DE19642513A1

DE19642513A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19642513A1
Application number: DE1996142513
Authority: DE
Inventors: Karl Hofmann; Detlev Dr Potz; Rainer Buck; Johann Warga; Wilhelm Dr Polach; Erguen Filiz; Andreas Kreh; Manfred Koerperich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 1998-04-16
Also published as: WO1998016736A1

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-PS 43 03 813 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein kolbenförmiges Ventilglied axial verschiebbar in einer Sackbohrung eines Ventilkörpers geführt, der mit seinem freien Ende in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ragt. Das Ventilglied weist dabei an seiner unteren brennraumseitigen Stirnfläche eine konische Ventildichtfläche auf, mit der es zur Steuerung eines Einspritzquerschnittes mit einer konischen Ventilsitzfläche des Ventilkörpers zusammenwirkt, die am nach innen kragenden geschlossenen Ende der Sackbohrung gebildet ist.

Dabei mündet ein von einer Einspritzleitung abführender Kraftstoffdruckkanal im Ventilkörper an den Ventilsitz. Stromabwärts der zwischen Ventildichtfläche und Ventilsitz gebildeten Dichtkante führen wenigstens zwei Einspritzöffnungen von der Wand der Ventilsitzfläche ab, die in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden. Die Austrittsöffnungen dieser Einspritzöffnungen sind dabei auf einer gemeinsamen Radialebene des Ventilkörpers angeordnet und bilden dabei eine horizontale Spritzlochreihe.

Dabei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil jedoch den Nachteil auf, daß sich verschiedene Einspritzstrahlen aufgrund der begrenzten Anzahl von Einspritzöffnungen schlecht darstellen lassen, so daß sich das Kraftstoff- Luftgemisch im Brennraum nicht so optimal einstellen läßt, wie es moderne Brennkraftmaschinen für eine optimale, emissionsarme Verbrennung benötigen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil der Sitzlochdüsenbauart für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Aufteilung des vorgegebenen Einspritzquerschnittes an den Einspritzöffnungen auf wenigstens zwei in Achsrichtung zum Ventilkörper übereinander angeordnete Spritzlochreihen eine bessere Anpassung der Strahlausbildung an die jeweiligen Erfordernisse möglich wird, so daß die Gemischaufbereitung und Verbrennung im Brennraum der Brennkraftmaschine insbesonders hinsichtlich der Emissionswerte optimiert werden kann. Dies wird dabei möglich, da durch das Vorsehen der zweiten Spritzlochreihe die Anzahl der Einspritzöffnungen verdoppelt werden kann, wobei einzelne Einspritzöffnungen nunmehr flexibel für verschiedene Strahllagen ausgebildet und geformt sein können.

Der Querschnitt vormals nur einer Einspritzöffnung ist nun auf wenigstens zwei Einspritzöffnungen (Spritzlochbohrungen) aufgeteilt, wobei die übereinanderliegenden Einspritzöffnungen der beiden Spritzlochreihen z. B. direkt parallel übereinander angeordnet sein können und einen gleich großen Einspritzquerschnitt (Spritzlochdurchmesser) aufweisen.

In einer Abwandlung dazu können die Spritzlochdurchmesser auch unterschiedlich groß sein, wobei der kleinere Bohrungsdurchmesser dabei vorzugsweise der Mindesteinspritzmenge für die untere Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine entspricht.

Die Werte der zwischen den einzelnen Einspritzbohrungen einer gemeinsamen Spritzlochreihe gebildeten Spritzwinkel können dabei zwischen den übereinander angeordneten Spritzlochreihen ebenfalls unterschiedlich sein, wobei ein in Einspritzrichtung auseinandergehender Verlauf den Vorteil hat, daß ein größerer Luftbereich im Brennraum mit Kraftstoff vermischt wird. Durch einen in Einspritzrichtung zusammenführenden Spritzwinkel wird hingegen eine höhere Durchschlagkraft und somit größere Strahleindringtiefe in den Brennraum erreicht.

Eine weitere Möglichkeit der verbesserten Strahlanpassung ist durch das Versetzen der übereinander angeordneten Einspritzöffnungen zueinander gegeben, wobei die im Querschnitt kleinere Einspritzöffnung in Drallrichtung des innerhalb des Brennraumes rotierend umströmenden Frischgases um einen bestimmten Winkel α in Umfangsrichtung zum Ventilkörper versetzt ist. Dieser Winkel α beträgt dabei in vorteilhafter Weise maximal 10°.

Die in einer gemeinsamen Spritzlochreihe vorgesehenen Einspritzöffnungen können in vorteilhafter Weise so angeordnet sein, daß jeweils zwei benachbarte Einspritzstrahlen einen gemeinsamen Auftreffpunkt an der Brennraummulde haben, wobei dann alle Einspritzöffnungen die gleichen Einlaufverhältnisse aufweisen.

Eine weitere Variationsmöglichkeit der Einspritzöffnungen und somit der Einspritzstrahlen ergibt die Anordnung der zweiten Spritzlochreihe, die sowohl in der Ventilsitzfläche als auch im Bereich des geschlossenen Sacklochs der Bohrung im Ventilkörper vorgesehen sein kann.

Die erfindungsgemäße Anordnung von mehreren Spritzlochreihen kann dabei an einstufig öffnenden Einspritzventilen oder alternativ an zweistufig öffnenden Einspritzventilen, z. B. an sogenannten 2-Federhalter-Einspritzventilen vorgesehen werden.

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

Zeichnung

Sechs Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Ventil körper des Einspritzventils, die Fig. 2 ein erstes Ausfüh rungsbeispiel in einem Ausschnitt aus der Fig. 1, bei dem die zweite Spritzlochreihe von der Ventilsitzfläche abführt, die Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel analog zur Dar stellung der Fig. 2, bei dem die zweite, untere Spritzloch reihe vom Sackloch der Ventilbohrung abführt, die Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem die Spritzwinkel der einzelnen Spritzlochreihen auseinanderlaufen, die Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem die Spritzwinkel der Spritzlochreihen zusammenlaufen, die Fig. 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel in einem Querschnitt durch die Fig. 1, bei dem die übereinanderliegenden Einspritzöffnungen in Umfangsrichtung des Ventilkörpers zueinander versetzt sind und die Fig. 7 ein sechstes Ausführungsbeispiel analog zur Darstellung der Fig. 6, bei dem die in einer gemeinsamen Spritzlochreihe angeordneten Einspritzöffnungen so angeordnet sind, daß die Einspritzstrahlen zusammenlaufen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in der Fig. 1 mit seinen erfindungswesentlichen Bau teilen dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für Brenn kraftmaschinen weist einen rotationssymmetrischen Ventil körper 1 auf, der mit seinem oberen Ende an einem nicht gezeigten Ventilhaltekörper befestigt ist und der mit seinem unteren freien Ende 3 in einen ebenfalls nicht näher darge stellten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Im Ventilkörper 1 ist eine von der oberen, brennraum fernen Stirnfläche ausgehende axiale Sackbohrung 5 vorge sehen, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 7 axial verschiebbar geführt ist. Das Ventilglied 7 weist dabei an seinem brennraumseitigen Ende eine konische Ventildicht fläche 9 auf, mit der es zur Steuerung eines Einspritzquer schnittes mit einer konischen Ventilsitzfläche 11 am Ventil körper 1 zusammenwirkt, die am nach innen kragenden Ende der Sackbohrung 5 gebildet ist. Weiterhin ist im Ventilkörper 1 ein mit einer Einspritzleitung verbundener Kraftstoffzulauf kanal 13 vorgesehen, der sich über einen zwischen dem Ventilglied 7 und der Wand der Bohrung 5 gebildeten Ring spalt 15 bis an die Ventilsitzfläche 11 erstreckt.

Von der Ventilsitzfläche 11 führen Einspritzöffnungen 17 in den Brennraum der Brennkraftmaschine ab, wobei mehrere auf einer gemeinsamen Radialebene des Ventilkörpers 1 angeordnete Einspritzöffnungen 17, vorzugsweise Bohrungen, eine Spritzlochreihe bilden.

Das Kraftstoffeinspritzventil arbeitet in bekannter Weise, wobei das Ventilglied 7 bei drucklosem Einspritzventil von einer Ventilfeder in Schließposition, d. h. in Anlage am Ventilsitz 11 gehalten wird und beim Zuführen von Kraftstoffhochdruck von diesem entgegen der Rückstellkraft der Ventilfeder vom Ventilsitz 11 abgehoben wird, so daß der Durchströmquerschnitt zu den Einspritzöffnungen 17 freigegeben ist und der Kraftstoff aus dem Zulaufkanal 13, 15 in den Brennraum der Brennkraftmaschine strömen kann.

Bei dem in der Fig. 2 in einem vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel führen die Einspritzöffnungen 17 der obenliegenden Spritzlochreihe 19 und der untenliegenden Spritzlochreihe 21 von der Ventilsitzfläche 11 ab und werden von der Ventildichtfläche 9 überdeckt. Dabei sind die Bohrungen der Einspritzöffnungen 17 der oberen Spritzlochreihe 19 parallel zu den Einspritzbohrungen 17 der unteren Spritzlochreihe 21 angeordnet.

Das in der Fig. 3 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zum ersten Ausführungsbeispiel in der Anordnung der zweiten, untenliegenden Spritzlochreihe 21, die nunmehr im sich stromabwärts an die Ventilsitzfläche 11 anschließenden Bereich des geschlossenen Sacklochs 23 der Bohrung 5 vorgesehen ist. Dabei werden die Eintrittsöffnungen der unteren Einspritzöffnungen 17 nicht unmittelbar von der Ventildichtfläche 9 des Ventilgliedes 1 überdeckt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die Winkel der Einspritzöffnungen 17 der oberen Spritzlochreihe 19 von den Winkeln (Spritzwinkel) der Einspritzöffnungen 17 der unteren Spritzlochreihe 21 abweichen.

Dabei sind die Spritzwinkel beim in der Fig. 4 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel so ausgelegt, daß die Einspritzöffnungen 17 der Spritzlochreihen 19, 21 bzw. deren Achsen und in Folge der Einspritzstrahl in Einspritzrichtung auseinanderlaufen.

Im Gegensatz dazu laufen die Achsen der Einspritzöffnungen 17 der Spritzlochreihen 19, 21 bei dem in der Fig. 5 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel aufeinander zu, so daß sich die einzelnen Einspritzstrahlen der übereinander liegenden Spritzlöcher zu einem gemeinsamen Strahl vereinigen können, der dann aufgrund der höheren Energie eine größere Eindringtiefe aufweist.

Bei dem in der Fig. 6 in einem Querschnitt durch den brennraumnahen Teil des Ventilkörpers 1 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel sind die übereinander angeordneten Einspritzöffnungen 17 um einen Winkel α zueinander versetzt. Die den kleineren Querschnitt aufweisenden, gestrichelt dargestellten Einspritzöffnungen 17/ sind dabei in Drallrichtung des im Brennraum umströmenden Gasgemisches um den Winkel α zu den darüberliegenden Einspritzöffnungen 17 versetzt, wobei der Winkel α maximal 10° betragen soll.

Bei dem in der Fig. 7 analog zur Fig. 6 dargestellten sechsten Ausführungsbeispiel sind die in einer gemeinsamen Radialebene des Ventilkörpers 1 angeordneten Einspritzöffnungen 17 einer Spritzlochreihe 19 bzw. 21 jeweils in zwei benachbarte Einspritzöffnungen 17'' unterteilt. Diese benachbarten Einspritzöffnungen 17'' sind dabei so angeordnet, daß die Einspritzstrahlen einen gemeinsamen Auftreffpunkt 25 an der Wand der Brennraummulde 27 bilden.

Alternativ können diese zusammentreffenden Einspritzstrahlen dabei auch durch eine entsprechende versetzte Anordnung der übereinanderliegenden Einspritzöffnungen 17 erzielt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil ist es somit bei Beibehaltung des ursprünglichen Gesamteinspritzquerschnittes möglich, eine Vielzahl von Einspritzöffnungen zu realisieren, die eine flexible Anpassung der Einspritzstrahlen an die Erfordernisse der jeweiligen Brennkraftmaschine für eine optimale Verbrennung ermöglichen.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung (5) eines Ventilkörpers (1) axial verschiebbaren Ventilglied (7), das an seinem brennraumseitigen Ende eine konische Ventildichtfläche (9) aufweist, mit der es zur Steuerung eines Einspritzquerschnittes mit einer konischen Ventilsitzfläche (11) am nach innen kragenden Ende der Bohrung (5) zusammenwirkt, wobei ein den Ventilkörper (1) durchsetzender Kraftstoffzulaufkanal (13, 15) an den Ventilsitz (11) mündet und wenigstens eine Einspritzöffnung (17) von der Ventilsitzfläche (11) in den Brennraum der Brennkraftmaschine abführt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei in Achsrichtung zum Ventilglied (7) übereinander angeordnete Einspritzöffnungen (17) vorgesehen sind.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Austrittsöffnungen der in einer gemeinsamen Radialebene des Ventilkörpers (1) liegenden Einspritzöffnungen (17) eine Spritzlochreihe (19, 21) bilden, wobei die übereinander angeordneten Spritzlochreihen (19, 21) in der Ventilsitzfläche (11) vorgesehen sind.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Austrittsöffnungen der in einer gemeinsamen Radialebene des Ventilkörpers (1) liegenden Einspritzöffnungen (17) eine Spritzlochreihe (19, 21) bilden, wobei eine obere Spritzlochreihe (19) in der Ventilsitzfläche (11) und eine zweite untere Spritzlochreihe (21) im sich stromabwärts an die Ventilsitzfläche (11) anschließenden Sackloch (23) der Bohrung (5) angeordnet ist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzöffnungen (17) in Achsrichtung zum Ventilkörper (1) direkt übereinander angeordnet sind.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinanderliegenden Einspritzöffnungen (17) aus einer gemeinsamen axialen Ebene heraus zueinander versetzt angeordnet sind.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinanderliegenden Einspritzöffnungen (17) den gleichen Einspritzwinkel aufweisen.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinanderliegenden Einspritzöffnungen (17) unterschiedliche Einspritzwinkel aufweisen und in Einspritzrichtung aufeinander zulaufend ausgerichtet sind.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinanderliegenden Einspritzöffnungen (17) unterschiedliche Einspritzwinkel aufweisen und in Einspritzrichtung auseinanderlaufend ausgerichtet sind.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinanderliegenden Einspritzöffnungen (17) verschiedene Durchmesser aufweisen, wobei die Austrittsöffnung der im Durchmesser kleineren Einspritzöffnung (17') in Drallrichtung des Brenngases innerhalb des Brennraumes der Brennkraftmaschine zur im Durchmesser größeren Einspritzöffnung (17) versetzt angeordnet ist.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer gemeinsamen Radialebene des Ventilkörpers (1) vorgesehenen Einspritzöffnungen (17) so angeordnet sind, daß die Einspritzstrahlen jeweils zweier benachbarter Einspritzöffnungen (17) zusammentreffen.