EP1902212A1 - Kraftstoffeinspritzventile bei kraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzventile bei kraftmaschinen

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EP1902212A1
EP1902212A1 EP06755107A EP06755107A EP1902212A1 EP 1902212 A1 EP1902212 A1 EP 1902212A1 EP 06755107 A EP06755107 A EP 06755107A EP 06755107 A EP06755107 A EP 06755107A EP 1902212 A1 EP1902212 A1 EP 1902212A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
sleeve
valve
valve needle
fuel injection
throttle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06755107A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Boecking
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1902212A1 publication Critical patent/EP1902212A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
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    • F02M45/12—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship providing a continuous cyclic delivery with variable pressure
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    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve for internal combustion engines, as it is preferably used for the direct fuel injection in self-igniting internal combustion engines.
  • a fuel injection valve which is assumed in the following.
  • This has a valve body with a longitudinally displaceable valve needle, which cooperates with a valve seat for controlling at least one injection opening.
  • the valve needle is in this case surrounded over a part of its length by a pressure chamber which can be filled with fuel under high pressure and from the fuel depending on the position of the valve needle flows to the injection openings through which the fuel is ultimately injected into the corresponding combustion chamber.
  • the valve needle is surrounded at its valve seat-side end by a sleeve which serves to guide the valve needle.
  • a plurality of openings are formed, which allow an unimpeded fuel flow from the pressure chamber to the injection openings when the valve needle has lifted from the valve seat.
  • the sleeve is supported by a tension spring on the valve needle and remains so in the
  • Opening stroke of the valve needle stationary. Since the valve needle is guided in the sleeve, optimum guidance of the valve needle is ensured in the region of the valve seat, so that there can be no offsetting with respect to the valve seat. This always guarantees a uniform inflow of fuel to the individual injection openings.
  • the fuel flow to the injection openings can be selectively throttled in a targeted manner so that the injection rate is not determined solely by the interaction of the valve needle with the valve seat. This is achieved, for example, by a stroke-dependent throttling, wherein various embodiments have been proposed in the prior art. From the utility model application DE 297 13 071 Ul, for example, a fuel injection nozzle is known which has at its injection-side end a pin which projects into a blind hole from which the injection openings emanate. Depending on
  • the known fuel injection valves have the disadvantage that the leadership of the valve needle in the valve seat near the area on the one hand and the injection rate shaping on the other hand require different measures that must be performed simultaneously. As a result, the fuel injection valve becomes more expensive and additional space is required.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage over that with simple means a Einspritzverlaufsformung and thus a quieter and quieter combustion course is made possible.
  • an annular space is formed between the sleeve and the valve needle, which is permanently connected to the pressure chamber surrounding the valve needle via a throttle connection.
  • a flow cross-section which is controlled by the opening stroke of the valve needle and which is formed between the sleeve and the valve needle.
  • the throttle connection is formed by openings in the sleeve, preferably by radial bores. Since the sleeve is manufactured separately outside the valve body, these radial bores can be precisely introduced without great effort, so that the throttling effect can be set so precisely.
  • the flow cross section is controlled by the fact that a throttle collar, which is formed on the valve needle, emerges from the sleeve during the opening stroke movement.
  • a throttle collar which is formed on the valve needle, emerges from the sleeve during the opening stroke movement.
  • This embodiment is particularly advantageous when a chamfering adjoins the throttle collar, so that the flow cross-section is not opened suddenly but gradually, whereby the pressure build-up in the annular space can be additionally influenced. It is also possible that this chamfering is not formed on the valve needle, but on the inner wall of the sleeve, which in principle results in the same effect.
  • the valve needle comes after a partial stroke of their entire opening stroke to a stop to the system, which is formed on the sleeve, so that the valve needle lifts the sleeve from the valve seat in their further stroke movement.
  • an additional flow cross-section is opened, which is now controlled between the end face of the sleeve, which rests in the closed state of the fuel injection valve on the valve seat, and the valve seat.
  • the amount of fuel supplied to the injection openings can be increased once more.
  • the throttle connection is formed in that a radial bore is formed in the sleeve, which is formed by the throttle collar which is formed on the valve needle, in the closed position of the valve needle is partially hidden.
  • the valve needle controls the entire radial bore, so that now the full flow cross-section is ensured in the annulus.
  • th embodiment may be formed instead of the radial bore in the sleeve, a connection bore in the valve needle, the mecanicsöffhung is partially covered by the sleeve in the closed position of the valve needle. During the opening stroke of the valve needle, the inlet opening emerges from the sleeve, so that thereby the entire flow cross-section is released.
  • Fuel injection valve shown. It shows
  • Figure 1 shows a fuel injection valve according to the invention in longitudinal section
  • Figure 2, Figure 3, Figure 4, Figure 4a, Figure 5, Figure 6 and Figure 7 show different embodiments of the fuel injection valve according to the invention in the region of the valve seat, wherein in each case only one half of the fuel injection valve is shown, and
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment, the region near the valve seat being shown here in partially sectioned illustration.
  • the fuel injection valve 1 shows a fuel injection valve according to the invention is shown in longitudinal section.
  • the fuel injection valve 1 has a valve body 2, in which a bore 3 is formed.
  • the bore 3 is bounded at its combustion chamber end by a valve seat 7 and extends at its opposite end into a spring chamber 14.
  • a valve needle 4 is longitudinally displaceable, which is surrounded in the region of the spring chamber 14 by a closing spring 16, the the valve needle 14 presses against the valve seat 7 with a valve sealing surface 12 formed on the valve needle 14.
  • the valve needle 4 With its end face remote from the valve seat, the valve needle 4 delimits a pressure chamber 18, in which an alternating force is generated by a device, not shown in the drawing. material pressure can be built with the valve needle 4 is additionally pressed in the direction of the valve seat 12.
  • the valve needle 4 is surrounded at its valve seat-side end by a sleeve 5, which is supported on a pressure shoulder 8 of the valve needle 4 via a tension spring 6.
  • the tension spring 6 ensures that the sleeve 5 always remains in contact with the valve seat 7, so that it remains stationary during the opening push movement of the valve needle 4.
  • a pressure chamber 11 is formed, which continues in the spring chamber 14 and can be filled with fuel under high pressure.
  • Valve needle 4 an annular space 10 is formed, which is connected via one or more throttle connections, here in the form of throttle bores 21, with the pressure chamber 11.
  • the basic operation of the fuel injection valve is from the
  • valve needle 4 moves in the fuel injection valve according to the invention by increasing or decreasing the pressure in the control chamber 18, so that the valve needle 4 by the pressure in the control chamber 18 on the one hand and the pressure in the pressure chamber 11 on the other hand moves in the longitudinal direction and this from
  • Valve seat 7 lifts off or sits on this. If the valve needle 4 has lifted off the valve seat 7, fuel flows from the pressure chamber 11 into the annular space 10 and from there to the injection openings 9, through which the fuel is ultimately injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows an enlargement of FIG. 1 in the region of the valve seat 7.
  • the valve needle 4 has at its valve seat side end a guide collar 20 on which a plurality of bevels 22 are formed, which allow unimpeded inflow of fuel from the annular space 10 to the injection openings 9 ,
  • the annular space 10 is connected via at least one throttle bore 21 to the pressure chamber 11, while the annular space 10 faces away from the valve seat 7 and is closed by the interaction of a throttle collar 24 with the sleeve 5, wherein the throttle collar 24 a distance hj is immersed in the sleeve 5 ,
  • a chamfer 28 which has a height h 2 and is provided here with a bevel angle a.
  • valve needle 4 Moved to injection the valve needle 4 away from the valve seat 7, so that between the valve sealing surface 12 and the valve seat 7 fuel from the annulus 10 to the injection ports 9 can flow. Since the throttle bores 21 allow only a certain flow of fuel into the annular space 10, only a small amount of fuel is injected through the injection ports 9 at low pressure. Does the valve needle 4 the
  • FIG 3 shows another embodiment in the same representation as Figure 2, this embodiment differs from the embodiment of Figure 2 only in that here no chamfering on the valve needle 4, but for a chamfer 29 is formed on the inside of the sleeve 5, the here has a bevel angle b. At the end of the chamfer 29, the control edge 30 is formed here. If the valve needle 4 has passed through the partial stroke hj, the throttle collar 24 dips into the chamfer 29, so that the flow cross section is opened between the control edge 30 and the valve needle 4, by means of which the fuel is supplied increasingly unthrottled to the injection openings.
  • FIG. 4 and FIG. 4 a show a further exemplary embodiment in which, unlike in the exemplary embodiment of FIG. 2, the chamfering does not exceed the velvet periphery of the valve needle 4 is executed, but individual grooves 32 are formed, which ensure the flow cross-section to the annulus 10.
  • a plurality of grooves 32 are formed distributed over the circumference of the valve needle 4. Depending on the width of the grooves 32 and on their bevel angle c, the profile of the flow cross-section can be compared to the stroke of the
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment in the same illustration as FIG.
  • a plurality of throttle bores 21 are formed, but here have a significantly larger diameter than the throttle bores 21 of Figures 2 to 4a.
  • the throttle collar formed on the valve needle 4 is in this case designed such that a control edge 33 is formed at its valve seat-side end, which partially closes the throttle bores 21 in the closed position of the valve needle 4.
  • a throttle connection is produced by which the annular space 10 is connected to the pressure chamber 11.
  • Opening stroke of the valve needle 4 is the control edge 33, the throttle holes 21 gradually free until after driving through the stroke h 3, the entire cross-section of the throttle holes 21 is available. Due to the large diameter of the throttle bores 21, an almost unthrottled supply of fuel from the pressure chamber 11 is now possible.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment, in which the annular space 10 is formed by an undercut 38 on the valve needle 4.
  • the throttle connection of the annular space 10 to the pressure chamber 11 is formed by a connecting bore 37 on the valve needle 4, wherein the inlet opening 39 of the connecting bore 37 is partially covered by the sleeve 5 in the closed position of the valve needle 4.
  • the control edge 30, which is formed on the sleeve 5, covers a part of the inlet opening 39, thereby forming a throttle connection.
  • the inlet opening 39 emerges from the sleeve 5 and thus allows an unthrottled influx of fuel into the annular space 10.
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment in which the throttle connection is produced in that a control edge 33 is formed on the throttle collar 24, between the latter and a recess 40 in the sleeve 5 a close Gap remains when the valve needle 4 is in its closed position.
  • This gap is increasingly widened by the lift stroke movement of the valve needle 4, so that a flow cross-section is thereby formed, which is essentially formed by the cross-section of the recess 40.
  • an unthrottled influx of fuel into the annulus 10 is also possible.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment in which different connections are formed in the sleeve 5, firstly throttle connections 21 which connect the annular space 10 to the pressure chamber 11 in the manner already shown above, and secondly valve boreholes 46 are provided for this purpose. which have a significantly higher cross-section and which allow an unthrottled influx of fuel into a further annular space 13, the valve seat facing away from the annular space 10 between the valve needle 4 and the sleeve 5 is formed.
  • a stop surface 42 is formed here, to which an intermediate washer 44 abuts for the exact adjustment of the opening stroke of the valve needle 4.
  • This opposite is a shoulder 41 formed on the valve needle 4, which has an axial distance h 5 in the closed position of the valve needle 4 of the intermediate disc 44.
  • the operation of this embodiment is as follows:
  • the annular space 10 is connected to the injection openings 9 during the opening stroke of the valve needle 4, as in the preceding embodiments.
  • the throttle collar 24 passes a control edge 30 on the inside of the sleeve 5, so that thereby a flow cross-section between the further annular space 13 and the annular space 10 is opened in the manner already shown above.
  • fuel now additionally flows through the inlet bore 46 and the further annular space 13 via the first annular space 10 to the injection openings 9.
  • valve needle 4 In the course of the opening stroke, the valve needle 4 finally reaches the stroke h 5 and comes with her shoulder 41 on the washer 44 to the plant , As a result, the sleeve 5 is taken along by the valve needle 4 in the further course of the opening stroke movement and lifts off from the valve seat 7. This controls an additional flow cross-section between the sleeve 5 and the valve seat 7, which again causes an increased fuel supply to the injection openings 9 and thus a higher effective injection pressure.
  • the injection course formation comprises three stages: once in the throttled inlet as long as the valve needle 4 has not yet passed through the stroke h 4 , a stronger flow, as long as the valve needle 4 has not yet passed through the stroke h 5 , and finally an even stronger inflow to the injection openings 9, if the valve needle 4 has lifted the sleeve 5 from the valve seat 7.
  • the stroke I15 must be greater than the stroke h 4 . This can be adjusted exactly over the thickness of the washer 44 in particular.
  • the sleeve 5 is always supported by a tension spring 6 on a shoulder 48 of the valve needle 4, even if this is not explicitly shown in the figure.
  • the throttle collar 20 is in any case necessary if there is a risk that it comes to the control edge 30 of the sleeve 5 to a hooking between the valve needle 4 and the sleeve 5.
  • the fuel injection valve according to the invention may preferably at a
  • Common rail system can be used, in which the pressure chamber 11 is connected to a high-pressure accumulator, in which fuel is always maintained under a predetermined high fuel pressure.
  • the control of the fuel pressure in the control chamber 18 is then preferably via a solenoid or piezo valve.

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (2), in dem eine Ventilnadel (4) längsverschiebbar angeordnet ist, die mit einem Ventilsitz (7) zur Steuerung wenigstens einer Einspritzöffnung (9) zusammenwirkt. Am ventilsitzseitigen Ende umgibt die Ventilnadel (4) eine Hülse (5). Zumindest auf einem Teil ihrer Länge wird die Ventilnadel (4) von einem Druckraum (11) umgeben, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Zwischen der Hülse (5) und der Ventilnadel (4) ist ein Ringraum (10) ausgebildet, der mit einem die Ventilnadel (4) umgebenden Druckraum (11) ständig über eine Drosselverbindung (21; 37) verbunden ist. Durch die Öffnungshubbewegung der Ventilnadel (4) wird einem Strömungsquerschnitt aufgesteuert, durch den der Druckraum (11) mit dem Ringraum (10) verbunden wird.

Description

Kraftstoffeinspritzventile bei Kraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, wie es vorzugsweise für die Kraftstoff-Direkteinspritzung in selbstzündende Brennkraftmaschinen verwendet wird.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 93 01 992 Ul ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, von dem im folgenden ausgegangen wird. Dieses weist einen Ven- tilkörper mit einer längsverschiebbaren Ventilnadel auf, die mit einem Ventilsitz zur Steuerung wenigstens einer Einspritzöffnung zusammenwirkt. Die Ventilnadel ist hierbei auf einem Teil ihrer Länge von einem Druckraum umgeben, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist und aus dem Kraftstoff je nach Stellung der Ventilnadel den Einspritzöffnungen zufließt, durch die der Kraftstoff letztendlich in den entsprechenden Brennraum eingespritzt wird. Die Ventilnadel wird an ihrem ventilsitzseitigen Ende von einer Hülse umgeben, die der Führung der Ventilnadel dient. In der Hülse sind mehrere Öffnungen ausgebildet, die einen ungehinderten Kraftstoffzufluss aus dem Druckraum zu den Einspritzöffnungen ermöglichen, wenn die Ventilnadel vom Ventilsitz abgehoben hat. Die Hülse stützt sich dabei über eine Spannfeder an der Ventilnadel ab und bleibt so bei der
Öffnungshubbewegung der Ventilnadel ortsfest. Da die Ventilnadel in der Hülse geiührt ist, ist eine optimale Führung der Ventilnadel im Bereich des Ventilsitzes gewährleistet, so dass es zu keiner Desachsierung bezüglich des Ventilsitzes kommen kann. Dies garantiert stets einen gleichmäßigen Zufluss von Kraftstoff zu den einzelnen Einspritzöffnungen. Um eine Einspritzverlaufsformung zu erreichen, also eine gestufte Einspritzrate während der Haupteinspritzung, kann der Kraftstoffstrom zu den Einspritzöffnungen zeitweilig gezielt gedrosselt werden, so dass die Einspritzrate nicht nur durch das Zusammenspiel der Ventilnadel mit dem Ventilsitz bestimmt wird. Erreicht wird dies beispielsweise durch eine hubabhängige Drosselung, wobei verschiedene Ausfuhrungen im Stand der Technik vorgeschlagen worden sind. Aus der Gebrauchsmusteranmeldung DE 297 13 071 Ul ist beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzdüse bekannt, die an ihrem einspritzseitigem Ende einen Zapfen aufweist, der in ein Sackloch hineinragt, von dem die Einspritzöffnungen ausgehen. Je nach
Hub der Ventilnadel wird ein mehr oder weniger großer Spalt zwischen dem Zapfen und der Wand des Sacklochs aufgesteuert, so dass abhängig vom Nadelhub unterschiedlich viel Kraftstoff den Einspritzöffnungen zufließt und damit eine gestufte Einspritzrate erreicht wird.
Die bekannten Kraftstoffeinspritzventile weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Führung der Ventilnadel im ventilsitznahen Bereich einerseits und die Einspritzverlaufsformung andererseits verschiedene Maßnahmen bedingen, die gleichzeitig ausgeführt werden müssen. Dadurch verteuert sich das Kraftstoffeinspritzventil und es wird zusätzlich Bauraum benötigt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merk- malen des Patentanspruchs 1 weist dem gegenüber den Vorteil auf, dass mit einfachen Mitteln eine Einspritzverlaufsformung und damit ein ruhigerer und geräuschärmerer Verbrennungs verlauf ermöglicht wird. Hierzu ist zwischen der Hülse und der Ventilnadel ein Ringraum ausgebildet, der mit dem die Ventilnadel umgebenden Druckraum ständig über eine Drosselverbindung verbunden ist. Dar- über hinaus ist ein Strömungsquerschnitt vorhanden, der durch die Öffnungshubbewegung der Ventilnadel aufgesteuert wird und der zwischen der Hülse und der Ventilnadel ausgebildet ist. Durch die Drosselverbindung ist sichergestellt, dass zu Beginn der Einspritzung im Ringraum ein entsprechender Kraftstoffdruck anliegt, damit eine Einspritzung unmittelbar beginnt, sobald die Ventilnadel vom Ventilsitz abgehoben hat. Nachdem die Ventilnadel einen Vorhub durchlaufen hat, wird nunmehr der Strömungsquerschnitt aufgesteuert, so dass jetzt Kraftstoff ungedrosselt in den Ringraum und damit zu den Einspritzöffnungen strömen kann, wodurch eine Einspritzung mit erheblich höherer Rate stattfindet.
Durch die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung möglich. In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist die Drosselverbindung durch Öffnungen in der Hülse ausgebildet, vorzugsweise durch Radialbohrungen. Da die Hülse außerhalb des Ventilkörpers separat gefertigt wird, lassen sich diese Radialbohrungen ohne größeren Aufwand exakt ein- bringen, so dass sich die Drosselwirkung so sehr genau einstellen lässt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Strömungsquerschnitt dadurch aufgesteuert, dass ein Drosselbund, der an der Ventilnadel ausgebildet ist, bei der Öffnungshubbewegung aus der Hülse austaucht. Besonders vorteilhaft ist diese Ausbildung, wenn sich an den Drosselbund eine Anfasung anschließt, so dass der Strömungsquerschnitt nicht plötzlich, sondern allmählich aufgesteuert wird, wodurch sich der Druckaufbau im Ringraum zusätzlich beeinflussen lässt. Es ist auch möglich, dass diese Anfasung nicht an der Ventilnadel, sondern an der Innenwand der Hülse ausgebildet ist, was prinzipiell den gleichen Effekt ergibt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kommt die Ventilnadel nach einem Teilhub ihres gesamten Öffnungshubs an einem Anschlag zur Anlage, der an der Hülse ausgebildet ist, so dass die Ventilnadel bei ihrer weiteren Hubbewegung die Hülse vom Ventilsitz abhebt. Dadurch wird ein zusätzlicher Strömungsquerschnitt aufgesteuert, der jetzt zwischen der Stirnseite der Hülse, die im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils am Ventilsitz aufliegt, und dem Ventilsitz aufgesteuert wird. Dadurch lässt sich die in den Einspritzöffnungen zugeführte Kraftstoffmenge noch einmal erhöhen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Drosselverbindung dadurch ausgebildet, dass eine Radialbohrung in der Hülse ausgebildet ist, die vom Drosselbund der an der Ventilnadel ausgebildet wird, in Schließstellung der Ventilnadel teilweise verdeckt wird. Im Zuge der Öffnungshubbewegung steuert die Ventilnadel dann die gesamte Radialbohrung auf, so dass nunmehr der volle Strö- mungsquerschnitt in den Ringraum sichergestellt ist. In einer weiteren vorteilhaf- - A -
ten Ausgestaltung kann anstelle der Radialbohrung in der Hülse eine Verbindungsbohrung in der Ventilnadel ausgebildet sein, deren Eintrittsöffhung von der Hülse in Schließstellung der Ventilnadel teilweise verdeckt wird. Bei der Öffnungshubbewegung der Ventilnadel taucht die Eintrittsöffnung aus der Hülse raus, so dass dadurch der gesamte Strömungsquerschnitt freigegeben ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar.
Zeichnung
In der Zeichnung sind verschiedene Ausfuhrungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt, Figur 2, Figur 3, Figur 4, Figur 4a, Figur 5, Figur 6 und Figur 7 zeigen verschiedene Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils im Bereich des Ventilsitzes, wobei jeweils nur eine Hälfte des Kraftstoffeinspritzventils gezeigt ist, und
Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei hier in teilweise ge- schnittener Darstellung der Bereich nahe des Ventilsitzes dargestellt ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist einen Ventilkörper 2 auf, in dem eine Bohrung 3 ausgebildet ist. Die Bohrung 3 ist an ihrem brennraumseitigen Ende von einem Ventilsitz 7 begrenzt und erweitert sich an ihrem gegenüberliegenden Ende in einen Federraum 14. In der Bohrung 3 ist längsverschiebbar eine Ventilnadel 4 angeordnet, die im Bereich des Federraums 14 von einer Schließfeder 16 umgeben ist, die die Ventilnadel 14 mit einer an der Ventilnadel 14 ausgebildeten Ventildichtfläche 12 gegen den Ventilsitz 7 drückt. Mit ihrer ventilsitz- abgewandten Stirnseite begrenzt die Ventilnadel 4 einen Druckraum 18, in dem durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung ein wechselnder Kraft- stoffdruck aufgebaut werden kann, mit der die Ventilnadel 4 zusätzlich in Richtung des Ventilsitzes 12 gedrückt wird.
Die Ventilnadel 4 wird an ihrem ventilsitzseitigen Ende von einer Hülse 5 umge- ben, die sich an einer Druckschulter 8 der Ventilnadel 4 über eine Spannfeder 6 abstützt. Die Spannfeder 6 sorgt dafür, dass die Hülse 5 stets in Anlage am Ventilsitz 7 bleibt, so dass sie bei der Öffnungsschubbewegung der Ventilnadel 4 ortsfest bleibt. Zwischen der Ventilnadel 4 und der Wand der Bohrung 3 ist ein Druckraum 11 ausgebildet, der sich in dem Federraum 14 fortsetzt und der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden kann. Zwischen der Hülse 5 und der
Ventilnadel 4 ist ein Ringraum 10 ausgebildet, der über eine oder mehrere Drosselverbindungen, hier in Form von Drosselbohrungen 21, mit dem Druckraum 11 verbunden ist.
Die grundsätzliche Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist aus dem
Stand der Technik hinreichend bekannt, so dass die Funktion hier nur kurz umrissen wird. Die Ventilnadel 4 bewegt sich beim erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil durch Druckerhöhung oder -erniedrigung im Steuerraum 18, so dass sich die Ventilnadel 4 durch den Druck im Steuerraum 18 einerseits und den Druck im Druckraum 11 andererseits in Längsrichtung bewegt und hierbei vom
Ventilsitz 7 abhebt oder auf diesem aufsitzt. Hat die Ventilnadel 4 vom Ventilsitz 7 abgehoben, so strömt Kraftstoff aus dem Druckraum 11 in den Ringraum 10 und von dort zu den Einspritzöffnungen 9, durch die der Kraftstoff letztendlich in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Figur 2 zeigt eine Vergrößerung von Figur 1 im Bereich des Ventilsitzes 7. Die Ventilnadel 4 weist an ihrem ventilsitzseitigem Ende einen Führungsbund 20 auf, an dem mehrere Anschliffe 22 ausgebildet sind, die einen ungehinderten Zufluss von Kraftstoff aus dem Ringraum 10 zu den Einspritzöffnungen 9 ermöglichen. Der Ringraum 10 ist über wenigstens eine Drosselbohrung 21 mit dem Druckraum 11 verbunden, während der Ringraum 10 dem Ventilsitz 7 abgewandt und durch das Zusammenwirken eines Drosselbundes 24 mit der Hülse 5 verschlossen wird, wobei der Drosselbund 24 eine Strecke hj in die Hülse 5 eingetaucht ist. An den Drosselbund 24 schließt sich eine Anfasung 28 an, die eine Höhe h2 aufweist und hier mit einem Anschrägungswinkel a versehen ist. Zur Einspritzung bewegt sich die Ventilnadel 4 vom Ventilsitz 7 weg, so dass zwischen der Ventildichtfläche 12 und dem Ventilsitz 7 Kraftstoff aus dem Ringraum 10 zu den Einspritzöffnungen 9 fließen kann. Da die Drosselbohrungen 21 nur einen gewissen Kraft- stofffluss in den Ringraum 10 zulassen, wird nur wenig Kraftstoff durch die Ein- Spritzöffnungen 9 mit geringem Druck eingespritzt. Hat die Ventilnadel 4 den
Vorhub h\ durchfahren, so erreicht die Anfasung 28 eine an der Hülse 5 ausgebildete Steuerkante 30, so dass im weiteren Öffnungshub die Anfasung 28 aus der Hülse 5 austritt. Dadurch wird ein Strömungsquerschnitt zwischen der Steuerkante 30 und der Anfasung 28 aufgesteuert, der mit zunehmendem Hub der Ventilna- del 4 immer größer wird. Durch diesen Strömungsquerschnitt kann nun Kraftstoff mit immer geringerer Drosselung aus dem Druckraum 11 in den Ringraum 10 einströmen und von dort zu den Einspritzöffnungen 9. Dadurch erhält man eine Ein- spritzverlaufsformung, bei der zu Beginn der Öffnungshubbewegung der Ventilnadel 4 nur eine geringe Menge eingespritzt wird, während dann, wenn der Strö- mungsquerschnitt zwischen der Anfasung 28 und der Hülse 5 zunehmend aufgesteuert wird, sehr viel Kraftstoff unter hohem Druck ausgespritzt wird. Der Gesamthub hmax, der durch den axialen Abstand der ventilsitzabgewandten Stirnfläche der Ventilnadel 4 von einem Haltekörper, an dem das Einspritzventil 1 anliegt, gegeben ist, ist auf jeden Fall größer als die Summe der Teilhübe hj und h2. Damit ist sichergestellt, dass das langsame Aufsteuern des Strömungsquerschnitts zwischen der Anfasung 28 und der Hülse 5 beim Öffnungshub der Ventilnadel 4 ganz durchlaufen wird.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in derselben Darstellung wie Figur 2, wobei sich dieses Ausführungsbeispiel vom Ausführungsbeispiel der Figur 2 nur dadurch unterscheidet, dass hier keine Anfasung an der Ventilnadel 4, daiür aber eine Anfasung 29 an der Innenseite der Hülse 5 ausgebildet ist, die hier einen Anschrägungswinkel b aufweist. Am Ende der Anfasung 29 ist hier die Steuerkante 30 ausgebildet. Hat die Ventilnadel 4 den Teilhub hj durchfahren, so taucht der Drosselbund 24 in die Anfasung 29 ein, so dass zwischen der Steuerkante 30 und der Ventilnadel 4 der Strömungsquerschnitt aufgesteuert wird, durch den der Kraftstoff den Einspritzöffnungen zunehmend ungedrosselt zugeführt wird.
Figur 4 und Figur 4a zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem - anders als bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 - die Anfasung nicht über den ge- samten Umfang der Ventilnadel 4 ausgeführt ist, sondern einzelne Nuten 32 ausgebildet sind, die den Strömungsquerschnitt zum Ringraum 10 sicherstellen. Hierbei werden vorzugsweise mehrere Nuten 32 über den Umfang der Ventilnadel 4 verteilt ausgebildet. Je nach Breite der Nuten 32 und nach deren Anschrä- gungswinkel c lässt sich der Verlauf des Strömungsquerschnitts mit dem Hub der
Ventilnadel 4 einstellen.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel in derselben Darstellung wie Figur 2 gezeigt. In der Hülse 5 sind mehrere Drosselbohrungen 21 ausgebildet, die hier jedoch einen deutlich größeren Durchmesser aufweisen als die Drosselbohrungen 21 der Figuren 2 bis 4a. Der an der Ventilnadel 4 ausgebildete Drosselbund ist hierbei so ausgebildet, dass an seinem ventilsitzseitigen Ende eine Steuerkante 33 ausgebildet ist, die in Schließstellung der Ventilnadel 4 die Drosselbohrungen 21 teilweise verschließt. Dadurch wird eine Drosselverbindung herge- stellt, durch die der Ringraum 10 mit dem Druckraum 11 verbunden ist. Bei der
Öffnungshubbewegung der Ventilnadel 4 gibt die Steuerkante 33 die Drosselbohrungen 21 nach und nach frei, bis nach Durchfahren des Hubs h3 der gesamte Querschnitt der Drosselbohrungen 21 zur Verfügung steht. Durch den großen Durchmesser der Drosselbohrungen 21 ist jetzt ein nahezu ungedrosselter Zu- ström von Kraftstoff aus dem Druckraum 11 möglich.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Ringraum 10 durch einen Freistich 38 an der Ventilnadel 4 ausgebildet ist. Die Drosselverbindung des Ringraums 10 zum Druckraum 11 ist durch eine Verbindungsboh- rung 37 an der Ventilnadel 4 ausgebildet, wobei die Eintrittsöffnung 39 der Verbindungsbohrung 37 durch die Hülse 5 in Schließstellung der Ventilnadel 4 teilweise verdeckt wird. Die Steuerkante 30, die an der Hülse 5 ausgebildet ist, überdeckt einen Teil der Eintrittsöffnung 39, so dass dadurch eine Drosselverbindung gebildet wird. Bei der Öffnungshubbewegung der Ventilnadel 4 taucht die Ein- trittsöffnung 39 aus der Hülse 5 aus und erlaubt so einen ungedrosselten Zustrom von Kraftstoff in den Ringraum 10.
In Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Drosselverbindung dadurch hergestellt wird, dass am Drosselbund 24 eine Steuerkante 33 ausgebildet ist, zwischen der und einer Ausnehmung 40 in der Hülse 5 ein enger Spalt verbleibt, wenn die Ventilnadel 4 in ihrer Schließstellung ist. Dieser Spalt wird durch die Örrhungshubbewegung der Ventilnadel 4 zunehmend erweitert, so dass dadurch ein Strömungsquerschnitt gebildet wird, der im wesentlichen durch den Querschnitt der Ausnehmung 40 gebildet wird. Dadurch ist ebenfalls ein un- gedrosselter Zustrom von Kraftstoff in den Ringraum 10 möglich.
In Figur 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei der in der Hülse 5 verschiedene Verbindungen ausgebildet sind, zum einen Drosselverbindungen 21, die den Ringraum 10 in der bereits oben gezeigten Weise mit dem Druckraum 11 verbinden, zum anderen sind ventilsitzabgewandt dazu Zulaufbohrungen 46 ausgebildet, die einen deutlich höheren Querschnitt aufweisen und die einen unge- drosselten Zustrom von Kraftstoff in einen weiteren Ringraum 13 ermöglichen, der ventilsitzabgewandt zum Ringraum 10 zwischen der Ventilnadel 4 und der Hülse 5 ausgebildet ist. An der Hülse 5 ist hier eine Anschlagfläche 42 ausgebil- det, an der zur genauen Einstellung des Öffnungshubs der Ventilnadel 4 eine Zwischenscheibe 44 anliegt. Dieser gegenüber ist eine Schulter 41 an der Ventilnadel 4 ausgebildet, die in Schließstellung der Ventilnadel 4 von der Zwischenscheibe 44 einen axialen Abstand h5 aufweist.
Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels ist wie folgt: Der Ringraum 10 wird wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen beim Öffnungshub der Ventilnadel 4 mit den Einspritzöffnungen 9 verbunden. Nach Durchfahren eines Hubs h4 passiert der Drosselbund 24 eine Steuerkante 30 an der Innenseite der Hülse 5, so dass dadurch ein Strömungsquerschnitt zwischen dem weiteren Ring- räum 13 und dem Ringraum 10 in der bereits oben gezeigten Art und Weise aufgesteuert wird. Dadurch strömt jetzt zusätzlich Kraftstoff durch die Zulaufbohrung 46 und den weiteren Ringraum 13 über den ersten Ringraum 10 zu den Einspritzöffnungen 9. Im weiteren Verlauf der Öffnungshubbewegung erreicht die Ventilnadel 4 schließlich den Hub h5 und kommt mit ihrer Schulter 41 an der Zwischenscheibe 44 zur Anlage. Dadurch wird die Hülse 5 im weiteren Verlauf der Öffnungshubbewegung durch die Ventilnadel 4 mitgenommen und hebt vom Ventilsitz 7 ab. Dies steuert einen zusätzlichen Strömungsquerschnitt zwischen der Hülse 5 und dem Ventilsitz 7 auf, der noch einmal einen verstärkten Kraftstoffzulauf zu den Einspritzöffnungen 9 und damit einen höheren effektiven Ein- spritzdruck bewirkt. Die Einspritzverlaufsformung umfasst hier also drei Stufe: einmal in den gedrosselten Zulauf solange die Ventilnadel 4 den Hub h4 noch nicht durchfahren hat, einen stärkeren Strömungszulauf, solange die Ventilnadel 4 den Hub h5 noch nicht durchfahren hat, und schließlich einen nochmals stärkeren Zulauf zu den Einspritzöffnungen 9 dann, wenn die Ventilnadel 4 die Hülse 5 vom Ventilsitz 7 abgehoben hat. Zur richtigen Funktion des Kraftstoffeinspitzventils muss hierbei natürlich der Hub I15 größer sein als der Hub h4. Dies lässt sich insbesondere über die Dicke der Zwischenscheibe 44 genau einstellen.
In allen vorhergehenden Ausführungsbeispiele stützt sich die Hülse 5 stets über eine Spannfeder 6 an einer Schulter 48 der Ventilnadel 4 ab, auch wenn dies in der Figur nicht explizit dargestellt ist. Der Drosselbund 20 ist in jedem Fall dann notwendig, wenn die Gefahr besteht, dass es an der Steuerkante 30 der Hülse 5 zu einem Verhaken zwischen der Ventilnadel 4 und der Hülse 5 kommt.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil kann vorzugsweise an einem
Common-Rail- System eingesetzt werden, bei dem der Druckraum 11 mit einem Hochdruckspeicher verbunden ist, in dem stets Kraftstoff unter einem vorgegebenen Kraftstoffhochdruck vorgehalten wird. Die Steuerung des Kraftstoffdrucks im Steuerraum 18 erfolgt dann vorzugsweise über ein Magnet- oder Piezoventil.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (2), in dem eine Ventilnadel (4) längsverschiebbar angeordnet ist, die mit einem
Ventilsitz (7) zur Steuerung wenigstens einer Einspritzöffnung (9) zusammenwirkt, und mit einer Hülse (5), die die Ventilnadel (4) an ihrem ventilsitz- seitigen Ende umgibt, und mit einem Druckraum (11), der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist und der die Ventilnadel (4) zumindest auf einem Teil ihrer Länge umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hülse
(5) und der Ventilnadel (4) ein Ringraum (10) ausgebildet ist, der mit dem Druckraum (11) ständig über eine Drosselverbindung (21; 37) verbunden ist, und mit einem Strömungsquerschnitt, der durch die Öffnungshubbewegung der Ventilnadel (4) aufgesteuert wird und durch den der Druckraum (11) mit dem Ringraum (10) zusätzlich verbunden wird.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt zwischen der Hülse (5) und der Ventilnadel (4) ausgebildet ist.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ventilnadel (4) ein Drosselbund (24) ausgebildet ist, der bei der Öffnungshubbewegung der Ventilnadel (4) aus der Hülse (5) austaucht, so dass dadurch der Strömungsquerschnitt aufgesteuert wird.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ventilsitzzugewandt zum Drosselbund (24) an der Ventilnadel (4) eine Anfasung (28) ausgebildet ist, die beim Öffnungshub der Ventilnadel (4) nach dem
Drosselbund (24) aus der Hülse (5) austaucht.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwand des ventilsitzabgewandten Endes der Hülse (5) eine Anfasung (29) ausgebildet ist, die der Drosselbund (24) der Ventilnadel (4) beim Öffnungshub überstreicht.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Druckraum (11) die Hülse (5) umgibt und dass die Drosselverbindung (21; 37) durch wenigstens eine Drosselbohrung (21) in der Hülse (5) ausgebildet ist.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Drosselbohrungen (21) über den Umfang der Hülse (5) verteilt angeordnet sind.
8. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselverbindung (21; 37) dann, wenn die Ventilnadel (4) vom Ventilsitz (7) abgehoben hat, auf dem Kraftstoffpfad vom Druckraum (11) zu der wenigstens einen Einspritzöffnung (9) den kleinsten Strömungsquerschnitt darstellt.
9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hülse (5) wenigstens eine Drosselverbindung (21) und an der Ventilnadel (4) ein Drosselbund (24) ausgebildet ist, wobei der Drosselbund (24) bei auf dem Ventilsitz (7) aufliegender Düsennadel (4) die wenigstens eine Drosselverbindung (21) teilweise verdeckt.
10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Drosselverbindung (21) beim Öffnungshub der Ventilnadel (4) durch den Drosselbund (24) ganz freigegeben wird.
11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ventilnadel (4) wenigstens eine Verbindungsbohrung (37) ausgebildet ist, deren Eintrittsöffnung (39) bei auf dem Ventilsitz (7) aufliegender Düsennadel (4) von der Hülse (5) teilweise verdeckt wird, so dass dadurch die Drosselverbindung (21; 37) gebildet wird.
12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (39) beim Öffnungshub der Ventilnadel (4) ganz aus der Hülse (5) austaucht.
13. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hülse (5) und einer an der Ventilnadel (4) ausgebildeten Schulter (48) eine Spannfeder (6) unter Vorspannung angeordnet ist, welche die Hülse (4) gegen den Ventilsitz (7) drückt.
14. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (4) nach einem Teilhub (h5) ihres Gesamthubs (hmax) an einer Anschlagfläche (42) der Hülse (5) zur Anlage kommt, so dass die Ventilnadel
(4) bei ihrer weiteren Hubbewegung die Hülse (5) vom Ventilsitz (7) abhebt.
15. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hülse (5) und der Ventilnadel (4) ein weiterer Ringraum (13) ausgebildet ist, der über Zulaufbohrungen (46) stets mit dem Druckraum (11) verbunden ist.
16. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ventilnadel (4) ein Drosselbund (24) ausgebildet ist, der nach dem Durchfahren eines Teilhubs (I14) eine Steuerkante (30) passiert, die an der Innenseite der Hülse (5) ausgebildet ist, so dass der weitere Ringraum (13) und der Ring- räum (10) hydraulisch verbunden werden.
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