DE19901057A1

DE19901057A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19901057A1
Application number: DE19901057A
Authority: DE
Inventors: Christoph Buehler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 2000-07-27
Also published as: JP2002535537A; DE59910205D1; KR100631298B1; JP4587248B2; EP1062423B1; EP1062423A1; WO2000042316A1; US6502554B1; KR20010041733A

Abstract

Ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung eines Ventilkörpers axial verschiebbaren Ventilglied, das an seinem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Ende eine konische Ventildichtfläche aufweist, mit der es mit einer konischen Ventilsitzfläche am brennraumseitigen geschlossenen Ende der Bohrung des Ventilkörpers zusammenwirkt, wobei die konische Ventildichtfläche am Ventilglied in zwei unterschiedliche Kegelwinkel aufweisende Bereiche geteilt ist, an deren Übergang ein von einer stromaufwärtsseitigen und einer stromabwärtsseitigen Ventildichtkante begrenzter Übergangsbereich gebildet ist, wobei die Differenz der Kegelwinkel des Übergangsbereichs und der Ventilsitzfläche kleiner ist als die Differenz der Kegelwinkel des stromabwärtsseitigen Bereichs und der Ventilsitzfläche (inverse Sitzwinkeldifferenz), ist dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Übergangsbereich stromaufwärts eine in dem Ventilglied ausgebildete radiale Ausnehmung anschließt, die von der stromaufwärtsseitigen Dichtkante des Übergangsbereichs und von einer zu dem Ventilkörper ausgebildeten Kante begrenzt ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentan spruchs 1. Derartige Kraftstoffeinspritzventile sind beispielsweise aus der DE 195 47 423 A1 sowie der DE 196 34 133 A1 bekannt.

Bei derartigen Kraftstoffeinspritzventilen ist ein kol benförmiges Ventilglied axial verschiebbar in einer Bohrung eines Ventilkörpers geführt. Das Ventilglied weist dabei an seinem brennraumseitigen Ende eine koni sche Ventildichtfläche auf, mit der es mit einer koni schen Ventilsitzfläche am Ventilkörper zusammenwirkt, die am nach innen kragenden Ende der geschlossenen Ven tilbohrung gebildet ist. Die Ventildichtfläche am Ven tilglied ist in mehrere, vorzugsweise zwei Bereiche mit unterschiedlichen Kegelwinkeln unterteilt, wobei ein Übergangsbereich zwischen den beiden Ventildichtflä chenbereichen vorgesehen ist, der von einer stromab wärtsseitigen und einer stromaufwärtsseitigen Ventil dichtkante begrenzt wird.

Aufgrund der hohen Ventilschließkräfte, die besonders bei diesen Kraftstoffeinspritzventilen der "Lochdüsen- Bauart" auftreten, tritt insbesondere bei sehr geringen Hüben des Ventilglieds oder beim Vorhub bei zwei Feder haltern ein unsymmetrisches Strahlbild auf, das zur Er höhung der Emission der Brennkraftmaschine führt. Das Ventilglied gleicht sich dabei elastisch unter der Ven tilschließkraft an den Düsenkörper an. Der dabei ent stehende hydraulisch wirksame Sitzdurchmesser ist in diesem Falle undefiniert in dem Übergangsbereich ange ordnet, wie es in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Durch die inverse Sitzwinkeldifferenz stellt sich eine Druckverteilung an dem aus der Axialrichtung versetzten Ventilglied ein, welche das Ventilglied wieder in die zentrische, axiale Lage zurückdrückt. Im Gegensatz dazu würde sich bei einem Kraftstoffeinspritzventil ohne in verse Sitzwinkeldifferenz eine Druckverteilung einstel len, durch welche das Ventilglied noch weiter aus der zentrischen, axialen Lage bewegt würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraft stoffeinspritzventil der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß es durch axiale Ausrichtung des Ventilglieds ein symmetrisches Strahlbild und darüber hinaus einen definierten hydraulisch wirksamen Sitz durchmesser, eine hohe Dämpfung des Ventilglieds und eine möglichst geringe Kavitationsgefährdung ermög licht.

Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffeinspritzventil der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst und hat den Vor teil, daß der hydraulisch wirksame Sitzdurchmesser ins besondere bei zunehmendem Verschleiß des Kraftstoffein spritzventils durch die an den Übergangsbereich strom aufwärts im dem Ventilglied ausgebildete radiale, hin terschnittförmige Ausnehmung und die inverse Sitzwin keldifferenz maximal bis zu der stromaufwärtsseitigen Ventildichtkante "wandern" kann. Auf diese Weise wird ein präzise definierter hydraulisch wirksamer Sitz durchmesser an der stromaufwärtsseitigen Ventildicht kante erzielt.

Der Abstand zwischen der stromaufwärtsseitigen Ventil dichtkante und der stromabwärtsseitigen Ventildichtkan te des Übergangsbereichs wird dabei so gewählt, daß die stromaufwärtsseitige Ventildichtkante des Übergangsbe reichs den hydraulisch wirksamen Sitzdurchmesser bil det. Der Abstand kann durch Versuchsmessungen und/oder Rechnungen bestimmt werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraft stoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch den hydraulisch wirksamen Sitz durchmesser bei einem aus dem Stand der Tech nik bekannten Ventil;

Fig. 2 ein von der Erfindung Gebrauch machendes Kraftstoffeinspritzventil und

Fig. 3 eine vergrößerte Ausschnittdarstellung des in Fig. 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzven tils.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein in Fig. 1 bis Fig. 3 dargestelltes Kraftstoffein spritzventil für Brennkraftmaschinen weist einen zylin drischen Ventilkörper 1 auf, der mit seinem freien un teren Ende in einem nicht dargestellten Brennraum der mit Kraftstoff zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Im Ventilkörper 1 ist eine axiale Sackbohrung 3 vorge sehen, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 5 axial verschiebbar geführt ist. Das Ventilglied 5 weist an seinem unteren, brennraumnahen Ende eine konische Ven tildichtfläche 7 auf, mit der es zur Steuerung eines Einspritzquerschnitts mit einer konischen Ventilsitz fläche 9 am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers 1 zusammenwirkt, die am nach innen kragenden geschlosse nen Ende der Bohrung 3 gebildet ist und von der Ein spritzöffnungen 6 in den Brennraum der Brennkraftma schine ausgehen. Die Ventildichtfläche 7 ist dabei wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, in einen oberen Be reich 71 und in einen unteren Bereich geteilt. Zwischen dem oberen Bereich 71 und dem unteren Bereich 72 ist ein Übergangsbereich 73 ausgebildet. Der Winkel, der sich aus der Differenz zwischen Übergangsbereich 73 und Ventilsitzfläche 9 ergibt, muß kleiner sein als der Winkel, der sich aus der Differenz zwischen Ventilsitz fläche 9 und dem unteren Bereich 72 ergibt (inverse Sitzwinkeldifferenz). Benachbart zu dem stromabwärts seitigen Bereich 72 sind in dem Ventilkörper 1 Ein spritzöffnungen 20 vorgesehen. Der stromaufwärtsseitige Bereich 71 der Ventildichtfläche weist eine radiale, hinterschnittförmige Ausnehmung 74 auf. Diese bildet einen Raum, der von einer an dem Ventilkörper 1 ausge bildeten Kante 75 stromaufwärtsseitig begrenzt wird. Der Übergangsbereich 73 wird durch eine stromaufwärts seitige Ventildichtkante 73a und eine stromabwärtssei tige Ventildichtkante 73b begrenzt, die derart benach bart zueinander angeordnet sind, daß der hydraulisch wirksame Sitzdurchmesser bei einem Schließvorgang mit der stromaufwärtsseitigen Ventildichtkante 73a zusam menfällt. Aufgrund dieses definierten hydraulisch wirk samen Sitzdurchmesser wird eine resultierende radiale Kraft auf das Ventilglied verhindert, die bei dem in Fig. 1 dargestellten undefiniert verlaufenden hydrau lisch wirksamen Sitzdurchmesser 90 auftritt.

Die Auslegung des Abstands der beiden Ventildichtkanten 73a und 73b wird experimentell und auf der Grundlage von Rechnungen ermittelt. Bei einer maximalen Schließ kraft von 1250 N, die experimentell bestimmt werden kann, ergibt sich beispielsweise eine Durchmesserdiffe renz von ungefähr 0,15 mm bei einem geometrischen Sitz durchmesser von 2 mm. Bei diesem minimalen Übergangsbe reich, d. h. bei dieser minimalen Sitzangleichsfläche ist auf jeden Fall gewährleistet, daß der hydraulisch wirksame Sitzdurchmesser genau mit der Ventildichtkante 73a zusammenfällt.

Durch die radiale Ausnehmung 74 im Ventilglied 5 wird ein Dämpfungsraum geschaffen, der eine sehr hohe Dämp fung des Ventilglieds 5 bei einem Schließvorgang ermög licht. Dabei wird vorzugsweise der Winkel, der den Dämpfungsraum einschließt, so gewählt, daß er größer ist als der Körpersitzwinkel. Auf diese Weise entsteht im geschlossenen Zustand ein Dämpfungsraum, der einen Effekt ähnlich dem eines Segels hervorruft und ein Druckpolster beim Schließen des Ventilglieds 5 erzeugt, das die Dämpfung des Ventilglieds 5 verstärkt. Bei ei nem Schließvorgang des Kraftstoffeinspritzventils wird der in dem Dämpfungsraum angeordnete Brennstoff ver drängt und strömt über den zwischen dem Ventilglied 5 und der Kante 75 gebildeten Spalt stromaufwärtsseitig aus dem Dämpfungsraum. Der Dämpfungseffekt wird auf grund des durch den Spalt erzeugten Strömungswider stands beim Schließvorgang erzeugt. Die stromaufwärts seitige Kante 75 wird dabei so ausgelegt, daß sie im Extremfall bei vollständiger Deformation des Ventil glieds keinen Abstand zum Ventilkörper 5 aufweist. Aus dieser Dämpfung resultiert eine geringere Kuppenbela stung.

Ein derartiges Kraftstoffeinspritzventil weist ferner den Vorteil auf, daß der Blasenkollaps der Kavitations blasen vorzugsweise im Bereich stromaufwärts der Kante 75 erfolgt, da die von der Einspritzpumpe herrührenden Druckwellen durch die Kante 75 von dem Übergangsbereich ferngehalten werden. Dadurch kommt es nicht zur Schädi gung des Sitzbereichs.

Der (nicht dargestellte) Ventilhaltekörper tendiert zu einem Öffnungsdruckabfall, wohingegen das Ventilglied 5 wegen der inversen Sitzwinkeldifferenz zu einem Öff nungsdruckanstieg tendiert. Es treten gegenläufige Ef fekte auf, die sich zum Teil wieder aufheben. Hierdurch steigt die Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung (3) eines Ventilkörpers (1) axial verschiebbaren Ventilglied (5), das an seinem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zuge wandten Ende eine konische Ventildichtfläche (7) aufweist, mit der es mit einer konischen Ventil sitzfläche (9) am brennraumseitigen geschlossenen Ende der Bohrung (3) des Ventilkörpers (1) zusam menwirkt, wobei die konische Ventildichtfläche (7) am Ventilglied (5) in zwei unterschiedliche Kegel winkel aufweisende Bereiche (71, 72) geteilt ist, an deren Übergang ein von einer stromaufwärtssei tigen und einer stromabwärtsseitigen Ventildicht kante (73a und 73b) begrenzter Übergangsbereich (73) gebildet ist, wobei die Differenz der Kegel winkel des Übergangsbereichs (73) und der Ventil sitzfläche (9) kleiner ist als die Differenz der Kegelwinkel des stromabwärtsseitigen Bereichs (72) und der Ventilsitzfläche (9) (inverse Sitzwinkel differenz), dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Übergangsbereich (73) stromaufwärts eine in dem Ventilglied (5) ausgebildete radiale Ausneh mung (74) anschließt, die von der stromaufwärts seitigen Dichtkante (73a) des Übergangsbereichs (73) und von einer zu dem Ventilkörper (1) ausge bildeten Kante (75) begrenzt ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Übergangsbereich (73) begrenzenden Ventildichtkanten (73a, 73b) so eng benachbart zueinander angeordnet sind, daß die stromaufwärtsseitige Ventildichtkante (73a) einen hydraulisch wirksamen Sitzdurchmesser bildet.