DE10306700A1

DE10306700A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10306700A1
Application number: DE2003106700
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2004-08-26
Also published as: WO2004074676A1; EP1597475A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), in dem eine Bohrung (3) ausgebildet ist, an deren brennraumseitigen Ende ein konischer Ventilsitz (7) ausgebildet ist, an den sich brennraumseitig eine Sackbohrung (22) anschließt, von der Sackbohrung (22) wenigstens eine Einspritzöffnung (11) abgeht. In der Sackbohrung (22) ist ein zylindrischer Abschnitt (24) ausgebildet, der sich an den konischen Ventilsitz (7) anschließt. In der Bohrung (3) ist eine Ventilnadel (5) längsverschiebbar geführt, die an ihrem brennraumseitigen Ende eine konische Ventildichtfläche (9) aufweist, mit der die Ventilnadel (5) mit dem konischen Ventilsitz (7) zusammenwirkt. An die konische Ventildichtfläche (9) der Ventilnadel (5) schließt sich brennraumseitig ein zylindrischer Drosselabschnitt (26) an (Figur 2).

Description

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es aus der Offenlegungsschrift DE 198 41 192 A1 bekannt ist. In dieser Schrift ist ein Kraftstoffeinspritzventil gezeigt, das einen Ventilkörper mit einer darin ausgebildeten Bohrung umfasst. Die Bohrung wird an ihrem brennraumseitigen Ende von einem konischen Ventilsitz begrenzt, wobei sich an den konischen Ventilsitz brennraumseitig eine Sackbohrung anschließt, von der wenigstens eine Einspritzöffnung abgeht, die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der Brennkraftmaschine mündet. In der Sackbohrung ist ein zylindrischer Abschnitt ausgebildet, der an den konischen Ventilsitz angrenzt. Eine kolbenförmige Ventilnadel ist in der Bohrung längsverschiebbar angeordnet, die an ihrem brennraumseitigen Ende eine konische Ventildichtfläche aufweist, die mit dem konischen Ventilsitz zur Steuerung des Kraftstoffzuflusses zu der wenigstens einen Einspritzöffnung zusammenwirkt. Die Ventilnadel taucht hierbei auch in den zylindrischen Abschnitt in der Sackbohrung ein.

Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist den Nachteil auf, dass es beim Einlauf des Kraftstoffs in die Sackbohrung zu einer unterschiedlichen Drosselung des Kraftstoffstroms in die Sackbohrung am Übergang des konischen Ventilsitzes der Sackbohrung kommt, je nach Hub der Ventilnadel. Der Ringspalt, der zwischen der konischen Ventildichtfläche und dem zylindrischen Abschnitt der Sackbohrung gebildet wird, vergrößert sich mit dem Hub der Ventilnadel, so dass auch der Kraftstoffstrom, der zwischen der Ventildichtfläche und dem Ventilsitz hindurch in die Sackbohrung strömt, vom Hub der Ventilnadel abhängt. Das hierdurch bewirkte ungleichmäßige Einströmen des Kraftstoffs wirkt sich auf den Druckaufbau in der Sackbohrung nachteilig aus, da sich der genaue Verlauf nur schwer berechnen lässt.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Drosselung des Kraftstoffstroms am Einlauf in die Sackbohrung zumindest an einem Zwischenhubbereich der Ventilnadel unabhängig vom Hub der Ventilnadel ist. Hierzu ist angrenzend an die konische Ventildichtfläche am brennraumseitigen Ende der Ventilnadel ein zylindrischer Drosselabschnitt ausgebildet, der in Schließstellung der Ventilnadel, also wenn die Ventildichtfläche auf dem Ventilsitz aufliegt, in den zylindrischen Abschnitt der Sackbohrung eintaucht. Bei der Hubbewegung der Ventilnadel vom Ventilsitz weg ergibt sich so ein Ringspalt zwischen dem zylindrischen Abschnitt der Sackbohrung und dem zylindrischen Drosselabschnitt der Ventilnadel, der zumindest in einem Zwischenhubbereich der Ventilnadel unabhängig vom Hub der Ventilnadel ist. Dadurch erreicht man ein gleichförmiges Einströmen des Kraftstoffs in die Sackbohrung und einen ebensolchen Druckaufbau in der Sackbohrung.

Durch die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung möglich.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist der zylindrische Drosselabschnitt der Ventilnadel in Schließstellung der Ventilnadel innerhalb des zylindrischen Abschnitts angeordnet und taucht bei maximalem Öffnungshub der Ventilnadel aus dem zylindrischen Abschnitt der Sackbohrung aus. Dadurch erhält man bei Maximalhub der Ventilnadel einen ungedrosselten Kraftstoffstrom in die Sackbohrung.

Als besonders vorteilhaft hat sich eine Höhe des zylindrischen Abschnitts in der Sackbohrung erwiesen, die 0,01 mm bis 0,10 mm beträgt. Bei den üblichen Druckverhältnissen in einem Kraftstoffeinspritzventil, wie es für schnelllaufende, selbstzündende Brennkraftmaschinen verwendet wird, ergibt sich bei einem Einspritzdruck von 100 MPa und mehr bei den normalerweise verwendeten Kraftstoffen eine optimale Drosselung des Kraftstoffstroms.

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil dargestellt. Es zeigt
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil und
2 eine Vergrößerung des mit II bezeichneten Ausschnitts der 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt. Ein Ventilkörper 1 weist eine Bohrung 3 auf, die an ihrem brennraumseitigen Ende von einem konischen Ventilsitz 7 begrenzt wird. Brennraumzugewandt zum konischen Ventilsitz 7 schließt sich an diesen eine Sackbohrung 22 an. Von der Sackbohrung 22 gehen mehrere Einspritzöffnungen 11 ab, die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden. In der Bohrung 3 ist eine kolbenförmige Ventilnadel 5 längsverschiebbar angeordnet, die in einem brennraumabgewandten Abschnitt der Bohrung 3 mit einem Führungsabschnitt 15 dichtend geführt ist. Ausgehend vom Führungsabschnitt 15 verjüngt sich die Ventilnadel 5 unter Bildung einer Druckschulter 13 und geht an ihrem brennraumseitigen Ende in eine konische Ventildichtfläche 9 über. Zwischen der Ventilnadel 5 und der Wand der Bohrung 3 ist ein Druckraum 19 ausgebildet, der auf Höhe der Druckschulter 13 radial erweitert ist. In die radiale Erweiterung des Druckraums 19 mündet ein im Ventilkörper 1 verlaufender Zulaufkanal 25, über den der Druckraum 19 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Die Ventilnadel 5 wird an ihrem brennraumabgewandten Ende von einer Schließkraft beaufschlagt, die von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Vorrichtung ausgeübt wird. Als Vorrichtung kommen beispielsweise eine Feder bzw. ein Federelement oder eine hydraulische Vorrichtung in Frage.
Der Kraftstoffstrom aus dem Druckraum 19 zu den Einspritzöffnungen 11 wird durch die Längsbewegung der Ventilnadel 5 gesteuert. Ist die hydraulische Kraft durch den Druck im Druckraum 19 auf die Druckschulter 13 und auf Teile der Ventildichtfläche 9 größer als die Schließkraft, die auf das brennraumabgewandte Ende der Ventilnadel 5 ausgeübt wird, so bewegt sich die Ventilnadel 5 vom Ventilsitz 7 weg und öffnet so einen Spalt zwischen der Ventildichtfläche 9 und dem Ventilsitz 7. Dadurch kann Kraftstoff aus dem Druckraum 19 in die Sackbohrung 22 strömen und wird von dort durch die Einspritzöffnungen 11 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Durch eine Erhöhung der Schließkraft oder eine Verminderung des hydraulischen Drucks im Druckraum 19 gleitet die Ventilnadel 5 zurück in ihre Schließstellung, d.h. in Anlage der Ventildichtfläche 9 am Ventilsitz 7. Dadurch wird der Kraftstoffstrom vom Druckraum 19 in die Sackbohrung 22 unterbrochen.
In 2 ist eine Vergrößerung des mit II bezeichneten Ausschnitts der 1 im Bereich des Ventilsitzes 7 gezeigt. Die Sackbohrung 22 weist einen zylindrischen Abschnitt 24 auf, der sich direkt an den konischen Ventilsitz 7 anschließt. Die Einspritzöffnungen 11 gehen vom gerundeten Abschnitt der Sackbohrung 22 aus, der sich brennraumzugewandt an den zylindrischen Abschnitt 24 anschließt. Die Ventilnadel 5 weist neben der konischen Ventildichtfläche 9 einen zylindrischen Drosselabschnitt 26 und einen Endabschnitt 28 auf, wobei der zylindrische Drosselabschnitt 26 direkt an die konische Ventildichtfläche 9 grenzt. Der zylindrische Drosselabschnitt 26 ist in Schließstellung der Ventilnadel 5 so angeordnet, dass er bezüglich der Längsachse 4 der Bohrung 3 auf derselben Höhe wie der zylindrische Abschnitt 24 angeordnet ist. Der Endabschnitt 28, der sich an den zylindrischen Drosselabschnitt 26 anschließt, ragt in die Drosselbohrung 22 hinein und vermindert so das Volumen der Sackbohrung 22, was die Kohlenwasserstoffemissionen senkt.
Beim Öffnungshub der Ventilnadel 5, also wenn die Ventilnadel 5 vom Ventilsitz 7 abhebt, strömt Kraftstoff aus dem Druckraum 19 zwischen dem Ventilsitz 7 und der Ventildichtfläche 9 hindurch in die Sackbohrung 22. Durch den zylindrischen Abschnitt 24 und den zylindrischen Drosselabschnitt 26 wird ein Ringspalt gebildet, durch den der Kraftstoff hindurchströmt. Durch die zylindrische Ausprägung der Abschnitte 24, 26 ändert sich der Querschnitt dieses Ringspalts zu Beginn der Öffnungshubbewegung der Ventilnadel 5 nicht, so dass es zu einem gleichmäßig gedrosselten Einströmen von Kraftstoff in die Sackbohrung 22 kommt. Dies vermindert die Umlenkverluste beim Einströmen des Kraftstoffs aus der Sackbohrung 22 in die Einspritzöffnungen 11, solange in der Sackbohrung 22 ein Kraftstoffdruck herrscht, der geringer als der Einspritzdruck im Druckraum 19 ist. Im weiteren Verlauf der Öffnungshubbewegung taucht der zylindrische Drosselabschnitt 26 aus dem zylindrischen Abschnitt 24 aus, so dass jetzt der Kraftstoff ungedrosselt aus dem Druckraum 19 in die Sackbohrung 22 einströmen kann, um möglichst viel Kraftstoff in kurzer Zeit durch die Einspritzöffnungen 11 einzuspritzen.
Besonders vorteilhaft ist eine Höhe h des zylindrischen Abschnitts 24, die 0,01 mm bis 0,10 mm beträgt, vorzugsweise 0,01 mm bis 0,70 mm. Der zylindrische Drosselabschnitt 26 weist eine Höhe H auf, die etwas kleiner als die Höhe h des zylindrischen Abschnitts 24 ausgebildet ist, wobei über die Höhe H des zylindrischen Drosselabschnitts 26 der Zeitpunkt bestimmt werden kann, zu dem die Einströmung von Kraftstoff in die Sackbohrung 22 ungedrosselt erfolgt.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), in dem eine Bohrung (3) ausgebildet ist, an deren brennraumseitigen Ende ein konischer Ventilsitz (7) ausgebildet ist, an den sich brennraumseitig eine Sackbohrung (22) anschließt, wobei in der Sackbohrung (22) ein zylindrischer Abschnitt (24) ausgebildet ist und von der Sackbohrung (22) wenigstens eine Einspritzöffnung (11) abgeht, die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der Brennkraftmaschine mündet, und mit einer Ventilnadel (5), die in der Bohrung (3) längsverschiebbar geführt ist und die an ihrem brennraumseitigen Ende eine konische Ventildichtfläche (9) aufweist, mit der die Ventilnadel (5) mit dem konischen Ventilsitz (7) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die konische Ventildichtfläche (9) der Ventilnadel (5) brennraumseitig ein zylindrischer Drosselabschnitt (26) anschließt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anlage der Ventilnadel (5) am Ventilsitz (7) der zylindrische Abschnitt (24) der Sackbohrung (22) wenigstens annähernd bezüglich der Längsachse (4) der Bohrung (3) auf derselben Höhe wie der zylindrische Drosselabschnitt (26) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Drosselabschnitt (26) der Ventilnadel (5) bei maximalem Hub der Ventilnadel (5) aus dem zylindrischen Abschnitt (24) der Sackbohrung (22) austaucht.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) des zylindrischen Abschnitts (24) der Sackbohrung (22) 0,01 mm bis 0,10 mm beträgt.