DE102004033282A1

DE102004033282A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102004033282A1
Application number: DE200410033282
Authority: DE
Inventors: Helmut Rainauer; Ferdinand Nicolai
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-02-02
Also published as: FR2872864A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (1), in dem eine Ventilnadel (10) längsverschiebbar angeordnet ist. Die Ventilnadel (10) wirkt mit einem im Ventilkörper (1) ausgebildeten Ventilsitz (9) zusammen und steuert damit einen Kraftstofffluss von einem Druckraum (8) zu wenigstens einer Einspritzbohrung (15), wobei die Einspritzbohrung (15) im Ventilkörper (1) ausgebildet ist. Im Ventilkörper (1) ist wenigstens ein Kanal (25) ausgebildet, der in die Einspritzbohrung (15) mündet (Figur 2).

Description

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie sie beispielsweise aus der Schrift JP 08 – 312500 bekannt ist. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper auf, in dem eine Ventilnadel längsverschiebbar angeordnet ist. Die Ventilnadel wirkt mit einem im Ventilkörper ausgebildeten Ventilsitz zusammen und steuert damit einen Kraftstofffluss, der von einem Druckraum zu wenigstens einer Einspritzbohrung führt. Die Einspritzbohrung ist hierbei im Ventilkörper ausgebildet und mündet in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der Brennkraftmaschine.

Für eine optimale Verbrennung des Kraftstoffs in der Brennkraftmaschine ist es von Vorteil, wenn der Kraftstoff möglichst fein zerstäubt in den Brennraum eingebracht wird. Dies kann durch eine entsprechende Formgebung der Einspritzbohrungen geschehen oder durch andere Maßnahmen, wie eine Erhöhung des Einspritzdrucks. Hierzu ist es beispielsweise aus der JP 08-312500 bekannt, die Einspritzbohrungen gestuft auszubilden. Dies bewirkt eine Verwirbelung in der Einspritzbohrung und damit eine feine Zerstäubung und eine effektivere Verbrennung des Kraftstoffs im Brennraum, jedoch auf Kosten der Strahl-Eindingtiefe in den Brennraum, was bei größeren Brennräumen oder stark außermittigen Anordnung des Kraftstoffeinspritzventils im Brennraum zu Problemen mit der gleichmäßigen Verteilung des Kraftstoffs führen kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass eine bessere Zerstäubung des Kraftstoffs bei der Kraftstoffeinspritzung erzielt wird. Dadurch wird eine bessere Verbrennung und damit geringere Schadstoffemissionen bei gleichbleibender Leistung erzielt. Hierzu ist im Ventilkörper wenigstens ein Kanal ausgebildet, der in eine zugeordnete Einspritzbohrung mündet. Der Kanal kann hierbei entweder von der Außenseite des Ventilkörpers ausgehen oder vom Sackloch des Kraftstoffeinspritzventils, wenn das Kraftstoffeinspritzventil ein entsprechendes Sackloch aufweist. Durch den Kanal wird zusätzlich Kraftstoff oder Luft angesaugt, wobei der Kraftstoff und die Luft dem Einspritzstrahl beigemengt werden und zu einer besseren Zerstäubung führen. Geht der Kanal vom Sackloch des Kraftstoffeinspritzventils aus, so entsteht zusätzlich der Effekt, dass Kraftstoff aus dem Sackloch durch die kinetische Einspritzenergie des Kraftstoff-Hauptstrahls angesaugt wird und dadurch weniger Kraftstoff zwischen den Einspritzzyklen in Brennraum gelangt. Dies führt unmittelbar zu weniger Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine.

Durch die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung möglich. In vorteilhafter Weise ist jeder Einspritzbohrung genau ein Kanal zugeordnet, so dass in jeder Einspritzbohrung dieselben Verhältnisse herrschen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einspritzbohrung gestuft ausgebildet, wobei der eingangsseitige Abschnitt der Einspritzbohrung einen kleineren Durchmesser aufweist als der ausgangsseitige Abschnitt. Vorzugsweise mündet der Kanal in den ausgangsseitigen Abschnitt der Einspritzbohrung. Hierdurch lässt sich eine effektivere Zerstäubung des Kraftstoffs erreichen und damit die oben beschriebene Optimierung des Verbrennungsverlaufs. Darüber hinaus kann hier die Verschneidung zwischen dem Kanal und der Einspritzbohrung aufgrund des größeren Durchmessers der Einspritzbohrung in diesem Bereich einfacher gefertigt werden.

Zeichnung
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil,
2, 3, 4 und 5 zeigen jeweils verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils, wobei nur der Bereich des Ventilsitzes vergrößert dargestellt ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen Ventilkörper 1, der mittels einer Spannmutter 3 gegen einen in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper verspannt ist. Im Ventilkörper 1 ist eine Bohrung 5 ausgebildet, die an ihrem brennraumseitigen Ende von einem im wesentlichen konischen Ventilsitz 9 begrenzt wird. Im Bereich des Ventilsitzes 9 ist zumindest eine Einspritzbohrung 15 vorgesehen, die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der Brennkraftmaschine mündet. In der Bohrung 5 ist eine kolbenförmige Ventilnadel 10 längsverschiebbar angeordnet, die an ihrem dem Ventilsitz 9 zugewandten Ende eine im wesentlichen konische Ventildichtfläche 11 aufweist, mit der sie mit dem Ventilsitz 9 zusammenwirkt. Zwischen der Ventilnadel 10 und der Wand der Bohrung 5 ist ein Druckraum 8 ausgebildet, der sich dem Ventilsitz 9 abgewandt zu einem Federraum 7 erweitert. Die Ventilnadel 10 wird mit einem mittleren Abschnitt 110 in der Bohrung 5 geführt, wobei im mittleren Abschnitt 110 mehrere Anschliffe 22 ausgebildet sind, die einen Kraftstofffluss an der Ventilnadel 10 vorbei hin zu den Einspritzbohrungen 15 gestatten. In den Federraum 7 wird Kraftstoff unter hohem Druck eingeleitet, der über die Anschliffe 22 hin zu den Einspritzbohrungen 15 strömen kann.
Im Federraum 7 ist eine Schließfeder 14 angeordnet, die zwischen einer Hülse 12 und einem Absatz 16 unter Druckvorspannung angeordnet ist und hierbei die Ventilnadel 10 umgibt. Die Hülse 12 stützt sich ihrerseits an dem in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper ab, so dass durch die Schließfeder 14 eine Kraft in Richtung des Ventilsitzes 9 auf die Ventilnadel 10 ausgeübt wird. Die Hülse 12, die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Ventilnadel 10 und der Haltekörper begrenzen einen Steuerraum 20, in dem durch eine geeignete Vorrichtung ein wechselnder Kraftstoffdruck eingebracht werden kann, in dem er abwechselnd mit dem Kraftstoffdruck aus dem Federraum aufgefüllt oder in einen Leckölraum entlastet wird. Hierdurch ergibt sich entsprechend dem Druck im Steuerraum 20 eine Kraft auf die Ventilnadel 10 in Richtung des Ventilsitzes 9.
Zur Steuerung der Ventilnadel 10 wird der Druck im Steuerraum 20 entsprechend verändert: Bei einem hohem Druck im Steuerraum 20 wird die Ventilnadel 10 gegen den Ventilsitz 9 gepresst, so dass eine dichte Verbindung zwischen dem Ventilsitz 9 und der Ventildichtfläche 11 entsteht. Der im Druckraum 8 anstehende Kraftstoff, der einen hohem Druck aufweist, kann dadurch nicht bis zu den Einspritzbohrungen 15 fließen. Für eine Einspritzung wird der Druck im Steuerraum 20 abgesenkt, so dass die resultierende Kraft auf die Ventilnadel 10 nunmehr ausreicht, die Ventilnadel 10 gegen die Kraft der Schließfeder 14 vom Ventilsitz 9 abzuheben. Hierdurch wird ein Spalt zwischen der Ventildichtfläche 11 und dem Ventilsitz 9 aufgesteuert, durch den nun Kraftstoff aus dem Druckraum 8 zu den Einspritzbohrungen 15 fließt und durch diese in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
2 zeigt eine Vergrößerung des in 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzventils im Bereich des Ventilsitzes 9. An den konischen Ventilsitz 9 schließt sich ein Sackloch 18 an, von dem ein Kanal 25 ausgehen. Der Kanal 25 mündet in die Einspritzbohrung 15, so dass eine Verbindung von der Einspritzbohrung 15 zum Sackloch 18 entsteht. Hierbei können mehrere Einspritzbohrungen 15 vorgesehen sein mit ebenso vielen Kanälen 25, die jeweils in eine Einspritzbohrung münden. Bei der Einspritzung des Kraftstoffs tritt der Hauptteil des Kraftstoffs über die Einspritzbohrungen 15 aus, was beispielsweise dadurch begünstigt werden kann, dass die Einspritzbohrungen 15 einen größeren Durchmesser aufweisen als der Kanal 25. Über den Kanal 25 dringt gleichzeitig Kraftstoff aus dem Sackloch 18 in den Kanal 25 ein, so dass dies zu einer besseren Zerstäubung des Kraftstoffs führt. Ein weiterer Effekt besteht darin, dass durch die Einspritzbohrungen 15 und den Kanal 25 der im Sackloch 18 befindliche Kraftstoff nicht zwischen den Einspritztakten unkontrolliert in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangen kann, da das Sackloch nach dem Aufsetzen der Ventilnadel 10 auf dem Ventilsitz 9 weitgehend entleert und drucklos ist. Da dadurch kein Kraftstoff zwischen den Einspritzungen in den Brennraum gelangt, verringern sich die Schadstoffemissionen.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils in der gleichen Ansicht wie 2. Die Einspritzbohrungen 15 sind hier gestuft ausgebildet, wobei ein eingangsseitiger Abschnitt 115 mit einem kleineren Durchmesser und ein ausgangsseitiger Abschnit 215 mit einem größeren Durchmesser gebildet werden. Der Kanal 25 geht auch hier vom Sackloch 18 aus und mündet in den ausgangsseitigen Abschnitt 215 der Einspritzbohrung 15. Die gute Zerstäubung des Kraftstoffs kann somit auf besonders günstige und effektive Weise erreicht werden.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Die Darstellung ist auch hier wieder identisch mit der in 2. Die Einspritzbohrungen 15 sind hier wiederum gestuft ausgebildet und gehen vom Sackloch 18 aus. Das Sackloch 18 schließt sich hier an den konischen Ventilsitz 9 an, so dass eine Sacklochdüse gebildet wird, bei der der Kraftstoff stets zuerst in das Sackloch 18 einfließt und von dort in die einzelnen Einspritzbohrungen 15 gelangt. Der Kanal 25 ist im Ventilkörper 1 ausgebildet und mündet wiederum in den ausgangsseitigen Abschnitt 215 der Einspritzbohrung 15, jedoch geht der Kanal 25 von der Außenseite des Ventilkörpers 1 aus und verbindet somit den Brennraum mit dem ausgangsseitige Abschnitt 215 der Einspritzbohrung 15. Strömt Kraftstoff durch die Einspritzbohrung 15, so wirkt dies wie eine Wasserstrahlpumpe. Durch den Kanal 25 wird Luft aus dem Brennraum angesaugt, die sich in der Einspritzbohrung 15 mit dem Kraftstoff vermischt. Dadurch wird eine gute Vermischung des Kraftstoffs mit der Luft und damit eine Verwirbelung erreicht, was zu einer feinen Zerstäbung des Kraftstoffs und damit zu einer guten Gemischaufbereitung in Brennraum führt.
Eine solche Anordnung des Kanals 25 ist auch bei einer sogenannten Sitzlochdüse möglich, was in 5 gezeigt ist. Die Einspritzbohrungen 15 gehen hier direkt vom Ventilsitz 9 aus, was ein geringes Kraftstoffvolumen im Bereich der Einspritzbohrung 15 bedeutet, das bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil mit dem Brennraum in Verbindung steht. Das sogenannte Schadstoffvolumen wird dadurch minimiert, so dass nur äußerst wenig Kraftstoff zwischen den Einspritzungen in den Brennraum gelangen kann. Das Wirkprinzip ist das gleiche wie bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), in dem eine Ventilnadel (10) längsverschiebbar angeordnet ist, die mit einem im Ventilkörper (1) ausgebildeten Ventilsitz (9) zusammenwirkt und damit einen Kraftstofffluss von einem Druckraum (8) zu wenigstens einer Einspritzbohrung (15) steuert, wobei die Einspritzbohrung (15) im Ventilkörper (1) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilkörper (1) wenigstens ein Kanal (25) ausgebildet ist, der in die Einspritzbohrung (15) mündet.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu jeder Einspritzbohrung (15) ein zugeordneter Kanal (25) im Ventilkörper (1) ausgebildet ist, der in die jeweilige Einspritzbohrung (15) mündet.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (25) von einem Sackloch (18) ausgeht, das im Ventilkörper (1) ausgebildet ist und sich stromabwärts des Kraftstoffstroms zu den Einspritzbohrungen (15) an den Ventilsitz (9) anschließt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (25) von der Außenseite des Ventilkörpers (1) ausgeht, so dass das eingangsseitige Ende des Kanals (25) in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der Brennkraftmaschinen mündet.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzbohrung (15) gestuft ausgebildet ist und einen eingangsseitigen Abschnitt (115) mit kleinerem Durchmesser aufweist und einen ausgangsseitigen Abschnitt (215) mit größerem Durchmesser.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (25) in den ausgangsseitigen Abschnitt der Einspritzbohrung (15) mündet.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (9) eine konische Form aufweist und die wenigstens eine Einspritzbohrung (15) vom konischen Ventilsitz (9) ausgeht.