EP0730090A2

EP0730090A2 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP0730090A2
Application number: EP95115298A
Authority: EP
Inventors: Erguen Dipl.-Ing. Filiz (Fh); Friedrich Dipl.-Ing. Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 1996-09-04
Also published as: US5875973A; DE19507171C1; JPH08247001A; EP0730090A3

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem in einer Bohrung (3) eines Ventilkörpers (1) axial verschiebbar geführten Ventilglied (5), das an seinem brennraumseitigen Ende eine konische Ventildichtfläche (7) aufweist, mit der es mit einer konischen Ventilsitzfläche (9) am brennraumseitigen Ende der Bohrung (3) zusammenwirkt, an die sich brennraumseitig ein Sackloch (21) oder ein kegelförmiger Bereich anschließt, mit einem an den Ventilsitz (9) mündenden Druckraum (15) zwischen dem Ventilgliedschaft und der Wand der Bohrung (3) und mit wenigstens einem, von einer stromabwärts des Ventilsitzes (9) liegenden Innenwand des Einspritzventils abführenden Einspritzkanal (23). Zur Formung des Einspritzstrahls sind die Einlaufbereiche des Einspritzkanals (23) gerundet, wobei ein oberer, dem Druckraum (15) zugewandter Einlaufbereich einen großen Radius (RA) und ein unterer, dem Druckraum (15) abgewandter Einlaufbereich einen kleineren Radius (RB) aufweist. Dabei beträgt die Größe des Radius (RA) das 0,75 bis 1,5 -fache und des Radius (RB) das 0,2 bis 1,0- fache des Durchmessers (D) des Einspritzkanals (23) <IMAGE>

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem aus der EP 0 370 659 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein kolbenformiges Ventilglied in einer Bohrung eines Ventilkörpers axial verschiebbar geführt, die brennraumseitig über einen kegelförmigen Bereich in ein Sackloch übergeht. Das Ventilglied weist dabei an seinem unteren, dem Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine zugewandten Ende eine konische Dichtfläche auf, mit der es mit einem konischen Ventilsitz am kegelförmigen Bereich der Bohrung zusammenwirkt. Vom Sackloch oder vom kegelförmigen Bereich der Bohrung im Ventilkörper führt stromabwärts des Ventilsitzes je nach Einspritzventilausgestaltung wenigstens ein Einspritzkanal ab. Zwischen dem Schaft des Ventilgliedes und der Wand der Bohrung ist ein Druckkraum vorgesehen, der über einen durch einen Ringspalt zwischen Ventilglied und Bohrung gebildeten Druckkanal an die Ventilsitzfläche angrenzt. Das Ventilglied weist weiterhin in bekannter Weise eine Druckschulter im Bereich des Druckraumes auf, an der der über eine Druckleitung in den Druckraum strömende Kraftstoffhochdruck angreift und so das Ventilglied entgegen der Kraft einer Rückstellfeder von seinem Ventilsitz abhebt.
Für eine Formung des Einspritzstrahls ist das innenliegende Ende des Einspritzkanals am bekannten Einspritzventil trichterförmig ausgebildet, indem der Übergang zwischen dem Sackloch bzw. kegelförmigen Bereich zum Einspritzkanal mit einem festgelegten Radius gerundet wird, wobei dieser sich im Schnitt durch die Längsachse des Einspritzkanals erstreckende Radius so ausgelegt ist, daß er tangential in eine Einspritzstrahleinschnürung innerhalb des Einspritzkanals übergeht. Dabei bleibt eine Kante zwischen dem gerundeten Teil und dem zylindrischen Teil des Einspritzkanals, sowie zwischen dem verrundeten Teil und der Wand des Sackloches bzw. des kegelförmigen Bereiches bestehen. Dies fördert weiterhin eine Strahleinschnürung, vermindert den Durchflußgrad durch den Einspritzkanal und verringert die Kompaktheit des austretenden Kraftstoffstrahls in nachteiliger Weise.
Weiterhin weist die Form der bekannten Einspritzöffnung den Nachteil auf, daß sie nicht geeignet ist, einen Einspritzstrahl zu formen, der weit genug in den Brennraum hineinreicht um auch entfernte Brennraumbereiche sicher zu erreichen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das kantenlose Abrunden der Einlaufbereiche des Einspritzkanals Verwirbelungen vermieden werden können, so daß sich ein gleichmäßiger Einspritzstrahl bilden kann. Zudem wird durch das starke Abrunden der Einlaufbereiche in Verbindung mit dem Beibehalten eines kleinen Spritzlochdurchmessers der von der Kraftstoffeinspritzpumpe ausgehende starke Strahlimpuls des einzuspritzenden Kraftstoffes nicht durch ein scharfes Umlenken oder Verwirbelungen des Strahls an scharfen Kanten beeinträchtigt, so daß gegenüber der bekannten Lösung ein längerer, gebündelter Einspritzstrahl erzeugt wird, der ein viel tieferes Eindringen in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ermöglicht. Auf diese Weise können auch Brennraumbereiche, die konstruktiv bedingt einen weiten Abstand zur Einspritzstelle aufweisen sicher mit Kraftstoff erreicht werden, was die Qualität des Verbrennungsablaufes erheblich verbessert. Zudem kann die Durchflußmenge bei gleichem Spritzlochquerschnitt erhöht und die Strömung des durchfließenden Kraftstoffes gleichmäßiger geformt werden, was sich ebenfalls positiv auf den Einspritzstrahl auswirkt, da Verluste infolge Verwirbelungen vermieden werden können.
Zudem wird durch das starke Verrunden der Spritzlocheinlaufkanten die Kerbwirkung reduziert, was zu einer Steigerung der Hochdruckfestigkeit im Kuppen-, Sackloch- und Spritzlochbereich auf über 2000 bar führt. Das Runden kann dabei z.B. mechanisch, hydraulisch oder elektrochemisch erfolgen, wobei dieses Bearbeiten zusätzlich zu einer Erhöhung der Kuppenfestigkeit führt, da dadurch die Randoxydation im Hartteil entfernt wird.
Ein besonders günstiger Einspritzstrahlverlauf wird dabei erreicht, wenn der Radius der Rundung im oberen Einlaufbereich das 0,75 bis 1,5 - und der Radius der Rundung im unteren Einlaufbereich das 0,2 bis 1,0 - fache des Spritzlochdurchmessers beträgt.
Eine weitere Verbesserung der oben beschriebenen Einspritzstrahlformung wird erreicht, wenn die, die Länge des Einspritzkanals bestimmende Wandstärke des Ventilkörpers im Bereich des Einspritzkanals zwischen 0,6 und 1,4 mm liegt.
Die beschriebene Maßnahme zur vorteilhaften Formung eines möglichst langen Einspritzstrahls ist dabei sowohl an Einspritzventilen der Sacklochdüsenbauart als an Einspritzventilen der Sitzlochdüsenbauart möglich, wobei die Achse des Einspritzkanals bei Sacklochdüsen vorzugsweise in Richtung Ventilglied aus einer Senkrechten zur Wand des Sacklochs gekippt ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
Es zeigen die Figur 1 einen Schnitt durch das Einspritzventil, die Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel in einem vergrößerten Ausschnitt aus der Figur 1, bei dem das Einspritzventil als Sacklochdüse ausgebildet ist und die Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel analog zur Darstellung der Figur 2, bei dem das Einspritzventil als Sitzlochdüse ausgebildet ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in der Figur 1 mit seinen erfindungswesentlichen Bauteilen dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen weist einen zylindrischen Ventilkörper 1 auf, der mit seinem im Durchmesser verringerten Ende in den Brennraum einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine ragt.
Im Ventilkörper 1 ist eine axiale Bohrung 3 angeordnet, die brennraumseitig über einen kegelförmigen Bereich in ein Sackloch 21 im Ventilkörper 1 übergeht. In dieser Bohrung 3 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 5 axial verschiebbar geführt ist, das an seinem unteren, brennraumseitigen Ende eine konische Dichtfläche 7 aufweist, mit der es mit einer an einem Teil des kegelförmigen Bereiches gebildeten konischen Ventilsitzfläche 9 des Ventilkörpers 1 zusammenwirkt. Das Ventilglied 5 weist an seinem Schaft eine, eine Druckschulter 11 bildende Querschnittserweiterung auf, an die sich in der der Ventildichtfläche 7 abgewandten Richtung ein im Durchmesser vergrößerter Ventilgliedteil anschließt, der dichtend an der Wand der Bohrung 3 geführt ist. Der im Durchmesser kleinere Teil des Ventilgliedschaftes erstreckt sich von der Druckschulter 11 ausgehend bis an die Dichtfläche 7, wobei zwischen der Wand der Bohrung 3 und dem Ventilglied 5 ein, einen Druckkanal 13 bildender Ringspalt verbleibt. Dieser Druckkanal 13 erstreckt sich von einem durch eine Querschnittserweiterung der Bohrung 3 im Bereich der Druckschulter 11 gebildeten Druckraum 15 bis an den Ventilsitz 9, wobei eine mit einer nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckpumpe verbindbare Druckleitung 17 in den Druckraum 15 mündet.
Zur Aufbringung der Schließkraft des Einspritzventils ist zudem eine Rückstellfeder 19 vorgesehen, die auf das dem Brennraum abgewandte Ende des Ventilgliedes 5 wirkt und dieses so mit seiner Ventildichtfläche 7 gegen die Ventilsitzfläche 9 gepreßt hält.
Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist das Kraftstoffeinspritzventil als sogenannte Sacklochdüse ausgebildet. Dazu bildet das geschlossene Ende der Bohrung 3 das Sackloch 21, das sich an die Ventilsitzfläche 9 brennraumseitig anschließt und dessen brennraumseitiges Ende vorzugsweise domförmig ausgebildet ist. Von diesem kugelsegmentförmigen Innenwandteil des Sacklochs 21 führt wenigstens ein Einspritzkanal 23 in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ab, dessen Achse dabei in Richtung Ventilglied 5 aus einer Senkrechten zur Innenwandfläche des Sacklochs 21 gekippt ist, so daß die Wand des im dargestellten Längsschnitt obenliegenden dem Ventilsitz 9 zugewandten Bereichs des Einspritzkanals 23 einen kleineren Winkel zur Innenwand des Sacklochs 21 aufweist als die Wand des untenliegenden dem Ventilsitz 9 abgewandten Bereichs. Die die axiale Erstreckung des Einspritzkanals 23 im Wesentlichen bestimmende Wandstärke des Ventilkörpers 1 im Bereich des Einspritzkanals 23 liegt dabei zwischen 0,6 mm und 1,4 mm.
Zur Verbesserung der Einspritzstrahlformung und für einen möglichst homogenen Strahlverlauf, sind die von der Innenwand des Sacklochs 21 abführenden Einlaufbereiche des Einspritzkanals 23 abgerundet, wobei der Radius RA der Rundung des ventilsitznahen Einlaufbereiches größer als der Radius RB der Rundung des dem Ventilsitz 9 abgewandten Einlaufbereiches ausgebildet ist.
Dabei beträgt der obere Radius RA das 0,75 bis 1,5 - fache und der untere Radius RB das 0,2 bis 1,0 - fache des Durchmessers D des Einspritzkanals 23. Diese, sowohl die Innenwand des Sacklochs 21 als auch die Wände des Einspritzkanals 23 tangierenden Radien ermöglichen ein optimales Einströmen des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffes in den Einspritkanal 23 unter Vermeidung von, die Strahlbildung beeinträchtigenden Verwirbelungen.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil arbeitet in folgender Weise.
Im Schließzustand des Einspritzventils hält die Rückstellfeder 19 das Ventilglied 5, entgegen dem Standdruck des kraftstoffgefüllten Druckraumes 15, mit seiner Dichtfläche 7 in Anlage am Ventilsitz 9.
Für eine Einspritzung am Einspritzventil wird dessen Druckraum 15 über die Druckleitung 17 mit hohem Kraftstoffdruck beaufschlagt, wobei die nunmehr an der Druckschulter 11 angreifende Druckkraft die Kraft der Rückstellfeder 19 übersteigt und das Ventilglied 5 vom Ventilsitz 9 abhebt. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff gelangt dabei über den Druckraum 15 und den Druckkanal 13 zum Ventilsitz 9 und strömt bei abgehobenem Ventilglied 5 an diesem entlang in das Sackloch 21. Im Sackloch 21 der Bohrung 3 strömt der Kraftstoff über die gerundeten Einläufe in den Einspritzkanal 23 und gelangt so zur Einspritzung in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine. Dabei bewirken die mit einem Radius RA,RB versehenen Einlaufbereiche in den Einspritzkanal 23 einen gleichmäßigen und gerichteten Einspritzstrahl. Da dabei der größte Teil der Einspritzmenge, bzw. der die größte Strömungsgeschwindigkeit aufweisende Teil über die obere, dem Ventilsitz 9 nahe Rundung strömt ist deren Radius RA größer als der untere Radius RB.
Am Ende der Einspritzung wird das Ventilglied 5 bei hochdruckentlastetem Druckraum 15 in bekannter Weise von der Rückstellfeder 19 auf den Ventilsitz 9 zurückbewegt.
Das in der Figur 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel lediglich in der Art des Einspritzventils, das dort als sogenannte Sitzlochdüse ausgebildet ist.
Dazu ist das brennraumseitige geschlossene Ende (Sackloch 21) der Bohrung 3 hohlkegelförmig ausgebildet, wobei die Kegelflanken die Ventilsitzfläche 9 bilden, an denen das Ventilglied 5 mit seiner konischen Dichtfläche 7 dichtend zur Anlage kommt. Der Einspritzkanal 23 führt dabei von der Ventilsitzfläche 9 ab, so daß er im geschlossenen Zustand des Einspritzventils von der Dichtfläche 7 des Ventilgliedes 5 überdeckt und somit verschlossen ist. Der Einspritzkanal 23 ist dabei in der Figur 3 senkrecht zur, einen Teil des Sacklochs 21 bildenden Ventilsitzfläche 9 angeordnet und weist analog zum in der Figur 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel gerundete Einlaufbereiche auf, deren obere, dem Druckkanal 13 zugewandte Rundung einen Radius RA und deren untere, dem Druckkanal 13 abgewandte Rundung einen Radius RB aufweist, wobei RA das 0,75 bis 1,5 - fache und RB das 0,2 bis 1,0 - fache des Durchmesser D des Einspritzkanals 23 beträgt. Die Wandstärke des Ventilkörpers 1 im Bereich des Einspritzkanals 23 liegt beim zweiten Ausführungsbeispiel analog zum ersten zwischen 0,6 mm und 1,4 mm.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Einspritzkanals 23 des Kraftstoffeinspritzventils ist es somit gegenüber bekannten Einspritzventilen möglich einen gerichteten Einspritzstrahl zu erzeugen, der beim Eintritt in den Einspritzkanal nicht bzw. wenig verwirbelt wird, wobei die abgerundeten Einlaufbereiche die effektive Spritzlochlänge nicht verringern.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem in einer Bohrung (3) eines Ventilkörpers (1) axial verschiebbar geführten Ventilglied (5), das an seinem brennraumseitigen Ende eine konische Ventildichtfläche (7) aufweist, mit der es mit einer konischen Ventilsitzfläche (9) am brennraumseitigen Ende der Bohrung (3) zusammenwirkt, an die sich brennraumseitig ein Sackloch (21) anschließt, mit einem an den Ventilsitz (9) mündenden Druckraum (15) zwischen dem Ventilgliedschaft und der Wand der Bohrung (3) und mit wenigstens einem, von einer stromabwärts des Ventilsitzes (9) liegenden Innenwand des Einspritzventils abführenden Einspritzkanal (23), dessen hydraulische Verbindung zum Druckraum (15) durch das Ventilglied (5) verschließbar ist und der an seinem Kraftstoffeintrittsseitigen Ende eine Rundung zur Innenwand aufweist, wobei ein oberer, dem Druckraum (15) zugewandter Einlaufbereich der Rundung einen großen Radius (RA) und ein unterer, dem Druckraum abgewandter Einlaufbereich der Rundung einen kleineren Radius (RB) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundung tangential von der Innenwand ausgehend tangential in die Wand des Einspritzkanals (23) übergeht und daß der Radius (RA) der Rundung im oberen Einlaufbereich das 0,75- bis 1,5 - fache und der Radius (RB) der Rundung im unteren Einlaufbereich das 0,2- bis 1,0 - fache des Durchmessers (D) des Einspritzkanals (23) beträgt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Ventilkörpers (1) im Bereich des Einspritzkanals (23) 0,6 bis 1,4 mm beträgt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sich brennraumseitig an die Ventilsitzfläche (9) anschließende, das Sackloch (21) begrenzende geschlossene Ende der Bohrung (3) domförmig ausgebildet ist und daß der Einspritzkanal (23) in einem Bereich eines kugelsegmentförmigen Innenwandteils des Sacklochs (21) angeordnet ist, der außerhalb der Überdeckung mit dem Ventilglied (5) liegt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzkanal (23) so angeordnet ist, daß seine Mittelachse einen Winkel zu einer Senkrechten auf die kugelsegmentförmige Innenwandfläche einschließt, wobei der Einspritzkanal (23) an seiner oberen, dem Ventilsitz (9) zugewandten Wand einen kleineren Winkel zur Wandsenkrechten des Sacklochs (21) aufweist als an seiner unteren, dem Ventilsitz (9) abgewandten Wandfläche.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sich brennraumseitig an die Ventilsitzfläche (9) anschließende geschlossene Ende der Bohrung (3) hohlkegelförmig ausgebildet ist und daß der Einspritzkanal (23) von einem, die Ventilsitzfläche (9) bildenden Kegelflächenteil abführt, so daß er von der Dichtfläche (7) des Ventilgliedes (5) verschließbar ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzkanal (23) senkrecht zur Ventilsitzfläche (9) angeordnet ist.