DE3624476A1 - Einspritzventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Einspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist aus der DE-OS 25 43 805 bereits ein Ein­ spritzventil bekannt, bei dem sich zur Verbesserung des abge­ spritzten Brennstoffstrahles oberhalb des Ventilsitzes Drallnuten befinden, welche der Verwirbelung des Kraftstoffes bereits vor dem Durchströmen des Ventilsitzes dienen. Durch diese Drallnuten wird dem aus der Abspritzöffnung austretenden Kraftstoff eine tangentiale Kraftkomponente aufgezwungen, der Kraftstoff wird deshalb in Form eines Sprühkegels abgespritzt. Dieser an sich günstige Effekt ist jedoch bei einem Einspritzventil entsprechend der DE-OS 25 43 805 nur teilweise nutzbar. Zurückzuführen ist dies darauf, daß der Kraftstoff nach Austritt aus den im Umfang der Ventilnadel eingear­ beiteten Drallnuten in den Bereich des (fertigungstechnisch beding­ ten) Hinterschnitts strömt und dort stark abgebremst wird. Es wird somit ein Teil der kinetischen Energie des Kraftstoffstromes in an­ dere, unerwünschte Energiearten (etwa Wärmeenergie) umgewandelt.

Ein weiterer Nachteil des in der DE-OS 25 43 805 beschriebenen Ein­ spritzventiles ist, daß die Zumessung der pro Zeittakt abgespritzten Kraftstoffmenge bei einem derartigen Einspritzventil durch die Größe des Strömungsquerschnittes der Abspritzöffnung stromabwärts des Ven­ tilsitzes bei geöffnetem Ventil bestimmt wird. Dies hat zur Folge, daß die in der Praxis unvermeidlichen Ablagerungen bei längerem Be­ trieb dort zu Querschnittsverminderungen und damit zu verringerten Durchflußmengen führen können. Eine solche Erscheinung ist unter der Bezeichnung "Abmagerung" bekannt und gefürchtet. Sie tritt auch bei anderen Gestaltungsformen der Zumeßzone auf, solange diese stromab­ wärts des Ventilsitzes liegt und damit der Saugrohratmosphäre ausge­ setzt ist.

Das in der DE-OS 34 18 761 gezeigte Einspritzventil bietet demgegen­ über den Vorteil, die abzuspritzende Kraftstoffmenge stromaufwärts des Ventilsitzes zu dosieren. Hierzu sind in einem unteren Führungs­ abschnitt der Ventilnadel Zumeßbohrungen vorgesehen, über die der Kraftstoff unter Druckabfall strömt. Es werden jedoch keine Maßnah­ men zur Erzeugung eines Kraftstoffdralles gezeigt. Zur Zerstäubung des Kraftstoffes befindet sich innerhalb der Abspritzöffnung ein Nadelzapfen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Hauptanspruchs weist gegenüber der DE-OS 25 43 805 den Vorteil auf, daß die Bildung von Belägen im Bereich der Abspritzöff­ nung keinen Einfluß auf die Kraftstoffzumessung des Einspritzven­ tiles hat, da die Zumessung nicht im Bereich der Abspritzöffnung und damit im Bereich der oft von Schmutzpartikeln durchsetzten Saugrohr­ atmosphäre, sondern stromaufwärts des Ventilsitzes erfolgt. Dadurch, daß an den einen Drall erzeugenden Zumeßöffnungen ein sehr hoher Druckabfall herrscht, kann die Drallbewegung mit hoher Geschwindig­ keit anlaufen.

Die drallerzeugenden Zumeßöffnungen befinden sich nicht in Form von Spiralnuten im Bereich des Mantels der Ventilnadel, wie dies in der DE-OS 25 43 805 offenbart wird, sondern sie verlaufen innerhalb der Nadel. Ihre abspritzseitigen Mündungen befinden sich dabei in unmit­ telbarer Nähe stromaufwärts des Dichtsitzes des Einspritzventils. Dies hat den Vorteil, daß der aus den drallerzeugenden Zumeßöffnun­ gen austretende Kraftstoff nicht in der durch den Hinterschnitt ge­ bildeten Kammer "gebremst" wird, sondern mit hoher kinetischer Ener­ gie den Ventilsitz und die Abspritzöffnung durchströmt. Dadurch wird ein schneller Anlauf der Strömung erreicht.

Vorteilhaft ist es auch, daß die erfindungsgemäßen Bohrungen leich­ ter zu fertigen sind als die in der DE-OS 25 43 805 gezeigten Drall­ nuten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Einspritzventiles möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 ei­ nen Teil der Ventilnadel bei einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Innerhalb eines in Fig. 1 mit 1 bezeichneten Ventilgehäuses eines nicht näher dargestellten Kraftstoffeinspritzventiles befindet sich eine auf einem Spulenträger 3 aufgebrachte Magnetspule 2. Teilweise von dieser umgeben, befindet sich innerhalb der Magnetspule 2 ein ferromagnetischer Kern 4. Einer Stirnseite des Kerns 4 zugewandt und ebenfalls teilweise innerhalb des Spulenträgers 3 gelegen, befindet sich ein Anker 5, welcher mit einer Ventilnadel 6 verbunden ist, welche ihrerseits mit einem Ende 7 in eine Ausnehmung 8 des Ankers 5 eingepaßt ist. Die Ventilnadel 6 ist in einem Düsenkörper 15 ver­ schiebbar gelagert, welcher auf nicht dargestellte Weise mit dem Ventilgehäuse 1 verbunden ist. Der Düsenkörper 15 weist eine koa­ xiale Führungsbohrung 16 auf, an welche sich in der der Magnetspule 2 abgewandten Richtung eine kegelig zulaufende Ventilsitzfläche 17 anschließt, welche ihrerseits in einer Abspritzöffung 18 endet. Die Ventilnadel 6 wird in der Führungsbohrung 16 des Düsenkörpers 15 ge­ führt und läuft in der der Magnetspule 2 abgewandten Richtung in ei­ nem ersten kegeligen Abschnitt 20 aus, an den sich ein vorzugsweise in Form eines Kegelstumpfes leicht erhaben geformter schmaler Dicht­ sitz 21 anschließt. Dieser liegt bei geschlossenem Einspritzventil direkt auf der kegeligen Ventilsitzfläche 17 des Düsenkörpers 15 auf. Zum Öffnen des Einspritzventils hebt die Ventilnadel 6 mit die­ sem Dichtsitz 21 von der Ventilsitzfläche 17 ab und gibt damit eine Durchströmöffnung für den Kraftstoff frei.

Den Abschluß der Ventilnadel 6 bildet ein sich an den Dichtsitz 21 anschließender zweiter kegeliger Abschnitt 23. Der zweite kegelige Abschnitt 23 kann mit seiner kegeligen Spitze noch teilweise in die Abspritzöffnung 18 hineinragen.

Der zweite kegelige Abschnitt 23 kann sowohl in der dargestellten Form eines Kegels auslaufen als auch einen Nadelzapfen aufweisen, welcher, eine koaxiale Verlängerung der Ventilnadel 6 bildend, aus der Abspritzöffung 18 des Düsenkörpers 15 hinausragt.

Die Ventilnadel 6 hat mit axialem Abstand zueinander zwei Führungs­ abschnitte 30 und 31, welche der Ventilnadel 6 innerhalb der Füh­ rungsbohrung 16 Führung geben. Der stromaufwärts gelegene erste Füh­ rungsabschnitt 30 weist an seinem Umfang Durchströmöffnungen auf, welche beispielsweise als Vierkante 33 ausgebildet sein können.

Die die Führungsabschnitte 30 und 31 aufnehmende Führungsbohrung 16 des Düsenkörpers 15 ist in der der Magnetspule 2 abgewandten Rich­ tung in Form einer Erweiterung 35 abgesetzt, welche fertigungstech­ nisch bedingt ist. Der Durchmesser der auch als "Hinterschnitt" be­ zeichneten Erweiterung 35 ist größer als der Durchmesser der Füh­ rungsbohrung 16. An die Erweiterung 35 schließt sich die bereits be­ schriebene kegelige Ventilsitzfläche 17 an. Der zweite Führungsab­ schnitt 31 der Ventilnadel 6, welcher durch die Führungsbohrung 16 geführt ist und noch teilweise durch die Erweiterung 35 umschlossen sein kann, ist im Gegensatz zum ersten Führungsabschnitt 30 zylin­ drisch ausgebildet.

Der zweite Führungsabschnitt 31 wird von mindestens einer Öffnung 40 durchdrungen. Die Öffnung 40 verbindet den durch die Führungsab­ schnitte 30, 31 begrenzten Innenraum 41 mit einem Drallraum 42, wel­ cher durch die Erweiterung 35 und die kegelige Ventilsitzfläche 17 des Düsenkörpers sowie einen Teil des zweiten Führungsabschnittes 31 und den ersten kegeligen Abschnitt 20 der Ventilnadel 6 begrenzt ist. Innenraum 41 und Drallraum 42 werden also durch den zweiten Führungsabschnitt 31 voneinander getrennt. Die Öffnung 40 ist so eingearbeitet, daß sie an ihrem abspritzseitigen Ende auf der Man­ telfläche des ersten kegeligen Abschnittes 20 der Ventilnadel 6 mün­ det. Die Mündung sollte sich dabei vorteilhafterweise in unmittel­ barer Nähe des erhaben ausgebildeten Dichtsitzes 21 befinden.

Besonders kostengünstig läßt sich die Öffnung 40 dann fertigen, wenn, wie in der Zeichnung dargestellt, sich die Öffnung 40 aus zwei Bohrungen unterschiedlichen Durchmessers zusammensetzt: Einer Sack­ bohrung 46, welche einerseits in den Innenraum 41 mündet und welche andererseits in den zweiten Führungsabschnitt 31 hineinführt, sowie einer Zumeßbohrung 47, welche, koaxial zur Sackbohrung 46 verlaufend einerseits am Boden der Sackbohrung 46 beginnt und andererseits in den Drallraum 42 mündet. Die Mündung der Zumeßbohrung 47 in den Drallraum 42 befindet sich vorteilhafterweise in unmittelbarer Nähe des leicht erhaben ausgebildeten Dichtsitzes 21.

Zur Erzeugung eines Dralls des austretenden Kraftstoffes muß die Längsachse von Sackbohrung 46 und Zumeßbohrung 47 so verlaufen, daß sie bezüglich der Längsachse des Einspritzventils sowohl eine axiale als auch eine tangentiale Komponente aufweist. Wie in Fig. 2 dar­ gestellt, wird dies bei dem erfindungsgemäßen Einspritzventil da­ durch erreicht, daß, in axialer Richtung des Einspritzventiles be­ trachtet, die Mündung der Sackbohrung 46 in den Innenraum 41 um ei­ nen bestimmten Winkel zur Mündung der Zumeßbohrung 47 in den Drall­ raum 42 versetzt angeordnet ist. Dieser Winkel sollte vorteilhafter­ weise zwischen 60 und 120 Grad betragen. Beträgt der Winkel 0 Grad oder 180 Grad, so ist die tangentiale Komponente gleich Null, der Kraftstoff verläßt ohne Drall die Ventilnadel 6. Dadurch, daß die Zumeßbohrung 47 in unmittelbarer Nähe des Dichtsitzes 21 mündet, ge­ langt der aus der Zumeßbohrung 47 austretende Kraftstoff unmittelbar in den Drallraum 42, wird dort in Rotation versetzt und "schraubt" sich entlang der Ventilsitzfläche 17 zur Abspritzöffnung 18. Wichtig ist, daß die Zumeßbohrung 47 so gerichtet ist, daß der aus ihr aus­ tretende Kraftstoffstrom auf die kegelige Ventilsitzfläche 17 strömt, nicht jedoch auf die Wandung der Erweiterung 35. Sackbohrung 46 und Zumeßbohrung 47 müssen nicht koaxial aufeinander ausgerichtet sein, sondern können auch in einem bestimmten Winkel zueinander ver­ laufen.

Nach einer anderen, in der Fig. 3 ausschnittsweise dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, statt der Sack­ bohrung 46 eine Durchgangsbohrung 49 gleichen Durchmessers zu ferti­ gen, und in dieser Durchgangsbohrung 49 einen zylindrischen, mit der Zumeßbohrung 47 versehenen Einsatzkörper 50 so zu befestigen, daß sich dieser Einsatzkörper 50 im stromabwärts gelegenen Teil der Öff­ nung 40 befindet.

Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß bei verschiedenen Einsatzgebieten der Erfindung jeweils nur eine Anpassung des Ein­ satzkörpers 50 und nicht der ganzen Ventilnadel 6 erfolgen muß.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der Zeichnung lediglich ei­ ne Öffnung 40 bzw. je eine Sackbohrung 46 und Zumeßbohrung 47 einge­ tragen. Zur Erzeugung eines guten Abspritzbildes des Einspritzventi­ les kann es jedoch sinnvoll sein, mehrere solcher Öffnungen 40 vor­ zusehen, beispielsweise vier Öffnungen 40, welche jeweils in einem Winkel von 90 Grad radial zueinander versetzt angeordnet sind.

Claims (6)

1. Einspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraft­ maschinen mit einem Düsenkörper und einer Ventilsitzfläche, einer sich daran anschließenden Abspritzöffnung und einer Ventilnadel, die einen mit der Ventilsitzfläche zusamenwirkenden und auf diese Weise das Öffnen und Schließen des Einspritzventils kontrollierenden Dichtsitz und stromaufwärts mindestens einen die Ventilnadel in ei­ ner Führungsbohrung mit seinem Umfang führenden Führungsabschnitt aufweist, in welchem sich mindestens eine von oberhalb nach unter­ halb des Führungsabschnittes verlaufende und einen Drall erzeugende Öffnung befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (40) eine den abgespritzten Kraftstoffmengenstrom begrenzende Zumeßbohrung (47) aufweist und die stromabwärts gelegene Mündung der Zumeßbohrung (47) sich in unmittelbarer Nähe des Dichtsitzes (21) befindet.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Zumeßbohrung (47) austretende Kraftstoffstrom auf die kege­ lige Ventilsitzfläche (17) gerichtet ist.

3. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (40) sich aus einer Sackbohrung (46) größeren Durchmessers und der sich stromabwärts daran anschließenden Zumeßbohrung (47) zu­ sammensetzt.

4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Sackbohrung (46) und Zumeßbohrung (47) koaxial zueinander verlaufen.

5. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßbohrung (47) in einem stromaufwärts des Dichtsitzes (21) gelegenen, kegeligen Abschnitt (20) der Ventilnadel (6) mündet.

6. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zumeßbohrung (47) in einem zylindrischen Einsatzkörper (50) be­ findet, welcher in dem stromabwärts gelegenen Teil der Öffnung (40) eingelassen ist.