EP1356203B1 - Vorrichtung zur kraftstoff-hochdruckversorgung einer brennkraftmaschine - Google Patents
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- EP1356203B1 EP1356203B1 EP01991686A EP01991686A EP1356203B1 EP 1356203 B1 EP1356203 B1 EP 1356203B1 EP 01991686 A EP01991686 A EP 01991686A EP 01991686 A EP01991686 A EP 01991686A EP 1356203 B1 EP1356203 B1 EP 1356203B1
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- pressure
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- longitudinal grooves
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
- F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
- F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies
Definitions
- the invention is based on a device for high-pressure fuel supply of an internal combustion engine, as it corresponds to the preamble of patent claim 1.
- a device for high-pressure fuel supply of an internal combustion engine, as it corresponds to the preamble of patent claim 1.
- Such a device is in the form of a fuel injection valve, for example from the published patent application DE 198 43 344 A1 known.
- a bore is formed, in which a piston-shaped valve member is arranged longitudinally displaceable.
- the valve member has a sealing portion with which it is guided in a guide portion of the bore, so that in this area between the valve member and the inner wall of the bore only a very small annular gap remains just large enough to ensure the longitudinal displacement of the valve member ,
- At the combustion chamber facing the end of the guide portion of the bore is followed by a trained by a radial extension of the bore pressure chamber to the guide area, which pressure chamber can be filled with fuel under high pressure.
- the pressure chamber continues to the combustion chamber as an annular channel surrounding the valve member and is delimited at the combustion chamber end by a valve sealing surface which closes the bore toward the combustion chamber.
- the valve member has at its combustion chamber end a valve sealing surface which cooperates with the valve seat for controlling at least one injection opening, so that the injection opening can be connected to the pressure chamber by the longitudinal movement of the valve member.
- a leakage oil space adjoins it, which is constantly kept at a low pressure level by a corresponding leak oil connection. Since at least during the injection in the pressure chamber, a very high fuel pressure is applied, there is a high pressure difference between the two ends of the guide portion of the bore. As a result, fuel is forced through the annular gap, which remains due to the L Lucassverschiebles between the sealing portion of the valve member and the guide portion of the bore from the pressure space in the leakage oil space. Especially in the case of fuels such as are used for self-igniting internal combustion engines, the fuel in this area also serves to lubricate the valve member in the bore.
- the document DE 198 20 264 shows recesses on the valve needle, which have the shape of fine grooves. These run transversely to the longitudinal axis of the valve needle, parallel to this or at an angle thereto. Specifically, the longitudinal grooves extend over the entire, guided length of the valve needle, so that the longitudinal grooves are always connected to the pressure chamber and reach into a low-pressure space.
- the inventive device for high-pressure fuel supply of an internal combustion engine has the advantage that at the guide portion of the guided in the bore piston-shaped element recesses are formed which are hydraulically connected to the pressure chamber, but do not reach into the leakage oil space.
- the recesses are in this case preferably formed as grooves, which lead from the high pressure region, so the pressure chamber, up to a certain height of the sealing portion, but not into the low pressure region.
- the structure of the recesses not only prevents the pressure drop behind the narrowest point of the annular channel formed between the piston-shaped element and the bore, but builds up a higher pressure compared to the opposite side. This pressure buildup causes the valve member to experience a force that is directed away from the inner wall surface of the bore, thus centering the piston-shaped member in the bore again.
- the recesses are arranged distributed uniformly over the circumference of the piston-shaped element, so as to connect each area of the circumference of the piston-shaped element via a recess with the pressure chamber.
- the leakage flow does not increase excessively through the annular gap between the piston-shaped element and the bore through the recesses, the cross section of the recesses must be very small.
- This is in the inventive Device provided a depth of 1 to 50 microns, preferably 2 to 10 microns.
- the width can vary between 100 and 500 microns.
- the formation of the recesses according to the invention when the device is a fuel injection valve and the piston-shaped element is a valve member. Due to the high fuel pressures in such fuel injectors, as are preferably used for auto-ignition internal combustion engines, an exact alignment of the valve member in the bore is particularly important to ensure proper operation over the life.
- FIG. 1 a longitudinal section through a fuel injection valve, the FIGS. 2, 3, 4 and 5 Magnifications in the guide area of the valve member.
- FIG. 1 is a longitudinal section through a device for high-pressure fuel supply of an internal combustion engine, wherein the device is here a fuel injection valve.
- a designed as a valve body 1 component has a bore 3, in which a piston-shaped element, which is designed here as a valve member 5, longitudinally displaceable is arranged.
- the valve member 5 has a longitudinal axis 6 and is sealingly guided with a sealing portion 105 in a guide chamber 103 facing away from the combustion chamber of the bore 3. Starting from the sealing portion 105 of the valve member 5, the valve member 5 tapers to the combustion chamber to form a pressure shoulder 13 and thus passes over into a valve member shaft 205 reduced in diameter.
- a valve sealing surface 7 is formed, which is at least approximately conical and cooperates with a formed on the combustion chamber end of the bore 3 valve seat 9.
- at least one injection opening 11 is formed, which connects the bore 3 with the combustion chamber of the internal combustion engine.
- a pressure chamber 19 is formed by a radial extension of the bore 3 in the valve body 1, which extends as a valve member 205 surrounding the annular channel to the valve seat 9.
- the pressure chamber 19 is connectable via an inlet channel 25 extending in the valve body 1 with a high-pressure fuel source, not shown in the drawing, and can be filled with fuel at high pressure via this.
- the combustion chamber facing away from the end face of the valve body 1 abuts against a valve holding body 2 and is clamped against it by a tensioning device, not shown in the drawing in the axial direction. It can also be provided to form the valve body 1 and the valve holding body 2 in one piece.
- a leakage oil chamber 15 is formed, in which the bore 3 opens and which is constantly relieved of pressure via a drain channel, not shown in the drawing, so that there is always a low fuel pressure in the leakage oil chamber 15.
- a closing device not shown in the drawing is arranged, which exerts a closing force F on the valve member 5, wherein the closing force F directed to the valve seat 9 is.
- the direction of the closing force F is indicated in the drawing by an arrow.
- the function of the fuel injection valve in the injection of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine is as follows, wherein two modes of operation can be distinguished: In the first mode, a high fuel pressure in the pressure chamber 19 is constantly maintained by the high-pressure fuel source via the inlet channel 25. This results in a hydraulic force on the pressure shoulder 13, which is directed against the closing force F. If no injection takes place, then the closing force F is selected to be correspondingly high, so that the valve member 5 bears against the valve seat 9 with its valve sealing surface 7. If an injection takes place, then the closing force F is reduced so that the hydraulic force on the pressure shoulder 13 now predominates and the valve member 5 is moved in the direction of the leakage oil space 15.
- valve sealing surface 7 lifts off from the valve seat 9 and fuel is injected from the pressure chamber 19 through the injection opening 11 into the combustion chamber of the internal combustion engine.
- closing force F By a corresponding increase in the closing force F, the injection is terminated again and the valve member 5 returns to its original position by a longitudinal movement.
- an at least approximately constant closing force is exerted on the valve member 5, and the movement of the valve member 5 is effected by a variable fuel pressure in the pressure chamber 19. If no injection takes place, then prevails in the pressure chamber 19, a lower fuel pressure, so that the hydraulic force on the pressure shoulder 13 is smaller than the closing force F. If an injection takes place, then fuel is introduced via the inlet channel 25 into the pressure chamber 19, whereby there the fuel pressure increases.
- the valve member 5 moves in the longitudinal direction and lifts, as in the first mode, with the valve sealing surface 7 from the valve seat 9, and the injection is carried out as described in the first mode.
- the end of the injection is initiated by the fuel supply is interrupted by the supply passage 25, whereby the fuel pressure in the pressure chamber 19 drops and thus the hydraulic force on the pressure shoulder 13. Due to the closing force F, the valve member 5 returns to the starting position and closes the injection port 11.
- FIG. 2 an enlarged view in the region of the guide portion 103 of the bore 3 is shown.
- the valve member 5 is longitudinally displaceable in the bore 3, it must there have a certain play, so that between the seal portion 105 of the valve member 5 and the guide portion 103 of the bore 3, an annular gap 17 is formed.
- the pressure chamber 19 is always applied a high fuel pressure
- constantly fuel flows through this annular gap-shaped throttle gap from the pressure chamber 19 into the leakage oil chamber 15.
- the fuel pressure drops in the throttle gap 17 approximately linearly from the pressure chamber 19 to the leakage oil chamber 15 down from.
- valve member 5 undergoes a rotationally symmetrical hydraulic force on the surface of the sealing portion 105, so that cancel the radial forces on the valve member 5 each other. If the valve member 5, however, shifted from its central position, the annular gap 17 is smaller on the investment side, while it increases correspondingly on the opposite side. Without consideration of the recesses 30, the pressure in the annular gap 17 drops at least approximately linearly from the high-pressure chamber 19 to the leakage oil chamber 15. Considering the groove-shaped recesses 30, as they FIG. 2 shows, there is another state: The plant side of the valve member 5 opposite flows through the enlarged annular gap 17 there, the main portion of the leakage past the valve member 5.
- FIG. 3 shows the same section as FIG. 2 a further fuel injection valve according to the invention.
- the recesses 30 are formed here as inclined to the longitudinal axis 6 longitudinal grooves so that they have a helical course.
- Another embodiment is shown in FIG.
- the recesses 30 are shown as meandering grooves extending to about two thirds of the length of the sealing portion 105 of the valve member 5.
- FIG. 5 a further embodiment is shown in which the recesses 30 are formed by piecewise straight grooves which are hydraulically connected to each other. This results in labyrinth-like structures on the surface of the valve member 5, the uniform distribution of the fuel over the Ensure the circumference of the valve member 5 without a preferential direction exists.
- FIGS. 2, 3, 4 and 5 develop their respective advantage only in the overall geometry of the fuel injection valve. Which configuration, depth and cross-sectional shape is particularly advantageous in each case must be determined by experiment or simulation of the airfoil.
- the cross-section of the recesses 30 must be kept relatively small.
- the recesses 30 have a depth of 1 to 50 ⁇ m, preferably 2 to 10 ⁇ m.
- the width of the groove-shaped recesses 30 is preferably 100 to 500 microns, wherein the cross-sectional shape of the recesses may be formed, for example, rectangular, circular section, triangular or U-shaped.
- the recesses extend, starting from the combustion chamber facing the end of the sealing portion 105, about half to about three quarters of the length of the sealing portion 105. In this way, the leakage oil flow flowing through the recesses 30 and from there through the annular gap 17 to the leakage oil chamber 15, kept within reasonable limits.
- recesses 30 In addition to the application of the recesses 30 according to the invention on a valve member 5, it may also be provided to form such recesses on other piston-shaped elements which are longitudinally displaceably guided in a bore, if on one side of the bore a high pressure and on the other side a low pressure prevails.
- Such an arrangement is also given for example in fuel injection pumps, which compress fuel on one side by a longitudinally movable piston which is mounted in a bore and supply under high pressure to a fuel injection valve, while on the other side of the guide portion of this piston, a low fuel pressure is maintained.
- the recesses 30 according to the invention are not formed on the piston-shaped element 5, but on the inner wall of the bore 3. Hydraulically, this results in a comparable situation as in the formation of the recesses 30 on the outer surface of the piston-shaped element 5.
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Abstract
Description
- Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung einer Brennkraftmaschine aus, wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entspricht. Eine solche Vorrichtung ist in Form eines Kraftstoffeinspritzventils beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 198 43 344 A1 bekannt. In einem Ventilkörper ist eine Bohrung ausgebildet, in der ein kolbenförmiges Ventilglied längsverschiebbar angeordnet ist. Das Ventilglied weist einen Dichtungsabschnitt auf, mit dem es in einem Führungsabschnitt der Bohrung geführt ist, so daß in diesem Bereich zwischen dem Ventilglied und der Innenwand der Bohrung nur ein äußerst kleiner Ringspalt verbleibt, der gerade groß genug ist, um die Längsverschiebbarkeit des Ventilglieds sicherzustellen. Am brennraumzugewandten Ende des Führungsabschnitts der Bohrung schließt sich ein durch eine radiale Erweiterung der Bohrung ausgebildeter Druckraum an den Führungsbereich an, welcher Druckraum mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden kann. Der Druckraum setzt sich dem Brennraum zu als ein das Ventilglied umgebender Ringkanal fort und wird am brennraumseitigen Ende von einer Ventildichtfläche begrenzt, die die Bohrung zum Brennraum hin abschließt. Das Ventilglied weist an seinem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtfläche auf, die mit dem Ventilsitz zur Steuerung wenigstens einer Einspritzöffnung zusammenwirkt, so daß durch die Längsbewegung des Ventilglieds die Einspritzöffnung mit dem Druckraum verbindbar ist. - Am brennraumabgewandten Ende der Bohrung schließt sich an diese ein Leckölraum an, der durch einen entsprechenden Leckölanschluß ständig auf einem niedrigen Druckniveau gehalten wird. Da zumindest während der Einspritzung im Druckraum ein sehr hoher Kraftstoffdruck anliegt, herrscht zwischen den beiden Enden des Führungsabschnitt der Bohrung eine hohe Druckdifferenz. Hierdurch wird Kraftstoff durch den Ringspalt, der wegen der Längsverschiebbarkeit zwischen dem Dichtungsabschnitt des Ventilglieds und dem Führungsabschnitt der Bohrung verbleibt, vom Druckraum in den Leckölraum gepreßt. Gerade bei Kraftstoffen, wie sie für selbstzündende Brennkraftmaschinen verwendet werden, dient der Kraftstoff in diesem Bereich auch zur Schmierung des Ventilglieds in der Bohrung. Zur Verbesserung der Schmiereigenschaften und zum gleichmäßigen Ausbilden des Schmierfilms sind deshalb in der Offenlegungsschrift
DE 198 43 344 A1 verschiedene Arten von Ausnehmungen am Dichtungsabschnitt des Ventilglieds vorgesehen. Als Beispiele werden unter anderem ringförmige Nuten und Vertiefungen mit kreisförmigem Querschnitt vorgeschlagen, die zu einem gleichmäßigen Schmierfilm und damit zu geringem Verschleiß des Ventilglieds in der Bohrung führen sollen. Aufgrund der hohen Druckdifferenz zwischen den beiden Enden des Führungsabschnitts der Bohrung kommt es bei einem verkippten Ventilglied zu einer hydraulischen Querkraft, die das Ventilglied an die Innenwand der Bohrung drückt. Diese Querkraft resultiert aus einem Druckabfall durch die Querschnittsverengung im Drosselspalt. Durch das Einbringen der Ringnuten gemäßDE 198 43 344 A1 soll nun eine Stabilisierung des Ventilglieds durch tangentialen Druckausgleich erreicht werden. Diese Methode vermindert aber lediglich die Querkraft an der Stelle der Ringnut. Sie erzeugt aber keinen Druckaufbau, der als Rückstellkraft zur Stabilisierung des Ventilglieds wirken könnte. Dadurch kann es zu unzulässig hohem Verschleiß des Ventilglieds in der Bohrung kommen und damit zu einer verminderten Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils oder der sonstigen Vorrichtung zur Versorgung der Brennkraftmaschine. - Das Dokument
DE 198 20 264 zeigt Ausnehmungen an der Ventilnadel, die die Form von feinen Nuten haben. Diese verlaufen quer zur Längsachse der Ventilnadel, parallel zu dieser oder in einem Winkel dazu. Speziell die Längsnuten verlaufen dabei über die gesamte, geführte Länge der Ventilnadel, so dass die Längsnuten stets mit dem Druckraum verbunden sind und bis in einen Niederdruckraum reichen. - Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung einer Brennkraftmaschine weist demgegenüber den Vorteil auf, daß am Führungsabschnitt des in der Bohrung geführten kolbenförmigen Elements Ausnehmungen ausgebildet sind, die mit dem Druckraum hydraulisch verbunden sind, jedoch nicht bis in den Leckölraum reichen. Die Ausnehmungen sind hierbei vorzugsweise als Rillen ausgebildet, die vom Hochdruckbereich, also dem Druckraum, bis zu einer gewissen Höhe des Dichtungsabschnitts führen, jedoch nicht bis in den Niederdruckbereich. In dieser Ausführung verhindert die Struktur der Ausnehmungen nicht nur den Druckabfall hinter der engsten Stelle des zwischen dem kolbenförmigen Element und der Bohrung gebildeten Ringkanals, sondern baut im Vergleich zur gegenüberliegenden Seite einen höheren Druck auf. Dieser Druckaufbau bewirkt, daß das Ventilglied eine Kraft erfährt, die von der Innenwandfläche der Bohrung weggerichtet ist und so das kolbenförmige Element wieder in der Bohrung zentriert.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung sind die Ausnehmungen gleichmäßig über den Umfang des kolbenförmigen Elements verteilt angeordnet, um so jeden Bereich des Umfangs des kolbenförmigen Elements über eine Ausnehmung mit dem Druckraum zu verbinden.
- Damit der Leckölstrom durch den Ringspalt zwischen dem kolbenförmigen Element und der Bohrung durch die Ausnehmungen nicht übermäßig steigt, muß der Querschnitt der Ausnehmungen sehr klein gewählt werden. Hierbei ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Tiefe von 1 bis 50 µm vorgesehen, vorzugsweise 2 bis 10 µm. Bei rillenförmigen Ausnehmungen kann die Breite zwischen 100 und 500 µm variieren.
- Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der erfindungsgemäßen Ausnehmungen, wenn die Vorrichtung ein Kraftstoffeinspritzventil und das kolbenförmige Element ein Ventilglied ist. Durch die hohen Kraftstoffdrücke in solchen Kraftstoffeinspritzventilen, wie sie vorzugsweise für selbstzündende Brennkraftmaschinen verwendet werden, ist eine exakte Ausrichtung des Ventilglieds in der Bohrung besonders wichtig, um einen einwandfreien Betrieb über die Lebensdauer zu gewährleisten.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
- In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung einer Brennkraftmaschine in Form eines Einspritzventils dargestellt. Es zeigt
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil, dieFiguren 2, 3, 4 und 5 Vergrößerungen im Führungsbereich des Ventilglieds. - In
Figur 1 ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung einer Brennkraftmaschine darstellt, wobei die Vorrichtung hier ein Kraftstoffeinspritzventil ist. Ein als Ventilkörper 1 ausgebildetes Bauteil weist eine Bohrung 3 auf, in der ein kolbenförmiges Element, das hier als Ventilglied 5 ausgebildet ist, längsverschiebbar angeordnet ist. Das Ventilglied 5 weist eine Längsachse 6 auf und ist mit einem Dichtungsabschnitt 105 in einem brennraumabgewandten Führungsabschnitt 103 der Bohrung 3 dichtend geführt. Ausgehend vom Dichtungsabschnitt 105 des Ventilglieds 5 verjüngt sich das Ventilglied 5 dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter 13 und geht so in einen im Durchmesser verkleinerten Ventilgliedschaft 205 über. Am brennraumseitigen Ende des Ventilglieds 5 ist eine Ventildichtfläche 7 ausgebildet, die zumindest näherungsweise konisch ausgebildet ist und mit einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung 3 ausgebildeten Ventilsitz 9 zusammenwirkt. Im Ventilsitz 9 ist wenigstens eine Einspritzöffnung 11 ausgebildet, die die Bohrung 3 mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbindet. Im Bereich der Druckschulter 13 ist durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 3 im Ventilkörper 1 ein Druckraum 19 ausgebildet, der sich als ein den Ventilgliedschaft 205 umgebender Ringkanal bis zum Ventilsitz 9 erstreckt. Der Druckraum 19 ist über einen im Ventilkörper 1 verlaufenden Zulaufkanal 25 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle verbindbar und über diese mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar. - Die brennraumabgewandte Stirnseite des Ventilkörpers 1 liegt an einem Ventilhaltekörper 2 an und wird gegen diesen durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Spannvorrichtung in axialer Richtung verspannt. Es kann dabei auch vorgesehen sein, den Ventilkörper 1 und den Ventilhaltekörper 2 einstückig auszubilden. Im Ventilhaltekörper 2 ist ein Leckölraum 15 ausgebildet, in den die Bohrung 3 mündet und der über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Leckölkanal ständig druckentlastet ist, so daß im Leckölraum 15 stets ein niedriger Kraftstoffdruck herrscht. Im Leckölraum 15 ist eine in der Zeichnung nicht dargestellte Schließvorrichtung angeordnet, die eine Schließkraft F auf das Ventilglied 5 ausübt, wobei die Schließkraft F auf den Ventilsitz 9 gerichtet ist. Die Richtung der Schließkraft F ist in der Zeichnung durch einen Pfeil gekennzeichnet. Die Funktion des Kraftstoffeinspritzventils bei der Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine ist wie folgt, wobei zwei Betriebsarten unterschieden werden können: Bei der ersten Betriebsart wird durch die Kraftstoffhochdruckquelle über den Zulaufkanal 25 ständig ein hoher Kraftstoffdruck im Druckraum 19 aufrecht erhalten. Hierdurch ergibt sich eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13, die entgegen der Schließkraft F gerichtet ist. Soll keine Einspritzung erfolgen, so wird die Schließkraft F entsprechend hoch gewählt, so daß das Ventilglied 5 mit seiner Ventildichtfläche 7 am Ventilsitz 9 anliegt. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird die Schließkraft F reduziert, so daß die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13 nunmehr überwiegt und das Ventilglied 5 in Richtung des Leckölraum 15 bewegt wird. Hierdurch hebt die Ventildichtfläche 7 vom Ventilsitz 9 ab und Kraftstoff wird aus dem Druckraum 19 durch die Einspritzöffnung 11 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Durch ein entsprechendes Erhöhen der Schließkraft F wird die Einspritzung wieder beendet und das Ventilglied 5 kehrt in seine ursprüngliche Position durch eine Längsbewegung zurück. Bei der zweiten Betriebsart wird eine zumindest näherungsweise konstante Schließkraft auf das Ventilglied 5 ausgeübt, und die Bewegung des Ventilglieds 5 erfolgt durch einen variablen Kraftstoffdruck im Druckraum 19. Soll keine Einspritzung erfolgen, so herrscht im Druckraum 19 ein niedriger Kraftstoffdruck, so daß die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13 kleiner ist als die Schließkraft F. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird Kraftstoff über den Zulaufkanal 25 in den Druckraum 19 eingeführt, wodurch dort der Kraftstoffdruck ansteigt. Sobald die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13 höher ist als die Schließkraft F, bewegt sich das Ventilglied 5 in Längsrichtung und hebt, wie bei der ersten Betriebsart, mit der Ventildichtfläche 7 vom Ventilsitz 9 ab, und die Einspritzung erfolgt wie bei der ersten Betriebsart beschrieben. Das Ende der Einspritzung wird dadurch eingeleitet, daß die Kraftstoffzufuhr durch den Zulaufkanal 25 unterbrochen wird, wodurch der Kraftstoffdruck im Druckraum 19 abfällt und damit auch die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13. Bedingt durch die Schließkraft F kehrt das Ventilglied 5 wieder in die Ausgangsposition zurück und verschließt die Einspritzöffnung 11.
- In der
Figur 2 ist eine vergrößerte Darstellung im Bereich des Führungsabschnitts 103 der Bohrung 3 dargestellt. Damit das Ventilglied 5 in der Bohrung 3 längsverschiebbar ist, muß es dort ein gewisses Spiel haben, so daß zwischen dem Dichtungsabschnitt 105 des Ventilglieds 5 und dem Führungsabschnitt 103 der Bohrung 3 ein Ringspalt 17 ausgebildet ist. Insbesondere bei der oben geschilderten ersten Betriebsart, bei der am Druckraum 19 stets ein hoher Kraftstoffdruck anliegt, fließt ständig Kraftstoff über diesen ringspaltförmigen Drosselspalt vom Druckraum 19 in den Leckölraum 15. Bei einem genau mittig in der Bohrung 3 zentrierten Ventilglied 5 fällt der Kraftstoffdruck im Drosselspalt 17 näherungsweise linear vom Druckraum 19 zum Leckölraum 15 hin ab. Das Ventilglied 5 erfährt eine rotationssymmetrische hydraulische Kraft auf die Oberfläche des Dichtungsabschnitts 105, so daß sich die Radialkräfte auf das Ventilglied 5 gegenseitig aufheben. Ist das Ventilglied 5 hingegen aus seiner zentrischen Lage verschoben, so wird der Ringspalt 17 an der Anlageseite kleiner, während er sich auf der gegenüberliegenden Seite entsprechend vergrößert. Ohne Berücksichtigung der Ausnehmungen 30 fällt der Druck im Ringspalt 17 zumindest näherungsweise linear vom Hochdruckraum 19 bis zum Leckölraum 15 ab. Berücksichtigt man die rillenförmigen Ausnehmungen 30, wie sieFigur 2 zeigt, ergibt sich ein anderer Zustand: Der Anlageseite des Ventilglieds 5 gegenüberliegend strömt durch den dort vergrößerten Ringspalt 17 der Hauptanteil des Lecköls am Ventilglied 5 vorbei. In diesem Bereich spielen die rillenförmigen Ausnehmungen 30 für den Druckverlauf im Ringspalt 17 praktisch keine Rolle, so daß hier weiterhin ein linearer Druckabfall gegeben ist. Auf der Anlageseite des Ventilglieds 5 an der Innenwand des Führungsabschnitts 103 der Bohrung 3 ist der Ringspalt 17 hingegen verringert, so daß nur ein geringer Kraftstoffstrom in diesem Bereich stattfindet. Da die Ausnehmungen 30 in diesem Bereich mit dem Druckraum 19 hydraulisch verbunden sind, setzt sich der Kraftstoffhochdruck des Druckraums 19 in die Ausnehmungen 30 fort, so daß in den gesamten Ausnehmungen 30 im wesentlichen der Druck des Druckraums 19 herrscht, zumindest aber ein deutlich höherer Druck als auf der gleichen Höhe an der gegenüberliegenden Seite des Ringspalts 17. Durch diese Druckverteilung ergibt sich eine resultierende Kraft auf das Ventilglied 5, die dieses zurück in die Mitte der Bohrung 3 drückt, so daß das Ventilglied 5 in der zentrischen Position der Bohrung 3 in einem stabilen Gleichgewicht verharrt. -
Figur 3 zeigt denselben Ausschnitt wieFigur 2 eines weiteren erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils. Die Ausnehmungen 30 sind hier als zur Längsachse 6 geneigte Längsrillen ausgebildet, so daß sie eine schraubenförmigen Verlauf aufweisen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Figur 4 dargestellt. Hier sind die Ausnehmungen 30 als mäanderförmig ausgebildete Rillen dargestellt, die sich auf etwa zwei Drittel der Länge des Dichtungsabschnitts 105 des Ventilglieds 5 erstrecken. InFigur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Ausnehmungen 30 durch stückweise gerade Rillen gebildet werden, die untereinander hydraulisch verbunden sind. Hierdurch ergeben sich Labyrinth-artige Strukturen auf der Oberfläche des Ventilglieds 5, die eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs über den Umfang des Ventilglieds 5 sicherstellen, ohne daß eine Vorzugsrichtung existiert. - Die Ausgestaltungen der
Fig. 2, 3, 4 und 5 entfalten ihren jeweiligen Vorteil nur in der Gesamtgeometrie des Kraftstoffeinspritzventils. Welche Ausgestaltung, Tiefe und Querschnittsform jeweils besonders vorteilhaft ist, muß in jedem Einzelfall durch Versuch oder Simulation des Strömungsprofils bestimmt werden. - Damit der Leckölstrom vom Druckraum 19 in den Leckölraum 15 keine unzulässig hohen Werte annimmt, muß der Querschnitt der Ausnehmungen 30 relativ klein gehalten werden. Um dies zu erreichen, weisen die Ausnehmungen 30 eine Tiefe von 1 bis 50 µm, vorzugsweise 2 bis 10 µm, auf. Die Breite der rillenförmigen Ausnehmungen 30 ist vorzugsweise 100 bis 500 µm, wobei die Querschnittsform der Ausnehmungen beispielsweise rechteckförmig, kreisabschnittsförmig, dreieckförmig oder u-förmig ausgebildet sein kann. Die Ausnehmungen erstrecken sich dabei, ausgehend vom brennraumzugewandten Ende des Dichtungsabschnitts 105, etwa über die Hälfte bis etwa drei Viertel der Länge des Dichtungsabschnitts 105. Auf diese Weise wird der Leckölstrom, der durch die Ausnehmungen 30 fließt und von dort durch den Ringspalt 17 bis in den Leckölraum 15, in vertretbaren Grenzen gehalten.
- Neben der Anwendung der erfindungsgemäßen Ausnehmungen 30 an einem Ventilglied 5 kann es auch vorgesehen sein, derartige Ausnehmungen an anderen kolbenförmigen Elementen auszubilden, die längsverschiebbar in einer Bohrung geführt sind, wenn auf einer Seite der Bohrung ein hoher Druck und auf der anderen Seite ein niedriger Druck herrscht. Eine solche Anordnung ist beispielsweise auch bei Kraftstoffeinspritzpumpen gegeben, die durch einen längsbeweglichen Kolben, der in einer Bohrung gelagert ist, Kraftstoff auf einer Seite komprimieren und unter hohem Druck einem Kraftstoffeinspritzventil zuführen, während auf der anderen Seite des Führungsabschnitts dieses Kolbens ein niedriger Kraftstoffdruck aufrecht erhalten wird.
- Alternativ zu den oben beschriebenen Vorrichtungen kann es auch vorgesehen sein, die erfindungsgemäßen Ausnehmungen 30 nicht an dem kolbenförmigen Element 5 auszubilden, sondern an der Innenwand der Bohrung 3. Hydraulisch ergibt sich dadurch eine vergleichbare Situation wie bei der Ausbildung der Ausnehmungen 30 an der Außenfläche des kolbenförmigen Elements 5.
Claims (7)
- Kraftstoffeinspritzventil zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung einer Brennkraftmaschine mit einem Ventilglied (5), das in einer Bohrung (3) eines Ventilkörpers (1) längsverschiebbar angeordnet ist, und welches Ventilglied (5) mit einem Dichtungsabschnitt (105) in einem Führungsabschnitt (103) der Bohrung (3) geführt ist, wobei der Führungsabschnitt (103) an einem Ende in einen mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbaren Druckraum (19) mündet und am anderen Ende in einen Leckölraum (15), in welchem Leckölraum (15) stets ein niedriger Kraftstoffdruck herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß am Dichtungsabschnitt (105) des Ventilglieds (5) in Längsrichtung des Ventilglieds (5) verlaufende Längsrillen (30) ausgebildet sind, die hydraulisch mit dem Druckraum (19) verbunden sind und an ihrem dem Druckraum (19) zugewandten Ende bis in den Druckraum (19), jedoch nicht bis in den Leckölraum (15), reichen, und die bis auf den zwischen dem Ventilglied (5) und der Innenwand des Führungsabschnitts (103) ausgebildeten Ringspalt (17) gegen den Leckölraum (15) abgedichtet sind, wobei die Längsrillen (30) eine Tiefe von 2 bis 50 µm aufweisen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrillen (30) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrillen (30) einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrillen (30) einen kreisabschnittsförmigen Querschnitt aufweisen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmungen über 20 % bis 80 % der Länge des Dichtungsabschnitts (105) des Ventilglieds (5) erstrecken, vorzugsweise 50 bis 80 %.
- Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrillen (30) eine Tiefe von 2 bis 10 µm aufweisen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ventilglied (5) mehrere Längsrillen (30) ausgebildet sind, die gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind.
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