DE19705227A1

DE19705227A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19705227A1
Application number: DE1997105227
Authority: DE
Inventors: Manfred Mack
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 1998-08-13
Also published as: FR2759423A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus.

Derartige Kraftstoffeinspritzventile sind aus der WO 96/19 661 bekannt und weisen einen Kraftstoffzulaufkanal im Ventilkörper auf, der schräg zu dessen Mittelachse neben der koaxial zur Mittelachse sich erstreckenden Führungsbohrung für das Ventilglied verläuft. Dieser Kraftstoffzulaufkanal schneidet den als Hinterschneidung ausgebildeten durch eine Querschnittserweiterung der Führungsbohrung gebildeten Druckraum seitlich an. In diesem Bereich zwischen dem Zulaufkanal und der Führungsbohrung nahe der Mündung des Zulaufkanals in den Druckraum ist nur eine geringe Wanddicke gegeben. Desweiteren weist die den Druckraum umgebende Wand des Ventilkörpers durch die zur Verteilung des Kraftstoffes erforderliche Weite die geringste Dicke und Festigkeit auf. Bei Einspritzdüsen bis 400 bar treten bei diesen bekannten Kraftstoffeinspritzventilen keine nennenswerten Schäden auf.

Neuerdings werden jedoch Einspritzpumpen verwendet, insbesondere bei Direkteinspritz-Brennkraftmaschinen, die einen Druck von bis zu etwa 1800 bar aufweisen. Dann kann ein Bruch am Ende der Zwischenwand zwischen der Führungsbohrung und dem Zulaufkanal des Druckraumes auftreten, der zur Zerstörung des Ventilkörpers des Einspritzventils führen kann. Derartige Beschädigungen beruhen insbesondere auf hohen dynamischen Innendruckbelastungen in Verbindung mit einer statischen Spannung, mit der der Ventilkörper von einer Spannmutter gegen den Ventilhaltekörper gespannt und das Einspritzventil selber mit der Spannmutter gegen einen Gegenanschlag im Gehäuse der Brennkraftmaschine gepreßt wird. Bei mit einer Hochdruckpumpe kombinierten Kraftstoffeinspritzventilen wird beim Druckaufbau der axiale Gehäusedruck der Pumpe über den Haltekörper auf den Ventilgliedkörper übertragen.

Aus der DE 195 23 243 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt geworden, welches zur Verringerung der Bruchgefahr des Ventilkörpers im Bereich des Druckraumes eine am Ventilkörper konisch verlaufende Ringschulter aufweist, wobei die den Ventilkörper axial gegen den Haltekörper verspannende Spannmutter ebenfalls einen zur Ringschulter des Ventilkörpers weisenden Ringabsatz aufweist. Dadurch kann die Verspannkraft der Spannmutter beim Festspannen des Ventilkörpers gegen den Haltekörper und die Einspannkraft beim Einspannen des gesamten Einspritzventils in das Gehäuse der Brennkraftmaschine derart auf den Ventilkörper eingeleitet werden, daß sie dort gemeinsam mit der Druckkraft des unter hohem Kraftstoffdruck stehenden Druckraumes insbesondere im Bereich zwischen dem Zulaufkanal und der Führungsbohrung am Eintritt des Zulaufkanals entgegenwirkt. Dabei sind die Konuswinkel der konischen Flächen jeweils mit zwei unterschiedlichen Konuswinkeln ausgebildet, wodurch eine definierte Anlage und Verspannung des Ventilkörpers zum Ventilhaltekörper über die Spannmutter erfolgen kann. Durch diese Ausgestaltung kann eine exakt lokalisierte und konzentrierte Krafteinleitung auf den Ventilkörper erfolgen, die der Druckbeanspruchung entgegenwirkt.

Beide Ausführungsformen haben jedoch gemeinsam, daß zum Verspannen des Ventilkörpers zum Ventilhaltekörper ein Verschrauben der Spannmutter an dem Ventilhaltekörper erforderlich ist, wodurch insbesondere im Festspannvorgang aufgrund der aneinanderliegenden konischen Flächen am Ventilkörper und an der Spannmutter durch die Drehbewegung eine Torsionskraft auf den Ventilkörper übertragen wird, wodurch insbesondere im Bereich der Führungsbohrung und dem Zulaufkanal des Druckraumes erhöhte Spannungen auftreten, die zum Bruch führen können. Desweiteren kann es bei derartigen Kraftstoffeinspritzventilen zu Gasundichtheiten zwischen einem Zylinderkopf und der Spannmutter kommen, da der Rundlauf des Düsenschaftes durch die Verschraubung nicht eingehalten werden kann. Desweiteren kann bei Nichteinhalten der Toleranzen des Rundlaufes der Düsenschaft am Zylinderkopf anliegen, wodurch sich die Düse verspannt und Risse bekommen kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß bei sehr hohen Drücken, wie beispielsweise von etwa 1800 bar, im Druckraum ein Bruch des Ventilkörpers mit Sicherheit vermieden werden kann. Dies wird dabei in vorteilhafter Weise durch die Art der Befestigung der Spannhülse zum Ventilhaltekörper erzielt. Durch die Ausbildung einer Bördelverbindung zwischen einer den Ventilkörper zum Ventilhaltekörper verspannenden Spannhülse und des Ventilhaltekörpers ist ermöglicht, daß eine kraftschlüssige Verbindung gebildet ist, die nur aus einer Axialkraft besteht, wodurch verhindert sein kann, daß weitere Spannungen erzeugt und insbesondere auf die Zwischenwand zwischen der Führungsbohrung und dem Zulaufkanal des Druckraumes einwirken können. Zudem ist durch diese kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Ventilhaltekörper und der Spannhülse eine Verbesserung des Planschlages bezüglich einer Dichtfläche der Spannhülse zum Zylinderkopf gegeben. Darüber hinaus kann der Rundlauf des Ventilkörpers durch die ausschließliche axiale Verspannung verbessert werden, da eine gleichmäßige Krafteinleitung über konische Ringflächen an der Spannhülse und an dem Ventilkörper vorgesehen sind.

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

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den brennraumseitigen Teil eines Kraftstoffeinspritzventils und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Kraftstoffeinspritzventils nach Fig. 1 im Bereich der Befestigung von der Spannhülse am Ventilhaltekörper.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen weist einen Ventilkörper 11 auf, der unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 12 mittels einer Spannhülse 13 axial an einem Ventilhaltekörper 16 verspannt ist. Der Ventilkörper 11 weist eine axiale Bohrung 17 auf, in die ein kolbenförmiges Ventilglied 18 axial verschiebbar geführt ist, das an seinem einen Ende mit einem nach innen gekehrten Ventilsitz 19 in einer brennraumseitigen Kuppe 21 zusammenwirkt, in der stromabwärts hinter dem Ventilsitz 19 mehrere Einspritzöffnungen 22 angeordnet sind. Der Ventilkörper 11 ist ein rotationssymmetrisches Bauteil mit einem oberen dicken Abschnitt 26 und mit einem unteren schlanken Schaftteil 27, dessen brennraumseitiges Ende durch die Kuppe 21 verschlossen ist. Der im oberen Abschnitt 26 angeordnete Teil der Bohrung 17 ist als Führungsbohrung 28 für das Führungsteil 29 des Ventilgliedes 18 ausgebildet. Der im Ventilkörperschaft 27 verlaufende Teil der Bohrung 17 begrenzt zusammen mit dem Schaft 17 des Ventilgliedes 18 einen bis zum Ventilsitz 19 reichenden Ringspalt 31. Im oberen Abschnitt 26 ist nahe dem unteren Schaftteil 27 zwischen der Führungsbohrung 28 und dem Ringspalt 31 der Bohrung 17 ein im Durchmesser erweiterter, hinterschnittener Druckraum 32 angeordnet, dessen äußere Begrenzung 33 vorzugsweise gewölbt ist und in den Ringspalt 31 übergeht. Eine in einer Sackbohrung des Ventilhaltekörpers 16 eingesetzte Schließfeder 34 hält das Ventilglied 18 über einen Federteller 36 bei geschlossenem Einspritzventil in Ventillage am Ventilsitz 19.

Zum Zuführen von Kraftstoff verläuft ein Zulaufkanal 37 im oberen dicken Abschnitt 26 des Ventilkörpers 11 von dessen oberer Stirnfläche ausgehend neben der Führungsbohrung 28 zum Druckraum 32 und schneidet diesen von oben seitlich an. Um den Durchmesser des Druckraumes 32 möglichst klein und den Querschnitt der Mündung ausreichend groß zu halten, verläuft der Zulaufkanal 37 schräg zur Führungsbohrung 28, wobei der Abstand seines Einlasses an der oberen Stirnfläche des Ventilkörpers 11 zur Achse hin größer ist als der Abstand seiner Mündung in den Druckraum 32, so daß die Dicke der Zwischenwand 38 nahe dem Mündungsbereich des Zulaufkanals 37 und nahe dem Übergang der Führungsbohrung 28 in den Druckraum 32 klein ist.

Die erfindungswesentliche Verbindung zwischen der Spannhülse 19 und dem Ventilhaltekörper 16 ist dem in der Fig. 2 gezeigten vergrößerten Ausschnitt des Kraftstoffeinspritzventils entnehmbar.

Die Spannhülse 13 ist strichliniert vor dem Fügevorgang und mit durchgezogenen Linien nach einem Fügevorgang dargestellt, wobei die Spannhülse 13 kraftschlüssig mit dem Ventilhaltekörper 16 verbunden ist.

Die Spannhülse 13 weist im ungefügten Zustand an ihrem freien Ende 41 eine gegenüber einem hohlzylindrischen Abschnitt 42 radial nach außen weisende Wulst 43 auf, die radial umlaufend ausgebildet ist. Die Wulst 43 weist als Übergang zum hohlzylindrischen Abschnitt 42 eine Schrägfläche 44 auf.

Zur Befestigung des freien Endes 41 der Spannhülse 13 am Ventilhaltekörper 16 ist eine Vertiefung 46 vorgesehen. Diese Vertiefung 46 ist als umlaufende Nut ausgebildet und weist an einem Übergang zur Mantelfläche 47 des Ventilhaltekörpers 16 eine konische Ringschulter 48 auf, an der die Wulst 43 nach dem Fügevorgang vorzugsweise unter Vorspannung angreift.

Nachdem die Komponenten des Einspritzventils zueinander vorpositioniert und vormontiert sind, wird die Spannhülse 13 über den Ventilkörper 11 aufgeschoben, so daß der hohlzylindrische Abschnitt 42 die Zwischenscheibe 12 und zumindest teilweise den Ventilhaltekörper 16 umgibt. Der Ventilhaltekörper 16 und der Ventilkörper 11 werden unter Pressung in einem Montagewerkzeug zueinander positioniert. Anschließend wird mit einem Ziehring 49 die umlaufende Wulst 43 radial nach innen verdrängt, so daß diese an der konischen Ringschulter 48 anliegt. Der Ziehring 49 weist vorteilhafterweise ebenfalls eine Schrägfläche 51 auf, die in etwa der Schrägfläche 44 der Wulst 43 entspricht. Dadurch kann erzielt werden, daß der hohlzylindrische Abschnitt 42 zumindest geringfügig axial im elastischen Bereich gedehnt wird, bevor die Wulst 43 in die Vertiefung 46 umgebördelt wird. Dadurch kann ermöglicht sein, daß der Ventilhaltekörper 16, die Zwischenscheibe 12 und der Ventilkörper 11 mit der entsprechenden Haltekraft zueinander positioniert sind.

Während dieses Fügevorganges wirkt erfindungsgemäß nur eine Axialkraft über eine konische Ringschulter 52 der Spannhülse 13 auf einen konischen Ringabschnitt 53 des Ventilkörpers 11. Durch die ausschließlich axial wirkende Spannkraft kann ermöglicht sein, daß zusätzliche radiale Kräfte, wie beispielsweise Torsionskräfte, eleminiert sind, wodurch verhindert werden kann, daß es insbesondere in dem Bereich der Zwischenwand 38 zwischen der Zulaufbohrung 37 und der Führungsbohrung 28 zu Rissen kommt. Desweiteren kann durch diese kraftschlüssige Verbindung ermöglicht sein, daß aufgrund der konisch ausgebildeten Flächen 52, 53 der Ventilkörper 11 zur gemeinsamen Mittelachse von dem Ventilhaltekörper 16 und der Spannhülse 13 zentriert wird, wodurch eine präzise Montage ermöglicht ist. Dadurch kann auch der Rundlauf erhöht sein, der ein Nichtanliegen des Düsenschaftes am Zylinderkopf im montierten Zustand ermöglicht. Desweiteren kann durch die erfindungsgemäße kraftschlüssige Verspannung der Spannhülse 13 zum Ventilhaltekörper 16 der Planschlag für eine Dichtfläche 54 der Spannhülse 13 verbessert werden.

Desweiteren erfüllt diese Befestigung der Spannhülse 13 an dem Ventilhaltekörper 16 Kundenvorschriften, wonach eine Demontage des Ventilkörpers 11 eines Kraftstoffeinspritzventils nicht mehr ermöglicht sein soll. Durch diese unlösbare Verbindung nach der Ziehbördelung kann das zerstörungsfreie Lösen der Spannhülse 13 von dem Ventilhaltekörper 16 verhindert werden, wodurch ein hohes Maß an Betriebssicherheit gegeben ist, weil nach dem Austausch von Komponenten die hohen Toleranzen für den Rundlauf des Ventilkörpers zumeist nicht eingehalten werden können.

Bezugszeichenliste

11

Ventilkörper

12

Zwischenscheibe

13

Spannhülse

16

Ventilhaltekörper

17

axiale Bohrung

18

Ventilglied

19

Ventilsitz

21

Kuppe

22

Einspritzöffnungen

26

Abschnitt

27

Schaftteil

28

Führungsbohrung

29

Führungsteil

31

Ringspalt

32

Druckraum

33

äußere Begrenzung

34

Schließfeder

36

Federteller

37

Zulaufkanal

38

Zwischenwand

41

freies Ende

42

hohlzylindrischer Abschnitt

43

Wulst

44

Schrägfläche

46

Vertiefung

47

Mantelfläche

48

Ringschulter

49

Ziehring

51

Schrägfläche von

49

52

Ringschulter von

13

53

Ringabschnitt von

11

54

Dichtfläche

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem an einem Ventilhaltekörper (16) festgespannten Ventilkörper (11), in dem ein Ventilglied (18) in einer Bohrung (17) axial verschiebbar geführt ist und in dem die Bohrung (17) einen radial erweiterten Druckraum (32) aufweist, in den wenigstens ein neben der Bohrung (17) verlaufender Zulaufkanal (37) mündet, und mit einer Spannhülse (13), die mit einer inneren konisch ausgebildeten Ringschulter (52) an einem in Höhe des Druckraumes (32) angeordneten konischen Ringabsatz (53) des Ventilkörpers (11) anliegend diesen gegen den Ventilhaltekörper (16) verspannt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (13) eine an einem zum Ventilhaltekörper (16) weisenden Ende (41) angeordnete Wulst (43) aufweist, die nach einem Fügevorgang mittels eines Ziehringes (49) kraftschlüssig in eine Vertiefung (46) des Ventilhaltekörpers (16) eingreift.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem freien Ende (41) angeordnete Wulst (43) vor dem Fügevorgang gegenüber einem hohlzylindrischen Abschnitt (42) der Spannhülse (13) radial nach außen vorspringend und umlaufend ausgebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wulst (43) vor dem Fügevorgang eine radial umlaufende Schrägfläche (44) aufweist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (46) am Ventilhaltekörper (16) als umlaufende Nut ausgebildet ist, die als Übergang zur Mantelfläche (47) des Ventilhaltekörpers (16) eine konische Ringschulter (48) aufweist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wulst (43) nach dem Fügevorgang einen dem hohlzylindrischen Abschnitt (42) der Spannhülse (13) entsprechenden Außendurchmesser aufweist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (13) unter Vorspannung zum Ventilhaltekörper (16) befestigt ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Spannhülse (13) und dem Ventilkörper (16) ausgebildete kraftschlüssige Verbindung unlösbar ist.