DE10048597A1

DE10048597A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10048597A1
Application number: DE2000148597
Authority: DE
Inventors: Joachim Winter; Juergen Gottschling; Dietmar Bantle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-09-30
Filing date: 2000-09-30
Publication date: 2002-04-11
Also published as: WO2002029246A1; EP1325230A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), in dem ein Ventilglied (12) in einer Bohrung (10) entgegen einer Schließkraft längsverschiebbar angeordnet ist. Durch die Längsbewegung des Ventilglieds (12) wird die Öffnung wenigstens eine Einspritzöffnung (24) gesteuert, durch welche Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Im Ventilkörper (1) ist eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Schließfeder (32) in einem Federraum (30) unter Vorspannung angeordnet. Ein Ende der Schließfeder (32) liegt an einem ortsfesten Anschlag an, während das andere Ende zumindest mittelbar am Ventilglied (12) zur Anlage kommt und dadurch die Schließkraft erzeugt. Die Schließfeder (32) ist im Federraum (30) gegen Drehung um ihre Längsachse gesichert, so daß sich die Schließkraft nicht durch eine Rotation der Schließfeder (32) um ihre Längsachse ändert (Figur 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, vorzugsweise selbstzündende Brenn kraftmaschinen, wie es beispielsweise aus der Schrift DE 44 08 245 A1 bekannt ist. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil umfaßt einen Ventilkörper, in dem in einer Bohrung ein kol benförmiges Ventilglied angeordnet ist. Das Ventilglied ist in der Bohrung entgegen einer Schließkraft längsverschiebbar und steuert mit seinem brennraumseitigen Ende durch die Längsbewegung die Öffnung wenigstens einer Einspritzöffnung, durch die ein unter hohem Kraftstoffdruck stehender Druck raum mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbunden wird und durch welche Einspritzöffnungen Kraftstoff in den Brenn raum eingespritzt wird. Die Öffnungskraft auf das Ventil glied wird dabei durch den hydraulischen Druck auf eine am Ventilglied ausgebildete Druckfläche erzeugt, die im Druck raum angeordnet ist. Eine Öffnungshubbewegung des Ventil glieds tritt dann auf, wenn bei einem Öffnungsdruck im Druckraum die hydraulische Kraft auf das Ventilglied die Schließkraft übersteigt.

Die Schließkraft auf das Ventilglied wird durch eine Schließfeder erzeugt, die als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und in einem Federraum unter Druckvorspannung ange ordnet ist. Der Federraum ist hierbei als eine koaxial zum Ventilglied angeordnete Bohrung ausgeführt, deren Innen durchmesser nur geringfügig größer ist als der Außendurch messer der Schließfeder. Die Schließfeder stützt sich an ei nem Ende am brennraumabgewandten Ende des Federraums ab und am anderen Ende an einem mit dem Ventilglied verbundenen Fe derteller, so daß das Ventilglied in Schließrichtung von der Federspannung beaufschlagt wird.

Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist hierbei jedoch den Nachteil auf, daß der Öffnungsdruck durch eine Rotation der Schließfeder im Federraum während des Betriebs der Brennkraftmaschine nicht konstant bleibt. Die Schließfeder, die als Schraubendruckfeder ausgeführt ist, wird bei der Öf fungshubbewegung des Ventilglieds zusammengepreßt. Dabei verdrehen sich die Enden der Schließfeder leicht gegeneinan der, was im Laufe der Zeit zur einer langsamen Rotation der Schließfeder um ihre Längsachse führen kann. Eine solche Ro tation wird noch durch Erschütterungen begünstigt, wie sie in einer Brennkraftmaschine beim Betrieb auftreten. Da weder die Feder noch der Federraum oder der Federteller vollkommen rotationssymmetrisch gefertigt werden können, ändert sich die Vorspannung durch die Rotation der Schließfeder leicht, was natürlich auch den Öffnungsdruck des Kraftstoffein spritzventils ändert und sich nachteilig auf Genauigkeit und Einspritzdruck der Einspritzung auswirkt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Feder im Federraum gegen Drehungen um ihre Längsachse gesichert ist. Dadurch bleibt die Schließ kraft über die Laufzeit des Kraftstoffeinspritzventil weitgehend konstant. Wird die Kraft für die Öffnungshubbewegung entgegen der Schließkraft hydraulisch erzeugt, so bleibt auch der Öffnungsdruck des Kraftstoffeinspritzventils ent sprechend konstant.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist die Drehfixierung der Schließfeder durch Verstemmen realisiert. Dafür sind von der Außenseite des Ventilkörpers eine oder mehrere Sackbohrungen in der Wand des Federraums ausgebildet, die zumindest annähernd in ra dialer Richtung der Schließfeder verlaufen. Die Restwand, die zwischen dem Boden der Sackbohrung und der Innenwand des Federraums verbleibt, wird mittels eines geeigneten Werk zeugs nach innen verformt, sodaß die Schließfeder im Feder raum verstemmt wird. Diese Verstemmung geschieht an dem Ende der Schließfeder, das an einem ortsfesten Anschlag anliegt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, mehrere Sackbohrungen gleichmäßig über den Umfang des Ventilkörpers verteilt anzu ordnen, wobei alle Sackbohrungen in einer Ebene angeordnet sind. Dadurch bleibt die Schließfeder in der Mitte des Fe derraums und wird nicht durch eine einseitige Verstemmung an einer Seite an die Innenwand des Federraums gepreßt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstan des der Erfindung sind eine oder mehrere Gewindebohrungen in der Wand des Federraums ausgebildet. In diese Gewindebohrun gen wird von außen je eine Schraube eingedreht, bis diese in den Federraum ragt und die Schließfeder gegen die Innenwand des Federraums festspannt. Auch hier kann es, wie bei der Verstemmung durch die Verformung von Sackbohrungen, vorgese hen sein, mehrere Gewindebohrungen über den Umfang des Ven tilkörpers verteilt auszubilden. Besonders vorteilhaft ist es bei dieser Fixierung, kopflose Schrauben zu verwenden, die nach dem Festspannen der Schließfeder ganz in die Gewindebohrung eintauchen und nicht mehr über die Außenmantelflä che des Ventilkörpers hinausragen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstan des der Erfindung sind an der Wand des Federraums Anformun gen ausgebildet, die in entsprechende Ausnehmungen an der Außenseite der Schließfeder eingreifen. Dadurch ergibt sich direkt nach der Montage der Feder im Federraum eine entspre chende Drehfixierung, die keine nachfolgende Bearbeitung des Kraftstoffeinspritzventils mehr nötig macht. Auch hier kön nen mehrere Anformungen im Federraum ausgebildet sein, vor zugsweise gleichmäßig über den Umfang des Kraftstoffein spritzventil verteilt.

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

Zeichnung

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt,

Fig. 2 eine Vergrößerung von Fig. 1 im Bereich des brennraumabgewandten Endes des Federraums eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel entlang der Linie III-III,

Fig. 4 denselben Ausschnitt wie Fig. 2 eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 einen Querschnitt durch das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel entlang der Linie V-V,

Fig. 6 denselben Ausschnitt wie Fig. 2 eines dritten Ausführungsbeispiels und

Fig. 7 einen Querschnitt durch das in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel entlang der Linie VII-VII.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzven til im Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzven til weist einen Ventilkörper 1 auf, der mehrteilig aufgebaut ist und einen Ventilhaltekörper 2 und einen Ventileinspritz körper 5 umfaßt. Der Ventilhaltekörper 2 ist dabei unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 3 mittels einer Spannmut ter 7 in axialer Richtung gegen den Ventileinspritzkörper 5 verspannt. Im Ventileinspritzkörper 5 ist eine Bohrung 10 ausgebildet, an deren brennraumseitigen Ende ein im wesent lichen konischer Ventilsitz 20 und wenigstens eine Ein spritzöffnung 24 ausgebildet sind, die die Bohrung 10 in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils mit dem in der Zeichnung nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftma schine verbindet. In der Bohrung 10 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 12 angeordnet, das in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 10 dichtend geführt ist, sich dem Ventilsitz 20 zu unter Bildung einer Druckschulter 14 ver jüngt und am brennraumseitigen Ende in eine konische Ventil dichtfläche 22 übergeht, die mit dem Ventilsitz 20 zusammen wirkt und bei Anlage am Ventilsitz 20 die Einspritzöffnungen 24 verschließt. Durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 10 ist auf Höhe der Druckschulter 14 ein Druckraum 16 ausge bildet, der sich dem Brennraum zu als ein das Ventilglied 12 umgebender Ringkanal bis zum Ventilsitz 22 fortsetzt. Über einen im Ventilhaltekörper 2, der Zwischenscheibe 3 und dem Ventileinspritzkörper 5 verlaufenden Zulaufkanal 9 kann Kraftstoff unter hohem Druck von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle in den Druck raum 16 gefördert werden.

In der Zwischenscheibe 3 ist eine zentrale Öffnung 17 ausge bildet, die die Bohrung 10 mit einem im Ventilhaltekörper 2 ausgebildeten Federraum 30 verbindet. Die zentrale Öffnung 17 weist dabei am Übergang zur Bohrung 10 einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 10, so daß an der Zwischenscheibe 3 eine Anschlagschulter 18 ausge bildet ist, deren axialer Abstand zur brennraumabgewandten Stirnseite des Ventilglieds 12 in Schließstellung des Ven tilglieds 12 den Öffnungshub definiert. Die Schließstellung ist dabei die Position des Ventilglieds 12, in der dieses mit der Ventildichtfläche 22 am Ventilsitz 20 anliegt und die Einspritzöffnungen 24 verschließt. Der Federraum 30 ist als eine koaxial zur Bohrung 10 ausgerichtete Bohrung ausge führt. In die dem Ventilglied 12 abgewandte Stirnseite des Federraums 30 mündet ein Leckölkanal 36, der den Federraum 30 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Leckölsy stem verbindet, sodaß Kraftstoff, der aus dem Druckraum 16 am geführten Abschnitt des Ventilglieds 12 vorbei in den Fe derraum 30 gelangt, abgeführt wird. Auf diese Weise herrscht im Federraum 30 stets ein niedriger Kraftstoffdruck.

Am brennraumabgewandten Ende geht das Ventilglied 12 in ei nen in der zentralen Öffnung 17 der Zwischenscheibe 3 ange ordneten Federteller 26 über, der bis in den Federraum 30 ragt. Zwischen dem Federteller 26 und dem brennraumabgewand ten Ende des Ventilhaltekörpers 2 ist unter Zwischenlage ei ner Ausgleichsscheibe 34 eine als Schraubendruckfeder ausge bildete Schließfeder 32 angeordnet. Die Schließfeder 32 ist dabei druckvorgespannt, wobei die Stärke der Vorspannung über die Dicke der ringscheibenförmigen Ausgleichsscheibe 34 eingestellt werden kann. Der Innendurchmesser des Federraums 30 ist dabei nur geringfügig größer als der Außendurchmesser der Schließfeder 32, um einerseits ein Kippen der Schließfe der 32 zu verhindern und andererseits, um einen Ventilhaltekörper 2 mit möglichst geringem Außendurchmesser zu errei chen.

Soll eine Einspritzung erfolgen wird Kraftstoff unter hohem Druck über den Zulaufkanal 9 in den Druckraum 16 geleitet. Erreicht der Druck im Druckraum 16 den Öffnungsdruck, das heißt, ist die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 14 größer als die Schließkraft der Schließfeder 32, so hebt das Ventilglied 12 mit der Ventildichtfläche 22 vom Ventilsitz 20 ab und Kraftstoff wird durch die Einspritzöffnungen 24 in den Brennraum eingespritzt. Das Ventilglied 12 setzt dabei seine Öffnungshubbewegung solange fort, bis es mit seiner brennraumabgewandten Stirnseite an der Anschlagfläche 18 der Zwischenscheibe 3 zur Anlage kommt. Wird die Kraftstoffzu fuhr in den Druckraum 16 unterbrochen, so sinkt dort der Kraftstoffdruck und damit die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 14, bis die Kraft der Schließfeder 32 erneut überwiegt und das Ventilglied 12 in Schließstellung bewegt.

In Fig. 2 ist eine vergrößerte Darstellung des Federraums 30 an dessen brennraumabgewandtem Ende im Längsschnitt ge zeigt, und Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Kraft stoffeinspritzventil entlang der Linie III-III. Nahe dem En de des Federraums 30 sind drei Sackbohrungen 40 in der Wand des Federraums 30 ausgebildet, die radial von der Außenman telfläche des Ventilhaltekörpers 2 nach innen zeigen. Die Restwand 46 des Federraums 30 zwischen der Bodenfläche der Sackbohrung 40 und dem Federraum 30 ist nach innen ver stemmt, so daß die Restwand 46 an der Schließfeder 32 an liegt und diese im Federraum 30 fixiert. Dadurch wird die Schließfeder 32 kraftschlüssig im Federraum 30 gehalten. Die drei Sackbohrungen 40 sind dabei gleichmäßig über den Umfang des Ventilhaltekörpers 2 verteilt angeordnet und liegen in einer Radialebene des Federraums 30 beziehungsweise der Schließfeder 32. Dadurch bleibt die Schließfeder 32 in der Mitte des Federraums 30 und wird nicht unsymmetrisch gegen eine Seite des Federraums 30 gedrückt.

In Fig. 4 ist derselbe Ausschnitt wie in Fig. 2 eines zweiten Ausführungsbeispiels dargestellt und Fig. 5 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie V-V. Im brennraumabge wandten Endbereich des Federraums 30 sind drei Gewindeboh rungen 42 angeordnet. Die Gewindebohrungen 42 sind dabei in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 54 des Federraums 30 ausgebildet und in einer Radialebene zu dieser Längsachse 54 gleichmäßig über den Umfang des Ventilhaltekörper 2 ange ordnet. In die Gewindebohrungen 42 ist jeweils eine Spann schraube 44 eingeschraubt, die mit ihrem radial nach innen gerichteten Ende bis in den Federraum 30 ragt und dort die Schließfeder 32 festspannt. Wiederum erreicht man durch die gleichmäßige Anordnung dreier Spannschrauben 44, daß die Schließfeder 32 in der Mitte des Federraums 30 fixiert wird. Die Spannschrauben sind dabei als kopflose Schrauben ausge führt und sind so kurz, daß sie bei festgespannter Schließ feder 32 ganz in die Gewindebohrung 42 eintauchen und nicht über die Außenmantelfläche des Ventilhaltekörpers 2 hinaus ragen.

Sowohl bei den Sackbohrungen 40 als auch bei den Gewindeboh rungen 42 kann es vorgesehen sein, mehr als drei dieser Boh rungen über den Umfang des Ventilhaltekörpers 2 anzuordnen, die dabei vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Auch ist es möglich, nur ein oder zwei Sackbohrungen 40 bzw. Gewindebohrungen 42 im Ventilhaltekörper 2 anzuord nen. Das Festspannen bzw. das Verstemmen der Schließfeder 32 erfolgt dabei vorzugsweise an der letzten Drahtwindung der Schließfeder 32, die eine äußere Anlagefläche für die Ver stemmung auf dem gesamten Umfang der Schließfeder 32 bietet. Um ein sicheres Haften der Spannschrauben 44 bzw. der Rest wand 46 an der Schließfeder 32 zu gewährleisten, kann es vorgesehen sein, daß die Schließfeder 32 an ihrer Außenflä che abgeflacht ist oder zumindest an ihrem Endbereich, an dem das Verstemmen bzw. das Festspannen erfolgt.

In Fig. 6 ist derselbe Ausschnitt wie in. Fig. 4 eines wei teren Ausführungsbeispiels gezeigt und Fig. 7 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII. Am brennraumabgewand ten Ende des Federraums 30 sind drei Anformungen 48 ausge bildet, die in den Federraum 30 ragen und gleichmäßig über den Umfang des Federraums 30 verteilt angeordnet sind. An der Schließfeder 32 sind entsprechend drei Ausnehmungen 50 ausgebildet, in die die Anformungen 48 bei der Montage der Schließfeder 32 im Federraum 30 formschlüssig eingreifen. Dadurch wird verhindert, daß sich die Schließfeder 32 im Fe derraum 30 drehen kann. Hierbei sind nach der Anordnung der Schließfeder 32 im Federraum 30 keine weiteren Arbeits schritte mehr notwendig. Die Ausgleichsscheibe 34 muß in diesem Fall einen etwas geringeren Außendurchmesser aufwei sen als bei den Ausführungsbeispielen, die in Fig. 2 und Fig. 4 dargestellt sind, da die Anformungen 48 den Bauraum im Federraum 30 in diesem Bereich etwas einschränken.

Neben dem in der Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritz ventil kann die erfindungsgemäße Fixierung der Schließfeder auch bei anderen Kraftstoffeinspritzventilen angewandt wer den, bei denen sich eine Schließfeder mit einem Ende an ei nem ortsfesten Anschlag abstützt, beispielsweise bei Kraft stoffeinspritzventilen mit zwei Schließfedern oder bei nach außen öffnenden Kraftstoffeinspritzventilen. Die Fixierung der Schließfeder muß, wie schon bei dem in Fig. 1 darge stellten Kraftstoffeinspritzventil, an dem Ende der Schließ feder erfolgen, das am ortsfesten Anschlag anliegt.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit ei nem Ventilkörper (1), in dem ein Ventilglied (12) in ei ner Bohrung (10) entgegen einer Schließkraft längsver schiebbar angeordnet ist, wobei durch die Längsbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung (24) gesteuert wird, durch die Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftma schine eingespritzt werden kann, und mit einer als Schraubendruckfeder ausgebildeten Schließfeder (32), die in einem Federraum (30) unter Vorspannung angeordnet ist und zumindest mittelbar auf das Ventilglied (12) wirkt und so die Schließkraft erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfeder (32) gegen Drehung um ihre Längsach se gesichert ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß in der Wand des Federraums (30) wenig stens eine nach außen offene Sackbohrung (40) ausgebildet ist, wobei die Restwand (46) zwischen der Bodenfläche der Sackbohrung (40) und dem Federraum (30) in den Federraum (30) gedrückt ist und so die Schließfeder (32) fixiert.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die wenigstens eine Sackbohrung (40) zumindest im wesentlichen radial zur Schließfeder (32) verläuft.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Vielzahl von Sackbohrungen (40) vorgesehen ist, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Kraftstoffeinspritzventils verteilt angeordnet sind.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sackbohrungen (40) in einer Radia lebene der Schließfeder (32) angeordnet sind.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Sack bohrung (40) nahe einem der Enden der Schließfeder (32) angeordnet ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß an der Außenseite der Schließfeder (32) Ausnehmungen (50) ausgebildet sind, in die Anformungen (48) an der Innenseite des Federraums (30) eingreifen.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Federraum (30) über wenigstens eine Gewindebohrung (42) mit der Außenseite des Ventilkörpers (1) verbunden ist, wobei eine Spannschraube (44) in die wenigstens eine Gewindebohrung (42) eingeschraubt ist, welche Spannschraube (44) bis in den Federraum (30) ragt und dort an der Schließfeder (32) anliegt.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die wenigstens eine Gewindebohrung (42) zumindest annähernd in radialer Richtung der Schließfeder (32) verläuft.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Vielzahl von Gewindebohrungen (42) gleichmäßig über Umfang des Ventilkörpers (1) verteilt angeordnet ist.

11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Gewindebohrungen (42) in einer Ra dialebene der Schließfeder (32) angeordnet sind.

12. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Gewindebohrung (42) nahe einem der Enden der Schließfeder (32) angeordnet ist.

13. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schließfeder (32) und der Innenwandfläche des Federraums (30) nur ein geringes Spiel vorhanden ist.