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Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit durch den Kraftstoff- druck entgegen einer Federkraft gegen die Strömingsrichtung des Kraftstoffes öffnender Ventilnadel, die einen den Ventilsitz sowohl auf seiner Zuflussseite als auch auf seiner Abflussseite begrenzenden kegeli- gen Abschnitt hat, wogegen im Ventilkörper der Ventilsitz auf seiner Zuflussseite durch eine kegelige
Bohrung mit grösserem Kegelwinkel als an der Ventilnadel und auf seiner Abflussseite durch eine an der ke- geligen Bohrung anschliessende zylindrische Bohrung begrenzt ist.
Bei dieser bekannten Einspritzventilbauart liegt die Ventilsitzkante im Ventilkörper. Durch dieses
Merkmal unterscheidet sich diese Ventilbauart von der meistgebrauchten Bauart, bei der die Sitzkante an der Ventilnadel liegt. Bei der eingangs beschriebenen, wenig benutzten Bauart wird erreicht, dass zwi- schen dem Ventilöffnungsdruck und dem Ventilschliessdruck ein geringerer Unterschied besteht, als bei der andern, gebräuchlicheren Bauart. Dieser geringere Unterschied ist durch den ebenfalls geringeren
Unterschied bedingt, der zwischen den Angriffsflächen für den Kraftstoffdruck besteht, an denen dieser
Druck bei geschlossener bzw. bei geöffneter Ventilnadel in Öffnungsrichtung an dieser Nadel anzugreifen vermag.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilbauart zu schaffen, bei der der Öffnungsdruck gleich dem Schliessdruck ist oder bei der mindestens zwischen dem Öffnungsdruck und dem Schliessdruck ein wesentlich geringerer Unterschied besteht, als bei den eingangs beschriebenen Einspritzventilen erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Ventilnadel in an sich bekannter Weise hinter dem Ventilsitz einen Zapfen trägt, der einen möglichst dicht in eine Führungsbohrung des Ventilkörpers eingepassten Abschnitt hat und beim Öffnungshub der Ventilnadel einen Durchlass zu mindestens einer Spritzöffnung frei lässt, wobei der Durchmesser der Führungsbohrung gleich dem Durchmesser der an den Ventilsitz anschliessenden zylindrischen Bohrung ist, und dass dabei die Ventilnadel dem Kraftstoffdruck in Öffnungsrichtung eine Angriffsfläche bietet, die bei geschlossener Ventilnadel gleich gross ist wie bei vom Ventilsitz abgehobener Ventilnadel, oder dass der Durchmesser der Führungsbohrung höchstens so viel kleiner ist als der Durchmesser der an den Ventilsitz anschliessenden zylindrischen Bohrung,
dass die Angriffsfläche bei geschlossener Ventilnadel höchstens 6% kleiner ist als die Angriffsfläche bei vom Ventilsitz abgehobener Ventilnadel.
Es ist schon ein Einspritzventil bekanntgeworden, bei dem die Ventilnadel hinter dem Ventilsitz einen Zapfen trägt, der einen möglichst dicht in eine Führungsbohrung des Ventilkörpers eingepassten Abschnitt hat und beim Öffnungshub der Ventilnadel einen Durchlass zu mindestens einer Spritzöffnung freilässt, wobei der Durchmesser der Führungsbohrung gleich dem Durchmesser der zylindrischen Bohrung ist. Bei diesem bekannten Ventil fehlen jedoch die eingangs beschriebenen Merkmale über die im Ventilkörper liegende Ventilsitzkante. Ausserdem wirkt bei diesem Ventil die gesamte Querschnittsfläche des an der Ventilnadel angeordneten Zapfens bei geöffneter Nadel als Angriffsfläche für den Kraftstoffdruck, nicht aber bei geschlossener Ventilnadel, so dass sich ein beträchtlicher Unterschied zwischen dem Öffnungsdruck und dem Schliessdruck des Einspritzventils ergibt.
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Kraftstoffeinspritzventiles dargestellt. Es zeigen : Fig. l ein Einspritzventil im Längsschnitt als erstes Beispiel ; Fig. 2 den für die Erfindung wesentlichen Ausschnitt aus Fig. l in grösserem Massstab ; Fig. 3 und 4 je einen der Fig. 2 entspre-
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chenden Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch je ein Einspritzventil als zweites bzw. drittes Bei- spiel.
In dem Körper 1 eines Einspritzventiles, der durch eine Überwurfmutter 2 an einem Halter 3 befe- stigt ist, ist eine Ventilnadel 4 geführt. Die Ventilnadel hat an ihrem einen Ende einen Ansatz 5, auf ! den ein Druckbolzen 6 aufgesetzt ist, der die Kraft einer Schliessfeder 7 auf die Ventilnadel 4 überträgt.
Die Feder 7 drückt dabei über einen Federteller 8 auf den Bolzen 6 und stützt sich an einem Feder- teller 9 ab, der auf das Ende einer Einstellschraube 10 aufgesetzt ist, die in einen fest mit dem Halter
3 verbundenen Teil 12 eingeschraubt ist. Die Einstellschraube ist durch eine Mutter 13 gesichert und durch eine auf den Teil 12 aufgeschraubte Kappe 14 abgedeckt.
Im Halter 3 ist eine Einlassöffnung 15 für den Kraftstoffzufluss vorgesehen, von der ein Kanal 16 zu einer Ringnut 17 im Körper 1 führt. Diese Ringnut ist durch einen Kanal 18 mit einem ringförmigen
Druckraum 19 verbunden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, verjüngt sich der Querschnitt des Druckraumes
19 in Richtung des Kraftstoffflusses. Seine im Körper 1 liegende Wandung begrenzt den Ventilsatz an dessen Zuflussseite durch eine kegelige Bohrung 20 mit Kegelwinkel a.
Der im Körper 1 geführte Schaft der Ventilnadel 4 hat einen Durchmesser D.. Die Ventilnadel ver- jüngt sich beim Durchtritt durch den Druckraum 19 ebenfalls und begrenzt die Zuflussseite des Ventil- sitzes durch einen kegeligen Abschnitt 21 mit Kegelwinkel ss. Der Winkel a im Körper 1 ist nur wenig grösser als der Winkel 8 an der Ventilnadel ; beispielsweise ist oc = 600 und 8 = 590.
Die Sitzkante im Ventilkörper 1 ist eine Kreislinie 22, die als Schnittlinie der kegeligen Bohrung
20 mit einer zylindrischen Bohrung 23, vom Durchmesser D & entstanden ist.
Die zylindrische Bohrung 23 dient gleichzeitig als Führungsbohrung für einen möglichst dicht darin eingepassten Abschnitt 24 eines sich an den kegeligen Abschnitt 21 der Ventilnadel 4 anschliessenden Zap- fens. Dieser Zapfen hat zwischen dem kegeligen Abschnitt 21 und seinem Abschnitt 24 einen Abschnitt
25 mit geringerem Durchmesser als die Führungsbohrung. Der Abschnitt 25 bildet dabei mit der zylindri- schen Bohrung 23 einen Ringraum 26, von dem Spritzlöcher 27 ausgehen.
Die Fig. l und 2 zeigen die Ventilnadel 4 in ihrer Schliessstellung. Der in dem Druckraum 19 wirken- de Kraftstoffdruck vermag dabei an der Ventilnadel in Öffnungsrichtung an einer Ringfläche anzugreifen, deren Abmessungen durch die Durchmesser D und Dz bestimmt ist.
Bei geöffneter Ventilnadel greift der Kraftstoff in Öffnungsrichtung ausser an der Ringfläche D/D, noch an einer Ringfläche an, deren Abmessungen der Durchmesser D und der Durchmesser des Zapfenab- schnittes 25 sind. An einer gleich grossen Ringfläche greift der Kraftstoff jedoch dabei auch in Schliess- richtung-an, so dass sich die Wirkungen des an diesen beiden Ringflächen angreifenden Kraftstoffdruckes auf- heben.
Daraus ergibt sich, dass die für Höhe des Öffnungsdruckes und Schliessdruckes massgeblichen Angriffs- flächen für den Kraftstoffdruck beigeschlossener und geöffneter Ventilnadel und damit auch der Öffnung- druck und der Schliessdruck des beschriebenen Einspritzventiles gleich gross sind.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 hat die hier mit 30 bezeichnete Führungsbohrung für den Ventilnadelzapfen einen geringeren Durchmesser als die zylindrische Bohrung 23 mit Durchmesser D. Der in die Führungsbohrung 30 möglichst dicht eingepasste Zapfenabschnitt 31, der sich an den ke- geligen Abschnitt 21 der Ventilnadel 4 anschliesst, ragt bei geschlossenem Ventil in die Führungsbohrung
30 um den Betrag h hinein. An den Zapfenabschnitt 31 schliessen sich zwei gegeneinander gerichtete ke- gelige Zapfenabschnitte 32,33 an, die jeweils nach der gewünschten Spritzstrahlform ausgebildet wer- den und bei geöffneter Ventilnadel zusammen mit der Führungsbohrung 30 die Spritzöffnung bilden.
Zwischen dem Zapfenabschnitt 31 und der zylindrischen Bohrung 23 besteht ein Ringspalt 34, des- sen Breite b höchstens 0, 3 mm ist. Sobald sich die Ventilnadel beim Öffnungshub um mehr als den Be- trag h angehoben hat, wird die Spritzöffnung freigegeben.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel greift der Kraftstoffdruck bei geschlossener Ventilnadel in Öff- nungsrichtung an einer Kreisringfläche mit den Durchmessern D. und Dz an. Sobald jedoch die Ventilna- del sich von ihrem Sitz in Körper 1 angehoben hat, tritt zu dieser Ringfläche eine Zusatzringfläche hin- zu, deren Abmessungen durch den Durchmesser D und den Durchmesser des Zapfenabschnittes 31 bestimmt sind. Die Grösse dieser zusätzlichen Ringfläche kann jedoch ohne Schwierigkeit so bemessen werden, dass die Angriffsfläche für den Kraftstoffdruck bei geschlossener Ventilnadel höchstens 6 go kleiner ist als bei geöffneter Ventilnadel. Dieser Wert ergibtsich beispielsweise bei Dl = 6 mm, Dz = 2 mm und b = 0, 3 mm.
Bei diesem Beispiel ist also der Schliessdruck nur 6% niedriger als der Öffnungsdruck.
Das dritte Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich vom zweiten dadurch, dass die mit 40 bezeichnete Führungsbohrung den gleichen Durchmesser hat wie die zylindrische Bohrung 23, deren Durch-
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messer D ist. Die Führungsbohrung 40 befindet sich hier in einem fest in den Ventilkörper 1 eingepressten und dadurch mit diesem ein einziges Stück bildenden Ring 41. Die Bohrung 40 des Ringes 41 ist abgesetzt und bildet mit einem Abschnitt 42 des an den kegeligen Abschnitt 21 der Ventilnadel 4 anschliessenden
Zapfens einen Ringraum 43. Der Zapfenabschnitt 42 hat einen geringeren Durchmesser als die zylindrische Bohrung 23. Ein in die Führungsbohrung 40 möglichst dicht eingepasster Abschnitt 44 des Ventiladelzapfens ragt bei geschlossener Ventilnadel um den Betrag h in die Führungsbohrung 40 hinein.
Sobald sich die Ventilnadel beim Öffnungshub um mehr als den Betrag h angehoben hat, wird in gleicher Weise wie beim vorhergehenden Beispiel die Spritzöffnung freigegeben.
Bei geschlossener Ventilnadel greift der Kraftstoffdruck an einer Ringfläche mit den Durchmessern D und D an. Aber auch nach Abheben der Ventilnadel von ihrem Sitz im Ventilkörper 1 ist die den
Schliessdruck bestimmende Angriffsfläche nicht grösser, da ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel die Führungsbohrung 40 den gleichen Durchmesser wie die zylindrische Bohrung 23 hat und die beim
Anheben der Ventilnadel wirksam werdenden zusätzlichen Ringflächen mit den Abmessungen D und dem
Durchmesser des Zapfenabschnittes 42 gleich gross sind. Damit ist bei diesem Beispiel ebenso wie beim ersten Beispiel der Öffnungsdruck gleich dem Schliessdruck.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kraftstoffeinspritzventil fürBrennkraftmaschinen mitdurch den Kraftstoffdruck entgegen einer Federkraft gegen die Strömungsrichtung des Kraftstoffes öffnenderVentilnadel, die eine den Ventilsitz sowohl auf seiner Zuflussseite als auch auf seiner Abflussseite begrenzenden kegeligen Abschnitt hat, wogegen im Ventilkörper der Ventilsitz auf seiner Zuflussseite durch eine kegelige Bohrung mit grösserem Kegelwinkel als an der Ventilnadel und auf seiner Abflussseite durch eine an der kegeligen Bohrung anschliessende zylindrische Bohrung begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (4) in an sich bekannter Weise hinter dem Ventilsitz (22) einen Zapfen trägt, der einen möglichst dicht in eine Führungsbohrung (23, 30, 40) des Ventilkörpers eingepassten Abschnitt (24,31, 44)
hat und beim Öffnunghub der Ventilnadel einen Durchlass zu mindestens einer Spritzöffnung frei lässt, wobei der Durchmesser der Führungsbohrung (23,40) gleich dem Durchmesser der an den Ventilsitz anschliessenden zylindrischen Bohrung (23) ist, und dass dabei die Ventilnadel dem Kraftstoffdruck in Öffnungsrichtung eine Angriffsfläche (D-D.) bietet, die bei geschlossener Ventilnadel gleich gross ist wie bei vom Ventilsitz abgehobener Ventilnadel, oder dass der Durchmesser der Führungsbohrung (30) höchstens so viel kleiner ist als der Durchmesser der an den Ventilsitz anschliessenden zylindrischen Bohrung (23), dass die Angriffsfläche (D-Dz) bei geschlossener Ventilnadel höchstens 6% kleiner ist als die Angriffsfläche (Dl- 30) bei vom Ventilsitz (22) abgehobener Ventilnadel.