Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen gemäß der Gattung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen aus der Schrift US-4,987,887 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein kolbenförmiges Ventilglied axial verschiebbar in einer Führungsbohrung eines Ventilkörpers geführt. Das Ventilglied weist dabei an seinem unteren, brennraumseitigen Ende eine konische Ventildichtfläche auf, mit der es mit einer ortsfesten Ventilsitzfläche am geschlossenen Ende der Führungsbohrung zusammenwirkt. Dabei sind bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil der Ventilsitzfläche stromabwärts zwei Einspritzöffnungen nachgeordnet, die vom geschlossenen Ende der Führungsbohrung ausgehend in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden. Die Kraftstoffzuströmung zu diesen Einspritzöffnungen wird dabei durch den Dichtquerschnitt zwischen Ventilsitzfläche und Ventildichtfläche gesteuert. Das Ventilglied des bekannten Kraftstoffeinspritzventils weist dabei zwei Führungsbereiche auf, mit denen es gleitverschiebbar an der Wand der Führungsbohrung geführt ist. Dabei ist ein erster oberer Führungsbereich am brennraumabgewandten Ende des Ventilgliedes vorgesehen, der sich dabei oberhalb eines Kraftstoffdruckraumes erstreckt, der durch eine Querschnittserweiterung der Führungsbohrung gebildet ist und in den ein Kraftstoffhochdruckzulaufkanal einmündet. Dabei übernimmt der obere Führungsbereich neben der sicheren Ventilgliedführung auch die Abdichtung des Druckraumes gegenüber einem Federraum, in dem eine das Ventilglied in Schließrichtung beaufschlagende Ventilfeder untergebracht ist. Zusätzlich zu diesem oberen ersten Führungsbereich weist das Ventilglied einen zweiten unteren Führungsbereich in einem brennraumzugewandten Bereich auf, der als Ringbund ausgebildet ist, mit dem das Ventilglied mit einer Durchmesserverringerung der Führungsbohrung zusammenwirkt. Dabei trennt der als Ringbund ausgebildete untere Führungsbereich einen zwischen dem Ventilgliedschaft und der Wand der Führungsbohrung gebildeten, vom Druckraum ausgehenden Ringspalt von einem untenliegenden, an die Ventilsitzfläche mündenden unteren Druckraum bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil. Während der nach oben gerichteten Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes taucht der Ringbund des unteren Führungsbereiches des Ventilgliedes aus der Überdeckung mit der Durchmesserverringerung der Führungsbohrung aus und öffnet so einen ungedrosselten Durchströmquerschnitt zwischen dem Ringspalt und dem untenliegenden Druckraum.

Zur Kraftstoffversorgung des untenliegenden Druckraumes ist dabei bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil, das heißt bei am Ventilsitz anliegendem Ventilglied ein Drosseldurchtrittsquerschnitt zwischen dem Ringspalt und dem untenliegenden Druckraum vorgesehen, über den Kraftstoff in den untenliegenden Druckraum einströmen kann. Dieser Drosselquerschnitt ist dabei beim bekannten Kraftstoffeinspritzventil als Ringdrosselspalt zwischen dem Ringbund des unteren Führungsbereiches und der Durchmesserverringerung der Führungsbohrung ausgebildet.

Diese Ausbildung des Drosselverbindungsquerschnittes zwischen dem Ringspalt und dem untenliegenden Druckraum hat bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen jedoch den Nachteil, daß es aufgrund von Oberflächentoleranzen am Ringbund und an der Führungsbohrungswand schwierig ist, einen korrekten Drosselquerschnitt an verschiedenen Kraftstoffeinspritzventilen reproduzierbar einzustellen. Dabei erfordert diese Art der Herstellung eines korrekten Drosselspaltes insbesondere einen hohen Aufwand hinsichtlich der Fertigungsgenauigkeit und ist somit nur mit hohem Aufwand und Kosten erzielbar. Da der präzisen Einstellung des Drosselquerschnittes jedoch hinsichtlich einer korrekten Funktion des Kraftstoffeinspritzventils, insbesondere der Einstellung der Voreinspritzung eine hohe Bedeutung zukommt, ist die Möglichkeit des Einstellens über den Ringdrosselspalt zwischen Führungsbund und Wand der Führungsbohrung nicht ausreichend.

Aus der Schrift US 5 769 319 ist darüber hinaus ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem das Ventilglied zwei Führungsbereiche aufweist, die denselben Durchmesser aufweisen. Der Kraftstoff, der zwischen den beiden Führungsbereichen eingebracht wird, fließt durch eine im Ventilglied ausgebildete Drosselbohrung in Richtung eines Druckraums, von dem die Einspritzöffnungen abgehen. Die Einspritzung erfolgt durch langsamen Druckaufbau im Druckraum, so dass sich bis zum Austauchen des unteren Führungsbereichs aus einem entsprechenden Führungsabschnitt, was bei einem bestimmten Hub des Ventilglieds eintritt, nur eine geringe Einspritzrate einstellt.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Drosselverbindungsquerschnitt zwischen dem Ringspalt und dem untenliegenden Druckraum am Kraftstoffeinspritzventil einfach und mit hoher Genauigkeit reproduzierbar herstellbar ist. Dies wird dabei durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Drosselverbindungsquerschnittes als Drosselbohrung erreicht, die das Ventilglied schräg durchdringt, wobei die Eintrittsöffnung der Drosselbohrung im Bereich des Ringspaltes und die Austrittsöffnung im Bereich des unten liegenden Druckraumes angeordnet ist. Dabei läßt sich eine derartige Drosselbohrung fertigungstechnisch mit geringem Aufwand sehr genau fertigen, wobei insbesondere auch sehr kleine Streubreiten bei einer Serienfertigung reduzierbar sind. Besonders vorteilhaft ist, daß eine derartige Drosselbohrung, entgegen dem Stand der Technik, unabhängig von Passungstoleranzen zwischen dem Ventilglied und der Geometrie der Führungsbohrung ist. Dabei kann die Drosselbohrung im Ventilglied durchgängig den gleichen Drosselquerschnitt aufweisen, es ist jedoch auch möglich, die Drosselbohrung zwei- oder mehrstufig auszubilden wobei, dann der kleinste Bohrungsdurchmesser den Drosseldurchströmquerschnitt bestimmt. Dabei kann dieser kleinste Drosselbohrungsquerschnitt am Eintritt der Drosselbohrung, in deren mittigem Bereich oder am Austritt der Drosselbohrung (wie im Ausführungsbeispiel dargestellt) vorgesehen sein. Die Ausbildung der Drosselbohrung als zweioder mehrstufige Bohrung hat dabei den Vorteil, daß ein gutes Durchströmen bei ausreichender Drosselwirkung erzielbar ist, wobei sich über die Durchmesserdifferenz zwischen dem großen und dem kleinsten Drosseldurchmesser der Bohrung sowie den jeweiligen Bohrungslängen zwischen größerem Bohrungsteil und Drosselquerschnitt in konstruktiv einfacher Weise die gewünschte Drosselwirkung für jeden Kraftstoffeinspritzventiltyp einstellen läßt.

Es ist somit mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil in konstruktiv einfacher Weise möglich, den für die Formung des Einspritzverlaufs am Einspritzventil wichtigen Drosselquerschnitt zwischen dem Ringspalt und dem untenliegenden Druckraum präzise und reproduzierbar einzustellen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils wird durch das Vorsehen einer Ringnut am Übergang zwischen dem, den unteren Führungsbereich bildenden Ringbund und einem sich anschließenden, im Querschnitt verringerten Bereich des Ventilgliedes erreicht. Dabei hat diese Ringnut den Vorteil, daß die untere Kante des Ringbundes, die eine Steuerkante bildet, scharfkantiger herausgearbeitet ist, so daß sich eine präzise Steuerung im Zusammenwirken mit dem entsprechenden Absatz der Führungsbohrung erzielen läßt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils wird durch das Vorsehen von Ausnehmungen am Ventilglied im Bereich des untenliegenden Druckraumes erreicht, wobei diese, vorzugsweise als Flächenanschliffe ausgebildeten Ausnehmungen nach Austauchen des Ringbundes aus der Bohrungsabsatzfläche ein besseres ungehindertes Überströmen aus dem Ringspalt in den untenliegenden Druckraum ermöglichen, so daß der unter hohem Druck stehende Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulaufkanal über den Ringspalt und den untenliegenden Druckraum möglichst gleichmäßig zu den Einspritzöffnungen überströmen kann.

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

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Es zeigen die Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils in einem Längsschnitt durch den Ventilkörper und das darin geführte Ventilglied und die Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Figur 1 im erfindungswesentlichen brennraumzugewandten Bereich des Ventilkörpers mit der Darstellung der Geometrie des darin geführten Ventilgliedes an dessen brennraumzugewandtem Ende.

Das in der Figur 1 in einem vereinfachten Schnitt dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen weist einen Ventilkörper 1 auf, der mit seinem unteren freien Ende in nicht näher dargestellter Weise in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt und der mit seiner oberen, brennraumabgewandten Stirnseite gegen einen ebenfalls nicht näher dargestellten Ventilhaltekörper verspannt ist. Der Ventilkörper 1 weist dabei eine von seiner oberen Stirnfläche 3 ausgehende, als axiale Sackbohrung ausgebildete Führungsbohrung 5 auf. In dieser Führungsbohrung 5 ist ein kolbenförmiges Ventilglied 7 axial verschiebbar geführt, das an seinem unteren brennraumseitigen Ende eine konische Ventildichtfläche 9 aufweist, mit der es mit einer am geschlossenen Ende der Führungsbohrung 5 gebildeten ortsfesten Ventilsitzfläche 11 zusammenwirkt. Dabei führt von dieser Ventilsitzfläche 11 stromabwärts des zwischen der Berührungslinie zwischen Ventilsitzfläche 11 und Ventildichtfläche 9 gebildeten Dichtquerschnittes eine Einspritzöffnung 13 ab, die in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine mündet. Dabei weist das Ausführungsbeispiel lediglich eine Einspritzöffnung auf, es ist alternativ jedoch auch möglich, eine Vielzahl von Einspritzöffnungen vorzusehen, wobei diese zudem alternativ vom unterhalb des Ventilgliedes 7 gebildeten Sackloches der Führungsbohrung 5 abführen können.

Das kolbenförmige Ventilglied 7 weist zwei Führungsbereiche auf, mit denen es gleitverschiebbar an der Wand der Führungsbohrung 5 geführt ist. Dabei ist ein erster oberer Führungsbereich 15 am brennraumabgewandten Ende des Ventilgliedes 7 vorgesehen, der in einem brennraumabgewandten oberen Bereich der Führungsbohrung 5 geführt ist. Der obere Führungsbereich 15 des Ventilgliedes 7 geht über einen, eine Druckschulter 17 bildenden Absatz in einen, im Durchmesser verringerten Ventilgliedschaftteil 19 über. Dabei ist die Druckschulter 17 in einem obenliegenden Druckraum 21 angeordnet, der durch eine Querschnittserweiterung der Führungsbohrung 5 gebildet ist und in den ein Kraftstoffhochdruckzulaufkanal 23 einmündet. Dieser Kraftstoffhochdruckzulaufkanal 23 ist dabei in nicht näher gezeigter Weise an eine Hochdruckeinspritzleitung angeschlossen, die andererseits von einer Kraftstoffhochdruckpumpe abführt, über die Kraftstoff aus einem Vorratstank unter hohem Druck den einzelnen Kraftstoffeinspritzventilen zugeführt wird.

Ein zweiter unterer Führungsbereich am brennraumnahen Ende des Ventilgliedes 7 ist als Ringbund 25 ausgebildet, der mit seiner zylindrischen Außenwandfläche mit der Wand eines Bohrungsabsatzes 27 der Führungsbohrung 5 zusammenwirkt. Dabei trennt der den zweiten unteren Führungsbereich bildende Ringbund 25 des Ventilgliedes 7 einen zwischen dem Ventilgliedschaftteil 19 und der Wand der Führungsbohrung 5 gebildeten Ringspalt 29 bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil von einem stromabwärts unterhalb des Ringbundes 25 angeordneten untenliegenden, an die Ventilsitzfläche 11 mündenden Druckraum 31.

Der Ringbund 25 bildet, wie in der Figur 2 vergrößert dargestellt, mit seiner unteren brennraumzugewandten Begrenzungskante eine Steuerkante 33, mit der er mit einer brennraumabgewandten Bohrungsabsatzkante 35 des Bohrungsabsatzes 27 zusammenwirkt. Dabei sind Steuerkante 33 und Bohrungsabsatzkante 35 so angeordnet, daß die Steuerkante 33 am Ringbund 25 des Ventilgliedes 7 bei dessen nach oben gerichteter Öffnungshubbewegung die obenliegende Bohrungsabsatzkante 35 überfährt und so einen Durchströmquerschnitt zwischen dem Ringspalt 29 und dem untenliegenden Druckraum 31 freigibt. Dabei weist das Ventilglied 7 für eine präzisere Herausarbeitung der Steuerkante 33 am Ringbund 25 zwischen dem Übergang des Ringbundes 25 zum Ventilgliedschaft im untenliegenden Druckraum 31 eine Ringnut 37 auf. Desweiteren sind am Ventilglied 7 im Bereich des untenliegenden Druckraumes 31 Ausnehmungen in Form von Flächenanschliffen 39 eingearbeitet, über die der Durchströmquerschnitt in diesem Bereich noch einmal vergrößert wird.

Zur Kraftstoffbefüllung des untenliegenden Druckraumes 31 bei an der Ventilsitzfläche 11 anliegendem Ventilglied 7 ist desweiteren eine Drosselbohrung 41 im Ventilglied 7 vorgesehen. Die Drosselbohrung 41 ist dabei derart schräg angeordnet, daß ihre Eintrittsöffnung in den Ringspalt 29 und ihre Austrittsöffnung in den untenliegenden Druckraum 31 mündet. Desweiteren ist die Drosselbohrung 41 als zweistufige Bohrung ausgebildet, wobei der im Durchmesser größere Bohrungsabschnitt in den Ringspalt 29 und der im Durchmesser kleinere Bohrungsabschnitt in den untenliegenden Druckraum 31 einmündet. Dabei läßt sich über den kleinen, drosselnden Durchmesser und dessen Anordnung innerhalb der Drosselbohrung 41 die Drosselwirkung beim Kraftstoffdurchtritt in einfacher Weise einstellen.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen arbeitet in folgender Weise.

Bei geschlossenem Einspritzventil hält eine Ventilfeder 45 das Ventilglied 15 über einen Ventilteller 43 mit seiner Ventildichtfläche 9 in Anlage an der Ventilsitzfläche 11, so daß ein Durchströmquerschnitt zur Einspritzöffnung 13 verschlossen ist. Zugleich ist der Ringbund 25 am Ventilglied 7 in den Bohrungsabsatz 27 eingetaucht und trennt so den untenliegenden Druckraum 31 vom Ringspalt 29, der andererseits in den obenliegenden Druckraum 21 mündet. Der im Kraftstoffhochdruckzulaufkanal 23, im obenliegenden Druckraum 21 und im Ringspalt 29 anstehende Standdruck des Kraftstoffes wird über die Drosselbohrung 41 auch im untenliegenden Druckraum 31 aufgebaut.

Die Kraftstoffhochdruckeinspritzung am Einspritzventil wird durch das Zuführen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff von der Einspritzpumpe über den Kraftstoffhochdruckzulaufkanal 23 in den obenliegenden Druckraum 21 eingeleitet. Dabei verschiebt nunmehr der an der Druckschulter 17 in Öffnungsrichtung angreifende Kraftstoffhochdruck das Ventilglied 7 entgegen der Schließkraft der Ventilfeder 45 in Öffnungshubrichtung. In Folge dessen hebt die Ventildichtfläche 9 vom Ventilsitz 11 ab und gibt den Durchströmquerschnitt zur Einspritzöffnung 13 frei, so daß der im untenliegenden Druckraum 31 anstehende Kraftstoff über die Einspritzöffnung 13 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Dabei bricht der Kraftstoffdruck im untenliegenden Druckraum 31 sehr rasch zusammen, da der Einspritzquerschnitt an der Einspritzöffnung 13 größer ausgebildet ist als der kleinste Durchmesser der Drosselbohrung 41. In dieser ersten Öffnungshubphase des Ventilgliedes 7 strömt somit mehr Kraftstoff durch die Einspritzöffnung 13 aus dem untenliegenden Druckraum 31 ab als durch die Drosselbohrung 41 in diesen nachfließen kann. Auf diese Weise stellt sich nunmehr am Ringbund 25 ein Druckgefälle ein, durch das der im Ringspalt 29 anstehende Kraftstoffhochdruck eine zusätzliche Schließkraft auf den Querschnittsübergang zum Ringbund 25 aufbringt. Infolge dieses zusätzlichen Schließdruckes wird die Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes abgebremst bis der sich weiter im Druckraum 21 aufbauende Kraftstoffhochdruck ausreichend ist, diese zusätzliche Schließkraft zu überwinden und das Ventilglied 7 bis an seinen Öffnungshubanschlag weiter nach oben zu verschieben. Während dieses weiteren Öffnungshubweges des Ventilgliedes 7 taucht nun der Ringbund 25 aus der Überdeckung mit dem Bohrungsabsatz 27 aus und gibt so einen ungedrosselten Überströmquerschnitt zwischen dem Ringspalt 29 und dem untenliegenden Druckraum 31 frei, so daß die Kraftstoffhochdruckeinspritzung an der Einspritzöffnung 13 des Kraftstoffeinspritzventils fortgesetzt wird. Dabei ist der Zeitpunkt des Aufsteuerns dieses Verbindungsquerschnittes durch das Überfahren der Steuerkante 33 am Ringbund 25 über die Bohrungsabsatzkante 35 festgelegt. Über die Auslegung des Ringbundes 25 und insbesondere den axialen Abstand h zwischen der Steuerkante 33 und der Bohrungsabsatzkante 35 läßt sich nunmehr der Öffnungszeitpunkt des ungedrosselten Überströmens zwischen dem Ringspalt 29 und dem untenliegenden Druckraum 31 und somit der ersten Öffnungshubphase in einfacher Weise einstellen. Desweiteren läßt sich über den Drosselquerschnitt der Drosselbohrung 41 die Einspritzverlaufsformung auch graduell einstellen.

Mit Austauchen des Ringbundes 25 aus der Überdeckung mit dem Bohrungsabsatz 27 erfolgt nunmehr das vollständige Aufsteuern des Kraftstoffeinspritzventils in gewohnter Weise bis zur Anlage des Ventilgliedes 7 an einem Öffnungshubanschlag.

Das Schließen des Kraftstoffeinspritzventils erfolgt in bekannter Weise durch die Unterbrechung der Kraftstoffhochdruckzufuhr in den oberen Druckraum 21, in dessen Folge der am Einspritzventil anstehende Druck wieder unter den notwendigen Öffnungsdruck sinkt, so daß die Ventilfeder 45 nunmehr das Ventilglied 7 in Anlage an die Ventilsitzfläche 11 zurückbewegt, wobei sich nunmehr über die Drosselbohrung 41 der eingangs beschriebene Druckaufbau erneut einstellt.

Dabei ist es mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil nunmehr in konstruktiv einfacher Weise möglich, einen zweistufigen Öffnungshubverlauf des Ventilgliedes 7 einstellen zu können, ohne dabei auf eine zweite zusätzliche Ventilschließfeder zurückgreifen zu müssen.