DE19523243B4 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einer Spannmutter mit konisch ausgebildeter Ringschulter - Google Patents
Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einer Spannmutter mit konisch ausgebildeter Ringschulter Download PDFInfo
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Abstract
Kraftstoffeinspritzventil
für Brennkraftmaschinen,
mit einem an einem Ventilhaltekörper
(7) festgespannten Ventilkörper
(1), in dem ein Ventilglied (11) in einer Bohrung (9) axial verschiebbar
geführt
ist und in dem die Bohrung (9) einen radial erweiterten Druckraum
(29) aufweist, in den wenigstens ein neben der Bohrung (9) verlaufender
Zulaufkanal (37) mündet
und mit einer Spannmutter (5), die mit einer inneren, konisch ausgebildeten Ringschulter
(45) an einem in Höhe
des Druckraumes (29) angeordneten konischen Ringabsatz (47) des
Ventilkörpers
(1) anliegend, diesen gegen den Ventilhaltekörper (7) verspannt, wobei der
Winkel (αD)
des konischen Ringabsatzes (47) am Ventilkörper (1) zur Ventilgliedachse
kleiner ist als der Winkel (αS)
der konischen Ringschulter (45) der Spannmutter (5), dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem
radial inneren Ende des konischen Ringabsatzes (47) und einem im
Durchmesser kleineren Schaftteil (21) des Ventilkörpers (1)
eine Ringstirnfläche
(49) vorgesehen ist, die unter Bildung einer Ringkante (51) in die
Fläche
des konischen Ringabsatzes (47) des...
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei gebräuchlichen Kraftstoffeinspritzventilen dieser Art verläuft der Kraftstoffzulaufkanal im Ventilkörper schräg zu dessen Mittelachse neben der koaxial zur Mittelachse sich erstreckenden Führungsbohrung für das Ventilglied (Düsennadel) und schneidet den als Hinterschneidung ausgebildeten, durch eine Querschnittserweiterung der Führungsbohrung gebildeten Druckraum seitlich an. Durch den schrägen Verlauf des Zulaufkanals hat die Wand des Ventilkörpers zwischen dem Zulaufkanal und der Führungsbohrung nahe der Mündung des Zulaufkanals in den Druckraum nur eine geringe Dicke. Hinzu kommt, daß die den Druckraum umgebende Wand des Ventilkörpers durch die zur Verteilung des Kraftstoffes erforderliche Weite die geringste Dicke und Festigkeit hat. Bei Einspritzdrücken bis 400 bar treten bei bekannten Kraftstoffeinspritzventilen keine nennenswerten Schäden auf. Bei höheren Einspritzdrücken, die heute bei Direkteinspritz-Brennkraftmaschinen bis zu etwa 1800 bar gesteigert werden, kann ein Bruch am Ende der Zwischenwand zwischen der Führungsbohrung und dem Zulaufkanal (Spickel) des Druckraumes auftreten, der mit der Zeit fortschreiten und zur Zerstörung des Ventilkörpers des Einspritzventils führen kann. Insbesondere rühren solche Brüche von der hohen dynamischen Innendruckbelastung in Verbindung mit der statischen Spannung her, mit der der Ventilkörper von der Spannmutter gegen den Ventilhaltekörper gespannt und das Einspritzventil selber mit der Spannmutter gegen einen Gegen anschlag im Gehäuse der Brennkraftmaschine gepreßt wird. Bei Kraftstoffeinspritzventilen, die direkt mit einer Hochdruckpumpe kombiniert sind, sogenannten Pumpedüsen, kommt hinzu, daß beim Druckaufbau der axiale Gehäusedruck der Pumpe über den Haltekörper auf den Ventilgliedkörper übertragen wird.
- Um die Bruchgefahr des Ventilkörpers im Bereich des Druckraumes zu verringern, ist es aus der
DE-OS 41 42 430 bekannt, die Ringschulter der den Ventilkörper axial gegen den Haltekörper verspannenden Spannmutter an deren dem Haltekörper abgewandten Ende und den mit dieser zusammenwirkenden Ringabsatz am Ventilkörper konisch auszubilden, so daß 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 der Druckkraft des unter hohem Kraftstoffdruck stehenden Druckraumes insbesondere im Bereich des Spickels am Eintritt des Zulaufkanals entgegenwirken. - Dabei sind bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil die Konuswinkel der konischen Flächen am Ventilkörper und an der Spannmutter gleich groß ausgebildet, was den Nachteil eines sehr hohen Fertigungsaufwandes für eine plane Anlage der Flächen hat. Zudem kommt es an der Spannmutter und am Ventilkörper beim Festspannen des Ventilkörpers gegen den Haltekörper und beim Einspannen des Einspritzventils in das Gehäuse der Brennkraftmaschine sowie durch die Druckbeaufschlagung des Druckraumes im Ventilkörper zu einer undefinierten Lage der konischen Flächen von Ventilkörper und Spannmutter zueinander, so daß der Ort der Krafteinleitung auf den Ventilkörper nicht optimal festgelegt werden kann.
- Zudem besteht die Gefahr, daß eine derart große Winkeldifferenz zwischen dem konischen Ringabsatz des Ventilkörpers und der konischen Ringschulter der Spannmutter entsteht, daß sich die jeweilige, den Ringabsatz des Ventilkörpers begrenzende Kante in die konische Ringschulterfläche der aus einem weicheren Werkstoff bestehenden Spannmutter eingräbt. Dies hat zur Folge, daß die radiale Krafteinleitungskomponente auf den Ventilkörper stark geschwächt wird und nicht mehr ausreichend einem Aufweiten des Ventilkörpers und in Folge einem möglichen Bruch an diesem entgegenwirkt.
- Aus der
JP 60-095 188 A - Aus der
US 4 527 738 A ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, dessen Bauteile von einer Spannmutter zusammengehalten werden. Die Spannmutter weist an ihrer Innenseite eine konische Schulter auf, mit der sie an einer konischen Schulter des Ventilkörpers anliegt. Die Außenseite der Spannmutter ist ebenfalls konisch geformt und korrespondiert mit der Form der Aufnahmeöffnung im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, in der das Kraftstoffeinspritzventil angeordnet ist. - Vorteile der Erfindung
- Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß auch bei sehr hohen Drücken (etwa 1800 bar) im Druckraum ein Bruch des Ventilkörpers sicher vermieden werden kann.
- Dies wird dabei in vorteilhafter Weise durch die Auslegung der Konuswinkel der zusammenwirkenden konischen Flächen der Spannmutter und des Ventilkörpers erreicht, wobei der Winkel des konischen Ringabsatzes am Ventilkörper zur Ventilgliedachse kleiner als der Winkel der konischen Ringschulter an der Spannmutter zur Ventilgliedachse ausgeführt ist. Auf diese Weise erreicht man eine exakt lokalisierte und konzentrierte Krafteinleitung auf den Ventilkörper, die der Druckbeanspruchung entgegenwirkt. Zudem ist eine axiale Ringstirnfläche am Ventilkörper vorgesehen, die zwischen dem radial inneren Ende der konischen Ringabsatzfläche und dem Ventilgliedschaft gebildet ist und die die Herstellung der konischen Fläche am Ventilkörper vereinfacht. Dies hat zudem den Vorteil, daß die zwischen Stirnfläche und konischem Ringabsatz gebildete Ringkante in einen Bereich gelegt werden kann, der mit Sicherheit nie in Anlage an die konische Ringschulter der Spannmutter gelangt, so daß ein Eingraben der Kante des Ventilkörpers in die Spannmutter sicher vermieden wird. Dazu kann die konische Ringschulterfläche der Spannmutter in vorteilhafter Weise auch zwei unterschiedlich geneigte Ringschulterbereiche aufweisen, wobei ein radial innen liegender, einen kleineren Winkel zur Ventilgliedachse aufweisender Bereich dann freiliegt. 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 die
1 einen Schnitt durch den brennraumseitigen Teil des Kraftstoffeinspritzventils und die2 einen vergrößerten Ausschnitt des Einspritzventils nach1 im Bereich des Druckraumes. - Beschreibung des Ausführungsbeispiels
- Das in der
1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen weist einen Ventilkörper1 auf, der unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe3 mittels einer hülsenförmigen Spannmutter5 axial an einem Ventilhaltekörper7 verspannt ist. Der Ventilkörper1 weist eine axiale Bohrung9 auf, in der eine kolbenförmiges Ventilglied11 axial verschiebbar geführt ist, das an seinem einen Ende mit einem nach innen gekehrten Ventilsitz13 in einer brennraumseitigen Kuppe15 zusammenwirkt, in der stromabwärts hinter dem Ventilsitz13 mehrere Einspritzöffnungen17 angeordnet sind. - Der Ventilkörper
1 ist ein rotationssymmetrisches Bauteil mit einem oberen dicken Abschnitt19 und mit einem unteren, schlanken Schaftteil21 , dessen brennraumseitiges Ende durch die Kuppe15 verschlossen ist. Der im oberen Abschnitt19 angeordnete Teil der Bohrung9 ist als Führungsbohrung23 für den Führungsteil25 des Ventilgliedes11 ausgebildet. Der im Ventilkörperschaft21 verlaufende Teil der Bohrung9 begrenzt zusammen mit dem Schaft des Ventilgliedes11 einen bis zum Ventilsitz13 reichenden Ringspalt27 . Im oberen Abschnitt19 ist nahe dem unteren Schaftteil21 zwischen der Führungsbohrung23 und dem Ringspalt27 der Bohrung9 ein im Durchmesser erweiterter, hinterschnittener Druckraum29 angeordnet, dessen äußere Begrenzung31 vorzugsweise gewölbt ist und in den Ringspalt27 übergeht. Eine in einer Sackbohrung des Ventilhaltekörpers7 eingesetzte Schließfeder33 hält das Ventilglied11 über einen Federteller35 bei geschlossenem Einspritzventil in Anlage am Ventilsitz13 . - Zum Zuführen von Kraftstoff verläuft ein Zulaufkanal
37 im oberen dickeren Abschnitt19 des Ventilkörpers1 von dessen oberer Stirnfläche ausgehend, neben der Führungsbohrung23 zum Druckraum29 und schneidet diesen von oben seitlich an. Um den Durchmesser des Druckraumes29 möglichst klein und den Querschnitt der Mündung ausreichend groß zu halten, verläuft der Zulaufkanal37 schräg zur Führungsbohrung23 , wobei der Abstand seines Einlasses an der oberen Stirnfläche des Ventilkörpers1 zur Achse hin größer ist als der Abstand seiner Mündung in den Druckraum29 , so daß die Dicke der Zwischenwand39 nahe dem Mündungsbereich des Zulaufkanals37 und nahe dem Übergang der Führungsbohrung23 in den Druckraum29 klein ist. - Die als Überwurfmutter ausgebildete, hülsenförmige Spannmutter
5 , die den oberen Abschnitt19 des Ventilkörpers1 über greifend mit einem Muttergewinde41 auf ein Schraubengewinde43 am Ventilhaltekörper7 aufgeschraubt ist, hat eine innere konische Ringschulter45 , an der sich der Ventilkörper1 mit einem konischen Ringabsatz47 am Übergang des oberen Abschnitts19 in den unteren schlanken Schaftteil21 abstützt. - Die erfindungswesentliche Ausbildung der Ringschulter
45 der Spannmutter5 und des Ringabsatzes47 am Ventilkörper1 ist dem in der2 gezeigten vergrößerten Ausschnitt des Einspritzventils entnehmbar. - Dabei ist der Winkel αD des konischen Ringabsatzes
47 am Ventilkörper1 zur Ventilgliedachse kleiner ausgeführt als der Winkel αS der konischen Ringschulter45 der Spannmutter5 zur Ventilgliedachse. Zudem ist am Übergang zwischen dem unteren, radial inneren Ende des konischen Ringabsatzes47 und dem Schaftteil21 eine Ringstirnfläche49 am Ventilkörper1 vorgesehen, die unter Bildung einer Ringkante51 an den konischen Ringabsatz47 angrenzt. Um mit Sicherheit zu vermeiden, daß sich diese Ringkante51 des aus einem sehr harten Werkstoff bestehenden Ventilkörpers1 in die Fläche der Ringschulter45 der aus einem weicheren Werkstoff bestehenden Spannmutter5 eingräbt, ist die Fläche der konischen Ringschulter45 der Spannmutter5 zudem in zwei unterschiedlich geneigte Ringschulterbereiche geteilt. Ein radial äußerer, den Winkel αS aufweisender Ringschulterbereich53 wirkt dabei als Anlagefläche für den konischen Ringabsatz47 des Ventilkörpers1 . An diesen Ringschulterbereich53 schließt sich über eine Kante55 ein radial innerer Ringschulterbereich57 an, dessen Winkel zur Ventilgliedachse derart klein ist, daß dieser Ringschulterbereich57 ständig freiliegt und ab der Kante55 nicht zur Anlage an den Ventilkörper1 gelangt. Dabei liegt die Kante55 radial außerhalb der ständig freiliegenden Ringkante51 . - Beim axialen Verspannen des Ventilkörpers
1 gegen den Ventilhaltekörper7 mittels der Spannmutter5 werden nun durch die kegelförmigen Anlageflächen sowohl axiale als auch radiale Kräfte auf den Ventilkörper1 eingeleitet, wobei die radialen Kräfte den beim Druckbeaufschlagen des Einspritzventils durch den Innendruck und durch die Einleitung von Axialkräften gebildeten Spannungen im Ventilkörper1 insbesondere in dem für Bruch kritischen Bereich nahe dem Druckraum29 entgegenwirken.
Claims (3)
- Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem an einem Ventilhaltekörper (
7 ) festgespannten Ventilkörper (1 ), in dem ein Ventilglied (11 ) in einer Bohrung (9 ) axial verschiebbar geführt ist und in dem die Bohrung (9 ) einen radial erweiterten Druckraum (29 ) aufweist, in den wenigstens ein neben der Bohrung (9 ) verlaufender Zulaufkanal (37 ) mündet und mit einer Spannmutter (5 ), die mit einer inneren, konisch ausgebildeten Ringschulter (45 ) an einem in Höhe des Druckraumes (29 ) angeordneten konischen Ringabsatz (47 ) des Ventilkörpers (1 ) anliegend, diesen gegen den Ventilhaltekörper (7 ) verspannt, wobei der Winkel (αD) des konischen Ringabsatzes (47 ) am Ventilkörper (1 ) zur Ventilgliedachse kleiner ist als der Winkel (αS) der konischen Ringschulter (45 ) der Spannmutter (5 ), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem radial inneren Ende des konischen Ringabsatzes (47 ) und einem im Durchmesser kleineren Schaftteil (21 ) des Ventilkörpers (1 ) eine Ringstirnfläche (49 ) vorgesehen ist, die unter Bildung einer Ringkante (51 ) in die Fläche des konischen Ringabsatzes (47 ) des Ventilkörpers (1 ) übergeht, wobei die Ringkante (51 ) außerhalb der Anlagefläche der mit dem konischen Ringabsatz (47 ) zusammenwirkenden konischen Ringschulter (45 ) der Spannmutter (5 ) angeordnet ist. - Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Ringschulter (
45 ) der Spannmutter (5 ) zwei unterschiedlich geneigte Ringschulterbereiche aufweist, von denen ein radial äußerer, den Winkel (αS) aufweisender Ringschulterbereich (53 ) mit der Ringabsatzfläche (47 ) des Ventilkörpers (1 ) zusammenwirkt und ein sich an diesen über eine Kante (55 ) anschließender radial innenliegender, einen kleineren Winkel zur Ventilgliedachse aufweisender Ringschulterbereich (57 ) freiliegt. - Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante (
55 ) zwischen radial äußerem und radial innenliegendem Ringschulterbereich der Spannmutter (5 ) an der konischen Ringabsatzfläche (47 ) des Ventilkörpers (1 ) anliegt.
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