Titel

Kraftstoffeinspritzvorrichtung Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Steuerventil, das ein Ventilstück umfasst, das ein zentrales Durchgangsloch mit einer Drossel- stelle aufweist und mit Hilfe einer Ventilspannschraube gegen einen Gehäusekörper verspannt ist.

Ein derartiges Kraftstoffeinspritzventil ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 047 152 A1 bekannt. Mit zunehmenden Drücken wird es immer schwieriger, die einzelnen Bauteile der Kraftstoffeinspritzvorrichtung hochdruckfest zu gestalten. Bauteile, die in Bezug auf die Festigkeit heute noch unkritisch sind, müssen teilweise umgestaltet werden, damit sie die höheren Drücke aushalten. Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem O- berbegriff des Anspruchs 1 in Bezug auf die Festigkeit unter höheren Drücken weiter zu verbessern.

Die Aufgabe ist bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Steuerventil, das ein Ventilstück umfasst, das ein zentrales Durchgangsloch mit einer Drosselstelle aufweist und mit Hilfe einer Ventilspannschraube gegen einen Gehäusekörper verspannt ist, dadurch gelöst, dass das Ventilstück eine Schrägschulter aufweist, an der eine komplementäre Spannschulter der Ventilspannschraube anliegt. Bei herkömmlichen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, wie sie beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 047 152 A1 bekannt sind, erfolgt die Krafteinleitung am Ventilstück über eine Planschulter. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass unter hohen Drücken innerhalb des Ventilstückes elastische Verkippungen auftreten, die zu Zugspannungen im Inneren des Ventilstücks führen können. Diese Zugspannungen wiederum können im schlimmsten Fall zu einem Ausfall im Bereich der Drosselstelle führen. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Ventilstücks mit der Schrägschulter, die mit der Spannschulter der Ventilspannschraube zusammenwirkt, können die uner- wünschten Zugspannungen im Inneren des Ventilstücks eliminiert oder deutlich reduziert werden. Diese unerwartete Wirkung der Schrägschulter an dem Ventilstück wird durch die europäischen Patentanmeldungen EP 0 569 727 A1 und EP 0 890 734 A2 weder vorweggenommen noch nahe gelegt. Die europäische Patentanmeldung EP 0 890 734 A2 offenbart ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ringabsatz, der auf seiner einer Ringschulter zugewandten Seite derart gekrümmt ausgebildet ist, dass sich in einem vorgegebenen Abstand von einer Ventilgliedachse ein ringförmig umlaufender Auflagepunkt ergibt, an dem die konische Ringschulter im montierten Zustand anliegt. Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 569 727 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einem Rohr- stutzen bekannt, der an einem auslaufseitigen Ende einen balligen Kegel und im mittleren Bereich eine ballige Schulter aufweist, gegen die eine hohle Überwurfschraube drückt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist da- durch gekennzeichnet, dass die Schrägschulter als Abfasung radial außen an einem brennraumfernen Ende des Ventilstücks ausgeführt ist. An einem brenn- raumnahen Ende weist das Ventilstück eine plane Stirnfläche auf, mit der das Ventilstück an dem Gehäusekörper der Kraftstoffeinspritzvorrichtung anliegt. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägschulter einen Schrägungswinkel von 15 bis 70 Grad zu einer Querebene einschließt, die senkrecht zu einer Längsachse der Kraftstoffeinspritzvorrichtung angeordnet ist. Der Schrägungswinkel beträgt besonders bevorzugt 15 bis 45 Grad. Im Rahmen der vorliegen- den Erfindung hat sich ein Schrägungswinkel von etwa 30 Grad als besonders vorteilhaft erwiesen. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilspannschraube ein Außengewinde aufweist, mit dem die Ventilspannschraube in ein Gehäuse der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingeschraubt ist. Beim Einschrauben der Ventilspannschraube in das Gehäuse werden über die Spannschulter neben axialen Vorspannkräften auch radiale Kräfte übertragen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägschulter in der Nähe der Drosselstelle angeordnet ist. Die Schrägschulter ist an dem Ventilstück vorzugsweise radial außerhalb der Drosselstelle angeordnet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 eine geschnittene Teilansicht einer herkömmlichen Kraftstoffeinspritzvorrichtung und

Figur 2 eine vereinfachte Darstellung eines vergrößerten Ausschnitts eines Ventilstücks mit einer Ventilspannschraube aus Figur 1 .

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Figur 1 ist ein Ausschnitt einer als Common-Rail-Injektor ausgebildeten Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 , die auch als Injektor bezeichnet wird, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Eine Hochdruckpumpe 2 fördert Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 3 in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4. In diesem ist Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, unter hohem Druck, von in diesem Ausführungsbeispiel etwa 2000 bar, gespeichert. An den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 4 ist der Injektor 1 neben anderen, nicht gezeigten, Injektoren über eine Versorgungsleitung 5 an- geschlossen. Die Versorgungsleitung 5 mündet in einen Druckraum 6 des Injektors 1 und strömt von dort aus bei einem Einspritzvorgang unmittelbar in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Der Injektor 1 ist über einen Injektorrücklau- fanschluss 7 an eine Rücklaufleitung 8 angeschlossen, die zum Vorratsbehälter 3 führt. Durch die Rücklaufleitung 8 kann eine später noch zu erläuternde Steuermenge an Kraftstoff von dem Injektor 1 zu dem Vorratsbehälter 3 abfließen und von dort aus dem Hochdruckkreislauf wieder zugeführt werden.

Innerhalb eines Gehäuseteils oder Gehäusekörpers 9 ist ein in diesem Ausfüh- rungsbeispiel einstückiges Einspritzventilelement 10, das auch mehrteilig ausgeführt sein kann, in axialer Richtung verstellbar. Dabei ist das Einspritzventilelement 10 innerhalb eines nicht gezeigten, mit dem Gehäuseteil 9 verspannten Düsenkörpers an seinem Außenumfang geführt. Dieser nicht gezeigte Düsenkörper ist bevorzugt mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Überwurfmutter mit dem Gehäuseteil 9 verspannt.

Das Einspritzventilelement 10 weist an seiner nicht gezeigten (unteren) Spitze eine Schließfläche auf, mit welcher das Einspritzventilelement 10 in eine dichte Anlage an einen innerhalb des Düsenkörpers ausgebildeten Einspritzventilele- mentsitz (nicht gezeigt) bringbar ist.

Wenn das Einspritzventilelement 10 an seinem Einspritzventilelementsitz anliegt, das heißt sich einer Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus einer ebenfalls nicht gezeigten Düsenlochanordnung innerhalb des Düsenkörpers ge- sperrt. Ist es dagegen von seinem Einspritzventilelementsitz abgehoben, kann

Kraftstoff aus dem Druckraum 6 an dem Einspritzventilelementsitz vorbei zur Düsenlochanordnung strömen und dort, im Wesentlichen unter dem Hochdruck stehend, in den Brennraum gespritzt werden. Von einem in der Zeichnungsebene oberen Abschnitt 1 1 des Einspritzventilelements 10 und einem in der Zeichnungsebene unteren, hülsenförmigen Abschnitt 12 eines Ventilkörpers 13, der auch als Ventilstück bezeichnet wird, wird eine Steuerkammer 14 begrenzt, die über eine radial in dem hülsenförmigen Abschnitt 12 des Ventilkörpers 13 verlaufende Zulaufdrossel 15 mit unter Hochdruck ste- hendem Kraftstoff aus dem Druckraum 6 versorgt wird. Der hülsenförmige Abschnitt 12 mit darin eingeschlossener Steuerkammer 14 ist radial außen von un- ter Hochdruck stehendem Kraftstoff umschlossen, so dass ein ringförmiger Führungsspalt 16 radial zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt 12 und dem Einspritzventilelement 10 vergleichsweise kraftstoffdicht ist. Die Steuerkammer 14 ist über einen, in dem Ventilkörper 13 angeordneten Ablaufkanal 17 mit Ablaufdrossel 18 hydraulisch mit einer Ventilkammer 19 verbunden, die radial außen von einer in axialer Richtung verstellbaren Ventilhülse 20 eines im geschlossenen Zustand in axialer Richtung druckausgeglichenen Steuerventils 21 begrenzt ist. Die axiale Druckausgeglichenheit des Steuerventils 21 wird dadurch erreicht, dass der innere Führungsdurchmesser D-ι der Ventilhülse

20 zumindest näherungsweise dem Durchmesser D ₂ einer ringförmigen Dichtlinie entspricht, mittels der die Ventilhülse 20 im geschlossenen Zustand an einem Steuerventilsitz 22 anliegt, der an dem Ventilkörper 13 ausgebildet ist. Aus der Ventilkammer 19 kann dann Kraftstoff in einen Niederdruckbereich 23 des Injektors 1 und von dort aus zum Injektorrücklaufanschluss 7 strömen, wenn die Ventilhülse 20, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit einer Ankerplatte 24 ausgebildet ist, von ihrem an dem Ventilkörper 20 ausgebildeten Steuerventilsitz 22 abgehoben ist, das heißt das Steuerventil 21 geöffnet ist. Zum Verstellen der Ventilhülse 20 in der Zeichnungsebene nach oben ist eine Elektromagnetanordnung 25 vorgesehen, die einen Elektromagneten 26 aufweist, der in einem Haltekörper 27 gehalten ist. Der Elektromagnet 26 wirkt mit der Ankerplatte 24 zusammen, die in einem Ankerraum 28 angeordnet ist, wobei der Ankerraum 28 über ein Ringelement 29 von einem in axialer Richtung benachbart zu dem Ankerraum 28 angeordneten Ringraum 30, der die Ventilhülse 20 in einem in der Zeichnungsebene unteren Abschnitt radial außen umschließt, getrennt ist. Durch die einstückige Ausbildung von Ankerplatte 24 und Ventilhülse 20 oder alternativ durch eine feste Verbindung zwischen der Ankerplatte 24 und der Ventilhülse 20, hebt die Ventilhülse 20 bei Bestromung der Elektromagnet- anordnung25 von ihrem an dem Ventilkörper 13 angeordneten, in diesem Ausführungsbeispiel als Flachsitz ausgebildeten, Steuerventilsitz 22 ab. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 15 und der Ablaufdrossel 18 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 24 ein Nettoabfluss von Kraftstoff aus der Steuerkammer 14 über die Ventilkammer 19 in den Nie- derdruckbereich 23, genauer in den Ringraum 30, des Injektors 1 und von dort aus zum Injektorrücklaufanschluss 7 und durch die Rücklaufleitung 8 in den Vor- ratsbehälter 3 strömt. Hierdurch sinkt der Druck in der Steuerkammer 14 rapide ab, wodurch das Einspritzventilelement 10 von seinem Einspritzventilelementsitz abhebt, so dass in der Folge Kraftstoff aus dem Druckraum 6 durch die Düsen- Iochanordnung in den Brennraum ausströmen kann.

Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung der Elektromagnetanordnung 25 unterbrochen, wodurch die Ventilhülse 20 mittels einer sich an der Ankerplatte 24 abstützenden Steuerschließfeder 31 , die größtenteils innerhalb eines, zentral innerhalb der Elektromagnetanordnung 25 angeordneten, Feder- raums 32 aufgenommen ist, in der Zeichnungsebene nach unten auf ihrem Steuerventilsitz 22 verstellt wird. Der durch die Zulaufdrossel 15 in die Steuerkammer 14 nachströmende Kraftstoff sorgt für einen schnellen Druckanstieg in der Steuerkammer 14 und damit für eine auf das Einspritzventilelement wirkende

Schließkraft. Die daraus resultierende Schließbewegung des Einspritzventilele- ments 10 wird von einer nicht gezeigten Schließfeder unterstützt, die sich eine- nends an einem Umfangsbund des Einspritzventilelements 10 und anderenends an einer unteren, nicht gezeigten Stirnseite des Ventilkörpers 13 abstützt.

Die in Figur 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 hat eine Längsachse 101 , entlang der das Einspritzventilelement 10 hin und her bewegbar ist. Der auch als Ventilstück bezeichnete Ventilkörper 13 ist mit Hilfe einer Ventilspannschraube 40 gegen den Gehäusekörper 9 verspannt. Der Ablaufkanal 17 mit der Ablaufdrossel 18 stellt ein zentrales Durchgangsloch dar, das entlang der Längsachse 101 verläuft.

In Figur 2 ist eine Ventilspannschraube 102 ausschnittsweise und im Halbschnitt mit einem Ventilstück 104 stark vereinfacht dargestellt. Das Ventilstück 104 weist ein zentrales Durchgangsloch 105 auf, das dem Ablaufkanal 17 mit der Ablaufdrossel 18 in Figur 1 entspricht. Das zentrale Durchgangsloch 105 weist eine Drosselstelle 106 auf. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist an dem Ventilstück 104 in der Nähe der Drosselstelle 106 eine Schrägschulter 108 ausgebildet, an der eine Spannschulter 109 der Ventilspannschraube 102 unter Spannung anliegt. Durch die mit der Spannschulter 109 zusammenwirkende Schrägschulter 108 am Ventilstück 104 können unerwünschte Zugspannungen im Inneren des Ventilstücks 104, insbesondere an der Drosselstelle 106 eliminiert werden.