Kraftstoffeinspritzventil fiir Brennkraflbmaschinen
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen Kraftstoffeinspritzventil, wie es beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 198 18 200 AI bekannt ist, ist in einem Ventilkörper eine Bohrung ausgebildet, in der eine kolbenförmige Ventilnadel angeordnet ist. Die Ventilnadel wirkt mit einem Ventilsitz zusammen, so, dass durch die Längsbewegung der Ventilnadel die Öffnung wenigstens einer Einspritzöffnung gesteuert wird. An der Ventilnadel ist ein Drosselbund ausgebildet, der bei Anlage der Ventilnadel am Ventilsitz in einen entsprechenden Dros- selabschnitt eingetaucht ist. Bei der Öffnungshubbewegung der Ventilnadel taucht der Drosselbund aus dem Drosselabschnitt aus, wodurch ein Strömungsquerschnitt aufgesteuert wird, durch den Kraftstoff den Einspritzöffhungen zugeführt wird. Der Strömungsquerschnitt ist hierbei als Ringkanal ausgebildet, der zwischen der Ventilnadel und der Wand der Bohrung ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise eine Einspritzverlaufsformung erreichen, bei der zu Be- ginn der Öffnungshubbewegung nur wenig Kraftstoff den Einspritzöffhungen zugeführt wird, während nach dem Austauchen des Drosselbunds aus dem Drosselabschnitt mit großem Druck viel Kraftstoff den Einspritzöffhungen durch den Strömungsquersclrnitt zugeführt wird.
Das Kraftstoffeinspritzventil weist hierbei jedoch den Nachteil auf, dass durch den Strömungsquerschnitt, insbesondere bei Volllast der entsprechenden Brenn- krafhnaschine, nicht genug Kraftstoff den Einspritzöffhungen zugeführt werden kann. Der zwischen der Ventilnadel und der Wand der Bohrung durch das Austauchen des Drosselbunds aus dem Drosselabschnitt aufgesteuerte Strömungs- querschnitt weist einen immer noch hohen Strömungswiderstand auf, so dass die
große Menge an Kraftstoff, die bei Volllastbetrieb notwendig ist, nicht in der zur Verfügung stehenden Zeit zugeführt werden kann.
Vorteile der Erfindung
Das erf ndungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass nach dem Austauchen des Drosselbunds aus dem Drosselabschnitt sehr viel Kraftstoff mit einer hohen Rate den Einspritzöffhungen zuströmt, so dass eine sehr große Kraft- stoffmenge in kürzester Zeit eingespritzt werden kann. Hierzu ist in der Ventilnadel ein Kraftstoffkanal ausgebildet, dessen Eintrittsöffnung stromabwärts des Drosselbunds angeordnet ist und der so in der Ventilnadel verläuft, dass über den Kraftstofrkanal zusätzlich Kraftstoff den Einspritzöffhungen zuführbar ist, zusätzlich zu dem Ringkanal, der zwischen der Ventilnadel und der Wand der Bohrung ausgebildet ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Strömungsquerschnitt des Ringkanals nicht beliebig vergrößert werden kann, da der Bauraum in einem Kraftstoffeinspritzventil sehr beschränkt ist und dieser im Zuge der Entwicklung von Dieseleinspritzsystemen immer höheren Drücken standhalten muss.
Durch die Unteransprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung möglich. In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung wird der Drosselabschnitt durch eine zentrale Öffnung in einer Einstellscheibe gebildet, die in der Bohrung des Ventilkörpers angeordnet ist. Über die Dicke der Einstellscheibe lässt sich der Zeitpunkt, zu dem der Drosselbund aus dem Drosselabschnitt aus- tauscht, exakt einstellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mündet der Kraftstoffkanal am ven- tilsitzseitigen Ende der Ventilnadel. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ventildichtfläche, die im wesentlichen konisch ausgebildet ist, zwei Dichtbereiche aufweist. Durch die beiden Dichtbereiche werden die Einspritzöffhungen sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts abgedichtet, so dass bei Anlage der Ventilnadel auf dem Ventilsitz keine hydraulische Verbindung zwischen dem Kraftstofrkanal und den Einspritzöffhungen besteht. Dadurch kann es zu keiner Leckage kommen und damit zu erhöhten Kohlenwasserstoffemissionen der Brennkraft- maschine.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kraftstofrkanal durch wenigstens eine Querbohrung und eine die Querbohrung schneidende Längsbohrung gebildet. Die Längsbohrung verläuft hierbei vorteilhafter Weise mittig in axialer Richtung der Ventilnadel. Derart ausgestaltete Bohrungen können einfach und mit geringem Kostenaufwand in der Ventilnadel ausgebildet werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sind der Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil und
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des mit II bezeichneten Ausschnitts der Figur 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils im Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper 1 auf, in dem eine Bohrung 3 ausgebildet ist. Die Bohrung 3 wird an ihrem brennraumseitigen Ende von einem im wesentlichen konischen Ventilsitz 7 begrenzt, von dem mehrere Einspritzöffhungen 11 abgehen. Die Einspritzöffhungen 11 münden in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Die Bohrung 3 erweitert sich dem Ventilsitz 7 äbgewandt zu einem Federraum 8, wobei zwischen dem Federraum 8 und dem Ventilsitz 7 in einem mittleren Abschnitt ein Führungsabschnitt 103 der Bohrung 3 ausgebildet ist. In der Bohrung 3 ist eine Ventilnadel 5 längsverschiebbar angeordnet, die im wesentlichen kolbenförmig ausgebildet ist und eine Längsachse 6 aufweist. Die Ventilnadel 5 wird mit einem mittleren Abschnitt 30 im Führungsabschnitt 103 der Bohrung 3 geführt und weist an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine im wesentlichen konische Ventildichtfläche 9 auf. Im Bereich zwischen dem Federraum 8 und dem Ventilsitz 7 ist zwischen der Ventilnadel 5 und der Wand der Bohrung 3
ein Strömungsquerschnitt 14 ausgebildet, der zwischen dem mittleren Abschnitt 30 und dem Ventilsitz 7 die Form eines Ringkanals aufweist. Der Strömungsquerschnitt 14 setzt sich ventilsitzäbgewandt über Ausnehmungen 32 fort, die am mittleren Abschnitt 30 der Ventilnadel 5 ausgebildet sind. Am mittleren Abschnitt 30 ist dem Ventilsitz 7 zugewandt eine Druckschulter 12 ausgebildet, die vom Ventilsitz 7 weggerichtet ist.
Ventilsitzäbgewandt zum mittleren Abschnitt 30 geht die Ventilnadel 5 in einen Kolbenabschnitt 105 über, der im Federraum 8 angeordnet ist. Der Kolbenäb- schnitt 105 ist in einer Hülse 20 geführt, die im Federraum 8 angeordnet ist. Die
Hülse 20 und die ventilsitzäbgewandte Stirnseite der Ventilnadel 5 begrenzen einen Steuerraum 17, der mit Kraftstoff gefüllt ist und in dem ein variabler Druck einstellbar ist. Zwischen der Hülse 20 und einem Federteller 24 ist den Kolbenabschnitt 105 umgebend eine Schließfeder 22 im Federraum 8 angeordnet, die eine Druckvorspannung aufweist und dadurch die Ventilnadel 5 in Richtung des Ventilsitzes 7 drückt. Die Hülse 20 bleibt hierbei stets ortsfest, da sie durch die Schließfeder 22 gegen einen am Ventilkörper 1 anliegenden und in der Zeichnung nicht dargestellten weiteren Körper des Kraftstoffeinspritzventils gedrückt wird.
Das Zusammenwirken der Ventildichtfläche 9 mit dem Ventilsitz 7 ist in Figur 2 durch eine vergrößerte Darstellung des mit II bezeichneten Ausschnitts der Figur 1 näher dargestellt. Die Ventildichtfläche 9 weist einen ersten Dichtbereich 109 und einen zweiten Dichtbereich 209 auf, die durch eine Ringnut 50 voneinander getrennt sind. Bei Anlage der Ventildichtfläche 9 am Ventilsitz 7 liegt der erste Dichtbereich 109 stromaufwärts der Einspritzöffhungen 11 am Ventilsitz 7 an, während der zweite Dichtbereich 209 stromabwärts zur Anlage kommt. Bei Anlage der Ventilnadel 5 auf dem Ventilsitz 7 ergibt sich somit eine Abdichtung der Einspritzöffhungen 11 sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts.
Zwischen dem mittleren Abschnitt 30 der Ventilnadel 5 und dem Kolbenabschnitt
105 ist an der Ventilnadel ein Drosselbund 34 angeordnet. In Schließstellung der Ventilnadel 5, also wenn die Ventildichtfläche 9 am Ventilsitz 7 anliegt, taucht der Drosselbund 34 in einen Drosselabschnitt 36 ein, der durch eine zentrale Öffnung 28 einer Einstellscheibe 26 gebildet wird. Die Einstellscheibe 26 ist hierbei in der Bohrung 3 angeordnet, und deren zentrale Öffnung 28 ist so ausgebildet,
dass zwischen dem Drosselbund 34 und dem durch die zentrale Öffnung 28 gebildeten Drosseläbschnitt 26 ein Spalt verbleibt, durch den Kraftstoff aus dem Federraum 8 über die Ausnehmungen 32 zu den Einspritzöffhungen 11 fließen kann, jedoch nur gedrosselt.
Zwischen dem Drosselbund 34 und dem mittleren Abschnitt 30 der Ventilnadel 5 ist eine Ringnut 38 ausgebildet, in der eine Querbohrung 44 oder mehrere Querbohrungen 44 ausgebildet sind, wobei sich diese im Falle mehrerer Querbobrungen 44 in der Längsachse 6 der Ventilnadel 5 schneiden. Darüber hinaus ist in der Ventilnadel 5 eine Längsbohrung 46 ausgebildet, die die eine oder mehrere Querbohrungen 44 schneidet. Hierdurch wird über die Querbohrung 44 und die Längsbohrung 46 ein Kraftstoffkanal 42 gebildet, dessen Eintrittsöffhung 43 durch die Querbohrung 44 gebildet wird und dessen Austrittsöffnung 48 am ventilsitzseiti- gen Ende der Ventilnadel 5 ausgebildet ist. Über den Kraftstoffkanal 42 wird so- mit ein zusätzlicher Kraftstoffstrom ermöglicht, der durch die Querbohrung 44 und die Längsbobrung 46 Kraftstoff stromabwärts der Einspritzöffhungen 11 aus der Ventilnadel 5 austreten lässt, so dass die Einspritzöf nungen 11 sowohl über den Strömungsquerschnitt 14 als auch über den Kraftstofrkanal 42 mit Kraftstoff versorgt werden.
Das Kraftstoffeinspritzventil funktioniert wie folgt: Im Federraum 8 und damit auch im Drosselquerschnitt 14 liegt stets ein hoher Kraftstoffdruck an, wobei der Kraftstoff am ventilsitzabgewandten Ende der Bohrung 3 zugeführt wird. Wenn die Ventilnadel 5 in ihrer Schließstellung bleiben soll, ist im Steuerraum 17 ein hoher Kraftstoffdruck vorgesehen, über dessen hydraulische Kraft die Ventilnadel
5 in Anlage am Ventilsitz 7 gehalten wird. Zu Beginn der Einspritzung wird der Kraftstoffdruck im Steuerraum 17 erniedrigt, wodurch sich auch die entsprechende hydraulische Kraft verringert. Die hydraulische Kraft, die durch Beaufschlagung der Druckschulter 12 an der Ventilnadel 5 erzeugt wird, ergibt jetzt eine re- sultierende Kraft auf die Ventilnadel 5, die vom Ventilsitz 7 weggerichtet ist.
Daraufhin hebt die Ventilnadel 5 vom Ventilsitz 7 ab, so dass die Einspritzöffnungen 11 freigegeben werden. Da zu Beginn der Öffnungshubbewegung der Drosselbund 34 noch im Drosselabschnitt 36 eingetaucht ist, kann Kraftstoff nur über den engen Spalt, der zwischen dem Drosselbund 34 und dem Drosselab- schnitt 36 verbleibt, den Einspritzöffhungen 11 zufließen. Dadurch ist die Bewe-
gung der Ventilnadel 5 zu Beginn relativ langsam und die Einspritzrate entsprechend gering. Nachdem die Ventilnadel 5 den Hub h durchfahren hat, taucht der Drosselbund 34 aus dem Drosseläbschnitt 36 aus. Dadurch wird der Strömungsquerschnitt 14 aufgesteuert, so dass nunmehr eine große Menge Kraftstoff durch die Ausnehmungen 32 und den Strömungsquerschnitt 14 hindurch zu den Einspritzöffhungen 11 fließen kann. Zusätzlich fließt Kraftstoff durch den Kraftstoffkanal 42, also durch die Querbohrung 44 und die Längsbohrung 46 und tritt am ventilsitzseitigen Ende durch die Austrittsöffhung 48 der Ventilnadel 5 aus. Dadurch strömt Kraftstoff von zwei Richtungen den Einspritzöffnungen 11 zu. Durch den zusätzlichen Kraftstoffkanal kann mehr Kraftstoff den Einspritzöffnungen zugeführt werden, da eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts 14 auf Grund der engen Abmessungen und des begrenzten Bauraums in der Brennkraftmaschine nur begrenzt möglich ist. Zur Beendigung der Einspritzung wird der Druck im Steuerraum 17 wieder erhöht, so dass sich eine resultierende, auf den Ventilsitz 7 gerichtete Schließkraft auf die Ventilnadel 5 ergibt, die diese zurück in ihre Schließstellung drückt.
Neben der Ausbildung des Drosselabschnitts 36 in der Einstellscheibe 26 kann es auch vorgesehen sein, den Drosseläbschnitt 36 direkt in der Bohrung 3 auszubil- den. Die Einstellscheibe 26 würde in diesem Fall entfallen, jedoch ist es über die
Einstellscheibe 26 und deren Dicke möglich, den Hub h sehr exakt einzustellen, den die Ventilnadel 5 durchfährt, ehe der Drosselbund 34 aus dem Drosselabschnitt 36 austaucht.