DE10105681A1 - Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Ein Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen Düsenkörper (8), der einen Düsenkörpersitz (18) aufweist, sowie eine in dem Düsenkörper (8) dicht geführte Düsennadel (2), die einen Düsennadelschaft (6) und einen Düsennadelsitz (12) umfasst. Dabei bilden der Düsenkörpersitz (18) und der Düsennadelsitz (12) zusammen einen Dichtsitz (20) aus. In Höhe zwischen dem Dichtsitz (20) und dem Düsennadelschaft (6) ist ein Spalt (28) vorgesehen. Im Bereich des Spalts (28) verläuft eine Außenfläche (25) der Düsennadel (2) im Wesentlichen parallel zu einer Innenfläche (26) des Düsenkörpers (8).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritz­ ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der WO 96/19661 ist ein Kraftstoffeinspritzventil be­ kannt, das einen Düsenkörper mit einer zentralen Führungsboh­ rung aufweist, in der eine Düsennadel geführt ist. Durch eine axiale Bewegung der Düsennadel öffnet das Ventil, das von ei­ ner Dichtkante am Düsennadelsitz der Düsennadel und einem ko­ nischen Düsenkörpersitz an der Düsenspitze des Düsenkörpers gebildet wird. Der Düsennadelsitz und der Düsenkörpersitz wirken somit zusammen und bilden einen Dichtsitz aus. Das Ventil steuert den Kraftstoffzufluss zu den Einspritzlöchern, die in der Düsenspitze eingebracht sind. Beim Schließen des Ventils schlägt die Dichtkante der Düsennadel heftig auf den konischen Düsenkörpersitz auf, wodurch eine starke mechani­ sche Beanspruchung des Düsenkörpers hervorgerufen wird, die zu einer verringerten Lebensdauer des Düsenkörpers führen kann. Deshalb ist unterhalb der Dichtkante der Düsennadel in dem Dichtsitz ein Absatz in Form einer umlaufenden Nut einge­ bracht, um eine durch Verschleiß bedingte Veränderung des Dü­ senkörpersitzdurchmessers zu verhindern.

Sitzverschleiß kann die Einspritzmenge, die Strahlausbildung und die Dichtheit des Kraftstoffeinspritzventils beeinflus­ sen. Die Dichtheit des Einspritzventils ist besonders bei Common-Rail-Einspritzsystemen wichtig zu gewährleisten, da diese im Gegensatz zu einer periodischen Einspritzung perma­ nent unter dem Spitzendruck des Systems stehen, so dass Un­ dichtheiten zu einer Dauereinspritzung führen würden.

Damit der Kraftstoff zu den Einspritzlöchern strömen kann, ist zwischen dem vorderen freien Ende der Düsennadel und ei­ ner Innenwand des Düsenkörpers ein Freiraum vorgesehen. Bei geschlossenem Ventil, wenn die Dichtkante der Düsennadel an dem konischen Düsenkörpersitz des Düsenkörpers anliegt, ist die Düsennadel durch dieses Anliegen im Düsenkörper zent­ riert. Beim Abheben der Düsennadel von der konischen Dicht­ fläche neigt die dann frei in die Spitze des Düsenkörpers ra­ genden Düsennadel jedoch dazu, von ihrer exakt zentrierten Lage abzuweichen. Dadurch werden die Einspritzlöcher nicht gleichmäßig freigegeben, was wiederum zu einer unsymmetri­ schen Strahlausbildung führt, die den Verbrennungsverlauf die Emissionswerte ungünstig beeinflusst. Dieser Nachteil tritt insbesondere bei den Common-Rail-Einspritzsystemen mit Vor­ einspritzung auf. Die Voreinspritzung einer sehr kleinen Kraftstoffmenge vor der eigentlichen Haupteinspritzung ver­ bessert bei solchen Systemen den Verbrennungsvorgang hin­ sichtlich Geräuschentwickelung und Abgasverhalten. Aufgrund der kleinen Kraftstoffmenge hebt bei der Voreinspritzung die Düsennadel nur sehr wenig von ihrem Sitz im Düsenkörper ab. Zentrierungsfehler wirken sich daher besonders stark auf die Strahlausbildung des eingespritzten Kraftstoffs und den Verbrennungsverlauf aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffein­ spritzventil zu schaffen, bei dem zum einen die mechanische Beanspruchung des Düsenkörpers verringert und zum anderen ei­ ne verbesserte Strahlausbildung erzielbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritz­ ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.

Demzufolge ist in dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz­ ventil ein Spalt vorgesehen, der in einem geschlossenen Zu­ stand des Ventils axial in Höhe zwischen dem Dichtsitz und einem Düsennadelschaft angeordnet ist. Die Düsennadel weist zwischen ihrer Düsennadelspitze und ihrem zylindrischen Dü­ sennadelschaft einen kegelstumpfförmig ausgebildeten Körper­ abschnitt auf, entlang dessen Längserstreckung zumindest ab­ schnittsweise der Spalt verläuft. An einem Übergang der Düsennadelspitze zu dem kegelstumpfförmigen Körperabschnitt der Düsennadel ist der Düsennadelsitz vorgesehen, der bei ge­ schlossenem Ventil zusammen mit einem konischen Düsenkörper­ sitz einer Düsenspitze eines Düsenkörpers den Dichtsitz bil­ det. Der sich von dem Dichtsitz in Richtung zu dem Düsenna­ delschaft erstreckende Spalt ist derart ausgestaltet, dass im Bereich des Spalts eine Außenfläche des kegelstumpfförmigen Körperabschnitts der Düsennadel im wesentlichen parallel zu einer gegenüberliegenden Innenfläche des Düsenkörpers ver­ läuft. Beim Schließen des Kraftstoffeinspritzventils, wenn der Düsennadelsitz auf den Düsenkörpersitz auftrifft, wird Kraftstoff in dem Spalt oberhalb des Dichtsitzes zwischen der konischen Außenfläche der Düsennadel und der konischen Innen­ fläche des Düsenkörpers aufgestaut und dann herausgepresst.

Durch den in dem Spalt oberhalb des Dichtsitzes beim Schlie­ ßen des Ventils aufgestauten Kraftstoff wird zum einen die Aufprallenergie der Düsennadel im Düsenkörpersitz hydraulisch abgedämpft, so dass die mechanische Beanspruchung des Düsen­ körpers und ein dadurch bedingter Sitzverschleiß verringert ist. Demnach wird durch den Spalt eine Dämpfung des Schließ­ vorgangs im Bereich oberhalb des Dichtsitzes erzielt. Zum an­ deren wird die Düsennadel durch den in dem Spalt einfließen­ den Kraftstoff beim Schließen hydraulisch geführt. Hierdurch ist eine genaue Zentrierung der Düsennadel im Düsenkörper si­ chergestellt, da der Kraftstoff in dem Spalt eine gleichmäßig entlang der Außenfläche der Düsennadel verteilte Druckkraft auf die Düsennadel ausübt. Durch diese hydraulische Führung der Düsennadel wird ein gleichmäßiges Beliefern der Ein­ spritzlöcher mit Kraftstoff ermöglicht. Dadurch ist eine ver­ besserte Strahlausbildung des durch die Einspritzlöcher in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraft­ stoffs gewährleistet.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weite­ ren Ansprüchen beschrieben.

Für die Gestaltung des umlaufenden Spalts zwischen der Außen­ fläche des kegelstumpfförmigen Körperabschnitts der Düsenna­ del und einem Abschnitt der Innenfläche des Düsenkörpers wird bevorzugt, dass der Spalt als eine langgestreckte Ausnehmung in der Außenfläche der Düsennadel und/oder der Innenfläche des Düsenkörpers ausgebildet ist. Eine derartige Ausnehmung ist fertigungstechnisch einfach und präzise herstellbar.

Zur Ausbildung der hydraulische Führung für die Düsennadel hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sich der umlaufen­ de Spalt unmittelbar an einer Dichtkante des Düsennadelsitzes anschließt. Darüber hinaus wird bei der Anordnung des Spalts oberhalb der Dichtkante ein Schadvolumen unterhalb des Dicht­ sitzes gering gehalten, so dass Kohlenwasserstoff- Emissionswerte reduziert werden.

Die Dichtkante ist vorzugsweise an einem umlaufenden zylind­ rischen Nadelabschnitt zwischen einer Düsennadelspitze und einem kegelstumpfförmigen Körperabschnitt der Düsennadel vor­ gesehen. Hierbei bildet der zylindrische Nadelabschnitt einen umlaufenden Absatz oberhalb der Dichtkante an der Außenfläche der Düsennadel aus. Auf diese Weise ist der Spalt, der sich bei geschlossenem Ventil zwischen Düsennadel und Düsenkörper von dem zylindrischen Nadelabschnitt zumindest abschnittswei­ se entlang der Außenfläche des kegelstumpfförmigen Körperab­ schnitts der Düsennadel in Richtung zu dem Düsennadelschaft erstreckt, fertigungstechnisch einfach und kostengünstig in dem Kraftstoffeinspritzventil herstellbar.

Bevorzugt weisen die Kegelmantelflächen der konischen Düsen­ nadelspitze und des kegelstumpfförmigen Körperabschnitts der Düsennadel jeweils im wesentlichen den gleichen Kegelwinkel auf. Beim Vorsehen des zylindrischen Nadelabschnitts zwischen Düsennadelspitze und dem kegelstumpfförmigen Körperabschnitt kann dadurch gewährleistet werden, dass die Außenfläche der Düsennadel im Bereich des Spalts im wesentlichen parallel zu der Innenfläche des Düsenkörpers im Bereich des Spalts ver­ läuft.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von beispielhaft in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils mit einer Einzelheit X;

Fig. 2 die Einzelheit X von Fig. 1 in vergrößerter Dar­ stellung mit einer weiteren Einzelheit Y;

Fig. 3 die Einzelheit Y von Fig. 2 in vergrößerter Dar­ stellung; und

Fig. 4 einen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils.

In Fig. 1 ist eine Düsennadel 2 mit einer Düsennadelführung 4 und einem Düsennadelschaft 6 dargestellt, die in einem Düsen­ körper 8 dichtend geführt ist. Am freien Ende des Düsennadel­ schaftes 6 befindet sich eine Düsennadelspitze 10. Diese ist als Einzelheit X bezeichnet und in Fig. 2 vergrößert darge­ stellt. Sie weist einen Düsennadelsitz 12 mit einer Dichtkan­ te 14 auf, die durch einen umlaufenden zylindrischen Nadelab­ schnitt 16 festgelegt ist. Der Düsennadelsitz 12 und ein am Düsenkörper 8 angeordneter Düsenkörpersitz 18 wirken beim Ab­ dichten des Kraftstoffeinspritzventils zusammen und bilden das Ventil. Hierbei ist das Kraftstoffeinspritzventil im ge­ schlossenen Zustand gezeigt, in dem die Dichtkante 14 zusam­ men mit dem konischen Düsenkörpersitz 18 einen Dichtsitz 20 bereitstellt. Das Ventil steuert abhängig von der axialen Po­ sition der Düsennadel 2 in dem Düsenkörper 8 den Kraftstoff­ zufluss zu Einspritzlöchern 22, die unterhalb des Dichtsitzes 20 in Richtung der Düsennadelspitze 10 angeordnet sind.

In einem Bereich zwischen dem Dichtsitz 20 und dem Düsenna­ delschaft 6 ist ein kegelstumpfförmiger Körperabschnitt 24 der Düsennadel 2 zu erkennen, wobei der zylindrische Nadelab­ schnitt 16 an einem Übergang zwischen der Düsenadelspitze 10 und dem kegelstumpfförmigen Körperabschnitt 24 ausgebildet ist. Ferner ist zwischen einem Abschnitt einer Innenfläche 26 des Düsenkörpers 8 und einem gegenüberliegenden Abschnitt ei­ ner Außenfläche des kegelstumpfförmigen Körperabschnitts 24 der Düsennadel 2 ein Spalt 28 angeordnet, der als Quetsch­ spalt wirkt. Dies ist als Einzelheit Y und in Fig. 3 in ver­ größerter Darstellung gezeigt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, verläuft die Außenfläche 25 der Düsennadel 2 im wesentlichen parallel zu der Innenfläche 26 des Düsenkörpers 8, so dass zwischen dem Körperabschnitt 24 der Düsennadel und einem Abschnitt der Innenfläche 26 des Dü­ senkörpers 8 der Spalt 28 ausgebildet ist. Hierbei weist die Außenfläche der Düsennadel 2 im wesentlichen den gleichen Ke­ gelwinkel wie die Außenfläche der konischen Düsennadelspitze 12 auf. Der Spalt 28 erstreckt sich von dem Dichtsitz 20 ent­ lang einem vorbestimmten Bereich des Körperabschnitts 24 der Düsennadel 2 in Richtung zu dem Düsennadelschaft 6. Somit ist der Spalt 28 oberhalb des Dichtsitzes 20 an der Düsennadel 2 vorgesehen. Der zylindrische Nadelabschnitt 16 bildet einen umlaufenden Absatz in der Außenfläche 25 der Düsennadel 2 aus, der den Spalt 28, in dem dargestellten geschlossenen Zu­ stand des Ventils, an seinem unteren Ende abschließt.

Beim Schließvorgang des Kraftstoffeinspritzventils, wenn sich die Düsennadel 2 axial in Richtung zu der Spitze des Düsen­ körpers 8 bewegt, schlägt die Dichtkante 14 auf den konischen Düsenkörpersitz 18 auf, wodurch der Düsenkörpersitz 18 ver­ schleißt. Dieser Sitzverschleiß ist abhängig von der Stärke des Auftreffens der Dichtkante 14 auf den Düsenkörpersitz 18. Durch die parallele Anordnung der Außenfläche 25 der Düsenna­ del 2 und der Innenfläche 26 des Düsenkörpers 8 im Bereich des Spalts 28 wird kurz vor dem Auftreffen der Dichtkante 14 auf den Düsenkörpersitz 18 der Kraftstoff aus dem Spalt 28 herausgepresst, was zu hydraulischen Dämpfung der Schließbe­ wegung im Bereich oberhalb des Dichtsitzes 20 an der Düsenna­ del 2 führt. Dadurch verringert sich die Auftreffkraft der Dichtkante 14 auf den Düsenkörpersitz 18 und somit der Sitz­ verschleiß.

Ferner übt der in den Spalt 28 eingepresste Kraftstoff ent­ lang der Außenfläche 25 der Düsennadel 2 eine gleichmäßige Druckkraft auf die Düsennadel 2 aus. Dies führt zu einer ra­ dialen Stabilisierung und Zentrierung der Düsennadel 2, da sich der Kraftstoff in dem Spalt 28 schnell und gleichmäßig verteilt und eine radiale Stabilisierungskraft auf die Düsen­ nadel 2 ausübt. Bei der dadurch erzielten mittigen Zentrie­ rung der Düsennadel verbessert sich die Strahlausbildung des eingespritzten Kraftstoffs erheblich.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Kraftstoffeinspritzventil ist im Unterschied zu Fig. 3 der Spalt 28 in den Düsenkörper 8 eingebracht. Dabei ist der Spalt 28 als langgestreckter Aus­ nehmung in den Düsenkörper 8 ausgestaltet. Der Kraftstoff strömt in Richtung der Pfeile P in das obere Ende der umlau­ fenden Ausnehmung und wird beim Schließen des Ventils in den Spalt 28 zwischen der Außenfläche des kegelstumpfförmigen Körperabschnitts 24 der Düsennadel und dem gegnüberliegenden Abschnitt der Innenfläche 26 des Düsenkörpers 8 gepresst. Da­ bei wird die axiale Bewegung der Düsennadel 2 abgedämpft und gleichzeitig die Düsennadel 2 durch den Kraftstoffdruck in dem umlaufenden Spalt 28 hydraulisch geführt und mittig zent­ riert.

Der bevorzugte maximale Abstand in dem Spalt 28 zwischen der Außenfläche 25 der Düsennadel 2 und der Innenfläche 26 des Düsenkörpers 8 liegt im Bereich von 5 bis 30 µm.

Claims (5)

1. Kraftstoffeinspritzventil mit
einem Düsenkörper (8), der einen Düsenkörpersitz (18) auf­ weist, und
einer in dem Düsenkörper (8) dicht geführten Düsennadel (2), die einen Düsennadelschaft (6) und einen Düsennadel­ sitz (12) umfasst,
wobei der Düsenkörpersitz (18) und der Düsennadelsitz (12) zusammen einen Dichtsitz (20) ausbilden,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt (28) axial in Höhe zwischen dem Dichtsitz (20) und dem Düsennadelschaft (6) vorgesehen ist, wobei im Bereich des Spalts (28) eine Au­ ßenfläche (25) der Düsenadel (2) im wesentlichen parallel zu einer Innenfläche (26) des Düsenkörpers (8) verläuft.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Spalt (28) als eine langgestreckte Ausnehmung in der Düsennadel (2) und/oder dem Düsenkörper (8) ausgebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (28) an eine Dichtkante (14) des Düsennadelsitzes (12) anschließt.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (14) an einem umlaufenden zylindrischen Nadelabschnitt (16) zwischen einer Düsennadelspitze (10) und einem kegel­ stumpfförmigen Körperabschnitt (24) der Düsennadel (2) vorgesehen ist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Außenflächen der konischen Düsen­ nadelspitze (10) und des kegelstumpfförmigen Körperab­ schnitts (24) der Düsennadel (2) jeweils im wesentlichen den gleichen Kegelwinkel aufweisen.