Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es aus der Offenlegungsschrift DE 103 15 821 Al bekannt ist. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper auf, in dem eine Ventilaußenna¬ del und eine in der Ventilaußennadel geführte Ventilinnennadel angeordnet sind. Die Ventilnadeln wirken mit einem Ventilsitz zusammen und steuern dadurch einen Kraftstofffluss aus einem Druckraum zu wenigstens zwei Spritzlöchern, die im
Ventilsitz angeordnet sind. Die Spritzlöcher sind in einer äußeren Spritzlochreihe und in einer inneren Spritzlochreihe angeordnet, wobei die Venrilaußennadel den Kraftstofffluss zur äußeren Spritzlochreihe steuert und die Ventilinnennadel zur in¬ neren Spritzlochreihe. Die Spritzlöcher weisen jeweils eine Eintritts und eine Aus- trittsöffnung auf, wobei der Durchmesser der Eintrittsöffhungen sämtlicher Spritz¬ löcher der inneren Spritzlochreihe untereinander gleich sind. Ebenso verhält es sich mit den Durchmessern der Eintrittsöffnungen der äußeren Spritzlochreihe.
Die Anordnung der Spritzlöcher in zwei Spritzlochreihen und die Steuerung durch zwei unabhängige Ventilnadeln ermöglicht es, zur Kraftstoffeinspritzung in den
Brennraum jeweils nur einen Teil der Spritzlöcher aufzusteuern. Insbesondere für eine Voreinspritzung, bei der nur wenig Kraftstoff in den Brennraum eingebracht werden soll, ist es vorteilhaft, nur einen kleinen Einspritzquerschnitt zur Verfügung zu haben. Die Fähigkeit, sehr kleine Mengen präzise einzuspritzen, kann noch da- durch verbessert werden, dass in den Spritzlochreihen jeweils eine unterschiedliche
Anzahl von Spritzlöchern ausgebildet ist. Jedoch werden dabei nicht immer opti-
male Ergebnisse erzielt, da die Einspritzcharakteristik noch von anderen Faktoren abhängt, insbesondere der genauen geometrischen Ausgestaltung der Spritzlöcher.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil weist den Vorteil auf, dass sich die Einspritzcharakteristik optimal anpassen lässt. Hierzu weisen die Spritzlöcher der beiden Spritzlochreihen einen unterschiedlichen Durchmesser auf, wobei die Spritzlöcher innerhalb einer Spritzlochreihe untereinander gleich sind. Dadurch kann eine auf die geringe Menge optimierte Einspritzung durch die erste Spritz¬ lochreihe erfolgen, während bei der Einspritzung der Hauptmenge weiterhin in kurzer Zeit die benötigte Menge durch beide Spritzlochreihen in den Brennraum einbringbar ist.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung weisen die Spritzlöcher der äußeren Spritzlochreihe einen Durchmesser der Eintrittsöff¬ nung auf, der wenigstens 1,2-fach größer ist als der Durchmesser der Eintrittsöff¬ nungen der inneren Spritzlochreihe. Durch diese Abmessung ist eine optimale Zer¬ stäubung gewährleistet, wie sie für eine kleine Voreinspritzmenge notwendig ist. Darüber hinaus steht für die Einspritzung der Hauptmenge ein genügend großer
Spritzlochquerschnitt zur Verfügung, so dass auch eine große Menge in kurzer Zeit in den Brennraum eingebracht werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kante an der Eintrittsöffnung der Spritzlöcher jeweils verschieden gerundet, so dass die Spritzlöcher der inneren
Spritzlochreihe eine andere Rundung aufweisen als die Spritzlöcher der äußeren Spritzlochreihe. Dadurch lässt sich die Zerstäubung des Kraftstoffs, an die je nach Spritzlochreihe andere Anforderungen gestellt werden, optimal anpassen.
Die verschiedenen Ausgestaltungen von Durchmesser und Spritzlochkantenrun- dung lassen sich sowohl bei Spritzlöchern anwenden, die eine zylindrischen Form aufweisen, als auch bei Spritzlöchern, die eine konische, sich nach außen verjün¬ gende Form aufweisen. Damit lassen sich alle Anforderungen an die Einspritzung optimal erfüllen.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffein¬ spritzventils dargestellt. Es zeigt Figur 1 ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt,
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des mit II bezeichneten Ausschnitts der Figur 1 und
Figur 3 in derselben Darstellung wie Figur 2 ein weiteres Ausfuhrungsbei¬ spiel.
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dar¬ gestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper 1 auf, der von einer Spannmutter 3 gegen einen in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper ver¬ spannt ist. Im Ventilkörper 1 ist eine Bohrung 5 ausgebildet, die an ihrem brenn- raumseitigen Ende von einem im wesentlichen konischen Ventilsitz 18 begrenzt wird. Vom Ventilsitz 18 gehen Spritzlöcher 20, 22 aus, die in einer äußeren Spritz¬ lochreihe 30 und in einer inneren Spritzlochreihe 32 angeordnet sind. Die Spritzlö- eher 20, 22 münden hierbei in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den
Brennraum der Brennkraftmaschine. In der Bohrung 5 ist eine Ventilaußennadel 8 angeordnet, die in einem ventilsitzabgewandten Abschnitt in der Bohrung 5 gefuhrt ist. Die Ventilaußennadel 8 verjüngt sich dem Ventilsitz 18 zu unter Bildung einer Druckschulter 12 und weist an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine äußere Dichtflä- che 35 auf, mit der die Ventilaußennadel 8 mit dem Ventilsitz 18 zusammenwirkt.
Auf Höhe der Druckschulter 12 ist die Bohrung 15 radial erweitert und bildet so einen Druckraum 14, der über einen im Ventilkörper 1 verlaufenden Zulaufkanal 16 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Der Kraftstoff gelangt aus dem Druckraum 14 durch den Ringspalt zwischen der Ventilaußennadel 8 und der Wand der Bohrung 5 bis zum Ventilsitz 18.
Die Ventilaußennadel 18 weist einen Längsbohrung 11 auf, in der die Ventilinnen¬ nadel 10 längsverschiebbar angeordnet ist. Die Ventilinnennadel 10 weist an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine innere Dichtfläche 42 auf, mit der diese mit dem Ven- tilsitz 18 zusammenwirkt. Sowohl die Ventilinnennadel 10 als auch die Ventilau¬ ßennadel 8 werden an ihrem ventilsitzabgewandten Ende von einer Schließkraft
- A -
beaufschlagt, die beispielsweise von Federelementen erzeugt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Schließkraft über hydraulische Vorrichtungen erzeugt wird. Die Schließkräfte bewirken, dass die Ventilaußennadel 18 die Ventilinnenna¬ del 10 in ihrer Schließstellung verharren, wenn keine weiteren Kräfte auf die Ven- tilnadeln 8,10 wirken. Die äußere Dichtfläche 35 der Ventilaußennadel 8 ist hierbei so geformt, dass bei Anlage der Ventilaußennadel 8 auf dem Ventilsitz 18 die äu¬ ßeren Spritzlöcher 20 gegen den Druckraum 14 verschlossen werden.
Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und soll hier nur kurz umrissen werden. Die Einspritzung er¬ folgt, wenn im Druckraum 14 Kraftstoff unter Einspritzdruck ansteht und die Schließkraft auf die Ventilaußennadel 8 reduziert wird. Alternativ kann auch der Druck im Druckraum 14 erhöht werden, solange, bis die hydraulische Kraft auf der Druckschulter 12 ausreicht, die Ventilaußennadel 8 gegen die Schließkraft vom Ventilsitz 18 abzuheben und die äußere Spritzlochreihe 30 freizugeben. Dadurch strömt Kraftstoff aus dem Druckraum 14 zwischen dem Ventilsitz 18 und der äu¬ ßeren Dichtfläche 35 hindurch und wird durch die äußere Spritzlochreihe 30 aus¬ gespritzt. Nach dem Abheben der Ventilaußennadel 8 vom Ventilsitz 18 wird auch die Ventilinnennadel 10 vom Kraftstoffdruck beaufschlagt, so dass diese jetzt eine hydraulische Kraft erfährt, die vom Ventilsitz 18 weggerichtet ist. Ist die Schlie߬ kraft auf die Ventilinnennadel 10 ebenfalls reduziert oder die hydraulische Kraft auf die Ventilinnennadel 10 entsprechend groß, wird diese in gleicher Weise vom Ven¬ tilsitz 18 abgehoben, so dass jetzt beide Spritzlochreihen 30,32 aufgesteuert sind. Dieses sukzessive Aufsteuern von Ventilaußennadel 8 und Ventilinnennadel 10 er- möglicht es beispielsweise, eine Voreinspritzung nur durch die äußere Spritzloch¬ reihe 30 durchzuführen, während die Haupteinspritzung des Kraftstoffs durch bei¬ de Spritzlochreihen 30, 32 erfolgt.
Figur 2 zeigt eine Vergrößerung von Figur 1 in dem Bereich, der in Figur 1 mit II bezeichnet ist. Da die äußere Spritzlochreihe 30 dazu verwendet wird, nur eine ge¬ ringe Kraftstoffmenge in den Brennraum einzubringen, wie sie für eine Vorein¬ spritzung benötigt wird, ist der Durchmesser άγ der äußeren Spritzlöcher 20 klei¬ ner als der Durchmesser &2 in der inneren Spritzlöcher 22. Die Spritzlöcher 20,22 sind hierbei zylindrisch ausgebildet, wobei die äußeren Spritzlöcher 20 und die in- neren Spritzlöcher 22 untereinander gleich sind. Über den unterschiedlichen
Durchmesser der äußeren Spritzlöcher 20 und der inneren Spritzlöcher 22 lässt
sich die Einspritzmenge für die Voreinspritzung präziser einstellen, als dies bei gleich großen Spritzlochdurchmessern der Fall wäre.
Um das Einströmen von Kraftstoff in die äußeren Spritzlöcher 20 bzw. in die inne- ren Spritzlöcher 22 zu erleichtern, ist die Einlaufkante am Übergang des Ventilsit¬ zes 18 zu den äußeren Spritzlöchern 20 mit einem Radius Rj gerundet. Ebenso ist der Übergang vom Ventilsitz 18 zu den inneren Spritzlöchern 22 mit einem Radius R2 gerundet. Die Rundungsradien Ri,R.2 können entweder gleich sein, oder es können unterschiedliche Rundungsradien vorgesehen sein, die an die unterschiedli- che Funktionen von inneren und äußeren Spritzlöchern 20,22 angepasst sind.
Es kann vorgesehen sein, gleich viel äußere Spritzlöcher 20 wie innere Spritzlöcher 22 auszubilden. Es ist jedoch auch möglich, beispielsweise mehr äußere Spritzlö¬ cher 20 als innere Spritzlöcher 22 auszubilden, um einen verringerten Spritzloch- durchmesser dj den gleichen Spritzlochquerschnitt in der Summe zur Verfügung zu haben.
Figur 3 zeigt in derselben Darstellung wie Figur 2 ein zweites Ausfuhrungsbeispiel, wobei die Ventilnadeln 8,10 in dieser Darstellung weggelassen sind. Die Spritzlö- eher 20,22 sind hier konisch ausgebildet und weisen jeweils eine Eintrittsöffnung
120, 122 und einer Austrittsöffnung 220,222 auf. Der Durchmesser d3 der Ein¬ trittsöffnung 120 ist größer als der Durchmesser d^. der Austrittsöffnung 220, wo¬ bei die Eintrittsöffnung 122 deutlich größer ist als die Austrittsöffnung 222. Auch hier findet eine Rundung der Eintrittskanten statt, wobei die Rundungsradien Rj ,R2 wiederum gleich oder verschieden voneinander sein können
Für eine optimale Steuerbarkeit der Einspritzung durch die äußeren Spritzlöcher 20 haben sich Eintrittsöffnungen 120 bewährt, deren Durchmesser d3 wenigstens 1,2 - fach größer sind als der Durchmesser d5 der Eintrittsöffnungen 122, wie sie die in- neren Spritzlöcher 22 aufweisen; vorzugsweise ist der Durchmesser 1,5- bis 2-fach größer.