WO2004104406A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen Download PDF

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WO2004104406A1
WO2004104406A1 PCT/DE2003/004022 DE0304022W WO2004104406A1 WO 2004104406 A1 WO2004104406 A1 WO 2004104406A1 DE 0304022 W DE0304022 W DE 0304022W WO 2004104406 A1 WO2004104406 A1 WO 2004104406A1
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valve
fuel injection
valve seat
sealing
needle
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PCT/DE2003/004022
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Jochen Mertens
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection valve for internal combustion engines, as is known for example from the document DE 103 15 821 AI.
  • the known fuel injection valve has a valve seat from which at least one injection opening goes out.
  • a piston-shaped valve needle which is designed as an outer valve needle, is arranged in the fuel injection valve.
  • the valve needle has a valve sealing surface with which the valve needle interacts with the valve seat by its longitudinal movement in such a way that the injection openings can be opened or closed in order to control the fuel injection into the combustion chamber.
  • Two sealing edges are formed on the valve sealing surface, of which the first sealing edge comes into contact with the valve seat on the valve seat upstream and the second sealing edge downstream of the at least one injection opening on the valve seat when the valve needle is in contact. As a result, the injection openings are to be completely sealed off from the other fuel in the fuel injection valve.
  • the sealing edges are arranged in such a way that when the valve needle moves onto the valve sealing surface, the second sealing edge comes into contact with the valve seat first and only with a higher closing force and speaking elastic deformation at the valve seat end of the valve needle also the first sealing edge.
  • the forces that have to be exerted for this are considerable:
  • the valve needle can only be deformed radially inward by compressing the entire needle, which causes the high forces.
  • the closing force on the valve needle must, in addition to the hydraulic pressure which usually acts constantly on the valve needle in common-rail applications, also have to exert this sealing force, which lowers the effective opening pressure.
  • the opening force and thus the opening pressure also change, which causes a change in the injection characteristic of the fuel injector
  • valve needle according to the invention has the advantage over the prior art that sealing of the injection openings upstream and downstream is achieved by the valve needle, only small forces being required for this compared to the closing forces that occur.
  • the valve needle according to the invention has a recess on its end face on the valve seat, so that an elastically or plastically deformable sealing lip is formed, on which the second sealing edge is formed. Through this recess, the sealing lip is easily deformable without reducing the wall thickness of the valve needle, insofar as it is designed as a hollow needle, too far. This maintains the stability of the valve needle while at the same time sealing the injection openings well.
  • the recess forming the sealing lip can also be used with advantage in the case of a valve needle which has no longitudinal bore.
  • a valve needle which has no longitudinal bore.
  • the recess is advantageously formed by a radial expansion at the end of the longitudinal bore on the valve seat side.
  • the formation as a bevel is advantageous, so that the recess has a frustoconical shape.
  • the second sealing edge is formed precisely as a burr, the second sealing edge simultaneously forming the end of the valve needle on the valve seat side.
  • other shapes of the recess can also be advantageous.
  • the decisive factor is the weakening of the end of the valve needle on the combustion chamber, on which the second sealing edge is formed, in such a way that a sealing lip is formed which is so elastic that it springs inwards even with little effort.
  • valve needle is solid and has no longitudinal bore, the recess can be made in the same way when viewed in cross section.
  • the elastic sealing lip also provides a suitable seal for the injection openings.
  • sealing lip is particularly advantageous to design the sealing lip as triangular in cross section. This results in the outer edge automatically the second sealing edge, which is so precise to manufacture.
  • FIG. 1 shows a fuel injector according to the invention with two valve needles guided one inside the other in longitudinal section,
  • FIG. 2 shows an enlargement of FIG. 1 in the section designated II
  • FIG. 3 shows an enlarged illustration of FIG. 2 in the detail designated III, the configuration of FIGS. 2 and 3 representing the prior art,
  • FIG. 4 shows a first exemplary embodiment of the invention in the same representation as FIG. 2,
  • FIG. 5 shows the section of FIG. 4 labeled V in an enlarged representation
  • FIG. 6 shows what is known from the prior art
  • FIG. 7 shows an enlarged illustration of the section of FIG. 6 designated VII,
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of the invention in the same representation as FIG. 7
  • Figure 9 shows the section designated by IX of Figure 8 in an enlarged view. Description of the embodiments
  • a fuel injection valve according to the invention is shown in longitudinal section.
  • a bore 5 is formed in a valve body 1 and is delimited at its combustion chamber end by an essentially conical valve seat 18.
  • the valve body 1 is pressed by means of a clamping nut 3 against a holding body, not shown in the drawing.
  • Injection openings 20 and inner injection openings 22 extend from the valve seat 18 and open into the combustion chamber of the internal combustion engine when the fuel injection valve is in the installed position.
  • a valve needle 8 is arranged in the bore 5 and is guided in the bore 5 in an area facing away from the valve seat.
  • valve needle 8 tapers towards the valve seat 18 to form a pressure shoulder 12 and merges at its end on the combustion chamber side into a likewise essentially conical valve sealing surface 35, with which the valve needle 8 interacts with the valve seat 18.
  • a pressure chamber 14 is formed between the valve needle 8 and the wall of the bore 5, which is expanded radially at the pressure shoulder 12.
  • An inlet channel 16 running in the valve body 1 opens into the radial expansion of the pressure chamber 14, via which the pressure chamber 14 can be filled with fuel under high pressure.
  • a longitudinal bore 11 is formed in the valve needle 8, in which an inner needle 10 is arranged to be longitudinally displaceable.
  • the inner needle 10 has at its end on the valve seat side an inner valve sealing surface 42, with which it also interacts with the valve seat 18.
  • the valve needle 8 and the inner needle 10 cooperate with the valve seat 18 in such a way that when the valve needle 8 rests on the valve seat 18, the pressure chamber 14 is sealed against the injection openings 20, 22.
  • the inner needle 10 remains at least initially in its closed position, in which it is also held by a closing force.
  • the inner needle 10 is now acted upon by the fuel pressure, which leads to an opening force opposing the closing force via corresponding pressure surfaces on the inner needle 10.
  • the inner needle 10 now also lifts off the valve seat 18 and opens the inner injection openings 22 or it remains in its closed position due to a correspondingly high closing force.
  • fuel can be injected into the combustion chamber through all the injection openings 20, 22 or only through part of the injection openings 20.
  • the injection is ended and the valve needle 8 and the inner needle 10 slide in the longitudinal direction back into their respective closed position in contact with the valve seat 18.
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of the section from FIG. 1, designated II, in the region of the valve seat, the configuration shown here corresponding to the already known prior art.
  • the valve needle 8 covers the injection openings 20 with its valve sealing surface 35.
  • the sealing should take place both against the pressure chamber 14 and against the space remaining between the inner needle 10 and the valve needle 8. Otherwise, high hydrocarbon emissions can occur, which result from fuel that penetrates into the combustion chamber from this intermediate space in the injection pauses through the injection openings 20.
  • the valve sealing surface 35 is ner first sealing edge 26 and a second sealing edge 28 to equip.
  • valve sealing surface 35 is divided into a first conical surface 30, a second conical surface 31, a third conical surface 32 and a fourth conical surface 33, the first sealing edge 26 being formed at the transition from the first conical surface 30 to the second conical surface 31 and the second sealing edge 28 at the transition from the third conical surface 32 to the fourth conical surface 33.
  • FIG. 3 the section from FIG. 2 designated III is shown again enlarged.
  • the fuel injection valve according to the invention is constructed, for example, as shown in FIG. 4.
  • the same components are designated with the same reference numbers as in FIGS. 1 to 3, so that the content of the description of these figures is referred to in full.
  • a recess 37 is formed, which is formed here by a radial expansion of the longitudinal bore 11.
  • FIG. 5 shows an enlarged illustration in the region of the recess 37.
  • This recess 37 has the shape of a truncated cone and is designed such that a sealing lip 40 is formed, on which the second sealing edge 28 is formed.
  • the sealing lip 40 is approximately triangular and therefore the second on it
  • the outer edge forming the sealing edge 28 is so flexible that it can deform radially inwards even with only slight forces.
  • the sealing edges 26, 28 are arranged in the same way as in the already known exemplary embodiment of FIGS. 2 and 3, the second sealing edge 28 is first placed on the valve seat 18 during the closing movement of the valve needle 8.
  • the sealing lip 40 formed by the recess 37 is now pressed radially inwards by small axial forces and thus enables the first sealing edge 26 to rest on the valve seat 18 and to seal the injection openings 20.
  • the wall thickness of the valve needle 8 is hardly weakened in the region of the annular groove 24, so that practically the same stability of the valve needle 8 still results.
  • the fourth conical surface 33 is eliminated by the formation of the recess 37.
  • the recess 37 is truncated cone-shaped, but it is designed such that an annular surface 44 is formed at the end of the valve needle 8 on the valve seat side.
  • the second sealing edge 28 is formed on the outer edge of this annular surface 44, which makes the syringe of the valve needle 8 somewhat more stable, but also somewhat less flexible.
  • FIG. 5 b shows an exemplary embodiment in which the annular surface 44 is designed to be somewhat inclined so that the second sealing edge 28 no longer forms the end of the valve needle 8 on the valve seat side.
  • the recess 37 also ensures here, however, that there is sufficient flexibility in this area.
  • FIG. 5c shows a further exemplary embodiment, in which the recess 37 is again designed such that an annular surface 44 is formed.
  • the annular groove 24 is not through here formed two conical surfaces, but it has a rounded course. Depending on the design of the annular groove 24, this results in a somewhat greater flexibility of the sealing lip 40.
  • FIG. 5d shows a further exemplary embodiment in which the recess 37 is no longer frustoconical, but bell-shaped, so that the sealing lip 40 is made even thinner and thus with even greater flexibility.
  • the annular groove 24 is again formed by two conical surfaces.
  • a shoulder 34 is formed in the annular groove 24, between the second cone surface 31 and the third cone surface 32.
  • the sealing lip 44 can be deliberately weakened and the flexibility increased further.
  • FIG. 5f shows, to round off the shoulder 34 and the third taper surface 32 instead of edge-like, sharp transitions between the cone surfaces 31, 32 and the shoulder 34, which leads to a reduction in notch stresses in this area.
  • FIG. 6 shows a fuel injection valve which is known from the prior art.
  • the structure largely corresponds to that shown in FIG. 1, so that the same components are identified by the same reference numbers. Insofar as the components are identical to those of the exemplary embodiments described above, reference is made to the description there.
  • the valve needle 8 has no longitudinal bore here, so that the inner needle is omitted.
  • the valve needle 8 controls the fuel flow from the pressure chamber 14 to the injection openings 20 in a known manner by moving in the longitudinal direction.
  • FIG. 7 shows an enlarged illustration in the region of the valve seat 18 from FIG. 6.
  • the valve sealing surface 35 has a first conical surface 30 and a second conical surface 31, which has an opening angle such as this are formed such that a first sealing edge 26 ′ is formed between them, between which and the valve seat 18 the injection openings 20 are sealed off from the pressure chamber 14.
  • the conical valve seat 18 does not taper to the end of the valve body 1 on the combustion chamber side, but ends in a residual volume 46, which essentially has the shape of a hemisphere.
  • the residual volume 46 also serves as a tool outlet during the manufacture of the valve seat 18. This residual volume 46 remains connected to the combustion chamber via the injection openings 20 when the fuel injection valve is closed, which has a negative effect on the hydrocarbon emissions of the internal combustion engine.
  • valve needle 8 In order to reduce this residual volume 46, the valve needle 8 according to the invention is designed as in the exemplary embodiment of FIG. 8 according to the invention.
  • a frustoconical recess 37 is formed at the end on the valve seat side, so that a sealing lip 40 is formed.
  • the sealing lip 40 seals the injection openings 20 against the residual volume 46, as a result of which the fuel-filled volume, which is still connected to the injection openings 20, is opened the volume of the annular groove 24 is limited.
  • the recess 37 can also take various forms here, for example a bell shape, as shown in FIG. 5d, or a hemisphere shape. Likewise, all of the shapes of the annular groove 24 shown in FIGS. 5a to 5f can also be implemented here.
  • the sealing lip 40 is plastically deformable.
  • the sealing lip 40 is deformed to such an extent that the two sealing edges 26, 28 rest on the valve seat 18, in which case the low force which is still necessary to deform the sealing lip 40 inwards can also be eliminated.
  • the deformation of the sealing lip 40 takes place plastically and elastically, that is, during the first closing process, part of the total deformation which is necessary to bring the first sealing edge 26 into contact with the valve sealing surface 18 takes place plastically, which the forces subsequently required further reduced for the elastic deformation of the sealing lip 40.

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Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, in dem ein Ventilsitz (18) ausgebildet ist, von dem wenigstens eine Einspritzöffnung (20) abgeht. Eine Ventilnadel (8) mit einer an der Ventilnadel (8) ausgebildeten Ventildichtfläche (35) wirkt mit dem Ventilsitz (18) zusammen und verschliesst und öffnet dadurch die wenigstens eine Einspritzöffnung (20). An der Ventildichtfläche (35) ist eine erste Dichtkante (26) und eine zweite Dichtkante (28) ausgebildet, wobei die erste Dichtkante (26) in Schliessstellung der Ventilnadel (8) stromaufwärts der wenigstens einen Einspritzöffnung (20) dichtend auf dem Ventilsitz (18) aufliegt und die zweite Dichtkante (28) stromabwärts der wenigstens einen Einspritzöffnung (20). Die Ventilnadel (8) weist an ihrer dem Ventilsitz (18) zugewandten Stirnseite eine Ausnehmung (37) auf, so, dass eine durch die Anlage der Ventilnadel (8) auf dem Ventilsitz (18) elastisch oder plastisch nach innen verformbare Dichtlippe (40) gebildet wird, an der die zweite Dichtkante (28) ausgebildet ist.

Description

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es beispielsweise aus der Schrift DE 103 15 821 AI bekannt ist. Das bekannte Kraftstof einspritzventil weist einen Ventilsitz auf, von dem wenigstens eine Einspritzöffnung abgeht. In dem Kraftstoffeinspritzventil ist eine kolbenförmige Ventilnadel angeordnet, die als Ventilaußennadel ausgeführt ist. Die Ventilnadel weist eine Ventildichtfläche auf, mit der die Ventilnadel so mit dem Ventilsitz durch ihre Längsbewegung zusammenwirkt, dass dadurch die Einspritzöffnungen geöffnet oder verschlossen werden können, um die Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum zu steuern. An der Ventildichtfläche sind zwei Dichtkanten ausgebildet, von denen die erste Dichtkante bei Anlage der Ventilnadel auf dem Ventilsitz stromaufwärts und die zweite Dichtkante stromabwärts der wenigstens einen Einspritzöffnung am Ventilsitz zur Anlage kommt. Hierdurch sollen die Einspritzöffnungen völlig gegen den sonstigen Kraftstoff im Kraftstoffeinspritzventil abgedichtet werden.
Bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil kommt es hierbei jedoch zu Schwierigkeiten: Um eine sichere Abdichtung an beiden Dichtkanten zu erreichen sind die Dichtkanten so angeordnet, dass bei der Bewegung der Ventilnadel auf die Ventildichtfläche zu zuerst die zweite Dichtkante am Ventilsitz zur Anlage kommt und erst bei höherer Schließkraft und ent- sprechender elastischer Verformung am ventilsitzseitigen Ende der Ventilnadel auch die erste Dichtkante. Die Kräfte, die hierzu aufgewandt werden müssen, sind beträchtlich: Die Verformung der Ventilnadel radial nach innen kann nur durch eine Stauchung der gesamten Nadel erfolgen, was die hohen Kräfte bedingt. Die Schließkraft auf die Ventilnadel muss neben dem hydraulischen Druck, der bei Common-Rail Anwendungen üblicherweise ständig auf die Ventilnadel wirkt, auch noch diese die Abdichtung bewirkende Kraft aufbringen, was den effektiven Öffnungsdruck erniedrigt. Insbesondere für den Fall, dass sich durch Ermüdung oder plastisches Verformung der Ventilnadel die für die Abdichtung der Ventilnadel nötige Kraft im Laufe der Lebensdauer ändert, ändert sich auch die Öffnungskraft und damit der Offnungsdruck, was eine Änderung der Einspritzcharakteristik des Kraftstoffein- spritzventils bewirkt
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Abdichtung der Einspritzöffnungen stromaufwärts und stromabwärts durch die Ventilnadel erreicht wird, wobei dazu verglichen mit den auftretenden Schließkräften nur geringe Kräfte nötig sind. Hierzu weist die erfindungsgemäße Ventilnadel an ihrer ventilsitzseitigen Stirnseite eine Ausnehmung auf, so, dass eine elastisch oder plastisch nach innen verformbare Dichtlippe gebildet wird, an dem die zweite Dichtkante ausgebildet ist. Durch diese Ausnehmung wird die Dichtlippe leicht verformbar, ohne die Wandstärke der Ventilnadel, soweit diese als Hohlnadel ausgebildet ist, zu weit zu mindern. Dadurch bleibt die Stabilität der Ventilnadel erhalten bei gleichzeitiger guter Abdichtung der Einspritzöffnungen. Ebenso vorteilhaft lässt sich die die Dichtlippe formende Ausnehmung auch bei einer Ventilnadel anwenden, die keine Längsbohrung aufweist. Hier ergibt sich durch die sonst nicht mögliche Abdichtung sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Einspritzöffnungen eine weitere Reduzierung des kraftstoffgefüllten Volumens, das in den Einspritzpausen über die Einspritzöffnungen mit dem Brennraum verbunden ist. Hierdurch werden die Kohlenwasserstoffemissionen der Brennkraftmaschine deutlich gesenkt.
Durch die Unteransprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung möglich.
Soweit die Ventilnadel als eine Hohlnadel mit einer entsprechenden Längsbohrung ausgebildet ist, wird die Ausnehmung vorteilhafterweise durch eine radiale Erweiterung am ventilsitzseitigen Ende der Längsbohrung ausgebildet. Vorteilhaft ist insbesondere die Ausbildung als Anschrägung, so dass die Ausnehmung eine kegelstumpfförmige Form aufweist. Dies ist einfach zu fertigen, und die zweite Dichtkante wird präzise als Grat ausgebildet, wobei die zweite Dichtkante gleichzeitig das ventilsitzseitige Ende der Ventilnadel bildet. Je nach Anforderungen an die Ventilnadel und deren Stabilität können auch andere Formen der Ausnehmung vorteilhaft sein. Entscheidend ist die Schwächung des brennraumseitigen Endes der Ventilnadel, an dem die zweite Dichtkante ausgebildet ist, so, dass eine Dichtlippe gebildet wird, die soweit e- lastisch ist, dass sie bereits durch geringen Kraftaufwand nach innen federt .
Ist die Ventilnadel massiv ausgeführt und weist keine Längsbohrung auf, so kann die Ausnehmung im Querschnitt gesehen in gleicher Weise ausgeführt sein. Die elastische Dichtlippe sorgt ebenfalls für eine entsprechende Abdichtung der Ein- spritzöff ungen.
Besonders vorteilhaft ist es, die Dichtlippe im Querschnitt gesehen dreieckför ig auszubilden. Hierdurch ergibt sich an der Außenkante automatisch die zweite Dichtkante, die so präzise zu fertigen ist.
Zeichnung
In der Zeichnung sind der Stand der Technik und verschiedene
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffein- spritzventils dargestellt. Es zeigt
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil mit zwei ineinander geführten Ventilnadeln im Längsschnitt,
Figur 2 eine Vergrößerung von Figur 1 im mit II bezeichneten Ausschnitt,
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung von Figur 2 im mit III bezeichneten Ausschnitt, wobei die Ausgestaltung der Figuren 2 und 3 den Stand der Technik darstellt,
Figur 4 in derselben Darstellung wie Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 5 den mit V bezeichneten Ausschnitt von Figur 4 in vergrößerter Darstellung,
Figur 5a, 5b, 5c, 5d, 5e und 5f zeigen in derselben Darstellung wie Figur 5 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung,
Figur 6 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes
Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt, wobei hier nur eine Ventilnadel vorgesehen ist,
Figur 7 zeigt eine vergrößerte Darstellung des mit VII bezeichneten Ausschnitts von Figur 6,
Figur 8 zeigt in derselben Darstellung wie Figur 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Figur 9 zeigt den mit IX bezeichneten Ausschnitt von Figur 8 in vergrößerter Darstellung. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt. In einem Ventilkörper 1 ist eine Bohrung 5 ausgebildet, die an ihrem brennraumseitigen Ende von einem im wesentlichen konischen Ventilsitz 18 begrenzt wird. Der Ventilkörper 1 wird hierbei mittels einer Spannmutter 3 gegen einen in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper gepresst. Vom Ventilsitz 18 gehen Einspritzöffnungen 20 und innere Einspritzöffnungen 22 aus, die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden. In der Bohrung 5 ist eine Ventilnadel 8 angeordnet, die in einem ventilsitzabgewandten Bereich in der Bohrung 5 geführt wird. Die Ventilnadel 8 verjüngt sich ausgehend vom geführten Abschnitt dem Ventilsitz 18 zu unter Bildung einer Druckschulter 12 und geht an ihrem brennraumseitigen Ende in eine ebenfalls im wesentlichen konische Ventildichtfläche 35 über, mit der die Ventilnadel 8 mit dem Ventilsitz 18 zusammenwirkt. Zwischen der Ventilnadel 8 und der Wand der Bohrung 5 ist ein Druckraum 14 ausgebildet, der auf Höhe der Druckschulter 12 radial erweitert ist. In die radiale Erweiterung des Druckraums 14 mündet ein im Ventilkörper 1 verlaufender Zulaufkanal 16, ü- ber den der Druckraum 14 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist.
In der Ventilnadel 8 ist eine Längsbohrung 11 ausgebildet, in der eine Innennadel 10 längsverschiebbar angeordnet ist. Die Innennadel 10 weist an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine innere Ventildichtfläche 42 auf, mit der sie ebenfalls mit dem Ventilsitz 18 zusammenwirkt. Die Ventilnadel 8 und die Innennadel 10 wirken so mit dem Ventilsitz 18 zusammen, dass bei Anlage der Ventilnadel 8 auf dem Ventilsitz 18 der Druckraum 14 gegen die Einspritzöffnungen 20, 22 abgedichtet ist. Hebt die Ventilnadel 8, angetrieben durch die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 12 und gegen eine Schließ- kraft, vom Ventilsitz 18 ab, so fließt Kraftstoff aus dem Druckraum 14 zwischen der Ventildichtfläche 35 und dem Ventilsitz 18 hindurch zu den Einspritzöffnungen 20 und wird durch diese hindurch in den Brennraum eingespritzt. Die Innenadel 10 bleibt bei diesem Vorgang zumindest vorerst in ihrer Schließstellung, in der sie ebenfalls durch eine Schließkraft gehalten wird. Nach dem Abheben der Ventilnadel 8 vom Ventilsitz 18 wird nun auch die Innenadel 10 vom Kraf stoffdruck beaufschlagt, was über entsprechende Druckflächen an der Innennadel 10 zu einer der Schließkraft entgegengerichteten Öffnungskraft führt. Je nach Steuerung der Schließkraft hebt die Innenadel 10 jetzt ebenfalls vom Ventilsitz 18 ab und gibt die inneren Einspritzöffnungen 22 frei oder sie bleibt durch eine entsprechend hohe Schließkraft in ihrer Schließstellung. Auf diese Weise kann durch sämtliche Einspritzöffnungen 20, 22 oder nur durch einen Teil der Einspritzöffnungen 20 Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt werden. Durch Erhöhung der Schließkräfte oder durch Drosselung der Kraftstoffzufuhr in den Druckraum 14 wird die Einspritzung beendet und die Ventilnadel 8 und die Innenadel 10 gleiten in Längsrichtung zurück in ihre jeweilige Schließstellung in Anlage am Ventilsitz 18.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des mit II bezeichneten Ausschnitts von Figur 1 im Bereich des Ventilsitzes, wobei die hier gezeigte Ausgestaltung dem bereits bekannten Stand der Technik entspricht. Die Ventilnadel 8 deckt mit ihrer Ventildichtfläche 35 die Einspritzöffnungen 20 ab. Die Abdichtung soll dabei sowohl gegen den Druckraum 14 als auch gegen den zwischen der Innennadel 10 und der Ventilnadel 8 verbleibenden Zwischenraum erfolgen. Andernfalls können hohe Kohlenwasserstoffemissionen auftreten, die aus Kraftstoff resultieren, der aus diesem Zwischenraum in den Einspritzpausen durch die Einspritzöffnungen 20 in den Brennraum eindringt. Um dies zu erreichen ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Ventildichtfläche 35 mit ei- ner ersten Dichtkante 26 und einer zweiten Dichtkante 28 auszustatten. Hierzu ist die Ventildichtfläche 35 in eine erste Konusfläche 30, eine zweite Konusfläche 31, eine dritte Konusfläche 32 und eine vierte Konusfläche 33 aufgeteilt, wobei die erste Dichtkante 26 am Übergang der ersten Konus- fläche 30 zur zweiten Konusfläche 31 ausgebildet ist und die zweite Dichtkante 28 am Übergang der dritten Konusfläche 32 zur vierten Konusfläche 33. In Figur 3 ist der mit III bezeichnete Ausschnitt von Figur 2 nochmals vergrößert dargestellt. Um eine Abdichtung an beiden Dichtkanten 26, 28 zu erreichen und in beiden Bereichen eine ausreichende Flächenpressung sicherzustellen ist bekannt, die zweite Dichtkante 28 so auszubilden, dass sie bei der Bewegung der Ventilnadel 8 auf den Ventilsitz 18 zu zuerst auf dem Ventilsitz 18 aufsetzt. Erst nach einer elastischen Verformung des ventilsitzseitigen Endes der Ventilnadel 8 durch die Schließkraft, die die Ventilnadel 8 auf den Ventilsitz 18 presst, radial nach innen, kommt auch die erste Dichtkante 26 auf dem Ventilsitz 18 zur Anlage. Hierzu sind jedoch große Kräfte notwendig, obwohl die Breite der Ventilnadel 8 im Bereich der zweiten Dichtkante nur ca. 0,15 mm beträgt.
Um dieses Problem zu beseitigen ist das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil beispielsweise wie in Figur 4 gezeigt aufgebaut. Hierbei sind die gleichen Bauteile mit denselben Bezugsziffern wie in den Figuren 1 bis 3 bezeichnet, so dass auf den Inhalt der Beschreibung zu diesen Figuren inhaltlich voll Bezug genommen wird. Am brennraumseitigen Ende der Ventilnadel 8 ist eine Ausnehmung 37 ausgebildet, die hier durch eine radiale Erweiterung der Längsbohrung 11 gebildet wird. Figur 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung im Bereich der Ausnehmung 37. Diese Ausnehmung 37 weist die Form eines Kegelstumpfs auf und ist so ausgebildet, dass eine Dichtlippe 40 gebildet wird, an der die zweite Dichtkante 28 ausgebildet ist. Im Querschnitt betrachtet ist die Dichtlippe 40 etwa dreieckförmig und dadurch an ihrer die zweite Dichtkante 28 bildenden Außenkante so flexibel, dass sie sich bereits durch geringe Kräfte radial nach innen verfor- men kann. Sind also die Dichtkanten 26, 28 ebenso angeordnet wie bei dem bereits bekannten Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 3, so setzt bei der Schließbewegung der Ventilnadel 8 zuerst die zweite Dichtkante 28 auf dem Ventilsitz 18 auf. Die durch die Ausnehmung 37 gebildete Dichtlippe 40 wird nun bereits durch geringe axiale Kräfte radial nach innen gedrückt und ermöglicht es so, dass die erste Dichtkante 26 auf dem Ventilsitz 18 aufsetzt und die Einspritzöffnungen 20 abdichtet. Hierbei ist die Wandstärke der Ventilnadel 8 im Bereich der Ringnut 24 kaum geschwächt, so dass sich nach wie vor praktisch die gleiche Stabilität der Ventilnadel 8 ergibt. Die vierte Konusfläche 33 entfällt dabei durch die Ausbildung der Ausnehmung 37.
Bei der Beschreibung der in den Figuren 5a bis 5f dargestellten weiteren Ausführungsbeispiele wird im folgenden nur auf die Unterschiede zur Figur 5 eingegangen, die unveränderten Teile werden nicht näher erläutert. In Figur 5a ist die Ausnehmung 37 unterverändert kegelstumpfförmig, jedoch ist sie so ausgeführt, dass am ventilsitzseitigen Ende der Ventilnadel 8 eine Ringfläche 44 gebildet wird. Die zweite Dichtkante 28 ist am äußeren Rand dieser Ringfläche 44 ausgebildet, was die Spritze der Ventilnadel 8 etwas stabiler macht, allerdings auch etwas weniger flexibel. In Figur 5b ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Ringfläche 44 etwas geneigt ausgebildet ist, so dass die zweite Dichtkante 28 nicht mehr das ventilsitzseitige Ende der Ventilnadel 8 bildet. Durch die Ausnehmung 37 ist jedoch auch hier sichergestellt, dass eine ausreichende Flexibilität in diesem Bereich vorhanden ist.
Figur 5c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Ausnehmung 37 wieder so ausgebildet ist, dass eine Ringfläche 44 gebildet wird. Die Ringnut 24 ist hier nicht durch zwei Konusflächen gebildet, sondern sie weist einen gerundeten Verlauf auf. Hierdurch ergibt sich, je nach Ausführung der Ringnut 24, eine etwas größere Flexibilität der Dichtlippe 40.
Figur 5d zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Ausnehmung 37 nicht mehr kegelstumpfförmig, sondern glockenförmig ausgebildet ist, so dass die Dichtlippe 40 noch dünner und damit mit noch größerer Flexibilität gebildet wird. Die Ringnut 24 wird hier wieder durch zwei Konusflächen gebildet.
Bei dem in Figur 5e gezeigten Ausführungsbeispiel ist in der Ringnut 24, zwischen der zweiten Konusfläche 31 und der dritten Konusfläche 32 ein Absatz 34 ausgebildet. Dadurch lässt sich die Dichtlippe 44 gezielt schwächen und so die Flexibilität weiter erhöhen. Es ist auch möglich, wie Figur 5f zeigt, statt kantenartiger, scharfer Übergänge zwischen den Konusflächen 31, 32 und dem Absatz 34 den Absatz 34 und die dritte Konusfläche 32 zu verrunden, was zu einer Verringerung von Kerbspannungen in diesem Bereich führt.
Figur 6 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil, das aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Aufbau entspricht weitgehend dem in Figur 1 gezeigten, so dass gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Soweit die Bauteile identisch mit denen der weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind, wird auf die dortige Beschreibung verwiesen. Die Ventilnadel 8 weist hier keine Längsbohrung auf, so dass die Innennadel entfällt. Die Ventilnadel 8 steuert in bekannter Weise den Kraftstofffluss aus dem Druckraum 14 zu den Einspritzöffnungen 20, in dem sie sich in Längsrichtung bewegt. Figur 7 zeigt eine vergrößerte Darstellung im Bereich des Ventilsitzes 18 von Figur 6. Die Ventildichtfläche 35 weist eine erste Konusfläche 30 und eine zweite Konusfläche 31 auf, die in ihrem Öffnungswinkel so ausgebildet sind, dass zwischen ihnen eine erste Dichtkante 26' ausgebildet ist, zwischen der und dem Ventilsitz 18 die Abdichtung der Einspritzöffnungen 20 zum Druckraum 14 stattfindet. Der konische Ventilsitz 18 läuft zum brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers 1 nicht spitz aus, sondern mündet in ein Restvolumen 46, das im wesentlichen die Form einer Halbkugel hat. Das Restvolumen 46 dient auch als Werkzeugauslauf bei der Fertigung des Ventilsitzes 18. Dieses Restvolumen 46 bleibt bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil über die Einspritzöffnungen 20 mit dem Brennraum verbunden, was sich negativ auf die Kohlenwasserstoffemissionen der Brennkraftmaschine auswirkt. Um dieses Restvolumen 46 zu vermindern ist die erfindungsgemäße Ventilnadel 8 wie in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Figur 8 ausgebildet. Am ventilsitzseitigen Ende ist eine kegelstumpfförmige Ausnehmung 37 ausgebildet, so, dass eine Dichtlippe 40 gebildet wird.. Die Dichtlippe 40 dichtet hierbei die Ein- spritzöffnungen 20 gegen das Restvolumen 46 ab, wodurch das nach wie vor mit den Einspritzöffnungen 20 verbundene, kraftstoffgefüllte Volumen auf das Volumen der Ringnut 24 beschränkt wird.
Die Ausnehmung 37 kann auch hier verschiedene Formen annehmen, beispielsweise eine Glockenform, wie in Figur 5d gezeigt, oder eine Halbkugelform. Ebenso können sämtliche in den Figuren 5a bis 5f gezeigten Formen der Ringnut 24 ebenfalls hier umgesetzt werden.
Neben der rein elastischen Verformung der Dichtlippe 40 beim Schließvorgang der Ventilnadel 8 kann es auch vorgesehen sein, dass die Dichtlippe 40 plastisch verformbar ist. Beim ersten Schließvorgang des neuen Kraftstoffeinspritzventils wird die Dichtlippe 40 soweit verformt, dass die beiden Dichtkanten 26, 28 auf dem Ventilsitz 18 aufliegen, wobei dann auch die geringe Kraft entfallen kann, die nach wie vor nötig ist, die Dichtlippe 40 nach innen zu verformen. Es ist auch möglich, dass die Verformung der Dichtlippe 40 plastisch-elastisch erfolgt, also beim ersten Schließvorgang ein Teil der gesamten Verformung, die nötig ist, um die erste Dichtkante 26 in Anlage an die Ventildichtfläche 18 zu bringen, plastisch erfolgt, was die anschließend nötigen Kräfte für die elastische Verformung der Dichtlippe 40 weiter reduziert.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, in dem ein Ventilsitz (18) ausgebildet ist, von dem wenigstens eine Einspritzöffnung (20) ausgeht, und mit einer Ventilnadel (8) , die mit einer an der Ventilnadel (8) ausgebildeten Ventildichtfläche (35) mit dem Ventilsitz (18) zusammenwirkt und dadurch die wenigstens eine Einspritzöffnung (20) verschließt und öffnet, und mit einer an der Ventildichtfläche (35) ausgebildeten ersten Dichtkante
(26) und einer zweiten Dichtkante (28) , wobei die erste Dichtkante (26) in Schließstellung der Ventilnadel (8) stromaufwärts der wenigstens einen Einspritzöffnung (20) dichtend auf dem Ventilsitz (18) aufliegt und die zweite Dichtkante (28) stromabwärts der wenigstens einen Einspritzöffnung (20) , dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (8) an ihrer dem Ventilsitz (18) zugewandten Stirnseite eine Ausnehmung (37) aufweist, so, dass eine durch die Anlage der Ventilnadel (8) auf dem Ventilsitz (18) elastisch oder plastisch nach innen verformbare Dichtlippe (40) gebildet wird, an der die zweite Dichtkante (28) ausgebildet ist.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (8) eine Längsbohrung (11) aufweist und die Ausnehmung (37) am ventilsitzseitigen Ende der Längsbohrung (11) als eine radiale Erweiterung ausgebildet ist.
3. Kraf stoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (37) in Form eines Kegelstumpfs ausgebildet ist.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (37) eine Glockenform aufweist.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (37) die Form einer Halbkugel aufweist.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtkante (28) am ventilsitzseitigen Ende der Ventilnadel (8) ausgebildet ist.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (8) an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine Ringfläche (44) aufweist.
8. Kraf stoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (37) kegelstumpfförmig ausgeführt ist.
9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (37) eine Glockenform aufweist.
10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (37) die Form einer Halbkugel aufweist.
11.Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (40) im Querschnitt betrachtet im wesentlichen eine Dreieckform aufweist.
12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Dichtkante (26) und der zweiten Dichtkante eine Ringnut (24) verläuft.
13.Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (24) durch zwei Konusflächen (31; 32) gebildet wird.
14.Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Konusflächen (31; 32) ein Absatz (34) ausgebildet ist.
15.Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (18) im wesentlichen konisch ausgebildet ist.
16. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventildichtfläche (35) im wesentlichen konisch ausgebildet ist.
17. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (8) bei der Bewegung auf den Ventilsitz (18) zu zuerst mit der zweiten Dichtkante (28) auf dem Ventilsitz (18) anliegt und die erste Dichtkante (26) erst nach einer elastischen oder plastischen Verformung der Dichtlippe (40) am Ventilsitz (18) zur Anlage kommt.
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