DE19623581A1 - 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-OS 39 28 912 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein Ventilglied axial verschiebbar in einer Führungsbohrung eines Ventilkörpers geführt, der mit seinem einen Ende in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Das Ventilglied weist dabei an seinem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtflä­ che auf, die mit einer am brennraumseitigen Ende der Führungsbohrung gebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. An die Ventilsitzfläche grenzt in der vom Brennraum abgewandten Richtung ein Kraftstoff führender Hochdruckkanal im Ventilkörper, der zum Teil durch einen Ringspalt zwischen Ventilgliedschaft und der Wand der Führungsbohrung gebildet ist. Brennraumseitig schließt sich wenigstens eine Ein­ spritzöffnung an den Ventilsitz an, wobei der Kraftstoff­ durchfluß zwischen Hochdruckkanal und Einspritzöffnung durch das Abheben des Ventilgliedes vom Ventilsitz aufgesteuert wird.

Zur Kühlung des Ventilgliedes ist zudem ein Absteuerkanal im Ventilglied vorgesehen, über den der Hochdruckkanal bei vom Ventilsitz abgehobenem Ventilglied ständig mit einem Entlastungsraum verbunden ist und der von einer vom brennraumseitigen Ende des Ventilgliedes ausgehenden Sackbohrung und eine diese schneidenden Querbohrung gebildet ist. Die Querbohrung mündet dabei in einen zwischen dem Ven­ tilglied und der Wand der Führungsbohrung gebildeten Absteuerraum, der axial von einer am Ventilkörper anliegen­ den Zwischenscheibe des Einspritzventils begrenzt wird, wo­ bei eine Durchgangsöffnung derart in der Zwischenscheibe vorgesehen ist, daß der Absteuerraum ständig mit einem durch den Federraum des Einspritzventils gebildeten Entlastungs­ raum verbunden ist.

Diese in Offenstellung des Ventilgliedes ständige Verbindung zwischen dem Hochdruckkanal und dem Entlastungsraum hat je­ doch den Nachteil, daß eine relativ große Menge an Kraft­ stoff während des eigentlichen Einspritzvorganges über den Absteuerkanal abströmt und somit nicht für die Kraftstoff­ einspritzung zur Verfügung steht, was den Wirkungsgrad des gesamten Systems beeinträchtigt. Zudem läßt sich infolge der undefinierten Leckmenge am Abströmkanal die einzuspritzende Kraftstoffmenge nur sehr ungenau dosieren, so daß das bekannte Kraftstoffeinspritzventil den Erfordernissen moderner Brennkraftmaschinen nicht genügt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der im Ventilglied vorgesehene Absteuerka­ nal verschlossen wird, wenn das Ventilglied seine Öffnungs­ hublage erreicht. Somit kann in vorteilhafter Weise eine, für eine gute Aufbereitung des Kraftstoffes im Brennraum notwendige Verzögerung der Öffnungshubbewegung des Ventil­ gliedes erreicht werden, ohne dabei die Genauigkeit der Ein­ spritzmenge wesentlich zu beeinflussen.

Die Ausbildung des Absteuerkanals als Längs- und Querboh­ rung, die an einem Anschliff am Ventilgliedschaft mündet hat zudem den Vorteil, daß sich ein derartiges Ventilglied ein­ fach herstellen läßt.

Die Herstellung des Ventilgliedes kann dabei über ein Urformverfahren z. B. mittels Sintertechnik oder der sogenannten "Metal-Injection-Method" erfolgen. Es ist alternativ jedoch auch möglich, in einen Rohr-Rohling, ggf. auch mit vorbearbeiteter Außengeometrie, die Längs- und Querbohrungen mechanisch oder erosiv einzubringen und die Anschliffe spanend herzustellen.

Dabei kann in vorteilhafter Weise über die Geometrie bzw. die Auslegung der Anschliffe und der Querbohrung ein definiertes Absteuervolumen am Absteuerraum eingestellt wer­ den, wobei der zwischen den Anschliffen und der Wand der Führungsbildung gebildete Teil des Absteuerraumes dann als definierter Drosselquerschnitt wirkt.

Ein weiterer Vorteil wird durch das Vorsehen einen Bundes am oberen, der zwischenscheibe zugewandten Ende der Anschliffe erreicht, der in einen im Querschnitt erweiterten Bereich der Führungsbohrung ragt und über den sich die dichtende An­ lagefläche zwischen Ventilglied und zwischenscheibe vergrößern läßt, so daß bei sicherem Abdichten die Anforde­ rungen hinsichtlich der Bauteiltoleranzen verringert werden können, was den Fertigungsaufwand noch einmal reduziert. Die vorzugsweise als plane Flächen ausgebildeten, einen Teil des Absteuerraumes bildenden Anschliffe können alternativ auch durch radiale Einstiche am Ventilglied ausgebildet sein, die die Austrittsöffnungen der Querbohrungen mit dem oberen Teil des Absteuerraumes verbinden.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil wirkt dabei als nach innen öffnendes Ventil und kann alternativ als so­ genannte Sitzloch-, Sackloch- oder Zapfendüse ausgebildet sein, wobei die als Sackbohrung ausgebildete Längsbohrung des Absteuerkanals jedoch so im Ventilglied angeordnet ist, daß sie im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzven­ tils gegenüber dem Brennraum der Brennkraftmaschine verschlossen ist.

Um dabei bei geschlossenem Einspritzventil ein Eindringen von Brenngasen in den Absteuerkanal sicher vermeiden zu können, kann die Sackbohrung an ihrem unteren, brennraumseitigen Ende verschlossen sein. Die Verbindung zum Hochdruckkanal erfolgt dann über wenigstens eine Radialbohrung, die von der Sackbohrung abführt und an die Ventildichtfläche des Ventilgliedes mündet. Dabei ist die Austrittsöffnung dieser Radialbohrung vorzugsweise stromaufwärts der Einspritzöffnung, vorteilhafterweise zwischen der Einspritzöffnung und einer Sitzkante am Ventilglied angeordnet. Diese Anordnung hat dabei zudem den Vorteil, daß bei Verwendung in einem Einspritzventil mit zwei Ventilfedern die Radialbohrung im Vorhubbereich angedrosselt wird, wodurch zunächst wenig Absteuermenge (geringer Druckverlust) über den Absteuerkanal abströmt, während in der zweiten Hubphase bis zum Erreichen des maximalen Hubanschlags eine große Absteuermenge abströmt, so daß der Effekt eines sogenannten 2-Federhalters verstärkt wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoff­ einspritzventils für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils, die Fig. 2 einen im Bereich des Absteuerraumes vergrößerten Aus­ schnitt aus der Fig. 1 in zwei Ansichten, die Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel analog zur Darstellung der Fig. 2, bei dem zusätzlich ein Bund an den Anschliffen vorgesehen ist und die Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel in einer Darstellung des brennraumseitigen Endes des Kraftstoffeinspritzventils, bei dem die Sackbohrung des Absteuerkanals verschlossen ist und über eine Radialbohrung mit dem Hochdruckkanal verbunden ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbei­ spiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen ist ein kolbenförmiges Ventilglied 1 in einer Führungsbohrung 3 eines Ventilkörpers 5 axial verschiebbar geführt. Der zylinderförmige Ventilkörper 5 ragt dabei mit seinem einen Ende 7 in den nicht näher dargestellten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftma­ schine und liegt mit seinem anderen, als flache Stirnfläche 9 ausgebildeten Ende an einer ersten Stirnfläche 13 einer Zwischenscheibe 11 des Einspritzventils an, an deren zweite, dem Ventilkörper 5 abgewandte Stirnfläche 15 sich ein, eine nicht näher gezeigte Rückstellfeder des Ventilgliedes 1 auf­ nehmender Federraum 17 anschließt, der über eine ebenfalls nicht gezeigte Rücklaufleitung ständig mit einem Kraftstoff­ niederdruckraum verbunden ist und der so einen Entlastungs­ raum 17 bildet.

An seinem brennraumseitigen Ende weist das Ventilglied 1 ei­ ne Ventildichtfläche 18 auf, die im Ausführungsbeispiel als konische Dichtfläche ausgebildet ist und die mit einer am brennraumseitigen Ende der Führungsbohrung 3 vorgesehenen Ventilsitzfläche 19 zusammenwirkt, die hohlkegelförmig aus­ gebildet ist, wobei die Führungsbohrung 3 im Ausführungsbei­ spiel als Sackbohrung ausgebildet ist. Von der Ventilsitz­ fläche 19 gehen zwei Einspritzöffnungen 21 ab, die in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine münden. An das der Einspritzöffnung 21 abgewandte Ende des Ventilsitzes 19 mündet ein Hochdruckkanal 23, der sich als Bohrung von der oberen Stirnfläche 9 des Ventilkörpers 5 ausgehend zu­ nächst bis in einen durch eine Durchmessererweiterung der Führungsbohrung 3 gebildeten Druckraum erstreckt und von dort durch einen Ringspalt zwischen dem Schaft des Ventil­ gliedes 1 und der Wand der Führungsbohrung 3 weiter bis zum Ventilsitz 19 führt. Dieser Hochdruckkanal 23 ist dabei in nicht näher gezeigter Weise mittels einer Einspritzleitung mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe verbunden, die das Kraftstoffeinspritzventil mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt.

Für eine verzögerte Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 1 ist zudem ein Absteuerkanal 31 im Ventilglied 1 vorgesehen, der während der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 1 eine Verbindung zwischen dem Hochdruckkanal 23 und dem Entla­ stungsraum 17 ermöglicht.

Dieser auch in der Fig. 2 vergrößert dargestellte Absteuer­ kanal 31 wird dabei durch eine vom brennraumseitigen, in das Sackloch der Führungsbohrung 3 ragenden Ende des Ventilglie­ des 1 ausgehende, im Ausführungsbeispiel axial verlaufende Sackbohrung 33 und eine diese am oberen Ende des Ventilglie­ des 1 schneidende Querbohrung 35 gebildet. Im Bereich der Austrittsöffnungen der Querbohrung 35 weist das Ventilglied 1 an seiner Mantelfläche zwei, einander gegenüberliegende plane Anschliffe 37 auf, zwischen denen und der Wand der Führungsbohrung 3 ein Absteuerraum 39 gebildet ist, dessen Durchströmquerschnitt einen einstellbaren Drosselquerschnitt bildet. Der Absteuerraum 39 erstreckt sich dabei in Achsrichtung zum Ventilglied 1 von einem die Anschliffe 37 in Richtung Einspritzöffnung 21 begrenzenden Absatz bis an die Stirnfläche 13 der Zwischenscheibe 11, wobei sich der Durchmesser der Führungsbohrung 3 an ihrem der Zwischen­ scheibe 11 zugewandten Ende konisch vergrößert.

Die Entlastung des Absteuerraumes 39 erfolgt über einen zwi­ schen einer Durchgangsbohrung 41 der Zwischenscheibe 11 und einem im Durchmesser verringerten Schaftteil 43 des Ventilgliedes 1 gebildeten Durchflußquerschnitt 45 in den Entlastungsraum 17, wobei dieser Durchflußquerschnitt 45 bei vollständig vom Ventilsitz 19 abgehobenem Ventilglied 1 durch eine am Übergang zum im Durchmesser verringerten Schaftteil 43 gebildete ringförmige Dichtfläche 47 des Ven­ tilgliedes 1 durch Anlage an der Stirnfläche 13 der Zwischenscheibe 11 verschließbar ist. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung 41 der Zwischenscheibe 11 ist dazu kleiner ausgebildet als der Außendurchmesser der Dichtfläche 47.

Das in der Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zum ersten Ausführungsbeispiel nur durch die Ventilgliedgeometrie im Bereich des Absteuerraumes 39, so daß die Beschreibung auf diesen Teil des Einspritzventils beschränkt ist.

Dabei sind die Anschliffe 37 im zweiten Ausführungsbeispiel in Richtung Zwischenscheibe 11 durch einen Bund 49 begrenzt, der in den im Querschnitt erweiterten Teil der Führungsboh­ rung 3 ragt und durch den die radiale Erstreckung der Dichtfläche 47 am Ventilglied 1 vergrößert wird, so daß bei verbessertem Abdichten ein größerer Durchflußquerschnitt 45 zwischen Absteuerraum 39 und Entlastungsraum möglich ist.

Bei dem in der Fig. 4 nur mit dem unteren, brennraum­ seitigen Teil 7 des Ventilkörpers 5 des Kraftstoff­ einspritzventils dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist die Sackbohrung 33 des Absteuerkanals 31 im Ventilglied 1 an ihrem brennraumseitigen Ende mittels eines Stopfens 61 verschlossen, wobei alternativ auch andere Verschluß­ möglichkeiten möglich sind. Die Verbindung zwischen dem Absteuerkanal 31 und dem Hochdruckkanal 23 erfolgt dabei über eine Radialbohrungen 63, die von der Sackbohrung 33 ausgehend in die Ventildichtfläche 18 des Ventilgliedes 1 mündet. Dabei ist die an der Ventildichtfläche 18 gebildete Austrittsöffnung 65 stromaufwärts der Einspritzöffnung 21 in der Ventilsitzfläche angeordnet. Zudem ist die Austritts­ öffnung stromabwärts unterhalb einer Sitzkante 67 am Ventilglied 1 angeordnet, die die konische Ventildichtfläche 18 am brennraumfernen Ende begrenzt und die durch eine Änderung der Konuswinkels der Ventildichtfläche 18 gebildet ist.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil arbeitet in folgender Weise.

In geschlossenem Zustand wird das Ventilglied 1 durch die Rückstellfeder mit seiner Ventildichtfläche 18 in Anlage am Ventilsitz 19 gehalten, so daß die Einspritzöffnungen 21 ge­ genüber dem Hochdruckkanal 23 verschlossen sind.

Mit Beginn der Einspritzphase gelangt von der Hochdruckpumpe geförderter Kraftstoff in den Hochdruckkanal 23 und verschiebt in bekannter Weise das Ventilglied 1 entgegen der Kraft der Rückstellfeder vom Ventilsitz 19, so daß der unter hohem Druck stehende Kraftstoff über den aufgesteuerten Durchflußquerschnitt zwischen Ventildichtfläche 18 und Ven­ tilsitz 19 in das Sackloch der Führungsbohrung 3 und über die Einspritzöffnungen 21 in den Brennraum der Brennkraftma­ schine gelangt.

Dabei strömt jedoch während der Öffnungshubbewegung des Ven­ tilgliedes 1 ein Teil des Kraftstoffes aus dem Sackloch der Führungsbohrung 3 über den Absteuerkanal 31 im Ventilglied 1 in den Absteuerraum 39 und weiter über den Durchflußquer­ schnitt 45 in den Entlastungsraum 17 ab, so daß die Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 1 verzögert wird, was sich in vorteilhafter Weise auf die Aufbereitung des Kraftstoffes im Brennraum auswirkt.

Mit Erreichen der maximalen Öffnungshublage des Ventilglie­ des 1 wird der den Absteuerraum 39 mit dem Entlastungsraum 17 verbindende Durchflußquerschnitt 45 durch die Anlage der Dichtfläche 47 des Ventilgliedes 1 an der Zwischenscheibe 11 verschlossen, so daß nun die gesamte geförderte Kraftstoff­ menge zur Einspritzung in den Brennraum gelangt.

Die Einspritzung wird in bekannter Weise durch den Druckab­ fall im Hochdruckkanal 23 beendet, infolge dessen die Rückstellfeder das Ventilglied 1 wieder in Anlage an den Ventilsitz 19 verschiebt. Dabei strömt während der Schließhubbewegung des Ventilgliedes 1 ein Teil des Kraftstoffhochdruckes aus dem Sackloch über den Absteuerkanal 31 ab, wodurch die Schließhubgeschwindigkeit erhöht wird.

Claims (13)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem in einer Führungsbohrung (3) eines Ventilkörpers (5) axial verschiebbar geführten Ventilglied (1), das an seinem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtfläche (18) aufweist, die mit einem am brennraumseitigen Ende der Führungsbohrung (3) gebildeten Ventilsitz (19) zur Steuerung der Verbindung zwischen einem Hochdruckkanal (23) im Ventilkörper (5) und wenigstens einer Einspritzöffnung (21) zusammenwirkt und mit einem Absteuerkanal (31) am Ventilglied (1), über den der Hochdruckkanal (23) bei vom Ventilsitz (19) abgehobenem Ven­ tilglied (1) mit einem Entlastungsraum (17) verbindbar ist und der durch eine vom brennraumseitigen Ende des Ventil­ gliedes (1) ausgehende Sackbohrung (33) und wenigstens eine, die Sackbohrung (33) schneidende Querbohrung (35) gebildet ist, wobei die Querbohrung (35) in einen zwischen dem Ventilglied (1) und der Wand der Führungsbohrung (3) gebildeten, mit dem Entlastungsraum (17) verbindbaren Absteuerraum (39) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Absteuerraum (39) und Entlastungsraum (17) in der maximalen Öffnungshublage des Ventilgliedes (1) durch eine am Ventilglied (1) vorgesehene Dichtfläche (47) verschlossen ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (47) am Ventilglied (1) als Ringstirnfläche ausgebildet ist, die an einer Quer­ schnittsverringerung des Ventilgliedes (1) gebildet ist, wo­ bei ein im Durchmesser verringerter Ventilgliedteil (43) mit Spiel in eine Durchgangsbohrung (41) einer axial am Ven­ tilkörper (5) anliegenden Zwischenscheibe (11) ragt, deren dem Ventilkörper (5) zugewandte Stirnfläche (13) den Absteuerraum (39) begrenzt, wobei ein der Durchgangsbohrung (41) benachbarter Bereich der Stirnfläche (13) eine Anlagefläche für die Dichtfläche (47) des Ventilgliedes (1) bildet.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenscheibe (11) an ihrer dem Ventilkörper (5) abgewandten Stirnfläche (15) an den Entlastungsraum (17), vorzugsweise einen eine Rückstellfeder des Ventilgliedes (1) aufnehmenden Federraum angrenzt.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Ventilgliedschaft und der Wand der Führungsbohrung (3) gebildete Absteuerraum (39) durch wenigstens einen, vorzugsweise als plane Fläche ausgebildeten Anschliff (37) am Ventilglied (1) gebildet ist, in den die Querbohrung (35) mündet.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich gegenüberliegende Anschliffe (37) am Ventilglied (1) vorgesehen sind, in die jeweils eine Austrittsöffnung der als Durchgangsbohrung ausgeführten Querbohrung (35) mündet.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Führungsbohrung (3) an ihrem an die Zwischenscheibe (11) angrenzenden Ende konisch erwei­ tert.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den Absteuerraum (39) begrenzende Anschliff (37) an seinem der Zwischenscheibe (11) zugewandten Ende durch einen Bund (49) begrenzt ist, dessen der Zwischenscheibe (11) zugewandte Ringfläche die Dichtfläche (47) des Ventilgliedes (1) bildet.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchströmquerschnitt des Absteuer­ raumes (39) einen definierten Drosselquerschnitt bildet.

9. Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffeinspritzventils ach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (1) mittels eines Urformverfahrens, vorzugsweise der "Metal- Injection-Method" hergestellt ist.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sackbohrung (33) an ihrem brennraumseitigen Ende verschlossen ist und daß wenigstens eine Radialbohrung (63) von der Sackbohrung (33) abführt, die im Bereich der Ventildichtfläche (18) mündet.

11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (65) der Radialbohrung (63) des Absteuerkanals (31) in der Ventildichtfläche (18) stromaufwärts der Einspritzöffnung (21) in der Ventilsitzfläche (19) angeordnet ist.

12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (65) der Radialbohrung (63) des Absteuerkanals (31) in der Ventildichtfläche (18) zwischen der Einspritzöffnung (21) der Ventilsitzfläche (19) und einer die Ventildichtfläche (18) am brennraumabgewandten Ende begrenzenden Sitzkante (67) am Ventilglied (1) angeordnet ist.

13. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sackbohrung (33) an ihrem brennraumseitigen Ende durch einen Stopfen (61) verschlossen ist.