WO2006063912A1

WO2006063912A1 - Kraftstoffeinspritzventil für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: WO2006063912A1
Application number: PCT/EP2005/055989
Authority: WO
Inventors: Rudolf Heinz; Patrick Mattes; Wolfgang Stoecklein; Holger Rapp; Marcus Schilling; Violaine Chassagnoux
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2007-06-16
Also published as: JP2008523318A; CN101080568A; EP1828593A1; DE102004060552A1; US20080296411A1

Abstract

Ein Kraftstoffeinspritzventil (1) für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung (3) eines Ventilkörpers (2) axial verschiebbaren Ventilglied (4) weist auf: an seinem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtfläche, mit der es mit einer Ventilsitzfläche des Ventilkörpers (2) zusammenwirkt, 10 mindestens eine stromabwärts der Ventilsitzfläche vorgesehene und sich in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine öffnende Einspritzöffnung, einen das Ventilglied (4) führenden Führungsabschnitt des Ventilkörpers (2), der axial zwischen einem an eine Kraftstoffhochdruckleitung angeschlossenen Ringspalt und einem an die 15 Ventilsitzfläche mündenden Ringraum vorgesehen ist, eine erste Drosselverbindung, die Ringspalt und Ringraum dauerhaft miteinander verbindet, und eine zweite Drosselverbindung, die Ringspalt und Ringraum ab einem vorbestimmten Öffnungshub (h) des Ventilglieds (4) miteinander verbindet und einen kleineren Drosselwiderstand als die erste 20 Drosselverbindung aufweist. Der Führungsabschnitt ist erfindungsgemäß durch eine Führungshülse (5) gebildet, die am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers (2) in der Bohrung (3) unverschiebbar fixiert ist.

Description

Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist beispielsweise durch die US 4,987,887 bekannt geworden.

Zur Reduzierung von Emissionen besonders im Hinblick auf die EURO-V- Norm ist es bekannt, den Einspritzverlauf von Kraftstoffeinspritzventilen abhängig vom Düsennadelhub im Hinblick auf eine optimale Verbrennung zu formen. Hierzu wird eine Führungsdrosselung des Kraftstoffs bei der Einspritzung vorgenommen, wozu insbesondere zwei Drosselverbindungen mit unterschiedlichem Drosselwiderstand verwendet werden können, die parallel angeordnet sind. Die erste Drosselverbindung verbindet einen Ringspalt dauerhaft mit einem an die Ventilsitzfläche mündenden Ringraum, die zweite Drosselverbindung wird ab einem vorbestimmten Öffnungshub zugeschaltet.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1 hat dem gegenüber den Vorteil, dass die Führungsdrosselung auf besonders einfache Weise durch Ausbildung des Führungsabschnitts als Führungshülse erfolgen kann. Durch die Führungshülse wird, solange der Hub des Ventilglieds den vorbestimmten Öffnungshub noch nicht überschritten hat, die zweite Drosselverbindung ganz oder fast vollständig verschlossen. Dadurch wird der Druck an der Ventilsitzfläche gegenüber dem vor der ersten Drosselverbindung herrschenden Raildruck abgesenkt, und es wird die hydraulisch wirksame Fläche, an der der Raildruck zur Ausbildung einer hydraulischen Öffnungskraft auf das Ventilglied wirkt, reduziert. Letzteres bewirkt eine Absenkung der Öffnungsgeschwindigkeit des Ventilglieds unterhalb des vorbestimmten Öffnungshubs. Wird der vorbestimmte Öffnungshub überschritten, so wird die zweite Drosselverbindung zugeschaltet und der Raildruck herrscht nun bis zur Ventilsitzfläche. Die hydraulisch wirksame Fläche sowie der Druck an den

Einspritzöffnungen bilden sich nun wie bei bekannten Common-Rail- Düsen aus. Zusätzlich kann gegebenenfalls auf eine herkömmliche Führung des Ventilglieds verzichtet werden.

Die erste Drosselverbindung mit größerem Drosselwiderstand kann durch einen ringförmigen Spalt zwischen Führungshülse und Ventilglied, einen Flächenanschliff des Ventilgliedes oder eine Drosselbohrung in der Führungshülse oder dem Ventilglied gebildet sein. Die zweite Drosselverbindung kann durch einen weiteren Flächenanschliff des Ventilgliedes oder eine Drosselbohrung im Ventilglied oder der Führungshülse hergestellt werden. Durch eine Feder zwischen Führungshülse und Ventilglied kann ein sicheres Anliegen der Führungshülse am Ventilkörper erreicht werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils sind in der nicht maßstäblichen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils mit einer Führungshülse als Führungsabschnitt,

Fig. 2 ein Detail des brennraumseitigen Endes des

Kraftstoffeinspritzventils von Fig. 1 mit zwei Flächenanschliffen eines Ventilglieds als Drosselverbindungen,

Fig. 3 ein Detail des brennraumseitigen Endes einer zweiten

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils mit einer Drosselbohrung im Ventilglied als zweiter Drosselverbindung, Fig. 4 ein Detail des brennraumseitigen Endes einer dritten

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils mit einer Drosselbohrung im Ventilglied als erster Drosselverbindung,

Fig. 5 ein Detail des brennraumseitigen Endes einer vierten

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils mit einer Drosselbohrung in der Führungshülse,

Fig. 6 ein Detail des brennraumseitigen Endes einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils mit zwei Drosselbohrungen in der Führungshülse, und

Fig. 7 in einem ersten Teilbild (a) den Drosselwiderstand und in einem zweiten Teilbild (b) die Einspritzmenge des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils in Abhängigkeit vom Öffnungshub.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil 1 für Brennkraftmaschinen, das als Düsenmodul ausgelegt ist, wie es u. a. in CR-Injektoren mit Piezo-Aktor zum Einsatz kommt. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist einen Ventilkörper 2 auf, in dem eine Bohrung 3 vorgesehen ist. Ein Ventilglied 4 ist axial verschiebbar in der Bohrung 3 angebracht und wird mittels einer als Führungsabschnitt dienenden Führungshülse 5 im Innern der Bohrung 3 geführt.

Fig. 2 zeigt das brennraumseitige Ende des Kraftstoffeinspritzventils 1 im Detail. Das Ventilglied 4 weist an seinem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtfläche 6 auf, mit der es im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 1 an einer Ventilsitzfläche 7 des Ventilkörpers 2 anliegt, um einen Kraftstoffzufluss zu stromabwärts der Ventilsitzfläche 7 vorgesehenen Einspritzöffnungen 8 zu unterbinden. Die Einspritzöffnungen 8 öffnen sich in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine. Die Führungshülse 5 ist axial zwischen einem an eine nicht bildlich dargestellte Kraftstoffhochdruckleitung angeschlossenen Ringspalt 9 und einem an die Ventilsitzfläche 7 mündenden Ringraum 10 vorgesehen. Die Führungshülse 5 weist in Richtung auf das brennraumseitige Ende des Ventilkörpers 2 hin einen konischen Flächenabschnitt 11 auf, der in einem konisch zulaufenden

Flächenabschnitt 12 des Ventilkörpers 2 eingepresst ist. Zur Fixierung der Führungshülse 5 ist eine Feder 23 vorgesehen, welche in axialer Richtung gegen eine in radialer Richtung verlaufende Steuerkante 15 der Führungshülse 5 drückt und die Steuerhülse 5 unverschiebbar fixiert.

Die Außenwand des Ventilglieds 4 schließt mit der Innenwand der Führungshülse 5 hydraulisch dicht ab. Ein als Drosselverbindung dienender, nicht bildlich dargestellter erster, langer Flächenanschliff des Ventilgliedes 4 verbindet den Ringspalt 9 dauerhaft mit dem Ringraum 10. Ein zweiter, weniger langer Flächenanschliff 14, der als zweite

Drosselverbindung dient, verbindet den Ringspalt 9 und den Ringraum 10 ab einem vorbestimmten Öffnungshub h des Ventilgliedes 4, der im vorliegenden Fall ungefähr 0,1 mm beträgt. Beim Erreichen des Öffnungshubs h ist das Ventilglied 4 so weit angezogen, dass der zweite Flächenanschliff 14 mit einem Ende über die Steuerkante 15 der

Führungshülse 5 in den Ringspalt 9 hineinragt und die Zufuhr von Kraftstoff in die Einspritzöffnungen 8 mit einem kleineren Drosselwiderstand ermöglicht.

Im Folgenden werden für Merkmale mit gleicher Funktion und gleicher oder ähnlicher Bauform identische Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 verwendet.

Fig. 3 zeigt ein Detail einer zweiten Ausgestaltung des Kraftstoffeinspritzventils 1 , bei dem zwischen dem Ventilglied 4 und der

Führungshülse 5 ein ringförmiger Spalt 16 ausgebildet ist, der als erste Drosselverbindung den Ringspalt 9 mit dem Ringraum 10 dauerhaft verbindet. Der Ringraum 10 mündet an die Ventilsitzfläche 7 und ist zwischen dem Ventilglied 4 und der Führungshülse 5 durch eine Verkleinerung des Durchmessers des Ventilglieds 4 gebildet. Eine Drosselbohrung 17 ist im Ventilglied 4 eingebohrt und verbindet den axialen Abschnitt des Ventilglieds 4 mit größerem Durchmesser, an welchem der ringförmige Spalt 16 gebildet ist, mit dem Abschnitt des Ventilglieds mit geringerem Durchmesser, an welchem der Ringraum 10 gebildet ist. Die Drosselbohrung 17 verbindet ab dem Öffnungshub h den Ringspalt 9 mit dem Ringraum 10, sodass die Zufuhr von Kraftstoff in die Einspritzöffnungen 8 mit einem kleineren Drosselwiderstand ermöglicht wird.

Fig. 4 zeigt ein Detail einer dritten Ausgestaltung des Kraftstoffeinspritzventils 1 , bei dem im Unterschied zu Fig. 3 der Abschnitt mit größerem Durchmesser des Ventilglieds 4 hydraulisch dicht mit der Führungshülse 5 abschließt. Als erste Drosselverbindung verbindet die Drosselbohrung 17 des Ventilglieds 4 den Ringspalt 9 mit dem am

Ventilglied 4 gebildeten Flächenanschliff 14, der wie in Fig. 1 gezeigt ausgebildet ist und mit dem Ringraum 10 in Verbindung steht. Ab dem Erreichen des Öffnungshubs h gibt die Steuerkante 15 den Flächenanschliff 14 frei, sodass dieser direkt mit dem Ringspalt 9 verbunden wird.

Fig. 5 zeigt ein Detail einer vierten Ausgestaltung des Kraftstoffeinspritzventils 1 , bei dem als zweite Drosselverbindung eine Drosselbohrung 13 in die Führungshülse 5 eingebohrt ist. Die Drosselbohrung 13 verbindet die Innenfläche der Führungshülse 5 dauerhaft mit der Steuerkante 15 der Führungshülse 5. Das Ventilglied 4 des Kraftstoffeinspritzventils 1 von Fig. 5 ist analog zum Ventilglied 4 von Fig. 3 aufgebaut, weist aber keine Drosselbohrung auf. Wie in Fig. 3 ist ein ringförmiger Spalt 16 zwischen Führungshülse 5 und einem Abschnitt des Ventilglieds 4 mit größerem Durchmesser gebildet, in den die

Drosselbohrung 13 bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil 1 mündet. Ab dem Öffnungshub h mündet die Drosselbohrung 13 nicht mehr in den ringförmigen Spalt 16, sondern in den Ringspalt 10, welcher zwischen dem Abschnitt des Ventilglieds 4 mit geringerem Durchmesser und die Führungshülse 5 gebildet ist.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Kraftstoffeinspritzventils 1 mit einer Führungshülse 5, welche im Vergleich zu den in Fig. 1 bis Fig. 5 gezeigten Führungshülsen in axialer Richtung verlängert ist, um das

Schließen des Kraftstoffeinspritzventils 1 zu erleichtern. Die Führungshülse 5 weist zwei zylindrische Abschnitte mit unterschiedlichen Innendurchmessern auf, von denen der größere am dem Brennraum abgewandten, der kleinere am dem Brennraum zugewandten Ende der Führungshülse 5 gebildet ist. Die beiden Abschnitte der Führungshülse 5 grenzen an einer Steuerkante 15 aneinander, welche in radialer Richtung zwischen den zylindrischen Abschnitten gebildet ist.

Das Ventilglied 4 weist drei Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern auf, die vom dem Brennraum abgewandten Ende zum dem

Brennraum zugewandten Ende des Ventilglieds 4 abnehmen. Die Abschnitte mit dem größten und dem mittleren Durchmesser des Ventilglieds 4 sind derart ausgebildet, dass sie bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil 1 jeweils hydraulisch dicht mit den Innendurchmessern der Führungshülse 5 abschließen. Der Abschnitt des

Ventilglieds 5 mit dem geringsten Durchmesser bildet mit dem brennraumseitigen Abschnitt der Führungshülse den Ringraum 10 aus. Zwischen dem Abschnitt mit dem mittleren Durchmesser des Ventilglieds 4 und dem Abschnitt der Führungshülse 5, welcher dem Brennraum abgewandt ist, ist ein ringförmiger Raum 26 gebildet.

Die Führungshülse 5 weist an einem brennraumseitigen Ende zwei erste, in radialer Richtung verlaufende erste Drosselbohrungen 25 auf, welche als erste Drosselverbindungen wirken. Die ersten Drosselbohrungen 25 verlaufen zwischen der Außenwand und der Innenwand der

Führungshülse 5. Zwischen der Außenwand der Führungshülse 5 und der Innenwand der Bohrung 3 ist der Ringspalt 9 gebildet. Der Ringspalt 9 ist über die ersten Drosselbohrungen 25 mit dem Ringraum 10 verbunden. Vier zweite, in radialer Richtung verlaufende Drosselbohrungen 24 in der Führungshülse 5 sind in axialer Richtung weiter vom Brennraum entfernt als die ersten Drosselbohrungen 25 angebracht und dienen als zweite Drosselverbindungen. Die zweiten Drosselbohrungen 24 verbinden den Ringspalt 9 mit dem ringförmigen Raum 26. Der ringförmige Raum 26 ist bis zum erreichen des Düsenhubs h gegen den Ringraum 10 hydraulisch abgedichtet, weil der Abschnitt des Ventilglieds 4 mit mittlerem Durchmesser hydraulisch dicht mit dem brennraumseitigen Abschnitt der Führungshülse 5 abschließt. Bei Erreichen des Düsenhubs h gibt die Steuerkante 15 den Abschnitt des Ventilglieds 4 mit geringerem Durchmesser frei, sodass der ringförmige Raum 26 mit dem Ringraum 10 in Verbindung steht. Über die zweiten Drosselbohrungen 24 mit geringer Drosselwirkung (nahezu Null) wird den Einspritzöffnungen 8 Kraftstoff zugeführt.

Bei den in Fig. 1 bis 5 gezeigten Kraftstoffeinspritzventilen 1 kann die erste

Drosselverbindung anstelle des ersten Flächenanschliffs, des ringförmigen Spalts 16 oder der Drosselbohrung 17 im Ventilglied 4 alternativ durch eine radiale Drosselbohrung in der Führungshülse 5 ausgebildet sein, wie in Fig. 6 gezeigt.

Fig. 7a zeigt einen Drosselwiderstand D des Kraftstoffeinspritzventils 1 in Abhängigkeit vom Öffnungshub H. Bis zum Öffnungshub h ist die erste Drosselverbindung mit konstanter, großer Drosselwirkung allein im Einsatz. Ab dem Öffnungshub h wirkt zusätzlich die zweite Drosselverbindung und reduziert den Drosselwiderstand D auf einen kleineren, ebenfalls konstanten Wert. Der kleinere Wert kann sehr gering sein, es ist sogar möglich, diesen auf Null abzusenken.

Die Einspritzmenge E in den Brennraum bei der Verwendung von zwei Drosselverbindungen mit unterschiedlichem Drosselwiderstand wird in

Fig. 7b anhand einer ersten Einspritzkurve 18 gezeigt. Zum Vergleich zeigt eine zweite Einspritzkurve 19 die Einspritzmenge bei der Verwendung einer einzigen Drosselverbindung, deren Drosselwiderstand zwischen beiden Drosselwiderständen von Fig. 7a liegt. In einem ersten Einspritzbereich 20 bei geringem Öffnungshub wirkt die erste Drosselverbindung mit höherem Drosselwiderstand als einzige Drosselverbindung. Aufgrund des abgesenkten Drucks im Ringraum 10 wird die hydraulische Öffnungskraft auf das Ventilglied und damit auch dessen Öffnungsgeschwindigkeit in diesem unteren Hubbereich reduziert.

In einem zweiten Einspritzbereich 21 bei mittlerem Öffnungshub (während des Zündverzugs) wird bei der ersten Einspritzkurve 18 weniger Kraftstoff eingespritzt als bei der zweiten Einspritzkurve 19. Bei weiter öffnendem Ventilglied bestimmt in einem dritten Einspritzbereich 22 die zweite

Drosselverbindung mit geringerem Drosselwiderstand das Einspritzverhalten und führt zu einer größeren Einspritzmenge bei der eigentlichen Verbrennung als bei Verwendung einer einzigen Drosselverbindung. Der Einspritzverlauf kann unter Verwendung von zwei Drosselverbindungen mit unterschiedlichem Drosselwiderstand daher weitaus genauer im Hinblick auf eine optimale Verbrennung eingestellt werden als bei Verwendung einer einzigen Drosselverbindung. Die Führungshülse ist besonders geeignet für das Vorsehen von Drosselverbindungen und führt überdies zu einer Reduktion der hydraulischen Fläche.

Claims

Patentansprüche

1. Kraftstoffeinspritzventil (1 ) für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung (3) eines Ventilkörpers (2) axial verschiebbaren Ventilglied (4), das an seinem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtfläche (6) aufweist, mit der es mit einer Ventilsitzfläche (7) des Ventilkörpers (2) zusammenwirkt, mit mindestens einer stromabwärts der Ventilsitzfläche (7) vorgesehenen und sich in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine öffnenden Einspritzöffnung (8), mit einem das Ventilglied (4) führenden Führungsabschnitt, der axial zwischen einem an eine Kraftstoffhochdruckleitung angeschlossenen Ringspalt (9) und einem an die Ventilsitzfläche (7) mündenden Ringraum (10) vorgesehen ist, mit einer ersten Drosselverbindung (16; 25), die Ringspalt (9) und Ringraum (10) dauerhaft miteinander verbindet, und mit einer zweiten Drosselverbindung (13; 17; 24), die Ringspalt (9) und Ringraum (10) ab einem vorbestimmten Öffnungshub (h) des Ventilglieds (4) miteinander verbindet und einen kleineren Drosselwiderstand als die erste Drosselverbindung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt durch eine Führungshülse (5) gebildet ist, die am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers (2) in der Bohrung (3) angeordnet ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drosselverbindung durch einen ringförmigen Spalt (16) zwischen Führungshülse (5) und Ventilglied (4) gebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drosselverbindung durch mindestens einen ersten Flächenanschliff des Ventilglieds (4) gebildet ist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drosselverbindung durch eine Drosselbohrung (13, 25) in der Führungshülse (5) gebildet ist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drosselverbindung durch mindestens einen zweiten Flächenanschliff (14) des Ventilgliedes (4) gebildet ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drosselverbindung durch eine im Ventilglied (4) verlaufende Drosselbohrung (17) gebildet ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drosselverbindung durch eine in der Führungshülse (5) verlaufende Drosselbohrung (24) gebildet ist.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (5) in der Bohrung (3) des Ventilkörpers (2) unverschiebbar fixiert angeordnet ist.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (4) zumindest im an die Ventilsitzfläche (7) mündenden Abschnitt der Führungshülse (5) einen geringeren Durchmesser als im an den Ringspalt (9) mündenden Abschnitt aufweist.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (5) einen konischen Flächenabschnitt (1 1 ) aufweist, der in einem konisch zulaufenden Flächenabschnitt (12) des Ventilkörpers (2) unverschiebbar fixiert ist.

11. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (23) in axialer Richtung zwischen Ventilglied (4) und Führungshülse (5) angeordnet ist, welche die Führungshülse (5) gegen den Ventilkörper (2) drückt.