DE10254789A1

DE10254789A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10254789A1
Application number: DE2002154789
Authority: DE
Inventors: Holmer Dipl.-Ing. Slocinski; Norbert Walter
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: LOrange GmbH
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-06-17
Also published as: EP1422417A1

Abstract

Bei einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen ist der Düsennadel ein im Durchmesser vergrößerter Nadelbund zugeordnet, der zwischen einem Vorratsraum und einem Dämpfungsraum liegt, die über einen Übertrittsspalt kommunizieren, in dem eine Drosselstelle liegt, deren Querschnitt sich hubabhängig in Schließrichtung der Düsennadel verringert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere für im Common-Rail-Verfahren mit Dieselkraftstoff oder Schweröl betriebene Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Krafteinspritzventile der vorgenannten Art sind aus der JP 59190472 A bekannt, und zwar in einer Ausbildung, bei der der Übertrittsspalt zwischen der Aufnahmebohrung eines Düsenkörpers für eine Düsennadel und der Düsennadel im Bereich eines gegenüber dem Durchmesser des Führungsabschnittes der Düsennadel vergrößerten Nadelbundes als von der Hubstellung der Düsennadel abhängige Drosselstelle ausgebildet ist, über die ein Dämpfungsraum und ein Vorratsraum zur Dämpfung der Schließbewegung der Düsennadel verbunden sind. Die Drosselstelle ist dadurch geschaffen, dass die Aufnahmebohrung eine rechtwinklig einspringende Schulter aufweist, der seitens des Nadelbundes ein entsprechender, rechtwinkliger Absatz im Übergang vom Nadelbund zum Führungsabschnitt entspricht. Abgesehen vom Radialspiel zwischen Aufnahmebohrung und Nadelbund ist bei einer derartigen Lösung die Dämpfung in hohem Maße auch dadurch beeinflusst, inwieweit in Hubrichtung die lagemäßige Zuordnung der Steuerkanten der vorgegebenen Konstruktionslage entspricht, deren Positionierung auf die axiale Positionierung von Düsennadel und Dü senkörper bei geschlossenem Einspritzventil abgestimmt ist. Durch Fertigungstoleranzen bedingte Abweichungen sind dabei ebenso relevant wie solche durch Setzungen, beispielsweise durch Einarbeiten der Düsennadel in den Nadelsitz, und beeinträchtigen den angestrebten Dämpfungseffekt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzventil der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Funktion der Drosselstelle im Übergang vom Vorratsraum auf den Dämpfungsraum bezüglich der angestrebten Dämpfung gegen fertigungsbedingte Toleranzen wie auch verschleißbedingte Setzungen, jeweils bezogen auf die konstruktive Auslegung, unempfindlich ist.
Gemäß der Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht, demzufolge die durch einen einspringenden Schulterbereich und den Steuerkantenbereich der Nadelbuchse bestimmte Drosselstelle bezüglich des Schulterbereiches und/oder des Steuerkantenbereiches sich in Schließrichtung konisch verjüngend ausgebildet wird, so dass sich ein bezogen auf die Größenordnung der fertigungsbedingten Toleranzen und der verschleißbedingten Setzungen breiter Übergangsbereich um die Konstruktionslage ergibt, in dem die Dämpfungsverhältnisse weitgehend die gleichen sind, so dass das funktionell angestrebte Verhalten im Rahmen der bei hoch präzisen Kraftstoffeinspritzventilen zulässigen Grenzen weitgehend gewährleistet ist.
Vorteilhafte und auch hinsichtlich der Umrüstung von bereits bestehenden Kraftstoffeinspritzventilen zweckmäßige Lösungen bestehen im Rahmen der Erfindung darin, dass lediglich der Schulterbereich oder der Steuerkantenbereich konisch ausgebildet werden, bei zumindest in Annäherung rechtwinkliger Ausbildung des jeweiligen Gegenstückes.
Im Rahmen der Erfindung kann es auch zweckmäßig sein, bei konischer Ausbildung des Schulterbereiches und des Steuerkantenbereiches, also der Außenkontur und der Innenkontur der sich in Schließrichtung verjüngenden Drosselstelle in der Wahl der für die Konen gegebenen Kegelwinkel eine mittlere Setzung zu berücksichtigen und beispielsweise die Kegelwinkel der Außen- und der Innenkontur leicht unterschiedlich zu wählen, um Setzeffekte vorwegzunehmen und den Drosselquerschnitt über dem Hub an jeweilige Erfordernisse anzupassen.
Im Rahmen der Erfindung erweisen sich halbe Kegelwinkel der Größenordnung von 3 bis 25 Grad als zweckmäßig, bevorzugt in der Größenordnung um etwa 5 bis 8 Grad.
Des Weiteren erweist es sich als zweckmäßig, die jeweiligen konischen Bereiche in ihrer Länge so zu wählen, dass die Höhe des jeweiligen Kegelstumpfes größer ist als der Hubweg der Düsennadel, wobei es aber auch im Rahmen der Erfindung liegt, die Höhe des Kegelstumpfes gleich oder kleiner als den Hubweg der Düsennadel zu machen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematisierte Darstellung des düsennadelseitigen Endes einer Einspritzdüse oder eines Einspritzinjektors im Schnitt, und
2 und 3 Vergrößerung des Ausschnittes A in 1, wobei in 2 und 3 unterschiedliche Ausgestaltungen der Drosselstelle veranschaulicht sind.
In 1 ist im Schnitt das düsennadelseitige Ende eines Kraftstoffeinspritzventiles 1 gezeigt, das einen Haltekörper 2 und einen Düsenkörper 3 umfasst, die über eine Überwurfmutter 4 gegeneinander verspannt sind. Der Düsenkörper 3 ist zentral von einer Aufnahmebohrung 5 durchsetzt, die auf Spritzöffnungen 6 ausläuft, über die der Kraftstoff auf den Brennraum einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Über den Haltekörper 2 kann, was ebenfalls nicht gezeigt ist, in bekannter Weise die Fixierung der Einspritzdüse 1 gegenüber dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine erfolgen.
In der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich in Verlängerung der in der Aufnahmebohrung 5 angeordneten Düsennadel 7 ein Stellbolzen 8, der in Richtung auf die Düsennadel 7 federbelastet ist, was nicht gezeigt ist, ebenso wenig wie eine möglicherweise vorgesehene Beaufschlagung über eine Vorsteuereinheit. Dies entspricht bekannten Lösungen.
Über die Kraftstoffzulaufbohrung 9, die auf eine Druckkammer 10 mündet, erfolgt die Versorgung mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff, wobei die Düsennadel 7 druckabhängig aus ihrem Sitz 11 angehoben werden kann, so dass die Einspritzung erfolgt. Bei Beendigung des jeweiligen Einspritztaktes wird die Düsennadel 7 wiederum in die gezeigte Schließlage versetzt, entsprechend der vorgegebenen Federbelastung.
Die Düsennadel 7 läuft gegenüberliegend zum Sitz 11 in einem Nadelbund 12 aus, der im Durchmesser gegenüber dem Führungsabschnitt 13 der Düsennadel 7 vergrößert ist und in einer Kammer 14 des Düsenkörpers 3 liegt, die durch den Nadelbund 12 in einen Dämpfungsraum 15 und einen Vorratsraum 16 unterteilt ist, was anhand der 2 und 3 näher erläutert wird. Der Vorratsraum 16 liegt im Übergang auf den Haltekörper 2, in dem der Stellbolzen 8 läuft, wobei die entsprechende Bohrung über eine Leckagebohrung 17 an die Trennebene zwischen Haltekörper 2 und Düsenkörper 3 angeschlossen ist. Der weitere Anschluss zur Niederdruckseite ist nicht gezeigt. Insbesondere im Übergang zur Leckagebohrung 17 kann eine Kanalverbindung 24, in 3 stichliert angedeutet, vorgesehen sein, um einen Leckagezulauf auf den Vorratsraum 16 sicherzustellen, falls der Übertrittspalt 18 überdeckt ist.
Entsprechend der hochdruckseitigen Druckbeaufschlagung der Düsennadel 7 und des auch in der Druckkammer 10 anstehenden Druckes ergibt sich längs des Führungsabschnittes 13 der Düsennadel 7 unvermeidlich eine gewisse Leckage auf den Dämpfungsraum 15. Dieser steht mit dem Vorratsraum 16 über einen Übertrittsspalt 18 in Verbindung, wobei der Vorratsraum 16 seinerseits über den Übertrittsspalt 18 aus dem Dämpfungsraum 15 versorgt wird oder auch über sonstige Leckage- oder Niederdruckanschlüsse, beispielsweise über die Kanalverbindung 24, wie vorstehend geschildert. Dadurch ist sichergestellt, dass ungeachtet der Leckage längs des Führungsabschnittes 13, die im optimalen Fall sehr gering ist, eine Füllung des Dämpfungsraumes 15 sichergestellt ist, da der Dämpfungsraum 15 über den Übertrittsspalt 18 in ständiger Verbindung zum Vorratsraum 17 steht, wenn auch in der Schließstellung der Düsennadel 7 der entsprechende Übertrittsquerschnitt verengt und dadurch gedrosselt ist.
2 und 3 zeigen bei grundsätzlich gleichem Aufbau den Ausschnitt A in 1 vergrößert, wobei sich die Darstellungen gemäß 2 und 3 auf eine Öffnungslage der Düsennadel 7 beziehen, in der die Düsennadel 7 mit ihrem Nadelbund 12 eine dieser Öffnungslage entsprechende obere Anschlagstellung gegen den Haltekörper 2 einnimmt, der in 1 veranschaulicht ist. Der Vorratsraum 16 ist somit hubabhängig auf sein Minimum reduziert und das verdrängte hydraulische Arbeitsmedium wird über den Übertrittsspalt 18 den Dämpfungsraum übergeleitet. Hierbei ist der Querschnitt des Überströmspaltes 18 auch im Bereich der Drosselstelle 19 voll geöffnet, die durch einen einspringenden Schulterbereich 20 der Aufnahmebohrung 5 und einen zugehörigen Steuerkantenbereich 21 des Nadelbundes 12 gebildet ist.
In der Ausgestaltung gemäß 2 ist der Schulterbereich 20 als zur Bohrungswandung etwa rechtwinklig vorspringende Stufe ausgebildet, während der Steuerkantenbereich 21 als gegen den Führungsabschnitt 13 konisch auslaufendes Ende des Nadelbundes 12 gestaltet ist.
Die Ausgestaltung gemäß 3 zeigt eine der 2 entsprechende Situation, wobei nunmehr der radial einspringende Schulterbereich 22 als sich konisch in Schließrichtung der Düsennadel 7 verjüngender Abschnitt vorgesehen ist, zu dem ein Steuerkantenbereich 23 korrespondiert, der durch die dem Führungsabschitt 13 zugewandte Kante des Nadelbundes 12 gebildet ist, die scharfkantig, insbesondere rechtwinklig abgesetzt ist.
In den 2 und 3 ist für die Drosselstelle 19 der maximale Durchtrittsquerschnitt gegeben. Wird die Düsennadel 7 in Schließrichtung verlagert, so ergibt sich, was nicht gezeigt ist, eine Verengung des Drosselquerschnittes, so dass das im Dämpfungsraum 15 befindliche Arbeitsmedium nur stark gedrosselt auf den Vorratsraum 16 übertreten kann, mit einer entsprechenden Dämpfungswirkung auf die Düsennadel 7 und deren Schließbewegung.
Nicht gezeigt ist in den Figuren die weitere, im Rahmen der Erfindung liegende Möglichkeit, eine konische Ausgestaltung des Steuerkantenbereiches 21 gemäß 1 mit einer konischen Ausgestaltung des Schulterbereiches 22 gemäß 3 zu paaren, so dass die Drosselstelle durch zwei im Wesentlichen gleichgerichtete, konische Bereiche gebildet ist.
Der für den jeweils konischen, durch den Schulterbereich 20 bzw. 22 gegebenen Abschnitt gegebene halbe Kegelwinkel ist in 2 für den Schulterbereich 20 mit 25 und in 3 für den Schulterbereich 22 mit 26 bezeichnet.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere für im Common-Rail-Verfahren mit Dieselkraftstoff oder Schweröl betriebene Brennkraftmaschinen, mit einem Düsenkörper, der eine auf eine Spritzöffnung auslaufende Aufnahmebohrung für eine Düsennadel aufweist, die auf ihre Schließlage für die Spritzöffnung federbelastet ist, durch Druckbeaufschlagung mit Einspritzmedium im Spritzlochbereich anzuheben ist und einen in der Aufnahmebohrung laufenden Führungsabschnitt aufweist, der zwischen dem Spritzlochbereich und einem zum Führungsabschnitt radial verbreiterten Nadelbund liegt, wobei der Nadelbund zur Aufnahmebohrung einen Übertrittsspalt zwischen einem benachbart zum Führungsabschnitt liegenden Dämpfungsraum und einem gegenüberliegenden Vorratsraum abgrenzt und wobei der Übertrittsspalt gegen den Dämpfungsraum über eine im Querschnitt von der Hubstellung der Düsennadel abhängige Drosselstelle ausläuft, die durch einen einspringenden Schulterbereich der Aufnahmebohrung und einen zugehörigen Steuerkantenbereich des Nadelbundes gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der einspringende Schulterbereich (20; 22) und/oder der Steuerkantenbereich (21; 23) des Nadelbundes (12) einen sich in Schließrichtung der Düsennadel (7) konisch verjüngenden Verlauf aufweisen.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einspringende Schulterbereich (20) als Stufe ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkantenbereich (23) als Stufe ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzventil Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der einspringende Schulterbereich (22) einen Kegelstumpf bildet.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkantenbereich (21) einen Kegelstumpf bildet.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubweg der Düsennadel (7) etwa der Höhe des Kegelstumpfes entspricht.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubweg der Düsennadel (7) kleiner als die Höhe des Kegelstumpfes ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubweg der Düsennadel (7) größer als die Höhe des Kegelstumpfes ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der halbe Kegelwinkel des den Schulterbereich (22) bildenden Kegelstumpfes in der Größenordung von 3 bis 25°, insbesondere bei etwa 5 bis 8° liegt.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der halbe Kegelwinkel des Steuerkantenbereiches in der Größenordnung von 3 bis 25°, insbesondere bei etwa 5 bis 8° liegt.