WO2014000959A1

WO2014000959A1 - Leckage- und schlupfreduziertes ventil

Info

Publication number: WO2014000959A1
Application number: PCT/EP2013/060106
Authority: WO
Inventors: Martin Schoeppl; Andreas STIMMEDER; Friedrich KROEPL; Benjamin DEZAUER; Christoph Koenig
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2014-01-03
Also published as: DE102012211283A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil (10) mit einem Ventilkörper (12), in dem ein einen Ventilsitz (32) öffnendes oder verschließendes Ventilglied (28) oder ein kugelförmiges Schließelement (64) aufgenommen ist. Diese sind mittels eines Aktuators (16) entgegen einer Federkraft einer Schließfeder (18) betätigbar. Das Ventilglied (28) oder das kugelförmig ausgebildete Schließelement (64) ist bei geschlossenem Ventilsitz (62) von einem im Hochdruckbereich (60) des Ventilkörpers (12) anstehenden Systemdruck beaufschlagt. Der Ventilkörper (12) weist einen als Hinterschneidung (54) oder als Eindrehung (56) ausgeführten steifigkeitsreduzierten Bereich (52) auf. Dieser liegt unterhalb oder neben dem Ventilsitz (32) im Ventilkörper (12).

Description

Beschreibung Titel

Leckage- und schlupfreduziertes Ventil Stand der Technik

DE 100 00 501 A1 bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen. Ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen umfasst einen Ventilkörper, in dem in einer Bohrung ein Ventilglied entgegen einer Schließkraft in axialer Richtung beweglich angeordnet ist. Das Ventilglied weist an seinem Ende eine im Wesentlichen konisch ausgebildete Ventilgliedspitze auf, die mit einem Teil ihrer Mantelfläche, der als

Ventildichtfläche dient, an einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung ausgebildeten Ventilsitz zur Anlage kommt. Am Übergang des Ventilgliedes zur Ventilgliedspitze ist eine Ringnut ausgebildet. Diese hinterschneidet die Ventildichtfläche zum Teil und bildet dadurch einen Ringkragen, der federnd nachgiebig ist. Der Konuswinkel der Ventildichtfläche ist in Öffnungsstellung der Ventilgliedes etwas größer bemessen als der Konuswinkel α des Ventilsitzes, so dass der Ringkragen bei der Schließbewegung des Ventilgliedes auf den Ventilsitz zuerst mit dem als Dichtkante ausgebildeten äußeren Rand aufsetzt und durch die weitere Schließbewegung nach innen verformt wird. Die Dichtkante wird so nicht in den Ventilsitz eingepresst, wodurch der Sitzdurchmesser über die Lebensdauer des

Kraftstoffeinspritzventils im Wesentlichen unverändert bleibt.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Ventilkörper oder ein Ventilglied eines

Kraftstoffinjektors, in dem ein an einem Ventilsitz öffnendes oder verschließendes Ventilglied oder Schließelement aufgenommen ist, welches mittels eines Aktuators entgegen einer

Federkraft einer Schließfeder betätigbar ist und das Ventilglied oder das Schließelement bei geschlossenem Ventilsitz von einem im Hochdruckbereich des Injektors anstehenden Systemdruck beaufschlagt ist, derart auszugestalten, dass der Ventilkörper oder das Ventilglied einen als Hinterschneidung oder als Eindrehung oder als Freistich beschaffenen steifigkeitsreduzierten Bereich umfasst, der unterhalb oder neben dem Ventilsitz im

Ventilkörper des Kraftstoffinjektors ausgeführt ist.

Durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen steifigkeitsreduzierten Bereich im Material des Ventilkörpers kann erreicht werden, dass der im Hochdruckbereich des Ventilkörpers des Kraftstoff! njektors anstehende Systemdruck, d.h. der Druck, der durch ein

Hochdruckförderaggregat oder durch einen Hochdruckspeicher erzeugt wird,

beziehungsweise aus diesem ansteht, zu einer gezielten Deformation des hinsichtlich seiner Steifigkeit reduzierten Materialbereichs des Ventilkörpers oder des Ventilglieds genutzt werden kann. Insbesondere lässt sich bei entsprechender Konfiguration des

steifigkeitsreduzierten Bereichs erreichen, dass der im Ventilkörper ausgebildete Ventilsitz erheblich elastischer ausgeführt werden kann. Dadurch kann der im Hochdruckbereich des Injektors anstehende Systemdruck zu einer gezielten Anpassung der Bauteile, d.h. von Ventilglied und Schließelement andererseits und den entsprechenden Sitzflächen des Ventilsitzes, die im Ventilkörper ausgeführt sind, genutzt werden.

So lässt sich der Systemdruck beispielsweise derart nutzen, dass im Kontaktbereich, d.h. im Bereich der Sitzfläche des Ventilkörpers keine Druckaufweitung sondern eine leichte Einschnürung erfolgt, die zu einer ebenfalls erfolgenden Einschnürung des beispielsweise nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes korrespondiert. Dies bedeutet, dass sich die

Geometrie des Ventilkörpers an diejenige der Ventilglieddichtfläche anpasst. Dadurch können einerseits Leckagen vermieden werden, wodurch wiederum eine Sicherstellung der Dichtheit des Ventilsitzes über die Lebensdauer des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoff! njektors sichergestellt ist. Ferner kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine Verbesserung der Teilegutausbringung in einem Neuteil, d.h. in einem neu gefertigten Kraftstoffinjektors durch geometrischen Ausgleich von Fertigungsungenauigkeiten erzielt werden. Des Weiteren ist bei einem derart ausgeführten Kraftstoff! njektor eine Steigerung der Partikelrobustheit gegeben, d.h. ein andernfalls erfolgendes Ausbilden von Leckagepfaden wird vermieden, beziehungsweise reduziert, da eine gezielte Anpassung der Bauteile im Dicht- beziehungsweise Sitzbereich durch den im Hochdruckbereich

herrschenden Systemdruck erfolgt.

Des Weiteren ermöglich die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung idealerweise die Eliminierung der Relativbewegung, d.h. eines Schlupfes zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilglied oder zumindest eine signifikante Reduzierung auftretender Relativbewegungen. Durch das erfindungsgemäße vorgeschlagene Design kann entweder eine Druckverformung verhindert werden oder sichergestellt werden, dass die beiden Verschleißpartner der gleichen Verformung ausgesetzt sind, was zu einer erheblichen Reduktion der zwischen diesen beiden Verschleißpartnern auftretenden Relativbewegungen, d.h. des auftretenden Schlupfes führt. Durch Verringerung des Schlupfes wird zwangsläufig der Verschleiß eliminiert, wodurch wiederum eine Steigerung der Robustheit des Ventilsitzes gegen Partikel erreichbar wird, da bei geringerem Schlupf ein jeder der Partikel zwangsläufig eine geringere Schädigung nach sich zieht. Die gezielte Verformung des Ventilkörpers kann durch eine Eindrehung, eine

Hinterschneidung, einen Freistich oder dergleichen gewährleistet sein, deren Effekt darin liegt, dass unter beziehungsweise neben dem im Ventilkörper des Kraftstoffinjektors ausgebildeten Ventilsitz ein hinsichtlich seiner Steifigkeit reduzierter Materialbereich entsteht. Der im Hochdruckbereich des Ventilkörpers anstehende Systemdruck verformt den steifigkeitsreduzierten Bereich im Ventilkörper derart, dass sich dessen Geometrie an die Geometrie des Ventilgliedes oder eines beispielsweise kugelförmig ausgebildeten

Schließelementes anpasst. Der im Hochdruckbereich des Ventilkörpers herrschende Systemdruck, d.h. der Druck, der durch ein Hochdruckförderaggregat oder durch einen Hochdruckspeicher oder dergleichen erzeugt wird, deformiert den Bereich des Ventilsitzes in Form einer leichten Einschnürung. In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass die Verformungen des Ventilgliedes, sei es als kegelförmiges Ventilglied mit einem Kegelsitz ausgebildet, sei es als kugelförmig ausgebildetes Schließelement in einem dementsprechend konfigurierten Ventilsitz eingestellt, in die gleiche Richtung verfolgen, d.h. sich beide Kontaktpartner im Bereich des Ventilsitzes auf die gleichen Weise verformen lassen. In diesem Falle ist der Schlupf zwischen den beiden Kontaktpartnern ebenso minimiert wie eine sich möglicherweise aufgrund von Partikelbesatz einstellende Leckage.

In einer Ausführungsvariante der der Erfindung zugrunde liegenden Lösung ist sowohl ein nadeiförmig ausgebildetes Ventilglied als auch ein beispielsweise kugelförmig ausgebildetes Schließelement an seiner dem Hochdruck, d.h. dem Systemdruck zuweisenden Seite mit einer Bohrung versehen. Die Bohrung liegt vorzugsweise einem Hochdruckkanal, der im Ventilkörper ausgebildet ist gegenüber, der sich konzentrisch zur Symmetrieachse des Ventilkörpers erstreckt.

Die Bohrungen im nadeiförmig ausgebildeten Ventilglied oder im kugelförmig ausgebildeten 5 Schließelement haben die gleiche Funktion wie eine im Sitzbereich ausgebildete

Hinterdrehung beziehungsweise ein Einstich. So kann einerseits die Verformung des Ventilkörpers gezielt durch die Ausbildung einer Eindrehung beziehungsweise eines Hinterstichs definiert werden und auch verhindert werden. Über die Bohrung im Ventilglied, sei es nadeiförmig, sei es als kugelförmiges Ventilglied ausgebildet, kann das Ventilglied die o gleiche Verformung erfahren wie der Ventilkörper.

In beiden Ausführungsvarianten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung, d.h. bei Ausbildung eines kegelförmig ausgebildeten Ventilsitzes, wie auch bei der Ausbildung eines Kugelsitzes, d.h. bei Einsatz eines kugelförmigen Schließelements, liegt der Sitzwinkel im5 Bereich des Ventilsitzes bezogen auf die Symmetrieachse des Ventilkörpers beispielsweise im Bereich zwischen 25° und 90° (Flachsitz).

Vorteile der Erfindung o Die erfindungsgemäße vorgeschlagene Lösung ermöglicht in vorteilhafter Weise im Idealfall die Eliminierung der Relativbewegung oder zumindest eine signifikante Reduzierung der Relativbewegung, d.h. auftretenden Schlupfes im Bereich des Ventilsitzes zwischen den Sitzflächen am Ventilkörper und dem relativ zu diesem bewegbaren nadeiförmig

ausgebildeten Ventilglied oder kugelförmig ausgebildeten Schließelementes. Es wird

5 sichergestellt, dass die beiden Verschleißpartner, d.h. das nadeiförmig ausgebildete

Ventilglied oder das kugelförmig ausgebildete Schließelement einerseits und die Sitzflächen des Ventilsitzes im Ventilkörper andererseits der gleichen Verformung ausgesetzt sind. Dies führt zur signifikanten Reduktion der Relativbewegung, d.h. des Schlupfes zwischen diesen Bauelementen. Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung die 0 Vermeidung von Leckagen erreicht werden, beziehungsweise die Sicherstellung der

Dichtheit des geschlossenen Ventilsitzes über die Lebensdauer des Kraftstoffinjektors hinweg gesehen. Auch eine Steigerung der Partikelrobustheit, d.h. eine Robustheit gegen Materialbeschädigungen durch eingeklemmte Partikel kann erreicht werden, so dass die Ausbildung von Leckagepfaden wenn nicht vollständig vermieden, so zumindest signifikant5 reduziert werden kann. Der im Hochdruckbereich des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoff! njektors anstehende Hochdruck, sei er durch eine Hochdruckförderpumpe, sei er durch ein Hochdruckspeicherraum erzeugt, wird dazu genutzt, dass der Kontaktbereich des Ventilkörpers keine Druckaufweitung sondern eine leichte Einschnürung aufweist, die analog zur Einschnürung des nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes verläuft.

Bezüglich der Leckagereduzierung dienen die Hinterdrehungen, Aussparungen

beziehungsweise Freistiche im Ventilkörper beziehungsweise dem Ventilglied nicht ausschließlich nur zur Reduktion der Steifigkeit in diesem Bereich sondern bewirken eine Verbesserung der Dichtheit durch Elastizität. Die Hinterdrehungen beziehungsweise Aussparungen oder Freistiche bieten darüber hinaus durch die gezielte Nutzung des anstehenden Hochdrucks im geschlossenen Zustand des Ventilsitzes, den elastischen Bereich des Ventilkörpers beziehungsweise des Ventilglieds gezielt auf die Form des Gegenkörpers hin zu verformen, so dass die Ausbildung andernfalls jeglicher Leckagepfade aufgrund der gleichsinnigen Verformung der beiden Verschleißpartner am Ventilsitz gezielt unterbunden wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung eingehender beschrieben.

Es zeigt:

Figur 1 einen Schnitt durch einen Kraftstoffinjektor, Figur 2 eine Ausführung eines Ventilsitzes,

Figur 3 eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen

Ventilsitzes, Figur 4 zeigt eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen

Ventilsitzes,

Figur 5 eine weitere, dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen

Ventilsitzes mit kugelförmig ausgebildetem Schließelement und Figur 6 eine mögliche, weitere vierte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilsitzes als Kegelsitz mit Axialbohrung im Ventilglied.

Ausführungsformen der Erfindung

Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Schnitt durch einen Kraftstoffinjektor zu entnehmen.

Figur 1 zeigt ein Ventil 10 für einen Kraftstoff! njektor, bei dem ein Kraftstoffzulauf 14 in einem Ventilkörper 12 eingelassen ist. Über ein in Figur 1 nicht näher dargestelltes

Hochdruckförderaggregat oder ein von einem solchen beaufschlagten

Hochdruckspeicherraum steht unter hohem Druck, d.h. Systemdruck, stehender Kraftstoff im Kraftstoffzulauf 14 an. Im Ventilkörper 12 des Kraftstoff! njektors 10 ist darüber hinaus ein Aktuator 16 aufgenommen, der im vorliegenden Fall als Elektromagnet ausgebildet ist. Durch einen Magnetkern 20 des Aktuators 16 erstreckt sich eine Schließfeder 18, die ein nadeiförmig ausgebildetes Ventilglied 28 beaufschlagt. Die Schließfeder 18 erstreckt sich durch den Magnetkern 20, in den eine Magnetspule 22 eingelassen ist.

Die Schließfeder 18 stützt sich an einer Drosselplatte 24 ab, in der sich eine

Ablaufdrossel 26 befindet. Das in der Darstellung gemäß Figur 1 nadeiförmig ausgebildete Ventilglied 28 umfasst einen Ventilteller 30, der von der Schließfeder 18 in Schließrichtung beaufschlagt ist. Mit dem nadeiförmig ausgebildeten Ventilglied 28 wird ein Ventilsitz 32 an einem Dichtdurchmesser verschlossen.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen Ventilsitz.

Figur 2 zeigt, dass das Ventilglied 28 eine Mantelfläche 40 aufweist. Das Ventilglied 28 ist in einem Bereich oberhalb des Dichtdurchmessers 34 gemäß Figur 2 in einem ersten

Durchmesser 48 ausgeführt, nach einer sich in axialer Richtung ausstreckenden

Einschnürung 46 in einem zweiten Durchmesser 50. Mittels des Dichtdurchmessers 34 wird der Ventilsitz 32 an der Sitzfläch 42 verschlossen. Demnach wird der Ventilsitz 32 durch den

Dichtdurchmesser 34 an der Mantelfläche 40 des Ventilglieds 28 und der Sitzfläche 42, die im Bereich des Ventilsitzes 32 des Ventilkörpers 12 ausgebildet ist dargestellt. Im in Figur 2 dargestellten Zustand ist der Ventilsitz 32 von den Kontaktpartnern, d.h. dem nadeiförmig ausgebildeten Ventilglied 28 und dem Ventilkörper 12 geschlossen. Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilsitzes in einem Kraftstoff! njektor.

Der Darstellung gemäß Figur 3 ist zu entnehmen, dass im Unterschied zur in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante des Ventilsitzes 32 der Ventilkörper 12 einen in Art eines Tropfens ausgebildeten Hochdruckbereich 60 aufweist. Der Hochdruckbereich 60 ist von einer Ventilkörperfläche 58 des Ventilkörpers 12 begrenzt und als Hinterstich 54 ausgebildet. Durch den Hinterstich 54, der sich im Material des Ventilkörpers 12 befindet, entsteht im Ventilkörper 12 unterhalb der horizontalen Ebene, die durch den Dichtdurchmesser 34 gebildet wird, ein steifigkeitsreduzierter Bereich 52. Aus Figur 3 geht hervor, dass in diesem hinsichtlich seiner Steifigkeit reduzierten Bereich 52 der im Hochdruckbereich 60 anstehende Systemdruck in Wirkrichtung 68 wirkt. Dies bedeutet, dass der Ventilkörper 12 in eben diesem steifigkeitsreduzierten Bereich 52 durch die Wirkrichtung 68 des Systemdrucks eine Einschnürung in radialer Richtung nach innen erfährt, d.h. auf den Dichtdurchmesser 34 des hier nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes 28 zu.

Bei geschlossenem Ventilsitz 62 tritt demnach innerhalb des steifigkeitsreduzierten

Bereiches 52 des Ventilkörpers 12 dieselbe elastische Verformung auf, wie sie am nadeiförmig ausgebildeten Ventilglied 28 im Bereich des Dichtdurchmessers 34 auftritt. Beide Verformungen, d.h. die Verformung der Sitzfläche 42 im Bereich des geschlossenen Ventilsitzes 62 sowie die elastische Verformung in Form einer Einschnürung am nadeiförmig ausgebildeten Ventilglied 28 verlaufen in die gleiche Richtung, so dass eine sich einstellende Relativbewegung, d.h. auftretender Schlupf im Bereich des geschlossenen Ventilsitzes 62 beim Betrieb des Kraftstoffinjektors 10 durch Betätigung des Aktuators 16 wenn nicht vollständig eliminiert, so doch zumindest signifikant reduziert wird.

Der Darstellung gemäß Figur 3 ist darüber hinaus zu entnehmen, dass sich am hier nadeiförmig ausgebildeten Ventilglied 28 unterhalb des Dichtdurchmessers 34 eine

Einschnürung 46 erstreckt, die hinsichtlich ihrer Mantelfläche 40 in einen zweiten

Durchmesser 50 übergeht, der geringer ist, als der erste Durchmesser 48 des nadeiförmig ausgebildeten Ventilgliedes 28.

Figur 4 zeigt eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilsitzes. Im Unterschied zur in Figur 3 dargestellten ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß Figur 4 eine Eindrehung 56 in der Mantelfläche 40 des nadeiförmig ausgebildeten Ventilglieds 28 ausgeführt. Diese liegt ebenfalls im Hochdruckbereich 60, so dass der innerhalb des Hochdruckbereichs 60 wirksame Systemdruck - angedeutet durch

Bezugszeichen 68 - wie dargestellt auf den steifigkeitsreduzierten Bereich 52 gemäß dieser zweiten Ausführungsvariante wirkt. Entlang des Dichtdurchmessers 34, mit dem die

Sitzfläche 42 des Ventilsitzes 32 zusammen wirkt kommt es in der in Figur 4 dargestellten Ausführungsvariante ebenfalls zu einer Verformung, die durch den im Hochdruckbereich 60 anstehenden Systemdruck verursacht wird. Durch die Eindrehung 56 im nadeiförmig ausgebildeten Ventilglied 28 wird der Ventilsitz 32 elastisch, zusätzlich wird der Systemdruck dazu genutzt, Formfehler im Ventilkörper 12 auszugleichen. Es stellen sich gleichsinnige Verformungen sowohl am nadeiförmig ausgebildeten Ventilglied 28 als auch an der

Sitzfläche 42 des Ventilsitzes 32 ein. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das nadeiförmig ausgebildete Ventilglied 28 oberhalb der Eindrehung 56 einen ersten

Durchmesser 48 aufweist, der dann in die besagte Eindrehung 56 übergeht. Unterhalb des Dichtdurchmessers 34 am nadeiförmig ausgebildeten Ventilglied 28, insbesondere im Bereich einer Einschnürung 46 geht der Dichtdurchmesser 34, der im Wesentlichen dem ersten Durchmesser 58 entspricht in einen zweiten reduzierten Durchmesser 50 zurück. Auch in der Darstellung gemäß Figur 4 ist der Ventilsitz 32 als geschlossener Ventilsitz 62 dargestellt.

Figur 5 zeigt eine weitere, dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß

vorgeschlagenen Ventilsitzes, hier ausgebildet als Kugelsitz.

In der Darstellung gemäß Figur 3 wird ein steifigkeitsreduzierter Bereich 52 im Material des Ventilkörpers 12 durch einen Hinterstich 54 gebildet. Anstelle eines Hinterstichs 54 könnte im

Material des Ventilkörpers 12 alternativ auch eine Eindrehung 56 oder ein Freistich 56 ausgeführt werden. Allein, entscheidend für die Ausbildung des steifigkeitsreduzierten Bereichs 52 ist eine Schwächung des Materials des Ventilkörpers 12 im Bereich des

Ventilsitzes 32, d.h. unterhalb des Ventilsitzes oder neben dem Ventilsitz 32 im Ventilkörper 12. Dies bewirkt aufgrund der druckbeaufschlagten Fläche eine Schlupfreduzierung.

In der in Figur 5 dargestellten dritten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß

vorgeschlagenen Ventilsitzes befindet sich der steifigkeitsreduzierte Bereich 52 unterhalb der Sitzfläche 42 des in Figur 5 dargestellten Kugelsitzes. Der in Figur 5 dargestellte Kugelsitz umfasst ein kugelförmig ausgebildetes Schließelement 64, welches im geschlossenen Zustand an die in einem Kegelwinkel 44 angeordneten Sitzflächen 42 des Ventilsitzes 32 gemäß der Darstellung in Figur 5 angestellt ist. Das in Figur 5 gemäß der dritten

Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilsitzes dargestellte kugelförmig ausgebildete Schließelement 64 wird durch einen hier nicht näher dargestellten Aktuator 16, beispielsweise durch den in Figur 1 bereits erläuterten Elektromagneten betätigt.

Aus der Darstellung gemäß Figur 4 lässt sich entnehmen, dass in das Material des

Ventilkörpers 12 des Kraftstoffinjektors 10 ein Hinterstich 54 eingebracht wird - in Figur 5 gestrichelt angedeutet. Dieser Hinterstich 54 erstreckt sich im Material des Ventilkörpers 12 um einen mit Bezugszeichen 72 identifizierten Hochdruckkanal herum, d.h. in

Umfangsrichtung in Bezug auf den den Systemdruck führenden Hochdruckkanal 72. Figur 4 zeigt des Weiteren, dass sich zwischen dem kugelförmig ausgebildeten Schließelement 64 und der Sitzfläche 42 im Ventilkörper 12, ausgebildet im Sitzwinkel 44 eine umlaufende Kontaktlinie 70 einstellt. Innerhalb des im Ventilkörper 12 ausgebildeten Hinterstichs 54 ist die Wirkrichtung 68 des Systemdrucks eingetragen, der in dieser zweiten

Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilsitzes 32 im

Hochdruckkanal 72 ansteht. Figur 5 zeigt des Weiteren, dass der Hochdruckkanal 72 konzentrisch zur Mittelachse des Ventilkörpers 12 - punktiert angedeutet - läuft.

Der Ausführungsvariante gemäß Figur 5 ist des Weiteren zu entnehmen, dass das kugelförmig ausgebildete Schließelement 64 eine Bohrung 66 umfasst.

Die hier im kugelförmig ausgebildeten Schließelement 64 ausführte Bohrung 66 sorgt dafür, dass das Ventilglied, in diesem Fall das kugelförmig ausgebildete Schließelement 64, die gleiche Verformung erfährt, wie der Ventilkörper 12.

Aus Figur 5 ist erkennbar, dass die Wirkrichtung 68 des Systemdrucks im Hinterstich 54 gerade so verläuft, dass es zu einer elastischen Deformation des Bereichs der Sitzfläche 42 des Ventilsitzes 32 kommt, der unterhalb der Kontaktlinie 70 zwischen den Sitzflächen 42 und dem Mantel des kugelförmig ausgebildeten Schließelements 64 liegt. Dieser Bereich wird aufgrund der Wirkrichtung 68 des Systemdrucks leicht nach oben elastisch deformiert, so dass sich eine bereichsweise kalottenartige Anlage des kugelförmig ausgebildeten Schließelements 64 an derart deformierten Bereichen der Sitzfläche 42 des Ventilsitzes 32 ergibt. Anstelle eines Hinterstichs 54 könnte - hier gestrichelt im Material des Ventilkörpers 12 angedeutet - im Ventilkörper 12 auch eine Eindrehung oder ein Freistich ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass das Material unterhalb des hier kugelförmig ausgebildeten

Schließelements 64 steifigkeitsreduzierte Bereiche 52 im Material des Ventilkörper 12 erzeugt, wodurch eine elastische Deformation desselben möglich wird, damit eine Reduktion der Relativbewegungen der Kontaktpartner des Ventilsitzes und eine signifikante Reduktion wenn nicht eine vollständige Eliminierung von Leckage erreicht werden kann.

Der Darstellung gemäß Figur 6 ist eine weitere, vierte Ausführungsvariante des

erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilsitzes, hier ausgeführt als Kegelsitz, zu

entnehmen.

Figur 6 zeigt, dass auch in dieser Ausführungsvariante des erfindungsgemäß

vorgeschlagenen Ventilsitzes 32 im Ventil 10 im Ventilkörper 12 ein Hinterstich 54 zur Darstellung eines steifigkeitsreduzierten Bereichs 52 ausgeführt ist. Im Unterschied zur in Figur 4 dargestellten Ausführungsvariante des dort als Kugelsitz beschaffenen Ventilsitzes 32, verläuft der Freistich 54 in der als Kegelsitz beschaffenen Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilsitzes 32 im Ventilkörper 12 in einem steileren Anstellwinkel. Dadurch ergibt sich auch ein steilerer Verlauf der Wrkrichtung 68, in welcher der Systemdruck, d.h. der Hochdruck ausgehend vom Hochdruckkanal 72 auf den Bereich, der unterhalb des geschlossenen Ventilsitzes 62 liegt, wirkt.

Bei dem in Figur 6 als Kegelsitz ausgebildeten Ventilsitz 32 wirkt der Hochdruck, der im Hochdruckkanal 72 ansteht durch die Bohrung 66 am unteren Ende des nadeiförmig ausgebildeten Ventilglieds 28 derart, dass sich das nadeiförmig ausgebildete Ventilglied 28 im Bereich seiner Spitze, d.h. im Bereich des steifigkeitsreduzierten Bereichs 52 radial nach außen aufweitet, während aufgrund der Wrkrichtung 68 des Systemdrucks im Hinterstich 54 der untere Teil der Sitzflächen 42 nach oben deformiert wird, so dass die

Ventilgliedsitzfläche 41 und die Sitzfläche 42 im Ventilkörper 12 aufeinander zu bewegt werden und die Dichtheit des Ventilsitzes 32 bei seinem geschlossenen Zustand 62 erheblich verbessert wird.

Auch bei dieser Ausführungsvariante wird durch Ausbildung der Bohrung 66 am unteren Ende des nadeiförmig ausgebildeten Ventilglieds 28 erreicht, dass dieses die gleiche Verformung erfährt wie der Ventilkörper 12 im Bereich des Ventilsitzes 32. Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, wird durch diese nicht nur die Dichtheit des Ventilsitzes 32 im geschlossenen Zustand 62 erhöht, sondern auch das Auftreten von Leckage erheblich herabgesetzt. Da einerseits die Relativbewegungen zwischen den beteiligten Kontaktpartnern am Ventilsitz 32, d.h. zwischen dem nadeiförmig ausgebildeten Ventilglied 28 und dem kugelförmig ausgebildeten Schließelement 64 einerseits und der Sitzfläche 42 des Ventilsitzes 32 andererseits, werden aufgrund dieser erreichten Reduktion von Relativbewegungen Partikel zwangsläufig einen geringeren Verschleiß an den einander kontaktierenden Flächen der Kontaktpartner erzeugen. Dies hat seine Ursache darin, dass die Länge der Relativbewegungen durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erheblich reduziert ist, da bei geringerem Schlupf, d.h. einer verringerten Relativbewegung zwischen den Kontaktpartner im Bereich des Ventilsitzes 32 jeder Partikel einen geringeren Schaden erzeugt.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung gemäß der in Figuren 3 bis 6 dargestellten Ausführungsvarianten ermöglicht es, durch gezielt platzierte Eindrehungen, Hinterstiche beziehungsweise Freistiche, den Innendruck eines Hochdruckbereichs 60 im Ventilkörper 12 für eine gezielte Verformung der einander kontierenden Bauteile, des nadeiförmig

ausgebildeten Ventilglieds 28 und des kugelförmig ausgebildeten Schließelements 64 einerseits sowie der Sitzfläche 42 des Ventilsitzes 32 durch Ausbildung steifigkeitsreduzierter Bereich 52 andererseits für eine gezielte elastische Verformung dieser Teile zu nutzen.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ermöglicht eine Verbesserung der

Gutteileausbringung bei Neuteilen durch geometrischen Ausgleich bei der Fertigung unvermeidlich verbleibender Toleranzen sowie eine erhebliche Verbesserung der Robustheit derartiger Ventile 10 durch Verminderung der Ausbildungsmöglichkeit von Leckagepfaden.

Claims

Ansprüche

1. Ventil (10) mit einem Ventilkörper (12), in dem ein einen Ventilsitz (32) öffnendes oder verschließendes Ventilglied (28) oder ein Schließelement (64) aufgenommen ist, das mittels eines Aktuators (16) entgegen einer Federkraft einer Schließfeder (18) betätigbar ist, wobei das Ventilglied (28) oder das Schließelement (64) bei geschlossenem Ventilsitz (62) von einem im Hochdruckbereich (60) des Ventilkörpers (12) anstehenden Systemdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (12) einen als

Hinterschneidung (54) oder als Eindrehung (56) ausgeführten steifigkeitsreduzierten Bereich (52) aufweist, der unterhalb oder neben dem Ventilsitz (32) im Ventilkörper (12) liegt.

2. Kraftstoff! njektor gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der im

Hochdruckbereich (60) anstehende Systemdruck den steifigkeitsreduzierten Bereich (52) im Ventilkörper (12) derart verformt, dass sich dessen Geometrie an die Geometrie des

Ventilgliedes (28) oder des kugelförmig ausgebildeten Schließelements (64) anpasst.

3. Kraftstoffinjektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der im Hochdruckbereich (60) herrschende Systemdruck den

Ventilkörper (12) im Bereich des Ventilsitzes (32) in Form einer leichten Einschnürung deformiert.

4. Kraftstoffinjektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Ventilglied (28) oder das kugelförmig ausgebildete

Schließelement (64) jeweils eine Bohrung (66) aufweisen, die einen Systemdruck führenden

Hochdruckkanal (72) zugewandt ist, derart, dass das Schließelement 64 der gleichen Verformung ausgesetzt ist wie der Ventilkörper 12.

5. Kraftstoffinjektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass, der steifigkeitsreduzierte Bereich (52) des Ventilkörpers (12) in einer

Wirkrichtung (68) von Systemdruck im Hochdruckbereich (60) beaufschlagt ist, derart , dass eine Sitzfläche (42) des Ventilsitzes (32) im Ventilkörper (12) radial nach innen verformt wird.

6. Kraftstoffinjektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass ein Sitzwinkel (44), indem die Sitzfläche (42) des Ventilsitzes (32) bezogen auf eine Symmetrieachse des Ventilkörpers (12) verläuft, in einem Winkel zwischen 25° und 90° ausgebildet ist.

7. Kraftstoffinjektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (32) als Kugelsitz mit einem kugelförmigen

Schließelement (64) ausgeführt ist.

8. Kraftstoff! njektor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (32) als Kegelsitz mit kegelförmig verlaufenden

Ventilgliedsitzflächen (41 ) am Ventilglied (28) ausgeführt ist.