DE10260724A1

DE10260724A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10260724A1
Application number: DE2002160724
Authority: DE
Inventors: Andreas Koeninger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2004-07-01
Also published as: JP2004204850A; EP1433951A1; CN1510268A

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), der mit einer Anlagefläche (50) an einer Anlagefläche (55) eines weiteren Bauteils (3) des Kraftstoffeinspritzventils anliegt und durch eine Vorrichtung (7) gegen das weitere Bauteil (3) gepresst wird. Im Ventilkörper (1) ist eine Sackbohrung (10) ausgebildet, welche von der Anlagefläche (50) des Ventilkörpers (1) ausgeht und in welcher zumindest zeitweise Kraftstoff unter hohem Druck anliegt, wobei die Anlagefläche (50) des Ventilkörpers (1) um die Öffnung der Sackbohrung (10) in der Anlagefläche (50) als Dichtfläche ausgebildet ist. In der Sackbohrung (10) des Ventilkörpers (1) ist in einem Abstand zur Anlagefläche (50) eine Ringnut (42) ausgebildet.

Description

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es aus der DE 100 24 703 A1 bekannt ist. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen Ventilkörper, in dem eine Sackbohrung ausgebildet ist, die von einer Anlagefläche des Ventilkörpers ausgeht und an deren geschlossenem Ende mehrere Einspritzöffnungen ausgebildet sind, die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventil in der Brennkraftmaschine in den Brennraum münden. In der Sackbohrung ist eine Ventilnadel längsverschiebbar angeordnet, die mit ihrem brennraumseitigen Ende mit einem im Ventilkörper ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt und so die Einspritzöffnungen öffnet oder verschließt. Der zwischen der Ventilnadel und der Wand der Sackbohrung verbleibende Raum lässt sich über eine Zulaufleitung mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllen, der dann, wenn die Ventilnadel die Einspritzöffnungen freigibt, durch die Einspritzöffnungen in den Brennraum eingespritzt wird.

Der Ventilkörper liegt mit seiner Anlagefläche, von der die Sackbohrung ausgeht, an der Anlagefläche eines weiteren Bauteils des Kraftstoffeinspritzventils an, beispielsweise einer Zwischenscheibe oder einem Haltekörper. Der Ventilkörper wird dabei durch eine Spannvorrichtung, beispielsweise eine Spannmutter, gegen das weitere Bauteil gepresst, um eine entsprechende Abdichtung der Sackbohrung an der Anlagefläche zu erhalten. Durch den hohen Druck in der Sackbohrung kann es jedoch trotzdem zwischen dem Ventilkörper und dem weiteren Bauteil zu Undichtigkeiten kommen, da sich die Kräfte durch die Spannvorrichtung nicht beliebig erhöhen lassen und aufgrund der relativ großen Anlagefläche nur geringe Flächenpressungen zu erreichen sind.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Abdichtung an der Anlagefläche des Ventilkörpers verbessert wird. Hierzu ist in der Sackbohrung des Ventilkörpers in der Nähe der Anlagefläche eine Ringnut ausgebildet. Durch den hohen Kraftstoffdruck in der Sackbohrung kommt es zu einer Aufweitung der Ringnut, so dass der Bereich um die Öffnung der Sackbohrung in der Anlagefläche leicht angehoben und gegen das weitere Bauteil gedrückt wird. Hierdurch erhöht sich die Flächenpressung um die Öffnung der Sackbohrung herum, was eine verbesserte Abdichtung zur Folge hat.

Für eine optimale Wirkung der Abdichtung hat sich eine Tiefe der Ringnut von 1 bis 3 mm erwiesen, wobei der Abstand von der Anlagefläche vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm betragen sollte.

Um die Kerbwirkung durch die Ringnut zu begrenzen und so einer verminderten Stabilität entgegenzuwirken ist es vorteilhaft, den Querschnitt der Ringnut halbkreisförmig zu wählen. In jedem Fall sollten scharfe Kanten im Bereich der Ringnut vermieden werden, da die dadurch auftretenden Kerbspannungen bei den hohen Drücken von bis zu 150 MPa zu einer erheblichen Schwächung des Ventilkörpers führen können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt 1 ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt und
2 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt von 1 im Bereich der Ringnut.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen Ventilkörper 1, der mit einer Anlagefläche 50 an einer Anlagefläche 55 einer Zwischenscheibe 3 anliegt. Die Zwischenscheibe 3 liegt ihrerseits an einem Haltekörper 5 an, wobei der Ventilkörper 1 mittels einer Spannmutter 7, die in ein Außengewinde des Haltekörpers 5 eingreift, gegen die Zwischenscheibe 3 und damit gegen den Haltekörper 5 gepresst wird. Im Ventilkörper 1 ist eine im Durchmesser gestufte Sackbohrung 10 ausgebildet, die von der Anlagefläche 50 ausgeht und die an ihrem geschlossenen Ende von einem im wesentlichen konischen Ventilsitz 14 begrenzt wird. Am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers 1 sind mehrere Einspritzöffnungen 16 ausgebildet, die in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden. In der Sackbohrung 10 ist eine kolbenförmige Ventilnadel 12 längsverschiebbar angeordnet, die an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine Ventildichtfläche 15 aufweist, die mit dem Ventilsitz 14 zusammenwirkt und so ein Ventil bildet, das die Verbindung von dem zwischen der Ventilnadel 12 und der Wand der Sackbohrung 10 verbleibenden Ringspalt 18 zu den Einspritzöffnungen 16 öffnet oder schließt.
An ihrem ventilsitzabgewandten Ende ist die Sackbohrung 10 erweitert und es ist dort eine Hülse 22 angeordnet, die den ventilsitzabgewandten Endabschnitt der Ventilnadel 12 umgibt und an der Zwischenscheibe 3 anliegt. Darüber hinaus ist die Ventilnadel 12 von einem Stützring 26 umgeben, der sich an einer Ringschulter der Ventilnadel 12 abstützt. Zwischen dem Stützring 26 und der Hülse 22 ist eine Schließfeder 24 angeordnet, die als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und die die Ventilnadel 12 umgibt. Durch eine Druckvorspannung der Schließfeder 24 wird eine Schließkraft in Richtung des Ventilsitzes 14 auf die Ventilnadel 12 ausgeübt, die die Ventilnadel 12 mit ihrer Ventildichtfläche 15 gegen den Ventilsitz 14 drückt.
Die Ventilnadel 10 wird in einem mittleren Abschnitt 112 in der Sackbohrung 10 geführt, wobei an diesem mittleren Abschnitt 112 vier Anschliffe 20 vorgesehen sind, die einen Kraftstoffstrom in Richtung der Einspritzöffnungen 16 ermöglichen. Am ventilsitzzbgewandten Ende des mittleren Abschnitts 112 ist eine Druckschulter 9 ausgebildet, die vom Kraftstoffdruck im Ringspalt 18 beaufschlagt wird. Die Sackbohrung 10 kann über einen im Haltekörper 5 und der Zwischenscheibe 3 verlaufenden Zulaufkanal 8 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden, der bei vom Ventilsitz 14 abgehobener Ventilnadel 12 durch die Anschliffe 20 und den Ringspalt 18 den Einspritzöffnungen zufließt.
Durch die Hülse 22, die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Ventilnadel 12 und die Zwischenscheibe 3 wird ein Steuerraum 30 begrenzt, der kraftstoffgefüllt ist und bei entsprechendem Druck eine hydraulische Kraft auf die Ventilnadel 10 ausübt, die auf den Ventilsitz 14 gerichtet ist und damit in gleicher Richtung wie die Kraft der Schließfeder 24 wirkt. Der Steuerraum 30 ist über eine Zulaufdrossel 32 mit dem Zulaufkanal 8 verbunden, so dass aus dem Zulaufkanal 8 stets Kraftstoff in den Steuerraum 30 nachfließt, solange dort ein niedrigerer Druck herrscht. Der Steuerraum 30 ist darüber hinaus über eine Ablaufdrossel 34 mit einem Leckölraum 36 verbindbar, wobei diese Verbindung durch ein Steuerventil 40 geöffnet oder geschlossen werden kann. Durch eine entsprechende Dimensionierung der Ablaufdrossel 34 einerseits und der Zulaufdrossel 32 andererseits wird erreicht, dass bei geöffnetem Steuerventil 40 mehr Kraftstoff aus dem Steuerraum 30 über die Ablaufdrossel 34 abfließt als über die Zulaufdrossel 32 zufließt. Dadurch fällt der Druck in Steuerraum 30 gegenüber dem Druck im Zulaufkanal 8 ab, und die Ventilnadel 12 wird durch die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 9 vom Ventilsitz 14 abgehoben und gibt die Einspritzöffnungen 16 frei. Durch Schließen des Steuerventils 40 baut sich durch den über die Zulaufdrossel 32 nachfließenden Kraftstoff im Steuerraum 30 erneut ein hoher Kraftstoffdruck auf, der dem Druck im Zulaufkanal 8 entspricht. Die dadurch entstehende hydraulische Kraft auf die Stirnseite der Ventilnadel 12 und die Kraft der Schließfeder 24 übertreffen die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 9 und die Ventildichtfläche 15, so dass die Ventilnadel 12 zurück in Anlage an den Ventilsitz 14 fährt und die Einspritzöffnungen 16 verschließt.
Bei dem oben beschriebenen Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils liegt ständig Kraftstoff unter Einspritzdruck im Zulaufkanal 8 und damit auch in der Sackbohrung 10 an. Damit es zu keinen Undichtigkeiten an der Stelle kommt, an der die Anlagefläche 50 des Ventilkörpers 1 an der Anlagefläche 55 der Zwischenscheibe 3 anliegt und so eine Dichtfläche bildet, muss die Anpresskraft der Spannmutter 7 entsprechend hoch sein. Doch dieser Kraft sind materialbedingt Grenzen gesetzt, so dass eine völlige Abdichtung an dieser Stelle allein durch die Anspresskraft der Spannmutter 7 nicht immer gegeben ist. Zur weiteren Erhöhung der Anpresskraft um die Öffnung, die die Sackbohrung 10 an der Anlagefläche 50 bil det, ist in der Sackbohrung 10 nahe der Anlagefläche 50 eine Ringnut 42 vorgesehen, die die Wand der Sackbohrung 10 auf ihrem gesamten Durchmesser umläuft. In 2 ist dieser Bereich nochmals vergrößert dargestellt, wobei hier der Übersichtlichkeit halber nur der Ventilkörper 1 unter Weglassung von Hülse 22 und Ventilnadel 12 gezeigt ist.
Die Ringnut 42 ist in der linken Hälfte der 2 in drucklosem Zustand gezeigt, in der die Anlagefläche 50 eine Ebene bildet. In der rechten Hälfte der 2 ist die Ringnut 42 bei hohem Druck in der Sackbohrung 10 dargestellt: Durch den Druck kommt es zu einer Aufweitung der Ringnut 42 unter anderem in Längsrichtung des Ventilkörpers 1, so dass sich der Bereich der Anlagefläche 50 um die Öffnung der Sackbohrung 10 aufwölbt und gegen die Anlagefläche 55 der Zwischenscheibe 3 gedrückt wird. Zur Verdeutlichung ist diese Verformung in der 2 stark übertrieben dargestellt; auch bei hohen Drücken von 150 MPa und darüber ergibt sich bei den verwendeten Stählen eine Aufwölbung von nur wenigen Mikrometern. Die Erhöhung der Flächenpressung um die Öffnung der Sackbohrung 10 ist jedoch beträchtlich und führt zu einer guten Abdichtung und damit zu einer Verhinderung von Leckage.
Um die gewünschte Wirkung zu erzielen muss die Ringnut 42 einerseits tief sein und einen geringen Abstand zur Anlagefläche 50 aufweisen; andererseits ergibt sich durch eine tiefe Ringnut 42 eine starke Kerbwirkung und damit eine Schwächung des Ventilkörpers 1 in diesem Bereich, was zu einer plastischen Verformung führen kann, die ihrerseits die Funktion des Kraftstoffeinspritzventils beeinträchtigen kann. Außerdem kann der Abstand der Ringnut 42 zur Anlagefläche 42 aus fertigungstechnischen Gründen nicht beliebig verringert werden.
Für eine optimale Wirkung hat sich eine Tiefe t der Ringnut von 1 bis 3 mm erwiesen bei einem Abstand a von der Anlagefläche 50 von 0,5 bis 1,5 mm. Um die Kerbspannungen möglichst gering zu halten ist ein halbkreisförmiger Querschnitt der Ringnut 42 vorgesehen, wobei alternativ auch vorgesehen sein kann, eine davon etwas abweichende Form auszubilden, etwa eine Halbellipse.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), der mit einer Anlagefläche (50) an einer Anlagefläche (55) eines weiteren Bauteils (3) des Kraftstoffeinspritzventils anliegt und durch eine Vorrichtung (7) gegen das weitere Bauteil (3) gepresst wird, wobei im Ventilkörper (1) eine Sackbohrung (10) ausgebildet ist, welche von der Anlagefläche (50) des Ventilkörpers (1) ausgeht und in welcher zumindest zeitweise Kraftstoff unter hohem Druck anliegt, wobei die Anlagefläche (50) des Ventilkörpers (1) um die Öffnung der Sackbohrung (10) in der Anlagefläche (50) als Dichtfläche ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sackbohrung (10) des Ventilkörpers (1) in einem Abstand zur Anlagefläche (50) eine Ringnut (42) ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (42) tangential in der Wand der Sackbohrung (10) verläuft.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (42) eine Tiefe (t) von 1 mm bis 3 mm aufweist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut einen Abstand von der Anlagefläche aufweist, der weniger als 2 mm beträgt, vorzugsweise 0,5 mm bis 1,5 mm.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (42) einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am geschlossenen Ende der Sackbohrung (10) Einspritzöffnungen (16) angeordnet sind.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sackbohrung (10) eine Ventilnadel (12) angeordnet ist, die die Einspritzöffnungen (16) öffnet und schließt.