EP1433951A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP1433951A1
EP1433951A1 EP03013030A EP03013030A EP1433951A1 EP 1433951 A1 EP1433951 A1 EP 1433951A1 EP 03013030 A EP03013030 A EP 03013030A EP 03013030 A EP03013030 A EP 03013030A EP 1433951 A1 EP1433951 A1 EP 1433951A1
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EP
European Patent Office
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contact surface
fuel injection
valve
blind bore
valve body
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Withdrawn
Application number
EP03013030A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Köninger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve for Internal combustion engines, as known from DE 100 24 703 A1 is.
  • a fuel injection valve includes one Valve body in which a blind bore is formed, which starts from a contact surface of the valve body and on formed several injection openings at the closed end are in the installed position of the fuel injector open into the combustion chamber in the internal combustion engine.
  • the A valve needle is arranged longitudinally displaceable, the one with its combustion chamber end with one in the valve body trained valve seat cooperates and so the Injection openings open or close.
  • the between the Valve needle and the wall of the blind hole remaining space can be fed with fuel at a high level Fill the pressure when the valve needle enters the injection ports releases through the injection ports in the combustion chamber is injected.
  • the valve body lies with its contact surface, of which the Blind hole runs out on the contact surface of another component of the fuel injector, for example one Washer or a holding body.
  • the valve body is thereby by a clamping device, for example a Clamping nut, pressed against the other component by one appropriate sealing of the blind hole on the contact surface to obtain. Due to the high pressure in the blind bore nevertheless between the valve body and the other Component leaks, because the forces can not be increased by the clamping device and due to the relatively large contact surface, only small surface pressures can be reached.
  • the fuel injector according to the invention with the characteristic Features of claim 1, however, points the advantage that the seal on the contact surface the valve body is improved. For this is in the Blind bore of the valve body near the contact surface an annular groove is formed. Due to the high fuel pressure in the blind hole leads to an expansion of the ring groove, so that the area around the opening of the blind hole in the contact surface slightly raised and pressed against the other component becomes. This increases the surface pressure by the opening of the blind hole around, which improves sealing has the consequence.
  • the distance of the contact surface should preferably be 0.5 to 1.5 mm.
  • FIG. 1 is a fuel injection valve according to the invention shown in longitudinal section.
  • the fuel injector comprises a valve body 1 with a contact surface 50 rests on a contact surface 55 of an intermediate disk 3.
  • the intermediate disc 3 is in turn on a holding body 5, the valve body 1 by means of a clamping nut 7, which engages in an external thread of the holding body 5 against the washer 3 and thus pressed against the holding body 5 becomes.
  • a stepped in diameter Blind bore 10 formed by the contact surface 50 goes out and which at its closed end by an im essential conical valve seat 14 is limited.
  • At the Combustion chamber end of the valve body 1 are a plurality of injection openings 16 formed in the combustion chamber of the Internal combustion engine open.
  • valve needle 12 In the blind bore 10 is one piston-shaped valve needle 12 arranged to be longitudinally displaceable, a valve sealing surface at its valve seat end 15, which cooperates with the valve seat 14 and so forms a valve that connects the between the Valve needle 12 and the wall of the blind bore 10 remaining Annular gap 18 to the injection openings 16 opens or closes.
  • the blind bore 10 expanded and there is a sleeve 22 arranged there End portion of the valve needle 12 facing away from the valve seat and rests on the intermediate disc 3.
  • the Valve needle 12 surrounded by a support ring 26, the an annular shoulder of the valve needle 12 supports.
  • a closing spring 24 is arranged, which is designed as a helical compression spring and the surrounds the valve needle 12.
  • the valve needle 10 is in a central portion 112 in the blind bore 10 out, at this middle section 112 four grindings 20 are provided, one Enable fuel flow in the direction of the injection openings 16.
  • a pressure shoulder 9 which is formed by Fuel pressure is applied in the annular gap 18.
  • the blind hole 10 can via a in the holding body 5 and the washer 3 running inlet channel 8 with fuel under be filled at high pressure, which is from the valve seat 14 lifted valve needle 12 through the bevels 20 and Annular gap 18 flows to the injection openings.
  • control chamber 30 is connected to the inlet channel via an inlet throttle 32 8 connected so that from the inlet channel 8 always Fuel flows into the control chamber 30 as long as there the pressure is lower.
  • the control room 30 is above beyond an outlet throttle 34 with a leak oil chamber 36 connectable, this connection by a control valve 40 can be opened or closed.
  • the annular groove 42 is in the left half of FIG. 2 in shown unpressurized state, in which the contact surface 50 a Level forms.
  • the ring groove 42 shown at high pressure in the blind bore 10 The pressure causes the annular groove 42 to widen inter alia in the longitudinal direction of the valve body 1, so that the area of the contact surface 50 around the opening of the Blind bore 10 bulges and against the contact surface 55 of the Washer 3 is pressed.
  • Deformation shown in the figure 2 greatly exaggerated; even at high pressures of 150 MPa and above only a few bulges in the steels used Micrometers. Increasing the surface pressure around the opening however, the blind bore 10 is considerable and leads to one good sealing and thus to prevent Leakage.
  • the annular groove 42 on the one hand be deep and a short distance from the contact surface Have 50; on the other hand results from a deep ring groove 42 has a strong notch effect and thus a Weakening of the valve body 1 in this area, resulting in a plastic deformation, which in turn can lead to the Impair the function of the fuel injector can.
  • the distance of the annular groove 42 to the contact surface 42 not arbitrary for manufacturing reasons be reduced.
  • the annular groove 42 is provided, alternatively also can be provided to form a slightly different shape, about a semi-ellipse.

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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. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
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.
Vorteile der Erfindung
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.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt
Figur 1
ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt und
Figur 2
einen vergrößert dargestellten Ausschnitt von Figur 1 im Bereich der Ringnut.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 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 ventilsitzzugewandten 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 bildet, 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 Figur 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 Figur 2 in drucklosem Zustand gezeigt, in der die Anlagefläche 50 eine Ebene bildet. In der rechten Hälfte der Figur 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 Sackbohrüng 10 aufwölbt und gegen die Anlagefläche 55 der Zwischenscheibe 3 gedrückt wird. Zur Verdeutlichung ist diese Verformung in der Figur 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 (7)

  1. 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.
  2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (42) tangential in der Wand der Sackbohrung (10) verläuft.
  3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (42) eine Tiefe (t) von 1 mm bis 3 mm aufweist.
  4. 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.
  5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (42) einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.
  6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am geschlossenen Ende der Sackbohrung (10) Einspritzöffnungen (16) angeordnet sind.
  7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sackbohrung (10) eine Ventilnadel (12) angeordnet ist, die die Einspritzöffnungen (16) öffnet und schließt.
EP03013030A 2002-12-23 2003-06-10 Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen Withdrawn EP1433951A1 (de)

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