EP1407137B1

EP1407137B1 - Krafftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP1407137B1
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: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: WO2003004867A1; US6978948B2; DE50207021D1; JP2004521266A; JP4217607B2; EP1407137A1; DE10132449A1; US20040011890A1

Description

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 Al 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 Einspritzkanals in kinetische Energie umgewandelt, und es ergibt sich ein sehr schneller Kraftstoffstrom 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 zylinderförmig 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 Strömungsverlusten 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 Schließbewegung mit großer Geschwindigkeit auf den Ventilsitz auftrifft und so große Kräfte auf den Ventilsitz ausübt.
Aus der DE 198 15 918 A1 ist ein Einspritzventil für Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem die Einspritzbohrungen von einer zylindrischen Sackbohrung ausgehen. Dadurch ist der Eintrittsquerschnitt der Einspritzbohrungen länglich oval geformt, während die Austrittsöffnungen eine rundere und damit kreisähnlichere Form aufweisen.
Aus der US-A-6 105 883 sind Einspritzkanäle in Form eines Langlochs bekannt.

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 Einspritzkanals 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 Eintrittsöffnung geändert werden muss. Hierzu ist die Eintrittsöffnung des Einspritzkanals, die an der Wand des Druckraums angeordnet 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 Austrittsquerschnitt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Einspritzkanal eine gerade Wand auf, durch die die langlochförmige 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 Einspritzkanal 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 erfindungsgemäßen 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 brennraumseitigen 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 Führungsabschnitt 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 Ventilsitz 9 zusammenwirkt. In der Wand des Ventilsitzes 9 ist wenigstens ein Einspritzkanal 11 ausgebildet, der den Ventilsitz 9 mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine 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 Einspritzöffnungen 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 verschließt.
In Figur 2 ist eine Vergrößerung von Figur 1 im mit II bezeichneten Ausschnitt dargestellt. Der Einspritzkanal 11 weist eine Eintrittsöffnung 111 und eine Austrittsöffnung 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 Eintrittsöffnung 111 hat die Form eines Langlochs und weist eine Längsachse 17 auf, die die Symmetrieachse in Längsrichtung des Langlochs darstellt. Das Langloch besteht hierbei aus zwei Halbkreisen, 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 Austrittsquerschnitt des Einspritzkanals 11 als Langloch zu gestalten. 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 Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung nicht zueinander parallel sind, sondern zueinander verkippt, so dass sich ein Drall des Kraftstoffs beim Durchfließen des Einspritzkanals 11 ergibt.

Claims

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 Einspritzkanal (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, wobei die Eintrittsöffnung (111) des Einspritzkanals (11) einen Querschnitt in Form eines Langlochs aufweist, das aus zwei Halbkreisen und einem Mittelabschnitt (c) gebildet wird und bei dem die beiden Seiten des Mittelabschnitts (c) gerade und zueinander parallel sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzkanal (11) an seinem der Eintrittsöffnung (111) gegenüberliegenden Ende eine Austrittsöffnung (211) bildet, welche kreisrund ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzkanal (11) eine gerade Wand (311) aufweist, durch die die langlochförmige Eintrittsöffnung (111) mit der kreisrunden Austrittsöffnung (211) verbunden wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (19) zwischen einer im Ventilkörper (1) angeordneten Bohrung (3) und der Ventilnadel (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.