DE102004055262A1

DE102004055262A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102004055262A1
Application number: DE200410055262
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2006-05-18
Also published as: WO2006053811A1; EP1815128A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einer in einem Ventilkörper (1) angeordneten Ventilaußennadel (8) und einer in der Ventilaußennadel (8) angeordneten Ventilinnennadel (10), die durch ihre Längsbewegung mit einem im Wesentlichen konischen Ventilsitz (18) zusammenwirken. Dadurch wird ein Kraftstofffluss aus einem mit Kraftstoff befüllbaren Druckraum (14) zu wenigstens zwei Spritzlochreihen (30; 32) gesteuert, wobei die Spritzlochreihen (30; 32) jeweils wenigstens ein Spritzloch umfassen. Die Ventilaußennadel steuert den Kraftstofffluss zu der äußeren Spritzlochreihe (30), während die Ventilinnennadel (10) bei der inneren Spritzlochreihe (32) dieselbe Funktion hat. Sämtliche Spritzlöcher (22) der inneren Spritzlochreihe (32) weisen den gleichen Eintrittsöffnungs-Durchmesser (d¶5¶) auf und sämtliche Spritzlöcher (20) der äußeren Spritzlochreihe (30) weisen ebenfalls den gleichen Eintrittsöffnungs-Durchmesser (d¶3¶) auf, wobei der Eintrittsöffnungs-Durchmesser (d¶5¶) der inneren Spritzlöcher (22) von dem der äußeren Spritzlöcher (20) verschieden ist (Figur 2).

Description

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es aus der Offenlegungsschrift DE 103 15 821 A1 bekannt ist. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper auf, in dem eine Ventilaußennadel 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 Ventilaußennadel den Kraftstofffluss zur äußeren Spritzlochreihe steuert und die Ventilinnennadel zur inneren Spritzlochreihe. Die Spritzlöcher weisen jeweils eine Eintritts und eine Austrittsöffnung auf, wobei der Durchmesser der Eintrittsöffnungen sämtlicher Spritzlöcher 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 dadurch verbessert werden, dass in den Spritzlochreihen jeweils eine unter schiedliche Anzahl von Spritzlöchern ausgebildet ist. Jedoch werden dabei nicht immer optimale 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 Spritzlochreihe 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 Eintrittsöffnung auf, der wenigstens 1,2-fach größer ist als der Durchmesser der Eintrittsöffnungen der inneren Spritzlochreihe. Durch diese Abmessung ist eine optimale Zerstäubung 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 Spritzlochkantenrundung lassen sich sowohl bei Spritzlöchern anwenden, die eine zylindrischen Form aufweisen, als auch bei Spritzlöchern, die eine konische, sich nach außen verjüngende Form aufweisen. Damit lassen sich alle Anforderungen an die Einspritzung optimal erfüllen.

Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt
1 ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt,
2 eine vergrößerte Darstellung des mit II bezeichneten Ausschnitts der 1 und
3 in derselben Darstellung wie 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper 1 auf, der von einer Spannmutter 3 gegen einen in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper verspannt ist. Im Ventilkörper 1 ist eine Bohrung 5 ausgebildet, die an ihrem brennraumseitigen Ende von einem im wesentlichen konischen Ventilsitz 18 begrenzt wird. Vom Ventilsitz 18 gehen Spritzlöcher 20, 22 aus, die in einer äußeren Spritzlochreihe 30 und in einer inneren Spritzlochreihe 32 angeordnet sind. Die Spritzlöcher 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 geführt ist. Die Ventilaußennadel 8 verjüngt sich dem Ventilsitz 18 zu unter Bildung einer Druckschulter 12 und weist an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine äußere Dichtfläche 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 Ventilinnennadel 10 längsverschiebbar angeordnet ist. Die Ventilinnennadel 10 weist an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine innere Dichtfläche 42 auf, mit der diese mit dem Ventilsitz 18 zusammenwirkt. Sowohl die Ventilinnennadel 10 als auch die Ventilaußennadel 8 werden an ihrem ventilsitzabgewandten Ende von einer Schließkraft 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 Ventilinnennadel 10 in ihrer Schließstellung verharren, wenn keine weiteren Kräfte auf die Ventilnadeln 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 äußeren 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 erfolgt, 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 äußeren Dichtfläche 35 hindurch und wird durch die äußere Spritzlochreihe 30 ausgespritzt. 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 Schließkraft auf die Ventilinnennadel 10 ebenfalls reduziert oder die hydraulische Kraft auf die Ventilinnennadel 10 entsprechend groß, wird diese in gleicher Weise vom Ventilsitz 18 abgehoben, so dass jetzt beide Spritzlochreihen 30, 32 aufgesteuert sind. Dieses sukzessive Aufsteuern von Ventilaußennadel 8 und Ventilinnennadel 10 ermöglicht es beispielsweise, eine Voreinspritzung nur durch die äußere Spritzlochreihe 30 durchzuführen, während die Haupteinspritzung des Kraftstoffs durch beide Spritzlochreihen 30, 32 erfolgt.
2 zeigt eine Vergrößerung von 1 in dem Bereich, der in 1 mit II bezeichnet ist. Da die äußere Spritzlochreihe 30 dazu verwendet wird, nur eine geringe Kraftstoffmenge in den Brennraum einzubringen, wie sie für eine Voreinspritzung benötigt wird, ist der Durchmesser d₁ der äußeren Spritzlöcher 20 kleiner als der Durchmesser d₂ in der inneren Spritzlöcher 22. Die Spritzlöcher 20, 22 sind hierbei zylindrisch ausgebildet, wobei die äußeren Spritzlöcher 20 und die inneren 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 inneren Spritzlöcher 22 zu erleichtern, ist die Einlaufkante am Übergang des Ventilsitzes 18 zu den äußeren Spritzlöchern 20 mit einem Radius R₁ gerundet. Ebenso ist der Übergang vom Ventilsitz 18 zu den inneren Spritzlöchern 22 mit einem Radius R₂ gerundet. Die Rundungsradien R₁, R₂ können entweder gleich sein, oder es können unterschiedliche Rundungsradien vorgesehen sein, die an die unterschiedliche 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 Spritzlöcher 20 als innere Spritzlöcher 22 auszubilden, um einen verringerten Spritzlochdurchmesser d₁ den gleichen Spritzlochquerschnitt in der Summe zur Verfügung zu haben.
3 zeigt in derselben Darstellung wie 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, wobei die Ventilnadeln 8, 10 in dieser Darstellung weggelassen sind. Die Spritzlöcher 20, 22 sind hier konisch ausgebildet und weisen jeweils eine Eintrittsöffnung 120, 122 und einer Austrittsöffnung 220, 222 auf. Der Durchmesser d₃ der Eintrittsöffnung 120 ist größer als der Durchmesser d₄ der Austrittsöffnung 220, wobei die Eintrittsöffnung 122 deutlich größer ist als die Austrittsöffnung 222. Auch hier findet eine Rundung der Eintrittskanten statt, wobei die Rundungsradien R₁, 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 inneren Spritzlöcher 22 aufweisen; vorzugsweise ist der Durchmesser 1,5- bis 2-fach größer.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einer in einem Ventilkörper (1) angeordneten Ventilaußennadel (8) und einer in der Ventilaußennadel (8) angeordneten Ventilinnennadel (10), die durch ihre Längsbewegung mit einem im wesentlichen konischen Ventilsitz (18) zusammenwirken und dadurch einen Kraftstofffluss aus einem mit Kraftstoff befüllbaren Druckraum (14) zu wenigstens zwei Spritzlochreihen (30; 32) steuern, wobei die Spritzlochreihen (30; 32) jeweils wenigstens ein Spritzloch (20; 22) umfassen und die Ventilaußennadel den Kraftstofffluss zu der äußeren Spritzlochreihe (30) steuert und die Ventilinnennadel (10) zu der inneren Spritzlochreihe (32), wobei die Spritzlöcher (20; 22) jeweils eine Eintrittsöffnung (120; 122) und eine Austrittsöffnung (220; 222) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Spritzlöcher (22) der inneren Spritzlochreihe (32) den gleichen Eintrittsöffnungs-Durchmesser (d₅) aufweisen und sämtliche Spritzlöcher (20) der äußeren Spritzlochreihe (30) ebenfalls den gleichen Eintrittsöffnungs-Durchmesser (d₃), wobei der Eintrittsöffnungs-Durchmesser (d₅) der inneren Spritzlöcher (22) von dem der äußeren Spritzlöcher (20) verschieden ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzlöcher (22) der inneren Spritzlochreihe (32) einen Eintrittsöffnungs-Durchmesser (d₅) aufweisen, der wenigstens 1,2-mal größer ist als bei den Spritzlöchern (20) der äußeren Spritzlochreihe (30).
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten am Übergang vom Ventilsitz (18) zu den Spritzlöchern (20; 22) mit einem Radius (R₁; R₂) gerundet sind, wobei der Rundungsradius (R₁) der inneren Spritzlöcher (22) von dem Rundungsradius (R₂) der äußeren Spritzlöcher (20) verschieden ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rundungsradius (R₁) der inneren Spritzlöcher (22) größer ist als der Rundungsradius (R₂) der äußeren Spritzlöcher (20).
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzlöcher (20; 22) zylinderförmig ausgebildet sind.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (120; 122) jeweils größer ist als die Austrittsöffnung (220; 222), so dass eine im wesentlichen konische Form der Spritzlöcher entsteht.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Spritzlöcher (20) einen Eintrittsöffnungs-Durchmesser (d₃) aufweisen, der wenigstens 1,5- bis 2-mal größer ist als der Durchmesser (d₅) der inneren Spritzlöcher (22).
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Spritzlochreihe (30) mehr Spritzlöcher (20) umfasst als die innere Spritzlochreihe (32).
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die äußere Spritzlochreihe (30) als auch die innere Spritzlochreihe (32) wenigstens drei Spritzlöcher (20; 22) umfasst.