DE102011077272A1

DE102011077272A1 - Einspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102011077272A1
Application number: DE102011077272A
Authority: DE
Inventors: Marco Vorbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-13
Also published as: JP6077530B2; JP2014516134A; KR101947367B1; KR20140032417A; US9771912B2; US20140190451A1; WO2012167992A1

Abstract

Es wird ein Einspritzventil für Brennkraftmaschinen angegeben, das einen eine Ventilkammer (13) begrenzenden Ventilsitzkörper (12) mit Ventilsitz (14) und Spritzlöchern (21) und einem zentralen Sackloch (24) sowie ein zur Hubbewegung antreibbares Ventilglied (16) mit einem Schließkopf (15) aufweist, der mit dem Ventilsitz (14) einen stromaufwärts der Spritzlöcher (21) liegenden Dichtsitz bildet. Zur Verhinderung einer in der Schließphase des Dichtsitzes sich im Sackloch (24) ausbildenden Unterdrucks und einer damit verbundenen teilweisen Rückströmung des Kraftstoffs ist der Schließkopf (15) des Ventilglieds (16) an seiner dem Ventilsitzkörper (12) zugekehrten Stirnseite mit einem vom Schließkopf (15) abstehenden Stempel (25) versehen, der eine auf die Kontur des Sacklochs (24) abgestimmte Form aufweist und beim Schließen des Dichtsitzes in das Sackloch (24) eintaucht.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Einspritzventil für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein bekanntes, als sog. Mehrloch-Einspritzventil ausgeführtes Brenn- oder Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen ( DE 10 2005 036 951 A1 ) weist einen in einem hohlzylindrischen Ventilsitzträger endseitig aufgenommenen Ventilsitzkörper auf, der mit einer inneren Körperwand eine mit einer Brenn- oder Kraftstoffzuführung in Verbindung stehende Ventilkammer begrenzt. An der inneren Körperwand des Ventilsitzträgers ist ein Ventilsitz ausgebildet. Im Ventilsitzkörper sind mehrere Spritzlöcher angeordnet, die in der inneren Körperwand, und zwar in dem von dem Ventilsitz umschlossenen Bereich der Körperwand, angeordnete Locheintrittsöffnungen und in der von der Ventilkammer abgekehrten, konvexen äußeren Körperwand des Ventilsitzkörpers liegende Lochaustrittsöffnungen aufweist. Jedes der Mehrzahl der Spritzlöcher weist einen von der Locheintrittsöffnung stromaufwärtig begrenzten, querschnittskleinen Locheintrittsabschnitt und einen von den der Lochaustrittsöffnung stromabwärtig begrenzten querschnittsgrößeren Lochaustrittsabschnitt auf. Der Ventilsitz bildet mit einem Schließkörper eines im Ventilsitzträger axial verschiebbaren und zur Hubbewegung antreibbaren Ventilglieds einen stromaufwärts der Spritzlöcher liegenden Dichtsitz. Innerhalb des von den Locheintrittsöffnungen der Spritzlöcher umschlossenen Bereichs der Körperwand des Ventilsitzkörpers ist in die Körperwand ein Sackloch mit zur Ventilkammer weisender Sacklochöffnung eingearbeitet. Ein solches Sackloch dient als Beruhigungsvolumen zur Dämpfung einer hochturbolenten Kraftstoffströmung, die sich bei Vollhub des Ventilglieds in diesem Bereich durch ein Überangebot an Kraftstoff für die einzelnen Spritzlöcher ausbildet.
Es hat sich gezeigt, dass in der Schließphase des Ventils am Ende der Einspritzung infolge der Trägheit der Spritzlochströmung ein Unterdruck im Sackloch entsteht und es dadurch zu einer teilweisen Rückströmung des Kraftstoffs zum Sackloch kommt. Durch diese Rückströmung entsteht eine deutliche Reduktion der Aufbereitungsgüte des Kraftstoffs, was die Rußemmission im Abgas erhöht und eine Verkokung, d. h. Ablagerungen von verbranntem Kraftstoff, an den Lochaustrittsöffnungen der Spritzlöcher fördert.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch den am Schließkopf ausgebildeten, in der Schließphase des Ventilglieds in das Sackloch eintauchenden Stempel das im Sackloch gespeicherte Kraftstoffvolumen verdrängt und als zusätzliche Einspritzmenge abgespritzt wird. Eine Kraftstoffrückströmumg ist unterbunden, und einer Verkokung an den Spritzlochausgängen entgegengewirkt. Der erforderliche Druck für eine gute Zerstäubung der aus dem Sackloch verdrängten Einspritzmenge wird durch die Dynamik des Ventilglieds aufgebaut. Nach wie vor bleibt das Sackloch als Beruhigungsraum bei Vollhub des Ventilglieds für die hochturbolente Kraftstoff-Querströmung vorhanden und die Nachteile eines sacklochlosen Ventilsitzkörpers werden vermieden.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Einspritzventils möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind Sackloch und Stempel einander so angepasst, dass bei geschlossenem Dichtsitz der Stempel im Sackloch formschlüssig einliegt. Dadurch wird eine vollständige Verdrängung des im Sackloch gespeicherten Kraftstoffvolumens beim Schließvorgang gewährleistet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Sackloch als Mulde und der Stempel als Höcker ausgebildet und weisen jeweils Glocken- oder Hutform auf. Vorzugsweise ist die Mulde mit einer vom Muldengrund abstehenden Erhebung und der Höcker mit einer Vertiefung versehen, die an die Kontur der Erhebung in der Mulde angepasst ist. Alternativ weisen Sackloch und Stempel Kegelstumpfform auf. In beiden Fällen wird beim Ventilschließen einerseits eine zusätzliche Zentrierung des Ventilglieds und andererseits eine hydraulische Dämpfung des Schließimpulses des Ventilglieds erzielt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ausschnittweise einen Längsschnitt eines Einspritzventils für eine Brennkraftmaschine,
2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II in 1,
3 eine gleiche Darstellung wie in 2 mit einer Modifizierung des Ventils,
4 eine gleiche Darstellung wie in 2 mit einer weiteren Modifizierung des Ventils.
Das in 1 ausschnittweise mit seinem abspritzseitigen Ende im Längsschnitt schematisch skizzierte Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine weist einen hülsenförmigen Ventilsitzträger 11 auf, der aus einem hier nicht dargestellten Ventilgehäuse herausragt und an seinem freien Ende mit einem Ventilsitzkörper 12 abgeschlossen ist. Der Ventilsitzkörper 12 begrenzt mit einer inneren Körperwand 121 eine Ventilkammer 13. An der inneren Körperwand 121 ist ein Ventilsitz 14 in Form einer zur Achse des Ventilsitzkörpers 12 konzentrischen Ringfläche ausgebildet. Der Ventilsitz 14 bildet zusammen mit einem Schließkopf 15 eines im Ventilsitzträger 12 axial verschieblich angeordneten Ventilglieds 16 eine sog. Dichtsitz. Der Schließkopf 15 ist an dem stirnseitigen Ende einer hohlzylindrischen Ventilnadel 17 des Ventilglieds 16 befestigt, z.B. angeschweißt. Die Ventilnadel 17 weist Radialbohrungen 18 auf und steht mit einem hier nicht dargestellten, im Ventilgehäuse ausgebildeten Kraftstoffzulauf in Verbindung, so dass Kraftstoff von dem Kraftstoffzulauf über die Ventilnadel 17 und den Radialbohrungen 18 in die Ventilkammer 13 gelangt und dort unter Druck an dem Dichtsitz ansteht. Zur Hubbewegung des Ventilglieds 16, und damit zum Öffnen und Schließen des Dichtsitzes, greift an dem Ventilglied 16 in bekannter Weise eine Rückstellfeder 19 und ein Aktor 20, z.B. ein Elektromagnet, an, die beide in 1 schematisch angedeutet sind. Die Ventilschließfeder 19 presst den Schließkopf 15 auf den Ventilsitz 14 auf. Mittels des Aktors 20 wird der Schließkopf 15 gegen die Rückstellkraft der Ventilschließfeder 19 vom Ventilsitz 14 mehr oder weniger weit abgehoben.
Stromabwärts des Dichtsitzes sind im Ventilsitzkörper 12 Spritzlöcher 21 angeordnet, die jeweils zwei im Querschnitt gestufte Lochabschnitte aufweisen, und zwar einen stromaufwärtigen Locheintrittsabschnitt 22 mit kleinem Lochquerschnitt und einer Locheintrittsöffnung 121 und einen stromabwärtigen Lochaustrittsabschnitt 23 mit großem Lochquerschnitt und einer Lochaustrittsöffnung 231. Alle Locheintrittsöffnungen 221 einerseits und alle Lochaustrittsöffnungen 231 andererseits liegen auf einem sog. Teilerkreis in zueinander parallelen Ebenen, die sich quer zur Achse des Ventilsitzkörpers 12 erstrecken, weisen also in Umfangsrichtung gleiche Abstände voneinander auf. Die Locheintrittsöffnungen 221 der Locheintrittsabschnitte 22 sind dabei in dem von dem Ventilsitz 14 umschlossenen Bereich der inneren Körperwand 121 des Ventilsitzkörpers 12 angeordnet, während die Lochaustrittsöffnungen 231 in der von der Ventilkammer 13 abgekehrten äußeren Körperwand 122 des Ventilsitzkörpers 12 liegen, und zwar hier in einem kalottenförmigen, zentralen Bereich des Ventilsitzkörpers 12. In die innere Körperwand 121 des Ventilsitzkörpers 12 ist zentral ein Sackloch 24 mit zur Ventilkammer 13 weisender Sacklochöffnung eingearbeitet, wobei vorzugsweise die Achsen von Sackloch 24 und Ventilsitzkörper 12 fluchten. Dieses Sackloch 24 bildet einen Beruhigungsraum für eine bei Vollhub des Ventilglieds 16 sich zwischen den Locheintrittsöffnungen 221 ausbildende, hochturbolente Querströmung des Kraftstoffs.
Um in der Schließphase des Ventils eine Ausbildung eines Unterdrucks in dem Sackloch 24 mit den eingangs beschriebenen Nachteilen zu vermeiden, ist der Schließkopf 15 des Ventilglieds 16 an seiner dem Ventilsitzkörper 12 zugekehrten Stirnseite mit einem vom Schließkopf 15 abstehenden Stempel 25 versehen, der vorzugsweise einstückig an den Stempel 25 angeformt ist. Die Form des Stempels 25 ist an die Kontur des Sacklochs 24 angepasst, so dass in der Schließphase des Ventils beim Schließen des Dichtsitzes der Stempel 25 in das Sackloch 24 eintaucht und das dort vorhandene Kraftstoffvolumen hin zu den Locheintrittsöffnungen 221 der Spritzlöcher verdrängt. Vorzugsweise sind Sackloch 24 und Stempel 25 aufeinander so abgestimmt, dass bei geschlossenem Dichtsitz der Stempel 25 im Sachloch 24 formschlüssig einliegt und somit das im Sackloch 25 in der Schließphase gespeicherte Kraftstoffvolumen vollständig aus dem Sackloch 24 ausgeschoben ist. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist – wie dies in der vergrößerten Darstellung von Sackloch 24 und Stempel 25 in 2 verdeutlicht ist – Sackloch 24 als Mulde 26 und Stempel 25 als Höcker 27 mit jeweils Glocken- oder Hutform ausgebildet.
In dem Ausführungsbeispiel von Sackloch 24 und Stempel 25 gemäß der in 3 dargestellten Modifizierung des Einpritzventils weist die Mulde 26 eine vom Muldengrund mittig abstehende Erhebung 28 und der Höcker 27 eine mittige Vertiefung 29 auf, deren Form an die Kontur der Erhebung 28 angepasst ist. Mittels Erhebung 28 und Vertiefung 29 wird beim Schließen des Dichtsitzes eine Zentrierung von Schließkopf 15 und Ventilsitz erreicht. Zusätzlich wird dadurch eine hydraulische Dämpfung des Schließimpulses des Ventilsitzes 16 bewirkt.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel von Sackloch 24 und Stempel 25 weisen Sackloch 24 und Stempel 25 Kegelstumpfform auf. Durch diese konstruktive Ausbildung wird der Effekt der Zentrierung des Ventilglieds 16 und der hydraulischen Dämpfung des Schließimpulses des Ventilglieds 16 verstärkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005036951 A1 [0002]

Claims

Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem Ventilsitzkörper (12), der eine eine Ventilkammer (13) begrenzende innere Körperwand (121), einen an der inneren Körperwand (121) ausgebildeten Ventilsitz (14), mehrere Spritzlöcher (21) mit in der inneren Körperwand (121) liegenden Locheintrittsöffnungen (221) und ein in den von den Locheintrittsöffnungen (221) umschlossenen Bereich der inneren Körperwand (121) eingearbeitetes Sackloch (24) aufweist, und mit einem zur Hubbewegung antreibbaren Ventilglied (16), das einen Schließkopf (15) aufweist, der mit dem Ventilsitz (14) einen stromaufwärts der Locheintrittsöffnungen (221) der Spritzlöcher (21) liegenden Dichtsitz bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkopf (15) des Ventilglieds (16) an seiner dem Ventilsitzkörper (12) zugekehrten Stirnseite mit einem vom Schließkopf (15) abstehenden Stempel (25) versehen ist, der eine auf die Kontur des Sacklochs (24) abgestimmte Form aufweist und so angeordnet ist, dass er beim Schließen des Dichtsitzes in das Sackloch (24) eintaucht.
Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sackloch (24) und Stempel (25) einander so angepasst sind, dass der Stempel (25) bei geschlossenem Dichtsitz im Sackloch (24) formschlüssig einliegt.
Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch (24) als Mulde (26) und der Stempel (25) als Höcker (27) ausgebildet ist und beide Glocken- oder Hutform aufweisen.
Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mulde (26) eine vom Muldengrund mittig abstehende Erhebung (28) und der Höcker (27) eine mittige Vertiefung (29) mit an die Form der Erhebung (28) angepasster Kontur aufweist.
Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Sackloch (24) und Stempel (256) Kegelstumpfform aufweisen.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (25) einstückig am Schließkopf (15) angeformt ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle Locheintrittsöffnungen (221) der Spritzlöcher (21) auf einem zur Achse des Ventilsitzkörpers (12) konzentrischen Kreis voneinander beabstandet angeordnet sind und vorzugsweise in Umfangsrichtung gleichen Abstand voneinander aufweisen und dass die Achse des Sacklochs (24) mit der Achse des Ventilsitzkörpers (12) fluchtet.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzlöcher (21) im Querschnitt gestufte Lochabschnitte (22, 23) aufweisen und die Lochabschnitte (22, 23) einen von den Locheintrittsöffnungen (221) zu den Lochaustrittsöffnungen (231) zunehmenden Querschnitt aufweisen.