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Bei
der vorliegenden Erfindung wird von einem Kraftstoffeinspritzventil
für Brennkraftmaschinen ausgegangen,
wie es aus der Offenlegungsschrift
DE 39 20 315 A1 bekannt ist. Ein solches
Kraftstoffeinspritzventil weist eine in einem Druckraum angeordnete
Ventilnadel auf, die mit einem Ventilsitz zur Steuerung eines Kraftstoffflusses
zu meist mehreren Einspritzbohrungen zusammenwirkt. Die Einspritzbohrungen
sind hierbei dem Ventilsitz in Flussrichtung nachgeordnet und verlaufen
im Gehäuse
des Kraftstoffeinspritzventils, wobei sie am zuflussseitigen Ende
eine Eintrittsöffnung
und am auslaufseitigen Ende eine Austrittsöffnung aufweisen. Die Eintrittsöffnungen
sind in der Wandung des Druckraums ausgebildet, so dass der im Druckraum
befindliche Kraftstoff durch die Einspritzbohrungen in den Brennraum
der Brennkraftmaschinen einspritzbar ist.
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Bei
der Auslegung der Kraftstoffeinspritzventile ist es wichtig, dass
bei einem gegebenen Druck ein bestimmter Kraftstoff-Durchfluss erreicht
wird, also eine bestimmte Kraftstoffmenge, die pro Zeiteinheit durch
die Einspritzöffnungen
ausgespritzt wird. Um eine gute Zerstäubung des Kraftstoffs zu erreichen,
darf ein bestimmter Durchmesser der Einspritzbohrungen nicht überschritten
werden, so dass der Durchfluss im wesentlichen über die Anzahl der Spritzlöcher eingestellt
werden muss. Die Anzahl der Spritzlöcher ist jedoch durch den Durchmesser
der Einspritzbohrungen einerseits und den zur Verfügung stehenden
Lochkreisdurchmesser andererseits begrenzt. Das versetzte Anordnen
der Spritzlöcher
auf zwei Lochkreise ist bei der beengten Geometrie, wie sie beispielsweise
bei Mikro-Sackloch-Düsen gegeben
ist, häufig
nicht möglich.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass eine verbesserte Gemischaufbereitung und damit
eine höhere
Leistung des Motors möglich
ist. Hierzu werden die Eintrittsöffnungen
der Einspritzbohrungen so angeordnet, dass sie sich überlappen oder
zumindest berühren.
Dadurch lassen sich mehr Einspritzbohrungen unterbringen, als dies
möglich wäre, wenn
die Eintrittsöffnungen
mit der üblichen Stegbreite
zwischen ihnen direkt von der Wandung des Sacklochs ausgingen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung
ist an den Ventilsitz anschließend
ein Sackloch ausgebildet, das zumindest im wesentlichen die Form
einer Halbkugel aufweist. Das Sackloch kann sich hierbei unmittelbar
an den konischen Ventilsitz anschließen oder auch durch einen Absatz
von diesem getrennt sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Einspritzbohrungen
so angeordnet, dass sich die Eintrittsöffnungen überlappen und dadurch eine
Bohrungsverschneidung gebildet wird. Dadurch lässt sich ein hoher Durchfluss
des Kraftstoffeinspritzventils erreichen, wobei sehr viele Austrittsöffnungen
mit kleinem Durchmesser ausgebildet werden können, die ein feines Zerstäuben des
Kraftstoffs ermöglichen.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
dargestellt. Es zeigt
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1 einen
Längsschnitt
durch ein Kraftstoffeinspritzventil, wobei nur die wesentlichen
Bauteile gezeigt sind,
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel,
wobei nur der Bereich des Ventilsitzes vergrößert dargestellt ist und zusätzlich eine
Draufsicht auf das Sackloch,
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils,
bei dem der effektive Lochkreisdurchmesser durch eine Verrundung
der Stege zwischen den Einspritzbohrungen erweitert ist,
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
in Form einer Sitzlochdüse,
wobei hier die Ventilnadel eingezeichnet ist,
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
und eine Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines
solchen Kraftstoffeinspritzventils und
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in einem Querschnitt des Kraftstoffeinspritzventils eine Anordnung
der Einspritzbohrungen mit einer Bohrungsverschneidung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse 1 auf, das
einen Ventilkörper 3 und
einen in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper umfasst.
Die Einzelteile des Gehäuses 1 werden
durch eine Spannmutter 9 gegeneinander gepresst, so dass
zwischen den einzelnen Bauteilen eine dichte Verbindung entsteht. Im
Ventilkörper 3 ist
ein Druckraum 11 ausgebildet, der im brennraumzugewandten
Bereich die Form einer Bohrung 12 aufweist, wobei die Bohrung 12 eine Längsachse 8 aufweist.
Der Druckraum 11 wird hierbei an seinem brennraumseitigen
Ende von einem im wesentlichen konischen Ventilsitz 36 begrenzt,
an den sich unmittelbar ein Sackloch 38 anschließt, so dass
zwischen Sackloch 38 und Ventilsitz 36 eine Übergangskante 44 gebildet
wird. Vom Sackloch 38 gehen mehrere Einspritzbohrungen 40 aus,
deren Eintrittsöffnungen 41 in
der Wandung des Sacklochs 38 und deren Austrittsöffnungen 42 an
der Außenseite
des Gehäuses 1 angeordnet
sind. Im Druckraum 11 ist eine kolbenförmige Ventilnadel 10 längsverschiebbar
angeordnet, die eine im wesentlichen konische Ventildichtfläche 34 aufweist,
mit der sie mit dem konischen Ventilsitz 36 zusammenwirkt
und hierbei den Kraftstofffluss aus dem Druckraum 11 in das
Sackloch 38 steuert, wobei der Kraftstoff zwischen der
Ventilnadel 10 und der Wandung des Druckraums 11 vorgehalten
wird.
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Die
Ventilnadel 10 wird in einem mittleren Abschnitt der Bohrung 12 geführt, wobei
Anschliffe 17 in diesem Bereich vorgesehen sind, die einen Kraftstofffluss
durch den Druckraum 11 in Richtung des Ventilsitzes 36 bzw.
des Sacklochs 38 ermöglichen.
Am ventilsitzseitigen Ende des geführten Abschnitts der Ventilnadel 10 ist
eine Druckschulter 13 ausgebildet, auf die bei Druckbeaufschlagung
eine vom Ventilsitz 36 weggerichtete Kraft auf die Ventilnadel 10 ausgeübt wird.
Die Bohrung 12 erweitert sich am ventilsitzabgewandten
Ende zu einem Federraum 14, in dem eine Schließfeder 16 zwischen einer
die Ventilnadel 10 umgebenden Hülse 18 und einem Absatz
an der Ventilnadel 10 unter Druckvorspannung angeordnet
ist. Die Schließfeder 16 wirkt auf
die Ventilnadel 10 in Richtung des Ventilsitzes 36, so
dass – beim
Fehlen weiterer Kräfte – die Ventildichtfläche 34 gegen
den Ventilsitz 36 gedrückt
wird und dadurch das Sackloch 38 gegen den Druckraum 11 abgedichtet. Über einen
im Gehäuse 1 ausgebildeten
und in der Zeichnung nicht dargestellten Zulaufkanal lässt sich
der Federraum 14 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllen, wobei
sich der Druck, bedingt durch die Anschliffe 17, durch
den gesamten Druckraum 11 bis zum Ventilsitz 36 fortsetzt.
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Durch
die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Ventilnadel 10 und
die Hülse 18 wird
ein Steuerraum 20 begrenzt, der mit Kraftstoff gefüllt ist
und dessen Druck über
ein Steuerventil regelbar ist. Je nach Druck im Steuerraum ergibt
sich eine mehr oder weniger große
Kraft auf die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Ventilnadel 10,
die sich über
das Steuerventil regeln lässt.
Im Druckraum 11 herrscht im Betrieb der Brennkraftmaschine
ständig
hoher Druck, der dem Einspritzdruck entspricht. Wird der Druck im Steuerraum 20 abgesenkt,
so bewegt sich die Ventilnadel 10 angetrieben durch die
hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13 vom Ventilsitz 36 weg
und gibt zwischen dem Ventilsitz 36 und der Ventildichtfläche 34 einen
Querschnitt frei, durch den Kraftstoff aus dem Druckraum 11 zu
den Einspritzbohrungen 40 strömen kann. Soll die Einspritzung
beendet werden, wird der Druck im Steuerraum 20 wieder
erhöht,
so dass die Ventilnadel 10 zurück in Anlage an den Ventilsitz 36 gedrückt wird
und den Kraftstofffluss zu den Einspritzöffnungen 40 unterbricht.
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2 zeigt
eine Vergrößerung von 1 im Bereich
des Ventilsitzes 36 zusammen mit einer Draufsicht entlang
der Linie II-II auf das Sackloch 38. Die Ventilnadel 10 ist
der Übersichtlichkeit
halber hier nicht dargestellt. An den konischen Ventilsitz 36 schließt sich
das Sackloch 38 an, dessen Wandung im wesentlichen die
Form eines Kegelstumpfs aufweist. Vom Sackloch 38 gehen
sternförmig
mehrere Einspritzbohrungen 40 aus, die jeweils eine Eintrittsöffnung 41 und
eine Austrittsöffnung 42 aufweisen, wobei
die Austrittsöffnungen 42 an
der Au ßenseite des
Kraftstoffeinspritzventils angeordnet sind. Die Eintrittsöffnungen 41 sind
in der Wandung des Sacklochs 38 so angeordnet, dass sie
sich gerade berühren.
Hebt die Ventilnadel 10 vom Ventilsitz 36 ab,
so strömt
Kraftstoff aus dem Druckraum 11 zwischen der Ventildichtfläche 34 und
dem Ventilsitz 36 hindurch in das Sackloch 38,
wo der Kraftstoff durch die Eintrittsöffnungen 41 in die
Einspritzbohrungen 40 einströmt und schließlich durch
die Austrittsöffnungen 42 in
den Brennraum eingespritzt wird. Da die Eintrittsöffnungen 42 bezüglich der
Längsachse
der Bohrung 12 auf derselben Höhe angeordnet sind, bilden
sie einen Lochkreis, der einen Lochkreisdurchmesser D aufweist.
In der Draufsicht wird deutlich, dass auf Grund der großen Zahl
von Einspritzbohrungen 40 die Stege zwischen den einzelnen
Einspritzbohrungen 40 sehr dünn sind. Die Form des Sacklochs 38 kann
stark variieren und beispielsweise auch halbkugelförmig ausgebildet
sein. Auch kann das Sackloch 38, anders als in der 2 dargestellt, im
Verhältnis
zur Ventilnadel 10 wesentlich kleiner ausgebildet sein,
was insbesondere bei sogenannten Mikro-Sackloch-Düsen der
Fall ist.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils, wobei
dieselbe Darstellung wie in 2 gewählt wurde.
Da die sehr dünnen
Stege zwischen den Einspritzbohrungen 40 im Bereich des
Sacklochs relativ instabil sind, wurden sie hier durch einen Rundungsprozess
teilweise abgetragen, so dass sich der effektive Lochkreisdurchmesser
D vergrößert. Durch
die abgetragenen Stege ergibt sich so eine Ausnehmung im Sackloch 38,
was den effektiven Lochkreisdurchmesser D erhöht.
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Durch
diese Anordnung der Eintrittsöffnungen 41 lassen
sich mehr Einspritzbohrungen 40 im Kraftstoffeinspritzventil
unterbringen, was bei vorgegebenem Durchfluss eine bessere Zerstäubung des Kraftstoffs
bedeutet. Bleibt die Anzahl der Einspritzbohrungen 40 gleich,
ergibt sich durch das Abtragen der Stege zwischen den Einspritzbohrungen 40 eine vergrößerte Stegbreite,
was die Stabilität
an dieser Stelle verbessert.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel in
gleicher Darstellung wie 3, bei dem das Kraftstoffeinspritzventil
als Sitzlochdüse
ausgebildet ist. Das Sackloch entfällt hier und statt dessen gehen
die Einspritzbohrungen 40 direkt vom Ventilsitz 36 aus, wobei
die Ventilnadel 10 flussaufwärts der Einspritzbohrungen 40 auf
dem Ventilsitz 36 aufsetzt. Die Einspritzbohrungen 40 sind
wieder um in Anzahl und Größe so beschaffen,
dass sich deren Eintrittsöffnungen 41 gerade
berühren,
solange die Stege zwischen den Einspritzbohrungen 40 nicht
abgetragen sind. In 4 ist der Zustand nach dem Abtragen
der Stege im Bereich des Ventilsitzes 36 gezeigt, so dass
sich in der Draufsicht eine ganz ähnliche Form wie in 3 ergibt.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils, wobei
hier die Stege zwischen den Einspritzbohrungen 40 durch
einen Erodierprozess abgetragen wurden. Dadurch wird eine Ausnehmung
gebildet, die in einer Ebene um den gesamten Umfang des Sacklochs 38 herumführt, so
dass in dem hierdurch entstehenden großen Lochkreisdurchmesser eine
große Zahl
von Einspritzbohrungen 40 untergebracht werden kann. Zur
Erzeugung dieser ringnutförmigen Ausnehmung
kann ein elektroerosives Verfahren eingesetzt werden, was in 4 angedeutet
ist. Ein entsprechend gebogenes Erodierwerkzeug 55 wird
rotierend bewegt, so dass die Ausnehmung durch Materialabtragung
an der Wandung des Sacklochs 38 entsteht.
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6 zeigt
in einem Querschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil auf Höhe des Sackloch 38 eine
weitere Möglichkeit,
die Einspritzbohrungen 40 anzuordnen. Die Eintrittsöffnungen 41 der
Einspritzbohrungen 40 überlappen
sich hierbei fast vollständig,
so dass eine Bohrungsverschneidung gebildet wird. Dadurch lässt sich
bei einer relativ großen
Stegbreite zwischen den Sackbohrungen 46 eine große Zahl
von Austrittsöffnungen 42 unterbringen
bilden, über
die der Kraftstoff letztendlich in den Brennraum eingespritzt wird.
Die sich ergebende Y-förmige
Bohrungsverschneidung kann durch Einsetzen eines hydroerosiven Rundungsverfahrens
oder eines anderen Rundungsverfahrens an den Kanten geglättet werden.
Hierdurch wird der Strömungswiderstand beim Übertritt
des Kraftstoffs vom Sackloch 38 in die Einspritzbohrungen 40 gemindert,
was den effektiven Einspritzdruck erhöht. Ebenso können die
Kanten bei den übrigen
Bohrungsverschneidungen und Übergängen, die
in den vorangegangenen Ausführungsbeispiel
dargestellt sind, mit einem ähnlichen
Verfahren gerundet werden.