EP2867519A1 - Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen

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EP2867519A1
EP2867519A1 EP13725117.9A EP13725117A EP2867519A1 EP 2867519 A1 EP2867519 A1 EP 2867519A1 EP 13725117 A EP13725117 A EP 13725117A EP 2867519 A1 EP2867519 A1 EP 2867519A1
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EP
European Patent Office
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valve needle
fuel
pressure chamber
valve
valve according
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Application number
EP13725117.9A
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English (en)
French (fr)
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EP2867519B1 (de
Inventor
Hans-Peter ZEITLHOFER
Roland Mitter
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • 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
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    • F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies
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    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0073—Pressure balanced valves
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    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/001—Control chambers formed by movable sleeves

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve, as it is preferably used for the injection of fuel directly into combustion chambers of internal combustion engines use, preferably of those that operate on the principle of auto-ignition.
  • the injectors usually have a valve needle, which is arranged longitudinally displaceable in the housing of a fuel injection valve.
  • the valve needle is mounted longitudinally movable in a pressure chamber and surrounded by fuel under high pressure.
  • the valve needle opens or closes one or more injection openings through which the fuel finally reaches the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • This movement of the valve needle must be carried out very quickly and accurately to exactly the amount of fuel required at the desired time in to introduce the combustion chamber.
  • a fuel injection valve is known for example from the published patent application DE 36 24 476 AI.
  • this In order to guide the valve needle in the pressure chamber, this has at least one guide section, with which the valve needle is guided in the radial direction. But it can also be provided several guide sections. In order to bring the fuel between the wall of the pressure chamber and the valve needle through to the injection openings, an annular space is provided between the valve needle and the wall of the pressure chamber, through which the fuel flows to the injection openings. In the area of the guide section, ie where the valve needle is guided in the pressure chamber, special precautions must be taken to allow a throttle-free flow of the fuel.
  • bevels on the valve needle are known, which allow a flow of fuel despite the leadership of the valve needle within the bore.
  • DE 36 24 476 AI known to direct the fuel through an oblique bore which is formed in the valve needle and extends in the region of the guide portion.
  • Object of the present invention is to pass the fuel Ström on the one hand to the leadership of the valve needle and on the other hand in a controlled manner to achieve throttling of the fuel flow to achieve a pressure difference between the upstream and downstream of a guide portion formed part of the pressure chamber, in which the valve needle is arranged.
  • the valve needle of the fuel injection valve is arranged in the pressure chamber so that it closes and opens at least one injection opening by its longitudinal movement, can be introduced through the fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • an annular space can flow through the fuel at high pressure in the direction of the injection openings.
  • the valve needle has at the level of the guide portion has a longitudinal bore through which fuel from the upstream of the guide portion formed part of the pressure chamber in the downstream of the guide portion formed part of the pressure chamber can flow, wherein within the longitudinal bore, a throttle point is formed, throttled at the fuel ström and the pressure is reduced.
  • the valve needle is modular and consists of a first valve needle part and a second valve needle part, between which a throttle piece is arranged.
  • the longitudinal bore is formed by two formed in the valve needle parts blind holes, which are connected via a throttle formed in the throttle body.
  • a throttle connection is formed in a simple manner, which causes a pressure difference between the upstream and downstream of the guide portion located portion of the pressure chamber when a fuel injection occurs and the fuel in the longitudinal bore is in motion.
  • connection of the longitudinal bore with the pressure chamber is formed in an advantageous embodiment of the invention by recesses in the valve needle, in particular by slot-shaped recesses, of which several may be formed distributed over the circumference of the valve needle.
  • recesses ensure an unthrottled fuel ström in the longitudinal bore, without affecting the mechanical stability of the valve needle.
  • one of the connections or also both connections of the longitudinal bore with the pressure chamber is formed by a plurality of filter bores formed in the valve needle.
  • These filter bores retain dirt particles, which can enter the injector with the flow of fuel and cause malfunctions there.
  • the filter bores are formed in such a number and with such a diameter that they on the one hand have a good filtering effect, but on the other hand, the flow of fuel in the longitudinal bore or from the longitudinal bore in the pressure chamber or only insignificantly throttle, so that the throttling of the fuel flow and so that the pressure difference is caused exclusively by the throttle point in the throttle piece.
  • the filter bores are preferably formed as radially extending bores having a diameter of preferably 100 to 300 ⁇ . This
  • Diameter range allows to achieve the desired effect with a manageable number of throttle bores.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a longitudinal section through an inventive fuel injection valve with the essential components connected
  • Figure 2 is an enlarged view of the valve body arranged therein
  • FIG. 1 a fuel injection valve 1 according to the invention is shown schematically in FIG.
  • the fuel injection valve 1 comprises a housing 2, which comprises a holding body 4 and a valve body 5, which bear against each other with their respective end faces.
  • the holding body 4 and the valve body 5 are pressed against each other by a device, not shown in the drawing, so that fuel from the interior of the housing 2 can not escape to the outside, so there is a liquid-tight connection between the two parts of the housing 2.
  • a pressure chamber 6 is formed which can be filled with fuel under high pressure.
  • a valve needle 10 is arranged longitudinally displaceable, which has a sealing surface 11 at its end facing the combustion chamber, which has a substantially conical shape and cooperates with a formed in the valve body 5 valve seat 12.
  • valve needle 10 with the sealing surface 11 on the valve seat 12, so one or more injection ports 8, which are formed in the valve body 5, sealed against the pressure chamber 6. On the other hand, if the valve needle 10 lifts away from the valve seat 12, a connection is established between the valve needle 12 and the valve needle 12
  • Opened sealing surface 11 and the valve seat 12 can flow through the fuel from the pressure chamber 6 to the injection openings 8.
  • the fuel when the fuel insp scritz valve is installed in an internal combustion engine, passes through the injection openings 8 in a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the valve needle 10 extends into the holding body 4 and, at the end facing the valve seat, the valve needle 10 is guided in a sleeve 22 which, together with the valve seat facing away from the end of the valve needle 10 and a throttle plate 30, delimits a control chamber 26.
  • the sleeve 22 is thereby pressed by a spring 25 against the throttle plate 30, wherein the spring 25 is arranged under pressure bias and is supported with its other end to a shoulder 24 which is formed on the valve needle 10.
  • the control of the longitudinal movement of the valve needle 10 in the pressure chamber 6 is effected by an alternating pressure in the control chamber 26.
  • a flow restrictor 41 is formed in the throttle plate 30, which can be connected via a control valve 32 and a drain line 34 to a fuel tank 40 in which only a low pressure, preferably ambient pressure prevails.
  • the control valve 32 is preferably an electromagnetic valve, which can be opened or closed by applying a corresponding control current.
  • the high-pressure accumulator 36 contains fuel under high pressure, with which the fuel is ultimately to be introduced into the combustion chamber, and in turn is supplied from the fuel tank 40 via a high-pressure pump 37 with compressed fuel. With the high-pressure accumulator 36 a plurality of injectors 1 may be connected, which are each connected via high-pressure lines 35 to the high-pressure accumulator 36.
  • valve needle 10 In the closed state of the fuel injection valve 1, the valve needle 10 is pressed by the pressure in the control chamber 26 and the consequent hydraulic force in the direction of the valve seat 12. Although the spring 25 presses the valve needle 10 also in the direction of the valve seat 12, but this force plays only a minor role in relation to the large hydraulic forces. Since the valve needle 10 rests with its sealing surface 11 on the valve seat 12, parts of the valve sealing surface are not acted upon by the pressure of the pressure chamber 6, so that there is an excess of force in the direction of the valve seat 12, which is due to the hydraulic forces. The control valve 32 is in its closed position, so that the drain line 34 is interrupted.
  • control valve 32 is opened, so that the control chamber 26 via the outlet throttle 41 and the
  • Leakage oil line 34 is connected to the fuel tank 40.
  • the pressure in the control chamber 26 decreases, wherein the outlet throttle 41 and the inlet throttle 42 are dimensioned so that when the control valve 32 is open more fuel the control chamber 26 drains, as over the inlet throttle 42 flows in the same period.
  • the valve needle 10 lifts off from the valve seat 12 and releases the injection openings 8, so that fuel is ejected from the pressure chamber 6 via the injection openings 8.
  • the control valve 32 is closed again, so that in the control chamber 26 again a high fuel pressure setting, which urges the valve needle 10 with a closing force in the direction of the valve seat 12 and pushes back into its closed position.
  • the remaining between the valve needle 10 and the wall of the pressure chamber 6 space serves as a fuel line, can flow through the fuel through the pressure chamber 6 to the injection openings 8.
  • a guide portion 14 is formed in the valve body 5, in which the valve needle 10 is guided.
  • the space remaining between the valve needle 10 and the guide section 14 is so small that, on the one hand, a certain lubricating film remains between the valve needle 10 and the wall of the pressure chamber 6 in order to permit movement of the valve needle 10, which, on the other hand, is so narrow, that fuel can flow through this residual gap in the direction of the injection openings 8 only to a very small extent, so that only a leakage flow is possible. So that fuel from the upstream of the guide portion 14 located
  • valve needle 10 which extends at the height of the guide portion 14, as shown enlarged in Figure 2 again.
  • the longitudinal bore 15 is formed in that the valve needle 10 consists of two valve needle parts 110, 210, between which a throttle piece 20 is arranged.
  • the first valve needle part 110 is arranged in the valve body 5, while the second valve needle part 210 is arranged in the holding body 4. Both valve needle parts 110, 210 abut with their end faces on the throttle piece 20 and are firmly connected to this, for example by a weld or solder joint.
  • the longitudinal bore 15 is formed by a first blind bore 115 and a second blind bore 215, which are introduced in the first valve needle part 110 and in the second valve needle part 210.
  • the throttle piece 20 has a central longitudinal bore, in which a throttle point 16 is formed in the form of a constriction
  • connection 17, 18 are formed in the first valve needle part 110 and in the second valve needle part 210 in each case.
  • the first connection 17 in the first valve needle part 110 is formed here as a slot-shaped recess
  • the second connection 18 in the second valve needle part 210 in the form of an oblique bore.
  • each of the connections 17, 18 may be formed as an oblique bore or slot-shaped recess. It is also possible for a plurality of connections 17, 18 to be distributed over the circumference of the valve needle 10.
  • the compounds 17, 18 are designed so that the fuel can flow unrestricted in the longitudinal bore 15, so that the pressure reduction occurs almost exclusively at the throttle point 16.
  • the valve needle 10 is designed so that it is substantially balanced in force in the open state, ie, the hydraulic forces cancel each other in the longitudinal direction substantially against each other. Since the closing force exerted by the spring 25 on the valve needle 10 is not sufficient for a quick closing alone, the closing of the valve needle 10 must be hydraulically assisted, as too slow needle closing leads to increased pollutant emissions. For this purpose, a pressure difference between the upstream and downstream of the guide portion 14 located parts of the pressure chamber must be achieved because then the opening force on the valve needle 10 by the fuel pressure in the valve body 5 is lower than the closing force, by the hydraulic force within the control chamber 26 on the Valve needle 10 is exercised. The fuel flows to the injection openings 8 through the longitudinal bore 15 within the valve needle 10. By the throttle point 16 within the longitudinal bore 15 such a pressure difference is achieved, so that the pressure in the downstream of the NASAsab- Section 14 lying pressure chamber 6 is lower than upstream of the guide portion 14th
  • valve needle 10 here also has a longitudinal bore 15, wherein the connection with the pressure chamber 6 upstream of the guide section 14 is formed by filter bores 19 which are introduced into the valve needle 10 in the radial direction.
  • the filter holes 19 are dimensioned in number and diameter so that no or only a slight pressure reduction takes place at these filter holes 19 compared to the pressure reduction at the throttle point 16.
  • the filter holes 21 are used to filter out particles in the fuel, which were not detected by the rule in the fuel injection system and the fuel insp scritz valve upstream filter so that they do not reach the injection ports 8.
  • the filter bores 19 are designed as radial bores and can be produced in various ways, for example by electro-sion or by a laser drilling process.
  • the diameter of the filter bores 19 is preferably 100 to 300 ⁇ , depending on the viscosity of the fuel and depending on the number of filter bores 19, so that no or only one compared to the pressure reduction at the throttle point 16 low pressure reduction takes place.

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Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (2), in dem ein Druckraum (6) ausgebildet ist, von dem wenigstens eine Einspritzöffnung (8) ausgeht. Im Druckraum (6) ist eine Ventilnadel (10) angeordnet, die durch ihre Längsbewegung die wenigstens eine Einspritzöffnung (8) öffnet und schließt. Zwischen der Ventilnadel (10) und der Wand des Druckraums (6) verbleibt zumindest abschnittsweise ein Ringraum, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist und durch den Kraftstoff in Richtung der Einspritzöffnungen (8) geleitet wird. Die Ventilnadel (10) ist in einem im Druckraum (6) ausgebildeten Führungsabschnitt (14) geführt. Die Ventilnadel (10) weist im Bereich des Führungsabschnitts (14) eine Längsbohrung (15) auf, durch die Kraftstoff von dem stromaufwärts des Führungsabschnitts (14) gelegenen Teil des Druckraums (6) in den stromabwärts gelegenen Teil des Druckraums (6) fließen kann, wobei innerhalb der Längsbohrung (15) eine Drosselstelle (16) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung Titel
Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, wie es vorzugsweise zur Einspritzung von Kraftstoff direkt in Brennräume von Brennkraftmaschinen Verwendung findet, vorzugsweise von solchen, die nach dem Prinzip der Selbstzündung arbeiten.
Stand der Technik
Zur Einspritzung von Kraftstoff sind Einspritzventile bekannt, die Kraftstoff unter hohem Druck in Brennräume einspritzen. Die Einspritzung des Kraftstoffs geschieht dabei durch eine oder mehrere Einspritzöffnungen unter sehr hohem Druck, der bis zu 2500 bar betragen kann, um ein feines Zerstäuben des Kraftstoffs zu erreichen. Dadurch bildet der Kraftstoff zusammen mit der verdichteten Luft im Brennraum ein zündfähiges Gemisch, das selbst- oder fremdgezündet verbrennt.
Zur Steuerung der Einspritzung weisen die Einspritzventile in aller Regel eine Ventilnadel auf, die längsverschiebbar im Gehäuse eines Kraftstoffeinspritzventils angeordnet ist. Die Ventilnadel ist dabei in einem Druckraum längsbewegbar gelagert und von Kraftstoff unter hohem Druck umgeben. Durch ihre Längsbewegung öffnet oder schließt die Ventilnadel eine oder mehrere Einspritzöffnungen, durch die der Kraftstoff letztendlich in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Diese Bewegung der Ventilnadel muss sehr rasch und präzise durchgeführt werden, um genau die benötigte Kraftstoffmenge zum gewünschten Zeitpunkt in den Brennraum einzubringen. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist beispielweise aus der Offenlegungsschrift DE 36 24 476 AI bekannt.
Um die Ventilnadel im Druckraum zu führen, weist diese wenigstens einen Führungsabschnitt auf, mit dem die Ventilnadel in radialer Richtung geführt ist. Es können aber auch mehrere Führungsabschnitte vorgesehen sein. Um den Kraftstoff zwischen der Wand des Druckraums und der Ventilnadel hindurch zu den Einspritzöffnungen zu bringen, ist zwischen der Ventilnadel und der Wand des Druckraums ein Ringraum vorgesehen, durch den der Kraftstoff den Einspritzöffnungen zufließt. Im Bereich des Führungsabschnitts, also dort, wo die Ventilnadel im Druckraum geführt ist, müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um einen drosselfreien Fluss des Kraftstoffs zu ermöglichen. Hier sind beispielsweise Anschliffe an der Ventilnadel bekannt, die trotz der Führung der Ventilnadel innerhalb der Bohrung einen Fluss des Kraftstoffs ermöglichen. Darüber hinaus ist aus der DE 36 24 476 AI bekannt, den Kraftstoff durch eine Schrägbohrung zu leiten, die in der Ventilnadel ausgebildet ist und im Bereich des Führungsabschnitts verläuft.
In der Regel soll vermieden werden, dass der Kraftstoff druck bei seinem Weg durch den Druckraum nennenswert an Druck verliert, indem er Engstellen passiert, um den vollen Einspritzdruck an den Einspritzöffnungen zur Verfügung zu haben für die bestmögliche Zerstäubung des Kraftstoffs. Bei manchen Einspritzventilen ist jedoch auch eine gezielte Minderung des Kraftstoffdrucks erwünscht und für die Funktion notwendig. So ist aus der Schrift DE 10 2007 032 741 AI ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein Drosselbund an der Ventilnadel ausgebildet ist, so dass der Kraftstoff bei seinem Fluss durch den Druckraum in Richtung der Einspritzöffnungen an dieser Stelle gedrosselt wird und dadurch etwas an Druck verliert. Dies ist notwendig, um ein sicheres Schließen der Ventilnadel zu ermöglichen, die ansonsten weitgehend in Längsrichtung druckausgeglichen ist. Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Kraftstoff ström einerseits an der Führung der Ventilnadel vorbeizuleiten und andererseits in kontrollierter Weise eine Drosselung des Kraftstoffstroms zu erreichen, um eine Druckdifferenz zwischen dem stromaufwärts und stromabwärts eines Führungsabschnitts ausgebildeten Teil des Druckraums zu erreichen, in dem die Ventilnadel angeordnet ist. Hierzu ist die Ventilnadel des Kraftstoffeinspritzventils im Druckraum so angeordnet, dass sie durch ihre Längsbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung schließt und öffnet, durch die Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingebracht werden kann. Hierbei verbleibt zwischen der Ventilnadel und der Wand des Druckraums zumindest abschnittsweise ein Ringraum, über den Kraftstoff unter hohem Druck in Richtung der Einspritzöffnungen fließen kann. Die Ventilnadel weist auf Höhe des Führungsabschnitts eine Längsbohrung auf, durch die Kraftstoff von dem stromaufwärts des Führungsabschnitts ausgebildeten Teil des Druckraums in den stromabwärts des Führungsabschnitts ausgebildeten Teil des Druckraums fließen kann, wobei innerhalb der Längsbohrung eine Drosselstelle ausgebildet ist, an der der Kraftstoff ström gedrosselt wird und sich der Druck damit vermindert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Ventilnadel modular aufgebaut und besteht aus einem ersten Ventilnadelteil und einem zweiten Ventilnadelteil, zwischen denen ein Drosselstück angeordnet ist. Die Längsbohrung wird durch zwei in den Ventilnadelteilen ausgebildete Sackbohrungen gebildet, die über eine im Drosselstück ausgebildete Drosselstelle verbunden sind. Dadurch wird in einfacher Weise eine Drosselverbindung gebildet, die eine Druckdifferenz zwischen dem stromaufwärts und stromabwärts des Führungsabschnitts gelegenen Teil des Druckraums bewirkt, wenn eine Kraftstoffeinspritzung geschieht und der Kraftstoff in der Längsbohrung in Bewegung ist.
Die Verbindung der Längsbohrung mit dem Druckraum ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung durch Ausnehmungen in der Ventilnadel gebildet, insbesondere durch schlitzförmige Ausnehmungen, von denen auch mehrere über den Umfang der Ventilnadel verteilt ausgebildet sein können. Solche Ausnehmungen gewährleisten einen ungedrosselten Kraftstoff ström in die Längsbohrung, ohne dass sie die mechanische Stabilität der Ventilnadel beeinträchtigen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird einer der Verbindungen oder auch beide Verbindungen der Längsbohrung mit dem Druckraum durch mehrere in der Ventilnadel ausgebildete Filterbohrungen gebildet. Diese Filterbohrungen halten Schmutzpartikel zurück, die mit dem Kraftstoffstrom in den Injektor gelangen und dort Fehlfunktionen verursachen können. Die Filterbohrungen werden in einer solchen Anzahl und mit einem solchen Durchmesser ausgebildet, dass sie einerseits eine gute Filterwirkung haben, andererseits jedoch den Kraftstoffstrom in die Längsbohrung bzw. von der Längsbohrung in den Druckraum nicht oder nur unwesentlich drosseln, so dass die Drosselung des Kraftstoffstroms und damit die Druckdifferenz ausschließlich durch die Drosselstelle im Drosselstück hervorgerufen wird.
Die Filterbohrungen sind vorzugsweise als radial verlaufende Bohrungen ausgebildet mit einem Durchmesser von vorzugsweise 100 bis 300 μηη. Dieser
Durchmesserbereich erlaubt, die gewünschte Wirkung mit einer überschaubaren Zahl von Drosselbohrungen zu erreichen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar.
Zeichnungen
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt
Figur 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil mit den wesentlichen angeschlossenen Komponenten,
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des Ventilkörpers mit darin angeordneter
Ventilnadel eines ersten Ausführungsbeispiels und Figur 3 in derselben Darstellung wie Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil 1 schematisch im
Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 umfasst ein Gehäuse 2, das einen Haltekörper 4 und einen Ventilkörper 5 umfasst, die mit ihren jeweiligen Stirnseiten aneinander anliegen. Der Haltekörper 4 und der Ventilkörper 5 werden dabei von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Vorrichtung gegeneinander verpresst, so dass Kraftstoff vom Inneren des Gehäuses 2 nicht nach außen gelangen kann, also eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den beiden Teilen des Gehäuses 2 besteht. Im Haltekörper 4 und im Ventilkörper 5 ist ein Druckraum 6 ausgebildet, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Im Druckraum 6 ist eine Ventilnadel 10 längsverschiebbar angeordnet, die an ihrem dem Brennraum zugewandten Ende eine Dichtfläche 11 aufweist, die im Wesentlichen eine konische Form aufweist und mit einem im Ventilkörper 5 ausgebildeten Ventilsitz 12 zusammenwirkt. Liegt die Ventilnadel 10 mit der Dichtfläche 11 auf dem Ventilsitz 12 auf, so werden eine oder mehrere Einspritzöffnungen 8, die im Ventilkörper 5 ausgebildet sind, gegen den Druckraum 6 abgedichtet. Hebt die Ventil- nadel 10 hingegen vom Ventilsitz 12 ab, so wird eine Verbindung zwischen der
Dichtfläche 11 und dem Ventilsitz 12 aufgesteuert, durch die Kraftstoff aus dem Druckraum 6 zu den Einspritzöffnungen 8 strömen kann. Der Kraftstoff gelangt dann, wenn das Kraftstoffe insp ritz ventil in einer Brennkraftmaschine verbaut ist, durch die Einspritzöffnungen 8 in einen Brennraum der Brennkraftmaschine.
Die Ventilnadel 10 erstreckt sich bis in den Haltekörper 4 und ist am ventilsitzab- gewandten Ende ist die Ventilnadel 10 in einer Hülse 22 geführt, die zusammen mit der ventilsitzabgewandten Stirnseite der Ventilnadel 10 und einer Drosselplatte 30 einen Steuerraum 26 begrenzt. Die Hülse 22 wird dabei durch eine Feder 25 entgegen die Drosselplatte 30 gedrückt, wobei die Feder 25 unter Druckvorspannung angeordnet ist und sich mit ihrem anderen Ende an einem Absatz 24 abstützt, der an der Ventilnadel 10 ausgebildet ist. Die Steuerung der Längsbewegung der Ventilnadel 10 im Druckraum 6 erfolgt durch einen wechselnden Druck im Steuerraum 26. Dazu ist in der Drosselplatte 30 eine Ablaufdrossel 41 ausgebildet, die über ein Steuerventil 32 und eine Leckölleitung 34 mit einem Kraftstoffbehälter 40 verbunden werden kann, in dem nur ein geringer Druck, vorzugsweise Umgebungsdruck herrscht. Das Steuerventil 32 ist dabei vorzugsweise ein elektromagnetisches Ventil, das über das Anlegen eines entsprechenden Steuerstroms geöffnet oder geschlossen werden kann. Die Befüllung des Steuerraums 26 erfolgt über eine ebenfalls in der Drosselplatte 30 ausgebildete Zulaufdrossel 42, die über eine Hochdruckleitung 35 mit einem Hochdruckspeicher 36 verbunden ist. Der Hochdruckspeicher 36 beinhaltet Kraftstoff unter hohem Druck, mit dem der Kraftstoff letztendlich in den Brennraum eingebracht werden soll, und wird seinerseits aus dem Kraftstoffbehälter 40 über eine Hochdruckpumpe 37 mit verdichtetem Kraftstoff versorgt. Mit dem Hochdruckspeicher 36 können mehrere Einspritzventile 1 verbunden sein, die jeweils über Hochdruckleitungen 35 mit dem Hochdruckspeicher 36 verbunden sind.
In geschlossenem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 1 wird die Ventilnadel 10 durch den Druck im Steuerraum 26 und die dadurch bedingte hydraulische Kraft in Richtung des Ventilsitzes 12 gedrückt. Die Feder 25 drückt zwar die Ventilnadel 10 ebenfalls in Richtung des Ventilsitzes 12, jedoch spielt diese Kraft im Verhältnis zu den großen hydraulischen Kräften nur eine untergeordnete Rolle. Da die Ventilnadel 10 mit ihrer Dichtfläche 11 auf dem Ventilsitz 12 aufliegt, werden Teile der Ventildichtfläche nicht vom Druck des Druckraums 6 beaufschlagt, so dass sich ein Kraftüberschuss in Richtung des Ventilsitzes 12 ergibt, der durch die hydraulischen Kräfte bedingt ist. Das Steuerventil 32 befindet sich dabei in seiner Schließstellung, so dass die Leckölleitung 34 unterbrochen ist.
Um die Ventilnadel 10 im Druckraum 6 zu bewegen, wird das Steuerventil 32 geöffnet, so dass der Steuerraum 26 über die Ablaufdrossel 41 und die
Leckölleitung 34 mit dem Kraftstoffbehälter 40 verbunden wird. Dadurch sinkt der Druck im Steuerraum 26 ab, wobei die Ablaufdrossel 41 und die Zulaufdrossel 42 so dimensioniert sind, dass bei geöffnetem Steuerventil 32 mehr Kraftstoff aus dem Steuerraum 26 abfließt, als über die Zulaufdrossel 42 im selben Zeitraum zufließt. Durch die hydraulischen Kräfte auf der Ventilnadel 10, insbesondere innerhalb des Ventilkörpers 5, ergibt sich jetzt eine resultierende Kraft auf die Ventilnadel 10, die vom Ventilsitz 12 weggerichtet ist und die Ventilnadel 10 in ihre Öffnungsstellung verbringt. Die Ventilnadel 10 hebt vom Ventilsitz 12 ab und gibt die Einspritzöffnungen 8 frei, so dass Kraftstoff aus dem Druckraum 6 über die Einspritzöffnungen 8 ausgespritzt wird. Zur Beendigung der Einspritzung wird das Steuerventil 32 wieder geschlossen, so dass sich im Steuerraum 26 erneut ein hoher Kraftstoff druck einstellt, der die Ventilnadel 10 mit einer Schließkraft in Richtung des Ventilsitzes 12 beaufschlagt und zurück in ihre Schließstellung drückt.
Der zwischen der Ventilnadel 10 und der Wand des Druckraums 6 verbleibende Raum dient als Kraftstoff leitung, über die Kraftstoff durch den Druckraum 6 bis zu den Einspritzöffnungen 8 fließen kann. Zur Anordnung der Ventilnadel 10 genau mittig im Druckraum 6 ist ein Führungsabschnitt 14 im Ventilkörper 5 ausgebildet, in dem die Ventilnadel 10 geführt ist. Der zwischen der Ventilnadel 10 und dem Führungsabschnitt 14 verbleibende Zwischenraum ist dabei so gering, dass zwar einerseits ein gewisser Schmierfilm zwischen der Ventilnadel 10 und der Wand des Druckraums 6 verbleibt, um eine Bewegung der Ventilnadel 10 zu ermöglichen, der jedoch andererseits so eng ist, dass Kraftstoff nur in sehr geringem Ausmaß durch diesen Restspalt in Richtung der Einspritzöffnungen 8 fließen kann, so dass nur eine Leckageströmung möglich ist. Damit Kraftstoff aus dem stromaufwärts des Führungsabschnitts 14 gelegenen
Bereich des Druckraums 6 in den stromabwärts gelegenen Teil des Druckraums 6 fließen kann, ist in der Ventilnadel 10 eine Längsbohrung 15 ausgebildet, die auf Höhe des Führungsabschnitts 14 verläuft, wie in Figur 2 vergrößert nochmals dargestellt. Die Längsbohrung 15 ist dadurch gebildet, dass die Ventilnadel 10 aus zwei Ventilnadelteilen 110, 210 besteht, zwischen denen ein Drosselstück 20 angeordnet ist. Das erste Ventilnadelteil 110 ist dabei im Ventilkörper 5 angeordnet, während das zweite Ventilnadelteil 210 im Haltekörper 4 angeordnet ist. Beide Ventilnadelteile 110, 210 liegen mit ihren Stirnseiten am Drosselstück 20 an und sind mit diesem fest verbunden, beispielweise durch eine Schweiß- oder Lötverbindung. Die Längsbohrung 15 wird durch eine erste Sackbohrung 115 und eine zweite Sackbohrung 215 gebildet, die im ersten Ventilnadelteil 110 bzw. im zweiten Ventilnadelteil 210 eingebracht sind. Das Drosselstück 20 weist eine mittige Längsbohrung auf, in der eine Drosselstelle 16 in Form einer Verengung ausgebildet ist
Um den Kraftstoffstrom durch die Längsbohrung 15 zu ermöglichen, ist im ersten Ventilnadelteil 110 und im zweiten Ventilnadelteil 210 jeweils eine oder mehrere Verbindungen 17, 18 ausgebildet. Die erste Verbindung 17 im ersten Ventilnadelteil 110 ist hier als schlitzförmige Ausnehmung ausgebildet, die zweite Verbindung 18 im zweiten Ventilnadelteil 210 in Form einer Schrägbohrung. Jede der Verbindungen 17, 18 kann jedoch als Schrägbohrung bzw. schlitzförmige Ausnehmung ausgebildet sein. Es können auch mehrere Verbindungen 17, 18 über den Umfang der Ventilnadel 10 verteilt angeordnet sein. Die Verbindungen 17, 18 sind dabei so ausgeführt, dass der Kraftstoff ungedrosselt in die Längsbohrung 15 einströmen kann, damit die Druckminderung praktisch ausschließlich an der Drosselstelle 16 geschieht.
Die Ventilnadel 10 ist so ausgebildet, dass sie im geöffneten Zustand im Wesentlichen kraftausgeglichen ist, d. h. die hydraulischen Kräfte heben sich in Längsrichtung weitgehend gegeneinander auf. Da die Schließkraft, die die Feder 25 auf die Ventilnadel 10 ausübt, allein zu einem schnellen Schließen nicht ausreicht, muss das Schließen der Ventilnadel 10 hydraulisch unterstützt werden, da ein zu langsames Nadelschließen zu erhöhten Schadstoffemissionen führt. Dazu muss eine Druckdifferenz zwischen den stromaufwärts und stromabwärts des Führungsabschnitts 14 gelegenen Teilen des Druckraums erreicht werden, da dann die Öffnungskraft auf die Ventilnadel 10 durch den Kraftstoffdruck im Ventilkörper 5 geringer ist als die Schließkraft, die durch die hydraulische Kraft innerhalb des Steuerraums 26 auf die Ventilnadel 10 ausgeübt wird. Der Kraftstoff fließt zu den Einspritzöffnungen 8 durch die Längsbohrung 15 innerhalb der Ventilnadel 10. Durch die Drosselstelle 16 innerhalb der Längsbohrung 15 wird eine solche Druckdifferenz erreicht, so dass der Druck im stromabwärts des Führungsab- Schnitts 14 gelegenen Bereich des Druckraums 6 geringer ist als stromaufwärts des Führungsabschnitts 14.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt, wobei hier - wie in Figur 2 - nur der Ventilkörper 5 zusammen mit der Ventilnadel 10 dargestellt ist. Die Ventilnadel 10 weist auch hier eine Längsbohrung 15 auf, wobei die Verbindung mit dem Druckraum 6 stromaufwärts des Führungsabschnitts 14 durch Filterbohrungen 19 gebildet wird, die in radialer Richtung in die Ventilnadel 10 eingebracht sind. Die Filterbohrungen 19 sind dabei in Anzahl und Durchmesser so bemessen, dass an diesen Filterbohrungen 19 keine oder nur eine geringe Druckminderung verglichen mit der Druckminderung an der Drosselstelle 16 stattfindet. Die Filterbohrungen 21 dienen dazu, Partikel im Kraftstoff herauszufiltern, die durch die in der Regel im Kraftstoffeinspritzsystem vorhandenen und dem Kraftstoffe insp ritz ventil vorgeschalteten Filter nicht erfasst wurden, damit diese nicht bis zu den Einspritzöffnungen 8 gelangen.
Die Filterbohrungen 19 sind als radiale Bohrungen ausgeführt und können auf verschiedene Art und Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Elektroero- sion oder durch einen Laser- Bohrprozess. Der Durchmesser der Filterbohrungen 19 beträgt dabei vorzugsweise 100 bis 300 μηη, je nach Viskosität des Kraftstoffs und je nach Anzahl der Filterbohrungen 19, damit keine oder nur eine gegenüber der Druckminderung an der Drosselstelle 16 geringe Druckminderung stattfindet.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffe inspritz ventil für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (2), in dem ein Druckraum (6) ausgebildet ist, von dem wenigstens eine Einspritzöffnung (8) ausgeht, und mit einer im Druckraum (6) angeordneten Ventilnadel (10), die durch ihre Längsbewegung die wenigstens eine Einspritzöffnung (8) öffnet und schließt, wobei zwischen der Ventilnadel (10) und der Wand des Druckraums (6) zumindest abschnittsweise ein Ringraum verbleibt, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist und durch den Kraftstoff in Richtung der Einspritzöffnungen (8) geleitet wird, und mit einem im Druckraum (6) ausgebildeten Führungsabschnitt (14), in dem die Ventilnadel (10) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (10) im Bereich des Führungsabschnitts (14) eine Längsbohrung (15) aufweist, durch die Kraftstoff von dem stromaufwärts des Führungsabschnitts (14) gelegenen Teil des Druckraums (6) in den stromabwärts gelegenen Teil des Druckraums (6) fließen kann, wobei innerhalb der Längsbohrung (15) eine Drosselstelle (16) ausgebildet ist.
2. Kraftstoffe inspritz ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrung (15) stromaufwärts des Führungsabschnitts (14) durch eine erste Verbindung (17) und stromabwärts des Führungsabschnitts (14) durch eine zweite Verbindung (18) mit dem Druckraum (6) verbunden ist.
3. Kraftstoffe inspritz ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (10) modular aufgebaut ist und einen erstes Ventilnadelteil (110) und ein zweites Ventilnadelteil (210) aufweist, zwischen denen ein Drosselstück (20) angeordnet ist, das die Drosselstelle (16) aufweist.
4. Kraftstoffe inspritz ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventilnadelteil (110) eine erste Sackbohrung (115) und das zweite Ventilnadelteil (210) eine zweite Sackbohrung (215) aufweisen, die so ausgebildet sind, dass durch Verbinden der beiden Ventilnadelteile (110; 210) unter Zwischenlage des Drosselstücks (20) die Längsbohrung (15) mit der Drosselstelle (16) gebildet wird.
5. Kraftstoffe inspritz ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen (17; 18) durch Ausnehmungen in der Ventilnadel (10) gebildet sind.
6. Kraftstoffe inspritz ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (17; 18) schlitzförmig ausgebildet sind.
7. Kraftstoffe inspritz ventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ausnehmungen (17; 18) über den Umfang der Ventilnadel (10) verteilt angeordnet sind.
8. Kraftstoffe inspritz ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindung (17) zwischen der Längsbohrung (15) und dem Druckraum (6) durch mehrere Filterbohrungen (19) gebildet ist, die in der Ventilnadel (10) ausgebildet sind.
9. Kraftstoffe inspritz ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbohrungen (19) als radiale Bohrungen in der Ventilnadel (10) ausgebildet sind.
10. Kraftstoffe inspritz ventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbohrungen einen Durchmesser von 100 bis 300 μηη aufweisen.
11. Kraftstoffe inspritz ventil nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbohrungen (19) in solcher Anzahl und mit einem solchen Durchmesser ausgebildet sind, dass der Kraftstoffstrom vom Druckraum (6) in die Längsbohrung (15) durch die Filterbohrungen (19) nicht oder nur unwesentlich gedrosselt wird.
12. Kraftstoffe inspritz ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventilnadelteil (110), das zweite Ventilnadelteil (210) und das Drosselstück (20) miteinander fest verbunden sind, vorzugsweise durch eine
Schweiß- oder Lötverbindung.
13. Kraftstoffe inspritz ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wand des Druckraums und der Ventilnadel im Bereich des Führungsabschnitts (14) eine solche Dicke aufweist, dass nur eine
Leckageströmung möglich ist.
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