DE19841158A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem axial beweglich in einer Bohrung (5) eines Ventilkörpers (1) verschiebbaren Ventilglied (7), das an seinem Schaft eine in Öffnungsrichtung des Ventilgliedes (7) wirkende Druckschulter (15) aufweist, die in einen Druckraum (17) ragt, der über einen Druckkanal (21) mit Kraftstoffhochdruck befüllbar ist. Dabei ist dieser Druckkanal (21) derart exzentrisch verschwenkt, daß der aus diesem austretende Kraftstoffstrahl außermittig zum Ventilglied (7) in den Druckraum (17) eintritt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen, aus der Schrift DE 195 23 243 A1 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein kolbenförmiges Ventilglied entgegen einer Schließkraft axial verschiebbar in einer Führungsbohrung eines Ventilkörpers geführt, der mit seinem einen Ende in einen Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Dabei weist das Ventilglied an seiner brennraumseitigen Stirnfläche eine konische Ventildichtfläche auf, mit der es zur Steuerung eines Durchflußquerschnittes zu einer Einspritzöffnung in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine mit einer ortsfesten konischen Ventilsitzfläche am geschlossenen Ende der Führungsbohrung im Ventilkörper zusammenwirkt. Die Einspritzöffnung ist dabei als eine von der Ventilsitzfläche ausgehende Einspritzbohrung ausgebildet. Das Ventilglied weist an seinem Schaft eine Druckschulter auf, an der ein anstehender Kraftstoffhochdruck in Öffnungsrichtung des Ventilgliedes entgegen einer Schließkraft einer Ventilfeder angreift. Dabei ragt die Druckschulter des Ventilgliedes in einen Druckraum, der durch eine Querschnittserweiterung der Führungsbohrung gebildet ist. In diesen Druckraum mündet ein Druckkanal, der von einer brennraumfernen axialen Stirnfläche des Ventilkörpers ausgeht und aufgrund seines radial auswärts angeordneten Eintritts schräg zur Achse des Ventilkörpers verläuft. Dieser Druckkanal ist dabei über entsprechende Zulaufleitungen an eine Kraftstoffhochdruckpumpe angeschlossen, so daß der Kraftstoffhochdruck über den Druckkanal in den Druckraum eingeleitet wird. Aus einer weiteren Schrift US 3,511,442 ist ein gattungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem der Druckraum für eine verbesserte Aufnahme der Eintrittsöffnung des Druckkanals radial einseitig ausgeformt ist.

Dabei weisen die bekannten Kraftstoffeinspritzventile jedoch den Nachteil auf, daß bereits durch eine geringfügige außermittige Lage des Ventilgliedes einige Einspritzöffnungen beim Öffnungshub des Ventilgliedes insbesondere bei kleinem Ventilgliedöffnungshub, weitgehend verschlossen bleiben, während der Zufluß zu den übrigen Einspritzöffnungen weitgehend ungedrosselt erfolgt. Dies hat eine ungleichmäßige Kraftstoffeinspritzung am Kraftstoffeinspritzventil zur Folge, der sich insbesondere bei sogenannten Lochdüsen verstärkt ausbildet. Dabei wird der beschriebene Effekt bei den bekannten Kraftstoffeinspritzventilen dadurch unterstützt, daß die Austrittsöffnung des Druckkanals in den Druckraum mittig auf das Ventilglied ausgerichtet ist, so daß dynamisch eine Querkraft auf das Ventilglied einwirkt, die das Ventilglied einseitig zur Seite drückt und so deren notwendige zentrische Lage für eine gleichmäßige Einspritzstrahlausbildung beeinträchtigt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß unter allen Betriebsbedingungen am Einspritzventil eine zentrische Lage des Ventilgliedes gewährleistet ist. Dabei wird dies in konstruktiv vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß die Austrittsöffnung des Druckkanals in den Druckraum exzentrisch aus einer gemeinsamen Längsschnittebene mit der Eintrittsöffnung verschwenkt ist, wobei nunmehr beide, die Längsachse des Ventilkörpers schneidenden Längsschnittebenen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung des Druckkanals einen Winkel um die Längsachse des Ventilkörpers zueinander einschließen. Dabei wird durch dieses Verschwenkungen des Druckkanals erreicht, daß der aus dem Druckkanal in den Druckraum überströmende Kraftstoffstrahl außermittig zum Ventilglied ausgerichtet ist und so keine Querkräfte auf das Ventilglied einleitet. Zudem wird so auf vorteilhafte Weise eine Rotationsströmung im Druckraum erzeugt, die Strömungsverluste und somit einen Druckabfall zwischen Druckkanal und Druckraum reduziert.

Dabei ist die erfindungsgemäße Lage des Druckkanals an einer sogenannten Sitzlochdüse im Ausführungsbeispiel beschrieben, kann aber auch an sämtlichen anderen Kraftstoffeinspritzventiltypen, zum Beispiel Sacklochdüsen, Zapfendüsen und so weiter, verwendet werden, bei denen ein Verkanten beziehungsweise Kippen des Ventilgliedes die Kraftstoffeinspritzung an den Einspritzöffnungen beeinträchtigt. Da sich die beschriebene Beeinträchtigung bei kleinen Ventilgliedhubstufen besonders stark auswirkt, ist es zudem besonders vorteilhaft, die erfindungsgemäße Anordnung des Druckkanals an Kraftstoffeinspritzventilen zu verwenden, die mit zwei Öffnungshubstufen, zum Beispiel sogenannten Zweifederhalterdüsen, arbeiten.

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

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 einen Längsschnitt durch den brennraumseitigen Teil des Kraftstoffeinspritzventils, die Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Einspritzventils nach Fig. 1 im Bereich des Druckkanals und die Fig. 3 einen Querschnitt durch die Fig. 2 in Höhe der Eintrittsöffnung des Druckkanals in den Druckraum.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen weist einen Ventilkörper 1 auf, der mit seinem unteren Ende in den Brennraum einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine ragt und der eine, von seiner oberen, brennraumfernen Stirnfläche 3 ausgehende zentrische Bohrung 5 aufweist. Diese als Sacklochbohrung ausgebildete Bohrung 5 wirkt dabei als axiale Führungsbohrung für ein kolbenförmiges Ventilglied 7, das zumindest in einem oberen brennraumfernen Abschnitt gleitverschiebbar dichtend in der Bohrung 5 geführt ist. Dabei weist das Ventilglied 7 an seinem unteren, brennraumzugewandten Ende eine konisch geformte Ventildichtfläche 9 auf, mit der es mit einer konisch geformten Ventilsitzfläche 11 am Ventilkörper 1 zusammenwirkt, die am nach innen kragenden geschlossenen Ende der Bohrung 5 gebildet ist. Von dieser Ventilsitzfläche 11 führt zudem eine Einspritzöffnung 13 ab, die andererseits in den Brennraum der Brennkraftmaschine mündet. Das Ventilglied 7 weist weiterhin an seinem Schaft eine in Öffnungsrichtung des Ventilgliedes 7 wirkende Druckschulter 15 auf, die an einer Querschnittsverringerung des Druckventilgliedes 7 in Richtung brennraumseitiges Ende gebildet ist. Dabei ragt die Druckschulter 15 des Ventilgliedes 7 in einen Druckraum 17, der durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 5 gebildet ist, und der sich über einen Ringkanal 19 bis an die Ventilsitzfläche 11 erstreckt. Zur Kraftstoffhochdruckversorgung des Kraftstoffeinspritzventils ist ein Druckkanal 21 im Ventilkörper 1 vorgesehen, der radial auswärts der Bohrung 5 in die brennraumferne Stirnfläche 3 des Ventilkörpers 1 eintritt und schräg zur Achse des Ventilkörpers 1 verlaufend in den radial äußeren Bereich des Druckraumes 17 eintritt.

Um dabei ein seitliches Auftreffen des durch den Druckkanal 21 in den Druckraum 17 einströmenden Kraftstoffstrahles auf das Ventilglied 7 und die damit verbundene Querkrafteinleitung auf das Ventilglied 7 zu vermeiden, ist der schräg verlaufende Druckkanal 21 zudem exzentrisch verschwenkt. Dabei ist wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, eine Austrittsöffnung 23 des Druckkanals 21 in den Druckraum 17 aus einer gemeinsamen Längsschnittebene mit einer Eintrittsöffnung 25 des Druckkanals 21 an der oberen Stirnfläche 3 herausgeschwenkt. Die Eintrittsöffnung 25 des Druckkanals 21 und deren Austrittsöffnung 23 sind nun in zwei, die Längsachse des Ventilkörpers 1 schneidenden unterschiedlichen Längsschnittebenen angeordnet, die zueinander um die Längsachse des Ventilkörpers 1 verschwenkt sind. Der Schwenkwinkel α zwischen einer ersten Längsschnittebene 27 durch die Eintrittsöffnung 25 und einer zweiten Längsschnittebene 29 durch die Austrittsöffnung 23 des Druckkanals 21 beträgt dabei im Ausführungsbeispiel etwa 35°, kann alternativ jedoch auch kleiner oder größer ausgebildet sein. Wesentlich ist hier lediglich, daß die den Druckkanal 21 bildende Schrägbohrung so geschwenkt ist, daß deren Austrittsöffnung 23 in den Druckraum 17 so angeordnet ist, daß der aus dem Druckkanal 21 austretende Kraftstoffstrahl außermittig zum Ventilglied 7 in den Druckraum 17 eintritt, so daß dieser das Ventilglied nicht seitlich trifft und zudem eine Rotationsströmung im Druckraum 17 erzeugt.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen arbeitet in bekannter Weise, wobei das Ventilglied 7 zunächst von einer Schließkraft, vorzugsweise einer Ventilfeder in Schließlage gehalten wird, bei der die Ventildichtfläche 9 am Ventilglied 7 dichtend an der ortsfesten Ventilsitzfläche 11 anliegt, so daß der Kraftstoffdurchfluß aus dem Ringkanal 19 zur Einspritzöffnung 13 verschlossen ist. Soll eine Kraftstoffhochdruckeinspritzung am Einspritzventil erfolgen, strömt unter hohem Druck stehender Kraftstoff von einer externen Kraftstoffhochdruckeinspritzpumpe über nicht gezeigte Druckleitungen in den Druckkanal 21 und weiter in den Druckraum 17 ein und greift dort in Öffnungsrichtung des Ventilgliedes 7 an der Druckschulter 15 an. Übersteigt diese Öffnungskraft die Rückstellkraft der Ventilfeder, wird das Ventilglied 7 in bekannter Weise mit seiner Ventildichtfläche 9 von der Ventilsitzfläche 11 abgehoben, wobei über den dann aufgesteuerten Öffnungsquerschnitt der unter hohem Druck stehende Kraftstoff aus dem Druckraum 17 und dem Ringkanal 19 zur Einspritzöffnung 13 überströmen kann und dort zur Einspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Am Ende der Kraftstoffhochdruckeinspritzung bricht der Kraftstoffhochdruck im Druckraum 17 wieder unter das notwendige Öffnungsdruckniveau ab, so daß die Schließkraft der Ventilfeder das Ventilglied 7 erneut in dichtende Anlage der Ventildichtfläche 9 an die Ventilsitzfläche 11 zurückbewegt und das Ventilglied 7 so die Einspritzöffnung 13 am Kraftstoffeinspritzventil verschließt.

Dabei ist es mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil in konstruktiv einfacher Weise möglich, Querkrafteinleitungen auf das kolbenförmige Ventilglied 7 und infolgedessen ein Verkanten des Ventilgliedes 7 und somit ungenaues Öffnen und Schließen sicher zu vermeiden.

Claims (3)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung (5) eines Ventilkörpers (1) entgegen einer Schließkraft axial verschiebbaren Ventilglied (7), das an seiner brennraumseitigen Stirnfläche eine Ventildichtfläche (9) aufweist, mit der es zur Steuerung eines Durchflußquerschnittes zu einer Einspritzöffnung (13) in den Brennraum der Brennkraftmaschine mit einer ortsfesten Ventilsitzfläche (11) zusammenwirkt, sowie mit einer am Ventilglied (7) angeordneten, in Ventilgliedöffnungsrichtung wirkenden Druckschulter (15), die in einen Druckraum (17) ragt, der über einen Druckkanal (21) mit Kraftstoffhochdruck befüllbar ist, wobei der vorzugsweise schräg zur Ventilkörperachse angeordnete Druckkanal (21) ausgehend von einer brennraumabgewandten Stirnfläche (3) des Ventilkörpers (1) in einen radial äußeren Bereich des Druckraumes (17) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eintrittsöffnung (25) des Druckkanals (21) in die brennraumabgewandte Stirnfläche (3) des Ventilkörpers (1) und eine Austrittsöffnung (23) des Druckkanals (21) in den Druckraum (17) in zwei, die Längsachse des Ventilkörpers (1) schneidenden Längsschnittebenen angeordnet sind, die zueinander um die Längsachse des Ventilkörpers (1) verschwenkt sind.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkanal (21) als Schrägbohrung ausgebildet ist, deren Austrittsöffnung (23) in den Druckraum (17) derart verschwenkt ist, daß der aus dem Druckkanal (21) austretende Kraftstoffstrahl außermittig zum Ventilglied (7) gerichtet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (23) des Druckkanals (21) den Druckraum (17) an seiner Umfangswand anschneidet.