DE19611872A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Kraftstoffeinspritzventil für BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1
aus. Bei einem derartigen aus der CH-PS 350835 bekannten
Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen ist ein
kolbenförmiges Ventilglied axial verschiebbar in einem
Ventilkörper geführt, der mit seiner brennraumabgewandten
Stirnfläche axial an einem Ventilhaltekörper festgespannt
ist. An der dem Ventilkörper abgewandten Stirnfläche des
Ventilhaltekörpers ist eine sogenannte obenliegende
Federkammer gebildet, in die zwei koaxial zueinander
angeordnete Ventilfedern eingesetzt sind. Diese Ventilfedern
beaufschlagen das Ventilglied über eine den
Ventilhaltekörper axial durchdringende Druckstange in
Schließrichtung, wobei eine erste Ventilfeder ständig auf
das Ventilglied wirkt, während eine zweite Ventilfeder erst
nach Durchlaufen eines bestimmten Öffnungshubweges des
Ventilgliedes an diesem angreift. Dabei ist es durch die
obenliegende Federkammer möglich einen seitlichen
Kraftstoffanschluß am Ventilhaltekörper vorzusehen, der
zwischen der Federkammer und dem Ventilkörper angeordnet
ist, was den Vorteil einer kurzen Hochdruckleitung zum
Einspritzventil hat, die zudem in einem Bereich großer
Wandstärke im Ventilhaltekörper verlaufen kann, was die
Hochdruckfestigkeit des Ventils erhöht. Weiterhin wird der
für die Aufnahme der Ventilfedern zur Verfügung gestellte
Bauraum auf diese Weise nicht durch eine zusätzliche
Druckleitung oder durch die Einbauverhältnisse am Motor
beeinträchtigt, so daß eine relativ freie Federauswahl
möglich ist.
Dabei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil jedoch
den Nachteil auf, daß keine Einstellmöglichkeit der
Vorspannkraft der Ventilfedern vorgesehen ist, die jedoch
für eine Einstellung der Öffnungsdrücke des Einspritzventils
dringend erforderlich ist. Aus dem Stand der Technik sind
zwar weiterhin bereits Kraftstoffeinspritzventile mit
derartigen Einstellmöglichkeiten bekannt, jedoch handelt es
sich dort immer um Einspritzventile mit untenliegender
Federkammer, bei denen sich der Hochdruckanschluß auf der
dem Ventilkörper abgewandten Seite der Federkammer befindet.
Diese Einspritzventile weisen jedoch den Nachteil auf, daß
für eine Einstellung der Öffnungsdrücke bzw. Vorspannkraft
der Federn das gesamte Einspritzventil demontiert werden
muß, so daß nachträgliche Fehlmontagen oder Verschmutzungen
der Kraftstoffhochdruck führenden Bauteile auftreten können.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine
Einstellung der Öffnungsdrücke des Ventils bzw. der
Vorspannkraft der Ventilfedern von oben möglich ist, ohne
dazu die Kraftstoffhochdruck führenden Bauteile zu
demontieren.
Dies kann in vorteilhafter Weise mittels Einstellscheiben
unterschiedlicher Stärke erfolgen, die zwischen einer
ortsfesten Anlagefläche und den Ventilfedern axial
eingespannt werden. Die Federkammer wird dabei durch eine,
ein separates Bauteil bildende Kappe gebildet, die in
einfacher Weise in einen Flansch an der dem Ventilkörper
abgewandten Seite des Ventilhaltekörpers eingeschraubt ist.
Die konstruktiv einfach ausgebildete Kappe bildet dabei mit
ihrer geschlossenen Stirnfläche eine erste Absatz- bzw.
Anlagefläche für eine erste radial innenliegende Ventilfeder
und mit einer durch eine Durchmesserveränderung gebildeten
Ringschulter eine zweite Anlagefläche für eine radial äußere
Ventilfeder. Dabei kann die Kappe aus einem einfachen und
kostengünstigen Werkstoff gefertigt sein, da sie keine hohen
Dichtdrücke aufbringen muß.
Die im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigte
Einstellmöglichkeit der Vorspannung der Ventilfedern von
oben weist den Vorteil auf, daß sie vollständig von außen
betätigbar ist, so daß auf eine Demontage von Bauteilen zum
Einstellen der Öffnungsdrücke ganz verzichtet werden kann.
Dazu wird die Federkammer an ihrem dem Ventilhaltekörper
abgewandten Ende nunmehr durch eine eingeschraubte
Hohlschraube begrenzt, deren in die Federkammer ragende
Ringstirnfläche die Anlage für die radial äußere Ventilfeder
bildet. In eine zentrale Durchgangsbohrung der Hohlschraube
ist eine weitere Einstellschraube eingeschraubt, die mit
ihrer in die Federkammer ragenden Stirnfläche eine weitere
Ablagefläche für die radial innenliegende Ventilfeder
bildet. Dabei läßt sich nunmehr in einfacher Weise über die
Einschraubtiefe der beiden Einstellschrauben die
Vorspannkraft der Ventilfedern und so der Öffnungsdruck des
Einspritzventils von außen einstellen.
Die Sicherung der eingestellten Lage der Einstellschrauben
erfolgt dabei über Kontermuttern. Die Leckölabführung
erfolgt weiterhin über eine von der Führungsbohrung im
Ventilhaltekörper abführende Leckölbohrung, wobei jedoch ein
bestimmter Lecköldruck im System gehalten wird, um einen
Leckölzufluß in die Federkammer zur Schmierung der
Ventilfedern sicherzustellen. Alternativ kann das Lecköl
auch über entsprechende Anschlüsse aus der Federkammer
direkt abgeführt werden. Dabei erfolgt die Leckölabdichtung
bei Verwendung der Kappe über einen zwischen der Kappe und
der Wand des Flansches eingespannten Dichtring.
Ein weiterer Vorteil der gezeigten Ventilkonstruktion wird
durch das Aufsetzen einer geschlitzten Hülse auf die in der
Führungsbohrung geführte Druckstange erreicht, die mit ihrem
Außenumfang an der Bohrungswand gleitet und die dabei aus
Bronze oder Messing gefertigt ist, so daß der
Reibungsverschleiß noch einmal minimiert werden kann.
Um die Hochdruckfestigkeit des Ventilhaltekörpers,
insbesondere für Einspritzdrücke von bis zu 2000 bar zu
erhöhen, kann zudem die seitliche Zulaufbohrung des
Hochdruckanschlusses an der axialen Führungsbohrung
vorbeigeführt und die axiale Zulaufbohrung hinter der
Führungsbohrung angeordnet sein, so daß eine gleichmäßige
Spannungsverteilung am Ventilhaltekörper erzielt wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des
Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der
Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen sind in
der Zeichnung dargestellt und in der folgenden Beschreibung
näher erläutert.
Es zeigen die Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des
Kraftstoffeinspritzventils in einem Längsschnitt, bei dem
die Ventilfedern in einer aufgesetzten Kappe angeordnet
sind, die Fig. 2 eine modifizierte Ausführung des ersten
Ausführungsbeispiels in einem vergrößerten Ausschnitt aus
der Fig. 1 und die Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel
analog zur Darstellung der Fig. 1, bei dem die Federkammer
von zwei die Ventilfedern beaufschlagenden Einstellschrauben
begrenzt ist.
Bei dem in der Fig. 1 dargestellten ersten
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzventils weist ein mit seinem freien Ende
in den Brennraum der Brennkraftmaschine ragender
Ventilkörper 1 eine als Sackbohrung ausgebildete
Ventilgliedbohrung 3 auf, in der ein kolbenförmiges
Ventilglied 5 axial verschiebbar geführt ist.
Das Ventilglied 5 weist an seiner unteren, brennraumseitigen
Stirnfläche eine konische Ventildichtfläche 7 auf, mit der
es zur Steuerung eines Einspritzquerschnitts mit einer am
geschlossenen Ende der Ventilgliedbohrung 3 angeordneten
konischen Ventilsitzfläche 9 zusammenwirkt, von der zwei
Einspritzöffnungen 11 in den Brennraum der
Brennkraftmaschine abführen. Das Ventilglied 5 weist
weiterhin eine in Richtung Ventilsitz 9 weisende
Druckschulter 13 auf, die in einen durch eine
Querschnittserweiterung der Bohrung 3 gebildeten Druckraum
15 ragt, in den zudem ein Druckkanal 17 mündet und der über
einen Ringspalt 19 mit dem Ventilsitz 9 verbunden ist.
Der Ventilkörper 1 ist an seinem brennraumabgewandten Ende
mittels einer Spannmutter 21 axial an einem
Ventilhaltekörper 23 festgespannt, der eine zentrische
Führungsbohrung 25 aufweist, die sich in axialer
Verlängerung zur Ventilgliedbohrung 3 im Ventilkörper 1
erstreckt. In dieser Führungsbohrung 25 ist eine Druckstange
27 geführt, die an der brennraumabgewandten Stirnfläche 28
des Ventilgliedes 5 anliegt.
An die obere, dem Ventilkörper 1 abgewandte Stirnfläche 29
des Ventilhaltekörpers 23 schließt sich eine Federkammer 31
an, in der zwei koaxial zueinander angeordnete, das
Ventilglied 5 in Schließrichtung auf den Ventilsitz 9 hin
beaufschlagende Ventilfedern angeordnet sind. Dabei wirkt
eine erste, radial innenliegende Ventilfeder 33 über einen
am ventilgliedfernen Ende der Druckstange 27 anliegenden
Federteller 35 ständig auf das Ventilglied 5, während eine
radial außenliegende zweite Ventilfeder 37 über ein die
Druckstange 27 umgebendes, an der Stirnfläche 29 anliegendes
scheibenförmiges Druckstück 39 erst nach Durchlaufen eines
bestimmten Öffnungshubs des Ventilgliedes 5 an einem
Ringabsatz 41 der Druckstange 27 zur Anlage gelangt. Die
ortsfesten Gegenanschlagflächen der Ventilfedern 33, 37
werden durch eine die Federkammer 31 begrenzende Kappe 43
gebildet, die mittels eines Gewindes 44 am Außenumfang ihres
offenen Endes in einen axial von der Stirnfläche 29 des
Ventilhaltekörpers 23 vorstehenden Flansch 45 eingeschraubt
ist. Dabei bildet die geschlossene Stirnfläche der Kappe 43
einen ersten ortsfesten Absatz 474 bzw. eine erste
Anschlagfläche, an dem sich die erste, radial innenliegende
Ventilfeder 33 abstützt. Die Kappe 43 vergrößert ihren
Durchmesser in Richtung Ventilhaltekörper 23 unter Bildung
eines Ringabsatzes 49, der eine zweite Anschlagfläche
bildet, an der sich die zweite, radial äußere Ventilfeder 37
abstützt. Dabei läßt sich die Vorspannkraft der Ventilfedern
33, 37 durch das Vorsehen von Einstellscheiben
unterschiedlicher Stärke zwischen den Federn 33, 37 und den
Anschlagflächen 47, 49 oder dem Federteller 35 bzw.
Druckstück 39 einstellen.
Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Einstellung der
Vorspannkraft der innenliegenden Ventilfeder 33 über einen
zwischen der Feder 33 und dem Absatz 47 eingespannten
Einstellscheibe 51 und der außenliegenden Ventilfeder 37
über die Dimensionierung des Druckstückes 39, das dabei auch
als Einstellscheibe dient, so daß auf eine zusätzliche,
zwischen der Ventilfeder 37 und dem Ringabsatz 49
eingespannte Scheibe verzichtet werden kann.
Die Kraftstoffhochdruckzufuhr zum Einspritzventil erfolgt
über einen seitlichen Hochdruckanschluß 53, der zwischen der
Federkammer 31 und dem Ventilkörper 1 angeordnet ist und
mittels einer axialen Druckleitung 55 mit dem Druckkanal 17
zum Druckraum 15 verbunden ist. Gegen diesen seitlichen
Hochdruckanschluß 53 ist in bekannter Weise ein
Druckrohrstutzen 57 im Gehäuse der Brennkraftmaschine
verspannt, der einen Kraftstoffilter 59 aufweist und dessen
freies Ende an eine nicht dargestellte, von einer
Einspritzpumpe abführende Kraftstoffeinspritzleitung
angeschlossen ist.
Die Abführung des Lecköls am Ventilglied 5 erfolgt über eine
von der Führungsbohrung 25 im Ventilhaltekörper 23
abführende Leckölbohrung 61, die an den Schmierölkreislauf
der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, wobei die
Druckverhältnisse im Leckölstrom so ausgelegt sind, daß ein
Teil des Lecköls in die Federkammer 31 gelangt und dort die
Ventilfedern 33, 37 schmiert.
Bei dem in der Fig. 2 leicht modifizierten
Ausführungsbeispiel ist zwischen der Kappe 43 und dem
Flansch 45 ein Dichtring 63, vorzugsweise ein O-Ring
eingespannt, der das Einspritzventil nach außen abdichtet.
Zudem ist in Höhe des Ringabsatzes 41 eine geschlitzte Hülse
65 auf der Druckstange 27 vorgesehen, die mit ihrem
Außenumfang an der Wand der Führungsbohrung 25 gleitet und
aus einem verschleißfesten Werkstoff, z. B. Messing oder
Bronze ausgebildet ist. Der Lecköldurchtritt an der Hülse 65
in die Federkammer 31 ist dabei durch den Längsschlitz in
der Hülse 65 gewährleistet.
Das in der Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel in der Art
der Einstellung der Ventilfedern 33, 37 und der Ausbildung
der Federkammer 31 bei ansonsten gleichem Aufbau und
gleicher Funktion zum in der Fig. 1 gezeigten ersten
Ausführungsbeispiel.
Die Federkammer 31 ist dabei direkt im axial verlängerten
Flanschstück 45 des Ventilhaltekörpers 23 vorgesehen, in
dessen offenes Ende zunächst eine erste von außen
einstellbare Einstellschraube 67 eingeschraubt ist, die als
Hohlschraube ausgebildet ist und mit ihrer in die
Federkammer 31 ragenden Ringstirnfläche 69 eine Anlagefläche
für die radial außenliegende Ventilfeder 37 bildet. Die
Einstellschraube 67 weist an ihrem aus der Federkammer 31
ragenden Ende eine Gewindeöffnung 71 auf, in die eine zweite
von außen betätigbare Einstellschraube 73 eingeschraubt ist.
Diese zweite Einstellschraube 73 bildet mit ihrer in den
Innendurchmesser 75 der ersten Einstellschraube 67 ragenden
Stirnfläche 77 eine Anlagefläche für die radial
innenliegende Ventilfeder 33, wobei zur besseren Führung der
Feder 33 ein Zapfen von der Stirnfläche 77 vorsteht.
Die Einstellschrauben 67, 73 weisen an ihren Mantelflächen
Profile zum Eingriff für ein Schraubwerkzeug sowie
Außengewinde zum Aufbringen von Kontermuttern 79 auf, durch
die sie in ihrer Lage fixierbar sind.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil arbeitet in
folgender Weise.
In geschlossenem Zustand wird das Ventilglied 5 durch die
ständig auf dieses wirkende Ventilfeder 33 in Anlage am
Ventilsitz 9 gehalten, so daß der Durchgang zur
Einspritzöffnung 11 verschlossen ist.
Soll eine Einspritzung erfolgen wird dem Einspritzventil
über den Rohrstutzen 57 unter hohem Druck stehender
Kraftstoff zugeführt, der über den seitlichen
Hochdruckanschluß 53, die Druckleitung 55 und den Druckkanal
17 in den Druckraum 15 strömt, wo er sich über den Ringspalt
19 bis an den Ventilsitz 9 fortsetzt. Nach Erreichen eines
bestimmten Einspritzdruckes übersteigt die in
Öffnungsrichtung an der Schulter 13 des Ventilgliedes 5
angreifende Druckkraft die Rückstellkraft der Ventilfeder 33
und das Ventilglied 5 wird vom Ventilsitz 9 abgehoben, so
daß zwischen Ventildichtfläche 7 und Ventilsitzfläche 9 ein
Öffnungsquerschnitt aufgesteuert wird, über den der
Kraftstoff in die Einspritzöffnungen 11 und weiter in den
Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine gelangt.
Das Ventilglied 5 und die Druckstange 27 bewegen sich soweit
weiter in Öffnungsrichtung nach oben, bis der Ringabsatz 41
der Druckstange 27 an dem Druckstück 39 anliegt, so daß nun
auch die zweite Ventilfeder 37 wirksam wird. Dabei
verursacht der plötzliche Anstieg der Rückstellkraft eine
Unterbrechung der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 5,
das in seiner Lage verharrt (Ende Vorhub). Mit dem weiteren
Ansteigen des Kraftstoffdruckes im Druckraum 15 wird nun
auch die Kraft der zweiten Ventilfeder 37 überwunden und das
Ventilglied 5 setzt seine Öffnungshubbewegung bis zur Anlage
der brennraumabgewandten Ventilgliedstirnfläche 28 an der
Stirnfläche des Ventilhaltekörpers 23 fort, durch die der
Gesamthub und der maximale Öffnungsquerschnitt bestimmt
sind.
Nach Beendigung der Hochdruckzufuhr sinkt der Druck im
Druckraum 15 wieder unter den Einspritzdruck und das
Ventilglied 5 wird von den Ventilfedern 33, 37 an den
Ventilsitz 9 zurückbewegt.
Dabei läßt sich über die Vorspannkraft der radial innen
liegenden, ständig am Ventilglied 5 angreifenden Ventilfeder
33 der Einspritzöffnungsdruck der Vorhubphase und über die
äußere Ventilfeder 37 der Öffnungsdruck der zweiten Hubphase
des Ventilgliedes 5 einstellen.
Diese Einstellung ist am erfindungsgemäßen Einspritzventil
in einfacher Weise von oben möglich, wozu beim ersten
Ausführungsbeispiel (Fig. 1, 2) die entsprechenden
Einstellscheiben 51, 39 durch Abschrauben der Kappe 43
leicht austauschbar sind.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) kann die
Einstellung der Vorspannkraft der Ventilfedern 33, 37 über
die Einschraubtiefe der Einstellschrauben 67, 73 in
einfacher Weise von außen vorgenommen werden, wobei die
Einstellagen der Einstellschrauben dabei mittels
Kontermuttern 79 gegen ein selbständiges Verdrehen gesichert
sind.
Claims (8)
1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit
einem kolbenförmigen Ventilglied (5), das axial verschiebbar
in einem Ventilkörper (1) geführt ist, der axial an einem
Ventilhaltekörper (23) festgespannt ist und mit einer an der
dem Ventilkörper (1) abgewandten Stirnfläche (29) des
Ventilhaltekörpers (23) gebildeten Federkammer (31) zur
Aufnahme von zwei koaxial zueinander angeordneten, das
Ventilglied (5) in Schließrichtung beaufschlagenden
Ventilfedern, von denen eine erste Ventilfeder (33) ständig
auf das Ventilglied (5) wirkt und eine zweite Ventilfeder
(37) erst nach Durchlaufen einer Vorhubbewegung des
Ventilgliedes (5) in Öffnungsrichtung an diesem angreift,
sowie mit einem zwischen der Federkammer (31) und dem
Ventilkörper (1) angeordneten seitlichen
Kraftstoffhochdruckanschluß (53) im Ventilhaltekörper (23),
dadurch gekennzeichnet, daß die Federkammer (31) durch ein
am Ventilhaltekörper (23) axial verspanntes weiteres Bauteil
gebildet ist, an dem eine erste Anschlagfläche für die erste
Ventilfeder (33) und eine von dieser getrennte zweite
Anschlagfläche für die zweite Ventilfeder (37) vorgesehen
ist, wobei den Anschlagflächen Mittel zum Einstellen der
Vorspannkraft der Ventilfedern (33, 37) zugeordnet sind.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Federkammer (31) in einer gegen die
dem Ventilkörper (1) abgewandte Stirnfläche (29) des
Ventilhaltekörpers (23) verspannten Kappe (43) ausgebildet
ist, an deren dem Ventilhaltekörper (23) abgewandter,
geschlossener Stirnseite eine erste Anschlagfläche (47) und
an einer durch eine Durchmesserverringerung der Kappe (43)
gebildeten Ringfläche eine zweite Anschlagfläche (49) zur
Anlage der Ventilfedern (33, 37) gebildet ist.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einstellmittel der Ventilfedern (33,
37) als Einstellscheiben ausgebildet sind, die jeweils
zwischen einem ortsfesten Absatz, vorzugsweise den
Anschlagflächen (47, 49) und einer Ventilfeder (33, 37)
axial eingespannt sind.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kappe (43) mit einem an ihrem
offenen Ende vorgesehen Außengewinde (44) in ein
entsprechendes Innengewinde an einem axial von der
Stirnfläche (29) des Ventilhaltekörpers (23) vorstehenden
Flansches (45) eingeschraubt ist.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der Wand der Kappe (43) und des
Flansches (45) ein Dichtring (63) eingespannt ist.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einstellmittel der Ventilfedern (33,
37) durch von außen zugängliche, in den Ventilhaltekörper
(23) einschraubbare Einstellschrauben gebildet werden, die
in die Federkammer (31) ragen und durch die jeweils eine
Anschlagfläche einer der Ventilfedern verstellbar ist.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß eine erste Einstellschraube (67) durch
eine axial in das dem Ventilhaltekörper (23) abgewandte
offene Ende der Federkammer (31) eingeschraubte Hohlschraube
gebildet wird, deren in die Federkammer (31) ragende
Ringstirnfläche (69) eine Anschlagfläche für eine radial
außenliegende Ventilfeder (37) bildet und in deren die
Federkammer (31) begrenzenden Innendurchmesser (71, 75) eine
zweite Einstellschraube (73) eingeschraubt ist, die mit
ihrer in die Hohlschraube ragenden Stirnfläche (77) eine
weitere Anschlagfläche für eine radial innenliegende
Ventilfeder (33) bildet.
8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die einen verstellbaren Anschlag für die
Ventilfedern (33, 37) bildenden Einstellschrauben (73, 67)
mittels Kontermuttern (79) in ihrer Position fixierbar sind.
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1997
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19913286A1 (de) * | 1999-03-24 | 2000-10-12 | Man B & W Diesel Ag | Einspritzventil |
Also Published As
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