DE10329731A1

DE10329731A1 - Kraftstoffeinspritzventil und ein Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE10329731A1
Application number: DE10329731A
Authority: DE
Inventors: Markus Ohnmacht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-02-03
Also published as: EP1644635A1; WO2005010349A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil mit einem Einspritzkanal (11), durch den Kraftstoff in den Brennraum einspritzbar ist. Der Einspritzkanal (11) weist eine Eintrittsöffnung (30) und eine Austrittsöffnung (38) auf und an seinem bezüglich der Strömungsrichtung des Kraftstoffs einlaufseitigen Ende ist ein zylindrischer Abschnitt (32) ausgebildet. An den zylindrischen Abschnitt (32) schließt sich ein konischer Abschnitt (34) an, der sich in Strömungsrichtung verengt und bis zur Austrittsöffnung (38) des Einspritzkanals (11) reicht. Bei einem Verfahren zur Herstellung solcher Einspritzkanäle (11) wird ein Laserstrahl (54) von außen durch den Einspritzkanal (11) auf einen Spiegel (50) gelenkt, so dass dadurch die Erweiterung des zylindrischen Abschnitts ausgebildet werden kann (Fig. 2 und 7).

Description

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es beispielsweise aus der Schrift EP 352 926 A1 bekannt ist. Bei diesem Kraftstoffeinspritzventil sind am Grund einer Sackbohrung Einspritzkanäle ausgebildet, die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der entsprechenden Brennkraftmaschine münden. Die Einspritzkanäle weisen dabei einen zylindrischen Abschnitt auf, der das einlaufseitige Ende des Einspritzkanals bildet. An diesen zylindrischen Abschnitt schließt sich ein im Durchmesser kleinerer, zweiter zylindrischer Abschnitt an, so dass sich eine Durchmesserverringerung vom einlaufseitigen Ende zum auslaufseitigen Ende des Einspritzkanals ergibt. Hierdurch lässt sich die Strömung des Kraftstoffs im Einspritzkanal beschleunigen, was die Zerstäubung positiv beeinflusst.

Der bekannte Einspritzkanal weist hierbei jedoch den Nachteil auf, dass die Stufe im Einspritzkanal den eigentlichen Beginn des Spritzlochs markiert und hindurchfließender Kraftstoff an der Verengungsstelle abrupt beschleunigt wird. Nach dieser Verengungsstelle bleibt der Kraftstoffstrom in seiner Fließgeschwindigkeit konstant, so dass der effektive Einspritzdruck, der am auslaufseitigen Ende des Einspritzkanals zur Verfügung steht, nicht immer ausreichend ist.

Im Stand der Technik ist als Herstellungsmöglichkeit für einen gestuften Einspritzkanal beschrieben, eine Elektrode für das elektroerosive Abtragen der Wand des Einspritzkanals zu verwenden, wobei die Elektrode vom auslaufseitigen Ende des Einspritzkanals eingeschoben wird. Durch kreisende Bewegungen kann bei einer entsprechend geformten Elektrode das Material des Ventilkörpers entsprechend abgetragen werden. Dies ist jedoch recht umständlich und langwierig. Außerdem muss die Elektrode aufgrund des Abtrags an derselben häufig erneuert werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass der Einspritzkanal eine effektive Beschleunigung des Kraftstoffs im Einspritzkanal ermöglicht bei gleichzeitig kleiner effektiver Spritzlochlänge. Hierzu weist der Einspritzkanal in Strömungsrichtung gesehen einen zylindrischen Abschnitt auf, an den sich ein konischer Abschnitt anschließt, der sich bis zum auslaufseitigen Ende des Einspritzkanals erstreckt. Der Kraftstoff, der in den Einspritzkanal einfließt, wird am Übergang zum konischen Abschnitt beschleunigt. Anschließend erfolgt eine weitere Beschleunigung im konischen Abschnitt, so dass sich ein großer effektiver Einspritzdruck ergibt.

Durch die abhängigen Ansprüche sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gegeben.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung mündet der Einspritzkanal in eine Ansenkung an der Außenseite des Ventilkörpers, der Teil des Kraftstoffeinspritzventils ist. Dadurch kann die effektive Länge des Einspritzkanals weiter verkürzt werden, was je nach gewünschter Einspritzung die Charakteristik des Einspritzstrahls günstig beeinflussen kann. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Ansenkung konisch auszubilden, da hier eine stabile Kante am Übergang des konischen Abschnitts zur Ansenkung geschaffen werden kann, an der die Strömung zuverlässig abreißt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kanten zwischen den einzelnen Abschnitten des Einspritzkanals gerundet ausgebildet. Hierdurch wird die Gefahr der Kavitation gemindert, was den Durchströmungswiderstand herabsetzt.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für einen Einspritzkanal weist den Vorteil auf, dass die Erweiterung am einlaufseitigen Ende zuverlässig, schnell und mit hoher Präzision geschaffen werden kann. Hierzu wird ein Laserstrahl von einem Spiegel, der am einlaufseitigen Ende des Einspritzkanals plaziert ist, reflektiert, so dass Material in diesem Bereich abgetragen wird. Durch einen beweglichen Spiegel und einen entsprechend auf die Bewegung abgestimmten, gepulsten Laser lassen sich beliebige Erweiterungen herstellen. Dies ist deutlich einfacher und schneller als die Formung mittels Elektroerodieren oder sonstiger materialabtragender Methoden.

Zeichnung
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil,
2 eine Vergrößerung des mit II bezeichneten Ausschnitts von 1, wobei der Einspritzkanal der Übersichtlichkeit halber gegenüber 1 in die Horizontale gedreht ist,
3, 4, 5 und 6 stellen weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Einspritzkanälen dar und
7 zeigt schematisch den Aufbau zur Fertigung von Einspritzkanälen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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 9 begrenzt wird. Vom Ventilsitz 9 gehen mehrere Einspritzkanäle 11 ab, die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventil in einer Brennkraftmaschine in den Brennraum derselben münden. In der Sackbohrung 3 ist eine kolbenförmige Ventilnadel 11 längsverschiebbar angeordnet, die mit einem Führungsabschnitt 15 in einem ventilsitzabgewandten Führungsbereich 23 der Sackbohrung 3 geführt wird, so dass der verbleibende Spalt zwischen dem Führungsbereich 23 und der Wand der Sackbohrung 3 eine ausreichende Dichtung gewährleistet. Ausgehend vom Führungsabschnitt 15 verjüngt sich die Ventilnadel 5 dem Ventilsitz 9 zu unter Bildung einer Druckschulter 13 und geht an ihrem Ende in eine im wesentlichen konische Ventildichtfläche 7 über, die mit dem Ventilsitz 9 zusammenwirkt. Zwischen der Ventilnadel 5 und der Wand der Sackbohrung 3 ist zwischen dem Führungsbereich 23 und dem Ventilsitz 9 ein Druckraum 19 ausgebildet, der auf Höhe der Druckschulter 13 radial erweitert ist. In die radiale Erweiterung des Druckraums 19 mündet ein im Ventilkörper 1 verlaufender Zulaufkanal 25, über den der Druckraum 19 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Die Ventilnadel 5 wird an ihrem ventilsitzabgewandten Ende von einer Schließkraft beaufschlagt, die durch eine geeignete und in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung erzeugt wird. Gebräuchlich sind beispielsweise Federn oder die Erzeugung der Schließkraft mit hydraulischen Mitteln. Zur Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zur Steuerung der Einspritzung dient zum einen die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13 und zum anderen die Schließkraft. Je nach dem, welche Kraft überwiegt, bewegt sich die Ventilnadel 5 vom Ventilsitz 9 weg oder auf diesen zu und öffnet und schließt so die Einspritzkanäle 11.
2 zeigt eine Vergrößerung des in 1 mit II bezeichneten Ausschnitts, wobei die Längsachse 31 des Einspritzkanals 11 in die Horizontale gedreht wurde. Der Einspritzkanal 11 weist eine Eintrittsöffnung 30 und eine Austrittsöffnung 38 auf, wobei der Einspritzkanal 11 rotationssymmetrisch um die Längsachse 31 ausgebildet ist. Ausgehend von der Eintrittsöffnung 30 ist ein zylindrischer Abschnitt 32 ausgebildet, der bis zu einer Übergangskante 33 reicht. An den zylindrischen Abschnitt 32 schließt sich ein konischer Abschnitt 34 an, der bis zur Austrittsöffnung 38 reicht und sich in Strömungsrichtung verjüngt. Die Übergangskante 33 zwischen dem zylindrischen Abschnitt 32 und dem konischen Abschnitt 34 kann auch gerundet ausgebildet sein, um die Strömung weniger zu verwirbeln. Die Längen des zylindrischen Abschnitts 32 und des konischen Abschnitts 34 können unterschiedliche Verhältnisse zueinander haben. Beispielsweise ist die Länge des konischen Abschnitts 34 etwa doppelt so groß wie die Länge des zylindrischen Abschnitts 32 oder beide Längen sind zumindest näherungsweise gleich lang.
3 zeigt in derselben Ansicht wie 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Einspritzkanals 11. Der zylindri sche Abschnitt 32 ist identisch zu dem in 2 gezeigten, jedoch weist der anschließende konische Abschnitt 34 eine Eintrittsöffnung 36 auf, die einen kleineren Durchmesser aufweist als der zylindrische Abschnitt 32. Hierdurch wird im Einspritzkanal 11 eine Ringfläche 40 gebildet, wobei es auch vorgesehen sein kann, wie in 4 gezeigt, dass die Ringfläche 40 etwas angeschrägt ist, um die Einströmung von Kraftstoff in den konischen Abschnitt 34 zu erleichtern.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei der Einspritzkanal 11 weitgehend dem in 3 gezeigten entspricht. Die Austrittsöffnung 38 des Einspritzkanals 11 liegt hier jedoch nicht an der Außenseite des Ventilkörpers 1, sondern in einer konischen Ansenkung 42, die im Ventilkörper 1 ausgebildet ist. Hierdurch wird die effektive Spritzlochlänge verkleinert, was sich günstig auf die Zerstäubung und die Gemischaufbereitung im Brennraum auswirkten kann.
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem eine zylindrische Ansenkung 44 vorgesehen ist. Die Wirkung ist dieselbe wie bei der konischen Ansenkung 42, jedoch sind die Bedingungen an der Austrittsöffnung 38 des Einspritzkanals 11 hier denen der Ausführungsbeispiele nach 2, 3 oder 4 ähnlicher, was die Auslegung erleichtert.
Um einen zylindrischen Abschnitt 32 zu fertigen, der den größten Durchmesser des gesamten Einspritzkanals 11 darstellt, kann ein Verfahren verwendet werden, wie es in 7 schematisch dargestellt ist. Das Verfahren eignet sich, sämtliche Einspritzkanäle 11 nach den 2 bis 6 herzustellen, aber auch einen Einspritzkanal 11, wie er in 7 dargestellt ist. Hier weist der Einspritzkanal 11 neben einem zylindrischen Abschnitt 32 einen zweiten zylindrischen Abschnitt 35 auf, der einen kleineren Durchmesser aufweist als der zylindrische Abschnitt 32, so dass auch hier eine Ringfläche 40 gebildet wird. Um einen solchen Einspritzkanal 11 zu fertigen wird zuerst eine Bohrung in den Ventilkörper 1 eingebracht, die beispielsweise den Durchmesser des zweiten zylindrischen Abschnitts 35 aufweist. Die Durchmessererweiterung im Bereich des konischen Abschnitts 32 wird durch folgendes Verfahren erreicht: Mittels eines Lasers 52 wird ein Laserstrahl 54 erzeugt, der durch die Austrittsöffnung 38 in den Einspritzkanal 11 gerichtet wird. Im Inneren der Sackbohrung 3 ist ein Spiegel 50 angebracht, der den Laserstrahl 54 so umlenkt, dass er auf den Ventilkörper 1 zurück reflektiert wird. Durch einen geeigneten Laser 52 mit ausreichender Leistung, der vorzugsweise gepulst betrieben wird, und eine entsprechende Bewegung des Spiegels 50 kann der Ventilkörper 1 gezielt abgetragen und die Durchmessererweiterung hergestellt werden, die schließlich den zylindrischer Abschnitt 32 bildet.
Es ist bei der Durchführung des Verfahrens wichtig, den Spiegel genau zu justieren. Hierzu kann dieser vorzugsweise auf einem Steller angebracht werden, der mittels Piezoaktoren bewegt wird, die eine schnelle und präzise Steuerung erlauben. Bei schnelllaufenden Brennkraftmaschinen, wie sie vorzugsweise für Personenkraftwagen verwendet werden, werden Kraftstoffeinspritzventile verwendet, deren Sackbohrung 3 in der Regel nur wenige Millimeter im Durchmesser aufweist (beispielsweise etwa 4 mm). Deshalb ist das oben beschriebene Verfahren besonders geeignet, die Einspritzkanäle 11 bei solchen Kraftstoffeinspritzventilen zu fertigen, wo in der Sackbohrung nur wenig Platz für die Plazierung von Werkzeugen vorhanden ist.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Einspritzkanal (11), durch den Kraftstoff in den Brennraum einspritzbar ist, wobei der Einspritzkanal (11) eine Eintrittsöffnung (30) und eine Austrittsöffnung (38) aufweist und wobei an dem bezüglich der Strömungsrichtung des Kraftstoffs einlaufseitigen Ende des Einspritzkanals (11) ein zylindrischer Abschnitt (32) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den zylindrischen Abschnitt (32) ein konischer Abschnitt (34) anschließt, der sich in Strömungsrichtung verengt und der bis zur Austrittsöffnung (38) des Einspritzkanals (11) reicht.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzkanal (11) in der Wand eines Ventilkörpers (1) ausgebildet ist und in eine Ansenkung (42; 44) an der Außenseite des Ventilkörpers (1) mündet.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansenkung (42) konisch ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) der Eintrittsöffnung (36) des konischen Abschnitts (34) dem Durchmesser (D) des ersten zylindrischen Abschnitts (32) entspricht.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (36) des konischen Abschnitts (34) einen kleineren Durchmesser (d) aufweist als der Durchmesser (D) des zylindrischen Abschnitts (32).
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den zylindrischen Abschnitt (32) eine Schulter anschließt, die eine Ringfläche (40) bildet.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzkanal vom Grund einer Sackbohrung ausgeht, wobei die Sackbohrung in einem Ventilkörper ausgebildet ist, der Teil des Kraftstoffeinspritzventils ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangskanten (33; 38) von einem Abschnitt (32; 34) des Einspritzkanals (11) zum benachbarten Abschnitt gerundet ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Einspritzkanals (11) in einem Kraftstoffeinspritzventil, wobei der Einspritzkanal (11) in Strömungsrichtung des Kraftstoffs an seinem einlaufseitigen Ende einen zylindrischen Abschnitt (32) aufweist, an den sich ein im Durchmesser verringerter Abschnitt anschließt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Herstellung einer Bohrung in einem Ventilkörper (1) des Kraftstoffeinspritzventils, – Positionieren eines Spiegels (50) am einlaufseitigen Ende des Einspritzkanals (11), – Erweitern des Durchmessers am einlaufseitigen Ende des Einspritzkanals (11), indem ein Laserstrahl (54) vom auslaufseitigen Ende des Einspritzkanals (11) durch den Einspritzkanal (11) auf den Spiegel (50) gerichtet wird und so vom Spiegel (50) reflektiert wird, dass die entsprechenden Teile des Ventilkörpers (1) abgetragen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (50) beweglich gelagert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (52) gepulst betrieben wird.