DE19629755C2

DE19629755C2 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE19629755C2
Application number: DE19629755A
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Tamaki; Keiso Takeda; Nobuhiko Koga
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2016-07-24
Also published as: JP3156554B2; JPH0932695A; US5772124A; DE19629755A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraft stoffeinspritzventil, insbesondere auf ein Kraftstoffein spritzventil mit einem Dosierelement, das Düsenlöcher am vorderen Ende eines Ventilkörpers hat, zum Kraftstoffdosie ren und Bestimmen der Kraftstoffeinspritzrichtung und zum Ausstoßen von Kraftstoff durch dieses.

Es ist ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Dosiere lement bekannt, das Düsenlöcher am vorderen Ende eines Ven tilkörpers hat, zum Kraftstoffdosieren und Bestimmen der Kraftstoffeinspritzrichtung und zum Ausstoßen von Kraft stoff durch dieses (ungeprüfte japanische Gebrauchsmuster veröffentlichung Nr. 3-92564 und 3-104166).

Das Kraftstoffeinspritzventil, das in den vorstehenden Veröffentlichungen offenbart ist, ist so gestaltet, daß dieses Kraftstoff, der an einem Abdichtabschnitt eines Na delventils zum Öffnen und Schließen eines Kraftstoffpfades entlang verläuft, direkt zu Düsenlöchern führt. Obwohl die Verringerung der kinetischen Energie im Kraftstoff in die sem Ventil nach dem Stand der Technik unterdrückt wird, liegt ein Problem darin, daß der Kraftstoff in eine Ver brennungskammer in einem nicht zerstäubten Zustand ein tritt, während dieser in einer Flüssigkeitssäule oder in Filmform verbleibt.

Um dieses Problem zu lösen, hat der Anmelder der vor liegenden Erfindung in der japanischen Patentanmeldung 7- 078920 ein Kraftstoffeinspritzventil vorgeschlagen, das am vorderen Ende der Ventilnadel einen Vorsprung hat, der in einen Kraftstoffeinspritzpfad vorsteht, so daß eine schein bare Ausdehnung des äußeren Umfangs des Vorsprungs außer halb eines scheinbaren Kreises liegt, der die Stromauf wärtsseitenöffnung der Düsenlöcher im Dosierelement um schreibt, so daß der Kraftstoff, der den Abdichtabschnitt passiert, als erstes zum Dosierelement hin strömt und nach dem Auftreffen auf das Dosierelement am Dosierelement ent lang zu einem Mittelpunkt hin strömt, wodurch der Kraft stoff von der Eintrittsöffnung der Düsenlöcher leicht abge löst wird und die Kraftstoffsäule oder der Kraftstoffilm gründlich selbsterregt vibriert, um gründlich zerstäubten Kraftstoff zu erhalten.

Es besteht jedoch ein Problem darin, daß sich die kine tische Energie des Kraftstoffs stark verringert und sich dadurch der Kraftstoff nicht gut von der Eingangsöffnung der Düse ablöst und nicht wirksam im Kraftstoffeinspritz ventil, das in der vorstehenden Patentanmeldung vorgeschla gen ist, zerstäubt wird, da der Kraftstoff, bei dem eine vertikale Strömungskomponente stärker ist, plötzlich in Seitenrichtung abgelenkt wird, wenn dieser den Abdichtab schnitt passiert.

Die US-Patentschrift 5 383 607 bezieht sich auf eine elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil mit einem Schließelement, das an seinem Endabschnitt mit einem abgerundeten Bereich versehen ist, durch den in Zusammenwirken mit einer Ventilsitzfläche am Ventilkörper ein Dichtsitz ausgebildet wird. Wenn das Einspritzventil geöffnet ist, ist die Summe der Impulsvektoren in Richtung der Längsachse Null, so daß auf die Einspritzdüsen fast ausschließlich durch Druckenergie eingewirkt wird. Somit tritt auch bei diesem Einspritzventil eine Verringerung der kinetischen Energie auf.

Die deutsche Offenlegungsschrift OS 28 43 000 bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse, bei der die Winkeldifferenz zwischen Nadelkonus und Ventilsitzkonus gering ist, wodurch ein Zurückprallen des Nadelkonus vom Ventilsitzkonus bei schnellem Nadelschluß verhindert wird. Die Spritzöffnungen zweigen von einem Sackloch ab, das am Ende einer Trichterbohrung, an deren Wandabschnitten der Ventilsitzkonus ausgebildet ist, vorgesehen ist. Da kein ebenes Dosierelement vorgesehen ist, können Probleme, die bei der Verwendung eines solchen Dosierelements auftreten, durch das in der Offenlegungsschrift offenbarte Kraftstoffeinspritzdüse nicht gelöst werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das vor stehende Problem beim Kraftstoffeinspritzventil mit einem Dosierelement zu lösen, das Düsenlöcher an einem vorderen Ende eines Ventilkörpers hat, indem die Verringerung der kinetischen Energie im Kraftstoff unterdrückt wird, so daß sich der Kraftstoff von der Eintrittsöffnung der Düsenlö cher gut ablöst und eine gute Zerstäubung des Kraftstoffs vorgesehen wird.

Um die vorstehende Aufgabe entsprechend der vorliegen den Erfindung zu erhalten, sieht die Erfindung ein Kraft stoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper, einer Ventilnadel, die im Ventilkörper untergebracht ist, zum Öffnen und Schließen eines Kraftstoffpfades an einem Abdichtab schnitt und mit einem Dosierelement, das an einem vorderen Ende des Ventilkörpers vorgesehen ist und eine Vielzahl von Düsenlöchern hat, zum Dosieren des Kraftstoffs und Bestim men der Kraftstoffeinspritzrichtung vor, das aufweist: eine Innenwand des Ventilkörpers, die sich stromabwärts vom Ab dichtabschnitt befindet und so gestaltet ist, daß diese allmählich an eine Stromaufwärtsseitenfläche des Dosierele ments angrenzt, und eine Zwischenfläche der Ventilnadel, die den Abdichtabschnitt und die Bodenfläche der am stärk sten stromabwärtsliegenden Seite der Ventilnadel miteinan der verbindet und den Kraftstoffpfad, der in Stromabwärts richtung nach innen geneigt ist, in Verbindung mit der In nenwand ausbildet, um den Kraftstoff in die Düsenlöcher, die im Dosierelement ausgebildet sind, einzuführen, wenn sich die Ventilnadel in einer abgehobenen Stellung befindet, wobei die Zwischenfläche der Ventilnadel in einer solchen Weise gestaltet ist, daß eine scheinbare Schnittlinie einer scheinbaren linearen Verlängerung der Zwischenfläche und der Stromaufwärtsseitenfläche des Dosierelements außerhalb eines scheinbaren Kreises liegt, der die Stromaufwärtssei tenöffnungen der Düsenlöcher, die im Dosierelement ausge bildet sind, umschreibt, wenn die Ventilnadel in einer abgehobenen Stellung ist.

Die vorliegende Erfindung wird aus der Beschreibung der nachstehend ausgeführten, bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeich nungen besser verständlich.

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausfüh rungbeispiels der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils A in Fig. 1,

Fig. 3 ein Querschnitt an der Linie I-I in Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische vergrößerte Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels und

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer weiteren Ab wandlung des zweiten Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 ist eine geschnittene Seitenansicht eines er sten Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffeinspritzventils entsprechend der vorliegenden Erfindung, wobei eine Ventilnadel 2 im Inneren eines Ventilkörpers 1 untergebracht ist und ein Dosierelement 3 an einem vorderen Ende des Ventil körpers 1 befestigt ist. Das Dosierelement 3 hat eine Viel zahl von Düsenlöchern 4.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils A in Fig. 1, die einen Zustand darstellt, in dem Kraftstoff eingespritzt wird.

In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 die gesamte Innenwand des Ventilkörpers 1 und das Bezugszeichen 20 die gesamte Außenwand der Ventilnadel 2. Die Bezugszeichen 11 bzw. 21 bezeichnen Abdichtabschnitte d. h. einen Dichtsitzbereich des Ventilkörpers 1 bzw. einen Dichtbereich der Ventilnadel 2, die miteinander in Berührung ge bracht werden, um die Strömung von Kraftstoff abzusperren, wenn kein Kraftstoffeinspritzen erforderlich ist.

Die Innenwand 10 des Ventilkörpers 1 erstreckt sich ge rade von einem Abschnitt 12, der sich stromaufwärts vom Dichtsitzbereich 11 befindet, zu einem Abschnitt 13, der sich stromabwärts vom Dichtsitzbereich 11 befindet, so daß sich die Innenwand 10 bei ihrer Ausdehnung in Stromabwärtsrich tung an eine Mittelachse 100 des Kraftstoffeinspritzventils annähert. Unter diesem Blickwinkel ist ein Abschnitt ge zeigt, der sich zwischen dem Ventilkörper 1 und dem Dosier element 3 parallel zur Mittelachse 100 erstreckt. Der vor stehende Abschnitt wird ausgebildet, wenn der Ventilkörper maschinell bearbeitet wird.

Die Außenwand 20 der Ventilnadel 2 erstreckt sich von einem Abschnitt 22, er im wesentlichen mit der Mittelachse 100 des Dichtbereiches 21 parallel verläuft, über einen gekrümmten Abschnitt 23 an einer Stromaufwärtsseite des Dichtbereiches 21 und erstreckt sich zu einer Bodenfläche 25 über einen Linearabschnitt 24, der an einer Stromab wärtsseite des Dichtbereiches 21 eine konische Zwischen fläche ausbildet. Der lineare Abschnitt 24 und die Boden fläche 25 sind über einen gekrümmten Abschnitt 26 gleich mäßig miteinander verbunden. Die Bodenfläche 25 ist bezüg lich der Mittelachse 100 senkrecht ausgerichtet.

Obere und untere Flächen 31 bzw. 32 des Dosierelements 3 sind zur Mittelachse 100 senkrecht ausgerichtet. Dement sprechend liegt die obere Fläche 31 des Dosierelements 3 parallel zur Bodenfläche 25 der Ventilnadel 2.

Jedes der Düsenlöcher 4 ist so ausgerichtet, daß sich scheinbar in Stromaufwärtsrichtung erstreckende Mittelach sen 40 von diesen die Mittelachse 100 schneiden und daß sich eine Eintrittsöffnung 41 der Düsenlöcher bezüglich einer Austrittsöffnung 42 von diesen an der Innenseite be findet.

In Bezug darauf befindet sich ein Punkt X, der nachste hend definiert ist, an der äußeren Seite der äußersten Kante 43 der Eintrittsöffnung 41 der Düsenlöcher 4 im Do sierelement 3.

Der Punkt X ist als scheinbarer Schnittpunkt einer scheinbaren Erzeugungslinie, die sich von einem Punkt auf einen Linearabschnitt 24, der sich stromabwärts vom Ab dichtabschnitt 21 in der Außenwand 20 der Ventilnadel 2 befindet, zu einem scheinbaren Scheitelpunkt der konischen Fläche auf der Mittelachse erstreckt, und der oberen Fläche 31 des Dosierelements definiert.

Fig. 3 ist ein Querschnitt an der Linie I-I von Fig. 1, wobei das Bezugszeichen 33 einen scheinbaren Kreis be zeichnet, der durch den vorstehend definierten Punkt X dar gestellt ist, und Bezugszeichen 46 einen scheinbaren Kreis bezeichnet, der die äußerste Kante 43 der Eintrittsöffnun gen 41 der Düsenlöcher 4 umschreibt.

Die Strömung des Kraftstoffs im vorstehenden Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.

In der abgehobenen Stellung der Ventilnadel strömt der Kraftstoff durch einen Zwischenraum zwischen dem Dichtsitz bereich 11 des Ventilkörpers 1 und dem Dichtbereich 21 der Ventilnadel 2 und dann über einen Kraftstoffpfad, der in Stromabwärtsrichtung nach innen geneigt ist und zwischen dem Stromabwärtsabschnitt 13 des Ventilkörpers 1 und dem linearen Stromabwärtsabschnitt 24 der Ventilnadel 2 ausge bildet ist, wie es durch einen Pfeil F1 in Fig. 2 gezeigt ist.

Nach dem Auftreffen auf die obere Fläche 31 des Dosier elements 3 strömt der Kraftstoff in die durch einen Pfeil gekennzeichnete Richtung F2 über einen Kraftstoffpfad, der zwischen der oberen Fläche 31 des Dosierelements 3 und der Bodenfläche 25 der Ventilnadel 2 ausgebildet ist, zur Mit telachse 100 hin.

Im Anschluß tritt der Kraftstoff von der Eintrittsöff nung 41 aus in die Düsenlöcher 4 ein und wird von der Aus trittsöffnung 42 aus ausgegeben, während eine Kraftstoff säule oder ein Film ausgebildet wird. Da sich jedoch die Kraftstoffsäule oder der Film, wenn dieser in die Düsenlö cher 4 eintritt, an der Eintrittsöffnung 41 ablöst, tritt in einem Teil der Kraftstoffströmung, wenn der Kraftstoff in die Düsenlöcher eintritt, ein periodischer Wirbel auf. Als Ergebnis ändert sich die Breite der Kraftstoffströmung, die durch die Düsenlöcher 4 durchtritt, in der durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung C, wodurch eine selbst erregte Vibration in der Kraftstoffsäule oder im Film ver ursacht wird, die/der zu feinen Partikeln zerstäubt wird.

Gemäß Vorbeschreibung strömt entsprechend der vorlie genden Erfindung der Kraftstoff zu Beginn in die durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung F1 in einem Bereich, der sich stromabwärts vom Abdichtabschnitt befindet, und wird dann in die durch den Pfeil gekennzeichnete Richtung F2 ab gelenkt. Da der Ablenkungswinkel nicht so groß ist, ver liert der Kraftstoff wirklich keine große Menge an kineti scher Energie durch diese Ablenkung. Daher löst sich der Kraftstoff von der äußersten Kante 43 der Eintrittsöffnung 41 schnell ab, da eine relativ große Menge an kinetischer Energie übrig gelassen wird, wenn der Kraftstoff die Ein trittsöffnung 41 der Düsenlöcher 4 erreicht. Als Ergebnis tritt ein kraftvoller Wirbel auf, der die selbsterregte V_i bration der Kraftstoffsäule oder des Films erleichtert und den Kraftstoff zu feinen Partikeln zerstäubt.

Fig. 4 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung dar, das mit der Ausnahme die gleiche Struktur wie das erste Ausführungsbeispiel hat, daß der Querschnitt der Zwischenfläche, die einen Dichtbereich 21 einer Ventilnadel 2 mit einer Bodenfläche 25 von diesem verbindet, ein Kreis ist, der einen Mittelpunkt 200 und ei nen Radius R hat, d. h., daß die Zwischenfläche gewölbt ist.

Ein Punkt X', der durch den Schnittpunkt einer Tangen tenlinie 29, die durch Punkt 28 gezeichnet ist, an dem der vorstehend definierte Kreis die Bodenfläche 25 schneidet, und einer oberen Fläche 31 des Dosierelements 3 definiert ist, befindet sich an der äußeren Seite der äußersten Kante 43 der Eintrittsöffnung 43 der Düsenlöcher 4.

Der Kraftstoff strömt in die durch Pfeile gekennzeich neten Richtungen F1' und F2' im wesentlichen in der glei chen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel; ein ähnli ches Ergebnis wird erhalten. Da der Kraftstoff an der Stromabwärtsseite des Abdichtabschnitts gleichmäßiger strömt, wird der Verlust der kinetischen Energie kleiner; dementsprechend wird der Kraftstoff von der äußersten Kante der Eintrittsöffnung 41 der Düsenlöcher 4 gleichmäßiger ab gelöst, um die Kraftstoffzerstäubung zu erleichtern.

Auch wird der Kraftstoff, der in einem Bereich stromab wärts vom Abdichtabschnitt übriggelassen wird, wenn das Na delventil geschlossen ist und im Anschluß durch einen nega tiven Einlaßdruck in einen Zylinder angesaugt wird, mini miert, da im geschlossenen Zustand des Ventils ein Totvolu men kleiner wird, wodurch die genaue Menge an Kraftstoff in den Zylinder angesaugt wird.

Die Struktur der Bodenfläche 25 der Ventilnadel 2 in den vorstehenden Ausführungsbeispielen kann auf unter schiedliche Weise abgewandelt werden, zum Beispiel zu einer gewölbten Gestalt oder einer konischen Gestalt oder selbst zu einer Konkavgestalt.

Die Fig. 5 und 6 stellen Abwandlungen des zweiten Ausführungsbeispiels dar, wobei die Bodenfläche 25 der Ventilnadel 2 als eine gewölbte Fläche bzw. eine konische Fläche ausgebildet ist, so daß das Totvolumen weiter ver ringert wird, damit die Genauigkeit des Kraftstoffeinsprit zens verbessert wird.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Kraftstoff an der Einspritzöffnung der Düsenlöcher leicht abzulösen; die Kraftstoffsäule oder der Film wird gründlich selbsterregter Vibration ausgesetzt und es wird ein gründlich zerstäubter Kraftstoff erhalten; dementspre chend kann ein verbesserter Kraftstoffverbrauch, eine er höhte Motorleistung und eine verbesserte Abgasemission er halten werden.

Es wird somit ein Kraftstoffeinspritzventil mit verbes serter Kraftstoffzerstäubung vorgesehen, das einen Ventil körper, eine Ventilnadel, die im Ventilkörper untergebracht ist, zum Öffnen und Schließen eines Kraftstoffpfades an einem Abdichtabschnitt und ein Dosierelement, das an einem vorderen Ende des Ventilkörpers vorgesehen ist und eine Vielzahl von Düsenlöchern hat, zum Dosieren eines Kraft stoffs und Bestimmen der Kraftstoffeinspritzrichtung auf weist. Das Kraftstoffeinspritzventil weist eine Innenwand des Ventilkörper, die sich stromabwärts vom Abdichtab schnitt befindet und so gestaltet ist, daß diese allmählich an eine Stromaufwärtsseitenfläche des Dosierelements an grenzt, und eine Zwischenfläche der Ventilnadel auf, die den Abdichtabschnitt und die Bodenfläche an der am stärk sten stromabwärtsliegenden Seite der Ventilnadel miteinan der verbindet, wobei der Kraftstoffpfad, der in Stromab wärtsrichtung nach innen geneigt ist, in Verbindung mit der Innenwand ausgebildet wird, um den Kraftstoff in die Düsen löcher, die im Dosierelement ausgebildet sind, einzuführen, wenn sich die Ventilnadel in einer abgehoben Stellung be findet, wobei die Zwischenfläche der Ventilnadel in einer solchen Weise gestaltet ist, daß eine scheinbare Schnittli nie einer scheinbaren linearen Verlängerung der Zwischen fläche und der Stromaufwärtsseitenfläche des Dosierelements außerhalb eines scheinbaren Kreises liegt, der die Strom aufwärtsseitenöffnungen der Düsenlöcher, die im Dosierele ment ausgebildet sind, umschreibt, wenn sich die Ven tilnadel in einer abgehobenen Stellung befindet.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil

a) mit einem Ventilkörper (1),
b) mit einer Ventilnadel (2), die im Ventilkörper (1) längsverschieblich untergebracht ist, wobei die Ventilnadel einen Dichtbereich (21) aufweist, der mit einem Dichtsitz bereich (11) des Ventilkörpers (1) zum Verschließen eines Kraftstoffpfades, wenn der Dichtbereich (21) der Ventilnadel (2) am Dichtsitzbereich (11) anliegt und zum Öffnen des Kraft stoffpfades, wenn die Ventilnadel (2) sich in einer abgeho benen Stellung befindet, zusammenarbeitet,
c) mit einem Dosierelement (3), das an einem vorderen Ende des Ventilkörpers (1) vorgesehen ist und zum Dosieren des Kraftstoffes und zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritzrich tung eine Vielzahl von Düsenlöchern (4) aufweist, die an ihrem stromaufwärtigen Ende in einer der Ventilnadel (2) zugewandten, oberen Fläche (31) des Dosierelementes (3) Eintrittsöffnungen (41) aufweisen,
d) mit einer Innenwand (13) des Ventilkörpers (1), die stromabwärts von dem Dichtsitzbereich (11) angeordnet und so gestaltet ist, daß diese allmählich an die der Ventilna del (2) zugewandeten, oberen Fläche (31) des Dosierelemen tes (3) angrenzt,
e) mit einer Bodenfläche (25) der Ventilnadel (2), die an einem Ende der Ventilnadel (2) stromabwärts des Dichtberei ches (21) der Ventilnadel (2) und der der Ventilnadel (2) zugewandten, oberen Fläche (31) des Dosierelementes (3) gegenüberliegend angeordnet ist,
f) mit einer Zwischenfläche (24) der Ventilnadel, die de ren Dichtbereich (21) und deren Bodenfläche (25) verbindet,
g) wobei der Kraftstoffpfad, der in Stromabwärtsrichtung nach innen geneigt ist, zwischen der Zwischenfläche (24) und der Innenwand (13) ausgebildet wird, um den Kraftstoff in die Düsenlöcher (4) einzuführen, wenn sich die Ventilna del (2) in ihrer abgehobenen Stellung befindet,
h) wobei die Zwischenfläche (24) der Ventilnadel (2) in einer solchen Weise gestaltet ist, daß bei abgehobenem Na delventil (2) eine gedachte, zur Mittelachse (100) gerich tetet Verlängerung der Zwischenfläche (24) unter Bildung einer gedachten Schnittlinie (33) die der Ventilnadel zuge wandte, obere Fläche (31) des Dosierelementes (3) schneidet und daß diese gedachte Schnittlinie (33) außerhalb eines gedachten Kreises (46) liegt, der durch die bezüglich der Mittelachse (100) radial äußersten Kante (43) der Ein trittsöffnungen (41) der Düsenlöcher (4) gebildet wird.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zwischenfläche (24) der Ventil nadel (2) konisch ausgebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zwischenfläche (24) der Ventil nadel (2) gewölbt ausgebildet ist.