WO1998009069A1

WO1998009069A1 - Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: WO1998009069A1
Application number: PCT/DE1997/001187
Authority: WO
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 1998-03-05
Also published as: DE19634933B4; DE19634933A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung eines Ventilkörpers (1) axial verschiebbaren Ventilglied (5), das an seinem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Ende eine konische Ventildichtfläche aufweist, mit der es mit einer konischen Ventilsitzfläche (9) am brennraumseitigen geschlossenen Ende der Bohrung des Ventilkörpers (1) zusammenwirkt, wobei die konische Ventildichtfläche am Ventilglied (5) in zwei unterschiedliche Kegelwinkel aufweisende Bereiche geteilt ist, an deren Übergang eine Ventildichtkante (19) gebildet ist, sowie mit wenigstens einer Einspritzöffnung (23) in dem sich stromabwärts an die Dichtkante (19) anschließenden Bereich der Ventilsitzfläche (9). Um dabei den Dichtsitz genauer fertigen zu können, ist zwischen den jeweils einen unterschiedlichen Kegelwinkel aufweisenden Ventildichtflächenbereichen (11, 13) ein Absatz (15) am Ventilglied (5) vorgesehen.

Description

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen, aus der US-PS 5,351,398 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein kolbenförmiges Ventilglied axial verschiebbar in einer Bohrung eines Ventilkörpers geführt . Das Ventilglied weist dabei an seinem brennraumseitigen Ende eine konische Ventildichtfläche auf, mit der es mit einer konischen Ventilsitzfläche am Ventilkörper zusammenwirkt, die am nach innen kragenden Ende der geschlossenen Ventilbohrung gebildet ist. Dabei ist die Ventildichtfläche am Ventilglied in zwei Bereiche mit unterschiedlichen Kegelwinkeln unterteilt, wobei an der Übergangskante zwischen den beiden Ventildichtflächenbereichen eine umlaufende Dichtkante gebildet ist, die dichtend an der Ventilsitzfläche anliegt und so einen stromaufwärts angrenzenden Druckraum bei geschlossenem Einspritzventil abdichtet. Stromabwärts von dieser Dichtkante ist wenigstens eine in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine mündende Einspritzöffnung in der Wand des Ventilkörpers vorgesehen, die von der Ventilsitzfläche abführt.

Dabei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil der „Lochdüsen-Bauart" herstellungsbedingt den Nachteil auf, daß die Dichtkante häufig Toleranzabweichungen und

Lageabweichungen aufweist, die neben einem ungenauen Schließen auch verschieden große Druckangriffsflächen an der Ventildichtfläche bilden, so daß die einzelnen Einspritzventile mit unterschiedlichen Hubgeschwindigkeiten öffnen.

Dabei wirken sich diese relativ großen Toleranzabweichungen an der Dichtkante bei mit einem gemeinsamen Hochdrucksammeiraum (Common Rail) arbeitenden Einspritzsystemen besonders stark aus, da die

Sitzdurchmessertoleranz dort vollständig mit in die Toleranzkette der Einspritzmenge eingeht.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Dichtkante am Ventilglied sehr genau herstellbar und somit nur mit einer sehr kleinen Toleranz behaftet ist, was sich vorteilhaft auf die Zumessgenauigkeit der Einspritzmenge auswirkt. Dies wird dabei in konstruktiv einfacher Weise durch das Vorsehen eines Absatzes erreicht, durch den die beiden Ventildichtflächenbereiche mit unterschiedlichem Neigungswinkel voneinander getrennt sind.

Dieser Absatz kann dabei alternativ zylindrisch, gekrümmt oder als Kombination von beidem ausgebildet sein. Die axiale Erstreckung des Absatzes ist so ausgebildet, daß der durch den Absatz und den sich anschließenden Dämpfungskegel gebildete Dämpfungsraum trotz der minimalen Toleranz am Sitzdurchmesser erhalten bleibt.

Die Dichtkante kann dabei am unteren, brennraumseitigen oder am oberen Ende des Absatzes vorgesehen werden. Die Herstellung eines derartig ausgebildeten Ventilgliedes erfolgt in vorteilhafter Weise durch das nachträgliche Abschleifen der Ventildichtfläche auf das entsprechende Maß, bei dem ein Teil des axialen Absatzes mit abgetragen wird.

Besonders vorteilhaft wirkt sich die Verringerung der Sitzdurchmessertoleranz bei der Verwendung des Einspritzventils an Common Rail Einspritzsystemen aus, deren Zu eßgenauigkeit dadurch verbessert werden kann. Dies wird insbesondere an Einspritzventilen notwendig, bei denen die Schließkraft über eine Druckstange auf das Ventilglied übertragen wird, die an ihrer ventilgliedabgewandten Stirnseite einen hydraulischen Arbeitsraum begrenzt, der über ein Steuerventil mit dem Hochdruckspeicherraum des Common Rail oder einem Entlastungsraum verbindbar ist, wobei an den in Öffnungsrichtung am Ventilglied wirkenden Druckräumen ständig der Common Rail-Hochdruck ansteht.

Da dabei bei geschlossenem Einspritzventil ein quasistatisches Gleichgewicht zwischen den in

Öffnungsrichtung wirkenden Angriffsflächen des Ventilgliedes und der in Schließrichtung wirkenden Stirnfläche der Druckstange gebildet ist, gehen mögliche Toleranzen an den nach Öffnungsbeginn wirksam werdenden Sitzflächen am Ventilglied vollständig in die Kraftbilanz des Systems ein und können den Öffnungshubverlauf wesentlich beeinflussen. Eine derartige negative Beeinflussung kann durch die erfindungsgemäß mögliche präzise Fertigung der Dichtkante am Ventilglied verhindert werden. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Sechs Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen die Figur 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils in einem Längsschnitt, bei dem die Ventildichtflächenbereiche durch einen zylindrischen Steg voneinander getrennt sind, die Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Ventilsitzbereiches der Figur 1, die Figur 3 eine vereinfachte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem der Übergangsbereich zwischen den Ventildichtflächenabschnitten angeschrägt und zylindrisch verläuft, die Figur 4 ein drittes vereinfacht dargestelltes Ausfuhrungsbeispiel , bei dem der Übergang über einen Ringabsatz und einen zylindrischen Teil erfolgt, die Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel in vereinfachter Darstellung, bei dem der Übergang mit einem großen Radius gekrümmt erfolgt, die Figur 6 ein fünftes

Ausführungsbeispiel, bei dem die Übergangsfläche als Kombination von Krümmung und Zylinder ausgebildet ist, die Figur 7 ein sechstes Ausführungsbeispiel, bei dem die mit der Sitzfläche zusammenwirkende Dichtkante am oberen Ende des Übergangsabsatzes angeordnet ist und die Figur 8 eine Darstellung der Herstellung des Ventilgliedes gemäß den Figuren 1 und 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Das in der Figur 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen weist einen zylindrischen Ventilkörper 1 auf, der mit seinem freien unteren Ende in einen nicht näher gezeigten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Im Ventilkörper 1 ist eine axiale Sackbohrung 3 vorgesehen, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 5 axial verschiebbar geführt ist. Das Ventilglied 5 weist an seinem unteren, brennraumnahen Ende eine konische Ventildichtfläche 7 auf, mit der es zur Steuerung eines Einspritzquerschnittes mit einer konischen Ventilsitzfläche 9 am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers 1 zusammenwirkt, die am nach innen kragenden geschlossenen Ende der Bohrung 3 gebildet ist.

Dabei ist wie auch der Figur 2 in einem vergrößerten

Ausschnitt aus der Figur 1 entnehmbar, die Ventildichtfläche 7 in einen oberen Bereich 11 und einen unteren Bereich 13 geteilt, die verschiedene Konuswinkel aufweisen und die durch einen Absatz 15 voneinander getrennt sind, der im ersten Ausfuhrungsbeispiel der Figuren 1 und 2 als zylinderförmiger Steg 17 ausgebildet ist. Dabei ist am Übergang zwischen dem als zylindrischer Steg 17 ausgebildeten Absatz 15 und dem unteren Bereich 13 der Ventildichtfläche 7 eine umlaufende Dichtkante 19 gebildet, die mit der Ventilsitzfläche 9 zusammenwirkt und einen in Strömungsrichtung oberhalb der Dichtkante 19 zwischen Ventilglied 5 und Bohrung 3 gebildeten Druckraum 21 abdichtet. In Strömungsrichtung des Kraftstoffes unterhalb der Dichtkante 19 ist wenigstens eine Einspritzöffnung 23 im Ventilkörper 1 vorgesehen, die von der Ventilsitzfläche 9 ausgehend in den Brennraum der Brennkraftmaschine mündet . Zwischen der Dichtkante 19 und dem oberen Ende des oberen Bereiches 11 der Ventildichtfläche 7 ist zwischen dem Ventilglied 5 und der Ventilsitzfläche 9 ein Raum gebildet, der während der Schließbewegung des Ventilgliedes 5 als Dämpfungsraum 24 wirkt, wobei die axiale Länge des Absatzes 15 so ausgelegt ist, daß die DampfungsWirkung trotz möglichst geringer axialer Erstreckung erhalten bleibt. Für eine möglichst gute Dämpfungswirkung weist dabei die obere Begrenzungskante des oberen Bereiches 11 bzw. des

Dampfungsräumes 24 einen möglichst geringen Abstand zur Wand der Ventilsitzfläche 9 auf.

Die Dämpfwirkung, die ein Absenken der Nadelschließkraft zur Folge hat, wird dabei durch den Aufbau eines Druckpolsters im Raum 24 erreicht, das sich dort bei der hohen Schließhubgeschwindigkeit des Ventilgliedes 5 (Ventilnadel) aufbaut, wobei der Engspalt zwischen Ventilglied 5 und Ventilsitzfläche 9 als Drosselstelle wirkt.

An seinem dem Ventilsitz 9 abgewandten Ende ragt das Ventilglied 5 über ein Druckstück 25 in einen Federraum 27, in den eine das Ventilglied 5 in Schließrichtung zum Ventilsitz 9 hin beaufschlagende Ventilfeder 29 eingesetzt ist, die über das Druckstück 25 am Ventilglied 5 angreift und sich andererseits in nicht näher gezeigter Weise an einem gehäusefesten Anschlag abstützt. Diese Ventilfeder 29 übernimmt dabei die Schließfunktion des Ventilgliedes 5 bei drucklosem System.

Die Kraftstoffhochdruckzufuhr an den Ventilsitz 9 erfolgt über eine das Einspritzventil axial durchdringende Druckleitung 31, die in den Druckraum 21 mündet und an die eine Einspritzleitung 33 angeschlossen ist, die von einem für mehrere Einspritzventile gemeinsamen Hochdrucksammeiraum (Common Rail) 35 abführt, wobei der in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied 5 wirkende Druckraum 21 ständig mit dem Common Rail Hochdruck beaufschlagt ist. Der Hochdrucksammeiraum 35 wird dabei mittels einer Hochdruckpumpe 39 kontinuierlich über eine Förderleitung 41 mit Kraftstoff hohen Drucks aus einem Vorratstank 43 befüllt.

Zur Übertragung der Schließkraft auf das Ventilglied 5 ist dieses an seinem dem Ventilsitz 9 abgewandten Ende axial mit einer den Federraum 27 durchdringenden Druckstange 51 gekoppelt, die mit ihrer ventilgliedabgewandten Stirnfläche 53 in einen hydraulischen Arbeitsraum 55 ragt. Dieser Arbeitsraum 55 ist über eine Steuerleitung 57 mit der Einspritzleitung 33 verbunden, wobei die

Kraftstoffhochdruckzufuhr in den Arbeitsraum 55 über ein in die Steuerleitung 57 eingesetztes Steuerventil 37, vorzugsweise ein Magnetventil steuerbar ist. Die

Druckentlastung des Arbeitsraumes 55 zur Einleitung der Ventilgliedöffnungshubbewegung erfolgt dabei über eine nicht dargestellte Drosselstelle in einen Entlastungsraum, kann aber alternativ auch über ein als 3/2 Wegeventil ausgebildetes Steuerventil 37 erfolgen. Dabei kommen der präzisen Ausbildung der in Öffnungsrichtung am Ventilglied 5 wirkenden Druckangriffsflächen und der Stirnfläche 53 an der Druckstange 51 eine hohe Bedeutung zu, da diese den Öffnungszeitpunkt und Öffnungsverlauf des Ventilgliedes 5 wesentlich beeinflussen.

Die in den Figuren 3 bis 7 vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiele 2 bis 6 unterscheiden sich zum in der Figur 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel lediglich durch die Ausbildung des Absatzes 15 und die Anordnung der Dichtkante 19, so daß deren Beschreibung auf diese Einzelheiten beschränt ist.

Dabei ist der Absatz 15 beim zweiten in der Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel in einen untenliegenden zylinderförmigen Steg 17 und eine obenliegende Anschrägung 45 unterteilt, die unter Bildung einer den Dämpfungsraum 24 begrenzenden Kante in den oberen Dichtflächenbereich 11 übergeht. Die Dichtkante 19 ist am unteren brennraumseitigen Ende des Absatzes 15 bzw. des Stegbereiches 17 gebildet.

Beim in der Figur 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils ist der Übergang vom den Absatz 15 bildenden zylindrischen Ringsteg 17 zum oberen Bereich 11 der Ventildichtfläche 7 als Ringschulter 47 ausgebildet, wodurch der Dämpfungsraum 24 vergrößert werden kann. Die Dichtkante 19 ist erneut am unteren Ende des Steges 17, an dessen Übergang zum unteren Bereich 13 der Ventildichtfläche 7 vorgesehen.

Die Figur 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem der Absatz 15 zwischen dem oberen Bereich 11 und dem unteren Bereich 13 der Ventildicht läche 7 des Ventilgliedes 5 mit einem großen Radius 49 in Richtung Ventilgliedachse einwärts gewölbt ausgebildet ist. Die Dichtkante 19 ist am unteren Ende des gewölbten Absatzes 49, am Übergang zum unteren Dichtflächenbereich 13 angeordnet.

Das in der Figur 6 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel ist eine Kombination der Figuren 2 und 5, wobei der Absatz 15 nunmehr in seinem oberen Bereich durch eine vom oberen Dichtflächenbereich 11 ausgehende gewölbte Fläche 49 gebildet ist, der im unteren Bereich in einen zylindrischen Abschnitt 17 übergeht, der sich bis an den unteren, brennraumnahen Dichtflächenbereich 13 erstreckt. Die Dichtkante 19 ist dabei am unteren Ende des Absatzes 15, am Übergang zwischen dem zylindrischen Steg 17 und dem Dichtflächenbereich 13 angeordnet. Beim sechsten in der Figur 7 dargestellten

Ausfuhrungsbeispiel ist der Absatz 15 analog zur Figur 5 als gewölbte Fläche 49 mit einem großen Radius ausgebildet. Die Dichtkante 19 ist nunmehr jedoch am oberen Ende des Absatzes 15, am Übergang zwischen der gewölbten Fläche 49 und dem oberen Dichtflächenbereich 11 angeordnet. Dabei ist die Winkeldifferenz zwischen der Ventilsitzfläche 9 und dem Dichtflächenbereich 11 am Ventilglied 5 jedoch noch ausreichend groß um einen wirksamen Dämpfungsraum 24 zu bilden.

Die Figur 8 zeigt eine Herstellungsmöglichkeit des in der Figur 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels des Kraftstoffeinspritzventils. Dabei wird das Ventilglied 5 zunächst mit einem relativ langen zylindrischen Steg 17 und einem Übermaß am unteren Dichtflächenbereich 13 vorgeformt. Im Anschluß wird dann die untere Dichtfläche 13 auf das Fertigmaß abgeschliffen, wobei zugleich der zylindrische Stege 17 gekürzt wird, so daß sich die entstehende Dichtkante 19 sehr genau fertigen l ßt.

Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen ist es somit in konstruktiv einfacher Weise möglich, den Dichtsitz am Ventil bis auf etwa 3μm genau zu fertigen, ohne dabei auf den Dämpfungsraum verzichten zu müssen, was die Zumeßgenauigkeit am Einspritzventil erheblich verbessert. Dabei ist die erfindungsgemäße Ausbildung eines Absatzes zwischen zwei Dichtflächenbereichen am Ventilglied an Einspritzventilen der Sackloch- und der Sitzlochdüsenbauart möglich.

Claims

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung (3) eines Ventilkörpers (1) axial verschiebbaren Ventilglied (5) , das an seinem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Ende eine konische Ventildichtfläche (7) aufweist, mit der es mit einer konischen Ventilsitzfläche (9) am brennraumseitigen geschlossenen Ende der Bohrung (3) des Ventilkörpers (1) zusammenwirkt, wobei die konische Ventildichtfläche (7) am Ventilglied (5) in zwei unterschiedliche Kegelwinkel aufweisende Bereiche geteilt ist, an deren Übergang eine Ventildichtkante (19) gebildet ist, sowie mit wenigstens einer Einspritzöffnung (23) in dem sich stromabwärts an die Dichtkante (19) anschließenden Bereich der Ventilsitzfläche (9), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den jeweils einen unterschiedlichen Kegelwinkel aufweisenden Ventildichtflächenbereichen (11,13) ein Absatz (15) am Ventilglied (5) vorgesehen ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz (15) als zylindrischer Ringsteg (17) ausgebildet ist. (Fig. 3,4,6)

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz (15) als einwärts gewölbte Fläche (49) ausgebildet ist. (Fig.7)

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz (15) zunächst als gewölbte Fläche (49) ausgebildet ist und sich dann in Strömungsrichtung folgend über einen zylindrischen Abschnitt (17) fortsetzt. (Fig. 6)

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtkante (19) stromabwärts am unteren Ende des Absatzes (15) an dessen Übergang zum unteren Ventildichtflächenbereich (13) angeordnet ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtkante (19) stromaufwärtswärts am oberen Ende des Absatzes (15) an dessen Übergang zum oberen Ventildichtflächenbereich (11) angeordnet ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (5) mit seiner Mantelfläche zwischen der Dichtkante (19) und einer den oberen Dichtflächenbereich (11) begrenzenden Übergangskante zum zylindrischen Schaft des Ventilgliedes (5) , einen

Dämpfungsraum (24) im Ventilsitzkegel (9) des Ventilkörpers (1) begrenzt.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil über eine

Einspritzleitung (33) mit einem Hochdrucksammeiräum (35) verbunden ist, von dem sämtliche Einspritzleitungen (33) der einzelnen Einspritzventile abführen und der von einer Hochdruckpumpe (39) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff befüllt wird.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Vent-ilglied (5) in Schließrichtung von einer Druckstange (51) beaufschlagt wird, deren ventilgliedabgewandte Stirnfläche (53) in einen Arbeitsraum (55) ragt, der über eine zusteuerbare Steuerleitung (57) mit dem Hochdrucksammeiraum (35) verbindbar ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines Kraf stoffeinspritzventils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (5) zunächst mit einem Übermaß am unteren Ventildichtflächenbereich (13) und mit einem axial langen Absatz (15) gefertigt wird und daß anschließend das Übermaß am unteren Ventildichtflächenbereich (13) unter Abtragung und Verkürzung des Absatzes (15) auf das gewünschte Maß abgeschliffen wird. (Fig. 8)