EP1198672B1 - Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen - Google Patents
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- F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
- F02M2200/30—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped
Definitions
- the invention is based on a fuel injection valve for internal combustion engines, preferably self-igniting internal combustion engines, according to the preamble of claim 1.
- a fuel injection valve for internal combustion engines, preferably self-igniting internal combustion engines, according to the preamble of claim 1.
- Such a fuel injection valve is known from published patent application WO 96/19661.
- a blind bore is formed in a valve body, in which a valve member is guided.
- the valve member is surrounded on its combustion chamber-side section by a pressure chamber which can be filled with fuel under high pressure.
- a conical valve seat is formed on the bottom surface of the blind bore facing the combustion chamber.
- at least one injection opening is arranged on the bottom surface, which connects the bore to the combustion chamber. In the closed position, the valve member comes into contact with the valve member tip on the valve seat and thus closes the injection openings against the pressure chamber.
- valve member tip two conical surfaces are arranged, at the transition of which a circumferential annular groove is formed which defines the effective seat diameter of the valve member and has the effect that the opening pressure of the fuel in the pressure chamber does not change during operation.
- the injection orifices, towards which the valve member is unsecured, are covered by the valve member at the beginning of the opening stroke movement, so that little or no fuel can flow to them.
- the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that in the area of the injection openings on the second conical surface of the valve member tip, a further circumferential annular groove is formed, which already flows to the fuel flowing from the pressure chamber to the injection openings at the beginning of the opening stroke movement to all Injection openings distributed. If, during the opening stroke movement, the valve member is misaligned towards an injection opening, part of the fuel flowing to the other injection openings is diverted into a tangential flow through the additional annular groove and thus flows to this injection opening.
- longitudinal grooves are formed in the conical surface between the annular groove and the additional annular groove. With these longitudinal grooves, the fuel is distributed more evenly and quickly across all injection openings when the valve element is misaligned.
- the longitudinal grooves are inclined to the surface lines of the conical surface arranged between the annular groove and the additional annular groove. This results in a tangential fuel flow in the additional annular groove around the valve member in the area of the injection openings, which additionally supports a uniform distribution of the fuel over the bin injection openings.
- Fuel injection valve are shown in the drawing. 1 shows a fuel injection valve in partial longitudinal section
- Figure 2 is an enlarged view 1 in the area of the valve seat
- the figures 3, 4, 5 and 6 the same detail as Figure 2 of other embodiments.
- FIG. 1 a longitudinal section of a fuel injection valve is shown.
- a bore 3 is arranged in a valve body 1, which is designed as a blind bore and the closed end of which faces the combustion chamber.
- a conical valve seat 9 is formed on the bottom surface of the bore 3 and at least one injection opening 11, which connects the bore 3 to the combustion chamber.
- a valve member 5 is arranged in the bore 3 and is sealingly guided in the bore in a section 105 facing away from the combustion chamber.
- the valve member 5 tapers towards the combustion chamber, forming a pressure shoulder 13, and merges into a valve member shaft 205.
- the combustion chamber end of the valve member 5 forms a valve member tip 7 which adjoins the valve member shaft 205 and which tapers further towards the combustion chamber.
- the pressure shoulder 13 of the valve member 5 is arranged in a pressure chamber 19 formed in the valve body 1 and surrounding the valve member 5, which continues into the combustion chamber as an annular channel surrounding the valve member 5 and extends as far as the valve seat 9.
- the pressure chamber 19 can be filled with fuel under high pressure via an inlet channel 25 formed in the valve body 1.
- the valve member 5 is pressed against the valve seat 9 with the lateral surface of the valve member tip 7 by a closing force which acts on the end of the valve member 5 facing away from the combustion chamber.
- the outer surface of the valve member tip 7 cooperates with the valve seat 9 so that the injection openings 11 are closed against the pressure chamber 19. In this closed position of the valve member 5, the pressure shoulder 13 and part of the valve member tip 7 are acted upon by the fuel pressure of the pressure chamber 19.
- the closing force is generated by a device that is in a valve holding body, not shown in the drawing is arranged in the installed position of the fuel injector against the end of the valve body facing away from the combustion chamber 1 is tense.
- This device can, for example be a preloaded spring, at least indirectly acts on the valve member 5. It can also be provided that several springs are arranged in the valve holding body the closing force depends on the stroke of the valve member 5 individually or generate together.
- the closing force can also be generated hydraulically be in which, for example, an actuator hydraulic moves at least indirectly onto the valve member 5 acts and acts on it in the closed position.
- the opening stroke movement of the valve member 5 is thereby initiated that the fuel pressure in the pressure chamber 19 through Fuel supply from the inlet channel 25 increases.
- the hydraulic force increases on the pressure shoulder 13 and the part of the valve member tip acted upon by the fuel 7, the resulting force on the valve member 5 causes in the axial direction. exceeds this resulting Force the closing force, the valve member 5 lifts from the valve seat 9 and fuel can from the pressure chamber 19th past the valve member tip 7 to the injection openings 11 flow and from there into the combustion chamber.
- the fuel injector is in the range of Valve element tip 7 in the closed position of valve element 5 shown enlarged.
- the valve seat 9 is a conical one Surface with a cone angle ⁇ , which is preferably 50 to Is 70 degrees.
- the valve seat goes at the combustion chamber end 9 for manufacturing reasons in a bulge 48.
- At least one injection opening 11 is formed in the valve seat 9, the perpendicular to the valve sealing surface 9 or too this runs inclined. If there are several injection openings 11 provided, these are in accordance with the supply Combustion chamber of the internal combustion engine preferably evenly distributed over the circumference of the valve body 1.
- the injection ports 11 can, for example, in a common Radial plane to the axis of the valve member 5 are on several radial planes can be distributed or in one to the axis of the valve member 5 are inclined plane.
- the valve member stem 205 merges into the valve member tip 7 at its combustion chamber end, forming an intermediate cone surface 28. It can also be provided that the intermediate cone surface 28 is omitted and the diameter of the valve member stem 205 corresponds to that of the base surface of the valve member tip 7.
- a first cone surface 30 is formed on the valve member tip 7, which adjoins the valve member shaft 205 and has a cone angle ⁇ which is smaller than the cone angle ⁇ of the valve seat 9. Facing the combustion chamber, the first conical surface 30 is adjoined by a second conical surface 32 which has a conical angle ⁇ which is greater than the conical angle ⁇ of the valve seat 9.
- a difference angle ⁇ 1 is thus formed between the first cone surface 30 and the valve seat 9 and a difference angle ⁇ 2 between the second cone surface 32 and the valve seat 9.
- the difference angles ⁇ 1 , ⁇ 2 are preferably less than 1.5 degrees.
- the valve member 5 is flattened to form an end face 52 which is arranged inside the bulge 48 in the closed position of the valve member 5.
- the first groove edge 38 located upstream with respect to the fuel flow to the injection openings lies on the first cone surface 30, while the second groove edge 39 located downstream lies on the second cone surface 32.
- the first groove edge 38 comes into contact with the valve seat 9 and seals the injection openings 11 from the pressure chamber 19. Due to the closing force on the valve member 5 and the associated elastic deformation of the first groove edge 38 and the preferably small difference angle ⁇ 1 , ⁇ 2 , the second groove edge 39 also comes into contact with the valve seat 9 in the closed position of the valve member 5.
- An additional annular groove 42 is formed on the second cone surface 32. It is arranged so that it covers the injection openings 11 in the closed position of the valve member 5.
- the additional annular groove 42 has a cross section, which is preferably greater than or equal to the cross section of an injection opening 11, in order to enable an unthrottled fuel flow in the tangential direction in the additional annular groove 42 to the injection openings 11.
- the cross-sectional shape can be in the form of a circular arc or can also have any other shape, for example a polygon or an elliptical arc shape.
- the additional annular groove 42 is also arranged in such a radial plane. If, on the other hand, the injection openings 11 are arranged in a plane inclined to the radial plane, the additional annular groove 42 can also run accordingly in an inclined plane in order to cover all the injection openings 11 in the closed position.
- the operation of the additional annular groove 42 is like follows: Lifts the valve member 5 by the hydraulic force from the valve seat 9, it can happen that the valve member 5 with respect to the axis of the bore 3 on the valve seat 9 is roofed to an injection opening 11. The fuel flow from the pressure chamber 19 to this injection opening 11 is then only possible to a limited extent, while the rest Injection openings 11 through fuel flow at the valve member tip 7 be supplied with fuel.
- the additional annular groove 42 becomes part of the fuel into a tangential flow through the additional Ring groove 42 redirected so that the injection opening 11 on which the valve member 5 is too bad, from the beginning of the Sufficient opening stroke movement of fuel flows.
- FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the fuel injection valve according to the invention.
- the structure corresponds exactly to that shown in FIG. 2, but here longitudinal grooves 55 are arranged on the conical surface formed between the annular groove 35 and the additional annular groove 42, which connect the two annular grooves 35, 42 to one another.
- the longitudinal grooves 55 run along surface lines of the conical surface formed between the ring grooves 35, 42.
- These longitudinal grooves 55 provide a good inflow of fuel into the additional annular groove 42, particularly when the injection valve is only slightly open at the start of the opening stroke movement. If provision is made to arrange a plurality of longitudinal grooves 55 on the valve member tip 7, these are preferably distributed uniformly over the circumference of the valve member tip 7.
- one or more longitudinal grooves 55 can also be made for one or more longitudinal grooves 55 to be inclined to the surface lines of the conical surface formed between the annular grooves 35, 42. As a result, the fuel flowing through the longitudinal grooves 55 into the additional annular groove 42 is given a tangential speed component and is rapidly distributed to all injection openings 11.
- FIG 4 is another embodiment of an inventive Fuel injector shown.
- the first Edge 38 of the additional annular groove 42 lies in the closed position the valve member 5 on the injection openings 11, so that the conical surface lying between the annular grooves 35, 42 partially covers the injection openings 11.
- FIG. 6 shows a fuel injection valve according to the invention shown, in which the additional annular groove 42 clearly wider than the diameter of the injection openings 11 is formed and in the closed position of the valve member 5 the injection openings 11 are completely covered. That is it possible to cover several injection openings 11 that are not all on the same radial plane with respect to the longitudinal axis 50 of the valve member 5, but still from the additional Ring groove 42 covered in the closed position of the valve member 5 become.
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Description
Das Ventilglied kommt in Schließstellung mit der Ventilgliedspitze am Ventilsitz zur Anlage und verschließt so die Einspritzöffnungen gegen den Druckraum. An der Ventilgliedspitze sind zwei konische Flächen angeordnet, an deren Übergang eine umlaufende Ringnut ausgebildet ist, die den effektiven Sitzdurchmesser des Ventilgliedes definiert und bewirkt, daß sich der Öffnungsdruck des Kraftstoffs im Druckraum im Betrieb nicht ändert. Dies bewirkt eine konstante, reproduzierbare Einspritzmenge und damit eine optimale Verbrennung, solange sich das Ventilglied genau zentriert in der Bohrung bewegt.
Kommt es zu einer Desachsierung des Ventilgliedes, ist der Zulauf des Kraftstoffs aus dem Druckraum an den konischen Flächen der Ventilgliedspitze und der Dichtkante vorbei zu den Einspritzöffnungen nicht mehr symmetrisch. Die Einspritzöffnungen, zu denen hin das Ventilglied desachsiert ist, werden zu Beginn der Öffnungshubbewegung vom Ventilglied verdeckt, so daß kein oder nur sehr wenig Kraftstoff zu diesen fließen kann. Erst im Zuge der vollständigen Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes werden auch die anfangs verdeckten Einspritzöffnungen freigegeben, und erst jetzt kann der Kraftstoff auch durch diese Einspritzöffnungen fließen. Als Folge davon ergibt sich eine Verringerung der gesamten, eingespritzten Kraftstoffmenge und damit ein Leistungsverlust der Brennkraftmaschine.
Weiter kommt es durch die ungleichmäßige Einspritzung in den Brennraum dazu, daß sich in einigen Bereichen des Brennraumvolumens ein mit Kraftstoff übersättigtes Luft-Kraftstoff-Gemisch bildet, während in anderen Bereichen zuwenig Kraftstoff im Verhältnis zur vorhandenen Luft ist. In den übersättigten Bereichen kommt es dadurch zu einer unvollständigen Verbrennung mit den bekannten, nachteiligen Folgen für die Schadstoffkonzentration im Abgas.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind in der Konusfläche zwischen der Ringnut und der zusätzlichen Ringnut Längsnuten ausgebildet. Durch diese Längsnuten verteilt sich der Kraftstoff bei desachsiertem Ventilglied gleichmäßiger und schneller über alle Einspritzöffnungen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Längsnuten geneigt zu den Mantellinien der zwischen der Ringnut und der zusätzlichen Ringnut angeordneten Konusfläche ausgebildet. Dadurch ergibt sich im Bereich der Einspritzöffnungen ein tangentialer Kraftstoffstrom in der zusätzlichen Ringnut um das Ventilglied herum, was eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs auf die Binspritzöffnungen zusätzlich unterstützt.
Die Druckschulter 13 des Ventilgliedes 5 ist in einem im Ventilkörper 1 ausgebildeten und das Ventilglied 5 umgebenden Druckraum 19 angeordnet, der sich dem Brennraum zu als ein das Ventilglied 5 umgebender Ringkanal fortsetzt und bis zum Ventilsitz 9 reicht. Der Druckraum 19 kann über einen im Ventilkörper 1 ausgebildeten Zulaufkanal 25 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden.
Das Ventilglied 5 wird durch eine Schließkraft, die an der brennraumabgewandten Stirnseite des Ventilgliedes 5 angreift, mit der Mantelfläche der Ventilgliedspitze 7 gegen den Ventilsitz 9 gepreßt. Die Mantelfläche der Ventilgliedspitze 7 wirkt bei Anlage am Ventilsitz 9 so mit diesem zusammen, daß die Einspritzöffnungen 11 gegen den Druckraum 19 verschlossen werden. In dieser Schließstellung des Ventilgliedes 5 ist die Druckschulter 13 und ein Teil der Ventilgliedspitze 7 vom Kraftstoffdruck des Druckraums 19 beaufschlagt.
Durch die Schließkraft auf das Ventilglied 5 und die damit verbundene elastische Verformung der ersten Nutkante 38 und die vorzugsweise kleinen Differenzwinkel δ1,δ2 kommt zusätzlich auch die zweite Nutkante 39 in Schließstellung des Ventilgliedes 5 am Ventilsitz 9 zur Anlage. Dadurch erhöht sich die Auflagefläche und die Flächenpressungen am Ventilsitz 9 werden geringer.
An der zweiten Konusfläche 32 ist eine zusätzliche Ringnut 42 ausgebildet. Sie ist so angeordnet, daß sie die Einspritzöffnungen 11 in Schließstellung des Ventilgliedes 5 überdeckt. Die zusätzliche Ringnut 42 hat dabei einen Querschnitt, der vorzugsweise größer oder gleich dem Querschnitt einer Einspritzöffnung 11 ist, um einen ungedrosselten Kraftstofffluß in tangentialer Richtung in der zusätzlichen Ringnut 42 zu den Einspritzöffnungen 11 zu ermöglichen. Die Querschnittsform kann dabei kreisbogenförmig sein oder auch eine beliebige andere Form aufweisen, beispielsweise einen Polygonzug oder eine elliptische Bogenform.
Sind die Einspritzöffnungen 11 in einer gemeinsamen Radialebene bezüglich der Achse 50 des Ventilgliedes 5 angeordnet, so ist auch die zusätzliche Ringnut 42 in einer solchen Radialebene angeordnet. Sind hingegen die Einspritzöffnungen 11 in einer zur Radialebene geneigten Ebene angeordnet, so kann auch die zusätzliche Ringnut 42 entsprechend in einer geneigten Ebene verlaufen, um in Schließstellung alle Einspritzöffnungen 11 zu überdecken.
Es kann alternativ dazu auch vorgesehen sein, eine oder mehrere Längsnuten 55 zu den Mantellinien der zwischen den Ringnuten 35,42 ausgebildeten Konusfläche geneigt auszubilden. Dadurch erhält der durch die Längsnuten 55 in die zusätzliche Ringnut 42 fließende Kraftstoff eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente und verteilt sich rasch auf alle Einspritzöffnungen 11.
Claims (12)
- Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), in dem eine Bohrung (3) angeordnet ist, an deren brennraumseitigen Ende ein konischer Ventilsitz (9) ausgebildet ist, in dem wenigstens zwei Einspritzöffnungen (11) angeordnet sind, die die Bohrung (3) mit dem Brennraum verbinden, und mit einem in der Bohrung (3) geführten Ventilglied (5), das durch Druckbeaufschlagung einer am Ventilglied (5) ausgebildeten Druckfläche (13) mit Kraftstoff entgegen einer auf den Ventilsitz (9) gerichteten Schließkraft axial beweglich ist und das einen dem Ventilsitz (9) zugewandten Ventilgliedschaft (205) aufweist, zwischen dem und der Wand der Bohrung (3) ein mit Kraftstoff befüllbarer Druckraum (19) ausgebildet ist, welches Ventilglied (5) an seinem brennraumseitigen Ende eine Ventilgliedspitze (7) aufweist, an welcher eine erste Konusfläche (30) und eine zweite, sich brennraumseitig an die erste Konusfläche (30) anschließende Konusfläche (32) ausgebildet ist, wobei der Konuswinkel (α) der ersten Konusfläche (30) kleiner und der Konuswinkel (β) der zweiten Konusfläche (32) größer als der Konuswinkel (γ) des Ventilsitzes (9) ist, und mit einer an der Ventilgliedspitze (7) umlaufenden Ringnut (35), deren erste Nutkante (38) in einer Radialebene zur Achse des Ventilgliedes (5) und auf der ersten Konusfläche (30) liegt und deren zweite Nutkante (39) in einer Radialebene zur Achse des Ventilgliedes (5) und auf der zweiten Konusfläche (32) liegt, wobei die erste Nutkante (38) der Ringnut (35) als Dichtkante ausgebildet ist, die in Schließstellung des Ventilgliedes (5) am Ventilsitz (9) stromaufwärts des Kraftstoffflusses zu den Einspritzöffnungen (11) zur Anlage kommt, dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten konischen Fläche (32) der Ventilgliedspitze (7) eine zusätzliche Ringnut (42) ausgebildet ist, die sowohl in Schließstellung als auch in Öffnungsstellung des Ventilgliedes (5) wenigstens teilweise die Einspritzöffnungen (11) überdeckt.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Ringnut (42) größer oder gleich dem Querschnitt einer Einspritzöffnung (11) ist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster, zwischen der ersten konischen Fläche (30) und dem Ventilsitz (9) liegender Differenzwinkel (δ1) kleiner ist als ein zweiter, zwischen dem Ventilsitz (9) und der zweiten konischen Fläche (32) liegender Differenzwinkel (δ2).
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (δ1) und der zweite Differenzwinkel (δ2) weniger als 1,5 Grad betragen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel (γ) des Ventilsitzes (9) 55 bis 65 Grad beträgt, vorzugsweise etwa 60 Grad.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutkanten (44; 46) der zusätzlichen Ringnut (42) in zur Ventilgliedachse (50) des Ventilgliedes (5) radialen Ebenen liegen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an die brennraumabgewandte Nutkante (46) der zusätzlichen Ringnut (42) anschließende Konusfläche in Schließstellung des Ventilgliedes (5) die Einspritzöffnungen (11) zum Teil überdeckt.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzöffnungen (11) bezüglich der Ventilgliedachse (50) in einer gemeinsamen Radialebene liegen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutkanten (44; 46) der zusätzlichen Ringnut (42) und die Einspritzöffnungs-Austritte in einer zur Radialebene der Ventilgliedachse (50) geneigten Ebene liegen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zwischen der Ringnut (35) und der zusätzlichen Ringnut (42) angeordneten konischen Fläche wenigstens eine, die beiden Ringnuten verbindende Längsnut (55) ausgebildet ist, die entlang von Mantellinien der zweiten Konusfläche (32) verlaufen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine Längsnut (55) an der zweiten konischen Fläche (32) ausgebildet sind, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder ein Teil der Längsnuten (55) zu den Mantellinien der zweiten konischen Fläche (32) geneigt verlaufen.
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