EP1689999A1 - Kraftstoff-einspritzvorrichtung, insbesondere für eine brennkraftmaschine mit kraftstoff-direkteinspritzung, sowie verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Kraftstoff-einspritzvorrichtung, insbesondere für eine brennkraftmaschine mit kraftstoff-direkteinspritzung, sowie verfahren zu ihrer herstellung

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EP1689999A1
EP1689999A1 EP04786719A EP04786719A EP1689999A1 EP 1689999 A1 EP1689999 A1 EP 1689999A1 EP 04786719 A EP04786719 A EP 04786719A EP 04786719 A EP04786719 A EP 04786719A EP 1689999 A1 EP1689999 A1 EP 1689999A1
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EP
European Patent Office
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valve element
fuel injection
injection device
fuel
outer valve
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Withdrawn
Application number
EP04786719A
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Inventor
Friedrich Boecking
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • F02M61/182—Discharge orifices being situated in different transversal planes with respect to valve member direction of movement

Definitions

  • Fuel injection device in particular for an internal combustion engine with direct fuel injection, and method for its production
  • the invention initially relates to a fuel injection device, in particular for an internal combustion engine with direct fuel injection, with a housing and at least two valve elements arranged in the housing and coaxial to one another, each of which is assigned at least one fuel outlet opening, with the outer valve element being radially outward from the at least one fuel outlet opening assigned to it has a first sealing region which cooperates with a valve seat on the housing and which can separate the at least one fuel outlet opening from a high-pressure connection.
  • a fuel injection device of the type mentioned is known from DE 101 22 241 AI.
  • This has a housing with an outer valve element, in which an inner valve element is guided.
  • a row of fuel outlet openings is assigned to each valve element.
  • Both valve elements are stroke controlled. This means that they each have a control surface that acts in the closing direction and delimits a control room.
  • the Valve elements In the area of the fuel outlet openings, the Valve elements each have pressure surfaces that act in the opening direction and limit pressure spaces, at least at times where a high fluid pressure is also present.
  • the pressure surfaces and control surfaces are matched so that when the control rooms are under high pressure, both valve elements are closed.
  • the forces acting in the closing direction can be reduced by briefly reducing the pressure in the control chamber, which leads to the opening of one or both valve elements.
  • valve elements each of which is assigned at least one fuel outlet opening, makes it possible to use a small or large assembly depending on the amount of fuel to be injected.
  • the object of the present invention is to develop a fuel injection device of the type mentioned at the outset in such a way that it has the longest possible service life and the internal combustion engine operated with it exhibits good emission behavior.
  • the fuel injection device according to the invention has a significantly longer service life than conventional fuel injection devices.
  • the reason for this is that the additional sealing area largely prevents HC from the combustion chamber of the internal combustion engine from penetrating into the device via the fuel outlet openings assigned to the outer valve element, entering the guide gap between the two valve elements, and there from changes in the surface properties and leads to deposits and ultimately to increased wear.
  • Another advantage is that the emission behavior of an internal combustion engine which is equipped with fuel injection devices according to the invention is very good.
  • the reason for this lies in the fact that the additional sealing area prevents fuel from passing through the guide gap between the two valve elements and, when the valve elements are otherwise closed, from the at least one fuel outlet opening assigned to the outer valve element and entering the combustion chamber.
  • the additional sealing area immediately after manufacture of the device, with the outer valve element closed be at a short distance, preferably approximately 1 to 2 ⁇ m, from a valve seat assigned to it. This will make the Manufacturing costs of the fuel injection device according to the invention kept low, since no particularly high precision is required for the production of the sealing area and for the valve seat assigned to it. Instead, the optimal sealing effect of the
  • Sealing area only reached in the course of the initial operating time of the fuel injection device, namely through the normal initial deformation or normal initial wear on the first sealing area and on the valve seat associated with it on the housing.
  • a temporal pressure profile for fuel injection that is favorable for the emission behavior is achieved if the first sealing area is formed on the edge of a groove running around the outer valve element.
  • the additional sealing area is formed on the edge of a circumferential narrow and deep groove, which is located towards the first sealing area. This also changes and optimizes the so-called "seat throttling".
  • the fuel injection device is designed such that a guide gap present between the two valve elements is connected to a space which is connected to the high-pressure connection.
  • a room can be, for example, a hydraulic control room, as is present in stroke-controlled valve elements.
  • the invention also relates to a method for producing a fuel injection device of the type mentioned above.
  • the outer valve element be manufactured in such a way that the additional sealing area is initially a small distance, preferably from, when the outer valve element is closed approximately 1 to 2 ⁇ m, of a valve seat assigned to it, and that the first sealing region and / or the valve seat assigned to it are then deformed by repeated actuation of the outer valve element in such a way that the distance between and the valve seat assigned to it becomes smaller or towards zero goes.
  • Figure 2 shows a detail II of Figure 1
  • Figure 3 is a view similar to Figure 2 of an alternative embodiment.
  • Figure 4 is a view similar to Figure 2 of another modified embodiment.
  • a fuel injection device bears the overall reference number 10 in FIG. 1. It comprises a housing 12, of which only one nozzle body 14 and one central piece 16 are shown in FIG. The nozzle body 14 is clamped against the central piece 16 by means of a clamping screw, not shown.
  • the outer valve element 20 has a conical end region 27.
  • pressure surfaces 28 and 30 (see FIG. 2) acting on the latter in the opening direction, which delimit pressure spaces 32 and 34, which are connected via a high-pressure channel 36 or one between the Recess 18 and the outer valve element 20 existing annular space 38 are constantly connected to a high pressure connection 40.
  • the high-pressure connection 40 of the fuel injection device 10 is connected to a fuel rail, not shown, in which fuel, for example gasoline or diesel, is stored under very high pressure.
  • control surface 42 which acts in the closing direction and delimits a control chamber 44.
  • This is constantly connected to the high-pressure channel 36 via an inlet throttle 46.
  • An outlet throttle 48 leads from the control chamber 44 via a switching valve 50 to a low pressure connection 52. This is connected to a return line, not shown, which leads back, for example, to a fuel tank.
  • the inner valve element 22 also has a conical end region 53 with a pressure surface 54 acting in the opening direction (FIG. 2), which delimits a pressure chamber 56, which, however, is only connected to the high-pressure connection 40 via the annular chamber 38 and the high-pressure channel 36 when the outer valve element 20 is open is.
  • the inner valve element 22 also has a control surface 58 acting in the closing direction, which delimits a control space 62 which is arranged in the outer valve element 20 and is connected to the control chamber 44 via a channel 60.
  • the outer valve element 20 has a first sealing area in the form of a first sealing edge 64 which is connected to a opposite valve seat surface 66 cooperates.
  • the sealing edge 64 is formed on the radially outer edge of a groove 68 running around the outer valve element 20. Their radially inner edge lies approximately opposite the center of the fuel outlet channels 24.
  • annular circumferential elevation 70 is present at the conical end region 27 of the outer valve element 20, the projecting edge of which forms an additional sealing region in the form of a second sealing edge 72. This works together with a region of the valve seat surface 66 on the housing side that lies radially inward at an angle.
  • a circumferential flat groove 74 extends from the groove 68 to the ring-like elevation 70.
  • a sealing edge 76 is also present on the inner valve element 22. It delimits the pressure surface 54 radially inwards and also interacts with a region of the valve seat surface 66 which lies inwards and radially inwards. When the inner valve element 22 is closed, the row of fuel outlet channels 26, which are assigned to the inner valve element 22, lies radially inward from the sealing edge 76.
  • the fuel injection device 10 shown in FIGS. 1 and 2 is operated as follows:
  • the high fuel pressure which also prevails in the fuel collecting line, is constantly applied to the pressure surfaces 28 and 30 of the outer valve element 20.
  • the switching valve 50 is closed. In this case, this also prevails in the control room 44 and in the control room 62 high fuel pressure. Since the control surface 42 of the outer valve element 20 is larger than the sum of the two pressure surfaces 28 and 30, a resulting force acts in the closing direction, by means of which the sealing edge 64, like the second sealing edge 72, counteracts the
  • Valve seat surface 66 are pressed. The connection from the annular space 38 or the pressure space 34 to the row of fuel outlet channels 24 is thus interrupted.
  • the pressure space 56 which is delimited by the pressure surface 54 of the inner valve element 22, is also separated from the high fuel pressure prevailing in the annular space 38.
  • the switching valve 50 is briefly opened to inject a comparatively small amount of fuel. This allows fuel from the control chamber 44 via the
  • annular space 38 or the pressure space 34 is connected to the row of fuel outlet channels 24, so that fuel exits through the fuel outlet channels 24 under high pressure.
  • Control room 44 only delayed and to a small extent from control room 62.
  • the pressure drop in the control chamber 62 is in any case only so small that the force acting on the control surface 58 in the closing direction is greater than the force acting on the pressure surface 54 in the opening direction.
  • the inner valve element 22 therefore remains closed. Fuel can therefore not escape through the fuel outlet channels 26 assigned to the inner valve element 22.
  • the switching valve 50 is opened over a comparatively longer period of time. As a result, there is a significant pressure drop in the control chamber 62, which is limited by the control surface 58 on the inner valve element 22. This reduction in pressure is so striking that the force acting in the opening direction on the pressure surface 54 of the inner valve element 22 predominates, so that the inner valve element 22 opens. Now fuel can also exit from the fuel outlet channels 26. The injection is ended by closing the switching valve 50.
  • Valve element 20 is of particular importance: namely, it prevents fuel from escaping from the fuel outlet channels 24 when the first sealing edge 64 is already in contact with the valve seat surface 66.
  • the control chamber 62 has a comparatively high fuel pressure, particularly when the valve elements 20 and 22 are closed.
  • the inner valve element 22 is guided in a fluid-tight manner in the outer valve element 20, such a fluid-tight guide cannot completely prevent the passage of fuel.
  • the guide gap 23 In order to ensure easy mobility of the inner valve element 22, the guide gap 23 must namely be present between the inner valve element 22 and the outer valve element 20. A small amount of fuel can flow from the control chamber 62 into the pressure chamber 56 via this guide gap 23.
  • Sealing edge 72, the connection between the pressure chamber 56 and the fuel outlet channels 24 is interrupted when the outer valve element 20 is closed. Leakage fuel passing through the guide gap 78 can therefore no longer reach the fuel outlet channels 24.
  • the additional sealing edge 72 on the outer valve element 20 has yet another effect: During combustion, HC is produced in the combustion chamber of the internal combustion engine. This can get into the interior of the fuel injection device 10 via the fuel outlet channels 24 and 26.
  • the second sealing edge 72 reliably prevents HC from entering the guide gap 23 between the inner valve element 22 and the outer valve element 20. A correspondingly increased wear in the area of the guide gap 78 is thus reliably avoided.
  • the outer valve element 20 of the fuel injection device 10 shown in FIGS. 1 and 2 thus has a “double seat”, which can usually only be produced with great effort. In the fuel injection device shown, however, this effort is significantly reduced: namely, the additional sealing edge 72 is initially produced with a certain minimum dimension. This means nothing other than that, in the case of a new and still unused fuel injection device, when the valve element 20 is closed, it is at a distance from the opposite valve seat surface 66. In the present exemplary embodiment, this distance is approximately 1 to 2 ⁇ m.
  • FIGS. 3 and 4 Alternative embodiments of fuel injection devices 10 are shown in FIGS. 3 and 4. Elements and regions which have functions equivalent to elements and regions of the fuel injection device shown in FIGS. 1 and 2 have the same reference numbers. They are not explained in detail again. The differences essentially relate to the configuration of the conical end region 27 of the outer valve element 20 between the groove 68 and the ring-like elevation 70:

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Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) umfasst mindestens zwei in einem Gehäuse (12) angeordnete und zueinander koaxiale Ventilelemente (20, 22). Diesen ist jeweils mindestens eine Kraftstoff-Austrittsöffnung (24, 26) zugeordnet. Am äusseren Ventilelement (20) ist radial auswärts von der ihm zugeordneten mindestens einen Kraftstoff-Austrittsöffnung (24) eine erste Dichtkante (64) vorhanden. Diese arbeitet mit einem gehäuseseitigenVentilsitz (66) zusammen und kann die mindestens eine Kraftstoff-Austrittsöffnung (24) von einem Hochdruckanschluss trennen. Es wird vorgeschlagen, dass am äusseren Ventilelement (20) zwischen der diesem zugeordneten mindestens einen Kraftstoff-Austrittsöffnung (24) und dem inneren Ventilelement (22) eine zusätzliche Dichtkante (72) vorhanden ist.

Description

Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft zunächst eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit einem Gehäuse und mindestens zwei in dem Gehäuse angeordneten und zueinander koaxialen Ventilelementen, denen jeweils mindestens eine Kraftstoff-Austrittsöffnung zugeordnet ist, wobei am äußeren Ventilelement radial auswärts von der ihm zugeordneten mindestens einen Kraftstoff-Austrittsöffnung ein erster Dichtbereich vorhanden ist, welcher mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz zusammenarbeitet und welcher die mindestens eine Kraftstoff-Austrittsöffnung von einem Hochdruckanschluss trennen kann.
Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 101 22 241 AI bekannt. Diese weist ein Gehäuse mit einem äußeren Ventilelement auf, in dem ein inneres Ventilelement geführt ist. Jedem Ventilelement ist jeweils eine Reihe von Kraftstoff-Austrittsöffnungen zugeordnet. Beide Ventilelemente sind hubgesteuert. Dies bedeutet, dass sie jeweils eine Steuerfläche aufweisen, die in Schließrichtung wirkt und einen Steuerraum begrenzt. Im Bereich der Kraftstoff-Austrittsöffnungen weisen die Ventilelemente jeweils Druckflächen auf, die in Öffnungsrichtung wirken und Druckräume begrenzen, an denen zumindest zeitweise ebenfalls ein hoher Fluiddruck anliegt. Die Druckflächen und Steuerflächen sind so abgestimmt, dass dann, wenn in den Steuerräumen ein hoher Druck herrscht, beide Ventilelemente geschlossen sind. Durch eine kurzzeitige Druckabsenkung im Steuerraum können die in Schließrichtung wirkenden Kräfte reduziert werden, was zu einem Öffnen eines Ventilelements oder beider Ventilelemente führt.
Die Verwendung von zwei Ventilelementen, denen jeweils mindestens eine Kraftstoff-Austrittsöffnung zugeordnet ist, gestattet es, je nach der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffes einen kleinen oder großen Gesarat-
Austrittsguerschnitt bereitzustellen. Dies ermöglicht es wiederum, auch vergleichsweise kleine Kraftstoffmengen mit hohem Einspritzdruck einzuspritzen, so dass auch in diesen Fällen eine gute Zerstäubung des Kraftstoffs erzielt wird. Gleichzeitig können große Kraftstoffmengen eingespritzt werden, ohne dass hierfür sehr lange Einspritzzeiten erforderlich sind.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie eine möglichst lange Lebensdauer aufweist und die mit ihr betriebene Brennkraftmaschine ein gutes Emissionsverhalten zeigt.
Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass am äußeren Ventilelement zwischen der diesem zugeordneten mindestens einen Kraftstoff-Austrittsöffnung und dem inneren Ventilelement ein zusätzlicher Dichtbereich vorhanden ist. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzvorrichtung weist eine deutlich höhere Lebensdauer als herkömmliche Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen auf. Ursache hierfür ist, dass durch den zusätzlichen Dichtbereich weitgehend verhindert wird, dass HC aus dem Brennraum der Brennkraftmaschine über die dem äußeren Ventilelement zugeordneten Kraftstoff-Austrittsöffnungen in die Vorrichtung eindringt, in den Führungsspalt zwischen den beiden Ventilelementen gelangt, und dort zu Veränderungen der Oberflächeneigenschaften und zu Ablagerungen und letztlich zu einem erhöhten Verschleiß führt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Emissionsverhalten einer Brennkraftmaschine, welche mit erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritz orrichtungen ausgestattet ist, sehr gut ist. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass durch den zusätzlichen Dichtbereich verhindert wird, dass Kraftstoff durch den FührungsspalLt zwischen den beiden Ventilelementen hindurchtritt und, bei ansonsten geschlossenen Ventilelementen, aus der dem äußeren Ventilelement zugeordneten mindestens einen Kraftstoff-Austrittsöffnung in den Brennraum gelangt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Zunächst wird vorgeschlagen, dass der zusätzliche Dichtbereich unmittelbar nach der Herstellung der Vorrichtung bei geschlossenem äußeren Ventilelement einen geringen Abstand, vorzugsweise ungefähr 1 bis 2 μm, von einem ihm zugeordneten Ventilsitz hat. Hierdurch werden die Herstellkosten der erfindungsgemäßen Kraftstoff- Einspritzvorrichtung niedrig gehalten, da für die Herstellung des Dichtbereichs und für den ihm zugeordneten Ventilsitz keine besonders hohe Präzision erforderlich ist. Stattdessen wird die optimale Dichtwirkung des
Dichtbereichs erst im Laufe der anfänglichen Betriebszeit der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung erreicht, nämlich durch die normale Anfangsverformung beziehungsweise den normalen Anfangsverschleiß an dem ersten Dichtbereich und an dem ihm zugeordneten gehäuseseitigen Ventilsitz.
Ein für das Emissionsverhalten günstiges zeitliches Druckprofil bei der Einspritzung von Kraftstoff wird erreicht, wenn der erste Dichtbereich am Rand einer um das äußere Ventilelement umlaufenden Nut ausgebildet ist .
In die gleiche Richtung zielt jene Weiterbildung, bei welcher sich von der gerade erwähnten umlaufenden Nut bis in etwa zu dem zusätzlichen Dichtbereich am äußeren Ventilelement eine umlaufende flache Nut erstreckt.
Alternativ hierzu ist es möglich, dass in etwa von der zuerst genannten Nut bis in etwa zu dem zusätzlichen Dichtbereich mehrere über den Umfang verteilt angeordnete und insgesamt jeweils in axialer Richtung verlaufende Rillen vorhanden sind.
Möglich ist ferner, dass der zusätzliche Dichtbereich am Rand einer umlaufenden schmalen und tiefen Nut ausgebildet ist, die zum ersten Dichtbereich hin gelegen ist. Auch hierdurch wird die so genannte "Sitzdrosselung" verändert und optimiert.
Bevorzugt ist der zusätzliche Dichtbereich an einer vom äußeren Ventilelement abragenden ringartigen Erhebung ausgebildet. Dies führt zu einer guten Dichtwirkung und preiswerten Herstellung.
Besonders prägnant sind die erfindungsgemäßen Vorteile dann, wenn die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung so ausgebildet ist, dass ein zwischen den beiden Ventilelementen vorhandener Führungsspalt mit einem Raum in Verbindung steht, welcher mit dem Hochdruckanschluss verbunden ist. Bei einem solchen Raum kann es sich beispielsweise um einen hydraulischen Steuerraum handeln, wie er bei hubgesteuerten Ventilelementen vorhanden ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der oben genannten Art. Um die Herstellkosten niedrig zu halten, wird vorgeschlagen, dass das äußere Ventilelement so gefertigt wird, dass der zusätzliche Dichtbereich bei geschlossenem äußeren Ventilelement zunächst einen geringen Abstand, vorzugsweise von ungefähr 1 bis 2 μm, von einem ihm zugeordneten Ventilsitz hat, und dass dann durch mehrfache Betätigung des äußeren Ventilelements der erste Dichtbereich und/oder der diesem zugeordnete Ventilsitz so verformt werden, dass der Abstand zwischen und dem ihm zugeordneten Ventilsitz geringer wird beziehungsweise gegen Null geht.
Zeichnung
Nachfolgend werden besonders bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert, In der Zeichnung zeigen: Figur 1 einen Schnitt durch einen Bereich einer Kraftstoff-EinspritzVorrichtung;
Figur 2 ein Detail II von Figur 1;
Figur 3 eine Ansicht ähnlich Figur 2 einer alternativen Ausführungsform; und
Figur 4 eine Ansicht ähnlich Figur 2 einer nochmals abgewandelten Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst ein Gehäuse 12, von dem in Figur 1 nur ein Düsenkörper 14 und ein Zentralstück 16 dargestellt sind. Der Düsenkörper 14 ist über eine nicht dargestellte Spannschraube gegenüber dem Zentralstück 16 verspannt.
Im Gehäuse 12 ist eine Ausnehmung 18 vorhanden, in die ein äußeres Ventilelement 20 und ein inneres Ventilelement 22 eingesetzt sind. Zwischen diesen ist ein Führungsspalt 23 vorhanden (vgl. Figur 2). Wie weiter unten noch stärker im Detail ausgeführt werden wird, ist dem äußeren Ventilelement 20 eine Reihe von Kraftstoff-Austrittskanälen 24 zugeordnet, wohingegen dem inneren Ventilelement 22 eine Reihe von Kraftstoff-Austrittskanälen 26 zugeordnet ist.
Das äußere Ventilelement 20 weist einen konischen Endbereich 27 auf. An diesem sind in Öffnungsrichtung wirkende Druckflächen 28 und 30 (vergleiche Figur 2) vorhanden, welche Druckräume 32 und 34 begrenzen, die über einen Hochdruckkanal 36 beziehungsweise einen zwischen der Ausnehmung 18 und dem äußeren Ventilelement 20 vorhandenen Ringraum 38 ständig mit einem Hochdruckanschluss 40 verbunden sind. Der Hochdruckanschluss 40 der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10 ist an eine nicht dargestellte Kraftstoff-Sammelleitung ("Rail") angeschlossen, in der Kraftstoff, beispielsweise Benzin oder Diesel, unter sehr hohem Druck gespeichert ist.
An dem den Kraftstoff-Austrittskanälen 24 entgegengesetzten Ende des äußeren Ventilelements 20 weist dieses eine in Schließrichtung wirkende Steuerfläche 42 auf, die einen Steuerraum 44 begrenzt. Dieser ist über eine Zulaufdrossel 46 ständig mit dem Hochdruckkanal 36 verbunden. Eine Ablaufdrossel 48 führt von dem Steuerraum 44 über ein Schaltventil 50 zu einem Niederdruckanschluss 52. Dieser ist an eine nicht dargestellte Rücklaufleitung angeschlossen, die beispielsweise zu einem Kraftstoffbehälter zurückführt.
Auch das innere Ventilelement 22 verfügt über einen konischen Endbereich 53 mit einer in Öffnungsrichtung wirkenden Druckfläche 54 (Figur 2) , welche einen Druckraum 56 begrenzt, der jedoch nur bei geöffnetem äußeren Ventilelement 20 über den Ringraum 38 und den Hochdruckkanal 36 mit dem Hochdruckanschluss 40 verbunden ist. An dem den Kraftstoff-Austrittskanälen 26 entgegengesetzten Ende verfügt auch das innere Ventilelement 22 über eine in Schließrichtung wirkende Steuerfläche 58, die einen im äußeren Ventilelement 20 angeordneten und über einen Kanal 60 mit dem Steuerraum 44 verbundenen Steuerrum 62 begrenzt.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, verfügt das äußere Ventilelement 20 über einen ersten Dichtbereich in Form einer ersten Dichtkante 64, die mit einer gegenüberliegenden gehäuseseitigen Ventilsitzfläche 66 zusammenarbeitet. Die Dichtkante 64 ist am radial äußeren Rand einer um das äußere Ventilelement 20 umlaufenden Nut 68 ausgebildet. Deren radial innerer Rand liegt ungefähr gegenüber der Mitte der Kraftstoff-Austrittskanäle 24.
Radial schräg einwärts von der Nut 68 beziehungsweise von den Kraftstoff-Austrittskanälen 24 ist am konischen Endbereich 27 des äußeren Ventilelements 20 eine ringartige umlaufende Erhebung 70 vorhanden, deren abragender Rand einen zusätzlichen Dichtbereich in Form einer zweiten Dichtkante 72 bildet. Diese arbeitet mit einem radial schräg einwärts gelegenen Bereich der gehäuseseitigen Ventilsitzfläche 66 zusammen. Von der Nut 68 bis zu der ringartigen Erhebung 70 erstreckt sich eine umlaufende flache Nut 74.
Auch am inneren Ventilelement 22 ist eine Dichtkante 76 vorhanden. Sie begrenzt radial schräg einwärts die Druckfläche 54 und wirkt ebenfalls mit einem radial schräg einwärts gelegenen Bereich der Ventilsitzfläche 66 zusammen. Bei geschlossenem inneren Ventilelement 22 liegt die Reihe von Kraftstoff-Austrittskanälen 26, die dem inneren Ventilelement 22 zugeordnet sind, radial schräg einwärts von der Dichtkante 76.
Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10 wird folgendermaßen betrieben:
Über den Hochdruckanschluss 40 und den Hochdruckkanal 36 sowie den Ringraum 38 liegt an den Druckflächen 28 und 30 des äußeren Ventilelements 20 ständig der hohe Kraftstoffdruck an, welcher auch in der Kraftstoff- Sammelleitung herrscht. Zunächst wird angenommen, dass das Schaltventil 50 geschlossen ist. In diesem Fall herrscht auch in dem Steuerraum 44 sowie in dem Steuerraum 62 dieser hohe Kraftstoffdruck. Da die Steuerfläche 42 des äußeren Ventilelements 20 größer ist als die Summe der beiden Druckflächen 28 und 30, ergibt sich eine in Schließrichtung wirkende resultierende Kraft, durch die die Dichtkante 64 ebenso wie die zweite Dichtkante 72 gegen die
Ventilsitzfläche 66 gedrückt werden. Die Verbindung vom Ringraum 38 beziehungsweise dem Druckraum 34 zu der Reihe von Kraftstoff-Austrittskanälen 24 ist somit unterbrochen. Auch der Druckraum 56, der von der Druckfläche 54 des inneren Ventilelements 22 begrenzt wird, ist von dem im Ringraum 38 herrschenden hohen Kraftstoffdruck getrennt.
Zur Einspritzung einer vergleichsweise geringen Menge von Kraftstoff wird das Schaltventil 50 kurzzeitig geöffnet. Hierdurch kann Kraftstoff aus dem Steuerraum 44 über die
Ablaufdrossel 48 zum Niederdruckanschluss 52 hin abströmen. Da der Kraftstoff schneller abströmt als er durch die Zulaufdrossel 46 zuströmen kann, sinkt der Druck im Steuerraum 44 und die entsprechende an der Steuerfläche 42 in Schließrichtung wirkende Kraft. In der Folge ergibt sich eine insgesamt in Öffnungsrichtung wirkende resultierende Kraft (an den Druckflächen 28 und 30 wirkt ja weiterhin der hohe Kraftstoffdruck) , so dass das äußere Ventilelement 20 öffnet und die Dichtkanten 64 und 72 von der gegenüberliegenden Ventilsitzfläche 66 abheben.
Hierdurch wird der Ringraum 38 beziehungsweise der Druckraum 34 mit der Reihe von Kraftstoffaustrittskanälen 24 verbunden, so dass Kraftstoff unter hohem Druck durch die Kraftstoff-Austrittskanäle 24 austritt.
Bei geöffnetem äußeren Ventilelement 20 herrscht auch im Druckraum 56 ein entsprechender hoher Kraftstoffdruck, der an der Druckfläche 54 des inneren Ventilelements 22 zu einer in Öffnungsrichtung wirkenden Kraft führt. Da jedoch das Schaltventil 50 nur kurzzeitig geöffnet ist und da der Kanal 60, welcher den Steuerraum 44 des äußeren Ventilelements 20 mit dem Steuerraum 62 des inneren Ventilelements 22 verbindet, als Strömungsdrossel ausgebildet ist, wirkt sich die Druckabsenkung im
Steuerraum 44 nur zeitverzögert und in geringem Umfang auf den Steuerraum 62 aus. Die Druckabsenkung im Steuerraum 62 ist jedenfalls nur so gering, dass die an der Steuerfläche 58 in Schließrichtung wirkende Kraft größer ist als die an der Druckfläche 54 in Öffnungsrichtung wirkende Kraft. Das innere Ventilelement 22 bleibt daher geschlossen. Kraftstoff kann durch die dem inneren Ventilelement 22 zugeordneten Kraftstoff-Austrittskanäle 26 daher nicht austreten.
Soll eine größere Kraftstoffmenge eingespritzt werden, wird das Schaltventil 50 über einen vergleichsweise längeren Zeitraum geöffnet. In der Folge ergibt sich eine markante Druckabsenkung auch im Steuerraum 62, der von der Steuerfläche 58 am inneren Ventilelement 22 begrenzt wird. Diese Druckabsenkung ist so markant, dass nun die in Öffnungsrichtung an der Druckfläche 54 des inneren Ventilelements 22 wirkende Kraft überwiegt, so dass das innere Ventilelement 22 öffnet. Jetzt kann Kraftstoff auch aus den Kraftstoff-Austrittskanälen 26 austreten. Die Einspritzung wird beendet, indem das Schaltventil 50 geschlossen wird.
Vor allem beim Beenden einer Einspritzung kommt der zusätzlichen zweiten Dichtkante 72, die am äußeren
Ventilelement 20 vorhanden ist, eine besondere Bedeutung zu: Durch sie wird nämlich verhindert, dass dann, wenn die erste Dichtkante 64 bereits wieder an der Ventilsitzfläche 66 anliegt, Kraftstoff aus den Kraftstoff-Austrittskanälen 24 austritt. Hierbei ist Folgendes zu bedenken: Im Steuerraum 62 herrscht insbesondere bei geschlossenen Ventilelementen 20 und 22 ein vergleichsweise hoher Kraftstoffdruck. Zwar ist das innere Ventilelement 22 im äußeren Ventilelement 20 fluiddicht geführt, eine solche fluiddichte Führung kann einen Kraftstoffdurchtritt jedoch nicht vollkommen verhindern. Um eine leichte Beweglichkeit des inneren Ventilelements 22 zu gewährleisten, muss nämlich zwischen dem inneren Ventilelement 22 und dem äußeren Ventilelement 20 der Führungsspalt 23 vorhanden sein. Über diesen Führungsspalt 23 kann Kraftstoff in geringer Menge aus dem Steuerraum 62 in den Druckraum 56 strömen.
Wäre die zusätzliche Dichtkante 72 nicht vorhanden, könnte dieser "Leckagekraftstoff" aus dem Druckraum 56 ungehindert zu den Kraftstoff-Austrittskanälen 24 gelangen und über diese wiederum in den Brennraum der Brennkraftmaschine austreten. Dies würde das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine verschlechtern. Durch die zusätzliche
Dichtkante 72 wird die Verbindung zwischen dem Druckraum 56 und den Kraftstoff-Austrittskanälen 24 bei geschlossenem äußeren Ventilelement 20 unterbrochen. Durch den Führungsspalt 78 hindurchtretender Leckagekraftstoff kann somit nicht mehr zu den Kraftstoff-Austrittskanälen 24 gelangen.
Die zusätzliche Dichtkante 72 am äußeren Ventilelement 20 hat aber noch einen weiteren Effekt: Bei der Verbrennung entsteht im Brennraum der Brennkraftmaschine HC. Dieses kann über die Kraftstoff-Austrittskanäle 24 und 26 in das Innere der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 gelangen. Durch die zweite Dichtkante 72 wird zuverlässig verhindert, dass HC in den Führungsspalt 23 zwischen dem inneren Ventilelement 22 und dem äußeren Ventilelement 20 gelangt. Ein entsprechender erhöhter Verschleiß im Bereich des Führungsspalts 78 wird somit zuverlässig vermieden.
Das äußere Ventilelement 20 der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 weist somit einen "Doppelsitz" auf, der üblicherweise nur mit hohem Aufwand hergestellt werden kann. Bei der gezeigten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist dieser Aufwand jedoch deutlich reduziert: Die zusätzliche Dichtkante 72 wird nämlich zunächst mit einem bestimmten Mindermaß hergestellt. Dies bedeutet nichts anderes, als dass sie zunächst, bei einer neuen und noch unbenutzten Kraftstoff- Einspritzvorrichtung, bei geschlossenem Ventilelement 20 einen Abstand von der gegenüberliegenden Ventilsitzfläche 66 aufweist. Dieser Abstand beträgt beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ungefähr 1 bis 2 μm.
Bei der Inbetriebnahme der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung kommt es prinzipbedingt an der ersten Dichtkante 64 und der gegenüberliegenden Ventilsitzfläche 66 zu einem gewissen Anfangsverschleiß beziehungsweise einer gewissen Anfangsverformung. Durch diese verringert sich der zunächst bei geschlossenem äußeren Ventilelement 20 vorhandene Spalt zwischen der zusätzlichen Dichtkante 72 und der gegenüberliegenden Ventilsitzfläche 66, bis auch die zusätzliche Dichtkante 72 bei geschlossenem Ventilelement 20 an der gegenüberliegenden Ventilsitzfläche 66 anliegt und so für eine sichere Abdichtung sorgt.
Alternative Ausführungsformen von Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen 10 sind in den Figuren 3 und 4 gezeigt. Dabei tragen solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Kraftstoff- Einspritzvorrichtung aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert. Die Unterschiede betreffen im Wesentlichen die Ausgestaltung des konischen Endbereichs 27 des äußeren Ventilelements 20 zwischen der Nut 68 und der ringartigen Erhebung 70:
Bei der in Figur 3 gezeigten Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10 sind anstelle einer einzigen umlaufenden flachen Nut mehrere über den Umfang verteilt angeordnete und insgesamt jeweils in axialer Richtung verlaufende Rillen 74 vorhanden. Darüber hinaus weist bei der in Figur 3 gezeigten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 die ringartige Erhebung 70 eine größere Breite auf. In Figur 4 wiederum ist zusätzlich zu den Rillen 74 radial schräg auswärts von der ringartigen Erhebung 70 eine umlaufende Nut 80 vorhanden, deren Querschnitt ähniich wie die Nut 68 in etwa halbkreisförmig ist.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10), insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit einem Gehäuse (12) und mindestens zwei in dem Gehäuse (12) angeordneten und zueinander koaxialen Ventilelementen (20, 22) , denen jeweils mindestens eine Kraftstoff- Austrittsöffnung (24, 26) zugeordnet ist, wobei am äußeren Ventilelement (20) radial auswärts von der ihm zugeordneten mindestens einen Kraftstoff-Austrittsöffnung (24) ein erster Dichtbereich (64) vorhanden ist, welcher mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz (66) zusammenarbeitet und welcher die mindestens eine Kraftstoff-Austrittsöffnung (24) von einem Hochdruckanschluss (40) trennen kann, dadurch gekennzeichnet, dass am äußeren Ventilelement (20) zwischen der diesem zugeordneten mindestens einen Kraftstoff-Austrittsöffnung (24) und dem inneren Ventilelement (22) ein zusätzlicher Dichtbereich (72) vorhanden ist.
2. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Dichtbereich (72) unmittelbar nach der Herstellung der Vorrichtung (10) bei geschlossenem äußeren Ventilelement (20) einen geringen Abstand, vorzugsweise ungefähr 1 bis 2 μm, von einem ihm zugeordneten Ventilsitz (66) hat.
3. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtbereich (64) am Rand einer um das äußere Ventilelement (20) umlaufenden Nut (68) ausgebildet ist.
4. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 in Verbindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich in etwa von der umlaufenden Nut (68) bis in etwa zu dem zusätzlichen Dichtbereich (72) am äußeren Ventilelement (20) eine umlaufende flache Nut (74) erstreckt .
5. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 in Verbindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich in etwa von der umlaufenden Nut (68) bis in etwa zu dem zusätzlichen Dichtbereich (72) mehrere über den Umfang verteilt angeordnete und insgesamt jeweils in axialer Richtung verlaufende Rillen (74) vorhanden sind.
6. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Dichtbereich (72) am Rand einer umlaufenden schmalen und tiefen Nut (80) ausgebildet ist, die in Richtung zum ersten Dichtbereich (64) hin gelegen ist.
7. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Dichtbereich (72) an einer vom äußeren Ventilelement (20) abragenden ringartigen Erhebung (70) ausgebildet ist.
8. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen den beiden Ventilelementen (20, 22) vorhandener Führungsspalt (78) mit einem Raum (62) in Verbindung steht, welcher wenigstens zeitweise mit dem Hochdruckanschluss (40) verbunden ist.
9. Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Ventilelement (20) so gefertigt wird, dass der zusätzliche Dichtbereich (72) bei geschlossenem äußeren Ventilelement (20) zunächst einen geringen Abstand, vorzugsweise von ungefähr 1 bis 2 μm, von einem ihm zugeordneten Ventilsitz (66) hat, und dass dann durch mehrfache Betätigung des äußeren Ventilelements (20) der erste Dichtbereich (64) und/oder der diesem zugeordnete Ventilsitz (66) so verformt werden, dass der Abstand zwischen ihm und dem ihm zugeordneten Ventilsitz (66) geringer wird beziehungsweise gegen Null geht.
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