DE10115215A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (3), in dem eine Bohrung (7) ausgebildet ist. Am brennraumseitigen Ende der Bohrung (7) ist eine Ventilsitzfläche (10) und wenigstens eine Einspritzöffnung (9) ausgebildet, wobei die Einspritzöffnung (9) die Bohrung (7) mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbindet. In der Bohrung (7) ist eine Düsennadel (12) längsverschiebbar angeordnet, die an ihrem brennraumseitigen Ende eine Dichtfläche (17) aufweist, die mit der Ventilsitzfläche (10) zusammenwirkt und so die wenigstens eine Einspritzöffnung (8) steuert. Die Düsennadel (12) weist eine mittige Längsbohrung (19) auf, in der eine Innennadel (14) angeordnet ist, die bezüglich des Ventilkörpers (3) ortsfest fixiert ist. Die Düsennadel (12) wird zumindest auf einem Teil ihrer Länge auf der Innennadel (14) geführt, so daß die Düsennadel (12) zu jedem Zeitpunkt exakt mittig in der Bohrung (7) gehalten wird (Figur 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es beispielsweise aus der Of­ fenlegungsschrift DE 43 03 813 A1 bekannt ist. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper auf, in dem eine Bohrung ausgebildet ist, an deren brennraumseitigem Ende eine Ventilsitzfläche und wenigstens eine Einspritzöff­ nung ausgebildet sind. In der Bohrung ist eine kolbenförmige Düsennadel längsverschiebbar angeordnet, die in einem brenn­ raumabgewandten Abschnitt in der Bohrung dichtend geführt ist. Die Düsennadel verjüngt sich dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter und geht an ihrem brennraumsei­ tigen Ende in eine Ventildichtfläche über, die mit der Ven­ tilsitzfläche zusammenwirkt und so durch Längsbewegung der Düsennadel die wenigstens eine Einspritzöffnung auf- und zu­ steuert. Auf Höhe der Druckschulter ist durch eine radiale Erweiterung der Bohrung ein Druckraum ausgebildet, der sich, die Düsennadel umgebend, als Ringkanal bis zur Ventilsitz­ fläche fortsetzt. An ihrem brennraumabgewandten Ende wird die Düsennadel von einer Schließkraft beaufschlagt, die in Richtung des Ventilsitzes wirkt. Gleichzeitig wirkt auf die Düsennadel eine hydraulische Kraft entgegen dieser Schließkraft, die durch den Kraftstoffdruck im Druckraum und die damit verbundene hydraulische Kraft auf die Druckschulter ausgeübt wird.

In der im wesentlichen konischen Ventilsitzfläche sind im allgemeinen mehrere Einspritzöffnungen gleichmäßig über den Umfang des Ventilkörpers verteilt angeordnet. Für eine gleichmäßige Einspritzung durch alle diese Einspritzöffnun­ gen ist es wichtig, daß die Düsennadel und damit auch die im wesentlichen konische Ventildichtfläche bei der Öffnungshub­ bewegung der Düsennadel genau zentrisch zur Bohrung und da­ mit zur Ventildichtfläche bleiben, so daß ein gleichmäßiger Kraftstoffzufluß aus dem Druckraum zu den Einspritzöffnungen stattfinden kann. Da die Düsennadel nun an dem brennraumab­ gewandten Abschnitt in der Bohrung geführt ist, ergibt sich nach Abheben der Ventildichtfläche von der Ventilsitzfläche zwischen dem geführten Abschnitt und der Ventildichtfläche eine sehr lange freie Länge der Düsennadel, so daß es leicht zu einer Desachsierung der Düsennadel in der Bohrung kommen kann und damit entsprechend zu einem ungleichmäßigen Zufluß von Kraftstoff zu den Einspritzöffnungen. Gerade zu Beginn der Öffnungshubbewegung bei einem nur sehr kleinen Spalt zwischen der Ventildichtfläche und der Ventilsitzfläche hat eine solche Desachsierung großen Einfluß auf das Einspritz­ bild und damit auf die Qualität der Verbrennung.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Düsennadel durch eine Innennadel geführt ist, so daß eine exakte Zentrierung in der Bohrung über den gesamten Hubbereich der Düsennadel gewährleistet ist. Die Düsennadel weist eine mittige Längsbohrung auf, in der die Innennadel angeordnet ist, die bezüglich des Ventilkörpers fixiert ist. Die Düsennadel ist insbesondere in ihrem ven­ tilsitzzugewandten Endabschnitt auf der Innennadel geführt, so daß sich keine Desachsierung der Düsennadel im Bereich des Ventilsitzes ergeben kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung weist die Innennadel wenigstens zwei radial nach außen ragende Fixierstege auf, die an der Innenwand der Boh­ rung anliegen und so die Innennadel in der Bohrung verstem­ men. Hierdurch ist eine einfache Montage der Innennadel ge­ währleistet, ohne daß am Ventilkörper konstruktive Änderun­ gen oder Vorbereitungen zur Aufnahme der Innennadel durchge­ führt werden müssen. Es kann dabei auch vorgesehen sein, mehr als zwei Fixierstege auszubilden, die dann vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Innennadel verteilt angeord­ net sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstan­ des der Erfindung weist die Innennadel in ihrem Mittelbe­ reich einen Freistich auf, so daß die Düsennadel nur in ei­ nem brennraumzugewandten Endabschnitt und einem brennraumab­ gewandten Endabschnitt auf der Innennadel geführt ist. Hier­ durch ergeben sich zwischen der Innennadel und der Außenna­ del weniger Reibungsverluste und die Gefahr des Fressens der Außennadel auf der Innennadel ist reduziert.

Zeichnung

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des erfin­ dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils gezeigt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritz­ ventil,

Fig. 2 eine Vergrößerung von Fig. 1 im Bereich des Ven­ tilkörpers,

Fig. 3 einen Querschnitt durch Fig. 2 entlang der Linie III-III und

Fig. 4 eine Vergrößerung von Fig. 1 im Bereich des Ven­ tilkörpers eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Kraftstoffein­ spritzventil gezeigt. Ein Ventilhaltekörper 1 ist mittels einer Spannmutter 4 in axialer Richtung gegen einen Ventil­ körper 3 verspannt. Im Ventilkörper 3 ist eine Bohrung 7 ausgebildet, an deren brennraumseitigen Ende eine Ventil­ sitzfläche 10 ausgebildet ist, der im wesentlichen konisch ausgebildet ist und in dem wenigstens eine Einspritzöffnung 9 angeordnet ist. In der Bohrung 7 ist eine Düsennadel 12 angeordnet, die kolbenförmig ausgebildet ist und die an ih­ rem brennraumseitigen Ende eine im wesentlichen kegelstumpf­ förmige Ventildichtfläche 17 aufweist, die mit der Ventil­ sitzfläche 10 zusammenwirkt, so daß bei Anlage der Ventil­ dichtfläche 17 an der Ventilsitzfläche 10 die Einspritzöff­ nungen 9 verschlossen werden. Die Düsennadel 12 ist in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 7 dichtend ge­ führt, wobei der dichtend geführte Abschnitt der Düsennadel 12 einen größeren Durchmesser aufweist als der brennraumzu­ gewandte Abschnitt der Düsennadel 12, so daß am Übergang ei­ ne Druckschulter 22 ausgebildet ist. Durch eine radiale Er­ weiterung der Bohrung 7 ist auf Höhe der Druckschulter 22 ein Druckraum 16 ausgebildet, der sich dem Brennraum zu als ein die Düsennadel 12 umgebender Ringkanal bis zur Ventil­ sitzfläche 10 fortsetzt. Der Druckraum 16 ist über einen im Ventilkörper 3 und im Ventilhaltekörper 1 verlaufenden Zu­ laufkanal 30 mit einem Hochdruckanschluß 49 verbunden, über den Kraftstoff aus einer in der Zeichnung nicht dargestell­ ten Kraftstoffhochdruckquelle in den Druckraum gefördert werden kann. In Fig. 2 ist zur Verdeutlichung eine vergrößerte Darstellung von Fig. 1 im Bereich des Ventilkörpers 3 gezeigt und Fig. 3 zeigt einen Querschnitt von Fig. 2 ent­ lang der Linie III-III. Die Düsennadel 12 weist eine mittige Längsbohrung 19 auf, die hier als Führungsbohrung dient und in der eine Innennadel 14 angeordnet ist. Die Innennadel 14 weist an ihrem brennraumzugewandten Ende eine Anlagefläche 11 auf, die konisch ausgebildet ist und an der ebenfalls ko­ nisch ausgebildeten Ventilsitzfläche 10 anliegt. Durch die konische Form beider Flächen wird die Anlagefläche 11 zen­ trisch fixiert, so daß die brennraumzugewandte Seite der In­ nennadel 14 genau in Richtung der Längsachse 6 der Bohrung 7 ausgerichtet ist. Am brennraumabgewandten Ende weist die In­ nennadel 14 drei Fixierstege 20 auf, die sich in radialer Richtung von der Innennadel 14 nach außen erstrecken, wo sie kraftschlüssig in der Bohrung 7 verstemmt sind. Die drei Fi­ xierstege 20 sind gleichmäßig über den Umfang der Innennadel 14 verteilt angeordnet, so daß die Innennadel 14 durch die Fixierstege 20 genau in Richtung der Längsachse 6 der Boh­ rung 7 ortsfest im Ventilkörper 3 fixiert wird. Es kann auch vorgesehen sein, mehr oder weniger als drei Fixierstege 20 an der Düsennadel 12 auszubilden, die dann ebenfalls vor­ zugsweise gleichmäßig über den Umfang der Innennadel 14 ver­ teilt angeordnet sind. Die Düsennadel 12 weist entsprechende Ausnehmungen 15 auf, die die Fixierstege 20 aufnehmen und so die Längsverschiebbarkeit der Düsennadel 12 auf der Innenna­ del 14 gewährleisten. Hierbei bleibt zwischen der brennraum­ zugewandten Seite des Fixierstegs 20 und der Ausnehmung 15 ein Spalt 36 bestehen, der auch in Öffnungsstellung der Dü­ sennadel 12 sicherstellt, daß die Düsennadel 12 nicht an den Fixierstegen 20 der Innennadel 14 zur Anlage kommt, so daß die Innennadel 14 nicht durch das ständige Anschlagen der Düsennadel 12 aus ihrer mittig fixierten Lage dejustiert wird.

Die Düsennadel 12 liegt an ihrem brennraumabgewandten Ende an einem zylinderförmigen Druckstück 37 an, das in einem im Ventilhaltekörper 1 ausgebildeten Federraum 32 angeordnet ist. Zwischen dem brennraumabgewandten Ende des Federraums 32 und dem Druckstück 37 ist eine Schließfeder 34 unter Druckvorspannung angeordnet, die über das Druckstück 37 auf die Düsennadel 12 wirkt und so die Düsennadel 12 in Schließ­ stellung - das ist, wenn die Ventildichtfläche 17 an der Ventilsitzfläche 10 anliegt - drückt. Koaxial zur Bohrung 7 ist im Ventilhaltekörper 1 eine Kolbenbohrung 38 ausgebil­ det, die in den Federraum 32 mündet. In der Kolbenbohrung 38 ist ein Druckkolben 39 längsverschiebbar angeordnet, der an seinem brennraumzugewandten Ende bis in den Federraum 32 ragt und dort am Druckstück 37 anliegt und mit seiner brenn­ raumabgewandten Stirnfläche 41 einen Steuerraum 40 begrenzt. Der Öffnungshub der Düsennadel 12 wird hierbei durch den An­ schlag des Druckkolbens 39 am brennraumabgewandten Ende der Kolbenbohrung 38 gestoppt. Der Steuerraum 40 ist über eine Zulaufdrossel 42 mit dem Zulaufkanal 30 verbunden und über eine Ablaufdrossel 43 mit einem im Ventilhaltekörper 1 aus­ gebildeten Leckölraum 48. Dieser Leckölraum 48 ist mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Leckölsystem verbunden und so ständig drucklos. Im Leckölraum 48 ist ein Magnetan­ ker 45 angeordnet, an dessen dem Steuerraum 40 zugewandten Ende eine Dichtkugel 47 angeordnet ist. Der Magnetanker 45 wird durch eine Feder 53 in Richtung des Steuerraums 40 be­ aufschlagt, so daß die Dichtkugel 47 auf die Ablaufdrossel 43 gedrückt wird und die Ablaufdrossel 43 verschließt. Im Ventilhaltekörper 1 ist ein die Feder 53 umgebender Elektro­ magnet 51 angeordnet, der bei entsprechender Bestromung eine anziehende Kraft auf den Magnetanker 45 ausübt, so daß die­ ser entgegen der Kraft der Feder 53 in Richtung des Elektro­ magneten 51 gezogen wird, so daß die Dichtkugel 47 die Ab­ laufdrossel 43 freigibt. Wird der Elektromagnet 51 nicht be­ stromt, so drückt die Feder 53 den Magnetanker 45 und damit die Dichtkugel 47 wieder auf die Ablaufdrossel 43 und verschließt so den Steuerraum 40 gegen den Leckölraum 48.

Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Über den Hochdruckanschluß 49 wird ständig Kraftstoff unter hohem Druck bis in den Druckraum 16 geleitet, so daß im Druckraum 16 ein konstanter vorgegebener Kraftstoffhoch­ druck herrscht. Hierdurch ergibt sich eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 22 der Düsennadel 12, die in Öffnungsrichtung der Düsennadel 12 gerichtet ist. Soll keine Einspritzung erfolgen, so ist der Elektromagnet 51 nicht be­ stromt und die Ablaufdrossel 43 somit durch die Dichtkugel 47 verschlossen. Hierdurch herrscht im Steuerraum 40 bedingt durch die Zulaufdrossel 42 derselbe Druck wie im Zulaufkanal 30 oder im Druckraum 16, so daß sich eine entsprechende hy­ draulische Kraft auf die brennraumabgewandte Stirnfläche 41 des Druckkolbens 39 ergibt. Da der Druckkolben 39 einen grö­ ßeren Durchmesser aufweist, und damit eine größere hydrau­ lisch wirksame Fläche als die Düsennadel 12, überwiegt die vom Druckkolben 39 über das Druckstück 37 auf die Düsennadel 12 ausgeübte Kraft, so daß die Düsennadel 12 in Schließstel­ lung verharrt und die Einspritzöffnungen 9 verschließt. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird der Elektromagnet 51 be­ stromt und der Magnetanker 45 bewegt sich in Richtung des Elektromagneten 51. Hierdurch gibt die Dichtkugel 47 die Ab­ laufdrossel 43 frei und der Steuerraum 40 wird mit dem Leckölraum 48 verbunden. Hierdurch sinkt der Druck im Steu­ erraum 40, so daß nun die hydraulische Kraft auf die Druck­ schulter 22 der Düsennadel 12 überwiegt und die Düsennadel von der Ventilsitzfläche 10 abhebt und die Einspritzöffnun­ gen 9 freigibt. Die Schließfeder 34 spielt hierbei nur eine untergeordnete Rolle und dient hauptsächlich dazu, bei abge­ schaltetem Kraftstoffeinspritzsystem die Düsennadel 12 in geschlossener Stellung zu halten. Soll die Einspritzung be­ endet werden, wird der Elektromagnet 51 stromlos geschaltet, und der Kraftstoffhochdruck des Zulaufkanals 30 baut sich wieder im Steuerraum 40 auf.

Bei der Montage der Düsennadel 12 und der Innennadel 14 in der Bohrung 7 geht man beispielsweise folgendermaßen vor: Die Innennadel 14 wird in die Düsennadel 12 eingeführt und anschließend werden beide gemeinsam in die Bohrung 7 einge­ führt. Hierbei sind die Ringstege 20 der Innennadel 14 so ausgebildet, daß sie in die Bohrung 7 eingepreßt werden müs­ sen, so daß eine ortsfeste Fixierung der Innennadel 14 in der Bohrung 7 entlang deren Längsachse 6 erfolgt. Die Düsen­ nadel 12 braucht nicht weiter fixiert zu werden, da sie durch die Fixierung der Innennadel 14 eindeutig in der Boh­ rung 7 angeordnet ist. Anschließend wird der Ventilhaltekör­ per 1 mit dem darin bereits angeordneten Druckkolben 39, der Schließfeder 34 und dem Druckstück 37 mittels der Spannmut­ ter 4 gegen den Ventilkörper 3 verspannt.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils gezeigt. Die Innen­ nadel 14 hat hierbei keinen konstanten Außendurchmesser, sondern weist zwischen einem ersten brennraumzugewandten Führungsabschnitt 114 und einem zweiten brennraumabgewandten Führungsabschnitt 214 einen Freistich 25 auf, in dessen Be­ reich die Innennadel 14 im Außendurchmesser verringert ist. Die Düsennadel 12 wird nur auf dem ersten Führungsabschnitt 114 und dem zweiten Führungsabschnitt 214 geführt, wodurch die Gefahr des Fressens der Düsennadel 12 auf der Innennadel 14 verringert ist, und es werden sowohl der Verschleiß als auch die Reibung der Düsennadel 12 auf der Innennadel 14 re­ duziert. Hierbei kann es auch vorgesehen sein, daß der zwei­ te Führungsabschnitt 214 ebenfalls entfällt und die Düsenna­ del 12 auf der Innennadel 14 nur auf dem ersten Führungsab­ schnitt 114 geführt wird. Die Düsennadel 12 ist im brennrau­ mabgewandten Abschnitt der Bohrung 7 an ihrer Außenmantelfläche ohnehin dichtend geführt, so daß eine Führung der Dü­ sennadel 12 in diesem Bereich auf der Innennadel 14 zur Sta­ bilisierung je nach Anforderung an das Kraftstoffeinspritz­ ventil nicht unbedingt notwendig ist.

Claims (7)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit ei­ nem Ventilkörper (3), in dem eine Bohrung (7) ausgebildet ist, an deren Ende eine Ventilsitzfläche (10) und wenig­ stens eine Einspritzöffnung (9) ausgebildet sind, welche Einspritzöffnung (9) die Bohrung (7) mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbindet, und mit einer in der Bohrung (7) längsverschiebbaren Düsennadel (12), die an ihrem brennraumseitigen Ende eine Dichtfläche (17) auf­ weist, die mit der Ventilsitzfläche (10) zusammenwirkt und so die wenigstens eine Einspritzöffnung (9) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (12) eine mit­ tige Längsbohrung (19) aufweist, in der eine Innennadel (14) angeordnet ist, die bezüglich des Ventilkörpers (3) ortsfest fixiert ist, wobei die Düsennadel (12) zumindest auf einem Teil ihrer Länge auf der Innennadel (14) ge­ führt ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Innennadel (14) wenigstens zwei ra­ dial nach außen ragende Fixierstege (20) aufweist, die an der Innenwand der Bohrung (7) anliegen und so die Innen­ nadel (14) in der Bohrung (7) verstemmen.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fixierstege (20) im brennraumabge­ wandten Endbereich der Innennadel (14) angeordnet sind.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fixierstege (20) gleichmäßig über den Umfang der Innennadel (14) verteilt angeordnet sind.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Außennadel (12) zumindest an ihrem brennraumseitigen Ende auf der Innennadel (14) geführt ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Innennadel (14) einen Freistich (25) aufweist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Düsennadel (12) in einem brennraum­ seitigen Endabschnitt auf der Innennadel (14) und in ei­ nem brennraumabgewandten Endabschnitt in der Bohrung (7) geführt ist.