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BRENNSTOFFEINSPRITZVENTIL FÜR BRENNKRAFTMASCHINEN
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Die Erfindung bezieht sich auf ein für Brennkraftmaschinen geeignetes
Brennstoffeinspritzventil, mit einer in einer Führungsbohrung eines Düsenkörpers
axial verstellbaren und mit einem Ventilsitz des Düsenkörpers zusammenwirkenden
Ventilnadel sowie mit einem stromabwärts des Ventilsitzes an der Ventilnadel angeordneten
und in eine axiale, mit mindestens einer Spritzöffnung in Verbindung stehenden Bohrung
des Düsenkörpers hineinragenden Zapfen.
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Solche Brennstoffeinspritzventile gehen aus der deutschen Offenlegungsschrift
1 947 673 hervor. In Fig. 1 dieser Offenlegungsschrift ist eine herkömmliche Zapfendüse
dargestellt, bei der der unterhalb des Ventilsitzes befindliche Zapfen mit vergleichsweise
großem Spiel in die axiale Bohrung des Düsenkörpers hineinragt. Etwa zwischen dem
mittleren Teil des Zapfens und der Unterkante des Ventilsitzes befindet sich ein
kegelstumpfförmiger Totraum. Aufgrund von Einspritzleitungsschwingungen und des
praktisch ungedämpften Feder-Masse-Systems im Brennstoffeinspritzventil kommt es
zu einem unerwünschten Überschreiten des Öffnungsdrucks des Brennstoffeinspritzventils
und damit zu einem ungünstigen Einspritzverlauf mit unerwünschten Nachspritzern.
Diese Brennstoffmenge kann unkontrolliert in den Motorzylinder entweichen. Das Nachtropfen
der Brennstoffmenge führt nicht nur zu einer vergleichsweise langen Spritzdauer,
sondern auch zu einer hohen CH-Emission und zu einer hohen Abgas trübung sowie zu
einem vergleichsweise hohen spezifischen Kraftstoffverbrauch. Desweiteren besitzen
die in der Regel für Brennkraftmaschinen mit guter Luftwirbelung, z.B. solchen mit
Vorkammer, Luftspeicher oder Wirbelkammer verwendeten Zapfendüsen nur eine geringe
bzw. keine Dämpfung der Ventilnadel.
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Bei einer durch die Fig. 2 der deutschen Offenlegungsschrift 1 947
673 bekanntgewordenen Lösung ist das Brennstoffeinspritzventil im Prinzip gleich
ausgebildet, wobei der Zapfen an der Ventilnadel allerdings in eine als Sackbohrung
ausgebildete Kammer des Düsenkörpers
hineinragt. Der Zapfen dient
dabei zur Regulierung der Brennstoffmenge. Zu diesem Zweck ist sein Außendurchmesser
kleiner als der Durchmesser der Bohrung ausgebildet. Darüber hinaus besitzt er eine
axiale Verbindungsbohrung und damit in Verbindung stehende Radialbohrungen. Die
Anordnung ist derart getroffen, daß der Brennstoff teilweise direkt in den zwischen
der Bohrung und dem Zapfen gebildeten Ringspalt eingeleitet und teilweise in die
radialen Bohrungen und die Verbindungsbohrung im Zapfen abgezweigt wird. Auf diese
Weise sollen im Bereich der Spritzöffnungen des Düsenkörpers die Brennstoffströmungen
aus einander entgegengesetzten Richtungen aufeinander treffen und dadurch der Brennstoff
in wirksamer Weise fein zerstäubt und nebelartig durch die Spritzöffnungen eingespritzt
werden. Durch den vergleichsweise großen Ringspalt zwischen dem Zapfen und der Bohrung
des Düsenkörpers wird unmittelbar nach Abhub der Ventilnadel vom Ventilsitz ein
Abspritzen bewirkt und zwar mit einer vergleichsweise langen Spritzdauer. Schließlich
ist auch keine Möglichkeit vorhanden, einen aufgrund von Einspritzleitungsschwingungen
bedingten ungünstigen Spritzverlauf mit Nachspritzern zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für Brennkraftmaschinen
geeignetes Brennstoffeinspritzventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das
sich bei einfachem Aufbau durch ein exaktes und kompaktes Einspritzen auszeichnet
und zu günstigen Emissionswerten führt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zapfen
in der Bohrung des Düsenkörpers flüssigkeitsdicht geführt oder mit einer Labyrinthdichtung
in Gestalt von konzentrischen Nuten ausgebildet ist.
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Im Gegensatz zu den bekannten Konstruktionen ist bei dem erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventil hinter der üblichen, normalerweise kegelstumpfförmig ausgebildeten
Sitzfläche eine weitere Abdichtung in Gestalt des flüssigkeitsdichten Abschlusses
zwischen dem Zapfen und der Bohrung des Düsenkörpers vorhanden. Dieser Abschluß
wird erst nach Zurücklegen eines gewissen Vorhubes des Zapfens freigegeben. Aufgrund
der doppelten Abdichtung wird sichergestellt, daß beim unerwünschten Abheben der
Ventilnadel von der kegelstumpfförmigen Sitzfläche, beispielsweise aufgrund von
Einspritzleitungsschwingungen, kein Brennstoff zu den Spritzöffnungen gelangen kann,
da der Brennstoff
im Bereich der zweiten Abdichtung, also zwischen
dem Zapfen und der Bohrung des Düsenkörpers an einem weiteren Abströmen gehindert
wird. Auf diese einfache Weise werden jegliche Nachspritzer, die durch kurzzeitige
Druckspitzen aufgrund von Leitungsschwingungen hervorgerufen werden und den normalen
öffnungsdruck des Brennstoffeinspritzventils überschreiten, verhindert, da erst
nach längerem Wirken des Einspritzdruckes und nach Überwinden des durch die Länge
des Zapfens vorgegebenen Vorhubes der eigentliche Einspritzvorgang beginnen kann.
Mit anderen Worten bedeutet dies, daß schnelle und kurzfristige Drucküberschreitungen
keinerlei Einfluß auf den Abspritzvorgang haben, so daß insofern ein gutes und kompaktes
Abspritzen gewährleistet wird. Dies wird noch dadurch begünstigt, daß durch den
Zapfen jegliches Totvolumen bzw. Sackloch-Volumen fast auf Null reduziert wird,
so daß insofern ebenfalls keine Nachspritzer auftreten können. Somit werden günstige
Motorwerte, wie Verringerung der Abgastrübung, des spezifischen Kraftstoffverbrauchs
und der Schadstoff-Emssion erreicht. Durch das Vermeiden von Nachspritzern infolge
des Vorhubes und des sehr kleinen Sackloch-Volumens wird zugleich die Leistung erhöht.
Mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil läßt sich auch insofern eine
schnellere und exaktere Abspritzung erreichen, da die Ventilnadel bei Abströmbeginn
des Brennstoffs bereits eine bestimmte Geschwindigkeit aufweist, d.h. es liegt ein
steiler Mengenanstieg in der Abspritzcharakteristik vor. Das exakte Beendigen des
Abspritzvorgangs ohne Nachspritzer wird dadurch sichergestellt, daß die Ventilnadel
mit dem Zapfen die Absteuerkante sehr schnell überfährt, d.h. es liegt ein steiler
Mengenabfall vor, der kein Nachspritzen ermöglicht. Schließlich bringt der Zapfen
noch insofern einen Vorteil, als die Ventilnadel zum Ende ihrer Schließbewegung
hin durch den in die Bohrung einfahrenden Zapfen in ihrer Axialbewegung gedämpft
wird. Hierdurch ergibt sich eine hohe Standzeit, so daß eine längere Lebensdauer
erreichbar ist bzw. eine Materialverbilligung.
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Zu dem überaus einfachen Aufbau des Brennstoffeinspritzventils trägt
bei, daß der Zapfen voll und im Querschnitt zylindrisch ausgebildet ist. Im Gegensatz
zu herkömmlichen Zapfendüsen sind also am Zapfen
keinerlei Abstufungen
vorhanden, wodurch sich eine wesentlich einfachere Abdichtung erreichen läßt.
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Das Totvolumen läßt sich auf einfache Weise dadurch vermeiden, daß
der Zapfen eine solche Länge aufweist, daß das Volumen der als Sackbohrung ausgebildeten
Bohrung des Düsenkörpers weitgehend vollständig ausgefüllt ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil
nach der Erfindung und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1.
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In einem in seinen Einzelheiten nicht dargestellten Düsenhalter 1
ist ein Düsenkörper 2 eingeschraubt, der einen als Ringraum oder als Bohrungen ausgebildeten
Zulauf 3 aufweist und in dem unter Wirkung einer Feder 4 eine Ventilnadel 5 axial
verschiebbar gelagert ist. An ihrem unteren Ende 6 ist die Ventilnadel 5 kegelstumpfförmig
ausgebildet. Mit diesem kegelstumpfförmigen Ende 6 wirkt die Ventilnadel 5 mit einem
Ventilsitz 7 des Düsenkörpers 2 zusammen. Stromabwärts des Ventilsitzes 7 besitzt
die Ventilnadel 5 einen axialen Zapfen 8, der in eine Bohrung 9 des Düsenkörpers
2 flüssigkeitsdicht hineinragt. Der Zapfen 8 besitzt an seinem vorderen Ende eine
Abfasung 11. In diesem Bereich befinden sich im Düsenkörper 2 von der Bohrung 9
im wesentlichen radial abgehende Spritzöffnungen 12.
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Das Brennstoffeinspritzventil arbeitet wie folgt: Das Brennstoffeinspritzventil
wird vom Brennstoffdruck gesteuert.
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Sobald dieser beim Druckhub einer nicht dargestellten Einspritzpumpe
größer ist als die Spannung der Feder 4, wird die Ventilnadel 5 durch den entlang
des Zulaufs 3 strömenden Brennstoff nach oben angehoben, d.h. von ihrem Sitz abgehoben.
Zunächst ist ein weiteres Strömen des Brennstoffs nicht möglich, da dies durch den
in der Bohrung 9 flüssigkeitsdicht geführten Zapfen 8 verhindert wird.
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Erst wenn der durch die Führungslänge zwischen Zapfen 8 und Bohrung
9 bestimmte Vorhub h überwunden ist, kann der Brennstoff weiter zu den Spritzöffnungen
12 und von dort in den Zylinderraum der Brennkraftmaschine
einströmen.
Das Einspritzen erfolgt also erst immer dann, wenn zumindest der Vorhub h überwunden
worden ist.
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Kurze axiale Bewegungen der Ventilnadel 5, beispielsweise aufgrund
von Einspritzleitungsschwingungen, verhindern dagegen ein Abströmen des Brennstoffs
zu den Spritzöffnungen 12.
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Nachdem die von der Einspritzpumpe geförderte Brennstoffmenge eingespritzt
ist, drückt die Feder 4 die Ventilnadel 5 wieder auf ihren Sitz. Das Brennstoffeinspritzventil
ist damit bis zum nächsten Druckhub wieder geschlossen. Bei der Bewegung der Ventilnadel
5 zum Ventilsitz 7 hin wird die Axialbewegung der Ventilnadel 5 durch die stramme
Führung des Zapfens 8 in der Bohrung 9 und durch das Herausdrücken des Kraftstoffs
aus der Bohrung 9 durch die Spritzöffnungen 12 als Folge der Axialbewegung der Ventilnadel
5 mit Zapfen 8 gedämpft.
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Es versteht sich, daß die Erfindung nicht nur auf die dargestellte
Ausführungsform beschränkt ist, sondern im Rahmen der Ansprüche Abänderungen zuläßt.
So kann durch entsprechende Ausgestaltung des Zapfens 8 und/oder der Düsenkappe
eine gewünschte Drosselwirkung erzeugt werden.
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L e e r s e i t e