DE19752496A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen aus der DE 44 40 182 A1 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein kolbenförmiges Ventilglied in einer Führungsbohrung eines Ventilkörpers axial verschiebbar geführt. Das Ventilglied weist dabei an seinem brennraumseitigen Ende eine Dichtfläche auf, mit der es zur Steuerung einer Einspritzöffnung mit einer am Ventilkörper angeordneten Ventilsitzfläche zusammenwirkt. Mit seinem brennraumabgewandten Ende ragt das Ventilglied in einen Federraum, in dem wenigstens eine Ventilfeder angeordnet ist, die das Ventilglied in Schließrichtung zur Ventilsitz­ fläche hin beaufschlagt. Das Ventilglied weist weiterhin eine in einen mit Kraftstoffhochdruck befüllbaren Druckraum ragende Druckschulter auf, die dabei so ausgebildet ist, daß der an der Druckschulter angreifende Kraftstoffhochdruck das Ventilglied in Öffnungsrichtung entgegen der Rückstellkraft der Ventilfedern beaufschlagt.

Um dabei einen zweistufigen Öffnungshubverlauf am bekannten Kraftstoffeinspritzventil zu erzeugen, weist dieses zwei axial hintereinander angeordnete Ventilfedern auf, die während des Öffnungshubverlaufes des Ventilgliedes nach­ einander wirksam werden und somit ein stufenförmiges Aufsteuern des Öffnungsquerschnittes am Einspritzventil erzeugen. Des weiteren ist ein vom Ventilglied begrenzter Dämpfungsraum am bekannten Einspritzventil vorgesehen, der während der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes derart zusteuerbar ist, daß der darin aufgebaute Druck der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes während dessen Resthub entgegenwirkt um auch bei hohen Drehzahlen und Vollast eine zweistufige Einspritzverlaufsformung vornehmen zu können.

Dabei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil jedoch den Nachteil auf, daß es aufgrund der notwendigen zwei Ventilfedern und des zusätzlichen Dämpfungsraumes sehr groß baut und einen hohen Einbauraum benötigt, der an modernen Brennkraftmaschinen häufig nicht zur Verfügung steht. Des weiteren ist die Fertigung des bekannten Kraftstoffein­ spritzventils relativ aufwendig und somit kostenintensiv.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brenn­ kraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Federraum selbst als hydraulischer Dämpfer genutzt wird. Dies wird dabei in konstruktiv einfacher Weise durch das Nichtabführen der Leckölmenge aus dem Federraum möglich, wodurch der mit Kraftstoff gefüllte Druckraum als hydraulischer Arbeitsraum wirkt, der eine zusätzliche Schließkraft auf das Ventilglied aufbringt. Die hydraulische Schließkraft des Dämpfungsraumes wirkt dabei je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine, d. h. Drehzahl, Last und Temperatur unterschiedlich. Der Dämpfungsgrad bzw. die Schließkraft kann dabei durch das Spiel zwischen dem Ventilglied und der dieses führenden Führungsbohrungswand sowie der Größe des Dämpfungsvolumens des Federraumes eingestellt werden. Dabei kann neben einer Öffnungsverlaufs­ formung auch die Schließhubbewegung des Ventilgliedes beeinflußt werden, wobei der mit steigender Last und Drehzahl steigende Schließdruck im Federraum auch ein schnelleres Schließen des Ventilgliedes am Ende der Einspritzung bewirkt. Ein derartiges schnelles Schließen des Ventilgliedes vermeidet dabei ein Rückblasen von Verbrennungsgasen in das Einspritzventil und somit eine Beschädigung des Dichtsitzes. Der last- und drehzahlab­ hängige hydraulische Schließdruck im Federraum erlaubt somit einen niedrigen Öffnungsdruck des Kraftstoffeinspritz­ ventils, der gemeinsam mit der Ventilgliedhubdämpfung eine Reduzierung des Zündverzuges während der Einspritzung an der Brennkraftmaschine und somit eine Verringerung des Verbrennungsgeräusches zur Folge hat. Beim Start der noch kalten Brennkraftmaschine verstärkt sich diese Wirkung der Ventilgliedhubdämpfung durch die Viskosität des Kraftstoffes und kompensiert somit das erhöhte Verbrennungsgeräusch der Dieselbrennkraftmaschine in diesem Betriebszustand. Bei Erreichen des Nenndrehzahlbereiches liegt der höchste Schließdruck im Federraum vor und verhindert durch das schnelle Schließen des Ventilgliedes das Rückblasen von Verbrennungsgasen.

Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil ist es somit möglich in konstruktiv einfacher Weise eine geräusch­ mindernde Einspritzverlaufsformung am Kraftstoffeinspritz­ ventil vorzunehmen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoff­ einspritzventils für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt die Fig. 1 ein Ausführungsbei­ spiel des Kraftstoffeinspritzventils in einem Längsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen weist einen Ventilkörper 1 auf, der zusammen mit einer an seiner brennraumabgewandten Stirnseite anliegenden Zwischenscheibe 3 mittels einer Überwurfmutter 5 an einem Ventilhaltekörper 7 festgespannt ist. Der mit seinem der Zwischenscheibe 3 abgewandten Ende in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine ragende Ventilkörper 1 weist eine Führungsbohrung 9 auf, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 11 axial verschiebbar geführt ist, das an seiner einen Stirnseite eine konische Dichtfläche 13 aufweist, mit der es mit einem durch eine Verringerung des Durchmessers der Führungsbohrung 9 gebildeten Ventilsitz 15 zusammenwirkt. Dieser Ventilsitz 15 ist dabei am geschlossenen brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers 1 angeordnet und grenzt an am Ende der Führungsbohrung 9 vorgesehene Einspritzöffnungen 17, die sich stromabwärts in Einspritzrichtung an den Ventilsitz 15 anschließen. Die Führungsbohrung 9 des Ventilgliedes 11 ist an einer Stelle zu einem Druckraum 19 erweitert, in dessen Bereich das Ventilglied 11 eine Druckschulter 21 aufweist und der über einen Zulaufkanal 23 mit einem Anschlußstutzen 25 am Ventilhaltekörper 7 verbunden ist, an den eine nicht dargestellte Kraftstoff-Förderleitung von einer Kraftstoff­ hochdruckpumpe angeschlossen ist. Der Druckraum 19 ist dabei in bekannter Weise über einen Ringspalt zwischen dem Schaft des Ventilgliedes 11 und der Wand der Führungsbohrung 9 mit der Ventilsitzfläche 15 bzw. den Einspritzöffnungen 17 verbunden. Mit seinem brennraumabgewandten Ende ragt das Ventilglied 11 in einen Federteller 27, der sich, die Zwischenscheibe 3 durchdringend, bis in einen Federraum 29 im Ventilhaltekörper 7 erstreckt. In diesem Federraum 29 ist eine Ventilfeder 31 eingespannt, die mit ihrem unteren brennraumzugewandten Ende am Federteller 27 anliegt und die sich mit ihrem oberen Ende ortsfest an der oberen Stirnwand des Federraumes 29 im Ventilhaltekörper 7 abstützt. Dabei ist zur Einstellung der Federvorspannkraft eine Einstell­ scheibe 33 zwischen der oberen Federraumwand und dem oberen Ende der Ventilfeder 31 vorgesehen. Des weiteren ist eine Öffnungsbohrung 35 im Ventilhaltekörper 7 vorgesehen, die von außen in den Federraum 29 mündet. In diese Öffnungs­ bohrung 35 ist eine Verschlußschraube 37 eingeschraubt, wobei zwischen Gehäuse und Verschlußschraube 37 eine Dichtscheibe 39 eingespannt ist. Dabei läßt sich über die Stärke der Dichtscheibe 39 bzw. die Einschraubtiefe der Verschlußschraube 37 das hydraulische Füllvolumen des Federraumes 29 verändern. Zur Befüllung des Federraumes 29 mit Kraftstoff weisen das Ventilglied 11 und der Federteller 27 ein Spiel zur Wand der Führungsbohrung 9 bzw. der Zwischenscheibe 3 auf, die einen Drosselspalt zwischen dem Druckraum 19 und dem Federraum 29 bilden, durch den ein gedrosseltes Überströmen von Kraftstoff aus dem Druckraum 19 in den Federraum 29 möglich ist. Dabei kann dieser gedros­ selte Überströmquerschnitt auch durch Längsausnehmungen am Ventilglied 11 gebildet sein, um so ausreichend Führungs­ flächen für eine sichere axiale Führung des Ventilgliedes 11 bereitzustellen.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brenn­ kraftmaschinen arbeitet in folgender Weise. Vor Beginn der Kraftstoffhochdruckeinspritzung ist der Druckraum 19 und über diesen auch der Federraum 29 mit Kraftstoff gefüllt, dessen Druck dem Standdruck im Hochdruckzuleitungssystem entspricht. Dabei wird das Ventilglied 11 von der Schließ­ kraft der Ventilfeder 31 in Anlage am Ventilsitz 15 gehalten. Mit Beginn der Kraftstoffhochdruckeinspritzung gelangt unter hohem Druck stehender Kraftstoff von der Kraftstoffhochdruckpumpe über den Zulaufkanal 23 in den Druckraum 19 und beaufschlagt dort das Ventilglied 11 an der Druckschulter 21 in Öffnungshubrichtung. Übersteigt die an der Druckschulter 21 angreifende Öffnungskraft die Schließ­ kraft der Ventilfeder 31 wird das Ventilglied 11 in Öffnungshubrichtung vom Ventilsitz 15 verschoben. Dabei wird der Einspritzquerschnitt zwischen der Dichtfläche 13 und dem Ventilsitz 15 aufgesteuert, so daß der am Ventilsitz 15 anstehende, unter hohem Druck stehende Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen 17 zur Einspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Dabei wirkt das im Federraum 29 eingeschlossene Kraftstoffvolumen als hydraulischer Dämpfer der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 11 entgegen, so daß die Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 11 zunächst verzögert wird. Auf diese Weise wird am Beginn der Kraft­ stoffhochdruckeinspritzung zunächst nur ein relativ kleiner Öffnungsquerschnitt aufgesteuert, so daß nur eine geringe Voreinspritzmenge in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt und dort einen geringen Zündverzug bewirkt. Nach dem weiteren Anstieg des Druckes im Druckraum 19 wird diese hydraulische Dämpfungskraft im Federraum 29 und die Schließkraft der Ventilfeder 31 weiter überstiegen, so daß die sich nunmehr anschließende Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 11 rasch durchlaufen werden kann. Dabei erhöht sich der hydraulische Druck im Federraum 29 weiter durch das vom Federteller 27 verdrängte Volumen. Am Ende der Hoch­ druckeinspritzung bricht der Kraftstoffhochdruck im Druck­ raum 19 zusammen und unterschreitet die Schließkraft des Ventilgliedes 11, die sich aus der Summe der Schließkraft der Ventilfeder 31 und der hydraulischen Druckkraft im Federraum 29 zusammensetzt. Dabei bewirkt diese verstärkte Schließkraft am Ventilglied 11 ein sehr rasches Zurück­ verschieben des Ventilgliedes 11 auf den Ventilsitz 15, so daß ein rasches Schließen des Kraftstoffeinspritzventils gewährleistet ist.

Der als hydraulischer Arbeitsraum wirkende Federraum 29 hat dabei je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine drehzahl- bzw. lastabhängig eine unterschiedliche Wirkung, wobei mit steigender Last und steigender Drehzahl steigende Schließdrücke im Federraum 29 erreicht werden. Die Stärke der Dämpfung der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 11 kann zudem durch das Drosselspaltmaß zwischen dem Druckraum 19 und dem Federraum 29 sowie durch die Größe des hydrau­ lischen Dämpfungsvolumens im Federraum 29 eingestellt und optimiert werden.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einem Ventilkörper (1) axial verschiebbaren Ventilglied (11), das mit einer an seinem brennraumseitigen Ende vorgesehenen Dichtfläche (13) zur Steuerung einer Einspritzöffnung (17) mit einer am Ventilkörper (1) angeordneten Ventilsitzfläche (15) zusammenwirkt und dessen brennraumabgewandtes Ende von einer in einem Federraum (29) angeordneten Ventilfeder (31) in Schließrichtung zur Ventilsitzfläche (15) hin beaufschlagt ist, wobei das Ventilglied eine in Öffnungsrichtung wirkende Druckschulter (21) aufweist, die in einen mit Kraftstoffhochdruck befüllbaren Druckraum (19) ragt, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum (29) über einen Drosselquerschnitt mit dem Druckraum (19) verbunden und gegenüber einem Kraftstoff­ rücklaufsystem verschlossen ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselquerschnitt zwischen dem Druckraum (19) und dem Federraum (29) als ringförmiger Drosselspalt zwischen dem Ventilglied (11) und einer Führungsbohrungswand (9) ausgebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum (29) während der Öffnungsphase des Kraftstoffeinspritzventils als hydraulischer Arbeitsraum wirkt, der eine zusätzliche Schließkraft auf das Ventilglied (11) aufbringt.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am brennraumabgewandten Ende des kolbenförmigen Ventilgliedes (11) ein Federteller (27) anliegt, der auf seiner ventilgliedabgewandten Seite von der Ventilfeder (31) beaufschlagt ist, wobei zwischen dem Federteller (27) und der diesem umgebenden Gehäusewand ein Durchströmquerschnitt vorgesehen ist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in den Federraum (29) mündende Öffnungsbohrung (35) vorgesehen ist, in die eine Verschluß­ schraube (37) dichtend eingeschraubt ist, über deren Einschraubtiefe sich das hydraulische Volumen des Federraumes (29) einstellen läßt.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ventilfeder (31) und einer gehäusefesten Anlagefläche eine Einstellscheibe (33) eingespannt ist.