DE19754515A1

DE19754515A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19754515A1
Application number: DE1997154515
Authority: DE
Inventors: Walter Teegen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1997-12-09
Publication date: 1999-06-10
Also published as: IT1303857B1; FR2772084B1; ITMI982540A1; FR2772084A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung eines Ventilkörpers axial verschiebbar geführten Ventilglied, das an seinem brennraumseitigen Ende eine Ventildicht fläche aufweist, mit der es zur Steuerung des Einspritz querschnittes mit einer gehäusefesten Ventilsitzfläche zusammenwirkt sowie mit einer in Öffnungsrichtung des Ventilgliedes wirkenden Druckschulter am Schaft des Ventilgliedes, die in einen im Querschnitt erweiterten Druckraum ragt, in den ein mit einer Kraftstoffhoch druckquelle verbindbarer Druckkanal mündet, wobei der Druckraum über eine zwischen dem Ventilgliedschaft und der Wand der Bohrung gebildeten, sich axial erstreckenden Ringkanal mit der Ventilsitzfläche verbunden ist, und mit einer zweiten Zulaufleitung, über die ein zweites Medium an den Einspritzquerschnitt des Einspritzventils zuführ bar ist.

Bei derartigen Kraftstoffeinspritzventilen, welche beispielsweise aus der DE 42 03 144 A1 und der DE 42 30 641 A1 hervorgehen, ist ein axialer Zulaufkanal und Radialbohrungen in dem Ventilglied vorgesehen. Die axiale Bohrung steht über Querbohrungen mit einer Ausnehmung im Düsenkörper in Verbindung, in der der Zulaufkanal mündet.

Problematisch hierbei ist, daß zur Herstellung derartiger Ventile ein großer Fertigungsaufwand erforderlich ist. Darüber hinaus verbleiben aufgrund der in dem Ventilkör per angeordneten zweiten Zulaufleitung nur geringe Wandstärken am Schaft des Ventilkörpers, wodurch ein Einsatz eines derartigen Kraftstoffventils bei sehr hohen Einspritzdrücken bis zu 1800 bar nicht möglich ist. Darüber hinaus ist die Zuführung des zweiten Mediums, meistens Wasser, im ventilsitznahen Bereich problema tisch, da sich keine optimalen Schichtungen von Kraft stoff, Wasser und wiederum Kraftstoff erzielen lassen.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 197 06 661.5 geht ferner ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftma schinen hervor, bei dem der zweite Zulaufkanal in den Druckraum mündet. Hierdurch wird zwar eine bessere Schichtung von Kraftstoff, Medium und wiederum Kraftstoff erreicht. Problematisch hierbei ist jedoch zum einen, daß die zweite Zulaufleitung ebenfalls im Ventilkörper angeordnet ist, wodurch dessen Stabilität insbesondere bei hohen Einspritzdrücken abnimmt. Zum anderen ist problematisch, daß die zweite Zulaufleitung genauso wie der Druckkanal im Druckraum endet. Aufgrund des ringför mig umlaufenden Druckraums können hierdurch unerwünschte Rückstände des zweiten Mediums, bei Verwendung von Wasser sogenannte Totwassergebiete, entstehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil dahingehend weiterzubilden, daß zum einen eine optimale Schichtung von Kraftstoff, zweitem Medium, vorzugsweise Wasser, und wiederum Kraftstoff ermöglicht wird und daß zum anderen unerwünschte Rückstände des zweiten Mediums im Druckraum und im Ringkanal vermieden werden.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffeinspritzventil der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druckraum eine sowohl in Axial- als auch in Radialrichtung des Ventilkörpers asymmetrische, auf die Mündung des Druckkanals zulaufende, durchflußopti mierte Gestalt aufweist und daß die zweite Zulaufleitung oberhalb des Druckraums in den Druckkanal mündet.

Durch die sowohl in Axial- als auch in Radialrichtung des Ventilkörpers asymmetrische, auf die Mündung des Druckka nals zulaufende, durchflußoptimierte Gestalt des Druck raums werden unerwünschte Rückstände des zweiten Mediums im Druckraum und im Ringkanal auf besonders vorteilhafte Weise weitestgehend vermieden.

Dadurch, daß die zweite Zulaufleitung oberhalb des Druckraums in den Druckkanal mündet, wird eine besonders vorteilhafte Schichtung vorbestimmbaren Kraftstoff volumens eines Volumens des zweiten Mediums und eines weiteren Kraftstoffvolumens ermöglicht. Dabei beginnt das sogenannte Vorlagervolumen bereits bei der Mündung der zweiten Zulaufleitung in dem Druckkanal. Das Vorla gervolumen wird mit anderen Worten durch den Teil des Druckkanals unterhalb der Mündung der zweiten Zulauflei tung, den Druckraum und den Ringraum, der sich zwischen dem Druckraum und dem Dichtsitz des Ventilglieds zwischen dem Ventilglied und dem Ventilkörper erstreckt, festge legt. Hinsichtlich der in Axial- und in Radialrichtung des Ventilkörpers asymmetrischen Ausbildung des Druck raums sind rein prinzipiell die unterschiedlichsten Ausführungsformen denkbar. Eine vorteilhafte Ausführungs form sieht vor, daß der Druckraum ausschließlich auf der dem Druckkanal zugewandten Seite des Ventilglieds angeordnet ist. Durch diese einseitige Anordnung des Druckkanals wird insbesondere ein sehr gutes Durchfluß verhalten erzielt, wodurch die oben beschriebenen Rückstände des zweiten Mediums, bei Wasser die sogenann ten Totwassergebiete, weitestgehend vermieden werden.

Was die Verbindung der zweiten Zulaufleitung mit dem Druckkanal betrifft, so sind auch hier die unterschied lichsten Ausführungsformen denkbar. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß in einer zwischen dem Ventilkörper und einem Ventilhaltekörper angeordneten Zwischenscheibe ein Verbindungskanal angeordnet ist, der den Druckkanal mit der zweiten Zulaufleitung verbindet. Durch diese Anordnung des Verbindungskanals erübrigt sich eine zweite Zulaufleitung in dem Ventilkörper voll ständig, wodurch sich dessen Stabilität erhöht und er auf diese Weise auch bei sehr hohen Drücken einsetzbar ist.

Dabei kann vorgesehen sein, daß in der in der Zwischen scheibe verlaufenden Zulaufleitung ein Rückschlagventil angeordnet ist.

Möglich ist es aber auch, daß in der in dem Ventilhalte körper verlaufenden zweiten Zulaufleitung ein Rück schlagventil angeordnet ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß eine vereinfachte, einen geringeren Ferti gungsaufwand erfordernde Zwischenscheibe verwendet werden kann und daß zum anderen aufgrund der Anordnung des Rückschlagventils in dem Ventilhaltekörper eine größere konstruktive Freiheit hinsichtlich der Ausbildung des Rückschlagventils gegeben ist.

Zeichnung

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichneri schen Darstellung einiger vorteilhafter Ausführungsbei spiele.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftma schinen, das von der Erfindung Gebrauch macht;

Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung des in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzventils zur Verdeutlichung der Strömung des zweiten Medi ums;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kraft stoffeinspritzventils, das von der Erfindung Gebrauch macht;

Fig. 4 eine Unteransicht einer Zwischenscheibe, die bei dem in Fig. 3 dargestellten Kraftstoffein spritzventil vorgesehen ist;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Darstellung des Ventilkörpers zur Verdeutlichung des Druck raums des in Fig. 1 dargestellten Kraftstoff einspritzventils und

Fig. 6 eine entlang der Linie VI-VI der Fig. 5 ge schnittene Darstellung des in Fig. 5 darge stellten Ventilkörpers.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in der Fig. 1 und in der Fig. 2 in einem vergrößerten Ausschnitt dargestellte erste Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen weist einen in ein (nicht dargestelltes) Gehäuse einer Brenn kraftmaschine, vorzugsweise dessen Zylinderkopf, einge setzten Ventilkörper 10 auf, der unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 20 mittels einer hülsenförmigen Spann mutter 40 an einem Ventilhaltekörper 30 verspannt ist.

Der Ventilkörper 10 weist eine axiale Sacklochbohrung 11 auf, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 50 axial ver schiebbar geführt ist. Dieses Ventilglied 50 weist an seinem unteren brennraumseitigen Ende eine konisch ausgebildete Ventildichtfläche 52 auf, mit der es mit einer ebenfalls konischen Ventilsitzfläche 13 an einem kuppenförmig geschlossenen Ende der Bohrung 11 zusammen wirkt.

Das Ventilglied 50 weist ferner an seinem Schaft eine in Öffnungsrichtung des Ventilgliedes 50 wirkende Druck schulter 54 auf, die in einen weiter unten noch näher zu beschreibende Druckraum 15 ragt, der durch eine Quer schnittserweiterung der Bohrung 11 gebildet ist. In diesen Druckraum 15 mündet ein von der Stirnfläche des Ventilkörpers ausgehender, schräg verlaufender Druckkanal 16, der an eine (nicht dargestellte) Kraftstoffein spritzleitung angeschlossen ist, über die der Druckraum 15 von einer (nicht dargestellten) Hochdruckeinspritzpum pe mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt wird. Zwischen dem Druckraum 15 und dem Ventilsitz 13 ist ein axialer Ringkanal 17 zwischen der Wand der Bohrung 11 und dem Schaft des Ventilglieds 50 ausgebildet, über den der Kraftstoff vom Druckraum 15 an den Ventilsitz 13 gelangt. An der dem Ringkanal 17 abgewandten Seite der Ventilsitzfläche 13 führen die Einspritzöffnungen 14, die beispielsweise als durchgängige Bohrungen ausgebildet sein können, in den Brennraum der Brennkraftmaschine. In den Ventilhaltekörper 30 ist auf der dem Ventilglied 10 abgewandten Seite der Zwischenscheibe 20 eine Ventilfeder 33 eingesetzt, die das Ventilglied 10 über einen Feder teller 34 und ein Druckstück 35 in Schließrichtung gegen den Ventilsitz 13 mit einer Federkraft beaufschlagt.

Zur Zuführung eines zweiten Einspritzmediums, vorzugs weise Wasser, ist in dem Ventilhaltekörper 30 und in der Zwischenscheibe 20 eine zweite Zulaufleitung 70 vor gesehen, die in einen Verbindungskanal 22 mündet, der in der Zwischenscheibe 20 auf ihrer dem Ventilglied 10 zugewandten Seite ausgebildet ist und die zweite Zu laufleitung 70 mit dem Druckkanal 16 verbindet. In dem Ventilhaltekörper 30 ist ferner ein Rückschlagventil 80 angeordnet, welches einen Rückstrom aus dem Druckkanal 16 in die stromaufwärts hinter dem Rückschlagventil 80 angeordnete zweite Zulaufleitung 70 verhindert. Dieses Rückschlagventil kann auch in der Zwischenscheibe selbst angeordnet sein, wie es bei einem weiteren, in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Kraftstoff einspritzventils verdeutlicht ist.

Durch diese Anordnung des Verbindungskanals, der in den Druckkanal 16 mündet, wird ermöglicht, daß das zweite Medium, vorzugsweise Wasser, oberhalb des Druckraums 15 eingespritzt wird. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Schichtung von Kraftstoff, Medium und wiederum Kraftstoff. Dabei ist zu beachten, daß bei einem derartigen Zwei-Medium-Einspritz-System bei jeder einzelnen Einspritzung am Anfang eine bestimmte Menge Dieselkraftstoff die sogenannte Vorlagerungsmenge, dann eine Zumeßmenge an einem anderen Medium, beispielsweise Wasser, und schließlich eine dritte Zumeßmenge an Kraft stoff eingespritzt wird.

Durch die oben dargestellten Kraftstoffeinspritzventile ist eine definierte Kraftstoffvorlagerung und eine variable Medium-Zwischenlagerung bei jeder Einspritzung möglich. Dabei wird als Vorlagervolumen, das Volumen des Druckkanals unterhalb der Mündungsstelle des Verbindungs kanals, der Druckraum 15 sowie der Ringkanal 17 ver wendet.

Die bedarfsgemäße Zwischenlagerung (Zumessung) des zweiten Mediums erfolgt während einer Einspritzpause durch Rückverdrängen des Kraftstoffes in Richtung der Hochdruckpumpe.

In Fig. 2 ist schematisch anhand von pfeilen P die Strömung des zweiten Mediums, beispielsweise Wasser, während der Zumessung dargestellt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, strömt das zweite Medium bis zu einer gewissen Höhe in den Druckkanal 16. Dabei wird Diesel kraftstoff im Druckraum 16 verdrängt. Die Zumeßmenge wird dabei hauptsächlich in der zylindrischen Bohrung des Druckkanals 16 aufgenommen, so daß eine darauf anschlie ßende wenig behinderte Spülströmung durch Einleiten von Kraftstoff in den Druckkanal 16 möglich ist.

Die eigentliche Haupteinspritzung erfolgt dann auf an sich bekannte Weise dadurch, daß infolge eines Druckauf baus durch die Hochdruckpumpe der Düsenöffnungsdruck überschritten und die Ventilnadel in Axialrichtung weg von dem Ventilsitz 13 verschoben wird, wodurch Kraftstoff zusammen mit der zwischengelagerten Menge des zweiten Mediums durch die Kraftstoffeinspritzöffnungen 14 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gespritzt wird. Die gemeinsame Strömungsrichtung ist in Fig. 2 durch Pfeile P_E dargestellt.

Um unerwünschte Restmengen des zweiten Mediums, soge nannte Totwassergebiete bei Verwendung von Wasser als zweitem Medium insbesondere im Druckraum 15 zu verhin dern, ist vorgesehen, daß der Druckraum 15 eine asym metrische, sowohl in Axial- als auch in Radialrichtung des Ventilkörpers 10 auf die Mündung des Druckkanals 16 zulaufende durchflußoptimierte Gestalt aufweist, wie es in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt ist. Dies wird dadurch ermöglicht, daß der Druckraum 15 in Axialrichtung im wesentlichen tropfenförmig ausgebildet ist (siehe Fig. 5) und daß er ausschließlich auf der dem Druckkanal 16 zugewandten Seite des Ventilglieds 10 ausgebildet ist (siehe Fig. 5 und Fig. 6).

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Bohrung (11) eines Ventilkörpers (10) axial verschiebbaren Ventilglied (50), das an seinem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtfläche (52) aufweist, mit der es zur Steuerung eines Einspritzquerschnitts mit einer gehäusefesten Ventilsitzfläche (13) zusammenwirkt sowie mit einer in Öffnungsrichtung des Ventilglieds (50) wirkenden Druckschulter (54) am Schaft des Ventilglieds (50), die in einen im Querschnitt erweiterten Druckraum (15) ragt, in den ein mit einer Kraftstoffhoch druckquelle verbindbarer Druckkanal (16) mündet, wobei der Druckraum (15) über einen zwischen dem Ventilgliedschaft und der Wand der Bohrung (11) gebildeten, sich axial erstreckenden Ringkanal (17) mit der Ventilsitzfläche (13) verbunden ist und mit einer zweiten Zulaufleitung (70), über die ein zweites Medium an den Einspritzquerschnitt des Einspritzventils zuführbar ist, dadurch gekenn zeichnet, daß der Druckraum (15) eine sowohl in Axial- als auch in Radialrichtung des Ventilkörpers (10) asymmetrische, auf die Mündung des Druckkanals (16) zulaufende, durchflußoptimierte Gestalt auf weist und daß die zweite Zulaufleitung (70) oberhalb des Druckraums (15) in den Druckkanal (16) mündet.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (15) ausschließ lich auf der dem Druckkanal (16) zugewandten Seite des Ventilglieds (50) angeordnet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zwischen dem Ventilkörper (10) und einem Ventilhaltekörper (30) angeordneten Zwischenscheibe (20) ein Verbindungs kanal (22) angeordnet ist, der den Druckkanal (16) mit der zweiten Zulaufleitung (70) verbindet.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der in der Zwischenscheibe (20) verlaufenden zweiten Zulaufleitung (70) ein Rückschlagventil (80) angeordnet ist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der in dem Ventilhaltekörper (30) verlaufenden zweiten Zulaufleitung (70) ein Rückschlagventil (80) angeordnet ist.