DE10041675A1

DE10041675A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10041675A1
Application number: DE2000141675
Authority: DE
Inventors: Joachim Winter; Juergen Gottschling; Dietmar Bantle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2002-03-07
Also published as: CN1388865A; BR0107139A; EP1313943A1; WO2002016759A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (1), in dem ein Ventilglied (12) längsverschiebbar in einer Bohrung (10) angeordnet ist. Das Ventilglied (12) wirkt mit seinem brennraumzugewandten Ende mit einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung (10) ausgebildeten Ventilsitz (20) zusammen und steuert so wenigstens eine Einspritzöffnung (24). Mit dem Ventilkörper (1) ist ein Ventilhaltekörper (5) verbunden, in dem ein Federraum (30) ausgebildet ist. Das Ventilglied (12) ist an seinem brennraumabgewandten Ende mit einem Federteller (27) verbunden, der bis in den Federraum (30) ragt. Zwischen dem Federteller (27) und der brennraumabgewandten Stirnseite des Federraums (30) ist eine Druckfeder (32) unter Vorspannung angeordnet, die das Ventilglied (12) gegen den Ventilsitz (20) presst. Die Druckfeder (32) weist Stirnflächen (41; 42) auf, die eben ausgebildet sind und deren Flächennormale mit der Längsachse (34) der Druckfeder (32) einen Winkel (alpha) einschließt, so daß die Druckfeder (32) durch die Vorspannung eine radiale Kraft an beiden Enden erfährt, die die Druckfeder (32) gegen die Wand des Federraums (30) presst und so dort fixiert (Figur 1).

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 Schrift DE 44 08 245 A1 bekannt und umfasst einen Ventilhaltekörper, in dem ein Federraum ausgebildet ist. In dem Federraum ist eine Druckfeder unter Vorspannung angeord net, die sich mit einem Ende an einem ortsfesten Anschlag abstützt und mit dem anderen Ende an einem Federteller zur Anlage kommt. Der Federteller ist mit einem Ventilglied ver bunden, das kolbenförmig ausgebildet ist und in einer Boh rung längsverschiebbar angeordnet ist. Das Ventilglied steu ert durch seine Längsbewegung wenigstens eine Einspritzöff nung, über die Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraft maschine eingespritzt werden kann. Das Ventilglied weist da bei wenigstens eine Druckfläche auf, die in einem Druckraum angeordnet ist, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüll bar ist. Dadurch ergibt sich eine hydraulische Kraft auf die Druckfläche, deren in axialer Richtung wirkende Komponente entgegen der Kraft der Druckfeder gerichtet ist. Bei einem ausreichend hohen Druck im Druckraum übersteigt die hydrau lische Kraft die Kraft der Druckfeder und das Ventilglied durchfährt eine Öffnungshubbewegung, wobei die Druckfeder zusammengepresst wird. Der Kraftstoffdruck, bei dem das Ven tilglied seine Öffnungshubbewegung beginnt, wird dabei als Öffnungsdruck bezeichnet.

Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist dabei den Nach teil auf, dass der Öffnungsdruck über die Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils abnimmt und nicht, wie gewünscht, konstant bleibt. Durch die Erschütterungen der Brennkraftma schine beim Betrieb und damit auch des Kraftstoffeinspritz ventils ändert sich die Lage der Druckfeder im Federraum, und dadurch ergibt sich, je nach Lage der Druckfeder, eine etwas unterschiedliche Federkraft und damit auch ein unter schiedlicher Öffnungsdruck. Darüber hinaus verdrehen sich die Stirnseiten der Druckfeder beim Zusammenpressen leicht gegeneinander, so dass es dadurch zu einem Verschleiß an der Auflagefläche der Druckfeder am Federteller beziehungsweise am ortsfesten Anschlag kommt, wodurch sich die Vorspannung der Druckfeder erniedrigt und damit der Öffnungsdruck des Kraftstoffeinspritzventils abnimmt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass sich die Druckfeder selbständig im Feder raum verklemmt und so der Öffnungsdruck des Kraftstoffein spritzventils weitgehend konstant bleibt. Die Druckfeder ist an wenigstens einem Ende so flächenhaft angeschliffen, dass die Normale dieser Fläche mit der Längsachse der Druckfeder einen Winkel einschließt. Beim Vorspannen der Druckfeder im Federraum ergibt sich dadurch eine in radialer Richtung wir kende Kraft auf die Druckfeder, die diese am ihrem Ende ge gen die Wand des Federraums presst, wodurch eine Rotation der Druckfeder im Federraum oder eine sonstige Lageänderung verhindert wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung sind beide Anlageflächen der Druckfeder parallel zueinander angeschliffen. Dadurch ergibt sich an beiden En den eine radiale Kraft auf die Druckfeder, die diese im Fe derraum verstemmt. Da keine Vorzugsrichtung in Längsrichtung existiert ist darüber hinaus der Einbau unproblematisch.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Feder raum als Bohrung ausgebildet und weist einen Durchmesser auf, der es erlaubt, die Druckfeder im Federraum schrägge stellt anzuordnen. Dadurch sind die Anlageflächen der Druck feder auch im vorgespannten Zustand zueinander parallel, so dass sich eine gleichmäßige Anlagekraft der Druckfeder an der Anlagefläche ergibt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen standes der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraft stoffeinspritzventil, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Fig. 1 im Bereich des Federraums und Fig. 3 zeigt ei nen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Druckfeder vor dem Einbau.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil dargestellt. Ein Ventilkörper 1 ist unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 3 mittels einer Spannmutter 7 gegen einen Ventilhaltekörper 5 in axialer Richtung verspannt. Das Kraftstoffeinspritzventil ist dabei so in einer Brennkraftmaschine angeordnet, dass das freie Ende des Ventilkörpers 1 bis in den Brennraum der Brenn kraftmaschine ragt. Im Ventilkörper 1 ist eine Bohrung 10 ausgebildet, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 12 längs verschiebbar angeordnet ist. Das Ventilglied 12 ist in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 10 geführt, verjüngt sich dem Brennraum zu unter Bildung einer Druck schulter 19 und geht am brennraumseitigen Ende in eine Ven tildichtfläche 22 über, die mit einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung 10 ausgebildeten Ventilsitz 20 zur Steue rung wenigstens einer Einspritzöffnung 24 zusammenwirkt. Im Ventilkörper 1 ist durch eine radiale Erweiterung der Boh rung 10 ein Druckraum 15 ausgebildet, der die Druckschulter 19 umgibt und der sich als ein das Ventilglied 12 umgebender Ringkanal bis zum Ventilsitz 20 fortsetzt. Der Druckraum 15 ist über einen im Ventilkörper 1, der Zwischenscheibe 3 und dem Ventilhaltekörper 5 verlaufenden Zulaufkanal 17 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar.

Das Ventilglied 12 geht an seinem brennraumabgewandten Ende in einen Federteller 27 über, der in der Zwischenscheibe 3 angeordnet ist und bis in einen im Ventilhaltekörper 5 aus gebildeten Federraum 30 ragt. Der Federraum 30 ist hierbei als Bohrung ausgebildet, die koaxial zur Bohrung 10 im Ven tilkörper 1 ausgerichtet ist und eine Längsachse 31 auf weist. Der Federraum 30 ist an seinem brennraumabgewandten Ende mit einem Ablaufkanal 18 verbunden, der mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Leckölsystem verbunden ist. Im Federraum 30 ist eine Druckfeder 32 unter Vorspan nung angeordnet, die hier als Schraubendruckfeder ausgebil det ist und deren brennraumzugewandte Stirnfläche 42 am Fe derteller 27 zur Anlage kommt, während deren brennraumabge wandte Stirnfläche 41 an der brennraumabgewandten Stirnseite des Federraums 30 zur Anlage kommt. Zwischen der brennrau mabgewandten Stirnfläche 41 der Druckfeder 32 und dem brenn raumabgewandten Stirnseite des Federraums 30 ist erforderli chenfalls eine Ausgleichsscheibe 36 angeordnet, über deren Dicke die Vorspannung der Druckfeder 32 eingestellt werden kann.

Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist derge stalt, dass aus einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle Kraftstoff unter hohem Druck über den Zulaufkanal 17 in den Druckraum 15 eingeführt wird. Dort steigt der Druck an, bis die auf die Druckschulter 19 in axialer Richtung wirkende hydraulische Kraft auf das Ventil glied 12 größer ist als die Kraft der Druckfeder 32. Das Ventilglied 12 hebt dann mit der Ventildichtfläche 22 vom Ventilsitz 20 ab, so dass der Druckraum 15 mit den Ein spritzöffnungen 24 verbunden ist und Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Bei der Bewegung des Ventilglieds 12 wird auch der Federteller 27 mitbewegt, so dass dadurch eine Bewegungsrichtung 39 defi niert wird, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit der Längsachse 31 des Federraums zusammenfällt. Durch den hohen Druck im Druckraum 15 während der Einspritzung wird auch ein Teil des Kraftstoffs am geführten Abschnitt des Ventilglieds 12 vorbei in den Federraum 30 gepresst. Dabei wird der Druck entsprechend gemindert, so dass im Federraum 30 ein wesent lich geringerer Druck herrscht als im Druckraum 15. Das so in den Federraum 30 eindringende Lecköl wird über den Ab laufkanal 18 einem in der Zeichnung nicht dargestellten Leckölsystem zugeführt, um einen konstant niedrigen Druck im Federraum 30 aufrecht zu erhalten. Zur Beendigung der Ein spritzung wird die Kraftstoffzufuhr in den Druckraum 15 un terbrochen, wodurch der Druck und damit auch die hydrauli sche Kraft auf das Ventilglied 12 entsprechend abnimmt. Un terschreitet der Druck im Druckraum 15 den Öffnungsdruck, so wird das Ventilglied 12 von der Kraft der Druckfeder 32 wie der in Richtung des Ventilsitzes 20 gedrückt, bis das Ven tilglied 12 dort zur Anlage kommt und die Einspritzöffnungen 22 verschließt.

Fig. 2 zeigt eine Vergrößerung der Fig. 1 im Bereich des Federraums 30 und die Druckfeder 32 in Einbaulage. Fig. 3 zeigt die Druckfeder 32 vor dem Einbau in den Federraum 30. Die Druckfeder 32 weist eine Längsachse 34 auf. Die brenn raumzugewandte Stirnfläche 41 der Druckfeder 32 weist ebenso wie die brennraumzugewandte Stirnfläche 42 eine Flächennor male 35 auf, die mit der Längsachse 34 der Druckfeder 32 ei nen Winkel α einschließt. Der Winkel α beträgt dabei weniger als 5 Grad, vorzugsweise 0,5 bis 3,0 Grad. Hierdurch ergibt sich in Einbaulage eine Schrägstellung der Druckfeder 32 im Federraum 30, so dass die Längsachse 34 der Druckfeder 32 mit der Längsachse 31 des Federraums 30 den Winkel α ein schließt. Der Winkel α bewirkt dabei einen Überhang e der Druckfeder 32, so dass der Durchmesser des Federraums 30 zu mindest annähernd dem Durchmesser der Druckfeder 32 zuzüg lich des Überhangs e entspricht. Durch die Anordnung der Druckfeder 32 unter Vorspannung im Federraum 30 ergibt sich auf die Enden der Druckfeder 32 eine in radialer Richtung wirkende Kraft, die die Druckfeder 32 gegen die Wand des Fe derraums 30 presst. Durch dieses Verklemmen der Druckfeder 32 im Federraum 30 wird eine Rotation der Druckfeder 32 um ihre Achse im Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils verhin dert. Zwar kommt es durch das Zusammenpressen der Druckfeder 32 durch die Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 12 eben falls zu einer leichten Verdrehung der Stirnflächen 41 und 42 gegeneinander, jedoch verstärkt sich durch das Zusammen pressen auch die radiale Kraft, mit der die Druckfeder 32 im Federraum 30 verklemmt wird. Bei geeigneter Auslegung der Druckfeder 32 ist somit sichergestellt, dass auch durch me chanische Schwingungen, wie sie beim Betrieb der Brennkraft maschine auftreten, eine Rotation der Druckfeder 32 oder ei ne sonstige Lageänderung innerhalb des Federraums 30 verhin dert wird.

Alternativ zu der in der Zeichnung dargestellten Druckfeder 32 kann es auch vorgesehen sein, die Druckfeder 32 nur an einer Stirnfläche (41; 42) mit einem Anschliffwinkel zu ver sehen. Der technische Aufwand ist in diesem Fall geringer, da nicht zwei Stirnflächen (41; 42) parallel zueinander an geschliffen werden müssen. Die sich dadurch ergebende radia le Kraft auf die Druckfeder 32 wirkt in diesem Fall nur auf einer Seite, was - je nach Ausführungsform des Kraftstoff einspritzventils - ausreichend sein kann, die Druckfeder 32 zu fixieren.

Es kann auch vorgesehen sein, statt einer als Schrauben druckfeder ausgebildeten Druckfeder 32 eine andere Druckfe der im Federraum 30 anzuordnen. Beispielsweise kann der Fe derdraht der Druckfeder 32 auch eine mäanderförmige Anord nung aufweisen.

Neben der Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzventil kann es auch vorgesehen sein, die erfindungsgemäße Druckfeder 32 in einer anderen Vorrichtung einzusetzen, bei der eine kon stante Kraft auf ein bewegliches Element ausgeübt werden soll und wobei es unvorteilhaft ist, wenn die Druckfeder im entsprechenden Federraum beweglich ist.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilhaltekörper (5) und einem darin ausgebildeten Federraum (30), in dem we nigstens eine eine Längsachse (34) aufweisende Druckfeder (32) unter Vorspannung zwischen einem ortsfesten Anschlag und einem Federteller (27) angeordnet ist, wobei die Druckfeder (32) zwei ebene Stirnflächen (41; 42) aufweist und wobei der Federteller (27) zumindest mittelbar mit einem Ventilglied (12) verbunden und zusammen mit diesem im Federraum (30) bewegbar ist, so dass die Druckfeder (32) eine Schließkraft auf das Ventilglied (12) ausübt, wobei das Ventilglied (12) durch eine hydraulische Kraft entgegen der Kraft der Druckfeder (32) bewegt werden kann und dabei wenigstens eine Einspritzöffnung (24) steuert, über die Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftma schine eingespritzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (32) im Federraum (30) derart ange ordnet ist, dass deren Längsachse (34) geneigt zur Bewe gungsrichtung (39) des Federtellers (27) verläuft.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass wenigstens eine Stirnfläche (41; 42) der Druckfeder (32) eine Flächennormale (35) aufweist, die mit Längsachse (34) der Druckfeder (32) einen Winkel (α) einschließt.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die beiden Stirnflächen (41; 42) der Druckfeder (32) parallel zueinander sind.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) der Flächennormale (35) mit der Längsachse (34) der Druckfeder (32) 0,5 bis 2,5 Grad beträgt.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federraum (30) als Bohrung ausgebildet ist, deren Durchmesser zumindest annähernd dem Durchmesser der Druckfeder (32) zuzüglich des Überhangs (e) der Druckfeder (32) entspricht.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (32) als Schraubendruckfeder ausgebildet ist.