EP0943054A1 - Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen

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Publication number
EP0943054A1
EP0943054A1 EP98936173A EP98936173A EP0943054A1 EP 0943054 A1 EP0943054 A1 EP 0943054A1 EP 98936173 A EP98936173 A EP 98936173A EP 98936173 A EP98936173 A EP 98936173A EP 0943054 A1 EP0943054 A1 EP 0943054A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
valve member
fuel injection
injection valve
chamber
Prior art date
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Granted
Application number
EP98936173A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0943054B1 (de
Inventor
Bernd Dittus
Friedrich Boecking
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0943054A1 publication Critical patent/EP0943054A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0943054B1 publication Critical patent/EP0943054B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection valve for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • a piston-shaped valve member is axially displaceably guided in a bore in a valve body.
  • the valve member has a conical valve sealing surface on its combustion chamber end, with which it interacts with a conical valve seat surface on the valve body, which is formed on the inwardly projecting end of the closed valve bore.
  • a contact edge between the valve sealing surface on the valve member and the valve seat surface forms a circumferential sealing edge.
  • This sealing edge which is formed when the injection valve is closed, seals a pressure space adjacent upstream of the sealing edge when the injection valve is closed. Downstream of this sealing edge is at least one opening into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied
  • Injection opening is provided in the wall of the valve body, which leads away from the valve seat surface.
  • this known fuel injection valve has the disadvantage that the operating times of the valve member are too long for very fast-switching injection valves due to the large hydraulic forces on the valve member.
  • the known fuel injection valve is very large due to the large number of axially consecutive components, which limits the usability of the known fuel injection valves on engines with little available space.
  • the fuel injection valve according to the invention for internal combustion engines with the characterizing features of claim 1 has the advantage that very small actuating forces and thus very fast valve stroke movements of the valve member of the injection valve are possible. These fast adjustment movements are made possible by the small hydraulically effective surfaces on the valve member and the small control volume, only small moving masses having to be adjusted. This is advantageously achieved in that the valve member has a guide bore with which it is slidably guided on a pin of a stationary insert body. The displaceable valve member is hydraulically pressure-balanced in the injection breaks, so that no leakage losses occur.
  • the closing movement and the holding of the valve member on the valve seat surface take place by designing the hydraulic opening and closing surfaces effective on the valve member, the hydraulic engagement surface of the closing surfaces on the valve member being larger when the injection valve is closed than the hydraulic engagement surfaces acting in the opening direction.
  • the opening stroke movement of the valve member is advantageously limited by mechanical stroke stop surfaces on the pin of the stationary insert body, but hydraulic stroke stops are also possible as an alternative.
  • the control valve opening the control chamber into a relief chamber can be designed as a 2/2-way solenoid valve, as shown in the exemplary embodiment, but alternatively, 2/3, 3 / 2- or 3/3 control valves can also be used.
  • valve member is guided axially via its inner guide bore on the pin of the stationary insert body, but it is also possible to provide a further guide on the outer circumference of the valve member within the valve body.
  • fuel passage openings are provided on the valve member, which allow fuel to pass through from a pressure chamber to the valve seat surfaces and which act as
  • valve- The link itself can advantageously be formed in two parts, a head piece having the valve sealing surface being inserted into a sleeve, preferably being pressed in.
  • Such a two-part valve member can be manufactured in a simple manner and with high accuracy.
  • Another advantage of the fuel injection valve according to the invention is the possibility of a hydraulically floating mounting of the insert body carrying the pin in the valve body, so that it and the valve member guided on it can be centered with respect to the valve body.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the fuel injection valve in a longitudinal section, in which the fuel supply and relief of the control or work space between the pin and the valve member via a central through hole in the pin
  • Figure 2 is an enlarged detail of the on the 3
  • a second exemplary embodiment of the fuel injection valve in which the valve member has an additional external guide in the valve body
  • FIG. 4 a third embodiment with a stroke stop for the valve member formed by a shoulder on the pin circumference
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of the fuel injection valve, in which the stroke stop of the valve member is formed by a stepped end face of the pin
  • FIG. 6 shows a fifth embodiment of the fuel injection valve, in which the work or control room is arranged outside the pin of the insert body.
  • the first exemplary embodiment of the fuel injection valve according to the invention for internal combustion engines shown in FIG. 1 has a cylindrical valve body 1, which projects with its free lower end into a combustion chamber, not shown, of the internal combustion engine to be supplied.
  • the valve body 1 designed as a hollow body is clamped axially against a valve holding body 5 by means of a clamping nut 3, an insert body 7 being clamped between the facing end faces of the valve body 1 and the valve holding body 5.
  • This stepped cylindrical insert body 7 has at its end facing away from the valve holder body 5 a pin 9 with which it projects into the interior of the valve body 1.
  • a cylindrical valve member 11 with a central guide bore 13 is guided axially displaceably on the free end of the pin 9.
  • This valve member 11 has on its closed end facing away from the pin 9 a conical valve sealing surface 15 which is divided into two areas with different cone angles, a circumferential sealing edge 17 being formed on the valve member 11 at the transition between the two cone angles of the valve sealing surface 15 is.
  • the valve sealing surface 11 cooperates with its valve sealing surface 15 with a valve seat surface 19 formed on the inwardly projecting closed end of the interior in the valve body 1, the sealing edge 17 on the valve element 11 with the valve element 11 resting against the valve seating surface 19 having an upstream, inside the valve body 1 formed pressure chamber 21 from a downstream of the sealing edge 17 blind hole 23, from which the sealing edge 17 downstream valve seat 19 discharge openings 25 into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a return spring 27 is clamped between an annular end face 29 facing away from the valve seat 19 on the valve member 11 and a shoulder 31 on the pin 9, which acts on the valve member 11 in the direction of the valve seat surface 19.
  • a hydraulic working or control space 37 is formed between the end face 33 at the closed end of the guide bore 13 in the valve member 11 and the end face 35 of the pin 9. This control chamber 37 is filled and relieved of high pressure fuel via an axial through bore 39 in the insert body 7.
  • the through-bore 39 is connected via a throttle bore 41 in the valve holding body 5 to a high-pressure line 43, which in turn leads to a high-pressure storage space, not shown, which is constantly filled with high-pressure fuel via a high-pressure feed pump and to which preferably all the injection valves of the injection system are connected.
  • a control valve 47 is closable.
  • This control valve 47 which can be controlled arbitrarily from the outside, is designed in the exemplary embodiment as a 2/2-way valve and is preferably actuated by a solenoid valve.
  • the annular end face 29 and the end face 33 of the guide bore 13 act as hydraulic pressure application surfaces on the valve member 11 acting in the closing direction.
  • the valve sealing surface 15 acts, with valve member 11 resting on the valve seat 19 first of all having its upstream to the sealing edge 17 subsequent area acts.
  • the valve member diameter on the sealing edge 17 forms a first diameter d1, the diameter of the outer circumference of the cylindrical valve member 11 a second diameter d2 and the diameter of the outer circumference of the pin 9 a third diameter d3.
  • the diameter d3 must be larger than the diameter dl, which defines the seat diameter on the valve seat, for the fuel injector to function reliably.
  • the fuel injection valve according to the invention works in the following way.
  • the high-pressure storage space (not shown in more detail) is filled with high-pressure fuel by the high-pressure fuel pump.
  • This pressure is conducted via the individual high-pressure lines 43 to the respective injection valves projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the high-pressure fuel reaches the pressure chamber 21 via the high-pressure line 43 and the throttle bore 41 branching off the high-pressure line 43 and the through-bore 39 in the insert. body 7 in the control chamber 37.
  • the control valve 47 keeps the relief line 45 closed.
  • Control chamber 37 very quickly into the relief line 45, so that this hydraulic pressure force acting on the valve member 11 in the closing direction is reduced. Now that the pressure application surface acting in the opening direction on the valve sealing surface 15 is larger than the ring end surface 29 acting in the closing direction, the valve member 11 is lifted against the force of the return spring 27 from the valve seat 19, so that the fuel from the pressure chamber 21 is between the valve seat surface 19 and the valve sealing surface 15 released opening cross-section can flow into the injection openings 25 and further into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the throttle bore 41 ensures that the the high-pressure line 43 inflowing high-pressure fuel does not immediately flow into the relief line 45 in a short circuit.
  • the injection at the injection valve is ended by the control valve 47 closing the relief line 45 again, so that a high fuel pressure can build up again in the control chamber 37 via the bores 41 and 39, which valve valve 11 now in again via the engagement surface 33 and the annular end face 29 System moves to the valve seat 19. Since, when the injection valve is closed, the hydraulic pressure inside and outside of the displaceable valve member 11 is of the same size, a leakage flow at the valve member 11 into the low-pressure chamber can be avoided.
  • the valve member 11 is guided axially slidably during its stroke movement by means of its inner guide on the pin 9 of the insert body 7.
  • FIG. 2 shows a possible design of the valve member 11 as a two-part component in an enlarged individual part drawing.
  • the valve member 11 has a sleeve 49 which is guided with its inner diameter so as to be slidable on the pin 9 of the insert body 7 and in whose lower end on the combustion chamber side a head piece 51 designed as a stepped cylinder is pressed, which on its end face facing away from the sleeve 49 has the valve sealing surface 15 and the sealing edge 17.
  • the head piece 51 is preferably inserted into the inner diameter of the sleeve 49 with a peg-shaped shoulder and welded to the ring end face of the sleeve 11 on the ring shoulder surface.
  • valve 3 shows a second exemplary embodiment of the fuel injection valve according to the invention, in which the valve member 11 is guided in addition to the inner guide on the bore 13 via an outer guide on the inner wall of the valve body 1.
  • the outer peripheral wall 53 of the valve member 11 forms this second additional guide surface which slides on the inner wall surface 55 of the valve body 1.
  • recesses are provided on the outer circumference of the valve member 11, which are preferably designed as surface grindings 57.
  • FIGS. 4 and 5 show two further exemplary embodiments of the fuel injection valve in which 11 different mechanical stroke stops are provided to limit the opening stroke movement of the valve member.
  • 4 shows a third exemplary embodiment, in which the stroke stop for the valve member 11 is designed as a ring shoulder 59 on the lateral surface of the pin 9 of the insert body 7. The valve member 11 arrives at this ring shoulder surface 59
  • the fourth exemplary embodiment shown in FIG. 5 differs from the third exemplary embodiment shown in FIG. 4 only in the type of stroke stop for limiting the opening stroke movement of the valve member 11.
  • the opening stroke of the valve member 11 is now determined by the contact of the end face 33 of the bore 13 limited in the valve member 11 to the end face 35 of the pin 9 on the insert body 7.
  • the annular end face 35 of the pin 9 has an axially offset shoulder 63, which ensures that the end face 33 acting in the closing direction on the valve member 11 is retained.
  • the opening stroke of the valve member 11 can be adjusted in a simple manner over the axial length of the fixedly arranged insert body 7.
  • the control chamber 37 is arranged outside the valve member 11 compared to the previous exemplary embodiments.
  • the valve member 11 is guided both on the inside of the guide bore 13 and on the outside of the peripheral wall 53 of the valve member 11, analogously to the second exemplary embodiment.
  • a relief channel 64 leads from the control chamber 137, which goes from the control valve 47 into the Relief line 45 can be opened.
  • the hydraulic working space 65 enclosed between the end face 35 of the pin 9 and the closed end face 33 of the bore 13 on the valve member 11 is again filled with high pressure fuel from a high pressure fuel collecting container via a through bore 39 and a high pressure line 43.
  • a connecting bore 67 leads from the hydraulic working space 65, which opens into a space near the valve seat within the valve body 1.
  • the high-pressure fuel supply to the control chamber 137 takes place via a throttle bore 41, which opens into the control chamber 137 from the through-bore 39 in the insert body 7.
  • the opening stroke movement of the valve member 11 takes place by relieving the pressure on the outside control chamber 137 via the relief channel 64 and the relief line 45.
  • the end face 33 within the valve member 11 with its diameter d3 continues to act in the closing direction of the valve member 11. This is due to the difference in diameter between the outer circumference of the valve member 11 (d2) and the diameter on the seat edge 17 (dl) formed in the opening direction on the valve member 11 acting hydraulic pressure surface must be larger than the now acting in the closing direction end face 33 on the valve member 11.
  • the closing stroke movement of the valve member 11 is carried out analogously to the previous exemplary embodiments by reclosing the relief line 45, as a result of which a high pressure of fuel builds up again in the control chamber 137 via the throttle bore 41, which pressurizes the valve member 11 at the direction end face 29 in addition to the end face 33 in the closing direction device applied and the valve member 11 thus moves back into contact with the valve seat surface 19.

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Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einem Ventilkörper (1) angeordneten, axial verschiebbaren Ventilglied (11), das an seinem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Ende eine konische Ventildichtfläche (15) aufweist, mit der es mit einer konischen Ventilsitzfläche (19) am Ventilkörper (1) zur Steuerung eines Einspritzquerschnittes zusammenwirkt. Dabei ist das Ventilglied (11) über eine Innenführung gleitverschiebbar auf einem Zapfen (9) eines ortsfesten Einsatzkörpers (7) geführt.

Description

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen, aus der US-PS 4, 972, 997 bekannten Kraf stoffeinspritzventil ist ein kolbenförmiges Ventilglied axial verschiebbar in einer Bohrung eines Ventilkörpers geführt. Das Ventilglied weist dabei an seinem brennraumseitigen Ende einen konische Ventildichtfläche auf, mit der es mit einer konischen Ventilsitzfläche am Ventilkörper zusammenwirkt, die am nach innen kragenden Ende der geschlossenen Ventilbohrung gebildet ist. Dabei bildet eine Berührungskante zwischen der Ventildichtfläche am Ventil- glied und der Ventilsitzfläche eine umlaufende Dichtkante.
Diese bei geschlossenem Einspritzventil gebildete Dichtkante dichtet dabei einen stromaufwärts an die Dichtkante angrenzenden Druckraum bei geschlossenem Einspritzventil ab. Stromabwärts dieser Dichtkante ist wenigstens eine in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine mündende
Einspritzöffnung in der Wand des Ventilkörpers vorgesehen, die dabei von der Ventilsitzfläche abführt. Dabei weist dieses bekannte Kraftstoffeinspritzventil jedoch den Nachteil auf, daß die Stellzeiten des Ventilgliedes aufgrund der großen hydraulischen Kräfte am Ventilglied für sehr schnell schaltende Einspritzventile zu lang sind. Des- weiteren baut das bekannte Kraftstoffeinspritzventil aufgrund der Vielzahl von axial hintereinanderliegenden Bauteilen sehr groß, was die Einsetzbarkeit der bekannten Kraftstoffeinspritzventile an Motoren mit geringem zur Ver- fügung stehenden Bauraum einschränkt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brenn- kraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sehr kleine Stellkräfte und somit sehr schnelle Ventilhubbewegungen des Ventilgliedes des Einspritzventils möglich sind. Diese schnellen Verstellbewegungen werden dabei durch die kleinen hydraulisch wirksamen Flächen am Ventilglied und das kleine Steuervolumen möglich, wobei nur kleine bewegte Massen verstellt werden müssen. Dies wird in vorteilhaf er Weise dadurch erreicht, daß das Ventilglied eine Führungsbohrung aufweist, mit der es gleitverschiebbar auf einem Zapfen eines ortsfesten Einsatzkörpers geführt ist. Dabei ist das verschiebbare Ventilglied in den Einspritzpausen hydraulisch druckausgeglichen, so daß keine Leckageverluste auftreten. Somit ist keine Dichtung für abströmendes Lecköl nach außen notwendig, wobei sich neben der Leckage auch Wärmeentwick- lungen und ein möglicher Schmutzeintrag aufgrund der guten Trennung von Dichtungs- und Führungsbauteilen verringern läßt. Ein weiterer Vorteil wird durch die sehr kurz bauende Bauweise des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils erreicht, wodurch der benötigte Einbauraum an der zu versorgenden Brennkraftmaschine ebenfalls stark verringert werden kann. Die das Ventilglied des Einspritzventils in Schließ- richtung beaufschlagende Rückstellfeder muß das Einspritz- ventil lediglich bei drucklosem System schließen, so daß sie entsprechend klein dimensioniert werden kann. Während des hochdruckbefüllten Betriebs erfolgt die Schließbewegung und das Halten des Ventilgliedes an der Ventilsitzfläche durch die Auslegung der am Ventilglied wirksamen hydraulischen Öffnungs- und Schließflächen, wobei die hydraulische Angriffsfläche der Schließflächen am Ventilglied bei geschlossenem Einspritzventil größer als die in Öffnungsrichtung wirkenden hydraulischen Angriffsflächen ist. Die Öff- nungshubbewegung des Ventilgliedes wird dabei in vorteilhafter Weise durch mechanische Hubanschlagflächen am Zapfen des ortsfesten Einsatzkörpers begrenzt, es sind jedoch alternativ auch hydraulische Hubanschläge möglich. Das den Steuerraum in einen Entlastungsraum aufsteuernde Steuerven- til kann dabei wie im Ausführungsbeispiel gezeigt als 2/2- Wegemagnetventil ausgebildet sein, alternativ können aber auch 2/3-, 3/2- oder 3/3- Steuerventile verwendet werden. Das Ventilglied wird dabei über seine innere Führungsbohrung axial auf dem Zapfen des ortsfesten Einsatzkörpers geführt, es ist jedoch auch möglich, zusätzlich eine weitere Führung am Außenumfang des Ventilgliedes innerhalb des Ventilkörpers vorzusehen. Bei der Verwendung einer derartigen verbesserten Führung sind Kraftstoffdurchtrittsöffnungen am Ventilglied vorgesehen, die einen Kraftstoffdurchtritt von einem Druck- räum zu den Ventilsitzflächen ermöglichen und die als
Flächenanschliffe an der Mantelfläche des Ventilgliedes oder als Durchgangsbohrungen ausgebildet sein können. Das Ventil- glied selbst kann dabei in vorteilhafter Weise zweiteilig ausgebildet sein, wobei ein die Ventildichtfläche aufweisendes Kopfstück in eine Hülse eingesetzt, vorzugsweise eingepreßt ist. Ein derartiges zweiteiliges Ventilglied ist dabei in einfacher Weise und mit hoher Genauigkeit fertigbar. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz- ventils ist die Möglichkeit einer hydraulisch schwimmenden Lagerung des den Zapfen tragenden Einsatzkörpers im Ventil- körper, so daß dieser und das auf diesem geführte Ventil- glied gegenüber dem Ventilkörper sicher zentrierbar sind.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Fünf Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen sind in der Zeich- nung dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert .
Es zeigen die Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils in einem Längsschnitt, bei dem die Kraf stoffZuführung und Entlastung des Steuer- bzw. Arbeitsraumes zwischen dem Zapfen und dem Ventilglied über eine zentrale Durchgangsbohrung im Zapfen erfolgt, die Figur 2 eine vergrößerte Ausschnittdarstellung des auf dem Zapfen geführten Ventilgliedes, das dabei zweiteilig ausgebildet ist, die Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils, bei dem das Ventilglied eine zusätzliche Außenführung im Ventilkörper aufweist, die Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem durch einen Absatz am Zapfenumfang gebildeten Hubanschlag für das Ventilglied, die Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffein- spritzventils, bei dem der Hubanschlag des Ventilgliedes durch eine gestufte Stirnfläche des Zapfens gebildet ist und die Figur 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils, bei dem der Arbeits- bzw. Steuerraum außerhalb des Zapfens des Einsatzkörpers angeordnet ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in der Figur 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen weist einen zylindrischen Ventilkörper 1 auf, der mit seinem freien unteren Ende in einen nicht näher gezeigten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Der als Hohlkörper ausgebildete Ventilkörper 1 ist mittels einer Spannmutter 3 axial gegen einen Ventilhaltekörper 5 verspannt, wobei zwischen den einander zugewandten Stirnflächen des Ventilkörpers 1 und des Ventilhaltekörpers 5 ein Einsatzkörper 7 eingespannt ist. Dieser stufenförmige zylindrische Einsatzkörper 7 weist an seinem dem Ventil- haltekörper 5 abgewandten Ende einen Zapfen 9 auf, mit dem er in den Innenraum des Ventilkörpers 1 hineinragt. Auf dem freien Ende des Zapfens 9 ist dabei ein zylindrisches Ventilglied 11 mit einer zentralen Führungsbohrung 13 axial verschiebbar geführt. Dieses Ventilglied 11 weist an seiner, dem Zapfen 9 abgewandten geschlossenen Stirnseite eine konische Ventildichtfläche 15 auf, die in zwei Bereiche mit unterschiedlichen Konuswinkeln geteilt ist, wobei am Übergang zwischen den beiden Konuswinkeln der Ventildichtfläche 15 eine umlaufende Dichtkante 17 am Ventilglied 11 gebildet ist. Das Ventilglied 11 wirkt mit seiner Ventildichtfläche 15 mit einer am nach innen kragenden geschlossenen Ende des Innenraumes im Ventilkörper 1 gebildeten Ventilsitzfläche 19 zusammen, wobei die Dichtkante 17 am Ventilglied 11 bei an der Ventilsitzfläche 19 anliegendem Ventilglied 11 einen stromaufwärts liegenden, im Inneren des Ventilkörpers 1 gebildeten Druckraum 21 von einem stromabwärts der Dichtkante 17 liegenden Sackloch 23 trennt, von dessen der Dichtkante 17 nachgeordneten Ventilsitzfläche 19 Einspritzöffnungen 25 in den Brennraum der Brennkraftmaschine abführen. Für eine sichere Anlage des Ventilgliedes 11 an der Ventilsitzfläche 19 bei drucklosem System ist eine Rückstellfeder 27 zwischen einer dem Ventilsitz 19 abgewandten Ringstirnfläche 29 am Ventilglied 11 und einem Absatz 31 am Zapfen 9 eingespannt, die das Ventilglied 11 in Richtung Ventilsitzfläche 19 beaufschlagt. Des weiteren ist zwischen der Stirnfläche 33 am geschlossenen Ende der Führungsbohrung 13 im Ventilglied 11 und der Stirnfläche 35 des Zapfens 9 ein hydraulischer Arbeite- bzw. Steuerraum 37 gebildet. Dieser Steuerraum 37 wird über eine axiale Durchgangsbohrung 39 im Einsatzkörper 7 mit Kraftstoff hohen Druckes befüllt und entlastet. Dazu ist die Durchgangsbohrung 39 über eine Drosselbohrung 41 im Ventilhaltekörper 5 an eine Hochdruckleitung 43 angeschlossen, die ihrerseits an einen, nicht näher darge- stellten Hochdruckspeicherraum mündet, der über eine Hochdruckförderpumpe ständig mit Kraftstoff hohen Druckes befüllt wird und an den vorzugsweise sämtliche Einspritzventile des Einspritzsystems angeschlossen sind. Zur Druckentlastung des Steuerraumes 37 ist die in diesen mündende Durchgangsbohrung 39 mit einer Entlastungsleitung 45 im Ventilhaltekörper 5 verbunden, die in einen nicht näher dargestellten Niederdruckentlastungsraum mündet und die mittels eines Steuerventils 47 verschließbar ist. Dieses von außen willkürlich ansteuerbare Steuerventil 47 ist dabei im Ausführungsbeispiel als 2/2-Wegeventil ausgebildet und wird vorzugsweise durch ein Magnetventil betätigt.
Zur Verstellung des Ventilgliedes 11 wirken dabei die Ringstirnfläche 29 und die Stirnfläche 33 der Führungsbohrung 13 als in Schließrichtung wirkende hydraulische Druckangriffsflächen am Ventilglied 11. In Öffnungsriehtung wirkt die Ventildichtfläche 15, wobei bei am Ventilsitz 19 anliegendem Ventilglied 11 zunächst deren sich stromaufwärts an die Dichtkante 17 anschließender Bereich wirkt. Dabei bildet der Ventilglieddurchmesser an der Dichtkante 17 einen ersten Durchmesser dl, der Durchmesser des Außenumfangs des zylin- drischen Ventilgliedes 11 einen zweiten Durchmesser d2 und der Durchmesser des Außenumfanges des Zapfens 9 einen dritten Durchmesser d3. Dabei muß der Durchmesser d3 für eine sichere Funktion des Kraftstoffeinspritzventils größer sein als der Durchmesser dl, der den Sitzdurchmesser am Ven- tildichtsitz definiert.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil arbeitet in folgender Weise. Zu Beginn der Funktion des Einspritz- systemes wird der nicht näher dargestellte Hochdruck- speicherraum von der Kraf stoffhochdruckpumpe mit Kraftstoff hohen Druckes befüllt. Dieser Druck wird über die einzelnen Hochdruckleitungen 43 zu den jeweiligen in den Brennraum der Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen geleitet. Dabei gelangt der Kraftstoffhochdruck beim ersten Ausführungs- beispiel über die Hochdruckleitung 43 in den Druckraum 21 sowie über die von der Hochdruckleitung 43 abzweigende Drosselbohrung 41 und die Durchgangsbohrung 39 im Einsatz- körper 7 in den Steuerraum 37. Das Steuerventil 47 hält dabei die Entlastungsleitung 45 verschlossen. In diesem geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils während der Einspritzpausen wirken die Ringstirnfläche 29 und die Stirnfläche 33 der Innenführungsbohrung 13 am Ventilglied 11 in Schließrichtung und beaufschlagen dabei des Ventilglied 11 in Richtung Ventilsitzfläche 19. Gleichzeitig greift an der stromaufwärts der Dichtkante 17 gebildeten Ventilsitzfläche 19 der Kraftstoffhochdruck im Druckraum 21 in Öff- nungsrichtung am Ventilglied 11 an. Dabei sind die hydraulischen Druckangriffsflächen am Ventilglied 11 jedoch so ausgebildet, daß in diesem Zustand die in Schließrichtung wirkenden Flächen 29, 33 größer als die in Öffnungsrichtung wirkenden Flächen an der Ventildichtfläche 15 sind, so daß das Ventilglied 11 hydraulisch in Anlage an der Ventilsitzfläche 19 gehalten wird. Soll nunmehr eine Einspritzung am Einspritzventil erfolgen, wird das Steuerventil 47 in Öffnungsrichtung betätigt, so daß dieses die Entlastungsleitung 45 in einen Niederdruckraum aufsteuert. Infolgedessen ent- spannt sich über die Durchgangsbohrung 39 der Druck im
Steuerraum 37 sehr rasch in die Entlastungsleitung 45, so daß diese in Schließrichtung am Ventilglied 11 angreifende hydraulische Druckkraft abgebaut wird. Da nunmehr die in Öffnungsrichtung wirkende Druckangriffsfläche an der Ventil- dichtfläche 15 größer ist als die in Schließrichtung wirkende Ringstirnfläche 29 wird das Ventilglied 11 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 27 vom Ventilsitz 19 abgehoben, so daß der Kraftstoff aus dem Druckraum 21 über den zwischen der Ventilsitzfläche 19 und der Ventildichtfläche 15 freige- gebenen Öffnungsquerschnitt in die Einspritzöffnungen 25 und weiter in den Brennraum der Brennkraftmaschine einströmen kann. Dabei gewährleistet die Drosselbohrung 41, daß der aus der Hochdruckleitung 43 zuströmende Kraftstoffhochdruck nicht sofort im Kurzschluß in die Entlastungsleitung 45 abströmt. Die Einspritzung am Einspritzventil wird beendet, indem das Steuerventil 47 die Entlastungsleitung 45 erneut verschließt, so daß sich im Steuerraum 37 über die Bohrung 41 und 39 erneut ein Kraftstoffhochdruck aufbauen kann, der nunmehr über die Angriffsfläche 33 und die Ringstirnfläche 29 das Ventilglied 11 erneut in Anlage an die Ventilsitzfläche 19 verschiebt. Da bei geschlossenem Einspritzventil der hydraulische Druck innerhalb und außerhalb des verschiebbaren Ventilgliedes 11 gleich groß ausgebildet ist, kann ein Leckagestrom am Ventilglied 11 in den Niederdruckraum vermieden werden. Das Ventilglied 11 ist dabei während seiner Hubbewegung mittels seiner Innenführung auf dem Zapfen 9 des Einsatzkörpers 7 sicher axial gleitverschiebbar geführt .
In der Figur 2 ist eine mögliche Ausbildung des Ventilgliedes 11 als zweiteiliges Bauteil in einer vergrößerten Einzelteilzeichnung dargestellt. Dabei weist das Ventilglied 11 eine Hülse 49 auf, die mit ihrem Innendurchmesser gleitverschiebbar auf dem Zapfen 9 des Einsatzkörpers 7 geführt ist und in deren unteres brennraumseitiges Ende ein als stufenförmiger Zylinder ausgebildetes Kopfstück 51 einge- preßt ist, das auf seiner der Hülse 49 abgewandten Stirnseite die Ventildichtfläche 15 und die Dichtkante 17 aufweist. Dabei ist das Kopfstück 51 vorzugsweise mit einem zapfenförmigen Ansatz in den Innendurchmesser der Hülse 49 eingesetzt und an der Ringabsatzfläche mit der Ringstirn- fläche der Hülse 11 verschweißt. In der Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des er- findungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt, bei dem das Ventilglied 11 zusätzlich zur Innenführung an der Bohrung 13 über eine Außenführung an der Innenwand des Ven- tilkörpers 1 geführt ist. Dabei bildet die Außenumfangswand 53 des Ventilgliedes 11 diese zweite zusätzliche Führungsfläche die an der Innenwandfläche 55 des Ventilkörpers 1 gleitet. Für einen Kraftstoffdurchtritt vom Druckraum 21 an die Ventilsitzfläche 19 sind dabei Ausnehmungen am Außenum- fang des Ventilgliedes 11 vorgesehen, die vorzugsweise als Flächenanschliffe 57 ausgebildet sind.
Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei weitere Ausfuhrungsbeispiele des Kraftstoffeinspritzventils bei denen zur Begrenzung der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 11 verschiedene mechanische Hubanschläge vorgesehen sind. Dabei zeigt die Figur 4 ein drittes Ausfuhrungsbeispiel, bei dem der Hubanschlag für das Ventilglied 11 als Ringabsatz 59 an der Mantelfläche des Zapfens 9 des Einsatzkörpers 7 ausgebildet ist. An diese Ringabsatzfläche 59 gelangt dabei das Ventilglied 11 nach
Durchlaufen seines Gesamtöffnungshubweges mit der Ringstirnfläche 29 in Anlage.
Desweiteren erfolgt die Befüllung des Steuerraumes 37 zwischen dem Zapfen 9 und der geschlossenen Stirnfläche 33 der Führungsbohrung 13 im Ventilglied 11 nunmehr direkt aus dem Druckraum 21, wozu eine Drosselbohrung 61 im Ventilglied 11 vorgesehen ist, die vom Steuerraum 37 ausgehend an der Mantelfläche des Ventilgliedes 11 in den Druckraum 21 ein- mündet . Das in der Figur 5 dargestellte vierte Ausfuhrungsbeispiel unterscheidet sich vom in der Figur 4 dargestellten dritten Ausfuhrungsbeispiel lediglich in der Art des Hubanschlages für die Begrenzung der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 11. Dabei wird der Öffnungshub des Ventilgliedes 11 nunmehr durch die Anlage der Stirnfläche 33 der Bohrung 13 im Ventilglied 11 an die Stirnfläche 35 des Zapfens 9 am Einsatzkörper 7 begrenzt. Die Ringstirnfläche 35 des Zapfens 9 weist dazu einen axial einwärts versetzten Absatz 63 auf, der die Beibehaltung der in Schließrichtung wirkenden Stirnfläche 33 am Ventilglied 11 gewährleistet. Auf diese Weise kann beim Verschließen der Entlastungsleitung 45 durch das Steuerventil 47 am Ende der Einspritzphase und dem erneuten Befüllen des Steuerraumes 37 mit Kraftstoff hohen Druckes über die Drosselbohrung 61 die Rückstellbewegung des Ventilgliedes 11 an den Ventilsitz 19 sicher gewährleistet bleiben. Der Öffnungshubweg des Ventilgliedes 11 läßt sich dabei in einfacher Weise über die axiale Länge des ortsfest angeordneten Einsatzkörpers 7 einstellen.
Bei dem in der Figur 6 dargestellten fünften Ausführungsbei- spiel ist der Steuerraum 37 gegenüber den vorangegangenen Ausführungsbeispielen außerhalb des Ventilgliedes 11 angeordnet. Das Ventilglied 11 ist dazu analog zum zweiten Aus- führungsbeispiel sowohl innen an der Führungsbohrung 13 als auch außen an der Umfangswand 53 des Ventilgliedes 11 geführt. Ein zwischen der rückwärtigen Ringstirnfläche 29 am Ventilglied 11 und zwischen dem Absatz 31 am ortsfesten Einsatzkörper 7 gebildeter Raum bildet dabei beim fünften Aus- führungsbeispiel den Steuerraum 137, in dem auch die Rückstellfeder 27 angeordnet ist. Dabei führt vom Steuerraum 137 ein Entlastungskanal 64 ab, der vom Steuerventil 47 in die Entlastungsleitung 45 aufsteuerbar ist. Der zwischen der Stirnfläche 35 des Zapfens 9 und der geschlossenen Stirnfläche 33 der Bohrung 13 am Ventilglied 11 eingeschlossenen hydraulische Arbeitsraum 65 wird dabei erneut über eine Durchgangsbohrung 39 und eine Hochdruckleitung 43 mit Kraftstoff hohen Druckes aus einem Kraftstoffhochdrucksammelbehälter befüllt. Dabei führt vom hydraulischen Arbeitsraum 65 eine Verbindungsbohrung 67 ab, die in einen ventilsitznahen Raum innerhalb des Ventilkörpers 1 einmündet. Die Kraft- stoffhochdruckversorgung des Steuerraumes 137 erfolgt über eine Drosselbohrung 41, die von der Durchgangsbohrung 39 im Einsatzkörper 7 in den Steuerraum 137 einmündet.
Die Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 11 erfolgt beim fünften Ausfuhrungsbeispiel durch das Druckentlasten des außen liegenden Steuerraumes 137 über den Entlastungskanal 64 und die Entlastungsleitung 45. Dabei wirkt die Stirnfläche 33 innerhalb des Ventilgliedes 11 mit ihrem Durchmesser d3 weiterhin in Schließrichtung des Ventilgliedes 11. Die durch die Durchmesserdifferenz zwischen dem Außenumfang des Ventilgliedes 11 (d2) und den Durchmesser an der Sitzkante 17 (dl) gebildete in Öffnungsrichtung am Ventilglied 11 angreifende hydraulische Druckfläche muß dabei größer ausgebildet sein als die nunmehr allein in Schließrichtung wirkende Stirnfläche 33 am Ventilglied 11. Die Schließhubbewegung des Ventilgliedes 11 erfolgt analog zu den vorangegangenen Ausfuhrungsbeispielen durch das erneute Verschließen der Entlastungsleitung 45, in dessen Folge sich im Steuerraum 137 über die Drosselbohrung 41 erneut ein Kraft- stoffhochdruck aufbaut, der das Ventilglied 11 an der Ringstirnfläche 29 zusätzlich zur Stirnfläche 33 in Schließrich- tung beaufschlagt und das Ventilglied 11 somit in Anlage an die Ventilsitzfläche 19 zurückverschiebt.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einem Ventilkörper (1) angeordneten, axial ver- schiebbaren Ventilglied (11) , das an seinem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Ende eine konische Ventildichtfläche (15) aufweist, mit der es mit einer konischen Ventilsitzfläche (19) am Ventilkörper (1) zusammenwirkt, wobei die konische Ventildichtfläche (15) am Ventilglied (11) eine eine Dichtkante (17) bildende Ringkante aufweist, sowie mit wenigstens einer Einspritzöffnung (25) in den Brennraum der Brennkraftmaschine in dem sich bei geschlossenem Einspritzventil stromabwärts an die Dichtkante (17) anschließenden Bereich der Ventilsitzfläche (19) , dadurch ge- kennzeichnet, daß das Ventilglied (11) eine Führungsbohrung (13) aufweist, mit der es gleitverschiebbar auf einem Zapfen (9) eines ortsfesten Einsatzkörpers (7) geführt ist.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß im Ventilkörper (1) ein an die Ventilsitzfläche (19) mündender Hochdruckraum (21) gebildet ist, der ständig über eine Hochdruckleitung (43) mit einem mit Kraftstoff hohen Druckes gefüllten Hochdruckspeicherraum verbunden ist.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer geschlossenen Stirnfläche (33) der Führungsbohrung (13) im Ventilglied (11) und einer Stirnfläche (35) des Zapfens (9) des Einsatzkörpers (7) ein Arbeitsraum begrenzt ist, der aus dem Hochdruckraum (21) oder der Hochdruckleitung (43) mit Kraftstoff hohen Druckes befüllbar ist.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Kraftstoffhochdruck befüllbarer Steuerraum (37, 137) im Ventilkörper (1) vorgesehen ist, dessen Innendruck das Ventilglied (11) in Schließrichtung beaufschlagt und der über eine aufsteuerbare Entlastungsleitung (45) in einen Niederdruckraum druckentlastbar ist.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß ein von außen betätigbares Steuerventil
(47) in die Entlastungsleitung (45) eingesetzt ist.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (37) durch den Arbeitsraum zwischen den Stirnflächen (33) am Ventilglied (11) und (35) am Zapfen (9) gebildet ist.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (37) über einen, eine Drosselstelle (41) enthaltenen Zulaufkanal mit der Hochdruckleitung (43) oder dem Hochdruckraum (21) verbunden ist.
8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (137) radial auswärts des Zapfens (9) des ortsfesten Einsatzkörpers (7) angeordnet ist und von der brennraumabgewandten Ringstirnfläche (29) des Ventilgliedes (11) begrenzt wird.
9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (137) über eine Drossel- bohrung (41) ständig mit der Hochdruckleitung (43) und über eine zusteuerbare Entlastungsleitung (45) mit einem Niederdruckraum verbindbar ist .
10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilglied (11) und dem Ein- satzkorper (7) eine, das Ventilglied (11) in Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder (27) eingespannt ist.
11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (11) durch eine Hülse (49) gebildet ist, in deren brennraumzugewandte Öffnung ein Kopfstück (51) eingesetzt ist, an dessen der Hülse (49) abgewandter Stirnseite die Ventildichtfläche (15) angeordnet ist .
12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungshubweg des Ventilgliedes (11) durch einen Hubanschlag begrenzt ist.
13. Kraf stoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubanschlag durch einen Ringabsatz (59) am zylindrischen Zapfen (9) des Einsatzkörpers (7) gebildet ist.
14. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubanschlag durch einen an der ventilgliedseitigen Ringstirnfläche (35) des Zapfens (9) des Einsatzkörpers (7) gebildet ist.
15. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (11) zusätzlich mit seiner radialen Mantelfläche (53) an der Innenwand (55) des Ventil- körpers (1) geführt ist, wobei Durchtrittskanäle (57, 67) für einen Kraftstoffdurchtritt am Ventilglied (11) vorgesehen sind.
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