-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. In der nicht vorveroffentlichten
deutschen Patentanmeldung 103 10 787 ist ein Brennstoffeinspritzventil vorgeschlagen mit einem Ventilgehause bestehend aus einem einen Aktor zur axialen Verstellung einer Ventilnadel aufweisenden Aktorgehäuse und einem einen Ventilsitz aufweisenden Ventilschaft. Die an dem Aktorgehause vorgesehenen Schweißnähte zwischen einem Zylinderabschnitt des Ventilgehäuses und einem stirnseitigen Deckel mit dem Ventilschaft sind durch den hohen Kraftstoffdruck innerhalb des Aktorgehauses stark auf Zug belastet und müssen kraftstoffdicht ausgefuhrt sein. Zudem ist der Werkstoff des Ventilgehauses wegen hohem Kohlenstoffgehalt schwierig schweißbar. Daher ist die Druckfestigkeit des Ventilgehäuses zu gering.
-
Aus der
DE 195 19 191 C2 ist bereits ein Einspritzventil für Kraftstoffeinspritzsysteme bekannt, das eine in einem Ventilgehäuse angeordnete Düsennadel, die zumindest eine Einspritzöffnung des Einspritzventils öffnen und Schließen kann, aufweist. Zudem besitzt das Einspritzventil einen Kraftstoffzulauf, der über jeweils einen Druckraum mit zwei unterschiedlich großen Steuerflächen der Düsennadel und eines die Düsennadel antreibenden Stößels hydraulisch in Verbindung steht. Eine piezoelektrische Ansteuereinrichtung ist vorgesehen, die über einen Primär- und Sekundärkolben hydraulisch übersetzt ist und die die Düsennadel steuert, die über den Stößel durch den Sekundärkolben direkt steuerbar ist, der durch den Primärkolben der Piezoansteuereinrichtung antreibbar ist, wobei zwischen dem Primärkolben, dem Sekundärkolben und dem Gehäuse ein Arbeitsraum gebildet ist. Zwischen dem Stößel und dem Gehäuse sowie zwischen dem Primärkolben und dem Sekundärkolben sowie zwischen dem Primärkolben und dem Gehäuse sind Spalte vorgesehen, die so ausgelegt sind, dass eine kleine Menge Kraftstoff über den Kraftstoffzulauf, den Druckraum, am Stößel entlang in den Arbeitsraum leckt und vom Arbeitsraum entlang dem Sekundärkolben über eine Entlastungsbohrung zum Rücklauf geführt wird.
-
Aus der
DE 197 44 235 A1 ist bereits eine Einspritzdüse, insbesondere Kraftstoffeinspritzdüse an einer Kolbenbrennkraftmaschine, bekannt, die einen Trägerkörper aufweist, in dem ein hydraulisch betätigbares Schaltventil angeordnet ist, dem ein hydraulischer Wegübersetzer mit einem Arbeitskolben zugeordnet ist, der mit einer Übertragungsflüssigkeit beaufschlagbar ist. Zudem besitzt die Einspritzdüse ein Verdrängerteil, das mit einem piezoelektrischen Körper verbunden ist, der in einer federnden Kapsel angeordnet ist, die mit einem Ende am Trägerkörper fest eingespannt ist und deren anderes Ende den Verdrängerteil des Wegübersetzers bildet.
-
Aus der
DE 199 42 816 A1 ist bereits ein Einspritzventil für Brennkraftmaschinen bekannt, das einen Ventilkörper aufweist, in dem ein Ventilglied verschieblich angeordnet ist. In einer Offenstellung gibt das Ventilglied zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eine Öffnung zu dem Brennraum frei. Das Ventilglied ist durch ein Stellglied in die Offenstellung bringbar. Ein hydraulisches Übersetzungselement ist zwischen dem Stellglied und dem Ventilglied angeordnet. Das hydraulische Übersetzungselement weist einen eine Umfangswandung bildenden Grundkörper und zwei an den jeweiligen Stirnseiten mit dem Grundkörper fest verbundene membranartige Elemente auf. Der Grundkörper bildet mit den beiden membranartigen Elementen einen Hohlraum, der mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Das eine membranartige Element ist dem Stellglied und das andere membranartige Element dem Ventilglied zugeordnet. Die Querschnittsfläche des dem Stellglied zugeordneten membranartigen Elements ist größer als die Querschnittsfläche des dem Ventilglied zugeordneten membranartigen Elements.
-
Vorteile der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenuber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise eine Verbesserung dahingehend erzielt wird, daß das Ventilgehäuse druckbeständiger ausgebildet ist, indem der Ventilschaft zwischen einer zweiten Sitzflache und einer das Aktorgehäuse mit dem Ventilschaft verbindenden Schweißnaht unter einer axialen Zugspannung steht und mit der zweiten Sitzflache gegen eine erste Sitzfläche gedruckt ist. Auf diese Weise wird ein gegen die Atmosphäre abdichtender Lagersitz gebildet, der durch den Kraftstoffdruck auf den Ventilschaft wirkende Axialkrafte aufnimmt und die Schweißnaht zwischen dem Aktorgehause und dem Ventilschaft dadurch entlastet. Das Ventilgehause kann auf diese Weise mit hoheren Kraftstoffdrücken beaufschlagt werden.
-
Durch die in den Unteranspruchen aufgefuhrten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils moglich.
-
Gemaß einer vorteilhaften Ausführung ist die zweite Sitzflache an einem zylinderformigen Absatz des Ventilschafts ausgebildet, wobei der zylinderformige Absatz vorteilhafterweise an einem dem Aktorgehause zugewandten Ende des Ventilschafts angeordnet ist.
-
Besonders vorteilhaft ist, wenn die zweite Sitzflache in Richtung der ersten Sitzflache gewölbt, kugelförmig, kegelformig oder flach ausgebildet ist, da auf diese Weise ein gegen die Atmosphäre abdichtender Lagersitz gebildet ist. Die Dichtheitsanforderung an die Schweißnaht kann entfallen.
-
Sehr vorteilhaft ist es, daß der Ventilschaft von einem Innenraum des Aktorgehauses her bis zum Anliegen der zweiten Sitzflache an der ersten Sitzfläche in eine Öffnung des Aktorgehauses steckbar ist, da auf diese Weise ein Lagersitz gebildet ist, der auf den Ventilschaft wirkende Axialkrafte aufnimmt.
-
Auch vorteilhaft ist, wenn das Aktorgehäuse einen topfförmigen Gehauseabschnitt und einen Gehausedeckel aufweist, wobei der topfförmige Gehäuseabschnitt des Aktorgehäuses einen Topfboden hat, an dem die Öffnung angeordnet ist. Die Druckfestigkeit des Aktorgehauses ist auf diese Weise erhoht, da der Topfboden einteilig an dem Aktorgehause vorgesehen ist und dadurch eine Schweißnaht entfallt. Die erste Sitzflache ist vorteilhafterweise auf der dem Innenraum zugewandten Seite des Topfbodens konzentrisch zu der Öffnung vorgesehen.
-
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die erste Sitzfläche kegelförmig, kugelformig, scheibenförmig oder flach ausgebildet ist.
-
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Ventilschaft eine Außenpaßfläche und die Öffnung eine Innenpaßflache aufweist, da der Ventilschaft durch die Passung radial gefuhrt ist, so daß keine Radialkrafte an der Schweißnaht zwischen dem Aktorgehäuse und dem Ventilschaft auftreten konnen.
-
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Schweißnaht auf der dem Innenraum abgewandten Seite des Topfbodens angeordnet ist, da auf diese Weise eine axiale Zugspannung zwischen der zweiten Sitzflache und der Schweißnaht herstellbar ist.
-
Zeichnung
-
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erlautert.
-
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
-
Die Zeichnung zeigt ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil.
-
Das Brennstoffeinspritzventil dient dazu, Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen und wird beispielsweise bei der sogenannten Direkteinspritzung verwendet.
-
Das Brennstoffeinspritzventil hat ein Ventilgehäuse 1 bestehend aus einem Aktorgehause 1.1 und einem Ventilschaft 1.2. Das Aktorgehause 1.1 ist beispielsweise zweiteilig ausgebildet, bestehend aus einem topfförmigen Gehauseabschnitt 1.3 und einem Gehäusedeckel 1.4. An dem Aktorgehause 1.1, beispielsweise an dem Gehausedeckel 1.4, ist ein Eingangskanal 2 zum Anschließen an eine Kraftstoffleitung 5 vorgesehen. Die Kraftstoffleitung 5 ist beispielsweise mit einem sogenannten Kraftstoffverteiler der Brennkraftmaschine verbunden. Der topfförmige Gehauseabschnitt 1.3 und der Gehausedeckel 1.4 schließen einen Innenraum 1.5 ein, in dem ein schematisch dargestellter Aktor 3 zur axialen Verstellung einer Ventilnadel 4 angeordnet ist. Der Aktor 3 ist beispielsweise ein mit einer erregbaren Spule zusammenwirkender Magnetanker, ein Hydraulikelement, ein Piezoaktor oder ähnliches. Der Aktor 3 ist beispielsweise gegenüber dem Kraftstoff gekapselt ausgefuhrt.
-
Die Ventilnadel 4 ist in dem Ventilgehause 1 axial beweglich vorgesehen und weist beispielsweise einen dem Aktor 3 zugewandten Nadelschaft 7 und einen dem Aktor 3 abgewandten Ventilschließkörper 8 auf. Der Aktor 3 übertragt seine Bewegung direkt oder indirekt auf den Nadelschaft 7 der Ventilnadel 4, wodurch der mit einem Ventilsitz 9 zusammenwirkende Ventilschließkorper 8 das Brennstoffeinspritzventil offnet oder schließt. Das Brennstoffeinspritzventil weist beispielsweise einen sogenannten Kugel-Kegelsitz auf, wobei der Ventilsitz 9 beispielsweise kegelförmig und der Ventilschließkörper 8 abschnittsweise kugelformig ausgebildet ist. Bei geschlossenem Brennstoffeinspritzventil liegt der Ventilschließkörper 8 uber seinen gesamten Umfang an dem Ventilsitz 9 mit Linien- oder Flachenberuhrung dicht an und bildet einen ersten Dichtsitz.
-
Der Ventilschließkorper 8 weist beispielsweise einen großeren Durchmesser auf als der Nadelschaft 7. Vom Nadelschaft 7 ausgehend erweitert sich der Ventilschließkorper 8 bis zu einer Abstromkante 12 mit maximalem Durchmesser des Ventilschließkorpers 8. Stromab der Abströmkante 12 weist der Ventilschließkörper 8 beispielsweise einen Diffusorabschnitt 13 auf, in dem sich der Ventilschließkorper 8 verjungt.
-
Der Ventilsitz 9 ist an dem Ventilschaft 1.2 des Ventilgehäuses 1 vorgesehen und kann ein separates Teil an dem Ventilschaft 1.2 oder einteilig mit dem Ventilschaft 1.2 verbunden sein.
-
Das Aktorgehäuse 1.1 weist an einem Topfboden 1.6 des topfförmigen Gehäuseabschnitts 1.3 eine Öffnung 14 auf. Der Topfboden 1.6 ist einteilig an dem Aktorgehause 1.1 vorgesehen, so daß gegenuber den Stand der Technik eine Schweißnaht entfallt. Dies erhoht die Druckfestigkeit des Aktorgehäuses 1.1 und verringert die Herstellungskosten.
-
Erfindungsgemaß ist an einem dem Innenraum 1.5 zugewandten Ende der Öffnung 14 eine erste Sitzfläche 15 vorgesehen, die konzentrisch zu der Öffnung 14 angeordnet ist und mit einer zweiten Sitzfläche 16 des Ventilschafts 1.2 zusammenwirkt. Die erste Sitzfläche 15 und die zweite Sitzflache 16 sind derart ausgeführt, daß die zweite Sitzflache im eingebauten Zustand des Ventilschafts 1.2 mit Linienberuhrung oder möglichst kleiner Flachenberührung an der ersten Sitzfläche 15 anliegt.
-
Die erste Sitzflache 15 ist beispielsweise kegelförmig und die zweite Sitzfläche 16 beispielsweise kugelformig oder in Richtung der ersten Sitzflache 15 gewolbt ausgeführt. Die erste Sitzflache 15 kann aber auch scheibenformig oder flach und die zweite Sitzfläche 16 beispielsweise kugelförmig ausgebildet sein. Umgekehrt kann die erste Sitzflache 15 auch kugelformig und die zweite Sitzflache 16 flach ausgebildet sein. Ebenso konnen die erste Sitzfläche 15 und die zweite Sitzfläche 16 eine Kegelform mit unterschiedlichen Neigungswinkeln haben oder beide in Richtung der jeweils gegenuberliegenden Sitzfläche 15,16 gewolbt sein. Auch andere Kombinationen sind selbstverstandlich moglich.
-
Die zweite Sitzfläche 16 ist an einem zylindrischen Absatz 19 des Ventilschafts 1.2 ausgebildet, der beispielsweise an einem dem Aktorgehäuse 1.1 zugewandten Ende des Ventilschafts 1.2 angeordnet ist. Die zweite Sitzfläche 16 ist beispielsweise durch eine kugelformige Abrundung 20 am zylindrischen Absatz 19 auf der der ersten Sitzfläche 15 zugewandten Seite gebildet.
-
Der Ventilschaft 1.2 wird von dem Innenraum 1.5 des Aktorgehauses 1.1 aus durch die Öffnung 14 gesteckt, wobei das dem Ventilsitz 9 zugewandte Ende vorauseilt. Der Durchmesser des zylindrischen Absatzes 19 ist großer als der Durchmesser der Öffnung 14, so daß der Ventilschaft 1.2 mit seiner zweiten Sitzfläche 16 an der ersten Sitzflache 15 des Aktorgehauses 1.1 zum Anliegen kommt. Der Ventilschaft 1.2 durchgreift von der zweiten Sitzfläche 16 ausgehend die Öffnung 14 und überragt das dem Innenraum 1.5 abgewandte Ende der Öffnung 14 mit einem Teil seiner axialen Lange in einer vom Aktorgehause 1.1 abgewandten Richtung.
-
Erfindungsgemaß weist der Ventilschaft 1.2, beispielsweise an einem Paßflachenabsatz 23, eine Außenpaßflache 21 auf, die mit einer Innenpaßfläche 22 der Öffnung 14 zusammenwirkt. Die Außenpaßfläche 21 des Ventilschafts 1.2 ist im Bereich des dem Innenraum 1.5 abgewandten Endes der Offnung 14 angeordnet.
-
An dem dem Innenraum 1.5 abgewandten Ende der Offnung 14, auf der dem Innenraum 1.5 abgewandten Seite des Topfbodens 1.6 ist eine ringformig umlaufende Schweißnaht 26 vorgesehen, die das Aktorgehause 1.1 mit dem Ventilschaft 1.2 verbindet. Durch die vorgesehene Passung zwischen dem Aktorgehause 1.1 und dem Ventilschaft 1.2 ist der Ventilschaft 1.2 radial gefuhrt, so daß keine Radialkrafte an der Schweißnaht 26 auftreten können. Durch die erfindungsgemäße Lagerung des Ventilschafts 1.2, die bei der Ausfuhrung als Kugel-Kegel-Sitz auch als kardanische Lagerung bezeichnet wird, ist die Schweißnaht 26 nur minimal mit Axialkraften belastet, da die mit der zweiten Sitzflache 16 zusammenwirkende erste Sitzfläche 15 diese Axialkrafte aufnimmt.
-
Erfindungsgemaß wird der Ventilschaft 1.2 vor dem Verschweißen mit dem Aktorgehause 1.1 axial vorgespannt, d. h. während des Verschweißens zieht entweder ein Werkzeug an dem Ventilschaft 1.2 oder das Werkzeug druckt auf den zylindrischen Absatz 19 derart, daß die zweite Sitzflache 16 gegen die erste Sitzflache 15 gedruckt wird. Anschließend wird der Ventilschaft 1.2 unter dieser axialen Vorspannung stehend verschweißt, so daß die zweite Sitzflache 16 immer, also auch nach einer Entlastung des Ventilschafts 1.2 durch das Werkzeug, in Richtung der ersten Sitzfläche 15 gedrückt ist und einen zweiten Dichtsitz bildet, der den Innenraum 1.5 des Aktorgehäuses 1.1 dicht gegenuber der Atmosphare abdichtet. Der Ventilschaft 1.2 ist auf diese Weise zwischen der zweiten Sitzflache 16 und der Schweißnaht 26 axial vorgespannt und steht unter einer Zugspannung. Die Schweißnaht 26 muß im Gegensatz zum Stand der Technik nicht unbedingt kraftstoffdicht ausgebildet sein, da der zweite Dichtsitz die Dichtfunktion erfullt. Die Schweißnaht 26 ist durch die erfindungsgemaße Lagerung druckentlastet.
-
Der Ventilschaft 1.2 weist einen Durchgangskanal 27 auf, der den Innenraum 1.5 des Aktorgehauses 1.1 bei geoffnetem Brennstoffeinspritzventil mit einem Brennraum 33 der Brennkraftmaschine verbindet. An dem dem Brennraum 33 zugewandten Ende des Durchgangskanals 27 ist der Ventilsitz 9 angeordnet. Die Ventilnadel 4 durchgreift den Durchgangskanal 27 von dem Ventilsitz 9 ausgehend und uberragt den Durchgangskanal 27, beispielsweise bis zu dem Aktor 3. Zwischen dem Durchgangskanal 27 und der Ventilnadel 4 ist ein ringförmiger Spalt 28 vorgesehen, der von dem dem Innenraum 1.5 zugewandten Ende des Durchgangskanals 27 stromab bis zu dem Ventilsitz 9 verlauft.
-
Der Ventilschaft 1.2, die Ventilnadel 4 und der Durchgangskanal 27 sind beispielsweise konzentrisch zu einer Achse 29 des Brennstoffeinspritzventils angeordnet.
-
Der Kraftstoff wird uber den Eingangskanal 2 und den Innenraum 1.5 bis in den ringformigen Spalt 28 im Durchgangskanal 27 geleitet, wobei der Kraftstoff über den Spalt 28 bis an den Ventilschließkorper 8 stromauf des ersten Dichtsitzes des Ventilsitzes 9 gelangt. Beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils hebt der Ventilschließkörper 8 von dem ersten Dichtsitz ab, wodurch eine Verbindung zu dem Brennraum 33 der Brennkraftmaschine geöffnet wird, so daß Kraftstoff über einen zwischen dem Ventilschließkörper 8 und dem Ventilsitz 9 gebildeten ringförmigen Ausgangsspalt in den Brennraum 33 ausstromt. Je größer der Hub der Ventilnadel 4 in Öffnungsrichtung ist, desto größer ist der Ausgangsspalt und desto mehr Kraftstoff wird in den Brennraum 33 eingespritzt. Das Brennstoffeinspritzventil ist beispielsweise ein sogenanntes nach außen öffnendes Ventil, wobei die Ventilnadel 4 einen Hub in Richtung des Brennraums 33 ausfuhrt.
