EP1407137A1

EP1407137A1 - Krafftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP1407137A1
Application number: EP02740291A
Authority: EP
Inventors: Ralf Heinecke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2004-04-14
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: WO2003004867A1; EP1407137B1; US6978948B2; DE50207021D1; JP2004521266A; JP4217607B2; DE10132449A1; US20040011890A1

Abstract

Kraftsoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), in dem ein mit Kraftsoff unter Druck befüllbarer Druckraum (19) ausgebildet ist. Im Ventilkörper (1) ist wenigstens ein Einspritzkanal (11) ausgebildet, der von der Wand des Druckraums (19) ausgeht und dort eine Eintrittsöffnung (111) bildet, wobei der Einspritzkanal (11) den Druckraum (19) mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbindet. Durch eine Ventilnadel (5) kann die Eintrittsöffnung (111) verschlossen oder geöffnet werden. Die Eintrittsöffnung (111) des Einspritzkanals (11) weist einen Querschnitt in Form eines Langlochs auf, so dass die Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum optimiert wird.

Description

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraf maschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es der Gattung des Patentanspruchs 1 entspricht. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist beispielsweise aus der Schrift DE 199 01 057 AI bekannt und weist einen Ventilkörper auf, in dem ein mit Kraftstoff unter Druck befüllbarer Druckraum ausgebildet ist. An einem im Druckraum ausgebildeten Ventilsitz ist wenigstens ein Einspritzkanal ausgebildet, der den Druckraum mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbindet. Im Druckraum ist eine Ventilnadel angeordnet, die eine Dichtfläche aufweist und mit dem Ventilsitz zusammenwirkt und auf diese Weise die

Öffnung des Einspritzkanals öffnet und schließt. Fließt der Kraftstoff aus dem Druckraum zum Einspritzkanal, so wird der Druck im Druckraum durch den kleinen Querschnitt des Ein- spritzkanals in kinetische Energie umgewandelt, und es er- gibt sich ein sehr schneller Kraftstoffström im Einspritzkanal, so dass der Kraftstoff beim Austritt in den Brennraum fein zerstäubt wird, was zu einer guten und sauberen Verbrennung beiträgt. Der Einspritzkanal ist hierbei zylinder- förmig gerade ausgebildet und weist sowohl eine kreisrunde Eintrittsöffnung als auch eine kreisrunde Austrittsöffnung auf . Durch den auf der gesamten Länge gleichbleibenden Querschnitt des Einspritzkanals erfolgt die Umsetzung des Drucks in Geschwindigkeit ausschließlich an der Eintrittsöffnung des Einspritzkanals, so dass es dort zu relativ hohen Strö- mungsverlusten kommt .

Darüber hinaus sind aus der Schrift EP 0 352 926 B2 konische Einspritzkanäle an einem Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei denen die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung kreisförmig sind, jedoch weist die Eintrittsöffnung einen deutlich größeren Durchmesser auf als die Austrittsöffnung. Hierbei sind vorzugsweise mehrere Einspritzkanäle über den Umfang des Kraftstoffeinspritzventils verteilt angeordnet. Diese Einspritzkanäle weisen jedoch den Nachteil auf, dass bei einer möglichen Vergrößerung der Eintrittsöffnung eine

Verkleinerung der Stegbreite zwischen den Eintrittsöffnungen nötig ist, was zu einer Verminderung der Stabilität des Ventilsitzes führt und damit eventuell zu Materialversagen in diesem Bereich durch die Ventilnadel, die bei der Schließbe- wegung mit großer Geschwindigkeit auf den Ventilsitz auf- trifft und so große Kräfte auf den Ventilsitz ausübt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Umsetzung von Druck in Geschwindigkeit nicht ausschließlich am Eintrittsquerschnitt des Einspritzkanals auftritt, sondern auch entlang des Ein- spritzkanals und dass sich gleichzeitig der Querschnitt der Eintrittsöffnung des Einspritzkanals ändern lässt, ohne dass die Stegbreite zwischen den Eintrittsöffnungen der Einspritzkanäle bei^' einer Querschnittsänderung der Eintritts- Öffnung geändert werden muss. Hierzu ist die Eintrittsöff- nung des Einspritzkanals, die an der Wand des Druckraums an- geordnet ist, als Langloch ausgebildet. Eine Änderung des Querschnitts der Eintrittsöffnung ist so schon dadurch möglich, dass die Längsausdehnung des Langlochs vergrößert wird unter Beibehaltung der Breite .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist die Austrittsöffnung des Einspritzkanals an der Außenseite des .Ventilkörpers kreisrund ausgebildet. Hierdurch ergibt sich in geometrisch einfacher Form eine gleichmäßige Verringerung des Querschnitts des Einspritzkanals vom Eintrittsquerschnitt bis zum Austrittsquerschnit .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Einspritzkanal eine gerade Wand auf, durch die die langlochför- mige Eintrittsöffnung mit der kreisrunden Austrittsöffnung verbunden ist. Ein solcher Einspritzkanal lässt sich einfach herstellen, da bekannte Standardverfahren, wie das Elektroerodieren oder das Fertigen des Einspritzkanals mittels Laserbehandlung, zum Einsatz kommen können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Druckraum zwischen der Wand einer im Ventilkörper ausgebildeten Bohrung und der Ventilnadel ausgebildet, wobei die Längsachse des Langlochs zumindest annähernd in Richtung der Mittelachse der Bohrung ausgerichtet ist. Der Querschnitt der Eintrittsöffnung ist so den Zuströmbedingungen gut angepasst, da der Kraftstoff beim Einströmen in den Ein- spritzkanal einer weniger großen Richtungsänderung folgen muss .

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungs- ge äßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigen Figur 1, einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil,

Figur 2, eine Vergrößerung von Figur 1 in dem mit II bezeichneten Ausschnitt und Figur 3 eine vergrößerte Darstellung des Einspritzkanals.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil dargestellt, wobei nur der für die Darstellung der Erfindung wesentliche Teil gezeigt ist . Ein Ventilkörper 1 weist eine Bohrung 3 auf, die an ihrem brerm- raumseitigen Ende einen im wesentlichen konischen Ventilsitz 9 aufweist. In der Bohrung 3 ist eine Ventilnadel 5 angeordnet, die kolbenförmig ausgebildet ist und die mit einem brennraumabgewandten Abschnitt 15 in einem Führungsahschnitt

23 der Bohrung 3 geführt ist. Die Ventilnadel 5 verjüngt sich dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter 13 und geht an ihrem brennraumseitigen Ende in eine im wesentlichen konische Ventildichtfläche 7 über, die mit dem Ven- tilsitz 9 zusammenwirkt. In der Wand des Ventilsitzes 9 ist wenigstens ein Einspritzkanal 11 ausgebildet, der den Ventilsitz 9 mit dem Brennraum der Brennkra maschine verbindet. Es kann hierbei vorgesehen sein, eine Vielzahl von Einspritzkanälen 11 über den Umfang des Ventilsitzes 9 verteilt anzuordnen. Der Raum zwischen der Ventilnadel 5 und der Wand der Bohrung 3 ist als Druckraum 19 ausgebildet, der durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 3 auf Höhe der Druckschulter 13 vergrößert ist, so dass ein im Ventilkörper 1 ausgebildeter Zulaufkanal 25 unter einem günstigen Winkel in den Druckraum 19 münden kann. Über diesen Zulaufkanal 25 ist der Druckraum 19 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar.

Im Kraftstoffeinspritzventil ist eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung vorgesehen, durch die eine Schließkraft auf das Ventilglied 5 in Richtung auf den Ventilsitz 9 ausgeübt wird, beispielsweise in Form einer Feder. Diese Schließkraft bringt das Ventilglied 5 mit der Ventildichtfläche 7 am Ventilsitz 9 zur Anlage, so dass die Einspritz- Öffnungen 11 gegenüber dem Druckraum 19 verschlossen werden. Gleichzeitig ergibt sich durch den hydraulischen Druck des Kraftstoffs, der über den Zulaufkanal 25 in den Druckraum 19 eingebracht wird, eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13, die dieser Schließkraft auf die Ventilnadel 5 entgegen gerichtet ist. Über das Verhältnis dieser hydraulischen Öffnungskraft auf die Druckschulter 13 und der Schließkraft auf die Ventilnadel 5 lässt sich die Ventilnadel 5 in Längsrichtung bewegen, so dass die Ventildichtfläche 7 vom Ventilsitz 9 abhebt und die Einspritzöffnungen 11 freigibt beziehungsweise bei der umgekehrten Bewegung wieder verschließ .

In Figur 2 ist eine Vergrößerung von Figur 1 im mit II bezeichneten Ausschnitt dargestellt. Der Einspritzkanal 11 weist^' eine Eintrittsöffnung 111 und eine Austrittsoffnung

211 auf. In dem dargestellten Längsschnitt verengt sich die Wand 311 des Einspritzkanals 11 von der Eintrittsöffnung 111 zur Austrittsöffnung 211, wobei die Wand 311 des Einspritzkanals 11 gerade ist.

Figur 3 zeigt eine Darstellung des Einspritzkanals 11 zusammen mit einigen geometrischen Größen. Die Eintrittsöff ung 111 hat die Form eines Langlochs und weist eine Längsachse 17 auf, die die Symmetrieachse in Längsrichtung des Lang- lochs darstellt. Das Langloch besteht hierbei aus zwei Halb- kreisen, die einen Durchmesser d aufweisen, und einen Mittelabschnitt, der eine Länge c aufweist, und die Halbkreise miteinander verbindet. Die Länge c entspricht also dem Abstand der Mittelpunkte der beiden Halbkreise. Hierbei sind die einander gegenüberliegenden Seiten des Mittelabschnitts gerade und parallel zueinander. Die Austrittsöffnung 211 ist kreisrund ausgebildet, wobei der Einspritzkanal 11 durch eine gerade Wand 311, die die Eintrittsöffnung 111 mit der Austrittsöffnung 211 verbindet, gebildet ist. Verbindet man den Mittelpunkt der Austrittsöffnung 211 mit den beiden Mittelpunkten der Halbkreise des die Eintrittsöffnung 111 bildenden Langlochs, so schließen diese beiden Linien einen Winkel α ein, der sich je nach Länge des Abschnitts c und der Länge des Einspritzkanals 11 variieren lässt. Typische Abmessungen des Langlochs sind ein Durchmesser d der beiden Halbkreise von 0,15 mm bis 0,17 mm und ein Abstand der Mittelpunkte der Halbkreise c von 0,025 mm bis 0,045 mm. Der Durchmesser der Austrittsöffnung 211 ist hierbei identisch mit dem Durchmesser der Halbkreise des die Eintrittsöffnung 111 bildenden Langlochs. Die sich bei diesen Abmessungen ergebenden Winkel α liegen im Bereich von 1,4° bis 2,6°.

Die Orientierung des die Eintrittsöffnung 111 bildenden Langlochs ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel so, dass die Längsachse 17 mit der Mittelachse 4 der Bohrung 3 eine

Ebene aufspannt, also dass das Langloch in Richtung der Mittelachse 4 ausgerichtet ist. Es kann alternativ dazu auch vorgesehen sein, dass die Längsachse 17 des Langlochs bezüglich der Mittelachse 4 der Bohrung 3 etwas verkippt ist, um beispielsweise einem Kraftstoffringstrom im Bereich des Ventilsitzes 9 Rechnung zu tragen, was zu einem besseren Einlauf des Kraftstoffs in den Einspritzkanal 11 führt.

Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, auch den Austritts- querschnitt des Einspritzkanals 11 als Langloch zu gestal- ten. Hierzu nimmt zwar der Querschnitt des Einspritzkanals 11 von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung ab, jedoch fallen die Mittelpunkte der Halbkreise bei der Austrittsöffnung nicht zusammen. Hierbei kann es auch vorgesehen sein, die Längsachsen 17 von Ξintrittsδffnung und Austrittsöffnung nicht zueinander parallel sind, sondern zueinander verkippt, so dass sich ein Drall des Kraftstoffs beim Durchfließen des Einspritzkanals 11 ergibt.

Claims

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1) , in dem ein mit Kraftstoff unter Druck befüllbarer Druckraum (19) ausgebildet ist, und mit wenigstens einem im Ventilkörper (1) ausgebildeten Ein- spritzkanal (11) , der von der Wand des Druckraums (19) ausgeht und dort eine Eintrittsöffnung (111) bildet, wobei der Einspritzkanal (11) den Druckraum (19) mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbindet, und mit einer Ventilnadel (5) , welche die Eintrittsöffnung (111) verschließt und öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (111) des Einspritzkanals (11) einen

Querschnitt in Form eines Langlochs aufweist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzkanal (11) an seinem der Eintrittsöffnung (111) gegenüberliegenden Ende eine Aus- trittsöffnung (211) bildet, welche kreisrund ausgebildet ist .

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzkanal (11) eine gerade Wand (311) aufweist, durch die die langlochförmige Ein- trittsöffnung (111) mit der kreisrunden Austrittsöffnung

(211) verbunden wird.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (19) zwischen einer im Ventilkörper (1) angeordneten ^'Bohrung (3) und der Ventil- nadel (5) ausgebildet ist, wobei die Bohrung (3) eine Mittelachse (4) aufweist, die zumindest annähernd in Richtung der Längsachse (17) der langlochförmigen Eintrittsöffnung (111) ausgerichtet ist.