Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Einspritzanlagen wird Kraftstoff unter hohem Druck über ein Kraftstoffeinspritzventil in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt.
Aus der US 4,528,951 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, welches eine Düsennadel aufweist, die zwischen einem Dichtbereich und der Nadelspitze einer umlaufenden Nut aufweist. Die Lochachse des Einspritzlochs mündet hier in die Nut, wenn der Dichtbereich der Düsennadel auf dem Ventilsitz aufliegt.
Aus DE 30 14 958 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, das einen Düsenkörper mit einer zentralen Führungsbohrung aufweist, in der eine Düsennadel geführt wird. Der Düsenkörper ist als Lochdüse ausgeführt. Durch die axiale Bewegung der Düsennadel öffnet das Ventil, das von der Dichtkante der Düsennadel und dem Ventilsitz in der Düsenspitze des Düsenkörpers gebildet wird. An der Nadelspitze der Düsennadel ist ein Absatz eingebracht, um die durch Verschleiß bedingte Verkleinerung des Ventilsitzdurchmesser zu verhindern.
Beim Öffnen des Ventils strömt Kraftstoff in die Düsenspitze und durch die Einspritzlöcher in der Düsenspitze, wodurch die Düsennadel durch den Kraftstoffdruck und den Kraftstofffluß seitlich zu ihrer Achse gerichtete Bewegungen ausführen kann, die zu einem unregelmäßigen Einspritzverlauf in den Brennraum der Brennkraftmaschine führen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die beim Öffnen des Ventils auftretenden radial zur Düsennadelachse gerichteten Bewegungen der Düsennadel zu reduzieren und die Strahlformung des Einspritzstrahls zu verbessern.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausformungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In der Erfindung ist eine Düsennadel in der zentralen Führungsbohrung eines Düsenkörpers geführt. Die Düsennadel weist eine umlaufende Dichtkante auf, die zusammen mit dem konischen Ventilsitz des Düsenkörpers eine schließbare druckfeste Abdichtung bildet, die über die axiale Bewegung der Düsennadel den Kraftstoffzulauf zu den Einspritzlöchern in der Düsenspitze des Düsenkörpers steuert. In dem kegelstumpfförmigen Nadelende der Düsennadel ist eine umlaufende Nut angeordnet, an der sich sich beim Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils ein Druckausgleich einstellt, durch den eine radial auf die Düsennadel wirkende Kraft erzeugt wird, die einer radialen Abweichung der Düsennadel entgegenwirkt und sie somit axial führt.
Vorteilhaft ist die Nut in Höhe der Einspritzlöcher in der Düsenspitze des Düsenkörpers angeordnet, wodurch die Strahlformung des Einspritzstrahls verbessert wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Beschreibung der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Längsschnitt durch einen im wesentlichen rotationssymmetrischen Düsenkörper 5, in dessen zentraler Führungsbohrung 54 eine rotationssymmetrische Düsennadel 1 axial geführt ist. Ausgehend von der Stirnfläche 58 des Düsenkörpers 5 geht die Führungsbohrung 54 in eine Druckkammer 51, eine Schaftbohrung 57 und einen sich konisch verjüngenden Ventilsitz 55 über, der in einem Sack 56 endet. Ein Zulaufkanal 59 ist seitlich zur Führungsbohrung 54 angeordnet und mündet in die Druckkammer 51.
Die Düsennadel 1 ist axial unterteilt in Körperabschnitte, deren Durchmesser sich ausgehend von der Rückseite 11 der Düsennadel 1 in Richtung des Nadelendes mit der Nadelspitze 45 der Düsennadel 1 verringern. Ausgehend der Rückseite 11 weist die Düsennadel 1 in Höhe der Führungsbohrung 54 annähernd den Durchmesser der Führungsbohrung auf und geht vorzugsweise in Höhe der Druckkammer 51 in einen kegelstumpfförmigen Körperabschnitt über, gefolgt von einen vorzugsweise zylindrischen ausgebildeten Nadelschaft 15 mit einem geringeren Durchmesser, einen kegelstumpfförmigen ersten Körperabschnitt 20, einen vorzugsweise zylindrischen ersten Dichtabschnitt 25 und das Nadelende, das aus mehreren unten beschriebenen Körperabschnitten besteht.
Figur 2 zeigt eine präzisierte Ansicht des Bereichs des Nadelendes und der Düsenspitze 52 aus Figur 1.
Das Nadelende weist eine kegelstumpfförmige, in Richtung der Düsenspitze 52 zusammenlaufende Grundkörperform mit einer umlaufenden Nut 33 auf und ist ausgehend von der Rückseite 11 der Düsennnadel 1 axial unterteilt in
Die Dichtkante 27 kann somit zusammen mit dem Ventilsitz 55 den Kraftstofffluß unterbrechen; im folgenden werden die Dichtkante 27 mit dem Ventilsitz 55 als Ventil 27,55 bezeichnet, das abhängig von der Position der Düsennadel 1 geöffnet oder geschlossen ist.
In Figur 2 liegt die Dichtkante 27 auf dem Ventilsitz 55 auf, das Ventil 27,55 ist somit geschlossen; im folgenden wird Position der Düsennadel 1, bei der das Ventil 27,55 geschlossen ist, als Schließposition bezeichnet.
Das Ventil 27,55 öffnet sich, wenn die Düsennadel 1 in Richtung ihrer Rückseite 11 ausgelenkt wird. Kurz nach Öffnen des Ventils 27,55 fließt Kraftstoff in den Zwischenraum zwischen dem Nadelende und dem Ventilsitz 55 und weiter durch die Einspritzlöcher 9 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Während des Öffnens der Düsennadel 1 findet an der Nut 33 der Düsennadel 1 ein Druckausgleich statt, wobei durch den Kraftstoffdruck und den Kraftstofffluß auf die Düsennadel 1 eine radial zur ihrer Längsachse 10 gerichtete Kraft ausgeübt wird, die einer radialen Abweichung der Düsennadel 1 entgegenwirkt, wodurch die Düsennadel radial stabilisiert und mittig zentriert wird.
Dadurch resultiert schon kurz nach Öffnen des Ventils 27,55 eine gleichmäßige Strahlformung des Einspritzstrahls über alle Einspritzlöcher 9, was vorteilhaft zu einer schadstoffarmen Verbrennung führt. Die radial auf die Düsennadel 1 wirkende Kraft ist abhängig von dem Kraftstoffdruck und erhöht sich bei steigendem Kraftstoffdruck.
Durch die Nut 33, die die Düsennadel 1 radial stabilisiert, kann in der Schaftbohrung 57 eine aufwendige zweite Führung für die Düsennadel 1 eingespart werden.
Beim Schließen des Ventils 27,55 schlägt die Düsennadel 1 auf den Ventilsitz 55, wodurch der Ventilsitz 55 und die Dichtkante 27 mechanisch stark beansprucht wird. Die Dichtfläche 29 schließt mit dem Ventilsitz 55 in Schließposition der Düsennadel 1 an der Dichtkante 27 einen ersten Winkel a1 ein, der nur wenig größer als 0 Grad ist. Beim Aufschlagen der Dichtkante 27 auf den Ventilsitz 55 berührt durch die elastische Verformung des Düsenkörpers 5 und der Düsennadel 1 die Dichtfläche 29 den Ventilsitz 55, wodurch sich die Aufschlagsfläche vergrößert und so vorteilhaft die Materialbelastung verringert wird. Die Dichtkante 27 und die Dichtfläche 29 werden im folgenden als Dichtbereich 28 bezeichnet. Durch den kleinen ersten Winkel a1 reduziert sich vorteilhaft das Schadvolumen zwischen der Düsenspitze 52 und dem Nadelende.
Der erste und der zweite Nutabschnitt 35,40 begrenzen mit ihrer Oberfläche die Nut 33 und schließen an ihrem Übergang einen zweiten Winkel a2 ein, der vorzugsweise im Bereich zwischen 125 und 155 Grad liegt.
Die Achsen 90 der Einspritzlöcher 9 münden bei geschlossenem Ventil 27,55 und vorzugsweise auch bei vollständig geöffnetem Ventil 27,55 mit maximaler Auslenkung der Düsennadel 1 in die Nut 33.
Vorzugsweise ist die in Richtung der Düsenspitze 52 gelegene Kante 91 der auf der Innenseite des Düsenkörpers 5 gelegenen Öffnung des Einspritzlochs 9 in Höhe des zweiten Nutabschnitts 40 angeordnet, wenn die Düsennadel 1 in ihrer Schließposition ist, vorzugsweise auch dann, wenn die Düsennadel 1 maximal ausgelenkt ist.
Der Übergang zwischen der Nadelspitze 45 und dem zweiten Nutabschnitt 40 weist einen Querschnitt mit einem ersten Durchmesser s1 auf.
Der Übergang zwischen dem zweiten Dichtabschnitt 30 und dem ersten Nutabschnitt 35 der Düsennadel 1 weist einen Querschnitt mit einem dritten Durchmesser s3 auf.
Das Verhältnis zwischen dem ersten und dem dritten Durchmesser s1/s3 liegt im Bereich zwischen 0,5 und 0,7.
Der Übergang zwischen dem ersten Nutabschnitt 35 und dem zweiten Nutabschnitt 40 weist einen Querschnitt mit einem zweiten Durchmesser s2 auf.
Das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Durchmesser s1/s2 ist annähernd 1.
Der Übergang zwischen dem zweiten Dichtabschnitt 30 und dem ersten Dichtabschnitt 25 weist einen Querschnitt mit einem vierten Durchmesser s4 auf.
Das Verhältnis zwischen dem dritten und dem vierten Durchmesser s3/s4 liegt im Bereich zwischen 0,7 und 0,8.
Die Übergänge zwischen den Körperabschnitten mit den Querschnitten mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Durchmesser s1,s2,s3,s4 sind vorzugsweise abgerundet, was die Fertigung vereinfacht und wodurch vorteilhaft die Turbulenzen der Kraftstoffströmung verringert werden.
Der zweite Dichtabschnitt 30 schließt mit dem ersten Nutabschnitt 35 am Übergang mit dem dritten Durchmesser s3 einen dritten Winkel a3 ein, der im Bereich zwischen 190 und 210 Grad liegt, wodurch vorteilhaft die Turbulenzen der Kraftstoffströmung verringert werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann der zweite Dichtabschnitt 30 unter dem dritten Winkel a3 = 180 Grad ineinander übergehen, wobei der erste Winkel a1 >> 1 Grad ist. Der Dichtbereich 28 der Düsennadel 1 besteht dann nur aus der Dichtkante 27. Der zweite Winkel a2 wird entsprechend angepaßt.
Der Düsenkörper 5 ist vorzugsweise als Sitzlochdüse ausgeführt, bei der die Einspritzlöcher 9 in der Nähe des Ventils 27,55 in der Düsenspitze 52 angeordnet sind.