-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen aus, wie es dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 entspricht. Ein derartiges
Kraftstoffeinspritzventil ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 42 00 709 A1
bekannt und weist einen Ventilkörper auf, in dem in
einer Bohrung eine kolbenförmige Ventilnadel
längsverschiebbar geführt ist. Die Bohrung weist an ihrem
brennraumseitigen Ende einen Ventilsitz auf, mit dem die Ventilnadel mit
einer Ventildichtfläche zusammenwirkt und dadurch einen
Durchflussquerschnitt steuert, der von der Ventildichtfläche
und dem Ventilsitz begrenzt wird. Bei Aufsteuerung des
Durchflussquerschnitts fließt Kraftstoff aus einem Druckraum
wenigstens einer Einspritzöffnung zu, die am
brennraumseitigen Ende der Bohrung im Ventilkörper ausgebildet ist. Bei
Anlage der Ventildichtfläche am Ventilsitz wird der
Druckraum gegen die Einspritzöffnungen verschlossen, so dass
keine Einspritzung von Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen
stattfinden kann. Die Einspritzöffnungen münden dabei in ein
in Strömungsrichtung des Kraftstoffs zu den
Einspritzöffnungen gesehen stromabwärts des Ventilsitzes angeordnetes
Sackloch,
Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist dabei jedoch
den Nachteil auf, dass der Einspritzquerschnitt eine lineare
Funktion des Hubs der Ventilnadel ist. Dadurch ist keine
Formung des Einspritzverlaufs möglich, was für eine ruhige
und schadstoffarme Verbrennung unerlässlich ist.
-
Vorteile der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist
demgegenüber den Vorteil auf, dass eine beliebige
Einspritzverlaufsformung erreicht werden kann, wobei die Einspritzung durch
eine oder mehrere Einspritzöffnungen erfolgt. Hierzu weist
die Ventilnadel an ihrem brennraumseitigen Ende einen
Drosselzapfen auf, der zumindest mit einem Großteil seiner Länge
in das Sackloch ragt. Hat die Ventilnadel vom Ventilsitz
abgehoben und dadurch einen Durchflussquerschnitt
aufgesteuert, so ist zwischen dem Drosselzapfen und der Wand des
Sacklochs der kleinste Durchflussquerschnitt des Kraftstoffs
vom Druckraum zu den Einspritzöffnungen gegeben. Dadurch
kann die Durchflussrate des Kraftstoffs über die Formgebung
des Drosselzapfens, der bei der Öffnungshubbewegung aus dem
Sackloch austaucht, gesteuert werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der
Erfindung weist das Sackloch ausgehend vom Ventilsitz einen
zylindrischen Abschnitt und einen sich daran anschließenden
konischen Abschnitt auf, der sich von der Ventilnadel weg
verjüngt. Dadurch wird die Einströmung des Kraftstoffs in
das Sackloch insofern begünstigt, als der Umlenkwinkel des
Kraftstoffs beim Einfließen in die Einspritzbohrungen durch
den konischen Verlauf des Sacklochs klein gehalten wird, so
dass es zu geringeren Druckverlusten beim Eintritt des
Kraftstoffs in das Spritzloch kommt und damit zu einem
höheren Einspritzdruck.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der
Drosselzapfen einen zylindrischen Abschnitt auf, der direkt
an die Ventildichtfläche grenzt. Dadurch ist eine
weitgehende Unabhängigkeit des Durchflussquerschnitts zu Beginn des
Ventilnadelhubs gegeben, was eine sogenannte Boot-Injection
ermöglicht. In einer vorteilhaften Weiterbildung schließt
sich an den zylindrischen Abschnitt ein konischer Abschnitt
an, so dass eine beschleunigte Aufsteuerung des
Durchflussquerschnitt im weiteren Verlauf des Ventilnadelhubs erfolgt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das
Sackloch in einem separaten Bauteil ausgebildet, das mit dem
Ventilkörper fest verbunden ist. Dadurch ist das Sackloch in
der Herstellung leicht zugänglich und lässt sich so einfach
und kostengünstig fertigen. Das separate Bauteil ist dabei
vorzugsweise durch eine Schweißnaht mit dem Ventilkörper
verbunden, so dass sich die beiden Bauteile auch bei hohen
Temperaturen und starken thermischen und mechanischen
Belastungen nicht voneinander trennen können.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der
Erfindung sind der Beschreibung und der Zeichnung zu
entnehmen.
Zeichnung
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt die
-
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Kraftstoffeinspritzventil,
-
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung von Fig. 1 im
Bereich des Ventilsitzes, wobei die Ventilnadel in ihrer
Schließstellung ist, und
-
Fig. 3 denselben Ausschnitt wie Fig. 2, wobei die
Ventilnadel jetzt in ihrer Öffnungsstellung gezeigt ist.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes
Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt. In einem Ventilkörper 1 ist
eine Bohrung 3 ausgebildet, in der eine kolbenförmige
Ventilnadel 5 längsverschiebbar angeordnet ist. Die Ventilnadel
5 wird dabei in einem Führungsabschnitt 23 der Bohrung 3 mit
einem Abschnitt 15 dichtend geführt und verjüngt sich dem
Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter 13. Zwischen
der Wand der Bohrung 3 und der Ventilnadel 5 ist ein
Druckraum 21 ausgebildet, der auf Höhe der Druckschulter 13
radial erweitert ist. In die radiale Erweiterung des Druckraums
21 mündet ein im Ventilkörper 1 verlaufender Zulaufkanal 25,
über den Kraftstoff unter hohem Druck in den Druckraum 21
geleitet werden kann. Am brennraumseitigen Ende der Bohrung
3 ist ein konischer Ventilsitz 7 ausgebildet, an dem die
Ventilnadel 5 mit einer Ventildichtfläche 9 in ihrer
Schließstellung anliegt, wobei der die Ventilnadel 5
umgebende Druckraum 21 bis zum Ventilsitz 7 reicht. Die
Ventilnadel 5 wird hierbei von einer Schließkraft in Richtung des
Ventilsitzes 7 beaufschlagt. Am brennraumseitigen Ende des
Ventilkörpers 1 sind mehrere Einspritzöffnungen 11
ausgebildei, über die Kraftstoff in den Brennraum der
Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.
-
Soll eine Einspritzung von Kraftstoff über die
Einspritzöffnungen 11 erfolgen, so wird dem Druckraum 21 Kraftstoff
unter hohem Druck eingeführt. Erreicht der Druck auf die
Druckschulter 13 und auf Teile der Ventildichtfläche 9 einen
bestimmten Öffnungsdruck, so übersteigt die hydraulische
Kraft auf die Ventilnadel 5 die Schließkraft, so dass sich
die Ventilnadel 5 vom Ventilsitz 7 wegbewegt. Dadurch kann
Kraftstoff aus dem Druckraum 21 zwischen der
Ventildichtfläche 9 und dem Ventilsitz 7 hindurch den Einspritzöffnungen
11 zuströmen und wird von dort in den Brennraum
eingespritzt. Die Beendigung der Einspritzung erfolgt durch
drosselnder Kraftstoffzufuhr in den Druckraum 21. Dies führt zu
einer Verminderung der hydraulischen Öffnungskraft auf die
Ventilnadel 5. Angetrieben durch die Schließkraft gleitet
die Ventilnadel 5 zurück in Anlage an den Ventilsitz 9, so
dass die Einspritzöffnungen 11 verschlossen werden.
-
Fig. 2 zeigt eine Vergrößerung von Fig. 1 im Bereich des
Ventilsitzes 7. An den konischen Ventilsitz 7 schließt sich
in Strömungsrichtung des Kraftstoffs aus dem Druckraum 21
den Einspritzöffnungen 11 zu ein Sackloch 32 an, in das die
Einspritzöffnungen 11 münden. Am Übergang des Ventilsitzes 7
zum zylindrischen Abschnitt 132 des Sacklochs 32 ist eine
Übergangskante 27 gebildet. Das Sackloch 32 weist einen
zylindrischen Abschnitt 132, der direkt an den Ventilsitz 7
grenzt, und einen sich daran anschließenden konischen
Abschnitt 232 auf. Die Einspritzöffnungen 11 verlaufen im
Ventilkörper 1 und münden in den konischen Abschnitt 232 des
Sacklochs 32, wobei vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen
11 über den Umfang des Ventilkörpers 1 verteilt angeordnet
sind. Der konische Abschnitt 232 des Sacklochs 32 ist in
einem Bauteil 35 ausgebildet. Das Bauteil 35 weist einen
Zapfen 135 und eine Platte 235 auf, wobei der konische
Abschnitt 232 im Zapfen 135 ausgebildet ist. Der Zapfen 135
ragt hierbei in eine im Ventilkörper 1 ausgebildete
Sacklochbohrung 33, während die Platte 235 am Ventilkörper 1
anliegt und mit diesem durch eine Schweißverbindung 38 in Form
einer Schweißnaht verbunden ist.
-
An der brennraumseitigen Spitze der Ventilnadel S ist ein
Drosselzapfen 30 angeordnet, der sich direkt an die
Ventildichtfläche 9 anschließt. In Schließstellung der Ventilnadel
5, also wenn die Ventildichtfläche 9 am Ventilsitz 7
anliegt, ragt der Drosselzapfen 30 mit einem Großteil seiner
Länge in das Sackloch 32. Der Drosselzapfen 35 weist einen
zylindrischen Abschnitt 130 und einen sich daran
anschließenden konischen Abschnitt 230 auf, wobei sich der konische
Abschnitt 230 zum Ende der Ventilnadel 5 hin verjüngt. Der
konische Abschnitt 232 des Sacklochs 32 und der konische
Abschnitt 230 des Drosselzapfens 30 weisen hierbei zumindest
annähernd denselben Öffnungswinkel auf. Der Übergang
zwischen dem zylindrischen Abschnitt 130 und dem konischen
Abschnitt 230 ist am Drosselzapfen 30 eine Schulter 330
ausgebildet, so dass sich der Durchflussquerschnitt zwischen der
Übergangskante 27 und dem Drosselzapfen 30 sehr rasch
vergrößert, wenn bei der Öffnungshubbewegung der Ventilnadel 5
der zylindrische Abschnitt 130 aus dem Sackloch 32 austritt.
-
Zu Beginn der Einspritzung ist der zylindrische Abschnitt
130 des Drosselzapfens 30 im zylindrischen Abschnitt 132 des
Sacklochs 32 angeordnet. Bei der Öffnungsbewegung der
Ventilnadel 5 hebt die Ventildichtfläche 9 vom Ventilsitz 7 ab
und Kraftstoff strömt aus dem Druckraum 21 zwischen der
Ventildichtfläche 9 und dem Ventilsitz 7 hindurch zum Sackloch
32. Da zwischen dem zylindrischen Abschnitt 130 des
Drosselzapfens 30 und dem zylindrischen Abschnitt 132 des Sacklochs
32 nur ein kleiner Ringspalt vorhanden ist, wird die
Strömung des Kraftstoffs entsprechend gedrosselt, so dass nur
mit einer geringen Rate Kraftstoff in das Sackloch 32
gelangt und durch die Einspritzöffnungen 11 eingespritzt wird.
Sobald der zylindrische Abschnitt 130 die Übergangskante 27
passiert, wird der zwischen der Übergangskante 27 und dem
Drosselzapfen 30 gebildete Ringspalt erheblich größer, so
dass jetzt Kraftstoff mit einer höheren Rate dem Sackloch 32zufließt. Dies wird insbesondere unterstützt durch die
Schulter 330, die eine größere Neigung aufweist als der
konische Abschnitt 230. Der Durchflussquerschnitt zwischen der
Übergangskante 27 und dem Drosselzapfen 30 vergrößert sich
durch den konischen Abschnitt 230 weiter, bis die
Ventilnadel 5 ihre Endstellung erreicht hat. Diese Öffnungsstellung
der Ventilnadel 5 ist in Fig. 3 dargestellt. Es ergibt sich
somit eine. Einspritzverlaufsformung, also eine vom Hub der
Ventilnadel 5 abhängige Kraftstoff-Einspritzrate. Zu Beginn
der Einspritzung wird nur mit einer geringen Rate in einer
sogenannten Boot-Injection Kraftstoff in den Brennraum
eingespritzt und erst im weiteren Verlauf des Ventilnadelhubs
mit einer höheren Rate in einer Haupteinspritzung.
-
Es kann auch vorgesehen sein, dem Drosselzapfen 30 eine
andere Außenform zu geben. Dadurch lassen sich auch andere
Verläufe der Einspritzrate realisieren, die für die
Verbrennung des Kraftstoffs im Brennraum der jeweiligen
Brennkraftmaschine optimal sind. So kann der zylindrische Abschnitt
130 des Drosselzapfens 30 in der Breite variiert werden oder
der Übergang zum konischen Abschnitt 230 kann auf
verschieden gestaltet werden.
-
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Ventilkörper 1 und
das Bauteil 35 einteilig ausgeführt sind. Die Herstellung
eines genau gearbeiteten Sacklochs ist in diesem Fall
schwerer zu bewerkstelligen, da am Grund der Bohrung 3 gearbeitet
werden muss. Andererseits entfällt die Schweißnaht 38 und
damit auch die damit zusammenhängenden thermischen
Spannungen im Ventilkörper 1.