EP1044327B1 - Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen - Google Patents
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- F02M61/162—Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices
Definitions
- the invention is based on a fuel injection valve for Internal combustion engine according to the preamble of claim 1 out.
- Al known fuel injection valve is a piston-shaped Valve member axially displaceable against a closing force guided in a guide bore of a valve body, the with its one end into a combustion chamber of the to be supplied Internal combustion engine protrudes.
- the valve member its combustion chamber side face a conical Valve sealing surface on which it is used to control a fürflußquer4.000es to an injection opening in the Combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied with a fixed conical valve seat surface at the closed end the guide bore in the valve body cooperates.
- the Injection opening is as one of the valve seat surface outgoing injection hole formed.
- the valve member has on its shaft on a pressure shoulder, at the one Pending fuel high pressure in the opening direction of Valve member against a closing force of a valve spring attacks.
- the pressure shoulder of the valve member protrudes a pressure chamber, which by a cross - sectional widening of Guide bore is formed.
- This pressure room opens Pressure channel, which from a combustion chamber remote axial End face of the valve body goes out and due to its radially outwardly arranged entrance obliquely to the axis of the Valve body runs.
- This pressure channel is over corresponding supply lines to a High-pressure fuel pump connected, so that the High-pressure fuel via the pressure channel in the pressure chamber is initiated.
- US 3,511,442 is a generic fuel injection valve known in which the pressure chamber for improved uptake of Inlet opening of the pressure channel formed radially on one side is.
- the known fuel injection valves have this the disadvantage that already by a slight eccentric position of the valve member some Injections during the opening stroke of the valve member especially with a small valve member opening stroke, largely remain closed while the inflow to the rest Injection openings largely unthrottled occurs. This has an uneven fuel injection at the Fuel injection valve results, in particular reinforced forms at so-called hole nozzles. It will the effect described in the known Fuel injection valves supported by the Outlet opening of the pressure channel in the pressure chamber in the middle the valve member is aligned so that dynamically Transverse force acts on the valve member, the valve member one-sided pushes and so their necessary centric position for a uniform Injection jet formation impaired.
- the inventive position of the pressure channel is at a so-called seat hole nozzle described in the embodiment, but it can also be done on all others Fuel injection valve types, for example blind-hole nozzles, Dowel nozzles and so on, used where one Tilting or tilting of the valve member the Fuel injection at the injection ports impaired. Since the described impairment has a particularly strong effect on small valve lift stages, In addition, it is particularly advantageous for the invention Arrangement of the pressure channel to fuel injection valves use that with two opening handles, for example so-called two spring holder nozzles, work.
- FIG. 1 shows a longitudinal section through the combustion chamber side part of the fuel injection valve
- FIG. 2 shows an enlarged detail of FIG Injector of Figure 1 in the region of the pressure channel
- 3 shows a cross section through the figure 2 in height of Inlet opening of the pressure channel in the pressure chamber.
- the fuel injection valve shown in the figure 1 for internal combustion engines has a valve body 1, the with its lower end in the combustion chamber one not closer illustrated internal combustion engine protrudes and one, from its upper, brennraumfernen end face 3 outgoing has central bore 5.
- This as a blind hole trained hole 5 acts as axial Guide bore for a piston-shaped valve member 7, the at least in an upper combustion chamber remote section slidably sealingly guided in the bore 5.
- the valve member 7 at its lower, combustion chamber facing end of a conically shaped Valve sealing surface 9 on, with which it is conical shaped valve seat surface 11 on the valve body. 1 interacts, which are closed at the inside End of the bore 5 is formed.
- valve seat surface 11 From this valve seat surface 11 also performs an injection port 13, on the other hand opens into the combustion chamber of the internal combustion engine.
- the Valve member 7 further has on its shaft an in Opening direction of the valve member 7 acting pressure shoulder 15, which is due to a cross-sectional reduction of Pressure valve member 7 in the direction of the combustion chamber end is formed.
- the pressure shoulder 15 of the Valve member 7 in a pressure chamber 17, which by a radial extension of the bore 5 is formed, and the via an annular channel 19 to the valve seat surface 11th extends.
- a pressure channel 21 in Valve body 1 is provided, the radially outward of the bore. 5 in the combustion chamber remote end face 3 of the valve body. 1 entering and obliquely to the axis of the valve body 1 extending enters the radially outer region of the pressure chamber 17.
- the inclined pressure channel 21 In order to make a lateral impact of the through the pressure channel 21 in the pressure chamber 17 incoming fuel jet the valve member 7 and the associated Querkraftein effet to avoid the valve member 7 is the inclined pressure channel 21 also eccentric pivoted. It is as in Figures 2 and 3 shown, an outlet opening 23 of the pressure channel 21 in the pressure chamber 17 from a common longitudinal sectional plane with an inlet opening 25 of the pressure channel 21 at the top Swung out end face 3. The inlet opening 25 of the Pressure channel 21 and the outlet opening 23 are now in two, the longitudinal axis of the valve body 1 intersecting arranged in different longitudinal sections, the pivoted to each other about the longitudinal axis of the valve body 1 are.
- the swivel angle ⁇ between a first Longitudinal section 27 through the inlet opening 25 and a second longitudinal section plane 29 through the outlet opening 23rd the pressure channel 21 is approximately in the embodiment 35 °, but may alternatively be smaller or larger be educated. It is essential only that the Pressure channel 21 forming inclined bore is pivoted so that whose outlet opening 23 is arranged in the pressure chamber 17 is that emerging from the pressure channel 21 Fuel jet off-center to the valve member 7 in the Pressure chamber 17 enters, so that this is not the valve member meets laterally and also a rotational flow in the Pressure chamber 17 generated.
- the fuel injection valve according to the invention Internal combustion engine operates in a known manner, the Valve member 7 first of a closing force, preferably a valve spring is held in the closed position, in which the Valve sealing surface 9 on the valve member 7 sealingly on the fixed valve seat surface 11 is applied, so that the Fuel flow from the annular channel 19 to Injection opening 13 is closed. Should one High pressure fuel injection take place at the injection valve, flows under high pressure fuel from one external high-pressure fuel injection pump over not shown pressure lines in the pressure channel 21 and further in the pressure chamber 17 and engages there in the opening direction of the Valve member 7 on the pressure shoulder 15 at.
- a closing force preferably a valve spring
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Abstract
Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem axial beweglich in einer Bohrung (5) eines Ventilkörpers (1) verschiebbaren Ventilglied (7), das an seinem Schaft eine in Öffnungsrichtung des Ventilgliedes (7) wirkende Druckschulter (15) aufweist, die in einen Druckraum (17) ragt, über einen Druckkanal (21) mit Kraftstoffhochdruck befüllbar ist. Dabei ist dieser Druckkanal (21) derart exzentrisch verschwenkt, daß der aus diesem austretende Kraftstoffstrahl außermittig zum Ventilglied (7) in den Druckraum (17) eintritt.
Description
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1
aus. Bei einem derartigen, aus der Schrift DE 195 23 243 Al
bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein kolbenförmiges
Ventilglied entgegen einer Schließkraft axial verschiebbar
in einer Führungsbohrung eines Ventilkörpers geführt, der
mit seinem einen Ende in einen Brennraum der zu versorgenden
Brennkraftmaschine ragt. Dabei weist das Ventilglied an
seiner brennraumseitigen Stirnfläche eine konische
Ventildichtfläche auf, mit der es zur Steuerung eines
Durchflußquerschnittes zu einer Einspritzöffnung in den
Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine mit einer
ortsfesten konischen Ventilsitzfläche am geschlossenen Ende
der Führungsbohrung im Ventilkörper zusammenwirkt. Die
Einspritzöffnung ist dabei als eine von der Ventilsitzfläche
ausgehende Einspritzbohrung ausgebildet. Das Ventilglied
weist an seinem Schaft eine Druckschulter auf, an der ein
anstehender Kraftstoffhochdruck in Öffnungsrichtung des
Ventilgliedes entgegen einer Schließkraft einer Ventilfeder
angreift. Dabei ragt die Druckschulter des Ventilgliedes in
einen Druckraum, der durch eine Querschnittserweiterung der
Führungsbohrung gebildet ist. In diesen Druckraum mündet ein
Druckkanal, der von einer brennraumfernen axialen
Stirnfläche des Ventilkörpers ausgeht und aufgrund seines
radial auswärts angeordneten Eintritts schräg zur Achse des
Ventilkörpers verläuft. Dieser Druckkanal ist dabei über
entsprechende Zulaufleitungen an eine
Kraftstoffhochdruckpumpe angeschlossen, so daß der
Kraftstoffhochdruck über den Druckkanal in den Druckraum
eingeleitet wird. Aus einer weiteren Schrift US 3,511,442
ist ein gattungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil bekannt,
bei dem der Druckraum für eine verbesserte Aufnahme der
Eintrittsöffnung des Druckkanals radial einseitig ausgeformt
ist.
Dabei weisen die bekannten Kraftstoffeinspritzventile jedoch
den Nachteil auf, daß bereits durch eine geringfügige
außermittige Lage des Ventilgliedes einige
Einspritzöffnungen beim Öffnungshub des Ventilgliedes
insbesondere bei kleinem Ventilgliedöffnungshub, weitgehend
verschlossen bleiben, während der Zufluß zu den übrigen
Einspritzöffnungen weitgehend ungedrosselt erfolgt. Dies hat
eine ungleichmäßige Kraftstoffeinspritzung am
Kraftstoffeinspritzventil zur Folge, der sich insbesondere
bei sogenannten Lochdüsen verstärkt ausbildet. Dabei wird
der beschriebene Effekt bei den bekannten
Kraftstoffeinspritzventilen dadurch unterstützt, daß die
Austrittsöffnung des Druckkanals in den Druckraum mittig auf
das Ventilglied ausgerichtet ist, so daß dynamisch eine
Querkraft auf das Ventilglied einwirkt, die das Ventilglied
einseitig zur Seite drückt und so deren notwendige
zentrische Lage für eine gleichmäßige
Einspritzstrahlausbildung beeinträchtigt.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß unter
allen Betriebsbedingungen am Einspritzventil eine zentrische
Lage des Ventilgliedes gewährleistet ist. Dabei wird dies in
konstruktiv vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß die
Austrittsöffnung des Druckkanals in den Druckraum
exzentrisch aus einer gemeinsamen Längsschnittebene mit der
Eintrittsöffnung verschwenkt ist, wobei nunmehr beide, die
Längsachse des Ventilkörpers schneidenden Längsschnittebenen
der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung des
Druckkanals einen Winkel um die Längsachse des Ventilkörpers
zueinander einschließen. Dabei wird durch dieses
Verschwenkungen des Druckkanals erreicht, daß der aus dem
Druckkanal in den Druckraum überströmende Kraftstoffstrahl
außermittig zum Ventilglied ausgerichtet ist und so keine
Querkräfte auf das Ventilglied einleitet. Zudem wird so auf
vorteilhafte Weise eine Rotationsströmung im Druckraum
erzeugt, die Strömungsverluste und somit einen Druckabfall
zwischen Druckkanal und Druckraum reduziert.
Dabei ist die erfindungsgemäße Lage des Druckkanals an einer
sogenannten Sitzlochdüse im Ausführungsbeispiel beschrieben,
kann aber auch an sämtlichen anderen
Kraftstoffeinspritzventiltypen, zum Beispiel Sacklochdüsen,
Zapfendüsen und so weiter, verwendet werden, bei denen ein
Verkanten beziehungsweise Kippen des Ventilgliedes die
Kraftstoffeinspritzung an den Einspritzöffnungen
beeinträchtigt. Da sich die beschriebene Beeinträchtigung
bei kleinen Ventilgliedhubstufen besonders stark auswirkt,
ist es zudem besonders vorteilhaft, die erfindungsgemäße
Anordnung des Druckkanals an Kraftstoffeinspritzventilen zu
verwenden, die mit zwei Öffnungshubstufen, zum Beispiel
sogenannten Zweifederhalterdüsen, arbeiten.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des
Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der
Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen ist in
der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
erläutert. Es zeigen die Figur 1 einen Längsschnitt durch
den brennraumseitigen Teil des Kraftstoffeinspritzventils,
die Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt des
Einspritzventils nach Figur 1 im Bereich des Druckkanals und
die Figur 3 einen Querschnitt durch die Figur 2 in Höhe der
Eintrittsöffnung des Druckkanals in den Druckraum.
Das in der Figur 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil
für Brennkraftmaschinen weist einen Ventilkörper 1 auf, der
mit seinem unteren Ende in den Brennraum einer nicht näher
dargestellten Brennkraftmaschine ragt und der eine, von
seiner oberen, brennraumfernen Stirnfläche 3 ausgehende
zentrische Bohrung 5 aufweist. Diese als Sacklochbohrung
ausgebildete Bohrung 5 wirkt dabei als axiale
Führungsbohrung für ein kolbenförmiges Ventilglied 7, das
zumindest in einem oberen brennraumfernen Abschnitt
gleitverschiebbar dichtend in der Bohrung 5 geführt ist.
Dabei weist das Ventilglied 7 an seinem unteren,
brennraumzugewandten Ende eine konisch geformte
Ventildichtfläche 9 auf, mit der es mit einer konisch
geformten Ventilsitzfläche 11 am Ventilkörper 1
zusammenwirkt, die am nach innen kragenden geschlossenen
Ende der Bohrung 5 gebildet ist. Von dieser Ventilsitzfläche
11 führt zudem eine Einspritzöffnung 13 ab, die andererseits
in den Brennraum der Brennkraftmaschine mündet. Das
Ventilglied 7 weist weiterhin an seinem Schaft eine in
Öffnungsrichtung des Ventilgliedes 7 wirkende Druckschulter
15 auf, die an einer Querschnittsverringerung des
Druckventilgliedes 7 in Richtung brennraumseitiges Ende
gebildet ist. Dabei ragt die Druckschulter 15 des
Ventilgliedes 7 in einen Druckraum 17, der durch eine
radiale Erweiterung der Bohrung 5 gebildet ist, und der sich
über einen Ringkanal 19 bis an die Ventilsitzfläche 11
erstreckt. Zur Kraftstoffhochdruckversorgung des
Kraftstoffeinspritzventils ist ein Druckkanal 21 im
Ventilkörper 1 vorgesehen, der radial auswärts der Bohrung 5
in die brennraumferne Stirnfläche 3 des Ventilkörpers 1
eintritt und schräg zur Achse des Ventilkörpers 1 verlaufend
in den radial äußeren Bereich des Druckraumes 17 eintritt.
Um dabei ein seitliches Auftreffen des durch den Druckkanal
21 in den Druckraum 17 einströmenden Kraftstoffstrahles auf
das Ventilglied 7 und die damit verbundene
Querkrafteinleitung auf das Ventilglied 7 zu vermeiden, ist
der schräg verlaufende Druckkanal 21 zudem exzentrisch
verschwenkt. Dabei ist wie in den Figuren 2 und 3
dargestellt, eine Austrittsöffnung 23 des Druckkanals 21 in
den Druckraum 17 aus einer gemeinsamen Längsschnittebene mit
einer Eintrittsöffnung 25 des Druckkanals 21 an der oberen
Stirnfläche 3 herausgeschwenkt. Die Eintrittsöffnung 25 des
Druckkanals 21 und deren Austrittsöffnung 23 sind nun in
zwei, die Längsachse des Ventilkörpers 1 schneidenden
unterschiedlichen Längsschnittebenen angeordnet, die
zueinander um die Längsachse des Ventilkörpers 1 verschwenkt
sind. Der Schwenkwinkel α zwischen einer ersten
Längsschnittebene 27 durch die Eintrittsöffnung 25 und einer
zweiten Längsschnittebene 29 durch die Austrittsöffnung 23
des Druckkanals 21 beträgt dabei im Ausführungsbeispiel etwa
35°, kann alternativ jedoch auch kleiner oder größer
ausgebildet sein. Wesentlich ist hier lediglich, daß die den
Druckkanal 21 bildende Schrägbohrung so geschwenkt ist, daß
deren Austrittsöffnung 23 in den Druckraum 17 so angeordnet
ist, daß der aus dem Druckkanal 21 austretende
Kraftstoffstrahl außermittig zum Ventilglied 7 in den
Druckraum 17 eintritt, so daß dieser das Ventilglied nicht
seitlich trifft und zudem eine Rotationsströmung im
Druckraum 17 erzeugt.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen arbeitet in bekannter Weise, wobei das
Ventilglied 7 zunächst von einer Schließkraft, vorzugsweise
einer Ventilfeder in Schließlage gehalten wird, bei der die
Ventildichtfläche 9 am Ventilglied 7 dichtend an der
ortsfesten Ventilsitzfläche 11 anliegt, so daß der
Kraftstoffdurchfluß aus dem Ringkanal 19 zur
Einspritzöffnung 13 verschlossen ist. Soll eine
Kraftstoffhochruckeinspritzung am Einspritzventil erfolgen,
strömt unter hohem Druck stehender Kraftstoff von einer
externen Kraftstoffhochdruckeinspritzpumpe über nicht
gezeigte Druckleitungen in den Druckkanal 21 und weiter in
den Druckraum 17 ein und greift dort in Öffnungsrichtung des
Ventilgliedes 7 an der Druckschulter 15 an. Übersteigt diese
Öffnungskraft die Rückstellkraft der Ventilfeder, wird das
Ventilglied 7 in bekannter Weise mit seiner
Ventildichtfläche 9 von der Ventilsitzfläche 11 abgehoben,
wobei über den dann aufgesteuerten Öffnungsquerschnitt der
unter hohem Druck stehende Kraftstoff aus dem Druckraum 17
und dem Ringkanal 19 zur Einspritzöffnung 13 überströmen
kann und dort zur Einspritzung in den Brennraum der
Brennkraftmaschine gelangt. Am Ende der
Kraftstoffhochdruckeinspritzung bricht der
Kraftstoffhochdruck im Druckraum 17 wieder unter das
notwendige Öffnungsdruckniveau ab, so daß die Schließkraft
der Ventilfeder das Ventilglied 7 erneut in dichtende Anlage
der Ventildichtfläche 9 an die Ventilsitzfläche 11
zurückbewegt und das Ventilglied 7 so die Einspritzöffnung
13 am Kraftstoffeinspritzventil verschließt.
Dabei ist es mit dem erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzventil in konstruktiv einfacher Weise
möglich, Querkrafteinleitungen auf das kolbenförmige
Ventilglied 7 und infolgedessen ein Verkanten des
Ventilgliedes 7 und somit ungenaues Öffnen und Schließen
sicher zu vermeiden.
Claims (3)
- Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung (5) eines Ventilkörpers (1) entgegen einer Schließkraft axial verschiebbaren Ventilglied (7), das an seiner brennraumseitigen Stirnfläche eine Ventildichtfläche (9) aufweist, mit der es zur Steuerung eines Durchflußquerschnittes zu einer Einspritzöffnung (13) in den Brennraum der Brennkraftmaschine mit einer ortsfesten Ventilsitzfläche (11) zusammenwirkt, sowie mit einer am Ventilglied (7) angeordneten, in Ventilgliedöffnungsrichtung wirkenden Druckschulter (15), die in einen Druckraum (17) ragt, der über einen Druckkanal (21) mit Kraftstoffhochdruck befüllbar ist, wobei der schräg zur Ventilkörperachse angeordnete Druckkanal (21) ausgehend von einer brennraumabgewandten Stirnfläche (3) des Ventilkörpers (1) in einen radial äußeren Bereich des Druckraumes (17) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eintrittsöffnung (25) des Druckkanals (21) in die brennraumabgewandte Stirnfläche (3) des Ventilkörpers (1) und eine Austrittsöffnung (23) des Druckkanals (21) in den Druckraum (17) in zwei, die Längsachse des Ventilkörpers (1) schneidenden Längsschnittebenen angeordnet sind, die zueinander um die Längsachse des Ventilkörpers (1) verschwenkt sind, wobei der Druckkanal (21) als gerade Schrägbohrung ausgebildet ist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkanal (21) als Schrägbohrung ausgebildet ist, deren Austrittsöffnung (23) in den Druckraum (17) derart verschwenkt ist, daß der aus dem Druckkanal (21) austretende Kraftstoffstrahl außermittig zum Ventilglied (7) gerichtet ist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (23) des Druckkanals (21) den Druckraum (17) an seiner Umfangswand anschneidet.
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