DE10016426A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (1), in dem eine Bohrung (6) ausgebildet ist, die am brennraumseitigen Ende geschlossen ist und dort einen Ventilsitz (22) bildet. In der Bohrung (6) ist ein kolbenförmiges Ventilglied (9) angeordnet, das sich dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter (13) verjüngt und das mit einer am brennraumseitigen Ende ausgebildeten Ventildichtfläche (20) mit dem Ventilsitz (22) zusammenwirkt. Die Druckschulter (13) ist in einem im Ventilkörper (1) ausgebildeten Druckraum (28) angeordnet, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Das Ventilglied (9) ist in einem brennraumabgewandten ersten Abschnitt (106) in der Bohrung (6) geführt und weist dem Ventilsitz (22) zu eine durch eine radiale Erweiterung (10) ausgebildete zweite Führung auf, die in einem zweiten Abschnitt der Bohrung (206) angeordnet ist. Der Ventilkörper (1) ist zweiteilig aufgebaut, wobei der erste Abschnitt (106) der Bohrung (6) im ersten Ventilkörperteil (101) angeordnet ist und der zweite Abschnitt (206) der Bohrung (6) im zweiten Ventilkörperteil (201), so daß die beiden Ventilkörperteile (101, 201) separat gefertigt werden können und sich der Druckraum (28) leichter und damit kostengünstiger ausbilden läßt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist beispielswei­ se aus der Patentschrift DE 42 05 744 C2 bekannt. In einem Ventilkörper ist eine Bohrung ausgebildet, in der ein kol­ benförmiges Ventilglied längsverschiebbar angeordnet ist. Am brennraumseitigen Ende der Bohrung ist wenigstens eine Ein­ spritzöffnung ausgebildet, die durch die Längsbewegung des Ventilgliedes auf- und zugesteuert wird. Das Ventilglied ist in einem brennraumabgewandten Abschnitt dichtend in der Boh­ rung geführt, verjüngt sich zum Brennraum hin unter Bildung einer Druckschulter und geht in einen Schaftteil über. Die Druckschulter ist in einem Druckraum angeordnet, der das Ventilglied umgibt und durch eine radiale Erweiterung der Bohrung gebildet ist. Der Druckraum setzt sich dem Brennraum zu als ein das Ventilglied umgebender Ringkanal fort und ist über einen im Ventilkörper verlaufenden Zulaufkanal mit ei­ ner Kraftstoffhochdruckquelle verbunden.

Die Ausbildung des Druckraumes als radiale Erweiterung der Bohrung ist bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil schwierig zu fertigen. Da der Druckraum nur über den Ab­ schnitt der Bohrung, der den dichtend geführten Abschnitt des Ventilgliedes aufnimmt, zugänglich ist, ist die Ferti­ gung des Druckraums aufwendig und teuer. Aufgrund des hohen Kraftstoffdrucks, mit dem der Kraftstoff aus dem Zulaufkanal in den Druckraum strömt, müssen alle Kanten und Übergänge des Druckraums aufwendig gerundet werden, damit Verwirbelun­ gen und scharfe Kerben vermieden werden. Auch dies ist auf­ grund der schwer zugänglichen Lage des Druckraums aufwendig und damit kostenintensiv.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Ventilkörper aus zwei Ventilkörpertei­ len besteht, wobei die Trennfläche der Ventilkörperteile den Druckraum teilt. Dadurch kann jedes Ventilkörperteil separat gefertigt werden und der Druckraum kann, da er nun gut zu­ gänglich ist, einfach und kostengünstig ausgebildet werden. Das erste Ventilkörperteil ist gegen das zweite Ventilkör­ perteil in vorteilhafter Weise axial verspannt, wobei darauf geachtet werden muß, daß die Bohrungen im ersten und zweiten Ventilkörperteil genau fluchten. Hierbei ist es vorteilhaft, den Schaftteil des Ventilgliedes nahe den Einspritzöffnungen zusätzlich zum dichtend geführten Abschnitt des Ventilglie­ des zu führen. Nur dadurch arbeitet die am Ventilglied aus­ gebildete Ventildichtfläche optimal mit dem Ventilsitz zu­ sammen, auch dann, wenn die Bohrung im ersten und die Boh­ rung im zweiten Ventilkörperteil nicht ganz exakt zueinander fluchten, was bedingt durch die Fertigungstoleranzen in der Regel der Fall sein wird. Durch den vergleichsweise langen Ventilgliedschaft zwischen der zusätzlichen Führung des Ven­ tilschaftes und dem dichtend geführten Abschnitt des Ventil­ gliedes ist das Ventilglied flexibel genug, um eine leichte Abweichung aus der genauen Fluchtung der beiden Führungen auszugleichen, ohne daß es zu einem Fressen des Ventilglie­ des in der Bohrung kommt.

Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Kraftstoffein­ spritzventil den Vorteil, daß die Bohrung im ersten und zweiten Ventilkörperteil einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen kann. Insbesondere kann der Durchmesser der Boh­ rung in dem dem Brennraum zugewandten Ventilkörperteil grö­ ßer ausgebildet sein als der Durchmesser der Bohrung in dem dem Brennraum abgewandten Ventilkörperteil.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Kraftstoffeinspritzventils gezeigt. In der Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Kraftstoff­ einspritzventil dargestellt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsge­ mäßes Kraftstoffeinspritzventil gezeigt, wie es zur Ein­ spritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraft­ maschine verwendet wird. Ein Ventilkörper 1 ist mit einer Spannmutter 2 axial gegen einen Ventilhaltekörper 5 ver­ spannt. Der Ventilkörper 1 ist aus zwei Ventilkörperteilen 101 und 201 zusammengesetzt, wobei das erste Ventilkörper­ teil 101 brennraumabgewandt und das zweite Ventilkörperteil 201 brennraumzugewandt angeordnet ist, so daß das erste Ven­ tilkörperteil 101 zwischen dem Ventilhaltekörper 5 und dem zweiten Ventilkörperteil 201 angeordnet ist. Das erste Ven­ tilkörperteil 101 weist eine zylindrische Außenkontur auf und liegt mit seiner brennraumzugewandten Stirnfläche an der Stirnfläche des zweiten Ventilkörperteils 201 an. Die Außen­ fläche des zweiten Ventilkörperteils 201 ist als gestufter Zylinder ausgebildet, wobei sich der Außendurchmesser des zweiten Ventilkörperteils 201 unter Bildung einer Ringschul­ ter 19 zum Brennraum hin verringert.

In den aneinander zugewandten Stirnflächen von Ventilhalte­ körper 5 und erstem Ventilkörperteil 101 ist jeweils eine Zentrierbohrung 32 ausgebildet, die parallel zur Längsachse 35 des Ventilkörpers 1 verlaufen und in der vorgesehenen Montageposition der Ventilkörperteile 101,201 fluchtend an­ geordnet sind. Entsprechend sind gleich ausgebildete Zen­ trierbohrungen 32 an den einander zugewandten Stirnflächen von erstem Ventilkörperteil 101 und zweitem Ventilkörperteil 201 ausgebildet. In den Zentrierbohrungen 32 sind Zentrier­ stifte 30 angeordnet, die dafür sorgen, daß der Ventilhalte­ körper 5 und die Ventilkörperteile 101 und 201 die vorgese­ hene Position zueinander einhalten. Es kann auch vorgesehen sein, mehr als eine Zentrierbohrung 32 an den Stirnflächen der Ventilkörperteile 101, 201 bzw. des Ventilhaltekörpers auszubilden.

Im Ventilkörper 1 ist eine Bohrung 6 ausgebildet, deren ei­ nes Ende geschlossen ist und dem Brennraum zugewandt ist. Die Bohrung 6 erstreckt sich durch den ersten Ventilkörper­ teil 101 bis nahe an das brennraumseitige Ende des zweiten Ventilkörperteils 201, so daß ein erster Abschnitt 106 der Bohrung 6 ist im ersten Ventilkörperteil 101 ausgebildet ist und ein zweiter Abschnitt 206 der Bohrung 6 im zweiten Ven­ tilkörperteil 201. Am dem Brennraum zugewandten Ende des Bohrungsabschnitts 206 ist ein Ventilsitz 22 und wenigstens eine Einspritzöffnung 24 ausgebildet, die die Bohrung 6 mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbindet. In der Boh­ rung 6 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 9 längsverschieb­ bar angeordnet, welches mit einem Dichtungsabschnitt 109 im ersten Abschnitt 106 der Bohrung 6 dichtend geführt ist. Dem Brennraum zu verjüngt sich das Ventilglied 9 unter Bildung einer Druckschulter 13 und geht in einen Schaftteil 209 über. Am brennraumseitigen Ende des Ventilgliedes 9 ist eine Ventildichtfläche 20 ausgebildet, mit der das Ventilglied 9 mit dem Ventilsitz 22 zur Steuerung der wenigstens einen Einspritzöffnung 24 zusammenwirkt. Die Druckschulter 13 ist in einem das Ventilglied 9 umgebenden und durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 6 gebildeten Druckraum 28 angeord­ net, der sich als ein den Schaftteil 209 des Ventilgliedes 9 umgebender Ringkanal bis zum Ventilsitz 22 fortsetzt. Der Druckraum 28 ist über einen im Ventilkörper 1 und dem Ven­ tilhaltekörper 5 verlaufenden Zulaufkanal 26 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle verbunden und kann darüber mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden.

Das Ventilglied 9 weist am Schaftteil 209 eine radiale Er­ weiterung 10 auf, mit der das Ventilglied 9 im ersten Ab­ schnitt 106 der Bohrung 6 geführt ist. Um dem Kraftstoff den Durchfluß vom Druckraum 28 zum Ventilsitz 22 und weiter zu den Einspritzöffnungen 24 zu ermöglichen, sind an der radia­ len Erweiterung 10 Ausnehmungen 11 ausgebildet. Statt der Ausnehmungen 11 kann es auch vorgesehen sein, daß an der ra­ dialen Erweiterung 10 Längsnuten oder schräg zur Längsachse 35 des Ventilkörpers 1 verlaufende Schrägnuten ausgebildet sind. Darüber hinaus ist es auch möglich, den Kraftstofffluß durch Bohrungen sicherzustellen, die von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite der radialen Erweiterung 10 führen.

Das Ventilglied 9 geht brennraumabgewandt in einen Federtel­ ler 17 über, der in einem im Ventilhaltekörper 5 ausgebilde­ ten Federraum 16 angeordnet ist. Die Feder 15 ist zwischen dem Federteller 17 und einem in der Zeichnung nicht darge­ stellten Federanschlag unter Vorspannung angeordnet und be­ aufschlagt das Ventilglied 9 in Richtung auf den Ventilsitz 22. Am Federteller 17 kommt darüber hinaus ein Ventilkolben 12 zur Anlage, der koaxial zur Längsachse 35 des Ventilglie­ des 9 angeordnet ist und der hydraulisch gesteuert eine Kraft in Richtung auf den Ventilsitz 22 auf das Ventilglied 9 ausüben kann.

Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Über die in der Zeichnung nicht dargestellte Kraft­ stoffhochdruckquelle wird Kraftstoff in den Zulaufkanal 26 eingeführt, so daß im Druckraum 28 bis hinunter zum Ventil­ sitz 22 ein vorgegebenes hohes Kraftstoffdruckniveau herrscht. Durch den Druck des Kraftstoffs im Druckraum 28 ergibt sich eine in axialer Richtung des Ventilgliedes 9 wirkende Kraft auf die Druckschulter 13, die das Ventilglied 9 vom Brennraum weg beaufschlagt. Im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils wird durch den Ventilkolben 12 eine Schließkraft auf das Ventilglied 9 ausgeübt, die größer ist als die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13, so daß das Ventilglied 9 mit der Ventildichtfläche 20 am Ventilsitz 22 anliegt und die wenigstens eine Einspritzöff­ nung 24 gegen die Bohrung 6 abdichtet. Der Einspritzvorgang wird dadurch eingeleitet, daß die hydraulisch erzeugte Schließkraft auf den Ventilkolben 12 so weit reduziert wird, daß sie kleiner ist als die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13 des Ventilgliedes 9. Dadurch erfährt das Ventilglied 9 eine resultierende Kraft, die vom Brennraum weg gerichtet ist, so daß das Ventilglied 9 mit der Ventil­ dichtfläche 20 vom Ventilsitz 22 abhebt und die wenigstens eine Einspritzöffnung 24 freigibt. Der Kraftstoff aus dem Druckraum 28 wird nun über die wenigstens eine Einspritzöff­ nung 24 in den Brennraum der Brennkraftmaschine einge­ spritzt. Die Einspritzung wird dadurch beendet, daß die hy­ draulisch erzeugte Schließkraft auf den Ventilkolben 12 so weit erhöht wird, daß die dadurch erzeugte Kraft auf das Ventilglied 9 größer ist als die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13 und die Ventildichtfläche 20. Das Ventil­ glied 9 wird dadurch wieder mit der Ventildichtfläche 20 ge­ gen den Ventilsitz 22 gepreßt und verschließt so die wenig­ stens eine Einspritzöffnung 24.

Während des gesamten Öffnungs- und Schließvorgangs und wäh­ rend der Einspritzung herrscht im Druckraum 28 ein vorgege­ benes, nahezu konstantes Druckniveau des Kraftstoffs. Auf­ grund der hohen Drücke im Druckraum 28, die je nach Anwen­ dung einige 10 bis über 100 MPa betragen können, wirken auf das Ventilglied 9 und den Ventilkolben 12 so große Kräfte, daß die Kraft der Feder 15 für die Funktion des Kraftstoff­ einspritzventils nur eine untergeordnete Rolle spielt. Die Feder 15 dient hauptsächlich dazu, bei abgeschalteter Brenn­ kraftmaschine und damit drucklosem Zustand im Druckraum 28 das Kraftstoffeinspritzventil geschlossen zu halten.

Bei der Fertigung des Ventilkörpers 1 können beide Ventil­ körperteile 101 und 201 getrennt voneinander gefertigt wer­ den. Hierbei ist darauf zu achten, daß die Abschnitte 106 und 206 der Bohrung 6 in Einbaulage der Ventilkörperteile 101 und 201 genau fluchtend zueinander angeordnet sind. Die Trennebene der beiden Ventilkörperteile 101 und 201 teilt den Druckraum 28. Hierdurch ist es ohne weiteres möglich, die Übergänge vom Druckraum 28 zur Bohrung 6 und den Über­ gang vom Zulaufkanal 26 zum Druckraum 28 sorgfältig zu run­ den. Dies ist zum einen notwendig, um Verwirbelungen des Kraftstoffs im Bereich des Druckraums 28 zu verhindern, was eine nicht optimale Funktion des Kraftstoffeinspritzventils zur Folge hätte. Zum anderen vermeidet das Runden scharfe Kerben im Ventilkörper und erhöht damit die Hochdruckfestig­ keit.

Da das Ventilglied 9 nahe dem Ventilsitz 22 durch die radia­ le Erweiterung 10 im zweiten Abschnitt 206 der Bohrung 6 geführt ist, ist eine exakt symmetrische Lage der Ventildicht­ fläche 20 bezüglich des Ventilsitzes 22 gegeben. Dadurch werden sämtliche Einspritzöffnungen 24 bei der Öffnungshub­ bewegung des Ventilgliedes 9 gleichmäßig geöffnet und die Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum der Brenn­ kraftmaschine erfolgt entsprechend gleichförmig durch alle Einspritzöffnungen 24. Hierdurch ist eine optimale Verbren­ nung gewährleistet und niedrigstmögliche Abgaswerte.

Es kann auch vorgesehen sein, daß der erfindungsgemäße Ven­ tilkörper 1 mit einem Ventilhaltekörper 5 verbunden ist, bei dem die Schließkraft nicht hydraulisch über einen Ventilkol­ ben 12 auf das Ventilglied 9 ausgeübt wird, sondern durch eine oder mehrere Federn erzeugt wird. Die Steuerung des Einspritzvorgangs erfolgt in diesem Fall nicht über eine Än­ derung der Schließkraft auf das Ventilglied 9, sondern bei zumindest annähernd gleichbleibender Schließkraft über eine Druckänderung im Druckraum 28. Bei hohem Kraftstoffdruck öffnet das Ventilglied 9 in der oben beschriebenen Art und Weise die wenigstens eine Einspritzöffnung 24, bei abfallen­ dem Kraftstoffdruck wird es durch die Schließkraft wieder gegen den Ventilsitz 22 gepreßt und die Einspritzöffnungen 24 werden verschlossen.

Es ist schwierig und aufwendig, die beiden Abschnitte 106 und 206 der Bohrung 6 genau fluchtend in den beiden Ventil­ körperteilen 101 und 201 auszubilden. Schon durch eine ge­ ringe Desachsierung der Bohrungsabschnitte 106, 206 kommt es ohne eine zweite Führung des Ventilglieds 9 zu einer leicht asymmetrischen Lage der Ventildichtfläche 20 am Ventilsitz 22 und damit, falls mehrere Einspritzöffnungen 24 vorgesehen sind, zu einem ungleichen Zufluß von Kraftstoff zu den ein­ zelnen Einspritzöffnungen 24. Durch die zusätzliche zweite Führung des Ventilgliedes 9 in der Bohrung 6 und durch den großen Abstand des dichtend geführten Abschnitts des Ventilgliedes 9 zu dieser zusätzlichen Führung ist das Ventilglied 9 jedoch flexibel genug, um eine geringfügige Desachsierung der beiden Abschnitte 106 und 206 der Bohrung 6 auszuglei­ chen, ohne daß es zu einem Fressen des Ventilgliedes 9 in der Bohrung 6 kommt.

Alternativ zu der in der Zeichnung gezeigten zusätzlichen Führung des Ventilgliedes 9 kann es auch vorgesehen sein, die Führung nicht durch eine radiale Erweiterung 10 des Ven­ tilgliedes 9 auszubilden, sondern durch eine radiale Veren­ gung der Bohrung 6. Auch hier müssen Vorkehrungen getroffen werden, die einen Zufluß des Kraftstoffs aus dem Druckraum 28 zu den Einspritzöffnungen 24 ermöglichen, beispielsweise Ausnehmungen an der radialen Verengung oder am Ventilglied 9 im Bereich der radialen Verengung.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit ei­ nem Ventilkörper (1), in dem eine Bohrung (6) ausgebildet ist, an deren dem Brennraum zugewandten Ende ein Ventil­ sitz (22) ausgebildet ist, und mit einem kolbenförmigen Ventilglied (9), das längsverschiebbar in der Bohrung (6) angeordnet ist, wobei am brennraumseitigen Ende des Ven­ tilglieds (9) eine Ventildichtfläche (20) ausgebildet ist, welche zur Steuerung wenigstens einer Einspritz­ öffnung (24) mit dem Ventilsitz (22) zusammenwirkt, wobei das Ventilglied (9) mit einem ersten Abschnitt (109) in einem brennraumabgewandten ersten Abschnitt (106) der Bohrung (6) dichtend geführt ist, und an welchem Ventil­ glied (9) durch eine radiale Erweiterung (10) eine weite­ re Führung ausgebildet ist, die zwischen dem dichtend ge­ führten ersten Abschnitt (109) des Ventilgliedes (9) und der Ventildichtfläche (20) in einem zweiten Abschnitt (206) der Bohrung (6) angeordnet ist, und mit einem durch eine radiale Erweiterung der Bohrung (6) gebildeten Druckraum (28), der am Übergang vom ersten (106) zum zweiten Abschnitt (206) der Bohrung (6) angeordnet ist und in welchen Druckraum (28) ein im Ventilkörper (1) ausgebildeter Zulaufkanal (26) mündet, über den der Druckraum (28) mit Kraftstoff befüllbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ventilkörper (1) aus wenigstens zwei Ventilkörperteilen (101; 201) besteht, wobei der brennraumabgewandte, erste Abschnitt (106) der Bohrung (6) im ersten Ventilkörperteil (101) angeordnet ist und der zweite Abschnitt (206) der Bohrung (6), in dem die radiale Erweiterung (10) des Ventilglieds (9) geführt ist, in einem zweiten Ventilkörperteil (201).

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erste Ventilkörperteil (101) gegen das zweite Ventilkörperteil (201) axial verspannt ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trennfläche der beiden Ventilkör­ perteile (101, 201) im Bereich des Druckraums (23) ver­ läuft.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bohrung (6) im zweiten Ventilkör­ perteil (201) einen anderen Durchmesser aufweist als im ersten Ventilkörperteil (101).

5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Führung des Ventilglieds (9) nahe dem Ventilsitz (22) angeordnet ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die radiale Erweiterung im brennraum­ seitigen Drittel der Bohrung (6) angeordnet ist.