche (52) einfahrende Kompressionskante (46) komprimiert wird.
6. Fluidinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtkante (48) und die zweite Dichtkante (50) an ihren der Tasche (52) abgewandten Au- ßenflanken (58) steil abfallend ausgebildet sind.
7. Fluidinjektor (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einfahren der Kompressionskante (46) in die Tasche (52) das aus dieser verdrängte Fluidvolumen (56) einen Schmierfilm innerhalb einer Kontaktzone (54) zwischen der Mantelfläche (42) des nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes (16) und der Ventilsitzfläche (20) bildet.
8. Fluidinjektor (10) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Kontaktbreite (62) zwischen der ersten Dichtkante (48) und der Mantelfläche (42) und der Verlauf der Kontaktbreite (62) zwischen der zweiten Dichtkante (50) und der Mantelfläche (42) unterhalb der Kompressionskante (46) am nadeiförmig ausgebildeten Ventilglied (16) nahezu konstant sind.
9. Fluidinjektor (10) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkanten (58, 40) in der Wand eines trichterförmigen Einlaufbereiches (62) oberhalb der Bohrung (12) des Ventilkörpers (14) ausgebildet sind.
10. Fluidinjektor (10) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidventil (11) ein Schaltventil ist.
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