DE10341452A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents
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Abstract
Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einem Ventilkörper (1) ausgebildeten äußeren Ventilsitz (107), der eine Konusform mit einem äußeren Öffnungswinkel (a) aufweist und von dem wenigstens eine äußere Einspritzöffnung (10) abgeht. Weiter ist ein innerer Ventilsitz (207) ausgebildet, der ebenfalls eine Konusform mit einem inneren Öffnungswinkel (b) aufweist und von dem wenigstens eine innere Einspritzöffnung (12) abgeht. Im Ventilkörper (1) ist eine Ventilhohlnadel (15) angeordnet, die eine äußere Ventildichtfläche (30) aufweist, mit der sie mit dem äußeren Ventilsitz (107) zusammenwirkt und so die Öffnung der wenigstens einen äußeren Einspritzöffnung (10) steuert. In der Ventilhohlnadel (15) ist eine Ventilnadel (17) angeordnet, die mit einer inneren Ventildichtfläche (32) mit dem inneren Ventilsitz (207) zur Steuerung der wenigstens einen inneren Einspritzöffnung (12) zusammenwirkt, wobei die Öffnungswinkel (a; b) des inneren Ventilsitzes (207) und des äußeren Ventilsitzes (107) verschieden sind (Figur 2).
Description
- Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, wie es dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzventil ist beispielsweise aus der WO 02/42637 bekannt und umfasst ein Gehäuse, in dem ein äußerer und ein innerer Ventilsitz ausgebildet sind. Von beiden Ventilsitzen gehen jeweils wenigstens eine innere bzw. äußere Einspritzöffnung aus, die in den Brennraum der Brennkraftmaschinen mündet. Im Kraftstoffeinspritzventil ist eine Ventilhohlnadel angeordnet, die mit dem äußeren Ventilsitz zur Steuerung der äußeren Einspritzöffnungen zusammenwirkt. Darüber hinaus ist eine in der Ventilhohlnadel angeordnete Ventilnadel vorhanden, die mit ihrer inneren Ventildichtfläche mit dem inneren Ventilsitz zusammenwirkt und dabei die inneren Einspritzöffnungen steuert.
- Bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist der äußere Ventilsitz und der innere Ventilsitz auf einer gemeinsamen Konusfläche ausgebildet und haben folglich denselben Öffnungswinkel. Die hydraulische Öffnungskraft und deren Verlauf hängt maßgeblich davon ab, zu welchem Zeitpunkt und mit welchem Druck die jeweiligen Ventildichtflächen vom Kraftstoff, der den Einspritzöffnungen zufließt, beaufschlagt werden. Welchem Druck die Ventildichtfläche hierbei bei welchem Hub der Ventilnadel ausgesetzt ist, hängt wesentlich vom Öffnungswinkel der Ventildichtfläche ab. Sind, wie bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil, beide Ventilsitze auf einer ge meinsamen Konusfläche ausgebildet, lässt sich dieser Auslegungsparameter nur für Ventilhohlnadel und Ventilnadel gemeinsam ändern. Dies erschwert eine optimale Auslegung und damit eine gezielte Einstellung der Öffnungsdynamik.
- Vorteile der Erfindung
- Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Öffnungsdynamik der Ventilnadeln und die Einlaufbedingungen an den jeweiligen Einspritzöffnungen unabhängig voneinander optimiert werden können. Hierzu werden die Ventilsitze mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln gefertigt, wobei die Öffnungswinkel hinsichtlich der gewünschten Eigenschaften an der Ventilhohlnadel bzw. der Ventilnadel optimiert werden.
- Durch die Unteransprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung möglich. So hat sich ein Öffnungswinkel von 55° bis 65° am inneren Ventilsitz als vorteilhaft erwiesen, wenn gleichzeitig der Öffnungswinkel des äußeren Ventilsitzes größer als dieser Wert ist. Ebenso kann auch gegenteilig verfahren werden, also am äußeren Ventilsitz ein Öffnungswinkel von etwa 60°, während der innere Ventilsitz einen größeren Öffnungswinkel aufweist.
- Zur Vermeidung von Verwirbelungen und zum gleichmäßigen Einströmen des Kraftstoffs zwischen die Ventilnadeln und die Ventilsitze grenzen diese vorteilhafterweise direkt aneinander. Weitere Kanten oder Nuten in diesem Bereich können die Strömung in Richtung der Einspritzöffnungen nachteilig beeinflussen.
- Weitere Vorteile sind der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
- Zeichnung
- In der Zeichnung sind verschiedene Ausführüngsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt
-
1 ein Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt, -
2 eine vergrößerte Darstellung im Bereich des Ventilsitzes eines ersten Ausführungsbeispiels und -
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel in derselben Darstellung wie2 . - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
- In der Zeichnung zeigt
1 ein Kraftstoffeinspritzventil der erfindungsgemäßen Art im Längsschnitt. In einem Ventilkörper1 ist eine Bohrung3 ausgebildet, die an ihrem brennraumseitigen Ende von einem Ventilsitz7 begrenzt wird. Der Ventilsitz7 unterteilt sich hierbei in einen äußeren Ventilsitz107 und einen inneren Ventilsitz207 , die beide eine Konusform aufweisen. Vom äußeren Ventilsitz107 geht wenigstens eine äußere Einspritzöffnung10 und vom inneren Ventilsitz207 wenigstens eine innere Einspritzöffnung12 ab, die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventil sämtlich in den Brennraum münden. In der Bohrung3 ist eine Ventilhohlnadel15 angeordnet, die an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine äußere Ventildichtfläche32 aufweist, mit der sie mit dem äußeren Ventilsitz107 zusammenwirkt.2 zeigt hierzu eine vergrößerte Darstellung von1 im Bereich des Ventilsitzes7 , wobei hier wegen der gegebenen Rotationssymmetrie bezüglich der Längsachse8 der Bohrung3 nur eine Hälfte gezeichnet ist. - Die Ventilhohlnadel
15 wird in einem ventilsitzabgewandten Abschnitt in der Bohrung3 dichtend geführt und verjüngt sich dem Ventilsitz7 zu unter Bildung einer Druckschulter18 . Zwischen dem geführten Abschnitt der Ventilhohlnadel15 und dem Ventilsitz7 ist zwischen der Ventilhohlnadel15 und der Wand der Bohrung3 ein Druckraum5 ausgebildet, der auf Höhe der Druckschulter18 radial erweitert ist. In die radiale Erweiterung des Druckraums5 mündet ein im Ventilkörper1 verlaufender und in der Zeichnung nicht dargestellter Zulaufkanal, über den der Druckraum5 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. - In der Ventilhohlnadel
15 ist eine Ventilnadel17 angeordnet, die längsverschiebbar ist und mit einer inneren Ventildichtfläche32 mit dem inneren Ventilsitz207 zusammenwirkt. Die Ventilnadel17 weist einen ersten Führungsabschnitt20 und einen zweiten Führungsabschnitt22 auf, mit der sie in der Ventilhohlnadel15 geführt ist. Zwischen diesen Führungsabschnitten20 ,22 ist ein Freistich ausgebildet, so dass ein Klemmen der Ventilnadel17 in der Ventilhohlnadel15 verhindert wird. Sowohl die Ventilnadel17 als auch die Ventilhohlnadel15 werden an ihrem ventilsitzabgewandten Ende von einer Schließkraft beaufschlagt, die durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung erzeugt wird. Solche Vorrichtungen, die aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt sind, können beispielsweise Federn oder Steuerräume sein, die die Schließkraft hydraulisch erzeugen. Die Steuerung der Ventilhohlnadel15 und der Ventilnadel17 geschieht durch das Verhältnis der Schließkräfte zu den hydraulischen Öffnungskräften, die auf die Druckschulter18 der Ventilhohlnadel15 und auf eine Druckschulter26 an der Ventilnadel17 wirken. Unterschreitet die Schließkraft auf die Ventilhohlnadel15 die auf sie wirkenden Öffnungskräfte, so hebt sie vom äußeren Ventilsitz107 ab und verbindet so den Druckraum5 mit den äußeren Einspritzöffnungen10 . Der Kraftstoff der im Druckraum5 unter hohem Druck ansteht, fließt daraufhin zwischen der äußeren Ventildichtfläche32 und dem äußeren Ventilsitz107 hindurch und wird durch die äußeren Einspritzöffnungen10 in den Brennraum eingespritzt. Nach dem Abheben der Ventilhohlnadel15 vom Ventilsitz7 wird die Druckschulter26 der Ventilnadel17 vom Kraftstoff beaufschlagt, so dass sich eine entsprechende hydraulische Öffnungskraft auf die Ventilnadel17 ergibt. Je nach Schließkraft auf die Ventilnadel17 hebt diese entweder ebenfälls vom inneren Ventilsitz207 ab und gibt in gleicher Weise wie die Ventilhohlnadel15 die inneren Einspritzöffnungen12 frei oder sie bleibt in ihrer Schließstellung. Auf diese Weise kann der Kraftstoff entweder nur durch die äußeren Einspritzöffnungen10 oder durch sämtliche Einspritzöffnungen10 ,12 in den Brennraum eingespritzt werden, so dass ein variabler Einspritzquerschnitt gegeben ist. - In
2 ist der Bereich des Ventilsitzes7 vergrößert dargestellt. Der äußere Ventilsitz107 und der innere Ventilsitz207 sind jeweils als Konusflächen ausgeführt. Der äußere Ventilsitz107 weist hierbei einen Öffnungswinkel a auf und der innere Ventilsitz207 einen Öffnungswinkel b, wobei aufgrund der Darstellung die halben Winkel a/2, b/2 eingezeichnet sind. Die Öffnungswinkel der Ventilsitze107 ,207 sind verschieden ausgebildet, um beispielsweise die Einströmbedingungen des Kraftstoffs in die Einspritzöffnungen10 ,12 zu optimieren. Nach dem Öffnen der Ventilhohlnadel15 , also nach deren Abheben vom äußeren Ventilsitz107 , beginnt der Kraftstoff, angetrieben vom hohen Druck im Druckraum5 , mit hoher Geschwindigkeit in Richtung der äußeren Einspritzöffnungen10 zu strömen. Beim Eintritt in die äußeren Einspritzöffnungen10 muss der Kraftstoff eine Richtungsänderung vollziehen, die wesentlich vom Öffnungswinkel a abhängt. Ebenso be einflusst der Öffnungswinkel b des inneren Ventilsitzes207 die Einströmbedingungen in die inneren Einspritzöffnungen12 . Da die inneren und die äußeren Einspritzöffnungen10 ,12 häufig unterschiedliche Durchmesser aufweisen oder unterschiedliche Winkel mit der Längsachse8 einschließen. Durch unterschiedliche Öffnungswinkel des äußeren Ventilsitzes107 und des inneren Ventilsitzes207 können diese Einströmbedingungen speziell an die jeweiligen Einspritzöffnungen10 ,12 angepasst werden. - Darüber hinaus lässt sich die Öffnungsdynamik der Ventilhohlnadel
10 und der Ventilnadel12 über den Öffnungswinkel der Ventilsitze107 ,207 einstellen: Nach dem Abheben vom Ventilsitz107 ,207 werden auch die Ventildichtflächen30 ,32 vom Kraftstoffdruck beaufschlagt und bewirken eine zusätzliche Öffnungskraft, die die Dynamik der Öffnungsbewegung wesentlich bestimmt. Wie hoch diese Öffnungskraft ist hängt insbesondere vom Öffnungswinkel a, b der Ventilsitze107 ,207 ab, so dass auch die Öffnungsdynamik über den Öffnungswinkel der Ventilsitze107 ,207 optimiert werden kann. -
3 zeigt in derselben Darstellung wie2 ein weiteres Ausführungsbeispiel. Es entspricht in allen wesentlichen Merkmalen dem Ausführungsbeispiel der2 , jedoch ist hier der Öffnungswinkel a des äußeren Ventilsitzes107 kleiner als der Öffnungswinkel b des inneren Ventilsitzes207 . Bevorzugte Größen für die Öffnungswinkel sind 85° bis 95°, vorzugsweise etwa 90°, für die größeren Öffnungswinkel, also Öffnungswinkel a in2 und Öffnungswinkel b in3 . Die jeweils kleineren Öffnungswinkel betragen 55° bis 65°, vorzugsweise etwa 60°.
Claims (7)
- Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einem Ventilkörper (
1 ) ausgebildeten äußeren Ventilsitz (107 ), der eine Konusform mit einem äußeren Öffnungswinkel (a) aufweist und von dem wenigstens eine äußere Einspritzöffnung (10 ) abgeht, und mit einem inneren Ventilsitz (207 ), der ebenfalls eine Konusform mit einem inneren Öffnungswinkel (b) aufweist und von dem wenigstens eine innere Einspritzöffnung (12 ) abgeht, und mit einer im Ventilkörper (1 ) angeordneten Ventilhohlnadel (15 ), die eine äußere Ventildichtfläche (30 ) aufweist, mit der sie mit dem äußeren Ventilsitz (107 ) zusammenwirkt und so die Öffnung der wenigstens einen äußeren Einspritzöffnung (10 ) steuert, und mit einer in der Ventilhohlnadel (15 ) angeordnete Ventilnadel (17 ), die mit einer inneren Ventildichtfläche (32 ) mit dem inneren Ventilsitz (207 ) zur Steuerung der wenigstens einen inneren Einspritzöffnungen (12 ) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungswinkel (a; b) des inneren Ventilsitzes (207 ) und des äußeren Ventilsitzes (107 ) verschieden sind. - Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Ventilsitz (
207 ) und der äußere Ventilsitz (107 ) konzentrisch zueinander angeordnet sind. - Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (b) des inneren Ventilsitzes (
207 ) einen kleineren aufweist als der äußere Ventilsitz (107 ). - Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (b) des inneren Ventilsitzes (
207 ) 85° bis 95° beträgt. - Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Ventilsitz (
107 ) einen Öffnungswinkel (a) aufweist, der kleiner als der Öffnungswinkel (b) des inneren Ventilsitzes (207 ) ist. - Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (b) des äußeren Ventilsitzes (
107 ) 85° bis 95° beträgt. - Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Ventilsitz (
207 ) unmittelbar an den äußeren Ventilsitz (107 ) grenzt.
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