EP0943054B1 - Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen - Google Patents

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Publication number
EP0943054B1
EP0943054B1 EP98936173A EP98936173A EP0943054B1 EP 0943054 B1 EP0943054 B1 EP 0943054B1 EP 98936173 A EP98936173 A EP 98936173A EP 98936173 A EP98936173 A EP 98936173A EP 0943054 B1 EP0943054 B1 EP 0943054B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
valve member
fuel injection
pressure
injection valve
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP98936173A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0943054A1 (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 relates to a fuel injection valve for Internal combustion engines according to the preamble of claim 1 out.
  • Fuel injector is a piston-shaped one Valve member axially displaceable in a bore in a valve body guided.
  • the valve member points to his end of the combustion chamber on a conical valve sealing surface, with which it has a conical valve seat on the valve body which cooperates at the cantilevered end of the closed valve bore is formed.
  • a Contact edge between the valve sealing surface on the valve member and the valve seat surface a circumferential sealing edge.
  • This sealing edge formed when the injection valve is closed seals an upstream adjacent to the sealing edge Pressure chamber with the injector closed. Downstream of this sealing edge is at least one in the Combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied Injection opening 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 due of the large hydraulic forces on the valve member for very fast switching injection valves are too long. Furthermore builds the well-known fuel injector due to the large number of axially consecutive components very large in terms of the usability of the known Fuel injectors are available on engines with low limited space.
  • the fuel injection valve according to the invention for internal combustion engines with the characterizing features of the claim 1 has the advantage that very small Actuating forces and therefore very fast valve stroke movements of the Valve element of the injection valve are possible.
  • the valve member has a guide bore has with which it slidably on a pin a fixed insert body is guided. It is Slidable valve member hydraulically in the injection breaks pressure equalized so that no leakage losses occur. This means that there is no seal for leaking leakage oil to the outside necessary, in addition to the leakage also heat development and a possible dirt entry due to the good Reduce separation of sealing and guide components leaves.
  • Another advantage is the very short construction Construction of the fuel injection valve according to the invention reached, whereby the required installation space on the to be supplied Internal combustion engine can also be greatly reduced can.
  • the valve member of the injection valve in the closing direction return spring must act on the injector only close when the system is depressurized so that it can be dimensioned accordingly small.
  • the closing movement and by holding the valve member on the valve seat surface the interpretation of the hydraulic effective on the valve member Opening and closing surfaces, with the hydraulic contact surface of the closing surfaces on the valve member when closed Injector larger than that in the opening direction acting hydraulic attack surfaces.
  • the opening stroke movement the valve member becomes more advantageous Way by mechanical stroke stop surfaces on the pin of fixed insert body limited, but they are alternative hydraulic stroke stops also possible.
  • Control room in a relief valve opening control valve can as shown in the embodiment as a 2/2-way solenoid valve be trained, but alternatively 2/3, 3/2 or 3/3 control valves can also be used.
  • the valve member is via its inner guide bore axially guided on the pin of the stationary insert body, however, it is also possible to add another tour on the outer circumference of the valve member within the valve body provided.
  • fuel passage openings on the valve member provided that a passage of fuel from a pressure chamber to the valve seat surfaces and which as Surface grinding on the outer surface of the valve member or can be formed as through holes.
  • valve member itself can advantageously be in two parts be formed, wherein a having the valve sealing surface Head piece inserted into a sleeve, preferably pressed is.
  • a two-part valve member is included easy to manufacture and with high accuracy.
  • Another advantage of the fuel injector according to the invention is the possibility of a hydraulically floating Storage of the insert body carrying the pin in the valve body, so that this and the valve member guided on this are securely centerable 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 area between the pin and the valve member a central through hole is made in the pin
  • the figure 2 shows an enlarged detail of the on the pin guided valve member, which is formed in two parts
  • 3 shows a second exemplary embodiment of the fuel injection valve, in which the valve member an additional 4 has an external guide in the valve body third embodiment with a by a paragraph on Pin circumference formed stroke stop for the valve member
  • the FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of the fuel injection valve, at which the stroke stop of the valve member is formed by a stepped end face of the pin
  • FIG. 6 shows a fifth exemplary embodiment of the fuel injection valve, in which the work or control room is arranged outside the pin of the insert body.
  • the first embodiment shown in Figure 1 of the fuel injection valve according to the invention for internal combustion engines has a cylindrical valve body 1, the one with its free lower end into a not shown Combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied protrudes.
  • the valve body 1 designed as a hollow body is by means of a clamping nut 3 axially against a valve holding body 5 braced, being between the facing each other End faces of the valve body 1 and the valve holding body 5 an insert body 7 is clamped.
  • This step-like cylindrical insert body 7 has on its the valve holding body 5 opposite end of a pin 9 with which he protrudes into the interior of the valve body 1.
  • On the free end of the pin 9 is a cylindrical valve member 11 with a central guide bore 13 axially slidably guided.
  • valve member 11 has on its a closed conical end facing away from the pin 9 Valve sealing surface 15, which in two areas different cone angles is divided, being at the transition between the two cone angles of the valve sealing surface 15 a circumferential sealing edge 17 is formed on the valve member 11 is.
  • the valve member 11 acts with its valve sealing surface 15 with an inwardly projecting closed end of the Interior of valve seat surface 19 formed in valve body 1 together, the sealing edge 17 on the valve member 11 at the valve seat surface 19 adjacent valve member 11 a upstream, formed inside the valve body 1
  • Pressure chamber 21 from a downstream of the sealing edge 17 lying blind hole 23 separates from which the sealing edge 17 downstream valve seat surface 19 injection openings 25 lead into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a return spring 27 is between an annular end face 29 facing away from the valve seat 19 on Valve member 11 and a shoulder 31 clamped on the pin 9, which acts on the valve member 11 in the direction of the valve seat surface 19. Furthermore, between the end face 33 closed end of the guide bore 13 in the valve member 11 and the end face 35 of the pin 9 a hydraulic working or control room 37 formed. This control room 37 is via an axial through hole 39 in the insert body 7 filled with high pressure fuel and relieved.
  • the ring end face act to adjust the valve member 11 29 and the end face 33 of the guide bore 13 as hydraulic pressure application surfaces acting in the closing direction on the valve member 11.
  • Valve member 11 first upstream of the Sealing edge 17 adjoining area acts.
  • the diameter d3 for a safe function of the fuel injection valve larger than the diameter d1, which is the seat diameter at the valve sealing seat Are defined.
  • the fuel injection valve according to the invention works in following way. At the beginning of the function of the injection system is the high-pressure storage space, not shown from the high pressure fuel pump with fuel filled with high pressure. This pressure is on the individual High-pressure lines 43 to the respective in the combustion chamber Internal combustion engine projecting injection valves. There the high fuel pressure reaches in the first embodiment via the high-pressure line 43 into the pressure chamber 21 as well as via the branching from the high pressure line 43 Throttle bore 41 and the through bore 39 in the insert body 7 in the control room 37. The control valve 47 stops the relief line 45 closed.
  • 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 the relief line 45 again closes so that it is in the control chamber 37 via the bore 41 and 39 can build up a high fuel pressure again now over the attack surface 33 and the ring end face 29 the valve member 11 again in contact with the valve seat surface 19 moves. Because with the injector closed the hydraulic pressure inside and outside the displaceable Valve member 11 is of equal size, can a leakage flow at the valve member 11 in the low pressure chamber be avoided.
  • the valve member 11 is during its lifting movement by means of its internal guide on the Pin 9 of the insert body 7 safely axially slidably guided.
  • FIG 11 A possible embodiment of the valve member is shown in FIG 11 as a two-part component in an enlarged Item drawing shown.
  • the valve member has 11 a sleeve 49, which is slidable with its inner diameter guided on the pin 9 of the insert body 7 and in its lower end on the combustion chamber side as stepped cylinder formed head piece 51 is pressed is that on its end facing away from the sleeve 49 has the valve sealing surface 15 and the sealing edge 17.
  • the head 51 is preferably with a cone-shaped projection in the inner diameter of the sleeve 49 inserted and on the ring heel with the ring face the sleeve 11 welded.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of the invention Fuel injector shown at which the valve member 11 in addition to the internal guide on the Bore 13 via an outer guide on the inner wall of the valve body 1 is performed.
  • the outer peripheral wall forms 53 of the valve member 11 this second additional guide surface on the inner wall surface 55 of the valve body 1 slides.
  • the valve seat surface 19 are recesses on the outer circumference of the valve member 11 provided, which preferably as Surface grindings 57 are formed.
  • Figures 4 and 5 show two further exemplary embodiments of the fuel injector for those to limit the Opening stroke movement of the valve member 11 different mechanical Stroke stops are provided.
  • 4 shows this a third embodiment in which the stroke stop for the valve member 11 as a ring shoulder 59 on the lateral surface of the Pin 9 of the insert body 7 is formed. To this Ring shoulder surface 59 comes after the valve member 11 Pass through its total opening stroke with the ring face 29 in annex.
  • control room 37 is filled between the pin 9 and the closed end face 33 the guide bore 13 in the valve member 11 now directly the pressure chamber 21, for which purpose a throttle bore 61 in the valve member 11 is provided, starting from the control room 37 on the Shell surface of the valve member 11 opens into the pressure chamber 21.
  • the fourth exemplary embodiment shown in FIG. 5 differs from the third shown in FIG. 4 Embodiment only in the nature of the stroke stop for limiting the opening stroke movement of the valve member 11.
  • the opening stroke of the valve member 11 is now by the abutment of the end face 33 of the bore 13 in the valve member 11 on the end face 35 of the pin 9 on the insert body 7 limited.
  • the annular end face 35 of the pin 9 for this purpose has an axially inwardly offset shoulder 63, the retention of the end face acting in the closing direction 33 guaranteed on the valve member 11. In this way can when closing the discharge line 45 by the Control valve 47 at the end of the injection phase and the renewed Filling the control room 37 with high pressure fuel the return movement of the valve member via the throttle bore 61 11 guaranteed securely to the valve seat 19 stay.
  • the opening stroke of the valve member 11 can be thereby in a simple manner over the axial length of the stationary adjust the arranged insert body 7.
  • the control room 37 compared to the previous ones Embodiments arranged outside the valve member 11.
  • the valve member 11 is analogous to the second embodiment both inside the guide bore 13 as also guided outside on the peripheral wall 53 of the valve member 11.
  • a between the rear ring face 29 am Valve member 11 and between the paragraph 31 on the stationary insert body 7 formed space forms in the fifth embodiment the control room 137, in which the return spring 27 is arranged.
  • hydraulic work space 65 The between the End face 35 of the pin 9 and the closed end face 33 of the bore 13 enclosed on the valve member 11 hydraulic work space 65 is again a Through hole 39 and a high pressure line 43 with fuel high pressure from a high-pressure fuel tank filled. This leads from the hydraulic working space 65 a connecting bore 67 from the near a valve seat Space opens within the valve body 1.
  • the high pressure fuel supply of control room 137 takes place via a throttle bore 41 which from the through hole 39 in Insert body 7 opens into the control room 137.
  • the opening stroke movement of the valve member 11 takes place at fifth embodiment by relieving the pressure external control room 137 via the relief channel 64 and the relief line 45.
  • the end face acts 33 within the valve member 11 with its diameter d3 continues in the closing direction of the valve member 11. That is due to the difference in diameter between the outer circumference of the valve member 11 (d2) and the diameter at the seat edge 17 (d1) formed in the opening direction on the valve member 11 attacking hydraulic pressure area must be larger be formed than that now only in the closing direction end face 33 acting on the valve member 11.
  • the closing stroke movement of the valve member 11 is carried out analogously to the previous ones Embodiments by reclosing the relief line 45, as a result of which Control chamber 137 again through the throttle bore 41 a high fuel pressure builds up the valve member 11 on the ring end face 29 in addition to the end face 33 in the closing direction acted upon and thus the valve member 11 in contact the valve seat 19 moves back.

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Description

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 Kraftstoffeinspritzventil 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 Ventilglied 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. Desweiteren baut das bekannte Kraftstoffeinspritzventil aufgrund der Vielzahl von axial hintereinanderliegenden Bauteilen sehr groß, was die Einsetzbarkeit der bekannten Kraftstoffeinspritzventile an Motoren mit geringem zur Verfügung stehenden Bauraum einschränkt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen 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 vorteilhafter 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 Wärmeentwicklungen 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 Schließrichtung beaufschlagende Rückstellfeder muß das Einspritzventil lediglich bei drucklosem System schließen, so daß sie entsprechend klein dimensioniert werden kann. Während des hochdruckbefüllten Betriebs erfolgt die Schließbewegund 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 Öffnungshubbewegung 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 Steuerventil 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 Druckraum zu den Ventilsitzflächen ermöglichen und die als Flächenanschliffe an der Mantelfläche des Ventilgliedes oder als Durchgangsbohrungen ausgebildet sein können. Das Ventilglied 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 Kraftstoffeinspritzventils ist die Möglichkeit einer hydraulisch schwimmenden Lagerung des den Zapfen tragenden Einsatzkörpers im Ventilkörper, so daß dieser und das auf diesem geführte Ventilglied 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 Zeichnung dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen die Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils in einem Längsschnitt, bei dem die Kraftstoffzuführung 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 Kraftstoffeinspritzventils, 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 Ventilhaltekörper 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 Arbeits- 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 dargestellten 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 Öffnungsrichtung 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 d1, der Durchmesser des Außenumfangs des zylindrischen 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 d1, der den Sitzdurchmesser am Ventildichtsitz definiert.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil arbeitet in folgender Weise. Zu Beginn der Funktion des Einspritzsystemes wird der nicht näher dargestellte Hochdruckspeicherraum von der Kraftstoffhochdruckpumpe 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 Ausführungsbeispiel über die Hochdruckleitung 43 in den Druckraum 21 sowie über die von der Hochdruckleitung 43 abzweigende Drosselbohrung 41 und die Durchgangsbohrung 39 im Einsatzkörper 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 öffnungsrichtung 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 entspannt 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 Ventildichtfläche 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 freigegebenen 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 eingepreßt 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 Ringstirnfläche der Hülse 11 verschweißt.
In der Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt, bei dem das Ventilglied 11 zusätzlich zur Innenführung an der Bohrung 13 über eine Außenführung an der Innenwand des Ventilkörpers 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 Außenumfang des Ventilgliedes 11 vorgesehen, die vorzugsweise als Flächenanschliffe 57 ausgebildet sind.
Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele des Kraftstoffeinspritzventils bei denen zur Begrenzung der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 11 verschiedene mechanische Hubanschläge vorgesehen sind. Dabei zeigt die Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel, 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 einmündet.
Das in der Figur 5 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom in der Figur 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel 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 Ausführungsbeispiel ist der Steuerraum 37 gegenüber den vorangegangenen Ausführungsbeispielen außerhalb des Ventilgliedes 11 angeordnet. Das Ventilglied 11 ist dazu analog zum zweiten Ausführungsbeispiel 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 Ausführungsbeispiel 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 Kraftstoffhochdruckversorgung 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 Ausführungsbeispiel 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 (d1) 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 Ausführungsbeispielen durch das erneute Verschließen der Entlastungsleitung 45, in dessen Folge sich im Steuerraum 137 über die Drosselbohrung 41 erneut ein Kraftstoffhochdruck aufbaut, der das Ventilglied 11 an der Ringstirnfläche 29 zusätzlich zur Stirnfläche 33 in Schließrichtung beaufschlagt und das Ventilglied 11 somit in Anlage an die Ventilsitzfläche 19 zurückverschiebt.

Claims (15)

  1. 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) 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 gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, 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 Drosselbohrung (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 Einsatzkörper (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. Kraftstoffeinspritzventil 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 Ventilkörpers (1) geführt ist, wobei Durchtrittskanäle (57, 67) für einen Kraftstoffdurchtritt am Ventilglied (11) vorgesehen sind.
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