EP1893866B1 - Ventil zur steuerung eines einspritzventils einer brennkraftmaschine - Google Patents

Ventil zur steuerung eines einspritzventils einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP1893866B1
EP1893866B1 EP06725667A EP06725667A EP1893866B1 EP 1893866 B1 EP1893866 B1 EP 1893866B1 EP 06725667 A EP06725667 A EP 06725667A EP 06725667 A EP06725667 A EP 06725667A EP 1893866 B1 EP1893866 B1 EP 1893866B1
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valve
annular shoulder
sealing ring
bore
sealing
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Martin Boehm
Helmut Clauss
Arnad Beganovic
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
    • F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies
    • 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
    • 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
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/004—Joints; Sealings

Definitions

  • the invention relates to a valve for controlling an injection valve of an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a valve is for example by the WO 2004/036033 A known.
  • a known control valve comprises a valve piece which is arranged in a stepped bore of the valve housing to form a high-pressure side annular space which is sealed relative to the valve housing by sealing contact of the valve member at a first annular shoulder of the bore and axially spaced therefrom by a sealing ring, with its one axial end face (sealing edge) bears against a second annular shoulder of the bore.
  • the other axial end face is axially spaced from an annular shoulder of the valve piece which is provided in the region of the first annular shoulder of the bore and axially delimits the high-pressure-side annular space.
  • valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the mounted under bias sealing ring seals the annulus immediately after installation.
  • the annular shoulder of the valve piece is chamfered and the annular shoulder of the bore conical, so that the pressure prevailing in the annulus high pressure presses the sealing ring to the two annular shoulders. The higher the high pressure, the greater the contact pressure and consequently the sealing of the annulus (self-sealing effect).
  • valve 1 serves to control an injection valve (injector) of an internal combustion engine and has an annular space 2 , which has a Fuel line 3 is connected to a high-pressure fuel storage (CommonRail), not shown.
  • CommonRail high-pressure fuel storage
  • the high-pressure side annular space 2 is formed in a stepped bore 4 of the valve housing 5 by a cylindrical, metallic valve piece 6 , which with a flange 7 on a first, in Fig.1 upper annular shoulder 8 of the bore 4 sealingly rests and - axially spaced therefrom - is sealed by a high-pressure sealing ring (O-ring) 9 relative to the valve housing 5.
  • a high-pressure sealing ring (O-ring) 9 relative to the valve housing 5.
  • the sealing ring 9 has a trapezoidal cross-section and is pressed between a tapered annular shoulder 10 of the valve member 6 and a lower, conical annular shoulder 11 of the bore 4, that is clamped with bias. Already due to this bias seals the sealing ring 9 in the clamped state, the annulus 2 immediately.
  • the sealing ring 9 is parallel with its two sealing flanks on the annular shoulders 10, 11 and has, in the embodiment shown, the tapered annular shoulder 10 and the conical annular shoulder 11 at the same angle ⁇ to the longitudinal axis, in cross-section the shape of a symmetrical trapezoid ,
  • the outer diameter d of the sealing ring 9 is smaller than the bore diameter D, so that the pressure prevailing in the annular space 2 high pressure (rail pressure) presses the sealing ring 9 radially inwardly of the annular shoulders 10, 11.
  • the higher the rail pressure the greater the contact pressure and consequently the sealing of the annulus 2 (self-sealing effect).
  • the contact force is generated, which presses the sealing ring 9 to the annular shoulder 10, 11 and ensures the sealing of the annulus2.
  • the upper end of a piston-shaped valve or actuator 12 of the injector is slidably guided in a guide bore 13 of the valve member 6 and limited in the valve piece 6 a control chamber 14.
  • the control chamber 14 is connected via an inlet throttle 15 with the annular space 2 and opens via an outlet throttle 16th in a valve seat opening of a conical valve seat 17, which is provided on the valve or actuator 12 facing away from the upper end side of the valve member 6 for cooperation with a valve closure member 18 .
  • valve closing member 18 In the closed valve position, not shown, in which the valve closing member 18 rests against the valve seat 17 and thus closes the valve seat opening, the control chamber 14 is acted upon by rail pressure and thereby the valve or actuator 12 of the injector moved to its lower position.
  • the valve closing member 18 In the open valve position shown, the valve closing member 18 is lifted from the valve seat 17 and the valve seat opening released, whereby the control chamber 14 is depressurized and the valve or actuator 12 is moved to its upper position.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
  • Ein derartiges Ventil ist beispielsweise durch die WO 2004/036033 A bekannt geworden.
  • Bei bekannten Magnetventilen von Einspritzsystemen (Common Rail Injektoren) ist zwischen Ventilgehäuse (Injektorkörper) und einem Ventilstück ein hochdruckseitiger Ringraum gebildet, der über zwei axial beabstandete Dichtstellen, nämlich über die dichtende Anlage des Ventilstücks am Ventilgehäuse einerseits und andererseits über einen meist noch mit einem Stützring abgestützten Dichtring, abgedichtet ist.
  • Das aus WO 2004/036033 A bekannte Steuerventil umfasst ein Ventilstück, das in einer gestuften Bohrung des Ventilgehäuses unter Ausbildung eines hochdruckseitigen Ringraums angeordnet ist, welcher gegenüber dem Ventilgehäuse durch dichtende Anlage des Ventilstücks an einem ersten Ringabsatz der Bohrung und davon axial beabstandet durch einen Dichtring abgedichtet ist, der mit seiner einen axialen Stirnseite (Dichtflanke) an einem zweiten Ringabsatz der Bohrung anliegt. Die andere axiale Stirnseite ist von einem Ringabsatz des Ventilstücks, der im Bereich des ersten Ringabsatzes der Bohrung vorgesehen ist und den hochdruckseitigen Ringraum axial begrenzt, axial beabstandet.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der unter Vorspannung montierte Dichtring den Ringraum sofort nach der Montage abdichtet. Bevorzugt ist der Ringabsatz des Ventilstücks angeschrägt und der Ringabsatz der Bohrung konisch, so dass der im Ringraum herrschende Hochdruck den Dichtring an die beiden Ringabsätze presst. Je höher der Hochdruck, desto größer ist die Anpresskraft und folglich die Abdichtung des Ringraums (selbstdichtender Effekt).
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
    • Zeichnungen
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils;
    Fig. 2
    eine vergrößerte Detailansicht gemäß II in Fig. 1;
    Fig. 3
    ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils in einer Darstellung analog zu Fig. 2; und
    Fig. 4
    ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils in einer Darstellung analog zu Fig. 2.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Das in Fig. 1 gezeigte Ventil 1 dient zur Steuerung eines Einspritzventils (Injektor) einer Brennkraftmaschine und weist einen Ringraum 2 auf, der über eine Kraftstoffleitung 3 an einen nicht gezeigten Kraftstoff-Hochdruckspeicher (CommonRail) angeschlossen ist.
  • Der hochdruckseitige Ringraum 2 ist in einer gestuften Bohrung 4 des Ventilgehäuses 5 durch ein zylindrisches, metallisches Ventilstück 6 gebildet, welches mit einem Flansch 7 auf einem ersten, in Fig.1 oberen Ringabsatz 8 der Bohrung 4 dichtend aufliegt und - davon nach unten axial beabstandet - durch einen Hochdruck-Dichtring (O-Ring) 9 gegenüber dem Ventilgehäuse 5 abgedichtet ist. Durch eine Ventilspannschraube (nicht gezeigt) ist der Flansch 7 gegen den oberen Ringabsatz 8 gedrückt. Der Dichtring 9 hat einen trapezförmigen Querschnitt und ist zwischen einem angeschrägten Ringabsatz 10 des Ventilstücks 6 und einem unteren, konischen Ringabsatz 11 der Bohrung 4 eingepresst, d.h. mit Vorspannung eingespannt. Schon aufgrund dieser Vorspannung dichtet der Dichtring 9 im eingespannten Zustand den Ringraum 2 sofort ab.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt, liegt der Dichtring 9 mit seinen beiden Dichtflanken an den Ringabsätzen 10, 11 parallel an und hat, da im gezeigten Ausführungsbeispiel der angeschrägte Ringabsatz 10 und der konische Ringabsatzes 11 unter dem gleichen Winkel α zur Längsachse verlaufen, im Querschnitt die Form eines symmetrischen Trapezes. Der Außendurchmesser d des Dichtrings 9 ist kleiner als der Bohrungsdurchmesser D, so dass der im Ringraum 2 herrschende Hochdruck (Raildruck) den Dichtring 9 radial nach innen an die Ringabsätze 10, 11 presst. Je höher der Raildruck, desto größer ist die Anpresskraft und folglich die Abdichtung des Ringraums 2 (selbstdichtender Effekt). Mit anderen Worten wird durch den im Ringraum 2 herrschenden Betriebsdruck die Anpresskraft erzeugt, die den Dichtring 9 an die Ringabsatz 10, 11 presst und für die Abdichtung des Ringraum2 sorgt.
  • Das obere Ende eines kolbenförmigen Ventil- oder Stellglieds 12 des Einspritzventils ist in einer Führungsbohrung 13 des Ventilstückes 6 verschiebbar geführt und begrenzt im Ventilstück 6 einen Steuerraum 14. Der Steuerraum 14 ist über eine Zulaufdrossel 15 mit dem Ringraum 2 verbunden und mündet über eine Ablaufdrossel 16 in eine Ventilsitzöffnung eines konischen Ventilsitzes 17, der auf der dem Ventil- oder Stellglied 12 abgewandten oberen Stirnseite des Ventilstücks 6 zum Zusammenwirken mit einem Ventilschließglied 18 vorgesehen ist.
  • In der nicht gezeigten geschlossenen Ventilstellung, in der das Ventilschließglied 18 am Ventilsitz 17 anliegt und somit die Ventilsitzöffnung verschließt, ist der Steuerraum 14 mit Raildruck beaufschlagt und dadurch das Ventil- oder Stellglied 12 des Einspritzventils in seine untere Stellung verschoben. In der gezeigten geöffneten Ventilstellung ist das Ventilschließglied 18 vom Ventilsitz 17 abgehoben und die Ventilsitzöffnung freigegeben, wodurch der Steuerraum 14 druckentlastet wird und das Ventil- oder Stellglied 12 in seine obere Stellung verschoben ist.
  • Von Fig. 2 unterscheidet sich das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel allein dadurch, dass die beiden Dichtflanken des trapezförmigen Dichtrings 9' nicht parallel zu den unter dem Winkel α zur Längsachse verlaufenden Ringabsätzen 10, 11, sondern unter einem steileren Winkel β zur Längsachse verlaufen.
  • Von Fig. 2 unterscheidet sich das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel allein dadurch, dass der Dichtring 9" im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist und mit zwei Dichtkanten an den Ringabsätzen 10, 11 anliegt.

Claims (10)

  1. Ventil (1) zur Steuerung eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilstück (6), das in einer gestuften Bohrung (4) des Ventilgehäuses (5) unter Ausbildung eines hochdruckseitigen Ringraums (2) angeordnet ist, welcher gegenüber dem Ventilgehäuse (5) durch dichtende Anlage des Ventilstücks (6) an einem ersten Ringabsatz (8) der Bohrung (4) und davon axial beabstandet durch einen Dichtring (9; 9'; 9") abgedichtet ist, der mit seiner einen axialen Dichtflanke bzw. -kante an einem zweiten Ringabsatz (11) der Bohrung (4) anliegt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Dichtring (9; 9'; 9") mit seiner anderen axialen Dichtflanke bzw. -kante an einem Ringabsatz (10) des Ventilstücks (6) anliegt.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (9; 9'; 9") zwischen dem Ringabsatz (10) des Ventilstücks (6) und dem zweiten Ringabsatz (11) der Bohrung (4) mit Vorspannung eingespannt ist.
  3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringabsatz (10) des Ventilstücks (6) angeschrägt und der zweite Ringabsatz (11) der Bohrung (4) konisch ist.
  4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (9; 9') im Querschnitt trapezförmig ist.
  5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden axialen Dichtflanken des Dichtrings (9) jeweils etwa parallel zum angeschrägten Ringabsatz (10) und zum konischen Ringabsatz (11) verlaufen.
  6. Ventil nach Anspruch 4 in Kombination mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden axialen Dichtflanken des Dichtrings (9') unter einem steileren Winkel (β) zur axialen Längsachse des Ventilgehäuses (5) bzw. des Ventilstücks (6) verlaufen als die Ringabsätze (10, 11).
  7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (9") im Querschnitt etwa rechteckförmig ist.
  8. Ventil nach einem der Ansprüche 3 bis 7 wobei die Ansprüche 4 und 7 jeweils auf Anspruch 3 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der angeschrägte Ringabsatz (10) und der konische Ringabsatz (11) unter etwa dem gleichen Winkel (α) zur axialen Längsachse des Ventilgehäuses (5) bzw. des Ventilstücks (6) verlaufen.
  9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (d) des Dichtrings (9; 9'; 9") kleiner als der Bohrungsdurchmesser (D) des Ringraums (2) ist.
  10. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerraum (14) in einer Führungsbohrung (13) des Ventilstücks (6) durch ein darin verschiebbar geführtes Ventil- oder Stellglied (12) des Einspritzventils begrenzt ist, wobei der Steuerraum (14) über eine Zulaufdrossel (15) mit dem hochdruckseitigen Ringraum (2) verbunden ist und über eine Ablaufdrossel (16) in eine Ventilsitzöffnung eines Ventilsitzes (17) mündet, der auf der dem Ventil- oder Stellglied (12) abgewandten Stirnseite des Ventilstücks (6) zum Zusammenwirken mit einem beweglichen Ventilschließglied (18) vorgesehen ist
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