EP1017938B1 - Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP1017938B1
EP1017938B1 EP98966195A EP98966195A EP1017938B1 EP 1017938 B1 EP1017938 B1 EP 1017938B1 EP 98966195 A EP98966195 A EP 98966195A EP 98966195 A EP98966195 A EP 98966195A EP 1017938 B1 EP1017938 B1 EP 1017938B1
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EP
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holding body
injection valve
fuel injection
fuel
peripheral wall
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EP98966195A
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EP1017938A1 (de
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Walter Kulovits
Juergen Gottschling
Werner Teschner
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • 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
    • F02M55/005—Joints; Sealings for high pressure conduits, e.g. connected to pump outlet or to injector inlet
    • 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
    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • 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
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve for Internal combustion engines according to the preamble of claim 1 out.
  • a fuel injection valve for Internal combustion engines according to the preamble of claim 1 out.
  • DE-Gbm.92 06 268.7 known fuel injector is at one in the Housing of the internal combustion engine to be supplied Holding body by means of a valve body of the injection valve axially fixed by a clamping nut.
  • the valve body faces at least one into the combustion chamber at its free end of the internal combustion engine protruding injection opening on one running in the valve body and in the holding body Adjacent fuel inlet channel and by means of a movable Valve member within the valve body with this is connectable.
  • the fuel inlet channel is in the holding body thereby by one to the lower one, facing the valve body End face of the holding body opening axial longitudinal bore and a radial cross hole intersecting this, the inlet opening of the transverse bore on the radial Circumferential wall surface of the holding body a lateral Pressure connection for one from a high pressure fuel pump Laxative fuel supply line forms.
  • Laxative fuel supply line lies on the one formed at the inlet opening of the transverse bore side pressure connection to a pressure port on the external fuel supply line with the holding body combines.
  • This pressure port is in tension screws Axial direction and radially to the axis of the holding body against this clamped, the holding body these clamping forces must completely absorb.
  • the known fuel injection valve has the disadvantage that very high static stresses occur in the area of the intersection of the holes between the vertical longitudinal bore and the horizontal transverse bore of the fuel channel within the holding body due to the clamping forces of the pressure port to be absorbed. With these static loads, it is of great importance whether they cause compressive or tensile stresses in the holding body, with the known fuel injection valve the force introduction axis only forming a line on the circumferential wall and thus producing very large tensile stresses in the area of the intersection of the bores, which thus the permissible pressure threshold in reduce this area.
  • the high static stresses which occur in particular as tangential tensile stresses in the area of the intersection of the bores, lead to long-term breaks in the area of the bore intersection at very high operating loads on the fuel injection valve, in particular at high fuel pressures of over 1800 bar, and thus to a failure of the fuel injection valves in question, so that these are not suitable for use on injection systems working with very high fuel injection pressures.
  • the risk of component failure on the holding body is further exacerbated by vibrational stress, for example by a pulsating internal pressure in the fuel channel in cooperation with the high internal fuel pressure within the fuel channel and the static preload in the holding body.
  • the fuel injector according to the invention for Internal combustion engines with the characteristic features of the Claim 1 has the advantage that a Line pressure as in the known holding body avoided can be and compared to the intersection of the holes Fuel inlet channel in the holding body two line contacts on the opposite side of the pressure port radial peripheral wall surface of the holding body laterally offset to intersect the holes. there this is advantageously done by providing a Deformation of the peripheral surface of the holding body on its lateral pressure connection opposite radial Peripheral wall portion. This way, within the Deformation and stress range in the amount of Hole intersection to widen the hole counteracting voltage torque generated. This Stress torque is derived from the resulting Forces formed on the holding body, the clamping force of the Counteract the pressure port on the side pressure connection.
  • the side pressure connection on the holding body opposite indentation is preferably as Material removal from the radial peripheral wall of the holding body trained, but it is alternatively also possible to be included in the original shaping of the holding body.
  • the removal of material from the indentation on the holding body is involved preferably designed as a bevel, the between the surface grinding and the rest of the radial Circumferential wall region of the holding body formed Transition edges outside the force transmission axis on lateral pressure connection.
  • the lateral pressure connection on the holding body can as in Embodiment shown, perpendicular to the axis of the Holding body may be arranged, however, is also alternative an inclined arrangement possible. Furthermore, in Embodiment shown a surface grinding and described, the indentations on the circumference of the holding body can alternatively also other forms, for example have spherical or curved surfaces.
  • Fuel injection valve for internal combustion engines is in of the drawing and is shown in the following Description approaching explained.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a Holding body of the fuel injector according to the invention and FIG. 2 shows a cross section of the holding body of the figure 1 along lines II.
  • Fuel injection valve is essential to the invention Representation of a holding body 1 of the Fuel injector limited.
  • This holding body 1 has a cylindrical basic shape, on the upper axial end face 3 in a manner not shown Tension screw or claw that attacks the holding body 1 with its lower end face 5 axially against one shown valve body clamped.
  • Fuel inlet channel 7 is provided, which consists of one of the lower end face 5 outgoing axial longitudinal bore 9 and one of these intersecting radial transverse bore 11 is formed is.
  • the inlet opening forms the radial one Cross bore 11 on the radial peripheral wall surface of the Holding body 1 has a lateral pressure connection 13.
  • This lateral pressure connection 13 has an outward directional conical cross-sectional expansion of the radial Cross bore 11 into which a pressure connection sleeve 15th is used, whose conical inside diameter as Recording area for a pressure port one Fuel supply line is used by a non High-pressure fuel pump shown starting at the lateral pressure connection 13 of the holding body 1 opens and it is supplied with high pressure fuel.
  • a valve spring of the Fuel injector is used and one Leakage hole 19 leads away.
  • the counterforce F counteracting the clamping force 23 is now divided into two force components running at right angles to one another, of which a force component F y runs perpendicular to the force introduction axis 23 and a force component F x in the direction of the force introduction axis 23 and its clamping force.
  • a resulting force component F res arises at the transition edges 25. a, which points in the direction of the longitudinal bore 9 in the holding body 1 and thus generates an advantageous compressive stress component in the holding body 1, which counteracts a possible widening of the longitudinal bore 9 or transverse bore 11 due to the high internal fuel pressure.

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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 dem DE-Gbm.92 06 268.7 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist an einem in das Gehäuse der zu versorgenden Brennkraftmaschine eingesetzten Haltekörper ein Ventilkörper des Einspritzventils mittels einer Spannmutter axial befestigt. Der Ventilkörper weist dabei an seinem freien Ende wenigstens eine in den Brennraum der Brennkraftmaschine ragende Einspritzöffnung auf, die an einen im Ventilkörper und im Haltekörper verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal angrenzt und mittels eines beweglichen Ventilgliedes innerhalb des Ventilkörpers mit diesem verbindbar ist. Der Kraftstoffzulaufkanal im Haltekörper ist dabei durch eine an die untere, dem Ventilkörper zugewandte Stirnfläche des Haltekörpers mündende axiale Längsbohrung und eine, diese schneidende radiale Querbohrung gebildet, wobei die Eintrittsöffnung der Querbohrung an der radialen Umfangswandfläche des Haltekörpers einen seitlichen Druckanschluß für eine von einer Kraftstoffhochdruckpumpe abführende Kraftstoffzuführungsleitung bildet. Dabei liegt an dem an der Eintrittsöffnung der Querbohrung gebildeten seitlichen Druckanschluß ein Druckstutzen an, der die externe Kraftstoffzuführungsleitung mit dem Haltekörper verbindet. Dieser Druckstutzen wird über Spannschrauben in Achsrichtung und radial zur Achse des Haltekörpers gegen diesen verspannt, wobei der Haltekörper diese Einspannkräfte vollständig aufnehmen muß.
Dabei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil den Nachteil auf, daß aufgrund der aufzunehmenden Einspannkräfte des Druckstutzens am seitlichen Druckanschluß sehr hohe statische Spannungen im Bereich der Bohrungsverschneidung zwischen der senkrechten Längsbohrung und der waagerechten Querbohrung des Kraftstoffkanals innerhalb des Haltekörpers auftreten. Bei diesen statischen Belastungen ist es von großer Bedeutung ob sie Druck- oder Zugspannungen im Haltekörper verursachen, wobei bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil die Krafteinleitungsachse nur eine Linie an der Umfangswand bildet und so sehr große Zugspannungen im Bereich der Bohrungsverschneidung erzeugt, die so den zulässigen Druckschwellwert in diesem Bereich verringern.
Die hohen statischen Spannungen, die insbesondere als tangentiale Zugverspannungen im Bereich der genannten Bohrungsverschneidung auftreten, führen dabei bei sehr hohen Betriebsbelastungen des Kraftstoffeinspritzventils, insbesondere bei Kraftstoffhochdrücken von über 1800bar zu Dauerbrüchen im Bereich der Bohrungsverschneidung und somit zu einem Ausfall der betreffenden Kraftstoffeinspritzventile, so daß diese für einen Einsatz an mit sehr hohen Kraftstoffeinspritzdrücken arbeitenden Einspritzsystemen nicht geeignet sind.
Dabei wird die Gefahr eines Bauteilversagens am Haltekörper durch eine Schwingbeanspruchung, z.B. durch einen pulsierenden Innendruck im Kraftstoffkanal im Zusammenwirken mit dem hohen Kraftstoffinnendruck innerhalb des Kraftstoffkanals und der statischen Vorspannung im Haltekörper weiter verstärkt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Linienpressung wie beim bekannten Haltekörper vermieden werden kann und gegenüber der Bohrungsverschneidung des Kraftstoffzulaufkanals im Haltekörper zwei Linienberührungen an der dem seitlichen Druckstutzen gegenüberliegenden radialen Umfangswandfläche des Haltekörpers seitlich versetzt zur Bohrungsverschneidung gebildet werden. Dabei erfolgt dies in vorteilhafter Weise durch das Vorsehen einer Einformung der Umfangsfläche des Haltekörpers an seinem dem seitlichen Druckanschluß gegenüberliegenden radialen Umfangswandbereich. Auf diese Weise wird innerhalb des Verformungs- und Spannungsbereiches in Höhe der Bohrungsverschneidung ein dem Aufweiten der Bohrung entgegenwirkendes Spannungsdrehmoment erzeugt. Dieses Spannungsdrehmoment wird dabei aus den resultierenden Kräften am Haltekörper gebildet, die der Einspannkraft des Druckstutzens am seitlichen Druckanschluß entgegenwirken. Dabei entsteht nunmehr zusätzlich zu dem der axialen Einspannkraft auf einer Achse entgegenwirkenden Gegenkraft eine rechtwinklig zu dieser verlaufende Kraftkomponente, so daß die beschriebenen, der Aufweitung der Kraftstoffzulaufkanalbohrung entgegenwirkenden Spannungsmomente erzeugt werden. Auf diese Weise lassen sich geringere Verformungen und somit geringere Zugspannung innerhalb des Ventilkörpers erreichen, so daß das Verspannen des Druckstutzens am seitlichen Druckanschluß die Eigenspannungen, insbesondere die Zugspannungen des Haltekörpers nicht mehr in unzulässiger Weise erhöhen. Dabei führt diese Verringerung der Eigenspannungen im Haltekörper zu einer höheren Festigkeit und somit einer höheren Lebensdauer des Haltekörpers des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils auch bei Betriebsdrücken von bis zu 2000 bar und wechselnder Schwingbeanspruchung.
Die dem seitlichen Druckanschluß am Haltekörper gegenüberliegende Einformung ist dabei vorzugsweise als Materialabtrag von der radialen Umfangswand des Haltekörpers ausgebildet, es ist jedoch alternativ auch möglich diese bereits beim Urformen des Haltekörpers mit einzuarbeiten. Der Materialabtrag der Einformung am Haltekörper ist dabei vorzugsweise als Flächenanschliff ausgebildet, wobei die zwischen dem Flächenanschliff und dem übrigen radialen Umfangswandbereich des Haltekörpers gebildeten Übergangskanten außerhalb der Krafteinleitungsachse am seitlichen Druckanschluß liegen. Bei dieser Verlagerung der Anlagelinie an der radialen Umfangswand auf zwei seitlich Anlagelinien wird das Material des Haltekörpers durch das beschriebene Spannungsmoment nach innen verdrängt und es entstehen geringere Zugspannungen bzw. es entstehen nunmehr Druckspannungen im Bereich der Bohrungsverschneidung, die deren Aufweitung entgegenwirken. Dies wirkt sich besonders bei hochfesten Werkstoffen mit einer hohen Mittelspannungsempfindlichkeit (zum Beispiel 42CRMO4PB) zum Vorteil aus.
Der seitliche Druckanschluß am Haltekörper kann dabei wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, rechtwinklig zur Achse des Haltekörpers angeordnet sein, alternativ ist jedoch auch eine geneigte Anordnung möglich. Desweiteren ist im Ausführungsbeispiel ein Flächenanschliff gezeigt und beschrieben, die Einformungen am Umfang des Haltekörpers können alternativ jedoch auch andere Formen, zum Beispiel ballige oder gewölbte Flächen aufweisen.
Es ist somit mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil möglich, die Festigkeit des Haltekörpers gegenüber Schwingbeanspruchungen und statischen Belastungen erheblich zu erhöhen, ohne dabei den ursprünglichen Bauraum des Kraftstoffeinspritzventils zu vergrößern.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung nähert erläutert.
Es zeigen die Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Haltekörper des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils und die Figur 2 einen Querschnitt des Haltekörpers der Figur 1 entlang der Linien II.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Darstellung des in den Figuren 1 und in einem Ausschnitt aus dieser in der Figur 2 dargestellten erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspriztventils ist auf die erfindungswesentliche Darstellung eines Haltekörpers 1 des Kraftstoffeinspritzventils beschränkt. Dieser Haltekörper 1 weist eine zylindrische Grundform auf, an dessen oberer axialer Stirnfläche 3 in nicht näher gezeigter Weise eine Spannschraube oder Pratze angreift, die den Haltekörper 1 mit seiner unteren Stirnfläche 5 axial gegen einen nicht gezeigten Ventilkörper verspannt. Zur Kraftstoffzuführung an den nicht gezeigten Ventilkörper ist im Haltekörper 1 ein Kraftstoffzulaufkanal 7 vorgesehen, der aus einer von der unteren Stirnfläche 5 ausgehenden axialen Längsbohrung 9 und einer diese schneidenden radialen Querbohrung 11 gebildet ist. Dabei bildet die Eintrittsöffnung der radialen Querbohrung 11 an der radialen Umfangswandfläche des Haltekörpers 1 einen seitlichen Druckanschluß 13. Dieser seitliche Druckanschluß 13 weist dabei eine nach außen gerichtete konische Querschnittserweiterung der radialen Querbohrung 11 auf, in die eine Druckanschlußhülse 15 eingesetzt ist, deren konischer Innendurchmesser als Aufnahmefläche für einen Druckstutzen einer Kraftstoffzuführungsleitung dient, die von einer nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckpumpe ausgehend an den seitlichen Druckanschluß 13 des Haltekörpers 1 mündet und diesen so mit Kraftstoff hohen Druckes versorgt.
Desweiteren ist von der unteren Stirnfläche 5 des Haltekörpers 1 ausgehend eine zentrale Sackbohrung 17 in den Haltekörper 1 eingebracht, die zur Aufnahme eines Rückstellgliedes, vorzugsweise einer Ventilfeder des Kraftstoffeinspritzventiles dient und von der eine Leckagebohrung 19 abführt.
Zur Verbesserung der Eigenspannungen des Haltekörpers bei der Kraftaufnahme durch das radial zur Haltekörperachse gerichtete Verspannen des Hochdruckleitungsanschlußes am seitlichen Druckanschluß 13 ist die radiale Umfangsfläche des Haltekörpers im dem seitlichen Druckanschluß 13 gegenüberliegenden Wandbereich abgeflacht ausgeführt. Diese in der Figur 2 näher dargestellte Abflachung 21 ist dabei als Flächenanschliff ausgebildet, der im Ausführungsbeispiel rechtwinklig zu einer Krafteinleitungsachse 23 ausgerichtet ist, die den Einspann-Kraftfluß des Hochdruckanschlußes am seitlichen Druckanschluß 13 und dessen Einleitung in den Haltekörper 1 charakterisiert. Dabei entstehen durch den Flächenanschliff 21 an der radialen Umfangswand des Haltekörpers 1 Übergangskanten 25 zur übrigen radialen Umfangswand des Haltekörpers 1, die außerhalb der Krafteinleitungsachse 23 des seitlichen Druckanschlußes 13 verlaufen.
Dabei wird durch diese Verlagerung der Einspannpreß-Linien auf zwei seitlich versetzte Linien das Werkstoffmaterial des Haltekörpers 1 an den Übergangskanten 25 mit einem Spannungsmoment nach innen verdrängt, so daß die Zugspannungen innerhalb des Haltekörpers 1 abgebaut werden können. Zudem entstehen auf diese Weise Druckspannungen im Bereich der Bohrungsverschneidung zwischen der Längsbohrung 9 und der Querbohrung 11 des Kraftstoffzulaufkanals 7, durch die Druckschwellfestigkeit gegenüber einem pulsierenden Innendruck innerhalb des Kraftstoffzulaufkanals 7 erheblich erhöht werden kann. Die der Einspannkraft 23 entgegenwirkende Gegenkraft F teilt sich nunmehr in zwei rechtwinklig zueinander verlaufende Kraftkomponenten, von denen eine Kraftkomponente Fy rechtwinklig zur Krafteinleitungsachse 23 und eine Kraftkomponente Fx in Richtung der Krafteinleitungsachse 23 und dessen Einspannkraft entgegenwirkend verlaufen. Dabei stellt sich wie in der Figur 2 dargestellt an den Übergangskanten 25 jeweils eine resultierende Kraftkomponente Fres. ein, die in Richtung Längsbohrung 9 in den Haltekörper 1 hineinweist und somit eine vorteilhafte Druckspannungskomponente im Haltekörper 1 erzeugt, die einem möglichen Aufweiten der Längsbohrung 9 beziehungsweise Querbohrung 11 infolge des hohen Kraftstoffinnendruckes entgegenwirkt.
Auf diese Weise läßt sich in konstruktiv einfacher Weise die Dauerfestigkeit auch bei sehr hohen Kraftstoffinnendrücken und hohen Einspannkräften am seitlichen Druckanschluß 13 erhöhen, so daß die Dauerhaltbarkeit des gesamten Kraftstoffeinspritzventils verbessert werden kann, ohne dazu einzelne Bauelemente verstärkt ausbilden zu müssen.

Claims (6)

  1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in ein Gehäuse der Brennkraftmaschine einsetzbaren Haltekörper (1), der mit einem in den Brennraum der Brennkraftmaschine ragenden Ventilköper verspannbar ist und in dem ein Kraftstoffzulaufkanal (7) zu einer Einspritzöffnung am Ventilkörper vorgesehen ist, wobei der Kraftstoffzulaufkanal (7) im Haltekörper (1) durch eine Längsbohrung (9) und eine, diese schneidende Querbohrung (11) gebildet ist, deren Eintrittsöffnung an einer radialen Umfangswand des Haltekörpers (1) einen seitlichen Druckanschluß (13) für eine Kraftstoffzuführungsleitung bildet, wobei der Haltekörper (1) im Bereich seiner dem seitlichen Druckanschluß (13) gegenüberliegenden radialen Umfangswandfläche eine radial einwärts gerichtete Einformung (21) aufweist, die Übergangskanten (25) zur übrigen radialen Umfangswand des Haltekörpers (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangskanten (25) außerhalb einer Krafteinleitungsachse (23) des seitlichen Druckanschlusses (13) verlaufen und als Einspannpreß-Linien für den Haltekörper (1) dienen.
  2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einformung (21) als Materialabtrag von der radialen Umfangswand des Haltekörpers (1) ausgebildet ist.
  3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialabtrag als Flächenanschliff ausgebildet ist.
  4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbohrung (11) des Kraftstoffzulaufkanals (7) im Haltekörper (1) rechtwinklig zu dessen Längsachse verläuft.
  5. Kraftstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenanschliff (21) rechtwinklig zur Krafteinleitungsachse (23) des seitlichen Druckanschlußes (13) angeordnet ist.
  6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangskanten (25) zwischen der Einformung (21) und dem übrigen radialen Umfangswandbereich des Haltekörpers (1) achsparallel zur Längsachse des Haltekörpers (1) verlaufen.
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EP1017938A1 EP1017938A1 (de) 2000-07-12
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