EP1034371B1 - Fuel injection valve for an internal combustion engine - Google Patents
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- EP1034371B1 EP1034371B1 EP99955773A EP99955773A EP1034371B1 EP 1034371 B1 EP1034371 B1 EP 1034371B1 EP 99955773 A EP99955773 A EP 99955773A EP 99955773 A EP99955773 A EP 99955773A EP 1034371 B1 EP1034371 B1 EP 1034371B1
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of claim 1.
Bei Einspritzanlagen wird Kraftstoff unter hohem Druck über ein Kraftstoffeinspritzventil in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt.In injection systems, fuel is overpressurized a fuel injection valve in the combustion chamber of an internal combustion engine injected.
Aus der US 4,528,951 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, welches eine Düsennadel aufweist, die zwischen einem Dichtbereich und der Nadelspitze einer umlaufenden Nut aufweist. Die Lochachse des Einspritzlochs mündet hier in die Nut, wenn der Dichtbereich der Düsennadel auf dem Ventilsitz aufliegt.A fuel injection valve is known from US Pat. No. 4,528,951, which has a nozzle needle which between a Sealing area and the needle tip of a circumferential groove. The hole axis of the injection hole opens into the Groove if the sealing area of the nozzle needle is on the valve seat rests.
Aus DE 30 14 958 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt,
das einen Düsenkörper mit einer zentralen Führungsbohrung
aufweist, in der eine Düsennadel geführt wird. Der Düsenkörper
ist als Lochdüse ausgeführt. Durch die axiale Bewegung
der Düsennadel öffnet das Ventil, das von der Dichtkante
der Düsennadel und dem Ventilsitz in der Düsenspitze des Düsenkörpers
gebildet wird. An der Nadelspitze der Düsennadel
ist ein Absatz eingebracht, um die durch Verschleiß bedingte
Verkleinerung des Ventilsitzdurchmesser zu verhindern.A fuel injection valve is known from
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.When the valve is opened, fuel flows into the tip of the nozzle and through the injection holes in the nozzle tip, causing the Nozzle needle due to the fuel pressure and the fuel flow can perform movements to the side of its axis, which leads to an irregular course of injection into the combustion chamber the internal combustion engine.
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.The object of the invention is that when opening the Valve occurring radially directed to the nozzle needle axis Reduce nozzle needle movements and jet shaping to improve the injection jet.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. The object of the invention is characterized by the features of the independent Claim 1 solved.
Vorteilhafte Ausformungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims specified.
In der Erfindung ist eine Düsennadel in der zentralen Führungsbohrung eines Düsenkörpers geführt. Die Düsennadel weist eine umlaufende Dichtkante auf, die zusammen mit dem konischen Ventilsitz des Düsenkörpers eine schließbare druckfeste Abdichtung bildet, die über die axiale Bewegung der Düsennadel den Kraftstoffzulauf zu den Einspritzlöchern in der Düsenspitze des Düsenkörpers steuert. In dem kegelstumpfförmigen Nadelende der Düsennadel ist eine umlaufende Nut angeordnet, an der sich sich beim Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils ein Druckausgleich einstellt, durch den eine radial auf die Düsennadel wirkende Kraft erzeugt wird, die einer radialen Abweichung der Düsennadel entgegenwirkt und sie somit axial führt.In the invention, a nozzle needle is in the central guide hole guided by a nozzle body. The nozzle needle points a circumferential sealing edge, which together with the conical Valve seat of the nozzle body has a closable pressure-resistant Sealing forms over the axial movement of the nozzle needle the fuel supply to the injection holes in the nozzle tip controls the nozzle body. In the frustoconical A peripheral groove is arranged on the needle end of the nozzle needle, on the opening of the fuel injector sets a pressure equalization through which one is radial the nozzle needle acting force is generated, that of a radial Deviation counteracts the nozzle needle and thus it leads axially.
Vorteilhaft ist die Nut in Höhe der Einspritzlöcher in der Düsenspitze des Düsenkörpers angeordnet, wodurch die Strahlformung des Einspritzstrahls verbessert wird.The groove at the level of the injection holes in the is advantageous Nozzle tip of the nozzle body arranged, causing the jet formation of the injection jet is improved.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Beschreibung der Figuren näher erläutert. Es zeigen
- Figur 1
- einen Längsschnitt durch den Düsenkörper eines Kraftstoffeinspritzventils mit einer Düsennadel,
- Figur 2
- einen Längsschnitt durch den Bereich der Spitze eines Düsenkörpers mit einer Düsennadel.
- Figure 1
- 2 shows a longitudinal section through the nozzle body of a fuel injection valve with a nozzle needle,
- Figure 2
- a longitudinal section through the area of the tip of a nozzle body with a nozzle needle.
Figur 1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Längsschnitt
durch einen im wesentlichen rotationssymmetrischen
Düsenkörper 5, in dessen zentraler Führungsbohrung 54 eine
rotationssymmetrische Düsennadel 1 axial geführt ist. Ausgehend
von der Stirnfläche 58 des Düsenkörpers 5 geht die Führungsbohrung
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.Figure 1 shows a fuel injector with a longitudinal section
by an essentially rotationally
Die Düsennadel 1 ist axial unterteilt in Körperabschnitte,
deren Durchmesser sich ausgehend von der Rückseite 11 der Düsennadel
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 Körperabschnitt
über, gefolgt von einen vorzugsweise zylindrischen
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 Körperabschnitten
besteht.The nozzle needle 1 is divided axially into body sections,
whose diameter starts from the rear 11 of the nozzle needle
1 in the direction of the needle end with the
Figur 2 zeigt eine präzisierte Ansicht des Bereichs des Nadelendes
und der Düsenspitze 52 aus Figur 1.Figure 2 shows a more precise view of the area of the needle end
and the
Das Nadelende weist eine kegelstumpfförmige, in Richtung der Düsenspitze 52 zusammenlaufende Grundkörperform mit einer umlaufenden Nut 33 auf und ist ausgehend von der Rückseite 11 der Düsennnadel 1 axial unterteilt in
- einen kegelstumpfförmigen
zweiten Dichtabschnitt 30 mit einer umlaufenden Dichtfläche 29, - einen kegelstumpfförmigen
ersten Nutabschnitt 35, dessen Oberfläche mit derLängsachse 10 des Kraftstoffeinspritzventils einen größeren Winkel einschließt als derzweite Dichtabschnitt 30, - einen vorzugsweise zylindrischen
zweiten Nutabschnitt 40 und - die
kegelstumpfförmige Düsenspitze 45. Der erste und der 25,30 schließen an ihrem Übergang eine umlaufende Dichtkante 27 ein, die abhängig von der axialen Position der Düsennadel 1zweite Dichtabschitt - auf dem Ventilsitz 55 des
Düsenkörpers 5 aufliegt und den Kraftstoffzulauf zu denEinspritzlöchern 9 in derDüsenspitze 52 desDüsenkörpers 5 unterbricht oder - von dem Ventilsitz 55 abgehoben ist und den Kraftstoffzulauf
zu den
Einspritzlöchern 9 freigibt.
- a frustoconical
second sealing section 30 with a circumferential sealing surface 29, - a frustoconical
first groove section 35, the surface of which encloses a larger angle with thelongitudinal axis 10 of the fuel injection valve than thesecond sealing section 30, - a preferably cylindrical
second groove section 40 and - the
frustoconical nozzle tip 45. The first and the 25, 30 enclose at their transition a circumferential sealing edge 27 which depends on the axial position of the nozzle needle 1second sealing section - rests on the
valve seat 55 of thenozzle body 5 and interrupts the fuel supply to theinjection holes 9 in thenozzle tip 52 of thenozzle body 5 or - is lifted off the
valve seat 55 and releases the fuel supply to theinjection holes 9.
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 bezeichnet,
das abhängig von der Position der Düsennadel 1 geöffnet
oder geschlossen ist.The sealing edge 27 can thus together with the
In Figur 2 liegt die Dichtkante 27 auf dem Ventilsitz 55 auf,
das Ventil 27,55 ist somit geschlossen; im folgenden wird Position
der Düsennadel 1, bei der das Ventil 27,55 geschlossen
ist, als Schließposition bezeichnet.In Figure 2, the sealing edge 27 rests on the
Das Ventil 27,55 öffnet sich, wenn die Düsennadel 1 in Richtung
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 Einspritzlöcher
9 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine.The
Während des Öffnens der Düsennadel 1 findet an der Nut 33 der
Düsennadel 1 ein Druckausgleich statt, wobei durch den Kraftstoffdruck
und den Kraftstofffluß auf die Düsennadel 1 eine
radial zur ihrer Längsachse 10 gerichtete Kraft ausgeübt
wird, die einer radialen Abweichung der Düsennadel 1 entgegenwirkt,
wodurch die Düsennadel radial stabilisiert und mittig
zentriert wird.During the opening of the nozzle needle 1, the
Dadurch resultiert schon kurz nach Öffnen des Ventils 27,55
eine gleichmäßige Strahlformung des Einspritzstrahls über alle
Einspritzlöcher 9, was vorteilhaft zu einer schadstoffarmen
Verbrennung führt. Die radial auf die Düsennadel 1 wirkende
Kraft ist abhängig von dem Kraftstoffdruck und erhöht
sich bei steigendem Kraftstoffdruck.This results in 27.55 shortly after opening the valve
a uniform jet shape of the injection jet over all
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.Through the
Beim Schließen des Ventils 27,55 schlägt die Düsennadel 1 auf
den Ventilsitz 55, wodurch der Ventilsitz 55 und die Dichtkante
27 mechanisch stark beansprucht wird. Die Dichtfläche
29 schließt mit dem Ventilsitz 55 in Schließposition der Düsennadel
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 elastische
Verformung des Düsenkörpers 5 und der Düsennadel 1 die
Dichtfläche 29 den Ventilsitz 55, wodurch sich die Aufschlagsfläche
vergrößert und so vorteilhaft die Materialbelastung
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.When the
Der erste und der zweite Nutabschnitt 35,40 begrenzen mit ihrer
Oberfläche die Nut 33 und schließen an ihrem Übergang einen
zweiten Winkel a2 ein, der vorzugsweise im Bereich zwischen
125 und 155 Grad liegt.The first and
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.The
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 Nutabschnitts
40 angeordnet, wenn die Düsennadel 1 in ihrer
Schließposition ist, vorzugsweise auch dann, wenn die Düsennadel
1 maximal ausgelenkt ist.It is preferably located in the direction of the
Der Übergang zwischen der Nadelspitze 45 und dem zweiten Nutabschnitt
40 weist einen Querschnitt mit einem ersten Durchmesser
s1 auf.The transition between the
Der Übergang zwischen dem zweiten Dichtabschnitt 30 und dem
ersten Nutabschnitt 35 der Düsennadel 1 weist einen Querschnitt
mit einem dritten Durchmesser s3 auf.The transition between the
Das Verhältnis zwischen dem ersten und dem dritten Durchmesser s1/s3 liegt im Bereich zwischen 0,5 und 0,7.The ratio between the first and the third diameter s1 / s3 is in the range between 0.5 and 0.7.
Der Übergang zwischen dem ersten Nutabschnitt 35 und dem
zweiten Nutabschnitt 40 weist einen Querschnitt mit einem
zweiten Durchmesser s2 auf.The transition between the
Das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Durchmesser s1/s2 ist annähernd 1.The ratio between the first and the second diameter s1 / s2 is approximately 1.
Der Übergang zwischen dem zweiten Dichtabschnitt 30 und dem
ersten Dichtabschnitt 25 weist einen Querschnitt mit einem
vierten Durchmesser s4 auf.The transition between the
Das Verhältnis zwischen dem dritten und dem vierten Durchmesser s3/s4 liegt im Bereich zwischen 0,7 und 0,8.The ratio between the third and fourth diameter s3 / s4 is in the range between 0.7 and 0.8.
Die Übergänge zwischen den Körperabschnitten mit den Querschnitten mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Durchmesser s1,s2,s3,s4 sind vorzugsweise abgerundet, was die Fertigung vereinfacht und wodurch vorteilhaft die Turbulenzen der Kraftstoffströmung verringert werden.The transitions between the body sections with the cross sections with the first, second, third and fourth diameter s1, s2, s3, s4 are preferably rounded, which is the manufacture simplified and thereby advantageous the turbulence the fuel flow can be reduced.
Der zweite Dichtabschnitt 30 schließt mit dem ersten Nutabschnitt
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 Kraftstoffströmung
verringert werden.The
In einer weiteren Ausführungsform kann der zweite Dichtabschnitt
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 angepaßt.In a further embodiment, the
Der Düsenkörper 5 ist vorzugsweise als Sitzlochdüse ausgeführt,
bei der die Einspritzlöcher 9 in der Nähe des Ventils
27,55 in der Düsenspitze 52 angeordnet sind.The
Claims (9)
- Fuel injection valve having a nozzle needle (1) which is guided in a central guiding bore (54) of a nozzle body (5) and has a circumferential sealing area (27,28,29) which, together with the valve seat (55) of the nozzle body (5), forms a valve (27,55) which is open or closed depending on the position of the nozzle needle (1) and controls the fuel flow to at least one injection hole (9) in the nozzle tip (52) of the nozzle body (5), wherein the nozzle needle (1) has a circumferential groove (33) between the sealing area (27,28,29) and the needle tip (45) of the nozzle needle (1), wherein the hole axis (90) of the injection hole (9) opens into the groove (33) when the sealing area (27,28,29) of the nozzle needle (1) rests on the valve seat (55), characterised in that with the valve seat (55) in the closed position of the nozzle needle (1) the sealing surface (29) encloses at the sealing edge (27) a first angle (a1) which is only slightly greater than 0 degrees, and that the groove (33) is delimited by the first and the second groove sections (35,40) of the nozzle needle (1) which enclose a second angle (a2) which lies in the range between 125 and 155 degrees.
- Fuel injection valve according to claim 1, characterised in that
the edge (91), located in the direction of the nozzle tip (52), of the orifice of the injection hole (9) located on the inside of the nozzle body (5) is disposed at the level of the second groove section (40) when the nozzle needle (1) is at its maximum excursion. - Fuel injection valve according to one of the claims 1 or 2, characterised in that
the hole axis (90) of the injection hole (9) opens into the second groove section (40) when the sealing area (27,28,29) of the nozzle needle (1) rests on the valve seat (55). - Fuel injection valve according to one of the claims 1 to 3, characterised in that
the nozzle body (5) is embodied as a seat hole nozzle. - Fuel injection valve according to one of claims 1 to 4, characterised in thatthe transition between the needle tip (45) and the second groove section (40) has a cross-section with a first diameter (s1),the transition between the second sealing section (30) and the first groove section (35) of the nozzle needle (1) has a cross-section with a third diameter (s3), andthe ratio between the first and the third diameter (s1,s3) lies in the range between 0.5 and 0.7.
- Fuel injection valve according to one of the claims 1 to 5, characterised in thatthe transition between the first groove section (35) and the second groove section (40) has a cross-section with a second diameter (s2), andthe ratio between the first and the second diameter (s1,s2) is approximately 1.
- Fuel injection valve according to one of the claims 1 to 6, characterised in thatthe transition between the second sealing section (30) and the first sealing section (25) has a cross-section with a fourth diameter (s4), andthe ratio between the third and the fourth diameter (s3,s4) lies in the range between 0.7 and 0.8.
- Fuel injection valve according to one of the claims 1 to 7, characterised in thatthe transitions between the body sections having the cross-sections with the first, second, third and fourth diameters s1,s2,s3,s4, are rounded.
- Fuel injection valve according to one of the claims 1 to 8, characterised in that
the second sealing section (30) encloses with the first groove section (35) at the transition to the third diameter (s3) a third angle (a3) which lies in the range between 190 and 210 degrees.
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