-
Die
Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
aus, wie es beispielsweise aus der Europäischen Patentschrift
EP 1 198 672 B1 bekannt
ist. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper auf,
in dem ein Druckraum ausgebildet ist, der brennraumseitig von einem
konischen Ventilsitz begrenzt ist. Im Druckraum ist eine Ventilnadel
angeordnet, die eine Ventildichtfläche aufweist, mit der die Ventilnadel
mit dem Ventilsitz zusammenwirkt und dadurch den Kraftstofffluss
aus dem Druckraum zu wenigstens einer Einspritzöffnung steuert. Die Ventildichtfläche an der Ventilnadel
ist ebenfalls im wesentlichen konisch ausgebildet, so dass sie mit
dem Ventilsitz zusammenwirken kann.
-
An
den bisher bekannten und gebräuchlichen
Ventildichtflächen
sind häufig
zwei konische Flächen
ausgebildet, zwischen denen eine Dichtkante ausgebildet ist. Die
Dichtkante ergibt eine höhere Flächenpressung
in diesem Bereich, um eine sichere Abdichtung zwischen Ventildichtfläche und
Ventilsitz zu erreichen. An die stromaufwärtige Konusfläche schließt sich
der Schaftbereich der Ventilnadel an, der eine Zylinderform aufweist.
-
Durch
das sehr häufige
und schnelle Aufsetzen der Ventilnadel auf dem Ventilsitz verschleißt die Ventilnadel
in diesem Bereich, so dass sie sich mit ihrer Ventildichtfläche allmählich immer
tiefer in den Ventilsitz eingräbt,
vor allem im Bereich der Dichtkante. Der zylindrische Schaftbereich
der Ventilnadel kann dadurch ebenfalls in den Ventilsitz eingehämmert werden.
Zwischen der dadurch gebildeten Vertiefung im Ventilsitz und dem
Schaftbereich der Ventilnadel wird so ein Schieberventil gebildet,
was bewirkt, dass zu Beginn der Öffnungshubbewegung
der Ventilnadel zwar die Ventildichtfläche vom Ventilsitz abhebt,
jedoch der Kraftstofffluss zu den Einspritzöffnungen durch das Schieberventil
vorerst behindert wird. Erst beim weiteren Hub der Ventilnadel wird
der Kraftstofffluss freigegeben, und die Einspritzung beginnt. Da
dieser Effekt erst mit zunehmendem Verschleiß auftritt, kommt es mit der
Zeit zu einer Veränderung
des Einspritzverhaltens, da sich sowohl der Einspritzzeitpunkt als
auch die eingespritzte Menge ändert.
Dies wirkt sich ungünstig
auf die Einspritzsteuerung der Brennkraftmaschine aus, da so eine optimale
Einspritzung nicht mehr möglich
ist. Eine Folge davon kann ein erhöhter Verbrauch oder eine verminderte
Leistung der Brennkraftmaschine sein. Auch die Schadstoffemission
der Brennkraftmaschine können
wegen der nicht mehr optimalen Verbrennung zunehmen.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Das
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil
weist demgegenüber
den Vorteil auf, dass die Einspritzcharakteristik über die
gesamte Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils praktisch konstant bleibt.
Hierzu sind an der Ventildichtfläche
drei Konusflächen
ausgebildet, wobei die zweite und die dritte Konusfläche einen Öffnungswinkel
aufweisen, der jeweils kleiner ist als der Sitzwinkel des konischen Ventilsitzes.
Der Öffnungswinkel
der ersten Konusfläche
ist hingegen größer als
der Sitzwinkel, so dass eine Dichtkante zwischen der ersten Konusfläche und
der zweiten Konusfläche
gebildet wird. Durch den Verschleiß zwischen der Ventildichtfläche und dem
Ventilsitz kann sich mit der Zeit auch die Kante zwischen der zweiten
und der dritten Konusfläche
in den Ventilsitz eingraben. Wegen der konischen Ausgestaltung der
dritten Konusfläche
ergibt sich jedoch – anders
als bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil – der oben beschriebene Schiebereffekt
nicht, so dass sich die Einspritzcharakteristik nicht oder nur unwesentlich ändert. Somit
lässt sich
eine optimale Einspritzung über
die gesamte Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils erreichen.
-
Es
kann vorgesehen sein, dass zwischen der ersten und der zweiten Konusfläche eine
Ringnut ausgebildet ist, durch die an der Ventildichtfläche ein Hinterstich
ausgebildet wird. Derart ausgestaltete Ventildichtflächen sind
vor allem bei modernen Common-Rail-Systemen verbreitet, die durch
die erfindungsgemäße Aus gestaltung
der Ventildichtfläche entscheidend
verbessert werden können.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die erste Konusfläche direkt
an die zweite Konusfläche
grenzt und so die Dichtkante am Übergang
der beiden Konusflächen
gebildet wird.
-
Als
vorteilhaft hat sich ein Öffnungswinkel der
ersten Konusfläche
erwiesen, der größer als
5° ist und
dabei vorzugsweise wenigstens 5° kleiner
ist als der Öffnungswinkel
der zweiten Konusfläche.
-
Zeichnung
-
In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt.
Es zeigt
-
1 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil,
-
2 eine
vergrößerte Darstellung
im Bereich des Ventilsitzes, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt
ist,
-
3 in
derselben Darstellung wie 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
-
4 dasselbe
Kraftstoffeinspritzventil wie 3 in verschlissenem
Zustand und
-
5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
in derselben Darstellung wie 2.
-
Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
-
In 1 ist
ein Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt, das einen Ventilkörper 1 aufweist,
in dem ein Druckraum 19 ausgebildet ist. Der Druckraum 19 wird
an seinem brennraumseitigen Ende von einem konischen Ventilsitz 9 begrenzt,
von dem in diesem Ausführungsbeispiel
eine oder mehrere Einspritzöffnungen 11 ausgehen.
Im Druckraum 19 ist eine Ventilnadel 5 längsverschiebbar
angeordnet, die in einem Bohrungsbereich 3 des Druckraums 19 mit einem
Führungsabschnitt 105 geführt ist.
Ausgehend vom Führungsabschnitt 105 verjüngt sich
die Ventilnadel 5 unter Bildung einer Druckschulter 13 und geht
in einen zylindrischen Schaftbereich 205 über, der
an eine im wesentlichen konische Ventildichtfläche 7 grenzt. Die
Ventilnadel 5 wirkt mit ihrer Ventildichtfläche 7 mit
dem Ventilsitz 9 zusammen und steuert durch ihre Längsbewegung
einen Kraftstofffluss aus dem Druckraum 19 zu den Einspritzöffnungen 11.
Im Ventilkörper 1 ist
ein Zulaufkanal 25 ausgebildet, der in eine radiale Erweiterung
des Druckraums 19 mündet,
die auf Höhe
der Druckschulter 13 ausgebildet ist. Über den Zulaufkanal 25 lässt sich der
Druckraum 19 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllen. Bei
Anlage der Ventilnadel 5 auf dem Ventilsitz 9 werden
die Einspritzöffnungen 11 verschlossen,
so dass der Kraftstoff im Druckraum 19 verbleibt. Hebt
die Ventilnadel 5 durch eine Längsbewegung vom Ventilsitz 9 ab,
so fließt
Kraftstoff aus dem Druckraum 19 zu den Einspritzöffnungen 11 und
wird durch diese mit hohem Druck in den Brennraum eingespritzt.
-
2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
des mit II bezeichneten Ausschnitts der 1. 2 stellt
hierbei den Stand der Technik dar, bei dem die Ventildichtfläche 7 eine
erste Konusfläche 30 und eine
zweite Konusfläche 32 aufweist,
die voneinander durch eine Ringnut 35 getrennt sind. Hierbei weist
die erste Konusfläche
einen Öffnungswinkel α1 auf,
der größer ist
als der Sitzwinkel β des
konischen Ventilsitzes 9. Der Öffnungswinkel α2 der
zweiten Konusfläche 32 ist
hingegen kleiner als der Sitzwinkel β des Ventilsitzes 9,
wobei der zylindrische Schaftbereich 205 direkt an die
zweite Konusfläche 32 grenzt. Nach
einem gewissen Verschleiß,
bei dem sich im Laufe der Zeit die Ventildichtfläche 7 in den Ventilsitz 9 eingräbt, ergibt
sich das in 2 gezeigte Bild, wobei der Verschleiß zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt
ist. Der Schaftbereich 205 gräbt sich in den Ventilsitz 9 ein,
so dass zwischen der im Ventilsitz 9 entstandenen Vertiefung
und dem Schaftbereich 205 ein Schieberventil gebildet wird.
Bewegt sich zur Freigabe der Einspritzöffnungen 11 die Ventilnadel 5 vom
Ventilsitz 9 weg, so kann der Kraftstoff erst dann ungehindert
aus dem Druckraum 19 zu den Einspritzöffnungen 11 fließen, wenn
die Ventilnadel 5 den Hub h durchfahren hat. Da dieser
Schiebereffekt erst nach längerem
Verschleiß eintritt,
kommt es somit über
die Lebensdauer zu einer allmählichen
Veränderung
des Einspritzverhaltens des Kraftstoffeinspritzventils, weshalb
eine optimale Einspritzung nicht mehr gewährleistet ist.
-
3 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils, wobei
die Darstellung dieselbe wie in 2 ist. Zwischen
dem Schaftbereich 205 und der zweiten Konusfläche 32 ist
eine dritte Konusfläche 34 ausgebildet,
die einen dritten Öffnungswinkel α3 aufweist.
Der dritte Öffnungs winkel α3 ist
hierbei kleiner als der zweite Öffnungswinkel α2 der
zweiten Konusfläche 32,
jedoch sind sowohl der dritte Öffnungswinkel α3 als
auch der zweite Öffnungswinkel α2 kleiner
als der Sitzwinkel β des
Ventilsitzes 9. An die zweite Konusfläche 32 schließt sich
eine Ringnut 35 an, die wiederum an eine erste Konusfläche 30 grenzt.
Am Übergang
der zweiten Konusfläche 32 zur
Ringnut 35 ist eine Dichtkante 40 ausgebildet,
die im Neuzustand des Kraftstoffeinspritzventils, wie es in 3 dargestellt
ist, am Ventilsitz 9 aufliegt und für die Abdichtung des Druckraums 19 gegenüber den
Einspritzöffnungen 11 sorgt.
-
Die
Einspritzung von Kraftstoff geschieht in der Weise, dass die Ventilnadel 5 vom
Ventilsitz 9 wegbewegt wird, so dass Kraftstoff aus dem
Druckraum 19 zwischen der Ventildichtfläche 7 und dem Ventilsitz 9 hindurch
zu den Einspritzöffnungen 11 fließt und von
dort in den Brennraum eingespritzt wird. Bei sogenannten Common-Rail-Einspritzsystemen
wird hierbei stets ein vorgegebener hoher Kraftstoffdruck im Druckraum 19 vorgehalten,
der eine hydraulische Kraft auf Teile der Ventildichtfläche 7 und auf
die Druckschulter 13 ausübt, die die Ventilnadel 5 vom
Ventilsitz 9 wegdrückt.
Dieser Öffnungskraft wirkt
eine Schließkraft
entgegen, die bei Common-Rail-Systemen üblicherweise hydraulisch erzeugt
wird. Zur Bewegung der Ventilnadel 5 wird die Schließkraft reduziert.
Durch den Druck im Druckraum 19 wird die Ventilnadel 5 vom
Ventilsitz 9 weggedrückt,
sodass Kraftstoff aus dem Druckraum 19 zwischen der Ventildichtfläche 7 und
dem Ventilsitz 9 hindurch zu den Einspritzöffnungen 11 fließen kann.
Soll die Einspritzung beendet werden, wird die Schließkraft wieder
erhöht,
wodurch die Ventilnadel 5 zurück in ihre Schließstellung
gleitet.
-
In 4 ist
der verschlissene Zustand der in 3 dargestellten
Ventilnadel 5 gezeigt. Man erkennt, dass der Schiebereffekt,
wie er bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffeinspritzventil
nach 2 auftritt, hier nicht gegeben ist. Durch die
konische Ausgestaltung der dritten Konusfläche 34 ergibt sich
sofort bei Beginn der Öffnungshubbewegung
der Ventilnadel 5 ein Kraftstofffluss aus dem Druckraum 19 zwischen
der Ventildichtfläche 7 und
dem Ventilsitz 9 hindurch, so dass sich die Einspritzcharakteristik
des Kraftstoffeinspritzventils über
die Lebensdauer nicht oder nur geringfügig ändert. Hierdurch sind präzisere Einspritzungen
möglich,
die die Leistung der Brennkraftmaschine über die gesamte Lebensdauer
erhalten.
-
5 zeigt
in derselben Darstellung wie 3 ein zweites
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils.
Im Gegensatz zu 3 ist zwischen der ersten Konusfläche 30 und
der zweiten Konusfläche 32 keine
Ringnut ausgebildet, so dass die beiden Konusflächen 30, 32 direkt
aneinander grenzen. Die Dichtkante 40 ist jetzt am Übergang
der ersten Konusfläche 30 zur
zweiten Konusfläche 32 ausgebildet.