DE19844638A1

DE19844638A1 - Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19844638A1
Application number: DE19844638A
Authority: DE
Inventors: Andreas Fath; Guenter Lewentz; Eberhard Kull; Hakan Yalcin; Wilhelm Frank; Wendelin Kluegl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2000-03-30
Also published as: DE59911090D1; EP1034371B1; WO2000019088A1; US6546914B1; EP1034371A1

Abstract

Der Düsenkörper (5) eines Kraftstoffeinspritzventils weist eine zentrale Führungsbohrung (54) auf, in der eine Düsennadel (1) geführt wird. Die Spitze (52) des Düsenkörpers (5) weist einen konischen Ventilsitz (55) auf, der zusammen mit der Dichtkante (27) der Düsennadel (1) ein Ventil (27, 55) bildet, das den Kraftstoffzufluß zu den Einspritzlöchern (9) in der Düsenspitze (52) steuert. Unterhalb der Dichtkante (27) ist in der kegelstumpfförmigen Nadelspitze (30, 35, 40, 45) eine umlaufende Nut (33) angeordnet, in deren Höhe die Einspritzlöcher (9) angeordnet sind, wodurch beim Öffnen des Ventils (27, 55) die Düsennadel (1) axial stabilisiert wird und die Strahlformung des Einspritzstrahls verbessert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Einspritzanlagen wird Kraftstoff unter hohem Druck über ein Kraftstoffeinspritzventil in den Brennraum einer Brenn kraftmaschine eingespritzt.

Aus DE 30 14 958 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil be kannt, das einen Düsenkörper mit einer zentralen Führungsboh rung aufweist, in der eine Düsennadel geführt wird. Der Dü senkörper ist als Lochdüse ausgeführt. Durch die axiale Bewe gung der Düsennadel öffnet das Ventil, das von der Dichtkante der Düsennadel und dem Ventilsitz in der Düsenspitze des Dü senkörpers gebildet wird. An der Nadelspitze der Düsennadel ist ein Absatz eingebracht, um die durch Verschleiß bedingte Verkleinerung des Ventilsitzdurchmesser zu verhindern.

Beim Öffnen des Ventils strömt Kraftstoff in die Düsenspitze und durch die Einspritzlöcher in der Düsenspitze, wodurch die Düsennadel durch den Kraftstoffdruck und den Kraftstofffluß seitlich zu ihrer Achse gerichtete Bewegungen ausführen kann, die zu einem unregelmäßigen Einspritzverlauf in den Brennraum der Brennkraftmaschine führen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die beim Öffnen des Ventils auftretenden radial zur Düsennadelachse gerichteten Bewegungen der Düsennadel zu reduzieren und die Strahlformung des Einspritzstrahls zu verbessern.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unab hängigen Patentansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausformungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen angegeben.

In der Erfindung ist eine Düsennadel in der zentralen Füh rungsbohrung eines Düsenkörpers geführt. Die Düsennadel weist eine umlaufende Dichtkante auf, die zusammen mit dem koni schen Ventilsitz des Düsenkörpers eine schließbare druckfeste Abdichtung bildet, die über die axiale Bewegung der Düsenna del den Kraftstoffzulauf zu den Einspritzlöchern in der Dü senspitze des Düsenkörpers steuert. In dem kegelstumpfförmi gen Nadelende der Düsennadel ist eine umlaufende Nut angeord net, an der sich sich beim Öffnen des Kraftstoffeinspritzven tils ein Druckausgleich einstellt, durch den eine radial auf die Düsennadel wirkende Kraft erzeugt wird, die einer radia len Abweichung der Düsennadel entgegenwirkt und sie somit axial führt.

Vorteilhaft ist die Nut in Höhe der Einspritzlöcher in der Düsenspitze des Düsenkörpers angeordnet, wodurch die Strahl formung des Einspritzstrahls verbessert wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Beschreibung der Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Düsenkörper eines Kraftstoffeinspritzventils mit einer Düsennadel,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Bereich der Spitze ei nes Düsenkörpers mit einer Düsennadel.

Fig. 1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Längs schnitt durch einen im wesentlichen rotationssymmetrischen Düsenkörper 5, in dessen zentraler Führungsbohrung 54 eine rotationssymmetrische Düsennadel 1 axial geführt ist. Ausge hend von der Stirnfläche 58 des Düsenkörpers 5 geht die Füh rungsbohrung 54 in eine Druckkammer 51, eine Schaftbohrung 57 und einen sich konisch verjüngenden Ventilsitz 55 über, der in einem Sack 56 endet. Ein Zulaufkanal 59 ist seitlich zur Führungsbohrung 54 angeordnet und mündet in die Druckkammer 51.

Die Düsennadel 1 ist axial unterteilt in Körperabschnitte, deren Durchmesser sich ausgehend von der Rückseite 11 der Dü sennadel 1 in Richtung des Nadelendes mit der Nadelspitze 45 der Düsennadel 1 verringern. Ausgehend der Rückseite 11 weist die Düsennadel 1 in Höhe der Führungsbohrung 54 annähernd den Durchmesser der Führungsbohrung auf und geht vorzugsweise in Höhe der Druckkammer 51 in einen kegelstumpfförmigen Kör perabschnitt über, gefolgt von einen vorzugsweise zylindri schen ausgebildeten Nadelschaft 15 mit einem geringeren Durchmesser, einen kegelstumpfförmigen ersten Körperabschnitt 20, einen vorzugsweise zylindrischen ersten Dichtabschnitt 25 und das Nadelende, das aus mehreren unten beschriebenen Kör perabschnitten besteht.

Fig. 2 zeigt eine präzisierte Ansicht des Bereichs des Nade lendes und der Düsenspitze 52 aus Fig. 1.

Das Nadelende weist eine kegelstumpfförmige, in Richtung der Düsenspitze 52 zusammenlaufende Grundkörperform mit einer um laufenden Nut 33 auf und ist ausgehend von der Rückseite 11 der Düsennnadel 1 axial unterteilt in

- einen kegelstumpfförmigen zweiten Dichtabschnitt 30 mit ei ner umlaufenden Dichtfläche 29,
- einen kegelstumpfförmigen ersten Nutabschnitt 35, dessen Oberfläche mit der Längsachse 10 des Kraftstoffeinspritz ventils einen größeren Winkel einschließt als der zweite Dichtabschnitt 30,
- einen vorzugsweise zylindrischen zweiten Nutabschnitt 40 und
- die kegelstumpfförmige Düsenspitze 45.

Der erste und der zweite Dichtabschitt 25, 30 schließen an ih rem Übergang eine umlaufende Dichtkante 27 ein, die abhängig von der axialen Position der Düsennadel 1

- auf dem Ventilsitz 55 des Düsenkörpers 5 aufliegt und den Kraftstoffzulauf zu den Einspritzlöchern 9 in der Düsen spitze 52 des Düsenkörpers 5 unterbricht oder
- von dem Ventilsitz 55 abgehoben ist und den Kraftstoffzu lauf zu den Einspritzlöchern 9 freigibt.

Die Dichtkante 27 kann somit zusammen mit dem Ventilsitz 55 den Kraftstofffluß unterbrechen; im folgenden werden die Dichtkante 27 mit dem Ventilsitz 55 als Ventil 27, 55 bezeich net, das abhängig von der Position der Düsennadel 1 geöffnet oder geschlossen ist.

In Fig. 2 liegt die Dichtkante 27 auf dem Ventilsitz 55 auf, das Ventil 27, 55 ist somit geschlossen; im folgenden wird Po sition der Düsennadel 1, bei der das Ventil 27, 55 geschlossen ist, als Schließposition bezeichnet.

Das Ventil 27, 55 öffnet sich, wenn die Düsennadel 1 in Rich tung ihrer Rückseite 11 ausgelenkt wird. Kurz nach Öffnen des Ventils 27, 55 fließt Kraftstoff in den Zwischenraum zwischen dem Nadelende und dem Ventilsitz 55 und weiter durch die Ein spritzlöcher 9 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine.

Während des Öffnens der Düsennadel 1 findet an der Nut 33 der Düsennadel 1 ein Druckausgleich statt, wobei durch den Kraft stoffdruck und den Kraftstofffluß auf die Düsennadel 1 eine radial zur ihrer Längsachse 10 gerichtete Kraft ausgeübt wird, die einer radialen Abweichung der Düsennadel 1 entge genwirkt, wodurch die Düsennadel radial stabilisiert und mit tig zentriert wird.

Dadurch resultiert schon kurz nach Öffnen des Ventils 27, 55 eine gleichmäßige Strahlformung des Einspritzstrahls über al le Einspritzlöcher 9, was vorteilhaft zu einer schadstoffar men Verbrennung führt. Die radial auf die Düsennadel 1 wir kende Kraft ist abhängig von dem Kraftstoffdruck und erhöht sich bei steigendem Kraftstoffdruck.

Durch die Nut 33, die die Düsennadel 1 radial stabilisiert, kann in der Schaftbohrung 57 eine aufwendige zweite Führung für die Düsennadel 1 eingespart werden.

Beim Schließen des Ventils 27, 55 schlägt die Düsennadel 1 auf den Ventilsitz 55, wodurch der Ventilsitz 55 und die Dicht kante 27 mechanisch stark beansprucht wird. Die Dichtfläche 29 schließt mit dem Ventilsitz 55 in Schließposition der Dü sennadel 1 an der Dichtkante 27 einen ersten Winkel a1 ein, der nur wenig größer als 0 Grad ist. Beim Aufschlagen der Dichtkante 27 auf den Ventilsitz 55 berührt durch die elasti-. sche Verformung des Düsenkörpers 5 und der Düsennadel 1 die Dichtfläche 29 den Ventilsitz 55, wodurch sich die Auf schlagsfläche vergrößert und so vorteilhaft die Materialbela stung verringert wird. Die Dichtkante 27 und die Dichtfläche 29 werden im folgenden als Dichtbereich 28 bezeichnet. Durch den kleinen ersten Winkel a1 reduziert sich vorteilhaft das Schadvolumen zwischen der Düsenspitze 52 und dem Nadelende.

Der erste und der zweite Nutabschnitt 35, 40 begrenzen mit ih rer Oberfläche die Nut 33 und schließen an ihrem Übergang ei nen zweiten Winkel a2 ein, der vorzugsweise im Bereich zwi schen 125 und 155 Grad liegt.

Die Achsen 90 der Einspritzlöcher 9 münden bei geschlossenem Ventil 27, 55 und vorzugsweise auch bei vollständig geöffnetem Ventil 27, 55 mit maximaler Auslenkung der Düsennadel 1 in die Nut 33.

Vorzugsweise ist die in Richtung der Düsenspitze 52 gelegene Kante 91 der auf der Innenseite des Düsenkörpers 5 gelegenen Öffnung des Einspritzlochs 9 in Höhe des zweiten Nutab schnitts 40 angeordnet, wenn die Düsennadel 1 in ihrer Schließposition ist, vorzugsweise auch dann, wenn die Düsen nadel 1 maximal ausgelenkt ist.

Der Übergang zwischen der Nadelspitze 45 und dem zweiten Nut abschnitt 40 weist einen Querschnitt mit einem ersten Durch messer s1 auf.

Der Übergang zwischen dem zweiten Dichtabschnitt 30 und dem ersten Nutabschnitt 35 der Düsennadel 1 weist einen Quer schnitt mit einem dritten Durchmesser s3 auf.

Das Verhältnis zwischen dem ersten und dem dritten Durchmes ser s1/s3 liegt im Bereich zwischen 0,5 und 0,7.

Der Übergang zwischen dem ersten Nutabschnitt 35 und dem zweiten Nutabschnitt 40 weist einen Querschnitt mit einem zweiten Durchmesser s2 auf.

Das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Durchmes ser s1/s2 ist annähernd 1.

Der Übergang zwischen dem zweiten Dichtabschnitt 30 und dem ersten Dichtabschnitt 25 weist einen Querschnitt mit einem vierten Durchmesser s4 auf.

Das Verhältnis zwischen dem dritten und dem vierten Durchmes ser s3/s4 liegt im Bereich zwischen 0,7 und 0,8.

Die Übergänge zwischen den Körperabschnitten mit den Quer schnitten mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Durch messer s1, s2, s3, s4 sind vorzugsweise abgerundet, was die Fer tigung vereinfacht und wodurch vorteilhaft die Turbulenzen der Kraftstoffströmung verringert werden.

Der zweite Dichtabschnitt 30 schließt mit dem ersten Nutab schnitt 35 am Übergang mit dem dritten Durchmesser s3 einen dritten Winkel a3 ein, der im Bereich zwischen 190 und 210 Grad liegt, wodurch vorteilhaft die Turbulenzen der Kraft stoffströmung verringert werden.

In einer weiteren Ausführungsform kann der zweite Dichtab schnitt 30 unter dem dritten Winkel a3 = 180 Grad ineinander übergehen, wobei der erste Winkel a1 » 1 Grad ist. Der Dichtbereich 28 der Düsennadel 1 besteht dann nur aus der Dichtkante 27. Der zweite Winkel a2 wird entsprechend ange paßt.

Der Düsenkörper 5 ist vorzugsweise als Sitzlochdüse ausge führt, bei der die Einspritzlöcher 9 in der Nähe des Ventils 27, 55 in der Düsenspitze 52 angeordnet sind.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil mit einer Düsennadel (1), die in einer zentralen Führungsbohrung (54) eines Düsenkörpers (5) geführt ist und einen umlaufenden Dichtbereich (27, 28, 29) aufweist, der zusammen mit dem Ventilsitz (55) des Düsenkör pers (5) ein Ventil (27, 55) bildet, das abhängig von der Po sition der Düsennadel (1) geöffnet oder geschlossen ist und den Kraftstoffzulauf zu mindestens einem Einspritzloch (9) in der Düsenspitze (52) des Düsenkörpers (5) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß

1. die Düsennadel (1) zwischen dem Dichtbereich (27, 28, 29) und der Nadelspitze (45) der Düsennadel (1) eine umlaufende Nut (33) aufweist, und
2. die Lochachse (90) des Einspritzlochs (9) in die Nut (33) mündet, wenn der Dichtbereich (27, 28, 29) der Düsennadel (1) auf dem Ventilsitz (55) aufliegt.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Nut (33) von dem ersten und dem zweiten Nutabschnitt (35, 40) der Düsennadel (1) begrenzt wird, die einen zweiten Winkel (a2) einschließen, der im Bereich zwischen 125 Grad und 155 Grad liegt.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung der Düsenspitze (52) gelegene Kante (91) der auf der Innenseite des Düsenkörpers (5) gelegenen Öffnung des Einspritzlochs (9) in Höhe des zweiten Nutabschnitts (40) an geordnet ist, wenn die Düsennadel (1) maximal ausgelenkt ist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochachse (90) des Einspritzlochs (9) in den zweiten Nut abschnitt (40) mündet, wenn der Dichtbereich (27, 28, 29) der Düsennadel (1) auf dem Ventilsitz (55) aufliegt.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (5) als Sitzlochdüse ausgebildet ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

1. der Übergang zwischen der Nadelspitze (45) und dem zweiten Nutabschnitt (40) einen Querschnitt mit einem ersten Durch messer (s1) aufweist,
2. der Übergang zwischen dem zweiten Dichtabschnitt (30) und dem ersten Nutabschnitt (35) der Düsennadel (1) einen Quer schnitt mit einem dritten Durchmesser (s3) aufweist, und
3. das Verhältnis zwischen dem ersten und dem dritten Durch messer (s1,s3) im Bereich zwischen 0,5 und 0,7 liegt.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

1. der Übergang zwischen dem ersten Nutabschnitt (35) und dem zweiten Nutabschnitt (40) einen Querschnitt mit einem zweiten Durchmesser (s2) aufweist, und
2. das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Durch messer (s1, s2) annähernd 1 ist.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

1. der Übergang zwischen dem zweiten Dichtabschnitt (30) und dem ersten Dichtabschnitt (25) einen Querschnitt mit einem vierten Durchmesser (s4) aufweist, und
2. das Verhältnis zwischen dem dritten und dem vierten Durch messer (s3, s4) im Bereich zwischen 0,7 und 0,8 liegt.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge zwischen den Körperabschnitten mit den Quer schnitten mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Durch messer s1, s2, s3, s4 abgerundet sind.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Dichtabschnitt (30) mit dem ersten Nutabschnitt (35) am Übergang mit dem dritten Durchmesser (s3) einen drit ten Winkel (a3) einschließt, der im Bereich zwischen 190 und 210 Grad liegt.