EP0817915B1 - Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0817915B1
EP0817915B1 EP96942256A EP96942256A EP0817915B1 EP 0817915 B1 EP0817915 B1 EP 0817915B1 EP 96942256 A EP96942256 A EP 96942256A EP 96942256 A EP96942256 A EP 96942256A EP 0817915 B1 EP0817915 B1 EP 0817915B1
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valve
injection
fuel
bore
head
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Guenter Lewentz
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Robert Bosch GmbH
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/08Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve for Internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • a fuel injection valve known from WO 93/25814 A.
  • the valve member points protruding from the bore of the valve body on its combustion chamber side End of a valve head, whose head is immersed in the bore, annular end face facing away from the combustion chamber delimits a pressure chamber, which can be acted upon by the high pressure fuel. there shifts the high pressure fuel acting on the pressure chamber the valve member against the restoring force of a valve spring to the outside in an opening stroke position.
  • an injection channel is provided, starting from the pressure chamber into an outlet opening on the peripheral wall of the valve head flows into the valve member in the closed position of the valve body is closed and in the open stroke position of the valve member overlaps with the bore wall of the valve body, so that the fuel from the pressure chamber for injection into the Combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied arrives.
  • the opening of the injection channel appears during the opening stroke movement not completely out of the hole so that the fuel jet on a control edge receives an inhomogeneous speed distribution.
  • the injection channel is to the longitudinal axis of the valve member trained inclined.
  • the fuel injection valve according to the invention for internal combustion engines with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the injected Fuel flow due to the longitudinal axis of the valve member rectangular position of the injection channel is deflected more and so the injection jet generated has a short penetration depth and has high atomization quality, so that it is small for combustion chambers Diameter and small stroke volume is well suited.
  • Fuel injection valve for internal combustion engines is in shown in the drawing and in the following Description explained in more detail.
  • Figure 1 shows a longitudinal section through the Fuel injector in maximum Valve member opening stroke position
  • Figure 2 is an enlarged Section of Figure 1 in the area of the valve member head
  • Figure 3 is an enlarged view of the Injection cross section and the jet course of the Injection jet.
  • the fuel injector shown in Figure 1 for internal combustion engines has a valve body 1 which by means of a union nut 3 on a valve holding body 5 is clamped.
  • a piston-shaped valve member 9 guided axially displaceably, that at its lower, in the combustion chamber of the one to be supplied Internal combustion engine projecting end as a closing head acting valve head 11.
  • the one in FIG Valve head 11 shown enlarged has a Valve body 1 facing conical valve sealing surface 13, which in the exemplary embodiment by an annular end face on the valve head 11 seat ring 15 is formed and the one with a correspondingly conical design Valve seat 17 on the end face of the combustion chamber Valve body 1 interacts.
  • the in a diameter enlarged bore portion 19 of the Bore 7 of the valve body 1 projecting section of the Valve head 11 is designed as a spool, which in Bore part 19 is guided and with its the combustion chamber facing away from the end face 21 a pressure chamber 23 in Valve body 1 limited.
  • This pressure chamber 23 is one Annular gap 25 between the shaft 27 of the valve member 9 and the wall of the bore 7 connected to a collecting space 29, in the one the valve body 1 and the Valve holder body 5 penetrating inlet line 31 opens, which can be connected to a fuel injection pump, via the pressure chamber 23 alternately with high fuel pressure is applied.
  • valve spring 33 for an axial application of force to the valve member 9 in Closing direction, is a valve spring 33 in a spring chamber 35 used in the valve holding body 5, which over a Ring insert 37 and a slotted stop ring 39 on the End face of the valve body facing away from the combustion chamber 1 supports and the one at the end facing away from the combustion chamber Valve member 9 arranged retaining ring 41 and one Adjustment disk 43 acts on the valve member 9.
  • valve head 11 of the Valve element 9 For the injection of fuel under high pressure in the combustion chamber, not shown, to supplying internal combustion engine is in the valve head 11 of the Valve element 9 at least one (three in the exemplary embodiment) injection channel 47 leading away from pressure chamber 23, the one on the peripheral wall of the valve head 11 Exit cross section 49 forms which is arranged such that he completely of when the valve member 9 is in the closed position the bore wall 19 of the valve body 1 is covered and with the outward opening stroke of the valve member 9 from a lower, at the combustion chamber end of the Valve body 1 arranged control edge 51 turned open becomes. This is shown enlarged in Figures 2 and 3 Control edge 51 on the valve body 1 is through the Ring edge between the valve seat 17 and the wall of the Bore 19 formed in the valve body 1.
  • the injection channel 47 in the valve head 11 is through one of the upper ring end face 21 of the valve head 11 outgoing Inlet bore 53 inclined to the valve member axis is arranged, and a radially leading away from this Injection bore 55 formed on the other hand to the Circumferential wall of the valve head 11 opens and there the Exit cross section 49 forms.
  • the runs Injection bore 55 perpendicular to the valve member axis and has a rectangular cross-sectional shape.
  • the axial extent of the outlet opening on Outlet cross section 49 is dimensioned so that the Valve sealing surface 13 on the support ring 15 a certain axial distance to the lower edge of the combustion chamber Has outlet cross section 49.
  • the fuel injection valve according to the invention works in following way.
  • valve spring 33 keeps the valve member 9 with its valve sealing surface 13 in contact with the Valve seat 17 on the valve body 1, the Exit cross section 49 of the injection channel 47 in this Closing position completely from the bore wall of the Valve body 1 is closed.
  • the pumped by the high pressure injection pump gets under high pressure fuel via the feed line 31, the collecting space 29 and the annular gap 25 into the pressure space 23.
  • the high fuel pressure acts on the end face of the ring 21 and thus moves the valve member 9 against Restoring force of the valve spring 33 from the valve seat 17 the outlet cross section 49 of the injection channel 47 is immersed after going through a short advance stroke from the overlap with the bore wall of the valve body 1, so that the Exit cross-section 49 from the control edge 51 of the Valve body 1 is opened and the fuel for Injection into the combustion chamber of the internal combustion engine reached.
  • the outlet cross section 49 will generate the injection jet only partially shown as enlarged in FIG. 3, up to a maximum of 50%. This takes place Pressure conversion of the injection jet always on the Control edge 51, so that the effect of an extremely short Spray hole length occurs. Due to the right-angled position of the Injection holes 55 to the valve member axis is the Beam deflection of 15 ° at the control edge 51 so held that over the evenly distributed several Exit cross sections 49 a beam cone angle ⁇ of about 150 ° arises.
  • the exit cross section 49 is first (Spray opening) again from the valve body wall closed before the valve member 9 with its Valve sealing surface 13 abuts the valve seat 17 so that Contamination and corrosion of the outlet cross section can be avoided.

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen aus der WO 93/25814 A bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein Ventilglied axial verschiebbar in einer Bohrung eines Ventilkörpers geführt. Das Ventilglied weist dabei an seinem brennraumseitig aus der Bohrung des Ventilkörpers ragenden Ende einen Ventilkopf auf, dessen in die Bohrung eingetauchte, brennraumabgewandte Ringstirnfläche einen Druckraum begrenzt, der vom Kraftstoffhochdruck beaufschlagbar ist. Dabei verschiebt der den Druckraum beaufschlagende Kraftstoffhochdruck das Ventilglied entgegen der Rückstellkraft einer Ventilfeder nach außen in eine Öffnungshubstellung. Im Ventilkopf ist wenigstens ein Einspritzkanal vorgesehen, der ausgehend vom Druckraum in eine Austrittsöffnung an der Umfangswand des Ventilkopfes mündet, die in Schließlage des Ventilgliedes vom Ventilkörper verschlossen ist und in Öffnungshublage des Ventilgliedes aus der Überdeckung mit der Bohrungswand des Ventilkörpers austritt, so daß der Kraftstoff aus dem Druckraum zur Einspritzung in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine gelangt. Die Öffnung des Einspritzkanals taucht bei der Öffnungshubbewegung nicht ganz aus der Bohrung aus, so daß der Kraftstoffstrahl an einer Steuerkante eine inhomogene Geschwindigkeitsverteilung erhält. Der Einspritzkanal ist dabei zur Längsachse des Ventilglieds geneigt ausgebildet.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der der Einspritzung zugeführte Kraftstofffluß aufgrund der zur Längsachse des Ventilglieds rechtwinkligen Lage des Einspritzkanals stärker umgelenkt wird und so der erzeugte Einspritzstrahl eine kurze Eindringtiefe und hohe Zerstäubungsgüte aufweist, so daß er für Brennräume kleinen Durchmessers und kleiner Hubvolumen gut geeignet ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen die Figur 1 einen Längsschnitt durch das Kraftstoffeinspritzventil in maximaler Ventilgliedöffnungshublage, die Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Figur 1 im Bereich des Ventilgliedkopfes und die Figur 3 eine vergrößerte Darstellung des Einspritzquerschnittes und des Strahlverlaufes des Einspritzstrahls.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in der Figur 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen weist einen Ventilkörper 1 auf, der mittels einer Überwurfmutter 3 an einem Ventilhaltekörper 5 festgespannt ist. In einer Bohrung 7 im Ventilkörper 1 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 9 axial verschiebbar geführt, das an seinem unteren, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Ende einen als Schließkopf wirkenden Ventilkopf 11 aufweist. Der in der Figur 2 vergrößert dargestellte Ventilkopf 11 weist eine dem Ventilkörper 1 zugewandte konische Ventildichtfläche 13 auf, die im Ausführungsbeispiel durch eine Ringstirnfläche eines auf den Ventilkopf 11 aufgesetzten Sitzrings 15 gebildet ist und die mit einer entsprechend konisch ausgebildeten Ventilsitzfläche 17 an der brennraumseitigen Stirnfläche des Ventilkörpers 1 zusammenwirkt.
Der in einen im Durchmesser erweiterten Bohrungsteil 19 der Bohrung 7 des Ventilkörpers 1 ragende Abschnitt des Ventilkopfes 11 ist als Kolbenschieber ausgebildet, der im Bohrungsteil 19 geführt ist und mit seiner dem Brennraum abgewandten Ringstirnfläche 21 einen Druckraum 23 im Ventilkörper 1 begrenzt. Dieser Druckraum 23 ist über einen Ringspalt 25 zwischen dem Schaft 27 des Ventilgliedes 9 und der Wand der Bohrung 7 mit einem Sammelraum 29 verbunden, in den andererseits eine den Ventilkörper 1 und den Ventilhaltekörper 5 durchdringende Zulaufleitung 31 mündet, die mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe verbindbar ist, über die der Druckraum 23 alternierend mit Kraftstoffhochdruck beaufschlagt wird.
Für eine axiale Kraftbeaufschlagung des Ventilgliedes 9 in Schließrichtung, ist eine Ventilfeder 33 in einen Federraum 35 im Ventilhaltekörper 5 eingesetzt, die sich über einen Ringeinsatz 37 und einen geschlitzten Anschlagring 39 an der brennraumabgewandten Stirnfläche des Ventilkörpers 1 abstützt und die über einen am brennraumabgewandten Ende des Ventilgliedes 9 angeordneten Haltering 41 und eine Einstellscheibe 43 auf das Ventilglied 9 wirkt.
Zur Begrenzung des Gesamtöffnungshubes des Ventilgliedes 9 weist der Schaft des Ventilgliedes 9 in Höhe des Anschlagringes 39 einen Anschlagbund 45 auf, der in Schließstellung des Ventilgliedes 9 einen bestimmten, den Gesamtöffnungshub bestimmenden Abstand vom Anschlagring 39 aufweist und mit dem das Ventilglied 9 nach Erreichen der maximalen Öffnungshublage in Anlage an den Anschlagring 39 gelangt.
Zur Einspritzung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs in den nicht näher dargestellten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ist im Ventilkopf 11 des Ventilgliedes 9 wenigstens ein (im Ausführungsbeispiel drei) vom Druckraum 23 abführender Einspritzkanal 47 vorgesehen, der an der Umfangswand des Ventilkopfes 11 einen Austrittsquerschnitt 49 bildet, der so angeordnet ist, daß er bei Schließstellung des Ventilgliedes 9 vollständig von der Bohrungswand 19 des Ventilkörpers 1 überdeckt ist und beim nach außen gerichteten Öffnungshub des Ventilgliedes 9 von einer unteren, am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers 1 angeordneten Steuerkante 51 aufgesteuert wird. Diese in den Figuren 2 und 3 vergrößert dargestellte Steuerkante 51 am Ventilkörper 1 ist dabei durch die Ringkante zwischen der Ventilsitzfläche 17 und der Wand der Bohrung 19 im Ventilkörper 1 gebildet.
Der Einspritzkanal 47 im Ventilkopf 11 ist durch eine von der oberen Ringstirnfläche 21 des Ventilkopfes 11 ausgehende Zulaufbohrung 53, die zur Ventilgliedachse geneigt angeordnet ist, und eine radial von dieser abführenden Einspritzbohrung 55 gebildet, die andererseits an die Umfangswand des Ventilkopfes 11 mündet und dort den Austrittsquerschnitt 49 bildet. Dabei verläuft die Einspritzbohrung 55 rechtwinklig zur Ventilgliedachse und weist eine rechteckige Querschnittsform auf.
Die axiale Erstreckung der Austrittsöffnung am Austrittsquerschnitt 49 ist dabei so bemessen, daß die Ventildichtfläche 13 am Stützring 15 einen bestimmten axialen Abstand zur unteren brennraumseitigen Kante des Austrittsquerschnittes 49 aufweist.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil arbeitet in folgender Weise.
Im Ruhezustand, das heißt wenn keine Hochdruckförderung der dem Einspritzventil zugeordneten Hochdruckeinspritzpumpe erfolgt, hält die Ventilfeder 33 das Ventilglied 9 mit seiner Ventildichtfläche 13 in Anlage an der Ventilsitzfläche 17 am Ventilkörper 1, wobei der Austrittsquerschnitt 49 des Einspritzkanals 47 in dieser Schließposition vollständig von der Bohrungswand des Ventilkörpers 1 verschlossen wird. Beim Einspritzvorgang gelangt der von der Hochdruckeinspritzpumpe geförderte unter hohem Druck stehende Kraftstoff über die Zulaufleitung 31, den Sammelraum 29 und den Ringspalt 25 in den Druckraum 23. Dort wirkt der Kraftstoffhochdruck auf die Ringstirnfläche 21 und verschiebt so das Ventilglied 9 entgegen der Rückstellkraft der Ventilfeder 33 vom Ventilsitz 17. Dabei taucht der Austrittsquerschnitt 49 des Einspritzkanals 47 nach Durchlaufen eines kurzen Vorhubs aus der Überdeckung mit der Bohrungswand des Ventilkörpers 1, so daß der Austrittsquerschnitt 49 von der Steuerkante 51 des Ventilkörpers 1 aufgesteuert wird und der Kraftstoff zur Einspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt.
Um dabei einen möglichst kurzen und gut zerstäubten Einspritzstrahl zu erzeugen wird der Austrittsquerschnitt 49 wie in der Figur 3 vergrößert dargestellt nur zum Teil, maximal bis zu 50% aufgesteuert. Dadurch erfolgt die Druckumsetzung des Einspritzstrahles immer an der Steuerkante 51, so daß der Effekt einer extrem kurzen Spritzlochlänge eintritt. Durch die rechtwinklige Lage der Einspritzbohrungen 55 zur Ventilgliedachse wird dabei die Strahlablenkung von 15° an der Steuerkante 51 so vorgehalten, daß über die gleichmäßig verteilten mehreren Austrittsquerschnitte 49 ein Strahlkegelwinkel α von etwa 150° entsteht.
Die Gewährleistung einer maximalen Öffnungshöhe von 50% des Gesamtöffnungsquerschnittes am Austrittsquerschnitt 49 erfolgt dabei durch den festgelegten Abstand zwischen dem Anschlagbund 45 am Ventilglied 9 und dem Anschlagring 39 in Schließstellung des Einspritzventils.
Das Ende der Hochdruckeinspritzung erfolgt durch die Beendigung der Hochdruckzufuhr, so daß die Ventilfeder 33 das Ventilglied 9 wieder auf den Ventilsitz 17 zurückbewegt.
Dabei wird zunächst der Austrittsquerschnitt 49 (Spritzöffnung) wieder von der Ventilkörperwand verschlossen, bevor das Ventilglied 9 mit seiner Ventildichtfläche 13 am Ventilsitz 17 anliegt, so daß Verunreinigungen und Korrosion des Austrittsquerschnittes vermieden werden können.
Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil ist es somit in konstruktiv einfacher Weise möglich einen Einspritzstrahl mit kurzer Eindringtiefe und guter Zerstäubung zu erzeugen, ohne dazu zusätzliche Bauteile zu benötigen.

Claims (8)

  1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung (7) eines Ventilkörpers (1) vom Kraftstoffdruck entgegen der Rückstellkraft einer Ventilfeder (33) axial verschiebbaren Ventilglied (9) mit einem kolbenförmigen Ventilkopf (11), in dem wenigstens ein von einem in der Bohrung (7) begrenzten Druckraum (23) abführender Einspritzkanal (47) vorgesehen ist, dessen Austrittsquerschnitt (49) an der Umfangsfläche des Ventilkopfes (11) in Schließstellung des Ventilgliedes (9) vollständig vom Ventilkörper (1) überdeckt und beim nach außen gerichteten Öffnungshub von einer unteren Steuerkante (51) am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers (1) aufgesteuert wird, so daß die an die Steuerkante (51) angrenzende Bohrungswand des Ventilkörpers (1) bei maximaler Öffnungshublage des Ventilgliedes (9) einen Teil des Austrittsquerschnittes (49) des Einspritzkanals (47) an der Wand des Ventilkopfes (11) überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzbohrung (55) rechtwinklig zur Achse des Ventilgliedes (9) angeordnet ist.
  2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante (51) am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers (1) bei maximaler Öffnungshublage des Ventilgliedes (9) maximal 50% des Austrittsquerschnitts (49) des Einspritzkanals (47) freigibt.
  3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzkanal (47) durch eine von einer oberen, dem Brennraum abgewandte Ringstirnfläche (21) des Ventilkopfes (11) ausgehende Zulaufbohrung (53) und eine radial von dieser abführenden Einspritzbohrung (55) gebildet ist, die andererseits an die Umfangswand des Ventilkopfes (11) mündet und dort den Austrittsquerschnitt (49) bildet.
  4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Einspritzbohrung (55) eine Rechteckform aufweist.
  5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennraum abgewandte Ringstirnfläche (21) des Ventilkopfes (11) den Druckraum (23) in der Bohrung (19) des Ventilkörpers (1) begrenzt.
  6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Einspritzkanälen (47), vorzugsweise drei, vorgesehen sind, die gleichmäßig über den Umfang des Ventilkopfes (11) verteilt angeordnet sind.
  7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die brennraumseitige Stirnfläche des Ventilkörpers eine Ventilsitzfläche (17) bildet, mit der eine Ventildichtfläche (13) zusammenwirkt, die durch eine brennraumabgewandte Ringstirnfläche eines auf den Ventilkopf (11) aufgesetzten Sitzringes (15) gebildet wird.
  8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventildichtfläche (13) am Ventilkopf (11) mit axialem Abstand zur unteren, dem Brennraum zugewandten Kante (57) der Austrittsöffnung (49) des Einspritzkanals (47) angeordnet ist.
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