EP1627147B1 - Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen - Google Patents
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- EP1627147B1 EP1627147B1 EP03782138A EP03782138A EP1627147B1 EP 1627147 B1 EP1627147 B1 EP 1627147B1 EP 03782138 A EP03782138 A EP 03782138A EP 03782138 A EP03782138 A EP 03782138A EP 1627147 B1 EP1627147 B1 EP 1627147B1
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- F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies
Definitions
- the invention is based on a fuel injection valve for internal combustion engines, as for example from the document DE 103 15 821 A1 is known.
- the known fuel injection valve has a valve seat, from which at least one injection opening goes off.
- a piston-shaped valve needle is arranged, which is designed as a valve outer needle.
- the valve needle has a valve sealing surface, with which the valve needle so cooperates with the valve seat by their longitudinal movement, thereby the injection ports can be opened or closed to control the fuel injection into the combustion chamber.
- Two sealing edges are formed on the valve sealing surface, of which the first sealing edge comes into contact with the valve seat on the valve seat upstream and the second sealing edge downstream of the at least one injection opening on the valve seat. As a result, the injection openings are to be completely sealed against the other fuel in the fuel injection valve.
- a fuel injection valve having an outer and an inner valve needle, wherein the inner valve needle is guided in the outer.
- the outer valve needle has at its valve seat side end an inwardly cantilevered sealing lip on which a sealing edge is formed, which seals the outer injection openings both upstream and downstream together with another sealing edge on the outer valve needle when the outer valve needle in its closed position in contact with the valve seat.
- the fuel injection valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage over that a sealing of the injection openings upstream and downstream is achieved by the valve needle, which compared to the closing forces occurring only small forces are needed.
- the valve needle according to the invention has on its valve seat side end face a recess, so that an elastically or plastically inwardly deformable sealing lip is formed, on which the second sealing edge is formed.
- the sealing lip is easily deformed, without reducing the wall thickness of the valve needle, as far as it is designed as a hollow needle, too far.
- the stability of the valve needle is maintained while good sealing of the injection openings.
- the recess forming the sealing lip can also be used with a valve needle which has no longitudinal bore.
- a further reduction of the fuel-filled volume which is connected in the injection pauses on the injection ports to the combustion chamber.
- the hydrocarbon emissions of the internal combustion engine are significantly reduced.
- the recess is advantageously formed by a radial extension at the valve seat side end of the longitudinal bore.
- the training is as a chamfer, so that the recess has a frusto-conical shape.
- the second sealing edge is precisely formed as a ridge, wherein the second sealing edge simultaneously forms the valve seat side end of the valve needle.
- Decisive is the Schwownng the combustion chamber end of the valve needle, where the second sealing edge is formed, so that a sealing lip is formed, which is so far elastic that it already springs by little effort inside.
- the recess can be designed to have the same cross-section.
- the elastic sealing lip also ensures a corresponding sealing of the injection openings.
- sealing lip triangular in cross-section. This results in the outer edge automatically the second sealing edge, which is so precise to manufacture.
- FIG. 1 a fuel injection valve according to the invention is shown in longitudinal section.
- a valve body 1 In a valve body 1, a bore 5 is formed, which is bounded at its combustion-chamber end by a substantially conical valve seat 18.
- the valve body 1 is in this case pressed by means of a clamping nut 3 against a holding body, not shown in the drawing.
- From the valve seat 18 go from injection openings 20 and inner injection openings 22, which open into the mounting position of the fuel injection valve in the combustion chamber of the internal combustion engine.
- a valve needle 8 In the bore 5, a valve needle 8 is arranged, which is guided in a region remote from the valve seat in the bore 5.
- the valve needle 8 tapers from the guided portion of the valve seat 18 to form a pressure shoulder 12 and merges at its combustion chamber end in a likewise substantially conical valve sealing surface 35, with which the valve needle 8 cooperates with the valve seat 18.
- a pressure chamber 14 is formed which is radially expanded at the level of the pressure shoulder 12. In the radial extension of the pressure chamber 14 opens an extending in the valve body 1 inlet channel 16 through which the pressure chamber 14 can be filled with fuel under high pressure.
- a longitudinal bore 11 is formed, in which an inner needle 10 is arranged longitudinally displaceable.
- the inner needle 10 has at its valve seat-side end an inner valve sealing surface 42, with which it also interacts with the valve seat 18.
- the valve needle 8 and the inner needle 10 cooperate with the valve seat 18 so that upon contact of the valve needle 8 on the valve seat 18, the pressure chamber 14 is sealed against the injection openings 20, 22.
- the inner needle 10 remains in this process, at least for now in its closed position in which it is also held by a closing force.
- the inner needle 10 is now acted upon by the fuel pressure, which leads via corresponding pressure surfaces on the inner needle 10 to an opening force opposing the closing force.
- the inner needle 10 now also lifts off the valve seat 18 and releases the inner injection openings 22 or it remains in its closed position by a correspondingly high closing force.
- fuel can be injected into the combustion chamber through all the injection openings 20, 22 or only through part of the injection openings 20.
- FIG. 2 shows an enlarged view of the designated II section of FIG. 1 in the region of the valve seat, wherein the embodiment shown here corresponds to the already known prior art.
- the valve needle 8 covers with its valve sealing surface 35 from the injection openings 20.
- the seal should be done both against the pressure chamber 14 and against the remaining between the inner needle 10 and the valve needle 8 gap. Otherwise, high hydrocarbon emissions may result, resulting from fuel that enters the combustion chamber from the gap in the injection pauses through the injection openings 20.
- the valve sealing surface 35 with a equip first sealing edge 26 and a second sealing edge 28.
- valve sealing surface 35 is divided into a first conical surface 30, a second conical surface 31, a third conical surface 32 and a fourth conical surface 33, wherein the first sealing edge 26 is formed at the transition of the first conical surface 30 to the second conical surface 31 and the second sealing edge 28 on Transition of the third cone surface 32 to the fourth cone surface 33.
- FIG. 3 is the section of III FIG. 2 shown enlarged again.
- it is known to form the second sealing edge 28 so that it rests on the valve seat 18 first on the valve seat 18 during the movement of the valve needle 8.
- the fuel injection valve according to the invention is, for example, as in FIG. 4 shown constructed.
- a recess 37 is formed, which is formed here by a radial extension of the longitudinal bore 11.
- FIG. 5 shows an enlarged view in the region of the recess 37.
- This recess 37 has the shape of a truncated cone and is formed so that a sealing lip 40 is formed, on which the second sealing edge 28 is formed.
- the sealing lip 40 is approximately triangular and thereby at its the second Sealing edge 28 forming outer edge so flexible that it can deform already by small forces radially inward. So are the sealing edges 26, 28 arranged as well as in the already known embodiment of FIGS. 2 and 3 , so first sets the second sealing edge 28 on the valve seat 18 during the closing movement of the valve needle 8.
- the sealing lip 40 formed by the recess 37 is now pressed radially inwardly already by small axial forces and makes it possible that the first sealing edge 26 touches on the valve seat 18 and the injection openings 20 seals.
- the wall thickness of the valve needle 8 is hardly weakened in the region of the annular groove 24, so that there is still virtually the same stability of the valve needle 8 results.
- the fourth conical surface 33 is omitted by the formation of the recess 37th
- FIGS. 5a to 5f further embodiments will be explained in the following only to the differences from FIG. 5 The unchanged parts will not be explained.
- the recess 37 is under the truncated cone-shaped, but it is designed so that at the valve seat side end of the valve needle 8, an annular surface 44 is formed.
- the second sealing edge 28 is formed on the outer edge of this annular surface 44, which makes the syringe of the valve needle 8 somewhat more stable, but also somewhat less flexible.
- FIG. 5b an embodiment is shown in which the annular surface 44 is slightly inclined, so that the second sealing edge 28 is no longer the valve seat side end of the valve needle 8 forms. However, it is also ensured by the recess 37 that there is sufficient flexibility in this area.
- FIG. 5c shows a further embodiment in which the recess 37 is again formed so that an annular surface 44 is formed.
- the annular groove 24 is not through here formed two conical surfaces, but it has a rounded course. This results, depending on the design of the annular groove 24, a slightly greater flexibility of the sealing lip 40th
- FIG. 5d shows a known from the prior art fuel injection valve, wherein the recess 37 is not frusto-conical, but bell-shaped, so that the sealing lip 40 is even thinner and thus formed with even greater flexibility.
- the annular groove 24 is again formed here by two conical surfaces.
- FIG. 5e a shoulder 34 is formed in the annular groove 24, between the second conical surface 31 and the third conical surface 32.
- the sealing lip 44 can be specifically weakened and thus further increase the flexibility.
- FIG. 5f shows that instead of edge-like, sharp transitions between the conical surfaces 31, 32 and the shoulder 34 to round the shoulder 34 and the third cone surface 32, resulting in a reduction of notch stresses in this area.
- FIG. 6 shows a fuel injection valve, which is known from the prior art.
- the structure is largely the same as in FIG. 1 shown, so that the same components are designated by the same reference numerals.
- the valve needle 8 has no longitudinal bore, so that the inner needle is eliminated.
- the valve needle 8 controls in a known manner the fuel flow from the pressure chamber 14 to the injection openings 20, in which it moves in the longitudinal direction.
- FIG. 7 shows an enlarged view in the region of the valve seat 18 of FIG.
- the valve sealing surface 35 has a first conical surface 30 and a second conical surface 31, which in their opening angle so are formed, that between them a first sealing edge 26 'is formed, between which and the valve seat 18, the sealing of the injection openings 20 takes place to the pressure chamber 14.
- the conical valve seat 18 does not taper to the combustion chamber end of the valve body 1, but opens into a residual volume 46, which has the shape of a hemisphere substantially.
- the residual volume 46 also serves as a tool outlet during the production of the valve seat 18. This residual volume 46 remains connected with the fuel injection valve closed via the injection openings 20 with the combustion chamber, which has a negative effect on the hydrocarbon emissions of the internal combustion engine.
- valve needle 8 according to the invention as in the embodiment of the invention FIG. 8 educated.
- the sealing lip 40 seals in this case the injection openings 20 against the remaining volume 46, whereby the still connected to the injection openings 20, fuel-filled volume to the volume the annular groove 24 is limited.
- the recess 37 may also take various forms here, for example, a bell shape, as in FIG. 5d shown, or a hemispherical shape. Likewise, all in the FIGS. 5a to 5c . 5e and 5f Shown forms of the annular groove 24 are also implemented here.
- the sealing lip 40 is plastically deformable.
- the sealing lip 40 is deformed so far that the two sealing edges 26, 28 rest on the valve seat 18, in which case the small force can be eliminated, which is still necessary to deform the sealing lip 40 inwardly.
- the deformation of the sealing lip 40 is plastically-elastic, ie during the first closing operation, part of the total deformation necessary to bring the first sealing edge 26 into abutment with the valve sealing surface 18 takes place plastically, which results in the subsequently necessary forces further reduced for the elastic deformation of the sealing lip 40.
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Description
- Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es beispielsweise aus der Schrift
DE 103 15 821 A1 bekannt ist. Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilsitz auf, von dem wenigstens eine Einspritzöffnung abgeht. In dem Kraftstoffeinspritzventil ist eine kolbenförmige Ventilnadel angeordnet, die als Ventilaußennadel ausgeführt ist. Die Ventilnadel weist eine Ventildichtfläche auf, mit der die Ventilnadel so mit dem Ventilsitz durch ihre Längsbewegung zusammenwirkt, dass dadurch die Einspritzöffnungen geöffnet oder verschlossen werden können, um die Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum zu steuern. An der Ventildichtfläche sind zwei Dichtkanten ausgebildet, von denen die erste Dichtkante bei Anlage der Ventilnadel auf dem Ventilsitz stromaufwärts und die zweite Dichtkante stromabwärts der wenigstens einen Einspritzöffnung am Ventilsitz zur Anlage kommt. Hierdurch sollen die Einspritzöffnungen völlig gegen den sonstigen Kraftstoff im Kraftstoffeinspritzventil abgedichtet werden. - Bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil kommt es hierbei jedoch zu Schwierigkeiten: Um eine sichere Abdichtung an beiden Dichtkanten zu erreichen sind die Dichtkanten so angeordnet, dass bei der Bewegung der Ventilnadel auf die Ventildichtfläche zu zuerst die zweite Dichtkante am Ventilsitz zur Anlage kommt und erst bei höherer Schließkraft und entsprechender elastischer Verformung am ventilsitzseitigen Ende der Ventilnadel auch die erste Dichtkante. Die Kräfte, die hierzu aufgewandt werden müssen, sind beträchtlich: Die Verformung der Ventilnadel radial nach innen kann nur durch eine Stauchung der gesamten Nadel erfolgen, was die hohen Kräfte bedingt. Die Schließkraft auf die Ventilnadel muss neben dem hydraulischen Druck, der bei Common-Rail Anwendungen üblicherweise ständig auf die Ventilnadel wirkt, auch noch diese die Abdichtung bewirkende Kraft aufbringen, was den effektiven Öffnungsdruck erniedrigt. Insbesondere für den Fall, dass sich durch Ermüdung oder plastisches Verformung der Ventilnadel die für die Abdichtung der Ventilnadel nötige Kraft im Laufe der Lebensdauer ändert, ändert sich auch die Öffnungskraft und damit der Öffnungsdruck, was eine Änderung der Einspritzcharakteristik des Kraftstoffeinspritzventils bewirkt
- Weiterhin ist aus der
WO 03/040543 - Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Abdichtung der Einspritzöffnungen stromaufwärts und stromabwärts durch die Ventilnadel erreicht wird, wobei dazu verglichen mit den auftretenden Schließkräften nur geringe Kräfte nötig sind. Hierzu weist die erfindungsgemäße Ventilnadel an ihrer ventilsitzseitigen Stirnseite eine Ausnehmung auf, so, dass eine elastisch oder plastisch nach innen verformbare Dichtlippe gebildet wird, an dem die zweite Dichtkante ausgebildet ist. Durch diese Ausnehmung wird die Dichtlippe leicht verformbar, ohne die Wandstärke der Ventilnadel, soweit diese als Hohlnadel ausgebildet ist, zu weit zu mindern. Dadurch bleibt die Stabilität der Ventilnadel erhalten bei gleichzeitiger guter Abdichtung der Einspritzöffnungen. Ebenso vorteilhaft lässt sich die die Dichtlippe formende Ausnehmung auch bei einer Ventilnadel anwenden, die keine Längsbohrung aufweist. Hier ergibt sich durch die sonst nicht mögliche Abdichtung sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Einspritzöffnungen eine weitere Reduzierung des kraftstoffgefüllten Volumens, das in den Einspritzpausen über die Einspritzöffnungen mit dem Brennraum verbunden ist. Hierdurch werden die Kohlenwasserstoffemissionen der Brennkraftmaschine deutlich gesenkt.
- Durch die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung möglich.
- Soweit die Ventilnadel als eine Hohlnadel mit einer entsprechenden Längsbohrung ausgebildet ist, wird die Ausnehmung vorteilhafterweise durch eine radiale Erweiterung am ventilsitzseitigen Ende der Längsbohrung ausgebildet. Die Ausbildung ist als Anschrägung, so dass die Ausnehmung eine kegelstumpfförmige Form aufweist. Dies ist einfach zu fertigen, und die zweite Dichtkante wird präzise als Grat ausgebildet, wobei die zweite Dichtkante gleichzeitig das ventilsitzseitige Ende der Ventilnadel bildet. Entscheidend ist die Schwächng des brennraumseitigen Endes der Ventilnadel, an dem die zweite Dichtkante ausgebildet ist, so, dass eine Dichtlippe gebildet wird, die soweit elastisch ist, dass sie bereits durch geringen Kraftaufwand nach innen federt.
- Ist die Ventilnadel massiv ausgeführt und weist keine Längsbohrung auf, so kann die Ausnehmung im Querschnitt gesehen in gleicher Weise ausgeführt sein. Die elastische Dichtlippe sorgt ebenfalls für eine entsprechende Abdichtung der Einspritzöffnungen.
- Besonders vorteilhaft ist es, die Dichtlippe im Querschnitt gesehen dreieckförmig auszubilden. Hierdurch ergibt sich an der Außenkante automatisch die zweite Dichtkante, die so präzise zu fertigen ist.
- In der Zeichnung sind der Stand der Technik und verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt
- Figur 1
- ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil mit zwei ineinander geführten Ventilnadeln im Längsschnitt,
- Figur 2
- eine Vergrößerung von
Figur 1 im mit II bezeichneten Ausschnitt, - Figur 3
- eine vergrößerte Darstellung von
Figur 2 im mit III bezeichneten Ausschnitt, wobei die Ausgestaltung derFiguren 2 und 3 den Stand der Technik darstellt, - Figur 4
- in derselben Darstellung wie
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, - Figur 5
- den mit V bezeichneten Ausschnitt von
Figur 4 in vergrößerter Darstellung, - Figur 5a, 5b, 5c, 5e und 5f
- zeigen in derselben Darstellung wie
Figur 5 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung,Figur 5d zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kraftstaffeinspritzventil, - Figur 6
- zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt, wobei hier nur eine Ventilnadel vorgesehen ist,
- Figur 7
- zeigt eine vergrößerte Darstellung des mit VII bezeichneten Ausschnitts von
Figur 6 , - Figur 8
- zeigt in derselben Darstellung wie
Figur 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung und - Figur 9
- zeigt den mit IX bezeichneten Ausschnitt von Figur 8 in vergrößerter Darstellung.
- In
Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt. In einem Ventilkörper 1 ist eine Bohrung 5 ausgebildet, die an ihrem brennraumseitigen Ende von einem im wesentlichen konischen Ventilsitz 18 begrenzt wird. Der Ventilkörper 1 wird hierbei mittels einer Spannmutter 3 gegen einen in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper gepresst. Vom Ventilsitz 18 gehen Einspritzöffnungen 20 und innere Einspritzöffnungen 22 aus, die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden. In der Bohrung 5 ist eine Ventilnadel 8 angeordnet, die in einem ventilsitzabgewandten Bereich in der Bohrung 5 geführt wird. Die Ventilnadel 8 verjüngt sich ausgehend vom geführten Abschnitt dem Ventilsitz 18 zu unter Bildung einer Druckschulter 12 und geht an ihrem brennraumseitigen Ende in eine ebenfalls im wesentlichen konische Ventildichtfläche 35 über, mit der die Ventilnadel 8 mit dem Ventilsitz 18 zusammenwirkt. Zwischen der Ventilnadel 8 und der Wand der Bohrung 5 ist ein Druckraum 14 ausgebildet, der auf Höhe der Druckschulter 12 radial erweitert ist. In die radiale Erweiterung des Druckraums 14 mündet ein im Ventilkörper 1 verlaufender Zulaufkanal 16, über den der Druckraum 14 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. - In der Ventilnadel 8 ist eine Längsbohrung 11 ausgebildet, in der eine Innennadel 10 längsverschiebbar angeordnet ist. Die Innennadel 10 weist an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine innere Ventildichtfläche 42 auf, mit der sie ebenfalls mit dem Ventilsitz 18 zusammenwirkt. Die Ventilnadel 8 und die Innennadel 10 wirken so mit dem Ventilsitz 18 zusammen, dass bei Anlage der Ventilnadel 8 auf dem Ventilsitz 18 der Druckraum 14 gegen die Einspritzöffnungen 20, 22 abgedichtet ist. Hebt die Ventilnadel 8, angetrieben durch die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 12 und gegen eine Schließkraft, vom Ventilsitz 18 ab, so fließt Kraftstoff aus dem Druckraum 14 zwischen der Ventildichtfläche 35 und dem Ventilsitz 18 hindurch zu den Einspritzöffnungen 20 und wird durch diese hindurch in den Brennraum eingespritzt. Die Innenadel 10 bleibt bei diesem Vorgang zumindest vorerst in ihrer Schließstellung, in der sie ebenfalls durch eine Schließkraft gehalten wird. Nach dem Abheben der Ventilnadel 8 vom Ventilsitz 18 wird nun auch die Innenadel 10 vom Kraftstoffdruck beaufschlagt, was über entsprechende Druckflächen an der Innennadel 10 zu einer der Schließkraft entgegengerichteten Öffnungskraft führt. Je nach Steuerung der Schließkraft hebt die Innenadel 10 jetzt ebenfalls vom Ventilsitz 18 ab und gibt die inneren Einspritzöffnungen 22 frei oder sie bleibt durch eine entsprechend hohe Schließkraft in ihrer Schließstellung. Auf diese Weise kann durch sämtliche Einspritzöffnungen 20, 22 oder nur durch einen Teil der Einspritzöffnungen 20 Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt werden. Durch Erhöhung der Schließkräfte oder durch Drosselung der Kraftstoffzufuhr in den Druckraum 14 wird die Einspritzung beendet und die Ventilnadel 8 und die Innenadel 10 gleiten in Längsrichtung zurück in ihre jeweilige Schließstellung in Anlage am Ventilsitz 18.
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Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des mit II bezeichneten Ausschnitts vonFigur 1 im Bereich des Ventilsitzes, wobei die hier gezeigte Ausgestaltung dem bereits bekannten Stand der Technik entspricht. Die Ventilnadel 8 deckt mit ihrer Ventildichtfläche 35 die Einspritzöffnungen 20 ab. Die Abdichtung soll dabei sowohl gegen den Druckraum 14 als auch gegen den zwischen der Innennadel 10 und der Ventilnadel 8 verbleibenden Zwischenraum erfolgen. Andernfalls können hohe Kohlenwasserstoffemissionen auftreten, die aus Kraftstoff resultieren, der aus diesem Zwischenraum in den Einspritzpausen durch die Einspritzöffnungen 20 in den Brennraum eindringt. Um dies zu erreichen ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Ventildichtfläche 35 mit einer ersten Dichtkante 26 und einer zweiten Dichtkante 28 auszustatten. Hierzu ist die Ventildichtfläche 35 in eine erste Konusfläche 30, eine zweite Konusfläche 31, eine dritte Konusfläche 32 und eine vierte Konusfläche 33 aufgeteilt, wobei die erste Dichtkante 26 am Übergang der ersten Konusfläche 30 zur zweiten Konusfläche 31 ausgebildet ist und die zweite Dichtkante 28 am Übergang der dritten Konusfläche 32 zur vierten Konusfläche 33. InFigur 3 ist der mit III bezeichnete Ausschnitt vonFigur 2 nochmals vergrößert dargestellt. Um eine Abdichtung an beiden Dichtkanten 26, 28 zu erreichen und in beiden Bereichen eine ausreichende Flächenpressung sicherzustellen ist bekannt, die zweite Dichtkante 28 so auszubilden, dass sie bei der Bewegung der Ventilnadel 8 auf den Ventilsitz 18 zu zuerst auf dem Ventilsitz 18 aufsetzt. Erst nach einer elastischen Verformung des ventilsitzseitigen Endes der Ventilnadel 8 durch die Schließkraft, die die Ventilnadel 8 auf den Ventilsitz 18 presst, radial nach innen, kommt auch die erste Dichtkante 26 auf dem Ventilsitz 18 zur Anlage. Hierzu sind jedoch große Kräfte notwendig, obwohl die Breite der Ventilnadel 8 im Bereich der zweiten Dichtkante nur ca. 0,15 mm beträgt. - Um dieses Problem zu beseitigen ist das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil beispielsweise wie in
Figur 4 gezeigt aufgebaut. Hierbei sind die gleichen Bauteile mit denselben Bezugsziffern wie in denFiguren 1 bis 3 bezeichnet, so dass auf den Inhalt der Beschreibung zu diesen Figuren inhaltlich voll Bezug genommen wird. Am brennraumseitigen Ende der Ventilnadel 8 ist eine Ausnehmung 37 ausgebildet, die hier durch eine radiale Erweiterung der Längsbohrung 11 gebildet wird.Figur 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung im Bereich der Ausnehmung 37. Diese Ausnehmung 37 weist die Form eines Kegelstumpfs auf und ist so ausgebildet, dass eine Dichtlippe 40 gebildet wird, an der die zweite Dichtkante 28 ausgebildet ist. Im Querschnitt betrachtet ist die Dichtlippe 40 etwa dreieckförmig und dadurch an ihrer die zweite Dichtkante 28 bildenden Außenkante so flexibel, dass sie sich bereits durch geringe Kräfte radial nach innen verformen kann. Sind also die Dichtkanten 26, 28 ebenso angeordnet wie bei dem bereits bekannten Ausführungsbeispiel derFiguren 2 und 3 , so setzt bei der Schließbewegung der Ventilnadel 8 zuerst die zweite Dichtkante 28 auf dem Ventilsitz 18 auf. Die durch die Ausnehmung 37 gebildete Dichtlippe 40 wird nun bereits durch geringe axiale Kräfte radial nach innen gedrückt und ermöglicht es so, dass die erste Dichtkante 26 auf dem Ventilsitz 18 aufsetzt und die Einspritzöffnungen 20 abdichtet. Hierbei ist die Wandstärke der Ventilnadel 8 im Bereich der Ringnut 24 kaum geschwächt, so dass sich nach wie vor praktisch die gleiche Stabilität der Ventilnadel 8 ergibt. Die vierte Konusfläche 33 entfällt dabei durch die Ausbildung der Ausnehmung 37. - Bei der Beschreibung der in den
Figuren 5a bis 5f dargestellten weiteren Ausführungsbeispiele wird im folgenden nur auf die Unterschiede zurFigur 5 eingegangen, die unveränderten Teile werden nicht näher erläutert. InFigur 5a ist die Ausnehmung 37 unterverändert kegelstumpfförmig, jedoch ist sie so ausgeführt, dass am ventilsitzseitigen Ende der Ventilnadel 8 eine Ringfläche 44 gebildet wird. Die zweite Dichtkante 28 ist am äußeren Rand dieser Ringfläche 44 ausgebildet, was die Spritze der Ventilnadel 8 etwas stabiler macht, allerdings auch etwas weniger flexibel. InFigur 5b ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Ringfläche 44 etwas geneigt ausgebildet ist, so dass die zweite Dichtkante 28 nicht mehr das ventilsitzseitige Ende der Ventilnadel 8 bildet. Durch die Ausnehmung 37 ist jedoch auch hier sichergestellt, dass eine ausreichende Flexibilität in diesem Bereich vorhanden ist. -
Figur 5c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Ausnehmung 37 wieder so ausgebildet ist, dass eine Ringfläche 44 gebildet wird. Die Ringnut 24 ist hier nicht durch zwei Konusflächen gebildet, sondern sie weist einen gerundeten Verlauf auf. Hierdurch ergibt sich, je nach Ausführung der Ringnut 24, eine etwas größere Flexibilität der Dichtlippe 40. -
Figur 5d zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kraftstoffeinspritzventil, bei dem die Ausnehmung 37 nicht kegelstumpfförmig, sondern glockenförmig ausgebildet ist, so dass die Dichtlippe 40 noch dünner und damit mit noch größerer Flexibilität gebildet wird. Die Ringnut 24 wird hier wieder durch zwei Konusflächen gebildet. - Bei dem in
Figur 5e gezeigten Ausführungsbeispiel ist in der Ringnut 24, zwischen der zweiten Konusfläche 31 und der dritten Konusfläche 32 ein Absatz 34 ausgebildet. Dadurch lässt sich die Dichtlippe 44 gezielt schwächen und so die Flexibilität weiter erhöhen. Es ist auch möglich, wieFigur 5f zeigt, statt kantenartiger, scharfer Übergänge zwischen den Konusflächen 31, 32 und dem Absatz 34 den Absatz 34 und die dritte Konusfläche 32 zu verrunden, was zu einer Verringerung von Kerbspannungen in diesem Bereich führt. -
Figur 6 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil, das aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Aufbau entspricht weitgehend dem inFigur 1 gezeigten, so dass gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Soweit die Bauteile identisch mit denen der weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind, wird auf die dortige Beschreibung verwiesen. Die Ventilnadel 8 weist hier keine Längsbohrung auf, so dass die Innennadel entfällt. Die Ventilnadel 8 steuert in bekannter Weise den Kraftstofffluss aus dem Druckraum 14 zu den Einspritzöffnungen 20, in dem sie sich in Längsrichtung bewegt.Figur 7 zeigt eine vergrößerte Darstellung im Bereich des Ventilsitzes 18 vonFigur 6 . Die Ventildichtfläche 35 weist eine erste Konusfläche 30 und eine zweite Konusfläche 31 auf, die in ihrem Öffnungswinkel so ausgebildet sind, dass zwischen ihnen eine erste Dichtkante 26' ausgebildet ist, zwischen der und dem Ventilsitz 18 die Abdichtung der Einspritzöffnungen 20 zum Druckraum 14 stattfindet. Der konische Ventilsitz 18 läuft zum brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers 1 nicht spitz aus, sondern mündet in ein Restvolumen 46, das im wesentlichen die Form einer Halbkugel hat. Das Restvolumen 46 dient auch als Werkzeugauslauf bei der Fertigung des Ventilsitzes 18. Dieses Restvolumen 46 bleibt bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil über die Einspritzöffnungen 20 mit dem Brennraum verbunden, was sich negativ auf die Kohlenwasserstoffemissionen der Brennkraftmaschine auswirkt. Um dieses Restvolumen 46 zu vermindern ist die erfindungsgemäße Ventilnadel 8 wie in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel derFigur 8 ausgebildet. Am ventilsitzseitigen Ende ist eine kegelstumpfförmige Ausnehmung 37 ausgebildet, so, dass eine Dichtlippe 40 gebildet wird..Die Dichtlippe 40 dichtet hierbei die Einspritzöffnungen 20 gegen das Restvolumen 46 ab, wodurch das nach wie vor mit den Einspritzöffnungen 20 verbundene, kraftstoffgefüllte Volumen auf das Volumen der Ringnut 24 beschränkt wird. - Die Ausnehmung 37 kann auch hier verschiedene Formen annehmen, beispielsweise eine Glockenform, wie in
Figur 5d gezeigt, oder eine Halbkugelform. Ebenso können sämtliche in denFiguren 5a bis 5c ,5e und 5f gezeigten Formen der Ringnut 24 ebenfalls hier umgesetzt werden. - Neben der rein elastischen Verformung der Dichtlippe 40 beim Schließvorgang der Ventilnadel 8 kann es auch vorgesehen sein, dass die Dichtlippe 40 plastisch verformbar ist. Beim ersten Schließvorgang des neuen Kraftstoffeinspritzventils wird die Dichtlippe 40 soweit verformt, dass die beiden Dichtkanten 26, 28 auf dem Ventilsitz 18 aufliegen, wobei dann auch die geringe Kraft entfallen kann, die nach wie vor nötig ist, die Dichtlippe 40 nach innen zu verformen. Es ist auch möglich, dass die Verformung der Dichtlippe 40 plastisch-elastisch erfolgt, also beim ersten Schließvorgang ein Teil der gesamten Verformung, die nötig ist, um die erste Dichtkante 26 in Anlage an die Ventildichtfläche 18 zu bringen, plastisch erfolgt, was die anschließend nötigen Kräfte für die elastische Verformung der Dichtlippe 40 weiter reduziert.
Claims (11)
- Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, in dem ein Ventilsitz (18) ausgebildet ist, von dem wenigstens eine Einspritzöffnung (20) ausgeht, und mit einer Ventilnadel (8), die mit einer an der Ventilnadel (8) ausgebildeten Ventildichtfläche (35) mit dem Ventilsitz (18) zusammenwirkt und dadurch die wenigstens eine Einspritzöffnung (20) verschließt und öffnet, und mit einer an der Ventildichtfläche (35) ausgebildeten ersten Dichtkante (26) und einer zweiten Dichtkante (28), wobei die erste Dichtkante (26) in Schließstellung der Ventilnadel (8) stromaufwärts der wenigstens einen Einspritzöffnung (20) dichtend auf dem Ventilsitz (18) aufliegt und die zweite Dichtkante (28) stromabwärts der wenigstens einen Einspritzöffnung (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (8) an ihrer dem Ventilsitz (18) zugewandten Stirnseite eine Ausnehmung (37) aufweist, so, dass eine durch die Anlage der Ventilnadel (8) auf dem Ventilsitz (18) elastisch oder plastisch nach innen verformbare Dichtlippe (40) gebildet wird, an der die zweite Dichtkante (28) ausgebildet ist, wobei die Ausnehmung (37) kegelstumpfförmig ausgeführt ist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (8) eine Längsbohrung (11) aufweist und die Ausnehmung (37) am ventilsitzseitigen Ende der Längsbohrung (11) als eine radiale Erweiterung ausgebildet ist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtkante (28) am ventilsitzseitigen Ende der Ventilnadel (8) ausgebildet ist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (8) an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine Ringfläche (44) aufweist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (40) im Querschnitt betrachtet im wesentlichen eine Dreieckform aufweist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Dichtkante (26) und der zweiten Dichtkante eine Ringnut (24) verläuft.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (24) durch zwei Konusflächen (31; 32) gebildet wird.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Konusflächen (31; 32) ein Absatz (34) ausgebildet ist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (18) im wesentlichen konisch ausgebildet ist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventildichtfläche (35) im wesentlichen konisch ausgebildet ist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (8) bei der Bewegung auf den Ventilsitz (18) zu zuerst mit der zweiten Dichtkante (28) auf dem Ventilsitz (18) anliegt und die erste Dichtkante (26) erst nach einer elastischen oder plastischen Verformung der Dichtlippe (40) am Ventilsitz (18) zur Anlage kommt.
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