DE102004025729A1

DE102004025729A1 - Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004025729A1
Application number: DE200410025729
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-12-15
Also published as: WO2005116441A1

Abstract

Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper (20) auf, in dem in einer Bohrung (22) ein Einspritzventilglied (30) verschiebbar angeordnet ist, das mit seinem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich wenigstens eine Einspritzöffnung (24) steuert, wobei das Einspritzventilglied (30) durch eine Schließkraft in Schließrichtung beaufschlagt ist. Im Ventilkörper (20) ist durch eine Erweiterung der Bohrung (22) ein das Einspritzventilglied (30) umgebender Druckraum (26) gebildet, in den unter Hochdruck stehender Kraftstoff zugeführt wird. Das Einspritzventilglied (30) ist von dem im Druckraum (26) herrschenden Druck in Öffnungsrichtung (29) beaufschlagt und gegen die Schließkraft in Öffnungsrichtung (29) zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung (24) bewegbar. Vom Druckraum (26) zur wenigstens einen Einspritzöffnung (24) führt eine Verbindung in Form eines Ringkanals (36) zwischen dem Einspritzventilglied (30) und der Bohrung (22). Durch das Einspritzventilglied (30) wird hubabhängig ein Durchflussquerschnitt (60) aus dem Druckraum (26) in den Ringkanal (36) derart gesteuert, dass bei geringem Öffnungshub des Einspritzventilglieds (30) durch dieses ein kleiner Durchflussquerschnitt (60) freigegeben wird und mit zunehmendem Öffnungshub des Einspritzventilglieds (30) ein größerer Durchflussquerschnitt (60) freigegeben wird.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.

Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist durch die DE 197 46 143 A bekannt. Dieses Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper auf, in dem in einer Bohrung ein Einspritzventilglied verschiebbar angeordnet ist. Durch das Einspritzventilglied wird mit seinem dem Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine zugewandten Ende wenigstens eine Einspritzöffnung gesteuert. Im Ventilkörper ist durch eine radiale Erweiterung der Bohrung ein das Einspritzventilglied umgebender Druckraum gebildet, in den unter Hochdruck stehender Kraftstoff zugeführt wird. Das Einspritzventilglied ist durch den im Druckraum herrschenden Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt und gegen eine Schließkraft in Öffnungsrichtung zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung bewegbar. Vom Druckraum führt eine Verbindung in Form eines Ringkanals zwischen dem Einspritzventilglied und der Bohrung zur wenigstens einen Einspritzöffnung. Zu Beginn der Kraftstoffeinspritzung, wenn das Einspritzventilglied die wenigstens eine Einspritzöffnung freigibt, herrscht an der wenigstens einen Einspritzöffnung derselbe hohe Druck wie im Druckraum, so dass Kraftstoff unter hohem Druck in den Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Dies führt zu einem schnellen Druckanstieg im Brennraum und zu hohen Schadstoffemissionen im Abgas der Brennkraftmaschine.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass zu Beginn der Kraftstoffeinspritzung zunächst nur ein kleiner Durchflussquerschnitt durch das Einspritzventilglied freigegeben wird, so dass an der wenigstens einen Einspritzöffnung infolge der Drosselung nur ein verringerter Druck herrscht. Die Kraftstoffeinspritzung beginnt somit mit einem reduzierten Druck, wodurch der Druckanstieg im Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine verlangsamt wird und die Schadstoffemission verringert ist. Zur Steuerung des Durchflussquerschnitts sind dabei keine zusätzlichen Bauteile erforderlich.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht auf einfache Weise eine präzise Steuerung des Durchflussquerschnitts. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 5 ist sichergestellt, dass bei maximalem Öffnungshub des Einspritzventilglieds keine unerwünschte Drosselung bei der Kraftstoffströmung aus dem Druckraum in den Ringkanal auftritt.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 ein Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt, 2 einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung bei geringem Öffnungshub eines Einspritzventilglieds und 3 den Ausschnitt II bei maximalem Öffnungshub des Einspritzventilglieds.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil 10 für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine. Das Kraftstoffeinspritzventil ist Bestandteil einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist beispielsweise eine Hochdruckpumpe 6 auf, durch die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 7 unter Hochdruck in einen Speicher 8 gefördert wird, wobei das Kraftstoffeinspritzventil 10 mit dem Speicher 8 über eine hydraulische Leitung 12 verbunden ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 bildet eine Baueinheit mit einem Steuerventil 14, durch das die Kraftstoffeinspritzung des Kraftstoffeinspritzventils 10 gesteuert wird, wobei die Baueinheit einen Kraftstoffinjektor bildet.
Das Kraftstoffeinspritzventil 10 weist einen Ventilkörper 20 auf, in den von dessen dem Brennraum abgewandtem Ende her eine Bohrung 22 eingebracht ist, wobei der Ventilkörper 20 an seinem dem Brennraum zugewandten Ende im wesentlichen verschlossen ist und dort wenigstens eine, vorzugsweise mehrere im Querschnitt gegenüber der Bohrung 22 wesentlich kleinere Einspritzöffnungen 24 in den Ventilkörper 20 eingebracht sind. Durch eine ringförmige Querschnittserweiterung der Bohrung 22 ist im Ventilkörper 20 ein Druckraum 26 gebildet. Der an den Druckraum 26 dem Brennraum abgewandt anschließende Teil der Bohrung 22 bildet eine Führungsbohrung 122. Im geschlossenen Endbereich des Ventilkörpers 20 ist ein Ventilsitz 28 gebildet, der beispielsweise etwa kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
Das Kraftstoffeinspritzventil 10 weist ein kolbenförmiges Einspritzventilglied 30 auf, das in seinem dem Brennraum abgewandten Endbereich 130 in der Führungsbohrung 122 mit geringem radialem Spiel verschiebbar dicht geführt ist. In einem vom Druckraum 26 umgebenden Bereich verringert sich der Durchmesser des Ventilglieds 30 gegenüber dessen in der Führungsbohrung 122 geführten Endbereich 130, wodurch am Ventilglied 30 eine Ringfläche 32 gebildet ist. Das Einspritzventilglied 30 weist an seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 34 auf, die mit dem im Ventilkörper 20 in dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 28 zusammenwirkt, um den Kraftstoffzulauf vom Druckraum 26 zu den Einspritzöffnungen 24 zu steuern. Im Ventilkörper 20 ist zwischen dem Einspritzventilglied 30 und der Bohrung 22 zum Ventilsitz 28 hin ein Ringkanal 36 vorhanden, der in seinem dem Ventilsitz 28 abgewandten Endbereich in den Druckraum 26 mündet. Wenn das Einspritzventilglied 30 in seiner Schließstellung mit seiner Dichtfläche 34 am Ventilsitz 28 anliegt, so erfolgt keine Kraftstoffeinspritzung und wenn das Einspritzventilglied 30 in seiner Öffnungsstellung mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 28 abgehoben ist, so erfolgt eine Kraftstoffeinspritzung.
Auf das Einspritzventilglied 30 wirkt eine Kraft in Schließrichtung, die durch den in einem Steuerraum 40 des Steuerventils 14 herrschenden Druck erzeugt wird, der zumindest mittelbar auf das Einspritzventilglied 30 wirkt. Zwischen dem Einspritzventilglied 30 und dem Steuerraum 40 kann eine Druckstange 42 vorgesehen sein, die sich am Einspritzventilglied 30 abstützt und deren dem Einspritzventilglied 30 abgewandte Stirnseite von dem im Steuerraum 40 herrschenden Druck beaufschlagt ist. Zusätzlich kann auch durch eine vorgespannte Schließfeder 44 eine Kraft in Schließrichtung auf das Einspritzventilglied 30 aufgebracht werden. Das Steuerventil 14 weist einen Steuerventilkörper 46 auf, an dem die vom Speicher 8 herführende Leitung 12 angeschlossen ist, die sich in einem im Steuerventilkörper 46 verlaufenden Kanal 48 fortsetzt, der beispielsweise durch eine Bohrung gebildet ist. Vom Kanal 48 führt ein Verbindungskanal 50, beispielsweise in Form einer Bohrung, in den Steuerraum 40 ab. Durch das Steuerventil 14 wird eine Verbindung 52 des Steuerraums 40 mit einem Entlastungsbereich gesteuert, der beispielsweise ein Rücklauf in den Kraftstoffvorratsbehälter 7 sein kann. Im Verbindungskanal 50 zwischen dem Steuerraum 40 und dem Knal 48 ist vorzugsweise eine Drosselstelle 51 angeordnet und in der Verbindung 52 zwischen dem Steuerraum 40 und dem Entlastungsbereich ist vorzugsweise eine Drosselstelle 53 angeordnet. Das Steuerventil 14 weist ein Steuerventilglied 58 auf, durch das die Verbindung 52 zum Entlastungsbereich gesteuert wird und das durch einen Aktor 59 betätigt wird. Der Aktor 59 kann beispielsweise ein Elektromagnet oder ein piezoelektrischer Aktor sein.
Der Kanal 48 setzt sich im Steuerventilkörper 46 zum Kraftstoffeinspritzventil 10 hin fort, wobei der Kanal 48 mit einer im Ventilkörper 20 eingebrachten Zulaufbohrung 54 verbunden ist, die in den Druckraum 26 mündet. Unter Hochdruck stehender Kraftstoff gelangt aus dem Speicher 8 über die Leitung 12 in den Kanal 48 im Steuerventilkörper 46 und aus diesem über den Verbindungskanal 50 in den Steuerraum 40 und über die Zulaufbohrung 54 in den Druckraum 26. Wenn eine Kraftstoffeinspritzung erfolgen soll, so wird durch das Steuerventil 14, das durch eine elektronische Steuereinrichtung abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine angesteuert wird, die Verbindung 52 des Steuerraums 40 zum Entlastungsbereich geöffnet, so dass der Druck im Steuerraum 40 und damit die auf das Einspritzventilglied 30 wirkende Schließkraft reduziert wird und das Einspritzventilglied 30 infolge der durch den im Druckraum 26 herrschenden Hochdruck auf dieses über die Ringfläche 32 in Öffnungsrichtung erzeugten Kraft öffnet.
Der Ventilkörper 20 und der Steuerventilkörper 46 sind miteinander verbunden, beispielsweise mittels einer den Ventilkörper 20 übergreifenden und auf ein Außengewinde des Steuerventilkörpers 46 aufgeschraubten Spannmutter 56.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass durch das Einspritzventilglied 30 hubabhängig ein Durchflussquerschnitt 60 vom Druckraum 26 in den Ringkanal 36 gesteuert wird, derart, dass bei geringem Öffnungshub des Einspritzventilglieds 30 durch dieses nur ein kleiner Durchflussquerschnitt 60 freigegeben wird, wie dies in 2 dargestellt ist, und dass mit zunehmendem Öffnungshub des Einspritzventilglieds 30 ein größerer Durchflussquerschnitt 60 freigegeben wird, wie dies in 3 dargestellt ist. Am Übergang vom Druckraum 26 zum Ringkanal 36 ist am Ventilkörper 20 eine ringförmige Fläche 62 ausgebildet, die zumindest annähernd eben ist und die zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse 31 des Einspritzventilglieds 30 verläuft. Die Fläche 62 kann stufenlos an die Randfläche des Druckraums 26 anschließen oder wie in den 2 und 3 dargestellt zur Randfläche des Druckraums 26 vertieft angeordnet sein. Die Fläche 62 ist vorzugsweise bearbeitet, insbesondere durch Schleifen, so dass diese eine hohe Oberflächengüte aufweist. Der Außendurchmesser d1 der Fläche 62 ist wenigstens so groß wie der Durchmesser d2 des Führungsabschnitts 130 des Einspritzventilglieds 30; vorzugsweise ist der Durchmesser d1 der Fläche 62 etwas größer als der Durchmesser d2.
Die Ringfläche 32 des Einspritzventilglieds 30 ist beispielsweise ebenfalls zumindest im wesentlichen eben ausgebildet und verläuft zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse 31 des Einspritzventilglieds 30. Die Ringfläche 32 kann bearbeitet sein, insbesondere durch Schleifen, um eine hohe Oberflächengüte zu erreichen. Der Durchflussquerschnitt 60 wird zwischen der Ringfläche 32 des Einspritzventilglieds 30 und der Fläche 62 des Ventilkörpers 20 gebildet. In seiner geschlossenen Stellung liegt das Einspritzventilglied 30 mit seiner Dichtfläche 34 am Ventilsitz 28 des Ventilkörpers 20 an, so dass die Einspritzöffnungen 24 vom Druckraum 26 vollständig getrennt sind. Das Einspritzventilglied 30 ist in seiner geschlossenen Stellung mit seiner Ringfläche 32 mit geringem Abstand von der Fläche 62 des Ventilkörpers 20 angeordnet. Wenn das Einspritzventilglied 30 ausgehend von seiner geschlossenen Stellung einen geringen Hub in Öffnungsrichtung 29 ausführt, so wird durch dieses der kleine Durchflussquerschnitt 60 gemäß 2 freigegeben, der kleiner ist als der zwischen der Dichtfläche 34 des Einspritzventilglieds 30 und dem Ventilsitz 28 des Ventilkörpers 20 freigegebene Durchflussquerschnitt. Bei mit geringem Öffnungshub geöffnetem Einspritzventilglied 30 erfolgt somit eine Drosselung der Kraftstoffströmung aus dem Druckraum 26 in den Ringkanal 36 und damit ein Druckabfall, so dass die Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzöffnungen 24 mit geringerem Druck als dem im Druckraum 26 herrschenden Druck erfolgt. Mit zunehmendem Öffnungshub des Einspritzventilglieds 30 wird der zwischen dessen Ringfläche 32 und der Fläche 62 des Ventilkörpers 20 freigegebene Durchflussquerschnitt 60 größer als der zwischen der Dichtfläche 34 des Einspritzventilglieds 30 und dem Ventilsitz 28 vorhandene Durchflussquerschnitt, so dass im Durchflussquerschnitt 60 keine Drosselung mehr auftritt.
Das Kraftstoffeinspritzventil 10 kann auch derart ausgebildet sein, dass dessen Zulaufbohrung 54 über eine Leitung mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe verbunden ist, durch die zyklisch Kraftstoff unter Hochdruck verdichtet wird, wobei eine Schließkraft auf das Einspritzventilglied 30 nur durch die Schließfeder 44 erzeugt wird. Wenn der von der Hochdruckpumpe erzeugte Hochdruck über die Druckschulter 32 auf das Einspritzventilglied 30 eine Kraft in Öffnungsrichtung erzeugt, die größer ist als die Kraft der Schließfeder 44, so öffnet das Einspritzventilglied 30. Die Hochdruckpumpe kann mit dem Kraftstoffeinspritzventil 10 zu einer Baueinheit zusammengefasst sein, die als Pumpe-Düse-Einheit bezeichnet wird. Der Ventilkörper 20 des Kraftstoffeinspritzventils 10 ist dann mittels der Spannmutter 56 anstatt mit dem Steuerventilkörper 46 mit einem Pumpenkörper der Hochdruckpumpe verbunden.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine mit einem Ventilkörper (20), in dem in einer Bohrung (22) ein Einspritzventilglied (30) verschiebbar angeordnet ist, das mit seinem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich wenigstens eine Einspritzöffnung (24) steuert, wobei das Einspritzventilglied (30) durch eine Schließkraft in Schließrichtung beaufschlagt ist, wobei im Ventilkörper (20) durch eine Erweiterung der Bohrung (22) ein das Einspritzventilglied (30) umgebender Druckraum (26) gebildet ist, in den unter Hochdruck stehender Kraftstoff zugeführt wird, wobei das Einspritzventilglied (30) von dem im Druckraum (26) herrschenden Druck in Öffnungsrichtung (29) beaufschlagt ist und gegen die Schließkraft in Öffnungsrichtung (29) zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung (24) bewegbar ist und wobei vom Druckraum (26) zur wenigstens einen Einspritzöffnung (24) eine Verbindung in Form eines Ringkanals (36) zwischen dem Einspritzventilglied (30) und der Bohrung (22) führt, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Einspritzventilglied (30) hubabahängig ein Durchflussquerschnitt (60) aus dem Druckraum (26) in den Ringkanal (36) derart gesteuert wird, dass bei geringem Öffnungshub des Einspritzventilglieds (30) durch dieses ein kleiner Durchflussquerschnitt (60) freigegeben wird und mit zunehmendem Öffnungshub des Einspritzventilglieds (30) ein größerer Durchflussquerschnitt (60) freigegeben wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergang vom Druckraum (26) zum Ringkanal (36) am Ventilkörper (20) eine ringförmige, Fläche (62) ausgebildet ist, dass das Einspritzventilglied (30) eine der Fläche (62) zugewandte, durch eine Durchmesserverringerung des Einspritzventilglieds (30) gebildete Ringfläche (32) aufweist und dass der Durchflussquerschnitt (60) zwischen der Ringfläche (32) des Einspritzventilglieds (30) und der Fläche (62) des Ventilkörpers (20) gebildet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (62) des Ventilkörpers (20) und/oder die Ringfläche (32) des Einspritzventilglieds (30) zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse (31) des Einspritzventilglieds (30) verläuft.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (62) des Ventilkörpers (20) und/oder die Ringfläche (32) des Einspritzventilglieds (30) zumindest im wesentlichen eben ausgebildet ist und vorzugsweise eine hohe Oberflächengüte aufweist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventilglied (30) in seiner geschlossenen Stellung mit seiner Ringfläche (32) mit geringem Abstand von der Fläche (62) des Ventilkörpers (20) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventilglied (30) mit einem an dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich angeordneten Dichtfläche (34) mit einem am Ventilkörper (20) angeordneten Ventilsitz (28) zur Steuerung der wenigstens einen Einspritzöffnung (24) zusammenwirkt und dass bei mit großem Öffnungshub geöffnetem Einspritzventilglied (30) der zwischen der Ringfläche (32) des Einspritzventilglieds (30) und der Fläche (62) des Ventilkörpers (20) freigegebene Durchflussquerschnitt (60) größer ist als der zwischen der Dichtfläche (34) des Einspritzventilglieds (30) und dem Ventilsitz (28) des Ventilkörpers (20) freigegebene Durchflussquerschnitt.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (26) ständig mit einem Hochdruckspeicher (8) verbunden ist und dass die Kraftstoffeinspritzung des Kraftstoffeinspritzventils (10) durch Steuerung der auf das Einspritzventilglied (30) wirkenden Schließkraft gesteuert wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventilglied (30) zumindest mittelbar von dem in einem Steuerraum (40) herrschenden Druck beaufschlagt ist, durch den die Schließkraft erzeugt wird und dass der im Steuerraum (40) herrschende Druck durch ein elektrisch betätigtes Steuerventil (14) gesteuert wird.