DE19602615A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen aus der DE 43 40 883 A1 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein Ventilglied axial verschiebbar in einer Bohrung eines Ventilkörpers geführt. Das Ventilglied weist dabei an seinem brennraumseitig aus der Bohrung des Ventilkörpers ragenden Ende einen Ventilkopf auf, dessen in die Bohrung eingetauchte, brennraumabgewandte Ringstirnfläche einen Druckraum begrenzt, der vom Kraftstoffhochdruck beaufschlagbar ist. Dabei verschiebt der den Druckraum beaufschlagende Kraftstoffhochdruck das Ventilglied entgegen der Rückstellkraft einer Ventilfeder nach außen in eine Öffnungshubstellung. Im Ventilkopfist wenigstens ein Einspritzkanal vorgesehen, der ausgehend vom Druckraum in eine Austrittsöffnung an der Umfangswand des Ventilkopfes mündet, die in Schließlage des Ventilgliedes vom Ventilkörper verschlossen ist und in Öffnungshublage des Ventilgliedes aus der Überdeckung mit der Bohrungswand des Ventilkörpers austritt, so daß der Kraftstoff aus dem Druckraum zur Einspritzung in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine gelangt. Um eine Ablenkung des vom Austrittsquerschnitt (Spritzloch) abgehenden Einspritzstrahles zu minimieren, ist die Einspritzbohrung in wenigstens zwei oder mehr parallele Kanäle unterteilt, die von einer Trennwand voneinander getrennt sind und beim Öffnungshub des Ventilgliedes nacheinander von der Steuerkante am Ventilkörper freigegeben werden.

Durch diese beschriebene Kanalgeometrie der Einspritzbohrung wird dabei ein relativ langer gebündelter Einspritzstrahl erzeugt, der tief in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine eindringt.

Für Dieselmotoren mit kleinem Hubvolumen (ca. 250-300 cm³/ Zylinder) bzw. mit Brennräumen kleinen Durchmessers ist ein derartiger Einspritzstrahl jedoch ungeeignet, da hier Einspritzstrahlen mit kurzer Eindringtiefe und hoher Zerstäubungsgüte benötigt werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der erzeugte Einspritzstrahl eine kurze Eindringtiefe und hohe Zerstäubungsgüte aufweist, so daß er für Brennräume kleinen Durchmessers und kleiner Hubvolumen gut geeignet ist. Die Spritzgeometrie ist dazu in vorteilhafter Weise so ausgelegt, daß die Druckumsetzung des Strahls stets an der Steuerkante des Ventilkörpers erfolgt, die auch bei maximalem Öffnungshub des Ventilgliedes noch in den Austrittsquerschnitt der Einspritzbohrung eintaucht. Durch diese Druckumsetzung direkt an der Steuerkante des Ventilkörpers, die dabei den kleinsten Durchströmquerschnitt für den Kraftstoffdurchtritt begrenzt, wird der Effekt eines extrem kurzen Einspritzloches erreicht, was eine hohe Zerstäubungsgüte und kurze Eindringtiefe des Einspritzstrahles zur Folge hat.

Da dabei vorzugsweise ein Einspritzstrahl mit einem Strahlkegelwinkel von 150° benötigt wird, sind die Einspritzbohrungen in etwa rechtwinklig zur Ventilgliedachse angeordnet. Da die konstante Ablenkung des Strahlverlaufes an der Steuerkante etwa 15° beträgt, entsteht bei mehreren Einspritzöffnungen über den Umfang des Ventilkopfes ein Strahlkegel von 150°.

Der beschriebene Effekt eines sehr kurzen Spritzloches tritt dabei besonders deutlich ein, wenn der Austrittsquerschnitt der Einspritzbohrung nur wenig, maximal zu 50% aufgesteuert wird. Zudem ist es besonders vorteilhaft das Profil der Einspritzbohrung rechteckig auszubilden, so daß der Öffnungsquerschnitt geometrisch einfach steuerbar ist, wobei die Rechteckform der Einspritzbohrung durch einen Erodiervorgang herstellbar ist.

Die Anzahl der Einspritzkanäle bzw. Austritts- oder Spritzquerschnitte am Ventilkopf des Ventilgliedes ist von den jeweiligen Erfordernissen der zu versorgenden Brennkraftmaschine abhängig, wobei die Austrittsquerschnitte am Ventilkopfin vorteilhafter Weise gleichmäßig über den Umfang des Ventilkopfes verteilt angeordnet sind. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Kraftstoffeinspritzventil in maximaler Ventilgliedöffnungshublage, die Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 1 im Bereich des Ventilgliedkopfes und die Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Einspritzquerschnittes und des Strahlverlaufes des Einspritzstrahls.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen weist einen Ventilkörper 1 auf, der mittels einer Überwurfmutter 3 an einem Ventilhaltekörper 5 festgespannt ist. In einer Bohrung 7 im Ventilkörper 1 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 9 axial verschiebbar geführt, das an seinem unteren, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Ende einen als Schließkopf wirkenden Ventilkopf 11 aufweist. Der in der Fig. 2 vergrößert dargestellte Ventilkopf 11 weist eine dem Ventilkörper 1 zugewandte konische Ventildichtfläche 13 auf, die im Ausführungsbeispiel durch eine Ringstirnfläche eines auf den Ventilkopf 11 aufgesetzten Sitzrings 15 gebildet ist und die mit einer entsprechend konisch ausgebildeten Ventilsitzfläche 17 an der brennraumseitigen Stirnfläche des Ventilkörpers 1 zusammenwirkt.

Der in einen im Durchmesser erweiterten Bohrungsteil 19 der Bohrung 7 des Ventilkörpers 1 ragende Abschnitt des Ventilkopfes 11 ist als Kolbenschieber ausgebildet, der im Bohrungsteil 19 geführt ist und mit seiner dem Brennraum abgewandten Ringstirnfläche 21 einen Druckraum 23 im Ventilkörper 1 begrenzt. Dieser Druckraum 23 ist über einen Ringspalt 25 zwischen dem Schaft 27 des Ventilgliedes 9 und der Wand der Bohrung 7 mit einem Sammelraum 29 verbunden, in den andererseits eine den Ventilkörper 1 und den Ventilhaltekörper 5 durchdringende Zulaufleitung 31 mündet, die mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe verbindbar ist, über die der Druckraum 23 alternierend mit Kraftstoffhochdruck beaufschlagt wird.

Für eine axiale Kraftbeaufschlagung des Ventilgliedes 9 in Schließrichtung, ist eine Ventilfeder 33 in einen Federraum 35 im Ventilhaltekörper 5 eingesetzt, die sich über einen Ringeinsatz 37 und einen geschlitzten Anschlagring 39 an der brennraumabgewandten Stirnfläche des Ventilkörpers 1 abstützt und die über einen am brennraumabgewandten Ende des Ventilgliedes 9 angeordneten Haltering 41 und eine Einstellscheibe 43 auf das Ventilglied 9 wirkt.

Zur Begrenzung des Gesamtöffnungshubes des Ventilgliedes 9 weist der Schaft des Ventilgliedes 9 in Höhe des Anschlagringes 39 einen Anschlagbund 45 auf, der in Schließstellung des Ventilgliedes 9 einen bestimmten, den Gesamtöffnungshub bestimmenden Abstand vom Anschlagring 39 aufweist und mit dem das Ventilglied 9 nach Erreichen der maximalen Öffnungshublage in Anlage an den Anschlagring 39 gelangt.

Zur Einspritzung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs in den nicht näher dargestellten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ist im Ventilkopf 11 des Ventilgliedes 9 wenigstens ein (im Ausführungsbeispiel drei) vom Druckraum 23 abführender Einspritzkanal 47 vorgesehen, der an der Umfangswand des Ventilkopfes 11 einen Austrittsquerschnitt 49 bildet, der so angeordnet ist, daß er bei Schließstellung des Ventilgliedes 9 vollständig von der Bohrungswand 19 des Ventilkörpers 1 überdeckt ist und beim nach außen gerichteten Öffnungshub des Ventilgliedes 9 von einer unteren, am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers 1 angeordneten Steuerkante 51 aufgesteuert wird. Diese in den Fig. 2 und 3 vergrößert dargestellte Steuerkante 51 am Ventilkörper 1 ist dabei durch die Ringkante zwischen der Ventilsitzfläche 17 und der Wand der Bohrung 19 im Ventilkörper 1 gebildet.

Der Einspritzkanal 47 im Ventilkopf 11 ist durch eine von der oberen Ringstirnfläche 21 des Ventilkopfes 11 ausgehende Zulaufbohrung 53, die zur Ventilgliedachse geneigt angeordnet ist, und eine radial von dieser abführenden Einspritzbohrung 55 gebildet, die andererseits an die Umfangswand des Ventilkopfes 11 mündet und dort den Austrittsquerschnitt 49 bildet. Dabei verläuft die Einspritzbohrung 55 rechtwinklig zur Ventilgliedachse und weist eine rechteckige Querschnittsform auf.

Die axiale Erstreckung der Austrittsöffnung am Austrittsquerschnitt 49 ist dabei so bemessen, daß die Ventildichtfläche 13 am Stützring 15 einen bestimmten axialen Abstand zur unteren brennraumseitigen Kante des Austrittsquerschnittes 49 aufweist.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil arbeitet in folgender Weise.

Im Ruhezustand, das heißt wenn keine Hochdruckförderung der dem Einspritzventil zugeordneten Hochdruckeinspritzpumpe erfolgt, hält die Ventilfeder 33 das Ventilglied 9 mit seiner Ventildichtfläche 13 in Anlage an der Ventilsitzfläche 17 am Ventilkörper 1, wobei der Austrittsquerschnitt 49 des Einspritzkanals 47 in dieser Schließposition vollständig von der Bohrungswand des Ventilkörpers 1 verschlossen wird. Beim Einspritzvorgang gelangt der von der Hochdruckeinspritzpumpe geförderte unter hohem Druck stehende Kraftstoff über die Zulaufleitung 31, den Sammelraum 29 und den Ringspalt 25 in den Druckraum 23. Dort wirkt der Kraftstoffhochdruck auf die Ringstirnfläche 21 und verschiebt so das Ventilglied 9 entgegen der Rückstellkraft der Ventilfeder 33 vom Ventilsitz 17. Dabei taucht der Austrittsquerschnitt 49 des Einspritzkanals 47 nach Durchlaufen eines kurzen Vorhubs aus der Überdeckung mit der Bohrungswand des Ventilkörpers 1, so daß der Austrittsquerschnitt 49 von der Steuerkante 51 des Ventilkörpers 1 aufgesteuert wird und der Kraftstoff zur Einspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt.

Um dabei einen möglichst kurzen und gut zerstäubten Einspritzstrahl zu erzeugen wird der Austrittsquerschnitt 49 wie in der Fig. 3 vergrößert dargestellt nur zum Teil, maximal bis zu 50% aufgesteuert. Dadurch erfolgt die Druckumsetzung des Einspritzstrahles immer an der Steuerkante 51, so daß der Effekt einer extrem kurzen Spritzlochlänge eintritt. Durch die rechtwinklige Lage der Einspritzbohrungen 55 zur Ventilgliedachse wird dabei die Strahlablenkung von 15° an der Steuerkante 51 so vorgehalten, daß über die gleichmäßig verteilten mehreren Austrittsquerschnitte 49 ein Strahlkegelwinkel α von etwa 150° entsteht.

Die Gewährleistung einer maximalen Öffnungshöhe von 50% des Gesamtöffnungsquerschnittes am Austrittsquerschnitt 49 erfolgt dabei durch den festgelegten Abstand zwischen dem Anschlagbund 45 am Ventilglied 9 und dem Anschlagring 39 in Schließstellung des Einspritzventils.

Das Ende der Hochdruckeinspritzung erfolgt durch die Beendigung der Hochdruckzufuhr, so daß die Ventilfeder 33 das Ventilglied 9 wieder auf den Ventilsitz 17 zurückbewegt. Dabei wird zunächst der Austrittsquerschnitt 49 (Spritzöffnung) wieder von der Ventilkörperwand verschlossen, bevor das Ventilglied 9 mit seiner Ventildichtfläche 13 am Ventilsitz 17 anliegt, so daß Verunreinigungen und Korrosion des Austrittsquerschnittes vermieden werden können.

Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil ist es somit in konstruktiv einfacher Weise möglich einen Einspritzstrahl mit kurzer Eindringtiefe und guter Zerstäubung zu erzeugen, ohne dazu zusätzliche Bauteile zu benötigen.

Claims (9)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung (7) eines Ventilkörpers (1) vom Kraftstoffdruck entgegen der Rückstellkraft einer Ventilfeder (33) axial verschiebbaren Ventilglied (9) mit einem kolbenförmigen Ventilkopf (11), in dem wenigstens ein von einem in der Bohrung (7) begrenzten Druckraum (23) abführender Einspritzkanal (47) vorgesehen ist, dessen Austrittsquerschnitt (49) an der Umfangsfläche des Ventilkopfes (11) in Schließstellung des Ventilgliedes (9) vollständig vom Ventilkörper (1) überdeckt und beim nach außen gerichteten Öffnungshub von einer unteren Steuerkante (51) am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers (1) aufgesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Steuerkante (51) angrenzende Bohrungswand des Ventilkörpers (1) bei maximaler Öffnungshublage des Ventilgliedes (9) einen Teil des Austrittsquerschnittes (49) des Einspritzkanals (47) an der Wand des Ventilkopfes (11) überdeckt.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante (51) am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers (1) bei maximaler Öffnungshublage des Ventilgliedes (9) maximal 50% des Austrittsquerschnitts (49) des Einspritzkanals (47) freigibt.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzkanal (47) durch eine von einer oberen, dem Brennraum abgewandte Ringstirnfläche (21) des Ventilkopfes (11) ausgehende Zulaufbohrung (53) und eine radial von dieser abführenden Einspritzbohrung (55) gebildet ist, die andererseits an die Umfangswand des Ventilkopfes (11) mündet und dort den Austrittsquerschnitt (49) bildet.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Einspritzbohrung (55) eine Rechteckform aufweist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzbohrung (55) rechtwinklig zur Achse des Ventilgliedes (9) angeordnet ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennraum abgewandte Ringstirnfläche (21) des Ventilkopfes (11) den Druckraum (23) in der Bohrung (19) des Ventilkörpers (1) begrenzt.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Einspritzkanälen (47), vorzugsweise drei, vorgesehen sind, die gleichmäßig über den Umfang des Ventilkopfes (11) verteilt angeordnet sind.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die brennraumseitige Stirnfläche des Ventilkörpers eine Ventilsitzfläche (17) bildet, mit der eine Ventildichtfläche (13) zusammenwirkt, die durch eine brennraumabgewandte Ringstirnfläche eines auf den Ventilkopf (11) aufgesetzten Sitzringes (15) gebildet wird.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventildichtfläche (13) am Ventilkopf (11) mit axialem Abstand zur unteren, dem Brennraum zugewandten Kante (57) der Austrittsöffnung (49) des Einspritzkanals (47) angeordnet ist.