EP1066465B1 - Kraftstoff-einspritzventil für eine hochdruckeinspritzung - Google Patents

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EP1066465B1
EP1066465B1 EP99966842A EP99966842A EP1066465B1 EP 1066465 B1 EP1066465 B1 EP 1066465B1 EP 99966842 A EP99966842 A EP 99966842A EP 99966842 A EP99966842 A EP 99966842A EP 1066465 B1 EP1066465 B1 EP 1066465B1
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EP
European Patent Office
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valve
diffuser
fuel injection
ball
valve ball
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EP99966842A
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Lorenz Betz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/003—Valve inserts containing control chamber and valve piston

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve for a high-pressure injection according to the preamble of claim 1.
  • Document EP 0 851 115 A1 shows a fuel injection valve according to the preamble of claim 1.
  • Such an injection valve is from European patent application 0 661 442 A1 known.
  • Fuel injection valves of this type have a control chamber on, constantly via an inlet throttle bore with a high pressure fuel source is connected via a high pressure line. A valve closing member the fuel injector is held in the closed position until how high the control pressure in the control room is.
  • the control chamber can be relieved via an outlet throttle bore, which by an injection control valve is applied. Once the injection control valve the drain throttle bore releases, the control chamber is relieved and that Valve closing element of the fuel injection valve goes into its open position over, so that the injection into a combustion chamber of an internal combustion engine can be done. If the injection control valve the drain throttle bore closes again because of the pressure increase in the control room Valve closing element brought back into the closed position.
  • the opening and closing movements of the injection control valve are for the quality of the Fuel injection is vital.
  • the reproducibility the opening and closing movements are crucial to the structure of the injection control valve, which essentially consists of a valve seat for opening and closing the outlet throttle bore with a valve ball interacts by a guide member to close and open the Injection control valve pressed onto the valve seat or to open one Spring preload a spring is exposed.
  • a typical embodiment of the essential structural parts of a Injection control valve shows a section of FIG. 3.
  • the fuel injection valve is about the compression 11 with the central High-pressure line 6 connected, which in turn is connected to a high-pressure fuel source communicates.
  • An inlet throttle bore 10 is a Control chamber 7 is placed under high pressure, which on a valve closing member 12 acts that keeps the fuel injector closed as long as the High pressure is present in the high pressure control room.
  • Via a relief hole, which passes into an outlet throttle bore 8, the control room 7 are relieved, so that the valve closing member, the fuel injector opens and fuel from the central high pressure line 6 into the combustion chambers injects an internal combustion engine.
  • the opening and closing of the drain throttle bore 8 is through an injection control valve with a valve seat 2 a valve ball 3 and a guide member guiding the valve ball 3 4 guaranteed.
  • the flat-conical valve seat is also evident here to recognize an obtuse opening angle ⁇ , which is also evident from the publication EP 0 661 442 A1 with FIG. 2 is known.
  • the object of the invention is therefore to address the disadvantages of fuel injection valves state of the art to overcome a safe, even closing of the valve ball in the injection control valve ensure and distortion caused by transients or others Valve ball obstruction when closing the injection control valve Reduce.
  • the funnel shape By forming an approximately steep-walled funnel shape Drain throttle bore, diffuser and valve seat, the funnel shape one has right to acute cone angle ⁇ is advantageously achieved, that in contrast to the conventional valve seat with a flat cone drain throttle bore arranged centrally on the cone tip Funnel wall of the valve seat when the injection control valve closes Centering the valve ball supports and radial displacement of the Valve ball opposite the diffuser and the outlet throttle bore prevented.
  • the design of the injection control valve according to the invention increased accuracy and in the fuel injector Reproducibility of the opening and closing movements achieved.
  • a diffuser is usually a continuous expansion of a minimum diameter to a maximum diameter.
  • the diffuser is designed as a "cross-sectional jump", i.e. minimum and The maximum diameter of the diffuser is the same. This represents an erratic Extension of the outlet throttle bore to the diameter of the diffuser represents what is commonly referred to as the Carnot opening.
  • Such one Carnot opening has the advantage that the drag coefficient ⁇ by simply changing the ratio between the diameter of the diffuser and the diameter of the outlet throttle bore can be optimized.
  • the ratio is between the mean diameter of the diffuser and the diameter the outlet throttle bore between 1.2 and 2, so that approximately the Resistance coefficient ⁇ can be set between 0.16 and 9.
  • the Cone angle ⁇ 60 ° to 90 ° In contrast to that from the state of the Technically known flat cone allows this steep wall cone improved centering of the valve ball. With cone angles less than 60 ° the centering of the valve ball is supported more, but can the ball does not protrude deep enough into the diffuser to The smallest possible distance to the outlet throttle bore when the valve is closed Injection control valve to hover. On the other hand, at cone angles ⁇ greater than 90 ° the centering effect of the funnel shape becomes increasingly smaller, so that the disadvantages described for the prior art increase.
  • the valve ball is preferably immersed between 1/5 and 1/10 of its radius r into the diffuser. This can be achieved in an advantageous manner that on the one hand a sufficiently large ball cap of the valve ball from the high pressure jet hit and lifted centered from the valve seat and on the other hand Excessive immersion of the valve ball in the diffuser is avoided.
  • the maximum diameter D of the diffuser and the length l of the diffuser on each other matched that the valve ball in a closed injection valve Distance of ⁇ 0.1 mm, preferably between 30 and 80 microns above Drain throttle bore is positioned. With this distance is preferred ensures that the high pressure jet from the outlet throttle bore at Initially, opening the injection control valve does not just open the valve ball surface acted in the area of the throttle bore, but that the Pressure on the larger surface of a ball cap of the valve ball in the Range of the maximum diameter of the diffuser or valve seat effect.
  • the length-to-diameter ratio is the proportion of the throttling Drain throttle bore crucial. The smaller the diameter and each the greater the length of a throttle bore, the greater the throttling. With increasing throttling, lower consumption also increases reached fuel running out of the control room. At the same time however, the time for the relief of the high pressure in the control room increases. Therefore, the range from 1 to 20 represents the length-to-diameter ratio the drain throttle bore an optimal compromise between these two extremes.
  • the diffuser preferably has a length-to-maximum diameter ratio between 0.1 and 0.5. With this length-to-maximum diameter ratio the diffuser is achieved that the flow at the jacket-shaped wall of the diffuser does not come into contact, so that the Friction losses in the diffuser become negligibly small, while the Flow losses due to vortex formation at the step-like transition increase.
  • Fig. 1 shows a cross section through a fuel injection valve in the area of a valve seat 2 of an injection control valve in a first embodiment the invention.
  • a pressure chamber 7 is above one shown in FIG Inlet throttle bore 10 connected to a central high-pressure line 6 and is therefore under a fuel pressure between 150 and 300 MPa.
  • valve ball 3 is replaced by a valve ball 3 shown in FIG. 3 leading guide member 4 held when opening and closing.
  • the Centering the ball 3 on the valve seat 2 is essential by a steep-walled funnel shape, which has a right to acute cone angle ⁇ , which is 90 ° in this preferred embodiment, guaranteed.
  • This can advantageously be the high pressure jet from the outlet throttle bore 8 hit the valve ball 3 centrally and this as soon as a solenoid valve Valve ball 3 relieved of a contact pressure on the valve seat 2 in Raise arrow direction A.
  • a diffuser 9 Between valve seat 2 and outlet throttle bore 8 is arranged a diffuser 9, in which in this embodiment the The minimum diameter d and the maximum diameter D are the same.
  • the length-to-diameter ratio of the diffuser 9 is in this embodiment 0.2, and the length-to-diameter ratio of the drain throttle bore 8 is ⁇ 2.
  • the valve ball 3 dips with an eighth of hers Radius r into the diffuser 9 and is when the injection control valve is closed positioned at a distance of 80 ⁇ m above the throttle bore.
  • the Cross-sectional expansion between discharge throttle bore 8 and diffuser 9 forms a Carnot opening where the flow of the high pressure jet, from the outlet throttle bore 8 towards the center of the valve ball 3 is no longer laminar to the walls of the diffuser 9, rather, there are lossy flow vortices at the cross-sectional expansion forms.
  • the diffuser 9 has in connection with the steep-walled valve seat 2 a much higher centering effect on the Valve ball 3 as the conventional flat conical valve seats in connection with an immediate transition from the drain throttle bore 8 to the Valve seat 2 using conventional technology.
  • valve ball 3 plunges much deeper in this embodiment the diffuser 9 and floats when the injection control valve 30 is closed ⁇ m over the drain edge 14 of the drain throttle bore 8.
  • the valve ball 3 is hydraulic centered. This means that the closing can be done smoothly and No distortions in the return flow when closing the valve ball 3 occur.
  • the relatively large diffuser hole also has the advantage that the steep-walled valve seat 2 can be machined and polished better.
  • FIG. 3 shows a cross-section in sections in the area of the essential structural parts of a conventional injection control valve, as already described in detail in the prior art chapter.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzventil für eine Hochdruckeinspritzung von Kraftstoff aus einer zentralen Hochdruckleitung (6) in Brennraüme einer Brennkraftmaschine, das ein Einspritzventil (1) mit einem Ventilsitz (2) einer Ventilkugel (3) und einem die Ventilkugel (3) führenden Führungsglied (4) aufweist. Das Führungsglied (4) preßt zum Schließen des Einspritzsteuerventils die Ventilkugel (3) auf den Ventilsitz (2) und setzt beim Öffnen die Ventilkugel (3) einer Federvorspannung einer Feder (5) aus. Beim Öffnen wird die Ventilkugel (3) mittels eines Hochdruckstrahls, der von einem mit einer zentralen Hochdruckleitung (6) in Wirkverbindung stehenden Steuerraum (7) über eine Ablauf-Drosselbohrung (8) gespeist ist, vom Ventilsitz (2) abgehoben. Zwischen Ventilsitz (2) und Ablauf-Drosselbohrung (8) ist ein Diffusor (9) angeordnet, und die Ablauf-Drosselbohrung (8), der Diffusor (9) und der Ventilsitz (2) bilden näherungsweise eine steilwandige Trichterform, die einen recht- bis spitzwinkligen Konuswinkel aufweist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzventil für eine Hochdruckeinspritzung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Das Dokument EP 0 851 115 A1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein derartiges Einspritzventil ist aus der europäischen Patentanmeldung 0 661 442 A1 bekannt. Derartige Kraftstoff-Einspritzventile weisen einen Steuerraum auf, der ständig über eine Zulauf-Drosselbohrung mit einer Kraftstoff-Hochdruckquelle über eine Hochdruckleitung verbunden ist. Ein Ventilschließglied des Kraftstoff-Einspritzventils wird solange in Schließstellung gehalten, wie der im Steuerraum herrschende Steuerdruck hoch ist.
Der Steuerraum ist über eine Ablauf-Drosselbohrung entlastbar, die von einem Einspritzsteuerventil beaufschlagt wird. Sobald das Einspritzsteuerventil die Ablauf-Drosselbohrung freigibt, wird der Steuerraum entlastet und das Ventilschließglied des Kraftstoff-Einspritzventils geht in seine Öffnungsstellung über, so daß die Einspritzung in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine erfolgen kann. Wenn das Einspritzsteuerventil die Ablauf-Drosselbohrung wieder schließt, wird aufgrund der Drucksteigerung im Steuerraum das Ventilschließglied wieder in Schließstellung gebracht.
Schnelligkeit, Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Öffnungs- und Schließbewegungen des Einspritzsteuerventils sind für die Qualität der Kraftstoffeinspritzung von entscheidender Bedeutung. Die Reproduzierbarkeit der Öffnungs- und Schließbewegungen wird entscheidend von dem Aufbau des Einspritzsteuerventils bestimmt, das im wesentlichen aus einem Ventilsitz zum Öffnen und Schließen der Ablauf-Drosselbohrung mit einer Ventilkugel zusammenwirkt, die von einem Führungsglied zum Schließen und Öffnen des Einspritzsteuerventils auf den Ventilsitz gepreßt bzw. zum Öffnen einer Federvorspannung einer Feder ausgesetzt wird.
Eine Aussparung in dem die Ventilkugel führenden Führungsglied ist zwar dem Durchmesser der Ventilkugel angepaßt, jedoch können radiale Auslenkungen der Kugel gegenüber dem Kugelsitz auftreten, wenn der Hochdruckstrahl auf der Ablauf-Drosselbohrung die Ventilkugel radial versetzt trifft. Ferner können Einschwingvorgänge auftreten, bis die Kugel zentrisch vom Ventilsitz abgehoben ist, und schließlich ist durch die Ausbildung des Ventilsitzes als Flachkonus nicht gewährleistet, daß die Ventilkugel den Ventilsitz ohne radiale Versetzung und ohne Auftreten von Einschwingvorgängen beim Schließvorgang zentriert verschließt.
Eine typische Ausführungsform der wesentlichen konstruktiven Teile eines Einspritzsteuerventils zeigt ausschnittsweise Fig. 3. Das Kraftstoff-Einspritzventil ist über die Quetschverschraubung 11 mit der zentralen Hochdruckleitung 6 verbunden, die ihrerseits mit einer Hochdruck-Brennstoffquelle in Verbindung steht. Über eine Zulauf-Drosselbohrung 10 wird ein Steuerraum 7 unter Hochdruck gesetzt, der auf ein Ventilschließglied 12 wirkt, das das Kraftstoff-Einspritzventil geschlossen hält, solange der Hochdruck in dem Hochdrucksteuerraum ansteht. Über eine Entlastungsbohrung, die in eine Ablauf-Drosselbohrung 8 übergeht, kann der Steuerraum 7 entlastet werden, so daß das Ventilschließglied das Kraftstoff-Einspritzventil öffnet und Kraftstoff aus der zentralen Hochdruckleitung 6 in die Brennräume einer Brennkraftmaschine einspritzt. Das Öffnen und Schließen der Ablauf-Drosselbohrung 8 wird durch ein Einspritzsteuerventil mit einem Ventilsitz 2 einer Ventilkugel 3 und einem die Ventilkugel 3 führenden Führungsglied 4 gewährleistet. Deutlich ist auch hier der flachkonusförmige Ventilsitz mit einem stumpfen Öffnungswinkel α zu erkennen, der auch aus der Druckschrift EP 0 661 442 A1 mit Fig. 2 bekannt ist.
Jedes Auftreten von Einschwingvorgängen und/oder von radialen Versetzungen der Ventilkugel gegenüber dem Zentrum der zentral angeordneten Ablauf-Drosselbohrung vermindert die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Öffnungs- und Schließbewegungen des Einspritzsteuerventils.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Nachteile von Kraftstoff-Einspritzventilen des Standes der Technik zu überwinden, ein sicheres, gleichmäßiges Schließen der Ventilkugel im Einspritzsteuerventil zu gewährleisten und Verzerrungen durch Einschwingvorgänge oder andere Behinderungen der Ventilkugel beim Schließen des Einspritzsteuerventils zu vermindern.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoff-Einspritzventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Durch das Anordnen eines Diffusors zwischen dem Ventilsitz und der Ablauf-Drosselbohrung wird vorteilhaft erreicht, daß ein höherer Anteil, verglichen mit der Lösung nach EP 0 661 442 A1, der kinetischen Energie des aus der Drosselbohrung austretenden Hochdruckstrahls in statischen Druck umgesetzt wird. Damit kann aufgrund des größeren mittleren Durchmessers des Diffusors gegenüber der Drosselbohrung der Druck auf eine vergrößerte Oberfläche der Ventilkugel beim Öffnen einwirken. Somit wird die Ventilkugel beim Abheben gleichmäßig und reproduzierbar zentriert und radiale Versetzungen der Ventilkugel gegenüber der Ablauf-Drosselbohrung werden weitestgehend vermindert.
Durch die Ausbildung einer näherungsweise steilwandigen Trichterform aus Ablauf-Drosselbohrung, Diffusor und Ventilsitz, wobei die Trichterform einen recht- bis spitzwinkligen Konuswinkel α aufweist, wird vorteilhaft erreicht, daß im Gegensatz zum herkömmlichen Ventilsitz aus einem Flachkonus mit zentrisch an der Konusspitze angeordneter Ablauf-Drosselbohrung die Trichterwandung des Ventilsitzes beim Schließen des Einspritzsteuerventils das Zentrieren der Ventilkugel unterstützt und ein radiales Versetzen der Ventilkugel gegenüber dem Diffusor und der Ablauf-Drosselbohrung verhindert. Somit wird mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Einspritzsteuerventils in dem Kraftstoff-Einspritzventil eine erhöhte Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Öffnungs- und Schließbewegung erreicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in Anspruch 1 angegebenen Kraftstoff-Einspritzventils sind durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale definiert.
Ein Diffusor ist üblicherweise eine stetige Erweiterung von einem Minimaldurchmesser zu einem Maximaldurchmesser. Dabei wird die kinetische Energie eines strömenden Mediums zunehmend und stetig teilweise in statischen Druck umgesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Diffusor als "Querschnittsprung" ausgebildet, d.h. Minimalund Maximaldurchmesser des Diffusors sind gleich. Dies stellt eine unstete Erweiterung der Ablauf-Drosselbohrung auf den Durchmesser des Diffusors dar, was üblicherweise als Carnot-Öffnung bezeichnet wird. Eine derartige Carnot-Öffnung hat den Vorteil, daß der Widerstandsbeiwert ζ durch einfaches Ändern des Verhältnisses zwischen dem Durchmesser des Diffusors und dem Durchmesser der Ablauf-Drosselbohrung optimiert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verhältnis zwischen dem mittleren Durchmesser des Diffusors und dem Durchmesser der Ablauf-Drosselbohrung zwischen 1,2 und 2, so daß näherungsweise der Widerstandsbeiwert ζ zwischen 0,16 bis 9 einstellbar wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Konuswinkel α 60° bis 90°. Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Flachkonus ermöglicht dieser Steilwandkonus eine verbesserte Zentrierung der Ventilkugel. Bei Konuswinkeln kleiner als 60° wird zwar die Zentrierung der Ventilkugel stärker unterstützt, jedoch kann die Kugel nicht ausreichend tief in den Diffusor hineinragen, um in einem möglichst geringen Abstand zur Ablauf-Drosselbohrung bei geschlossenem Einspritzsteuerventil zu schweben. Andererseits wird bei Konuswinkeln α größer als 90° die zentrierende Wirkung der Trichterform zunehmend kleiner, so daß die für den Stand der Technik geschilderten Nachteile zunehmen.
Vorzugsweise taucht die Ventilkugel zwischen 1/5 und 1/10 ihres Radius r in den Diffusor ein. Damit kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, daß einerseits eine genügend große Kugelkappe der Ventilkugel vom Hochdruckstrahl getroffen und zentriert vom Ventilsitz abgehoben wird und andererseits ein zu tiefes Eintauchen der Ventilkugel in den Diffusor vermieden wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der Maximaldurchmesser D des Diffusors und die Länge ℓ des Diffusors derart aufeinander abgestimmt, daß die Ventilkugel bei geschlossenem Einspritzventil in einem Abstand von ≤ 0,1 mm, vorzugsweise zwischen 30 und 80 µm über der Ablauf-Drosselbohrung positioniert ist. Mit diesem Abstand wird vorzugsweise gewährleistet, daß der Hochdruckstrahl aus der Ablauf-Drosselbohrung beim Öffnen des Einspritzsteuerventils anfänglich nicht nur die Ventilkugeloberfläche im Bereich der Drosselbohrung beaufschlagt, sondern daß sich der Druck auf die größere Oberfläche einer Kugelkappe der Ventilkugel im Bereich des Maximaldurchmessers des Diffusors oder des Ventilsitzes auswirkt.
Für den Anteil der Drosselung ist das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis der Ablauf-Drosselbohrung entscheidend. Je geringer der Durchmesser und je größer die Länge einer Drosselbohrung wird, umso stärker ist die Drosselung. Mit zunehmender Drosselung wird auch ein geringerer Verbrauch an aus dem Steuerraum ablaufendem Brennstoff erreicht. Gleichzeitig wird jedoch die Zeit für den Abbau des Hochdrucks im Steuerraum vergrößert. Deshalb stellt der Bereich von 1 bis 20 für das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis der Ablauf-Drosselbohrung einen optimalen Kompromiß zwischen diesen beiden Extremen dar.
Ferner weist der Diffusor vorzugsweise ein Länge-zu-Maximaldurchmesser-Verhältnis zwischen 0,1 und 0,5 auf. Mit diesem Länge-zu-Maximaldurchmesser-Verhältnis des Diffusors wird erreicht, daß die Strömung an der mantelförmigen Wand des Diffusors nicht zum Anliegen kommt, so daß die Reibverluste im Diffusor vernachlässigbar klein werden, während die Strömungsverluste durch Wirbelbildung am stufenförmigen Übergang zunehmen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:
Fig. 1
einen Querschnitt durch ein Kraftstoff-Einspritzventil im Bereich eines Ventilsitzes eines Einspritzsteuerventils in einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2
einen Querschnitt durch ein Kraftstoff-Einspritzventil im Bereich eines Ventilsitzes eines Einspritzsteuerventils in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3
einen ausschnittsweisen Querschnitt im Bereich der wesentlichen konstruktiven Teile eines herkömmlichen Einspritzsteuerventils.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Kraftstoff-Einspritzventil im Bereich eines Ventilsitzes 2 eines Einspritzsteuerventils in einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Ein Druckraum 7 ist über eine in Fig. 3 gezeigte Zulauf-Drosselbohrung 10 mit einer zentralen Hochdruckleitung 6 verbunden und steht damit unter einem Kraftstoffdruck zwischen 150 bis 300 MPa. Über eine Entlastungsbohrung 13, die in eine Ablauf-Drosselbohrung 8 übergeht, kann der Steuerraum 7 entlastet werden, wenn die Ventilkugel 3 des Einspritzsteuerventils sich von dem Ventilsitz 2 gegen eine Federvorspannung einer Feder 5 in Pfeilrichtung A abhebt.
Die Ventilkugel 3 wird durch ein in Fig. 3 gezeigtes, die Ventilkugel 3 führendes Führungsglied 4 beim Öffnen und Schließen gehalten. Die Zentrierung der Kugel 3 auf dem Ventilsitz 2 wird wesentlich durch eine steilwandige Trichterform, die einen recht- bis spitzwinkligen Konuswinkel α, der in dieser bevorzugten Ausführungsform 90° beträgt, gewährleistet. Dadurch kann vorteilhaft der Hochdruckstrahl aus der Ablauf-Drosselbohrung 8 die Ventilkugel 3 zentral treffen und diese, sobald ein Magnetventil die Ventilkugel 3 von einem Anpreßdruck an den Ventilsitz 2 entlastet in Pfeilrichtung A anheben. Zwischen Ventilsitz 2 und Ablauf-Drosselbohrung 8 ist ein Diffusor 9 angeordnet, bei dem in dieser Ausführungsform der Minimaldurchmesser d und der Maximaldurchmesser D gleich sind.
Das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis des Diffusors 9 ist in dieser Ausführungsform 0,2, und das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis der Ablauf-Drosselbohrung 8 ist < 2. Die Ventilkugel 3 taucht mit einem Achtel ihres Radius r in den Diffusor 9 ein und ist bei geschlossenem Einspritzsteuerventil in einem Abstand von 80 µm über der Drosselbohrung positioniert. Die Querschnitterweiterung zwischen Ablauf-Drosselbohrung 8 und Diffusor 9 bildet eine Carnot-Öffnung, bei der sich die Strömung des Hochdruckstrahls, die aus der Ablauf-Drosselbohrung 8 gegen das Zentrum der Ventilkugel 3 gerichtet ist, nicht mehr laminar an die Wandungen des Diffusors 9 anlegt, sondern vielmehr verlustbehaftete Strömungswirbel an der Querschnitterweiterung bildet.
Trotz dieser Strömungsverluste hat der Diffusor 9 in Verbindung mit dem steilwandigen Ventilsitz 2 eine wesentlich höhere Zentrierungswirkung auf die Ventilkugel 3 als die herkömmlichen flachkonischen Ventilsitze in Verbindung mit einem unmittelbaren Übergang von der Ablauf-Drosselbohrung 8 zu dem Ventilsitz 2 in der herkömmlichen Technik.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Kraftstoff-Einspritzventil im Bereich des Ventilsitzes des Einspritzsteuerventils in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Deutlich erkennbar ist hier, daß in dieser Ausführungsform der Konuswinkel α wesentlich spitzwinkliger ist als in der ersten Ausführungsform nach Fig. 1. In diesem Falle ist der Konuswinkel α = 60° und das Länge-zu Durchmesser-Verhältnis des Diffusors 0,15.
Die Ventilkugel 3 taucht in diesem Ausführungsbeispiel wesentlich tiefer in den Diffusor 9 ein und schwebt bei geschlossenem Einspritzsteuerventil 30 µm über dem Ablaufrand 14 der Ablauf-Drosselbohrung 8. Durch diesen spitzwinkligen Konus des Ventilsitzes 2 wird die Ventilkugel 3 hydraulisch zentriert. Das bedeutet, daß das Schließen reibungsfrei erfolgen kann und Verzerrungen in der Rücklaufmenge beim Schließen der Ventilkugel 3 nicht auftreten. Durch die extrem kurze Diffusorbohrung mit einem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von 0,15 kann der aus der Ablauf-Drosselbohrung 8 austretende Hochdruckstrahl die Kugel nicht wesentlich außerhalb der Zentrumslinie 15 treffen. Damit treten weiter verminderte Radialkräfte auf. Die relativ große Diffusorbohrung hat darüber hinaus den Vorteil, daß sich der steilwandige Ventilsitz 2 besser bearbeiten und polieren läßt.
Fig. 3 zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt im Bereich der wesentlichen konstruktiven Teile eines herkömmlichen Einspritzsteuerventils, wie bereits unter dem Kapitel Stand der Technik ausführlich beschrieben.

Claims (8)

  1. Kraftstoff-Einspritzventil für eine Hochdruckeinspritzung von Kraftstoff aus einer zentralen Hochdruckleitung (6) in Brennräume einer Brennkraftmaschine, das ein Einspritzsteuerventil (1) mit einem Ventilsitz (2), einer Ventilkugel (3) und einem die Ventilkugel (3) führenden Führungsglied (4) aufweist, welches zu dessen Schließen die Ventilkugel (3) auf dem Ventilsitz (2) preßt und zu dessen Öffnen die Ventilkugel (3) einer Federvorspannung einer Feder (5) aussetzt, wobei die Ventilkugel (3) in geöffnetem Zustand mittels eines Hochdruckstrahls, der von einem mit der zentralen Hochdruckleitung (6) in Verbindung stehenden Steuerraum (7) über eine Ablauf-Drosselbohrung (8) gespeist ist, vom Ventilsitz (2) abgehoben ist, wobei
    zwischen Ventilsitz (2) und Ablauf-Drosselbohrung (8) ein Diffusor (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablauf-Drosselbohrung (8), der Diffusor (9) und der Ventilsitz (2) näherungsweise eine steilwandige Trichterform mit einem recht- bis spitzwinkligen Konuswinkel (α) aufweisen.
  2. Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Minimal- (d) und Maximaldurchmesser (D) des Diffusors (9) gleich sind.
  3. Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen einem mittleren Durchmesser dm des Diffusors (9) und einem Durchmesser (m) der Ablauf-Drosselbohrung (8) zwischen 1,2 und 2 ist.
  4. Kraftstoff-Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel (α) 60 bis 90° ist.
  5. Kraftstoff-Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkugel (3) zwischen 1/5 und einem 1/10 ihres Radius (r) in den Diffusor (9) eintaucht.
  6. Kraftstoff-Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximaldurchmesser (D) des Diffusors (9) und die Länge des Diffusors (9) derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Ventilkugel (3) bei geschlossenem Einspritzventil (1) in einem Abstand ≤ 0,1 mm, vorzugsweise zwischen 30 und 80 µm über der Ablauf-Drosselbohrung (8) positioniert ist.
  7. Kraftstoff-Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablauf-Drosselbohrung ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis zwischen 1 und 20 aufweist.
  8. Kraftstoff-Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (9) ein Länge-zu-Maximaldurchmesser-Verhältnis zwischen 0,1 und 0,5 aufweist.
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