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Die
Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
aus, wie es beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 100 62 959 A1 dargestellt
ist. Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist hierbei einen
Ventilkörper
auf, in dem eine Sackbohrung ausgebildet ist. An ihrem brennraumseitigen
Ende wird die Sackbohrung von einem Ventilsitz begrenzt, von dem
wenigstens eine Einspritzöffnung
abgeht. In der Sackbohrung ist eine Ventilnadel längsverschiebbar
angeordnet, die an ihrem brennraumseitigen Ende mit dem Ventilsitz
zur Steuerung der wenigstens einen Einspritzöffnung zusammenwirkt. Die Ventilnadel
wird hierbei in einem brennraumabgewandten, ersten Führungsabschnitt in
der Sackbohrung geführt
und zusätzlich
in einem zweiten Führungsabschnitt,
der etwa in der Mitte zwischen dem ersten Führungsabschnitt und dem Ventilsitz
angeordnet ist. Zwischen der Ventilnadel und der Wand der Bohrung
ist ein Druckraum ausgebildet, der mit Kraftstoff unter hohem Druck
befüllbar
ist. Der Kraftstoff fließt
durch den Druckraum zum Ventilsitz, wo er – bei vom Ventilsitz abgehobener
Ventilnadel – durch
die Einspritzöffnungen
in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
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Bei
modernen Einspritzsystemen, wie sie insbesondere für schnelllaufende
Brennkraftmaschinen verwendet werden, sind Einspritzdrücke und
damit Kraftstoffdrücke
im Druckraum bis zu 200 MPa möglich.
Durch den hohen Kraftstoffdruck im Druckraum weitet sich der Ventilkörper bei
den Einspritzvorgängen
etwas auf, so dass die Führung
am mittleren Führungsabschnitt
der Ventilnadel dadurch ein vergrößertes Spiel aufweist. Damit
kann es zu einer leichten Desachsierung der Ventilnadel in Bezug
auf den Ventilsitz kommen, was zu einer ungleichmäßigen Kraftstoffverteilung
auf die einzelnen Einspritzöffnungen
und damit zu einer nicht optimalen Verbrennung führen kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass die Ventilnadel auch bei sehr hohen Einspritzdrücken exakt
bezüglich
des Ventilsitzes ausgerichtet bleibt. Dadurch ist stets eine gleichmäßige Kraftstoffzufuhr
zu den einzelnen Einspritzöffnungen
gegeben und die Einspritzung des Kraftstoffs erfolgt symmetrisch über sämtliche
Einspritzöffnungen.
Um dies zu erreichen ist in der Sackbohrung des Kraftstoffeinspritzventils
eine ortsfeste Hülse
angeordnet, in der die Ventilnadel geführt ist. Dadurch wird die Ventilnadel
nicht in der Sackbohrung des Ventilkörpers geführt, so dass ihre Ausrichtung
unabhängig von
einer eventuellen Aufweitung des Ventilkörpers ist.
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In
einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung
wird ein Druckraum, der zwischen der Hülse und der Wand der Bohrung
ausgebildet ist, über
einen im Ventilkörper
ausgebildeten Zulaufschlitz mit Kraftstoff befüllt. Durch die Ausgestaltung
dieses Zulaufschlitzes entfällt
die bisher übliche
Bohrungsverschneidung, was zusätzliche
mechanische Stabilität
bezüglich
Druckaufweitung ermöglicht.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Hülse mit
einem ersten, ventilsitznahen Abschnitt und mit einem zweiten, ventilsitzfernen
Abschnitt in der Sackbohrung geklemmt. Zwischen diesen beiden Abschnitten,
begrenzt durch die Hülse und
die Wand der Sackbohrung, ist der Druckraum ausgebildet, dessen
hydraulische Verbindung zum Ventilsitz vorzugsweise über Nuten
sichergestellt ist, die am ventilsitznahen ersten Abschnitt ausgebildet sind.
Der Querschnitt der Nuten sollte hierbei so groß sein, dass eine ungedrosselte
Kraftstoffzufuhr aus dem Druckraum zum Ventilsitz und damit zu den
Einspritzöffnungen
möglich
ist. Dadurch wird der Kraftstoff zwischen der Hülse und der Wand der Sackbohrung
geleitet und beeinträchtigt
die Bewegung der Ventilnadel nicht, da er nicht unmittelbar an dieser entlang
fließt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ventilnadel mit
einem ersten, ventilsitznahen Führungsabschnitt
und mit einem zweiten, ventilsitzabgewandten Führungsabschnitt in der Hülse geführt. Begrenzt
durch die beiden Führungsabschnitte der
Ventilnadel und durch die Hülse
ist ein Ringraum ausgebildet, der mit dem Druckraum hydraulisch
verbunden ist. Dies kann vorteilhafter Weise durch eine Bohrung
in der Hülse
sicher gestellt werden oder über
den Ringspalt, der zwischen dem ersten, ventilsitznahen Führungsabschnitt
der Ventilnadel und der Hülse
verbleibt. Um die Dynamik der Ventilnadel beim Öffnen und Schließen nicht
durch den mit Kraftstoff unter Druck gefüllten Ringraum zu beeinflussen, weist
vorteilhafter Weise der ventilsitznahe erste Führungsabschnitt und der ventilsitzferne
zweite Führungsabschnitt
denselben Durchmesser auf.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt.
Es zeigt
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1 einen Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
und
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2 eine Draufsicht auf die
brennraumabgewandte Stirnseite des Kraftstoffeinspritzventils.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
im Längsschnitt
dargestellt. In einem Ventilkörper 1 ist
eine Sackbohrung 3 ausgebildet, die an ihrem brennraumseitigen
Ende von einem im wesentlichen konischen Ventilsitz 7 begrenzt
wird. Vom Ventilsitz 7 gehen mehrere Einspritzöffnungen 9 aus,
die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum
der Brennkraftmaschine münden.
In der Sackbohrung 3 ist eine Hülse 15 angeordnet,
an der durch radiale Erweiterungen ein ventilsitznaher, erster Abschnitt 115 und
ein ventilsitzferner, zweiter Abschnitt 215 ausgebildet
sind. Die Hülse 15 wird
mit dem ersten Abschnitt 115 und dem zweiten Abschnitt 215 in
der Sackbohrung 3 geklemmt, so dass sie ortsfest bezüglich des
Ventilkörpers 1 ist.
Bei der Montage der Hülse 15 wird
diese vom offenen Ende der Sackbohrung 3 aus in die Sackbohrung 3 eingeschoben,
wobei der Außendurchmesser
des ersten Abschnitts 115 der Hülse 15 geringfügig größer ist
als der Durchmesser der Sackbohrung 3, wodurch die Hülse 15 in
der Sackbohrung 3 fixiert wird.
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Zwischen
der Hülse 15 und
der Wand der Sackbohrung 3 ist ein Druckraum 12 ausgebildet,
der über
einen im Ventilkörper 1 ausgebildeten
Schlitz 5 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. 2 zeigt hierzu eine Draufsicht
auf die brennraumabgewandte Stirnseite des Ventilkörpers 1,
in dem die Eintrittsöffnung
des Zulaufschlitzes 5 gezeigt ist. Um den Ventilsitz 7 hydraulisch
mit dem Druckraum 12 zu verbinden sind an der Außenseite
des ersten Abschnitts 115 der Hülse 15 Nuten 17 ausgebildet,
deren Querschnitt so bemessen ist, dass eine drosselungsfreie Zufuhr
von Kraftstoff aus dem Druckraum 12 zum Ventilsitz 7 und
damit zu den Einspritzöffnungen 9 ermöglicht wird.
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In
der Hülse 15 ist
eine Ventilnadel 22 längsverschiebbar
angeordnet, die an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine Ventildichtfläche 26 aufweist.
Bei Anlage der Ventilnadel 22 mit ihrer Ventildichtfläche 26 auf
dem Ventilsitz 7 werden die Einspritzöffnungen 9 verschlossen
und beim Abheben der Ventilnadel 22 vom Ventilsitz 7 entsprechend
geöffnet,
so dass dann Kraftstoff aus dem Druckraum 12 durch die
Nuten 17 und zwischen der Ventildichtfläche 26 und dem Ventilsitz 7 hindurch
zu den Einspritzöffnungen 9 fließen kann,
von wo der Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt
wird. Diese Einspritzung wird solange fortgesetzt, bis die Ventilnadel
die Einspritzöffnungen 9 erneut
verschließt.
Nahe der Ventildichtfläche 26 ist
an der Ventilnadel 22 eine Druckschulter 24 ausgebildet,
durch welche sich bei entsprechender Beaufschlagung mit Kraftstoff
eine hydraulische Kraft auf die Ventilnadel 22 ergibt,
die vom Ventilsitz 7 weggerichtet ist. Die Bewegung erfolgt
hierbei gegen eine Schließkraft,
die beispielsweise mit Hilfe einer entsprechenden Feder auf das ventilsitzferne
Ende der Ventilnadel 22 ausgeübt wird.
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Die
Ventilnadel 22 weist einen ventilsitznahen, ersten Führungsabschnitt 122 und
einen ventilsitzfernen, zweiten Führungsabschnitt 222 auf,
welche jeweils durch eine radiale Erweiterung der Ventilnadel 22 gebildet
werden. Zwischen der Ventilnadel 22 und der Hülse 15,
begrenzt durch den ersten Führungsabschnitt 122 und
den zweiten Führungsabschnitt 222, ist
ein Ringraum 20 ausgebildet. Über eine enge Führung am
zweiten Führungsabschnitt 222 der
Ventilnadel 22 ist der Ringraum 20 mit einem in
der Zeichnung nicht dargestellten Leckölraum verbunden, in dem stets
ein niedriger Kraftstoffdruck herrscht, so dass sich kein Kraftstoffdruck
im Ringraum 20 aufbauen kann. Der zwischen dem ersten Führungsabschnitt 122 und
der Hülse 15 ausgebildete
Ringspalt dient hierbei ebenfalls der Begrenzung des Zuflusses von
Kraftstoff aus dem Druckraum 12 in den Leckölraum. Der
Durchmesser des ersten Führungsabschnitts 122 und
der Durchmesser des zweiten Führungsabschnitts 222 sind
dabei identisch, so dass die hydraulischen Kräfte auf die Ventilnadel 22,
die durch einen eventuell auftretenden Kraftstoffdruck im Ringraum 20 hervorgerufen
werden, keine resultierende Kraft auf die Ventilnadel 22 ergeben.
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Die
Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Die
Ventilnadel 22 wird von einer in der Zeichnung nicht dargestellten
Vorrichtung, beispielsweise einer Schließfeder, mit einer Schließkraft in
Richtung des Ventilsitzes 7 beaufschlagt. Durch den Kraftstoff,
der über
den Zulaufschlitz 5 in den Druckraum 12 eingebracht
wird, ergibt sich ein hoher Druck und damit eine hydraulische Kraft
auf die Ventilnadel 22, hauptsächlich über die Druckschulter 24, die
nahe der Ventildichtfläche 26 ausgebildet
ist. Sobald diese hydraulische Kraft die Kraft der Schließkraft übersteigt,
hebt die Ventilnadel 22 vom Ventilsitz 7 ab und
gibt die Einspritzöffnungen 9 frei.
Zur Beendigung der Einspritzung wird entweder die Schließkraft auf
die Ventilnadel 22 erhöht
oder die Kraftstoffzufuhr in den Druckraum 12 unterbrochen,
so dass der Kraftstoffdruck dort abfällt. Die Ventilnadel 22 gleitet
hierauf wieder zurück
in ihre Schließstellung und
unterbricht die Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzöffnungen 9.
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Der
Kraftstoffdruck im Druckraum 12 steigt bei der Einspritzung
an, so dass die Hülse 15 einen äußeren Druck
erfährt.
Aufgrund des Freistichs zwischen dem ersten Führungsabschnitt 122 und
dem zweiten Führungsabschnitt 222 kommt
es jedoch nicht zu Beeinträchtigungen
bei der Bewegung der Ventilnadel 22. Am ersten Führungsabschnitt 122 und
am zweiten Führungsabschnitt 222 der
Ventilnadel 22 ist eine Beaufschlagung mit Druck von außen entweder
nicht vorhanden oder die Hülse
ist, wie am ersten Abschnitt 115 der Hülse 15, verdickt.
Die Ventildichtfläche 26 bleibt
deshalb stets exakt zum konischen Ventilsitz 7 ausgerichtet,
was eine gleichmäßige Verteilung
des Kraftstoffs auf die einzelnen Einspritzöffnungen 9 ergibt.
Eine ungleichmäßige Kraftstoffverteilung
und damit Kraftstoffeinspritzung führt andernfalls zu einer nicht
optimalen Verbrennung und damit zu einem Leistungsverlust oder zu
erhöhten
Schadstoffemissionen.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
ist, dass die Ventilnadel 22 dünner ausgeführt werden kann und damit leichter ist,
als bei den sonst üblichen
Kraftstoffeinspritzventilen. Dadurch lässt sich eine höhere Dynamik
und schnellere Schaltzeiten erreichen. Wegen der geringeren Kräfte, die
zur Bewegung einer leichteren Ventilnadel 22 nötig sind,
vermindert sich auch der Verschleiß am Ventilsitz 7,
was zu einer längeren
Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils führt.