Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen aus der Schrift EP 0 352 926 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein kolbenförmiges Ventilglied axial verschiebbar in einem Ventilkörper angeordnet und weist an seinem brennraumseitigen Ende eine konische Ventildichtfläche auf. Mit dieser konischen Ventildichtfläche wirkt das Ventilglied mit einer an einem geschlossenen Ende einer Bohrung im Ventilkörper angeordneten konischen Ventilsitzfläche zusammen, wobei an der Berührungslinie zwischen Ventildichtfläche und Ventilsitzfläche ein Dichtquerschnitt gebildet wird. Diesem Dichtquerschnitt sind in Kraftstoffströmungsrichtung stromabwärts Einspritzöffnungen nachgeordnet, die in der Wand des Ventilkörpers angeordnet sind und die ausgehend von der Bohrung im Ventilkörper an dessen Außenmantelfläche münden und dabei in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragen. Dabei sind diese Einspritzöffnungen am bekannten Kraftstoffeinspritzventil konisch ausgebildet, wobei sich der Querschnitt der Einspritzöffnungen von einem relativ großen Durchmesser am Kraftstoffeintritt zu einem relativ kleinen Durchmesser am Kraftstoffaustritt gleichmäßig konisch verringert.
Dabei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil jedoch den Nachteil auf, daß sämtliche Einspritzöffnungen die gleiche Konizität aufweisen, so daß es nicht möglich ist, den Kraftstoffeinspritzstrahl an jeder Einspritzöffnung separat auf die jeweiligen Erfordernisse an den einzelnen Einspritzstrahl innerhalb des Brennraumes individuell anzupassen. Dieser individuellen Optimierung der einzelnen Strahlgeometrien an jeder Einspritzöffnung kommt dabei insbesondere bei einer außermittigen oder schrägen Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils im Brennraum der Brennkraftmaschine jedoch eine wesentliche Bedeutung zu, da es erst damit möglich wird, die Kraftstoffeinspritzung hinsichtlich der Strahlgeometrie und der Strahlaufbereitung optimal an die jeweiligen Verhältnisse im Brennraum der Brennkraftmaschine anzupassen und so eine optimale
Kraftstoffaufbereitung und Verbrennung zu erzeugen. Eine derartige Strahlgeometrie- Optimierung an jedem Strahleintritt ist jedoch mit dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil nicht möglich.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, daß an jeder Einspritzöffnung eine Optimierung der Einspritzstrahlgeometrie in Abhängigkeit von den lokalen Erfordernissen möglich ist. Dazu weisen die Einspritzöffnungen zueinander unterschiedliche Konuswinkel auf, über die sich die jeweilige Kraftstoffströmung und somit der eingespritzte Kraftstoff strahl individuell formen läßt. Dabei ist es möglich, den Querschnitt der Einspritzöffnung ausgehend von einem großen Durchmesser auf einen kleinen Durchmesser in Strömungsrichtung des Kraftstoffes gleichmäßig zu verringern (positive Konizität). Es ist jedoch alternativ auch möglich bei entsprechenden Anforderungen, den Querschnitt der Einspritzöffnung (Spritzloch) ausgehend von der Eintrittsöffnung in Richtung brennraumseitiger Austrittsöffnung gleichmäßig zu vergrößern (negative Konizität). Dabei weisen in vorteilhafter Weise wenigstens zwei Einspritzöffnungen in Abhängigkeit von der Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils im Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine, zueinander unterschiedliche Konuswinkel auf, wobei die Konuswinkel vorzugsweise in einem Bereich zwischen 10 bis 90 ° liegen. Besonders vorteilhaft ist es zudem, wenn mit zunehmendem Umlenkwinkel (der vorzugsweise zwischen 15° bis in Einbausonderfällen bis 120 ° liegt), des zuströmenden Kraftstoffes am Eintritt in die Einspritzöffnung auch der Konuswinkel insbesondere bei positiver Konizität, zunimmt. Dabei können am Kraftstoffeinspritzventil eine Vielzahl von Einspritzöffnungen vorgesehen sein, wobei die verschieden ausgebildeten Einspritzöffnungen in einer Reihe über den Umfang des Einspritzventils angeordnet sein können. Es ist alternativ jedoch auch möglich eine Vielzahl von axial übereinander angeordneten Reihen von Einspritzöffnungen am Kraftstoffeinspritzventil vorzusehen, die zudem über eine entsprechende Ansteuerung des axial beweglichen Ventilgliedes nacheinander aufsteuerbar sein können. Des weiteren ist es für die Kraftstoffeinströmung in die Einspritzöffnung besonders vorteilhaft, wenn die Einlaufkanten an der Einspritzöffnung mit einem Radius abgerundet sind. Auf diese Weise lassen sich bereits
hier Verwirbelungen und somit das Entstehen von Unterdruckgebieten vermeiden, so daß die Kraftstoffeinströmung in die Einspritzöffnung gleichmäßig erfolgen kann. Dies unterstützt auch eine Formung der Kraftstoffströmung innerhalb der Einspritzöffnung in die am Austritt der Einspritzöffnung gewünschte Strahlgeometrie des eingespritzten Kraftstoffstrahles.
Es ist somit mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen in vorteilhafter Weise möglich, jede einzelne Einspritzöffnung je nach Erfordernis an die Strömung des Kraftstoffes und die Strahlgeometrie am Austritt mit einer individuellen optimierten Konizität zu versehen, wobei der Konuswinkel der entsprechenden Einspritzöffnung dabei positiv oder negativ sein kann. Durch eine optimierte individuelle Ausbildung des Konuswinkels an den einzelnen Einspritzöffnungen kann damit trotz unterschiedlicher Umlenkwinkel des einströmenden Kraftstoffes und einer schrägen Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils im Brennraum eine gleiche mittlere Kraftstoffgeschwindigkeit an jedem Spritzlochaustritt erzeugt werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen dargestellt, die in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert sind.
Es zeigen die Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in einem vereinfachten Teilschnitt durch die brennraumseitige Kuppe des Kraftstoffeinspritzventils, bei dem die Einspritzöffnungen einen negativen Konuswinkel aufweisen, die Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel in einem Schnitt durch den brennraumseitigen Teil des Ventilkörpers, bei dem die nebeneinanderliegenden Einspritzöffnungen zueinander versetzt sind und unterschiedliche positive Konuswinkel aufweisen und die Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem zwei axial übereinander angeordnete Reihen von Einspritzöffnungen mit unterschiedlichen Konuswinkeln dargestellt sind.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in der Figur 1 nur in seinem erfindungswesentlichen Bereich dargestellte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen weist einen Ventilkörper 1 auf, der mit seinem unteren, dargestellten Ende in einen nicht näher gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine ragt. In diesem Ventilkörper 1 ist in bekannter Weise ein Ventilglied 3 axial verschiebbar geführt, das an seinem dargestellten unteren, brennraumseitigen Ende eine konische Ventildichtfläche 5 aufweist, mit der es mit einer Ventilsitzfläche 7 am Ventilkörper 1 zusammenwirkt. Diese Ventilsitzfläche 7 ist dabei an einem geschlossenen Ende einer Bohrung 9 im Ventilkörper 1 gebildet und weist ebenfalls einen konischen Querschnitt auf, wobei der Konuswinkel der Ventilsitzfläche 7 geringfügig von dem Konuswinkel der Ventildichtfläche 5 am Ventilglied 3 abweicht. Dabei ist aufgrund der unterschiedlichen Konuswinkel zwischen Ventilsitzfläche 7 und Ventildichtfläche 5 eine umlaufende Linienberührung vorgesehen, die einen Dichtquerschnitt bildet, der bei an der Ventilsitzfläche 7 anliegendem Ventilglied 3 einen in Kraftstoffströmung stromaufwärts liegenden Raum der Bohrung 9 von einem stromabwärts liegenden Sackloch 11 am geschlossenen Ende der Bohrung 9 trennt. Im Ventilkörper 1 sind des weiteren eine Vielzahl von Einspritzöffnungen 13 vorgesehen, die ausgehend von der Wand der Bohrung 9 an die Außenumfangsfläche des Ventilkörpers 1 münden und dabei in nicht näher dargestellter Weise in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragen. Diese Einspritzöffnungen sollen dabei in Abhängigkeit von den Erfordernissen an die Kraftstoffströmung und den abzuspritzenden Einspritzstrahl konisch ausgebildet sein, wobei bei dem in der Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eine negative Konizität dargestellt ist, bei der der Konuswinkel derart gewählt ist, daß sich der Querschnitt der Einspritzöffnung in Strömungsrichtung des Kraftstoffes von einem relativ kleinen Eintrittsdurchmesser an der Wand der Bohrung 9 stetig in einen größeren Austrittsdurchmesser an der Außenumfangswand des Ventilkörpers 1 vergrößert. Dabei sollen wenigstens zwei der Einspritzöffnungen 13 zueinander unterschiedliche Konuswinkel aufweisen, die von der Lage der jeweiligen Einspritzöffnung im Ventilkörper 1 und der Anordnung des gesamten Kraftstoffeinspritzventils im Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine abhängig sind.
Das in der Figur 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils unterscheidet sich zum in der Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel in der Anordnung und Ausgestaltung der Einspritzöffnungen 13 in der Wand des Ventilkörpers 1. Dabei weisen die Einspritzöffnungen 13 nunmehr eine positive Konizität auf, bei der der Durchmesser d1 am Eintritt in die Einspritzöffnung 13 größer ausgebildet ist als der Durchmesser d2 an der Austrittsöffnung der Einspritzöffnung 13 in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine. Beim zweiten Ausführungsbeispiel sind zwei Einspritzöffnungen 13 vorgesehen, die unterschiedlich im Ventilkörper 1 angeordnet sind und die zudem unterschiedliche Konuswinkel aufweisen. Dabei ist der Konuswinkel α von einem Umlenkwinkel ß des einströmenden Kraftstoffes am Eintritt in die Einspritzöffnung 13 abhängig. Der Konuswinkel α an den Einspritzöffnungen 13 soll dabei vorzugsweise mit steigendem Umlenkwinkel ß ebenfalls zunehmen. Des weiteren sind die Einiaufkanten 15 am Übergang zwischen der Innenwandfläche des Ventilkörpers 1 zum Eintritt in die Einspritzöffnung 13 gerundet ausgebildet. Auf diese Weise kann ein gleichmäßiges Eintreten der Kraftstoffzuströmung in die Einspritzöffnungen 13 erreicht werden, die dann innerhalb der Einspritzöffnungen 13 entsprechend des gewünschten Strahlbildes über die Ausbildung des Konuswinkels zu dem gewünschten Einspritzstrahlbild geformt werden kann.
Die Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen, bei dem im Ventilkörper 1 nunmehr zwei Reihen von axial übereiander angeordneten Einspritzöffnungen 13 vorgesehen sind. Dabei weisen die in einer umlaufenden Reihe angeordneten Einspritzöffnungen 13 jeweils den gleichen Umlenkwinkel ß und somit den gleichen Konuswinkel α auf.
Über die gezeigten drei Ausführungsbeispiele hinaus sind alternativ auch sämtliche Kombinationen von konischen Spritzlöchern untereinander möglich, wobei die einzelne Spritzlochgeometrie je nach Anforderungen an die Kraftstoffströmung und die Strahlgeometrie am Einspritzaustritt individuell optimierbar ist.