Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es beispielsweise aus der Schrift DE 196 42 513 Al bekannt ist. Bei einem solchen Kraftstoffeinspritzventil ist in einem Ventilkörper eine Bohrung ausgebil¬ det, in der eine Ventilnadel längsverschiebbar angeordnet ist. Die Ventilnadel wirkt mit einem Ventilsitz zusammen und steuert dadurch den Kraftstofffluss aus einem die Ventilnadel umgebenden Druckraum zu wenigstens einer Einspritzöffnung. Der
Ventilsitz ist konisch ausgebildet, und es ist in diesem Bereich des Kraftstoffein¬ spritzventils wenigstens eine Einspritzöffnung ausgebildet, die den Ventilsitz mit dem Brennraum der Brennkraftmaschinen verbindet. An den konischen Ventilsitz schließt sich wiederum ein Sackloch an, von dem wenigstens eine weitere Ein- spritzöffnung ausgeht.
Aus der DE 19642 513 Al ist eine Sacklochform bekannt, bei der die Innenwand des Sacklochs zumindest näherungsweise halbkugelförmig ausgebildet ist, während die Außenwand des Ventilkörpers in diesem Bereich durchgängig sowohl im Be- reich des Ventilsitzes als auch im Bereich des Sacklochs konisch geformt ist. Kraft¬ stoffeinspritzventile werden in der jeweiligen Brennkraftmaschine häufig nicht in der Längsachse des Brennraums angebracht, sondern schräg dazu. Dies macht es notwendig, die Spritzlöcher in unterschiedlichen Winkeln bezüglich der Längsachse des Ventilkörpers der Ventilnadel auszubilden, damit der Kraftstoff nach wie vor bei der Einspritzung gleichmäßig im Brennraum verteilt wird. Dies ist bei dem be¬ kannten Kraftstoffeinspritzventil nicht möglich, da durch die unterschiedlichen
Wandstärken in den einzelnen Bereichen des Sackslochs auch unterschiedliche Spritzlochlängen erzeugt werden. Dies beeinflusst die Strahlbildung erheblich und kann nur schwer durch einen geänderten Spritzlochdurchmesser oder durch unter¬ schiedliche Rundung an den Eintrittskanten der Spritzlöcher kompensiert werden.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkma¬ len des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sowohl im Sitzloch als auch im Sackloch stets eine konstante Wandstärke vorhanden ist, die eine freie Auslegung der Einspritzöffnungen möglich macht. Hierzu ist das Sack¬ loch so geformt, dass sowohl die Innenwand als auch die Außenwand halbkugel¬ förmig ausgebildet sind und sich so im Kuppenbereich des Sacklochs eine konstan¬ te Wanddicke ergibt. Darüber hinaus bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, dass die Wanddicke im Bereich des konischen Ventilsitzes und des Sacklochs unabhän¬ gig voneinander eingestellt werden kann. Dadurch ergeben sich mehr Freiheitsgra¬ de bei der Auslegung des Kraftstoffeinspritzventils.
Durch die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegens- tandes der Erfindung möglich. Durch die Ausgestaltung mehrerer Einspritzöffnun¬ gen sowohl im Bereich des Ventilsitzes als auch im Bereich des Sacklochs lassen sich sehr viele Einspritzöffnungen im Kraftstoffeinspritzventil unterbringen, was ei¬ nen kleineren Spritzquerschnitt der einzelnen Einspritzöffnungen ermöglicht und damit eine bessere Zerstäubung des Kraftstoff bei gleichem Gesamtquerschnitt der Einspritzöffnungen.
Die Einspritzöffnungen können sowohl im Bereich des Sacklochs als auch im Be¬ reich des konischen Ventilsitzes unterschiedliche Neigungswinkel bezüglich der Längsachse der Bohrung aufweisen und es können unterschiedliche Wanddicken im Sackloch und am Ventilsitz vorgesehen sein. So kann das Kraftstoffeinspritz¬ ventil optimal an die Einbaubedingungen in der Brennkraftmaschinen angepasst werden.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffein¬ spritzventils dargestellt. Es zeigt Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil und
Figur 2 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt von Figur 1 im Bereich des Ventilsitzes.
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dar¬ gestellt, wobei nur die wesentlichen Teile gezeigt sind. Das Kraftstoffeinspritzven¬ til weist einen Ventilkörper 1 auf, in dem eine Bohrung 3 ausgebildet ist, die eine Längsachse 8 aufweist und die an ihrem brennraumseitigen Ende von einem koni- sehen Ventilsitz 11 begrenzt wird. In der Bohrung 3 ist eine kolbenförmige Ventil¬ nadel 5 längsverschiebbar angeordnet, die mit einem Führungsabschnitt 15 in einem ventilsitzabgewandten Bereich der Bohrung 3 dichtend gefuhrt ist. Die Ventilnadel 5 verjüngt sich ausgehend vom Führungsabschnitt 15 dem Ventilsitz 11 zu unter Bildung einer Druckschulter 13 und geht an ihrem ventilsitzseitigen Ende in eine Ventildichtfläche 7 über, mit der die Ventilnadel 5 mit dem Ventilsitz 11 zusam¬ menwirkt. Zwischen der Ventilnadel 5 und der Wand der Bohrung 5 ist ein Druck¬ raum 19 ausgebildet, der auf Höhe der Druckschulter 13 radial erweitert ist. In die radiale Erweiterung des Druckraums 19 mündet ein im Ventilkörper 1 verlaufender Zulaufkanal 25, über den der Druckraum 19 mit Kraftstoff unter hohem Druck be- füllt werden kann. An den Ventilsitz 11 schließt sich ein Sackloch 9 an, in das die
Ventilnadel 5 bei Anlage am Ventilsitz 11 hineinragt. Vom Ventilsitz 11 gehen äu¬ ßere Einspritzöffhungen 17 und vom Sackloch 9 innere Einspritzöffhungen 27 ab, die sämtlich in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventil in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden.
Die Ventilnadel 5 wird an ihrem ventilsitzabgewandten Ende von einer Schließkraft beaufschlagt, die beispielsweise durch ein Federelement erzeugt wird und die die Ventilnadel 5 gegen den Ventilsitz 11 drückt. Der Schließkraft entgegengerichtet ist die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13, die durch den hohen Kraft- stoffdruck im Druckraum 19 erzeugt wird. Übersteigt die hydraulische Kraft auf die Ventilnadel 5 die Schließkraft, so hebt die Ventilnadel 5 vom Ventilsitz 11 ab,
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so dass ein Durchflussquerschnitt aufgesteuert wird und Kraftstoff aus dem Druck¬ raum 19 zwischen der Ventildichtfläche 7 und dem Ventilsitz 11 hindurch zu den inneren Einspritzöffnungen 27 und den äußeren Einspritzöffnungen 17 fließt. Der Kraftstoff tritt durch die äußeren Einspritzöffnungen 17 aus und fließt zusätzlich in das Sackloch 9, von wo der Kraftstoff über die inneren Einspritzöffnungen 27 aus¬ gespritzt wird. Die Einspritzung wird beendet, indem entweder die Schließkraft er¬ höht oder die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 13 erniedrigt wird. Die Ventilnadel 5 gleitet dann zurück in Anlage an den Ventilsitz 11 und unterbricht den Kraftstoffstrom zu den Einspritzöffnungen 17, 27.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung von Figur 1 im Bereich des Ventilsitzes 11. Die Ventildichtfläche 7 der Ventilnadel 5 weist eine erste Konusfläche 14 und eine zweite Konusfläche 16 auf, wobei die erste Konusfläche einen kleiner Öff- nungswinkel aufweist als der konische Ventilsitz 11, während die zweite Konusflä- che einen größeren Öffnungswinkel aufweist. Dadurch wird an der Grenze zwi¬ schen den beiden Konusflächen 14, 16 eine Dichtkante 12 gebildet, mit der die Ventilnadel 5 auf dem Ventilsitz 11 aufsetzt. Wegen der hohen Flächenpressung im Bereich der Dichtkante 12 ergibt sich eine gute Dichtung, so dass der Druckraum 19 auch bei hohem Druck sicher verschlossen wird.
Die äußeren Einspritzöffnungen 17 gehen vom konischen Ventilsitz 11 aus, so dass der Kraftstoff eine unterschiedlich starke Richtungsänderung vollziehen muss, wenn er in die entsprechende äußere Einspritzöffnung 17 einläuft. Der konische Ventilsitz 11 weist eine Länge d auf, in dem die Außenwand des Ventilkörpers 1 ebenfalls eine konische Form aufweist, die parallel zum konischen Ventilsitz 11 ist, wodurch ein Konusbereich 18 des Ventilkörpers 1 mit einer konstanten Wanddicke Ds gebildet wird. Da jede Richtungsänderung mit einem Druckverlust einhergeht, reduziert sich der effektive Einspritzdruck immer stärker, je kleiner der Neigungs¬ winkel a\ zwischen der zylindrischen äußeren Einspritzöffnung 17 und der Längs- achse 8 ist. Andererseits ist die Spritzlochlänge um so größer, je größer der Nei¬ gungswinkel a\ ist. Solange der Neigungswinkel a\ so klein ist, dass der Winkel a2 zwischen dem Ventilsitz 11 und der äußeren Einspritzöffnung 17 größer als 90° ist, kompensieren sich also Neigungswinkel a\ und Spritzlochlänge bis zu einem ge¬ wissen Grad, da eine größere Spritzlochlänge natürlich mit einem erhöhten Strö- mungswiderstand der äußeren Einspritzöffnungen 17 einhergeht.
Die Ventilnadel 5 ragt bis in das Sackloch 9, das sich an den konischen Ventilsitz 11 anschließt. Das Sackloch 9 besteht hierbei aus einem Zwischenabschnitt 11 und einem Kuppenabschnitt 22. Der Zwischenabschnitt 11 ist beispielsweise zylindrisch oder leicht konisch ausgebildet und kann in der Länge stark variieren. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Zwischenabschnitt 11 ganz entfällt, solange das
Sackloch 9 ausreichend tief ist, um die gesamte Spitze der Ventilnadel 5 aufzu¬ nehmen. Der Kuppenabschnitt 22 weist eine Grundlinie 23 auf und ist im Inneren in Form einer Halbkugel mit Radius Rj geformt, wobei die Außenwand des Kuppen¬ abschnitts 22 ebenfalls eine Halbkugel mit einem Radius Ra bildet. Hierdurch weist das Sackloch 9 im Bereich des Kuppenabschnitts 22 eine Wanddicke D^ auf, so dass alle inneren Einspritzöffnungen 27 unabhängig von ihrem Neigungswinkel b bezüglich der Längsachse 8 die gleiche Spritzlochlänge haben.
Der effektive Einspritzdruck, also der Kraftstoffdruck, mit dem der Kraftstoff letztendlich aus den inneren Einspritzöffnungen 27 bzw. den äußeren Einspritzöff¬ nungen 17 austritt, hängt durch die Kombination aus konischem Ventilsitz 11 mit der konstanten Wanddicke Ds im Konusbereich 18 und dem Sackloch 9 mit kuge¬ liger Innen- und Außenform im Kuppenbereich 22 zumindest annähernd nicht vom Neigungswinkel der jeweiligen Einspritzöffnungen 17, 27 mit der Längsachse 8 der Bohrung 3 ab. Die inneren und die äußeren Einspritzöffnungen 17, 27 können da¬ durch in einem großen Bereich beliebig angeordnet werden, ohne die Einspritzung qualitativ zu beeinträchtigen. Die einzelnen Einspritzstrahlen behalten ihre Charak¬ teristik bei, das heißt, sie haben die gleiche Eindingtiefe und zerstäuben den Kraft¬ stoff in der gleichen Weise.
Die äußeren Einspritzöffnungen 17 und die inneren Einspritzöffnungen 27 können auch so angeordnet werden, dass die Einspritzstrahlen zueinander konvergent sind, wie es in dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel angedeutet ist. Die Ein¬ spritzstrahlen können dann auch so angelegt werden, dass sie sich entweder im Be- reich der Brennraumwand oder innerhalb des Brennraums kreuzen.
Die Wanddicke Ds im Konusbereich des Ventilkörpers 1 und die Wanddicke D^ im Kuppenbereich des Sacklochs 9 können gleich oder unterschiedlich stark sein. Entsprechend ist auch die Länge der Einspritzöffnungen verschieden und damit die Eindringtiefe der Kraftstoffstrahlen in den Brennraum. Durch die unterschiedlichen
Längen der äußeren Einspritzöffnungen 17 im Konusbereich 18 und der inneren
Einspritzöfrhungen 27 im Kuppenbereich 22 lassen sich die unterschiedlichen Druck- und Einlaufverhältnisse in Ventilsitz 11 und Sackloch 9 kompensieren, so dass eine gleichmäßige KraftstoffVerteilung im Brennraum gut erreicht werden kann.