Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus,
wie es der Gattung des Patentanspruchs 1 entspricht. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil
ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 198 27 267 A1 bekannt. Bei einem
solchen Kraftstoffeinspritzventil ist eine kolbenförmige Ventilnadel längsverschiebbar
im Gehäuse des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet. Durch die Längsbewegung der
Ventilnadel wird die Öffnung wenigstens einer Einspritzöffnung gesteuert, die am brennraumseitigen
Ende des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet ist. Das Kraftstoffeinspritzventil
weist darüber hinaus einen Ventilkolben auf, der koaxial zur Ventilnadel im Gehäuse
des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet ist und ebenfalls längsverschiebbar ausgebildet
ist. Um eine Kraftübertragung vom Ventilkolben auf die Ventilnadel zu ermöglichen,
ist zwischen dem Ventilkolben und der Ventilnadel ein Druckstück angeordnet, das an
seiner Außenmantelfläche zylindrisch ausgebildet ist. Das Druckstück wird hierbei
in einer Bohrung im Gehäuse geführt. Über die axiale Ausdehnung des Druckstücks wird
hierbei der Hub der Ventilnadel eingestellt. Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil
weist hierbei jedoch den Nachteil auf, daß es durch Querkräfte am Druckstück, die
montageoder fertigungsbedingt sein können, bei seiner Längsbewegung zu Verschleiß,
zu Reibung und zu einer Verringerung der eingespritzten Kraftstoffmenge kommen kann.
Darüber hinaus weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil den Nachteil auf, daß
über das Druckstück Querkräfte auf die Ventilnadel ausgeübt werden können, die zu
einem verstärkten Verschleiß der Ventilnadel führen und schließlich zum Ausfall des
Kraftstoffeinspritzventils führen können.
Vorteile der Erfindung
[0002] Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, daß der Einfluß der Querkräfte
auf die Ventilnadel minimiert wird, so daß die Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils
verlängert wird. Das Druckstück ist hierbei zylindrisch an der Außenfläche ausgebildet
und wird in einer im Gehäuse angeordneten Führungshülse geführt. Durch die Führungshülse
und die damit verbundene bessere Koaxialität zwischen dem Druckstück und der Ventilnadel
wird der Einfluß der Querkräfte auf die Ventilnadel minimiert.
[0003] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung weist das Druckstück
eine zum Ventilkolben offene Sackbohrung auf. An deren Grund liegt der Ventilkolben
an, was den Vorteil hat, daß der Ventilkolben an seinem der Ventilnadel zugewandten
Ende in der Sackbohrung des Druckstücks geführt wird und so bezüglich des Druckstücks
exakt zentriert bleibt.
[0004] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Druckstück wenigstens eine
in Längsrichtung des Druckstücks verlaufende außermittige Leckölbohrung auf, die die
der Ventilnadel zugewandte Stirnfläche mit der Sackbohrung verbindet. Hierdurch ist
ein Abfluß des Lecköls, das an der Ventilnadel vorbeiströmt, gewährleistet.
[0005] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind an der der Ventilnadel zugewandten
Stirnfläche des Druckstücks in radialer Richtung verlaufende Ausnehmungen ausgebildet,
die die wenigstens eine Leckölbohrung mit der Außenmantelfläche des Druckstücks verbindet.
Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der Fluß des Lecköls weiter optimiert.
[0006] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt das Gehäuse einen Ventilkörper
und einen daran anliegenden Ventilhaltekörper, wobei die Ventilnadel im Ventilkörper
und der Ventilkolben im Ventilhaltekörper angeordnet ist. Hierdurch lassen sich beide
Körper unabhängig voneinander fertigen, so daß insbesondere die Ausnehmungen, die
die Ventilnadel und den Ventilkolben aufnehmen, besser bearbeitet werden können.
[0007] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kolbenbohrung gestuft ausgebildet
und weist an der Anlagefläche des Ventilkörpers und des Ventilhaltekörpers denselben
Durchmesser auf wie die die Ventilnadel aufnehmende Bohrung im Ventilkörper. Durch
diese Ausgestaltung ist eine genaue koaxiale Ausrichtung von Ventilkolben bzw. Druckstück
einerseits und der Ventilnadel andererseits möglich.
[0008] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung liegt die Führungshülse mit einem Teil
ihrer Länge an der Wand der Kolbenbohrung an und mit einem anderen Teil ihrer Länge
an der Wand der am Ventilkörper ausgebildeten Bohrung, die die Ventilnadel aufnimmt.
Durch diese Anordnung der Führungshülse ist gewährleistet, daß die Bohrung im Ventilkörper
und die Kolbenbohrung exakt koaxial zueinander ausgerichtet sind, so daß auch die
Ventilnadel und das Druckstück exakt koaxial zueinander angeordnet sind.
Zeichnung
[0009] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
dargestellt. Es zeigt
- Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil,
- Figur 2 eine Vergrößerung von Figur 1 im Bereich des Druckstücks,
- Figur 3 einen Querschnitt gemäß Figur 2 entlang der Linie III-III und
- Figur 4 einen Querschnitt gemäß Figur 2 entlang der Linie IV-IV.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
[0010] In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Ventilhaltekörper
3 und einen Ventilkörper 5 umfaßt. Der Ventilhaltekörper 3 und der Ventilkörper 5
liegen an einer Anlagefläche 8 aneinander an und werden durch eine Spannmutter 6 in
axialer Richtung gegeneinander verspannt. Im Ventilkörper 5 ist eine Bohrung 7 ausgebildet,
in der eine kolbenförmige Ventilnadel 10 längsverschiebbar angeordnet ist. Die Ventilnadel
10 wird in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 7 dichtend geführt
und verjüngt sich dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter 15. Am brennraumseitigen
Ende geht die Ventilnadel 10 in eine Ventildichtfläche 14 über, die im wesentlichen
konisch ausgebildet ist und mit einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung 7 ausgebildeten,
ebenfalls konisch ausgebildeten Ventilsitz 12 zusammenwirkt. Im Ventilsitz 12 ist
wenigstens eine Einspritzöffnung 16 ausgebildet, die die Bohrung 7 mit dem Brennraum
der Brennkraftmaschine verbindet. Durch Anlage der Ventildichtfläche 14 am Ventilsitz
12 werden die Einspritzöffnungen 16 gegen die Bohrung 7 verschlossen und beim Abheben
der Ventildichtfläche 14 vom Ventilsitz 12 entsprechend geöffnet. Durch eine radiale
Erweiterung der Bohrung 7 ist auf Höhe der Druckschulter 15 ein Druckraum 9 ausgebildet,
der sich dem Ventilsitz 12 zu als ein die Ventilnadel 10 umgebender Ringkanal fortsetzt.
Der Druckraum 9 ist über einen im Ventilkörper 5 und im Ventilhaltekörper 3 ausgebildeten
Zulaufkanal 18 mit einem am Ventilhaltekörper 3 ausgebildeten Hochdruckanschluß 20
verbunden. Der Hochdruckanschluß 20 ist mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten
Kraftstoffhochdruckquelle verbindbar, die Kraftstoff unter hohem Druck über den Zulaufkanal
18 in den Druckraum 9 fördert. Dort wird bei Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils
ein vorgegebenes Kraftstoffdruckniveau aufrecht erhalten.
[0011] Im Ventilhaltekörper 3 ist koaxial zur Bohrung 7 des Ventilkörpers 5 eine Kolbenbohrung
26 ausgebildet, die als eine im Durchmesser gestuft ausgebildete Sackbohrung ausgeführt
ist und in der ein kolbenförmiger Ventilkolben 30 längsverschiebbar angeordnet ist.
Der Ventilkolben 30 liegt an einem in der Kolbenbohrung 26 angeordneten Druckstück
32 an, welches wiederum an der Ventilnadel 10 anliegt. Hierdurch bewegen sich die
Ventilnadel 10, das Druckstück 32 und der Ventilkolben 30 synchron bei der Öffnungshubbewegung
der Ventilnadel 10. Am brennraumabgewandten Ende der Kolbenbohrung 26 wird durch den
Grund der Kolbenbohrung 26, deren Wandfläche und die brennraumabgewandte Stirnseite
des Ventilkolbens 30 ein Steuerraum 50 begrenzt, der über eine Zulaufdrossel 52 mit
dem Zulaufkanal 18 verbunden ist und über eine Ablaufdrossel 54 mit einem im Ventilhaltekörper
3 ausgebildeten Leckölraum 56. Der Leckölraum 56 ist hierbei mit einem in der Zeichnung
nicht dargestellten Leckölsystem verbunden, so daß der Leckölraum 56 stets einen niedrigen
Kraftstoffdruck aufweist. Im Leckölraum 56 ist ein Magnetanker 58 angeordnet, an dem
eine Dichtkugel 64 angeordnet ist, durch die die Ablaufdrossel 54 verschließbar ist.
Der Magnetanker 58 ist entgegen einer Schließfeder 62 längsverschiebbar und kann,
bewegt durch die Kraft eines im Leckölraum 56 angeordneten Elektromagneten 60, entgegen
der Schließkraft der Feder 62 in Längsrichtung bewegt werden. Hierdurch kann elektrisch
gesteuert die Ablaufdrossel 54 geöffnet oder geschlossen werden.
[0012] In Figur 2 ist eine Vergrößerung von Figur 1 im Bereich des Druckstücks 32 gezeigt.
Im brennraumseitigen Endbereich des Ventilhaltekörpers 3 ist durch eine radiale Erweiterung
der Kolbenbohrung 26 ein Federraum 22 ausgebildet. Im Federraum 22 ist eine Schließfeder
24 angeordnet, die als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und die sich an einem Ende
ortsfest und am anderen Ende über eine ringscheibenförmige Einstellscheibe 34 am Druckstück
32 abstützt, so daß sich ständig eine in Schließrichtung wirkende Kraft auf die Ventilnadel
10 ergibt. Das Druckstück 32 ist an seiner Außenmantelfläche zylindrisch ausgebildet
und weist eine an der der Ventilnadel 10 abgewandten Stirnseite offene Sackbohrung
39 auf, an deren Grundfläche sich der Ventilkolben 30 abstützt. Die am Druckstück
32 anliegende Stirnfläche des Ventilkolbens 30 ist hierbei ballig ausgebildet, so
daß sich keine oder nur geringe Querkräfte auf das Druckstück 32 ergeben. Der Ventilkolben
30 ist hierbei zumindest auf einem Teil seiner in das Druckstück 32 hineinragenden
Länge in der Sackbohrung 39 geführt, so daß sich eine genau koaxiale Ausrichtung des
Ventilkolbens 30 bezüglich des Druckstücks 32 ergibt. Im Druckstück 32 sind außermittig
zwei Leckölbohrungen 37 ausgebildet, die von der der Ventilnadel 10 zugewandten Stirnseite
des Druckstücks 32 ausgehen und seitlich in die Sackbohrung 39 münden. Figur 3 zeigt
einen Querschnitt durch Figur 2 entlang der Linie III-III. Die Leckölbohrungen 37
liegen sich bezüglich der Längsachse des Druckstücks 32 diametral gegenüber.
[0013] Durch eine ringscheibenförmige Ausnehmung 41 an der Stirnseite des Druckstücks 32
sind die Leckölbohrungen 37 mit der Außenmantelfläche des Druckstücks 32 verbunden.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 2, in der die Form
der Ausnehmung 41 sichtbar ist. Da in der Mitte der Stirnseite des Druckstücks 32
Material verbleibt, sind die der Ventilnadel 10 zugewandten Enden der Leckölbohrungen
37 stets von der Ventilnadel 10 beabstandet. Über die Ausnehmung 41 und die Leckölbohrungen
37 kann so Kraftstoff, der zwischen der Ventilnadel 10 und der Wand der Bohrung 7
aus dem Druckraum 9 austritt, in die Kolbenbohrung 26 und von dort über ein in der
Zeichnung nicht dargestelltes Leckölsystem in den Leckölraum 56 gelangen. Auf diese
Weise bleibt der Federraum 22 stets näherungsweise drucklos.
[0014] Durch eine weitere radiale Erweiterung ist am brennraumseitigen Ende der Kolbenbohrung
26 eine Aufnahmebohrung 27 ausgebildet, die genau denselben Durchmesser aufweist wie
eine am brennraumabgewandten Ende des Ventilkörpers 5 ausgebildete Erweiterung 28
der Bohrung 7. In der Aufnahmebohrung 27 bzw. der Erweiterung 28 ist eine Führungshülse
36 angeordnet, die an ihrer Außenmantelfläche formschlüssig in der Aufnahmebohrung
27 anliegt und in der das Druckstück 32 geführt ist. Der geführte Abschnitt der Ventilnadel
10 weist einen geringfügig kleineren Durchmesser auf als der Innendurchmesser der
Führungshülse 36, so daß sich keine Führung der Ventilnadel 10 durch die Führungshülse
36 ergibt. Das Druckstück 32 ist an seiner der Ventilnadel 10 zugewandten Stirnseite
ebenfalls ballig ausgebildet, so daß sich auch an dieser Grenzfläche keine Querkräfte
vom Druckstück 32 auf die Ventilnadel 10 ergeben. Durch die Führungshülse 36 ist sichergestellt,
daß die Aufnahmebohrung 27 und die Erweiterung 28 der Bohrung 7 genau koaxial zueinander
angeordnet sind, so daß das Druckstück 32 genau mittig auf die Ventilnadel 10 drückt
und eine optimal mittige Einleitung der durch den Ventilkolben 30 ausgeübten Schließkraft
auf das Druckstück 32 bzw. die Ventilnadel 10 erfolgt. Die Führungshülse 36 ist hierbei
vorzugsweise aus einem harten Stahl gefertigt, um den Verschleiß und damit die Reibung
zwischen der Führungshülse 36 und dem Druckstück 32 so gering wie möglich zu halten.
[0015] Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Soll kein Kraftstoff
in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden, ist der Elektromagnet
60 nicht bestromt, so daß durch die Schließfeder 62 der Magnetanker 58 mittels der
Dichtkugel 64 die Ablaufdrossel 54 verschließt. Hierdurch herrscht im Druckraum 50
der gleiche Druck wie im Zulaufkanal 18, so daß sich eine hydraulische Kraft auf die
brennraumabgewandte Stirnfläche des Ventilkolbens 30 ergibt, die über das Druckstück
32 auf die Ventilnadel 10 wirkt. Über den Kraftstoffdruck in Druckraum 9 ergibt sich
zwar auch eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 15 der Ventilnadel 10, jedoch
ist diese Kraft kleiner als die Schließkraft durch den hydraulischen Druck im Steuerraum
50, so daß die Ventilnadel 10 mit der Ventildichtfläche 14 auf den Ventilsitz 12 gepreßt
wird und die Einspritzöffnungen 16 verschließt. Soll eine Einspritzung von Kraftstoff
erfolgen, so wird der Elektromagnet 60 bestromt, so daß der Magnetanker 58 entgegen
der Kraft der Schließfeder 62 auf den Elektromagneten zu bewegt wird, wodurch die
Dichtkugel 64 die Ablaufdrossel 54 freigibt. Durch eine geeignete Auslegung von Zulaufdrossel
52 und Ablaufdrossel 54 sinkt der Druck im Druckraum 50, so daß sich entsprechend
auch die hydraulische Kraft auf die Stirnfläche des Ventilkolbens 30 verringert, so
daß die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 15 der Ventilnadel 10 überwiegt und
die Ventilnadel 10 zusammen mit dem Druckstück 32 und dem Ventilkolben 30 vom Ventilsitz
12 weg bewegt wird. Der Kraftstoff strömt aus dem Druckraum 9 durch die Einspritzöffnungen
16 in den Brennraum der Brennkraftmaschine ein. Zur Beendigung der Einspritzung wird
die Bestromung des Elektromagneten 60 beendet, so daß die Schließfeder 62 den Magnetanker
58 wieder in Richtung des Ventilkolbens 30 bewegt und die Ablaufdrossel 54 verschlossen
wird. Hierdurch bauen sich wieder die anfangs vorhandenen Druckverhältnisse im Steuerraum
50 und im Druckraum 9 auf, so daß die Ventilnadel 10 wieder zurück in Schließstellung,
d.h. in Anlage an den Ventilsitz 12, bewegt wird und die Einspritzöffnungen 16 verschließt.
[0016] Neben dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzventils kann es auch vorgesehen sein, mehr als zwei oder nur eine
Leckölbohrung 37 im Druckstück 32 auszubilden. Es kann auch vorgesehen sein, die Ausnehmung
41 an der brennraumzugewandten Stirnseite des Druckstücks 32 nicht ringscheibenförmig,
sondern in anderer Art und Weise ausgebildet ist, als dies in Figur 3 dargestellt
ist. Es muß jedoch sichergestellt sein, daß die Leckölbohrungen 37 mit der Außenmantelfläche
des Druckstücks 32 verbunden sind. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, daß der
Ventilkolben 30 nicht am Grund einer Sackbohrung 39 im Druckstück 32 anliegt, sondern
daß die Sackbohrung 39 entfällt und der Ventilkolben 30 direkt an der brennraumabgewandten
Stirnseite des Druckstücks 32 anliegt. In diesem Fall werden die Leckölbohrungen 37
bis zur brennraumabgewandten Stirnseite des Druckstücks 32 durchgezogen.
1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (1), in dem eine
kolbenförmige Ventilnadel (10) längsverschiebbar angeordnet ist, die durch die Längsbewegung
mit ihrem brennraumseitigen Ende wenigstens eine Einspritzöffnung (16) steuert, und
mit einem Ventilkolben (30), der in einer im Gehäuse (1) ausgebildeten Kolbenbohrung
(26) zumindest näherungsweise koaxial zur Ventilnadel (10) längsverschiebbar angeordnet
ist und der unter Zwischenlage eines Druckstücks (32) an der Ventilnadel (10) anliegt,
wobei das Druckstück (32) an seiner Außenmantelfläche zumindest näherungsweise zylindrisch
ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (32) in einer ortsfest im Gehäuse (1) angeordneten Führungshülse (36)
geführt ist.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (32) eine zum Ventilkolben (30) offene Sackbohrung (39) aufweist,
an deren Grund der Ventilkolben (30) anliegt.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckstück (32) wenigstens eine in Längsrichtung des Druckstücks (32) verlaufende
außermittige Leckölbohrung (37) ausgebildet ist, die die der Ventilnadel (10) zugewandte
Stirnfläche mit der Sackbohrung (39) verbindet.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Ventilnadel (10) zugewandten Stirnfläche des Druckstücks (32) in radialer
Richtung verlaufende Ausnehmungen (41) ausgebildet sind, die die wenigstens eine Leckölbohrung
(37) mit der Außenmantelfläche des Druckstücks (32) verbindet.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen Ventilkörper (5) und einen daran an einer Anlagefläche (8)
anliegenden Ventilhaltekörper (3) umfaßt, wobei die Ventilnadel (10) im Ventilkörper
(5) und der Ventilkolben (30) im Ventilhaltekörper (3) angeordnet ist.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenbohrung (26) gestuft ausgebildet ist und an der Anlagefläche (8) von Ventilkörper
(5) und Ventilhaltekörper (3) denselben Durchmesser aufweist wie eine Bohrung (7)
im Ventilkörper (5), in welcher Bohrung (7) die Ventilnadel (10) geführt ist.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (36) mit einem Teil ihrer Länge an der Wand der Kolbenbohrung (26)
anliegt und mit einem anderen Teil ihrer Länge an der Wand der im Ventilkörper (5)
ausgebildeten Bohrung (7).