DE102008014251A1

DE102008014251A1 - Einspritzventil für Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE102008014251A1
Application number: DE102008014251A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr. Tinschmann
Original assignee: MAN Diesel SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2009-09-17
Also published as: KR101487369B1; FI20095237A; FI20095237A0; CN101532455B; JP2009222057A; FI124920B; KR20090098664A; CN101532455A

Abstract

Einspritzventil zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einer axial beweglichen Ventilnadel. Die Ventilnadel kann dichtend auf einem Nadelsitz aufsitzen und weist eine Nadelspitze auf, die in einer Stellung der Ventilnadel am Nadelsitz eine Einspritzöffnung zum Brennraum abdeckt. Das Einspritzventil umfasst ferner eine variable Hubsteuerung zum Einstellen des axialen Hubs der Ventilnadel, wobei die Nadelspitze die Einspritzöffnung teilweise abdeckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einer axial beweglichen Ventilnadel. Diese Ventilnadel kann dichtend auf einem Nadelsitz aufsitzen und weist eine Nadelspitze auf, die bei einer Stellung der Ventilnadel im Bereich des Nadelsitzes eine Einspritzöffnung zum Brennraum abdeckt.
Die konstruktive Ausführung des Einspritzventils sowie der zeitliche Verlauf des Einspritzvorgangs beeinflussen den Verbrennungsablauf und damit die Leistung sowie das Emissionsverhalten bei direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen.
Ein mehrstrahliges Einspritzventil der oben genannten Art ist aus der DE 28 37 606 bekannt. Der Vorteil eines solchen Einspritzventils ist ein kleines bzw. kein Sacklochvolumen. Die Kohlenwasserstoff-Emissionen sinken gegenüber Standard-Einspritzventilen deutlich. Das Ausdampfen von Kraftstoff aus dem Sackloch und das Nachtropfen aufgrund von Nadelspringen werden durch die beschriebene Gestaltung stark vermindert.
Bei dem dort vorgeschlagenen Stufeneinspritzventil werden abhängig von der jeweils einzubringenden Einspritzmenge nacheinander mehr oder weniger viele Einspritzbohrungen von der Ventilnadel jeweils komplett freigelegt. Bei einer geringeren Zahl freigelegter Einspritzbohrungen wird in einem im Ventil angeordneten Speichersystem ein höherer Einspritzdruck zurückgestaut. Dieses Speichersystem bewirkt, dass abhängig von der Einspritzdauer selbsttätig progressiv mehrere Einspritzbohrungen freigelegt werden. Eine zusätzliche Steuerung des Ventilhubs ist nicht vorgesehen.
Die DE 197 15 505 schlägt eine Kraftstoffeinspritzdüse vor, in deren Bohrung ein Drehventil angeordnet ist. Die Fläche der Einspritzöffnung ist dabei entsprechend der Winkelposition des Drehventils variabel. Zum Drehen des Drehventils sind jedoch zusätzliche Einrichtungen zur Erfassung und Einstellung der Position des Drehventils erforderlich. Für das Drehventil ist eine Steuerung der Zerstäubung und des Kraftstoffsprühwinkels beschrieben, die jedoch aufgrund des Aufbaus des Ventils einen hohen konstruktiven Aufwand und eine hohe Positioniergenauigkeit des Drehventils erfordert.
Andere bekannte Einspritzventile verwenden beispielsweise zwei Ventilfedern, wobei die erste Druckfeder den Nadelhub auf einen Vorhub zur Voreinspritzung begrenzt. Beim Überschreiten eines über die zweite Druckfeder eingestellten Drucks wird die Ventilnadel zur Haupteinspritzung bis zum maximalen Hub weiter angehoben. Nachteilig hierbei ist eine geringe Flexibilität, da der Nadelhub allein vom Druck im Düsenvorraum gesteuert wird. Ein hoher Druck im Düsenvorraum und ein Teilhub können nicht kombiniert werden.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Einspritzventil zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile des Stands der Technik vermeidet und eine variable Kraftstoffeinspritzung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Einspritzventil zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine weist eine axial bewegliche Ventilnadel auf, die dichtend auf einem Nadelsitz aufsitzen kann. Die Ventilnadel umfasst dabei eine Nadelspitze, die bei einer Stellung der Ventilnadel im Bereich des Nadelsitzes eine Einspritzöffnung zum Brennraum im Wesentlichen vollständig abdeckt. Das Einspritzventil weist ferner eine variable Hubsteuerung zum Einstellen des axialen Hubs der Ventilnadel auf, wobei die Nadelspitze während der Hubbewegung die Einspritzöffnung teilweise abdeckt. Abhängig von der geforderten Last kann die Einspritzöffnung in der maximalen Hubstellung durch die Ventilnadel teilweise abgedeckt oder vollständig freigegeben sein. Als Einspritzöffnung ist dabei der Bereich bezeichnet, der den Innenraum des Einspritzventils mit dem Brennraum verbindet. Dieser Bereich kann aus einer oder aus mehreren Verbindungsöffnungen bestehen, welche bevorzugt radial und/oder axial verteilt am Umfang des Einspritzventils angeordnet sind.
Das Einstellen der variablen axialen Hubbewegung der Ventilnadel erfolgt bevorzugt mittels einer Steuereinrichtung, welche bevorzugt mit einem zur Motorsteuerung dienenden Steuergerät verbunden ist, welches eine Vielzahl von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors verarbeitet. Im Steuergerät ist vorzugsweise ein Motorkennfeld hinterlegt, aus welchem die für einen bestimmten Lastbereich des Motors erforderliche Einspritzmenge bestimmt wird. Ausgehend von der erforderlichen Einspritzmenge ist der zugehörige Axialhub der Ventilnadel innerhalb des Einspritzventils bekannt.
Die Steuereinrichtung für das Einspritzventil umfasst bevorzugt ein Einstellelement, durch dessen Betätigung die Ventilnadel in eine gewünschte Hubposition gebracht wird, dort vorzugsweise gehalten wird und das Ventil durch eine vorherbestimmte Axialbewegung der Ventilnadel wieder geschlossen wird. Dieses Einstellelement arbeitet bevorzugt nach einem elektromechanischen Wirkprinzip. Die Stellbewegung erfolgt also bevorzugt mittels eines Elektromagneten, eines Servomotors oder eines Piezoaktors. Das Einstellelement kann aber auch hydraulisch oder mittels eines weiteren Wirkprinzips betätigt sein.
Die Hubbewegung sowie der maximale Nadelhub werden vorzugsweise im Wege des Zusammenspiels von der Schaltstellung des Einstellelements und dem anliegenden Kraftstoffdruck gesteuert. In einer weiteren Ausführungsform wird der Maximalhub der Ventilnadel mittels eines Hubbegrenzungselements limitiert, dessen Positionierung bevorzugt ebenfalls mittels eines Einstellelements erfolgt.
Vorzugsweise erfolgt erst nachdem die Ventilnadel einen gewissen Hub zurückgelegt hat, die Freigabe eines ersten Bereichs der Einspritzöffnung, die den Einspritzbeginn kennzeichnet. Wird der Motor in einem Teillastbereich betrieben, so erfolgt die Einspritzung nur durch einen verhältnismäßig geringen Öffnungsquerschnitt der Einspritzöffnung. Der Hub der Ventilnadel ist also entsprechend klein. Aus dem geringen Einspritzquerschnitt resultiert insbesondere bei konventionellen Einspritzsystemen ein hoher Druck und eine gute Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs. Auf diese Weise kann bei der Verbrennung im Vergleich zu üblichen Einspritzventilen eine niedrige Rauchemission erreicht werden, da der Kraftstoff dort im Wesentlichen als kompakter Flüssigkeitsstrahl austritt. Der Anteil dampfförmigen Kraftstoffs ist relativ gering. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung eines Einspritzventils werden vorzugsweise eine vermehrte Kavitation am Öffnungsquerschnitt, höhere innere Kräfte im Strahl sowie eine verbesserte äußere Wellenbildung am Strahlmantel erreicht, welche die Bildung von dampfförmigen Kraftstoff in Verbindung mit der Brennraumatmosphäre unterstützen. Diese Eigenschaften der Kraftstoffeinspritzung führen zu einer verbesserten Gemischbildung und somit zu einer höheren Leistung und einer schadstoffärmeren Verbrennung.
Zur Verbesserung des Strahlaufbruchs ist bevorzugt eine Abrisskante vorgesehen, die sich bei nur teilweise geöffneten Einspritzquerschnitt bevorzugt an der Ventilnadelspitze bildet und sich positiv auf die Gemischbindung auswirkt. Der Strahlaufbruch wird ferner vorzugsweise neben der Stellung der Ventilnadelspitze zur Einspritzöffnung auch durch die Geometrie der Einspritzöffnung und/oder die Geometrie der Ventilnadel beeinflusst. Für die Geometrie der Einspritzöffnung sind erfindungsgemäß auch andere als konzentrische Formen vorgesehen. Durch die Kombination der Geometrien von Nadelspitze und Einspritzöffnung kann gemeinsam mit der Einbaulage des Einspritzventils im Zylinder und in Verbindung mit der im Zylinder herrschenden Gasströmung der Verbrennungsvorgang in gewünschter Weise beeinflusst werden.
Im oberen Leistungsbereich des Motors ist ein hoher Volumenstrom bei einem geringen Einspritzdruck vorgesehen, um eine hohe Leistung zu erzielen. Ebenfalls sollen in diesem Bereich die Emissionswerte und insbesondere die Stickoxidbildung günstig beeinflusst werden. Die Parameter des Einspritzverlaufs, im Wesentlichen der zeitliche Verlauf der Hubbewegung der Ventilnadel und deren maximaler Hub, werden in Verbindung mit dem im Steuergerät hinterlegten Motorkennfeld bestimmt und am Ventil eingestellt. So kann auch eine Voreinspritzung durch einen kurze Nadelöffnung, welche vorzugsweise in Verbindung mit einem geringen Hub erreicht wird, erfolgen. Die Einspritzöffnung des Einspritzventils wird bei Nennleistung bevorzugt komplett freigelegt. Erfolgt die Steuerung des Nadelhubs mit Hilfe von Hubbegrenzungselementen, so sind diese bevorzugt in ihrer maximalen Axialstellung angeordnet. Auch im Bereich der Nennleistung wird die Strahlbildung vorzugsweise durch die Geometrie der Einspritzöffnung und/oder die Geometrie der Ventilnadelspitze beeinflusst.
Abhängig von der Gestaltung der Ventilnadelgeometrie in Verbindung mit dem Einspritzsystem kann es auch zweckmäßig sein, eine Begrenzung des maximalen Hubs der Ventilnadel so vorzusehen, dass die Einspritzöffnung auch im Bereich der Nennleistung nicht vollständig geöffnet ist, um eine möglichst optimale Strahlgestaltung zu erreichen.
Erfindungsgemäß ist auch die Geometrie des Querschnitts der Einspritzöffnung so gestaltet, dass der Einspritzverlauf positiv beeinflusst wird. Diese kann beispielsweise so gestaltet sein, dass zu Beginn des Einspritzverlaufs nur ein geringer Öffnungsquerschnitt freigegeben wird, wohingegen zum Ende der Einspritzung der freigegebene Querschnitt überproportional ansteigt. Es kann aber auch zweckmäßig sein, den freigegebenen Querschnitt linear zu erweitern. Die Änderung des Volumenstroms über der Einspritzdauer kann sowohl anhand der Geometrie der Einspritzöffnung als auch durch die zeitliche Steuerung der Hubbewegung der Ventilnadel beeinflusst werden.
Das vorgeschlagene Einspritzventil ermöglicht durch seinen einfachen Aufbau und durch eine vorteilhafte Düsengestaltung eine variable Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, welche durch die Möglichkeit zur Anpassung von mehreren Parametern erreicht werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
1 ein Einspritzventil mit Steuerung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung,
2 ein Einspritzventil mit variabler Hubbegrenzung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung,
3 ein Einspritzventil mit variabler Hubbegrenzung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung,
4 eine vergrößerte Darstellung des Einspritzventils aus 1 in verschiedenen Hubstellungen,
5 einen Querschnitt der Einspritzöffnung eines Einspritzventils nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung,
6 einen weiteren Querschnitt der Einspritzöffnung eines Einspritzventils nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung,
7 die Gestaltung einer Nadelspitze der Ventilnadel nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung,
8 die Gestaltung einer Einspritzöffnung des Einspritzventils nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung
9 die Gestaltung einer Einspritzöffnung des Einspritzventils nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung und
10 die Gestaltung einer Einspritzöffnung des Einspritzventils nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein Einspritzventil mit Steuereinrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, welches zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Großdieselmotors vorgesehen ist. Das Einspritzventil 10 weist eine axialbewegliche Ventilnadel 11 auf, die dichtend auf einem Nadelsitz 12 aufsitzen kann. Die Ventilnadel 11 umfasst eine Nadelspitze 13, die bei der dargestellten Stellung der Ventilnadel 11 im Bereich des Nadelsitzes 12 eine Einspritzöffnung 14 vollständig abdeckt. In dieser Stellung ist kein Kraftstofffluss von einer Einspritzdruck- und volumenstromquelle 40 über eine Kraftstoffleitung 21 in den Einspritzraum 17 des Einspritzventils 10 möglich.
Die Einspritzdruck- und volumenstromquelle 40 wird nur zeitweise über ein geeignetes Schaltorgan mit der Kraftstoffleitung 21 verbunden.
Hebt sich die Ventilnadel 11 vom Nadelsitz 12, so wird eine Verbindung zwischen der Kraftstoffleitung 21 zum Einspritzraum 17 des Einspritzventils 10 geöffnet. Der über die Kraftstoffleitung 21 zugeführte Kraftstoff fließt dann durch Querbohrungen 15 in eine axiale Versorgungsbohrung 16 der Ventilnadel 11. In dieser Ventilstellung deckt die Nadelspitze 13 der Ventilnadel 11 die Einspritzöffnung 14 nur noch teilweise ab, so dass Kraftstoff durch die Einspritzöffnung 14 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt.
In der beispielhaft dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird der variable Hubanschlag 25 oberhalb der Ventilnadel 11 und dem Stößel mittels einer Steuereinrichtung 30 gesteuert, welche mit dem Steuergerät 31 verbunden ist, das zur Motorsteuerung dient. In diesem Steuergerät 31 ist ein Motorkennfeld 32 hinterlegt, welches von der Recheneinrichtung 34 der Steuerungsgeräts 33 ausgelesen und verarbeitet werden kann. Das Steuerungsgerät 33 umfasst ferner eine Speichereinrichtung 35, in welcher zur Steuerung des Einspritzventils 10 relevante Daten hinterlegt sind. Die Kraftstoffversorgung des Einspritzventils 10, welche durch den Hochdruckraum 6 erfolgt, wird von einer Kraftstoffversorgungseinrichtung 40 gesteuert, die ebenfalls mit dem Steuerungsgerät 33 verbunden ist.
Die Steuereinrichtung 30 umfasst ein Einstellelement 36, welches mit einer Niederdruckleitung 38 verbunden ist und im Zusammenspiel mit dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung 21 die Verschiebung der Ventilnadel 11 während der gewünschten Hubbewegung steuert. Das Einstellelement 36 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel von einem Elektromagnet 37 betätigt, der wiederum von der Steuereinrichtung 34 gesteuert ist.
Am Hochdruckraum 6 liegt der Kraftstoffversorgungsdruck an. Der Federraum 5 ist mit der Niederdruckleitung 38 verbunden. Eine im Federraum 5 angeordnete Feder 7 beaufschlagt die Ventilnadel mit einer Kraft, die in Schließrichtung des Einspritzventils 10 gerichtet ist. Das Einstellelement ist in 1 in Ruhestellung dargestellt. In Schaltstellung verbindet es den Federraum 5 des Einspritzventils 10 mit der Niederdruckleitung 38. Der Druck im Federraum 5 sinkt, die Ventilnadel wird aufgrund des Drucks im Hochdruckraum 6 vom Ventilsitz gehoben und in Öffnungsrichtung bewegt. Durch Schließen der Verbindung zum Kraftstoffdruck mittels der Kraftstoffversorgungseinrichtung 40 sinkt der Druck im Einspritzraum 17 sowie Hochdruckraum 6, das Ventil schließt durch die Federkraft.
2 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Einspritzventils 10 mit variabel einstellbarer Hubbegrenzung. Das Öffnen und Schließen der Ventilnadel 11 im Einspritzventil 10 erfolgt bei dieser Ausführungsform analog zu 1, der maximale Hub wird jedoch durch ein Hubbegrenzungselement 25 in Form eines axial beweglichen Kolbens begrenzt, der vom Einstellelement 36 gesteuert wird. Das Einstellelement 36 ist verbunden mit der Kraftstoffleitung 21, die wiederum mit dem Einspritzdruck- und volumenstromquelle 40 verbunden ist.
Das Hubbegrenzungselement 25 ist mittels des Einstellelements 36, das von der Steuerungsgerät 33 geschaltet wird, zwischen der dargestellten unteren Hubbegrenzungsstellung und einer oberen Hubbegrenzungsstellung variabel einstellbar. In der gezeigten Schaltstellung des Einstellelements 36 ist der Hubbegrenzungsdruckraum 8 mit der Niederdruckleitung 38 verbunden. Bei anliegendem Kraftstoffdruck kann das Medium im Hubbegrenzungsdruckraum 8 entweichen, solange das Einstellelement geöffnet ist. Dabei wird das Hubbegrenzungselement 25 durch die sich axial in Öffnungsrichtung verschiebende Ventilnadel 11 nach oben bewegt, bis sich ein Kräftegleichgewicht am Hubbegrenzungselement 25 einstellt, oder es mechanisch in der oberen Hubbegrenzungsstellung anliegt. In der gezeigten Schaltstellung des Einstellelements 36 führen die Ventilnadel 11 und das Hubbegrenzungselement 25 eine axiale Bewegung bis zum Anschlag aus, so dass der maximale Ventilhub erreicht wird.
Alternativ kann das Einstellelement 36 den Hubbegrenzungsdruckraum 8 anstelle der Kraftstoffleitung 21 auch mit einem Hilfsmedienkreislauf verbinden, der einen geeigneten Druck aufweist. Vorteilhaft bei einer solchen Ausführungsform ist, dass mit einem einzigen Einstellelement 36 die Position mehrerer Hubbegrenzungselemente 25 und somit der Hub mehrerer bzw. aller Einspritzventile 10 eines Motors parallel eingestellt werden kann.
3 zeigt ein Einspritzventil 10 mit variabel einstellbarer Hubbegrenzung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Das Öffnen und Schließen der Ventilnadel 11 im Einspritzventil 10 erfolgt bei dieser Ausführungsform analog zu den 1 und 2, der maximale Hub wird jedoch durch ein Hubbegrenzungselement 25 und ein damit korrespondierendes Steuerelement 26 in Form zweier steuerbar axial beweglicher Kolben begrenzt. Die Volumenströme zu den Druckräumen des Einspritzventils 10 werden bei dieser Ausführung analog zur Ausführung in 1 durch eine Steuereinrichtungen 30 sowie eine Einspritzdruck- und volumenstromquelle 40 variabel gesteuert, wobei die Einspritzdruck- und volumenstromquelle 40 in 3 nicht dargestellt ist.
Wird der Federraum 5 über das Einstellelement 36, das vom Steuerungsgerät 33 geschaltet wird, mit einer Druckleitung 39 verbunden, so bewegt sich das Hubbegrenzungselement 25 in die dargestellte untere Hubbegrenzungsstellung. In der gezeigten Schaltstellung des Einstellelements 36 ist der Federraum 5 mit der Niederdruckleitung 38 verbunden. Hierdurch fällt der Druck im Federraum 5 und das Steuerelement 26 sowie das Hubbegrenzungselement 25 werden durch die sich axial in Öffnungsstellung verschiebende Ventilnadel 11 nach oben bewegt, bis sich ein Kräftegleichgewicht aufgrund der anliegenden Drücke einstellt, oder das Hubbegrenzungselement 25 am Anschlag im Gehäuse anliegt. In der gezeigten Schaltstellung des Einstellelements 25 wird der maximale Ventilhub erreicht.
Bei dieser Ausführungsform ist es ebenso möglich, dass mit einem einzigen Einstellelement 36 die Position mehrerer Hubbegrenzungselemente 25 und somit der Hub mehrerer bzw. aller Einspritzventile 10 eines Motors parallel eingestellt werden kann.
4 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung des beispielhaften Einspritzventils 11 in verschiedenen Hubstellungen. In der Schließstellung sitzt die Ventilnadel 11 dichtend auf dem Ventilsitz 12 auf. In dieser Stellung überdeckt die Ventilnadelspitze 13 die Einspritzöffnung 14 vollständig. Die Verbindung zwischen Kraftstoffleitung 21 und dem Einspritzraum 17 ist am Ventilsitz 12 unterbrochen. Im Einspritzraum 17 wirkt keine wesentliche Kraft.
Nach einer Hubbewegung der Ventilnadel 11 um einen Hub L1 (nur für die Nadelspitze gezeigt) sitzt diese nicht mehr auf dem Nadelsitz 12 auf, die Verbindung von der Kraftstoffleitung 21 zum Einspritzraum 17 ist geöffnet. Über die Querbohrungen 15 gelangt Kraftstoff über die Versorgungsbohrung 16 in den Einspritzraum 17. In dieser Stellung wird aufgrund der Querschnittsverengung durch die nur teilweise freigegebene Einspritzöffnung 14 insbesondere bei konventionellen Einspritzsystemen im Einspritzraum 17 ein erhöhter Druck aufgebaut. Die Austrittsgeschwindigkeit des Kraftstoffs am Einspritzquerschnitt 14 ist daher relativ hoch.
Nach einer Hubbewegung der Ventilnadel 11 um einen Hub L2 (für Nadelspitze und Nadelsitz gezeigt) hat die Ventilnadel 11 fast ihren maximalen Hub erreicht. Die Einspritzöffnung 14 ist nahezu vollständig freigegeben und der in den Brennraum geförderte Volumenstrom ist sehr hoch, insbesondere bei konventionellen Einspritzsystemen kann sich in dieser Phase des Einspritzverlaufs kein sehr hoher Einspritzdruck im Einspritzraum 17 aufbauen. Durch die variable Steuerung des Einspritzquerschnitts wird der Volumenstrom, der Druck und der Aufbau des austretenden Kraftstoffstrahls und damit die Gemischbildung beeinflusst.
5 zeigt einen beispielhaften Querschnitt der Einspritzöffnung 14 des Einspritzventils 10. Der zur vollständigen Freigabe der Einspritzöffnung 14 erforderliche Hub der Ventilnadel 11 ist bei diesem Ausführungsbeispiel vergleichsweise lang. In 5 ist ungefähr die Hälfte der Einspritzöffnung 14 des Einspritzventils 10 freigegeben. Der Einspritzöffnung 14 weist einen sich nach oben erweiternden Querschnitt auf, welcher bei einer linearen Öffnungsgeschwindigkeit einen anfangs sehr hohen Kraftstoffeinspritzdruck bei geringem Volumenstrom erreicht. Erst ab ca. der Hälfte des Einspritzverlaufs vergrößert sich der Volumenstrom signifikant.
6 zeigt einen weiteren beispielhaften Querschnitt der Einspritzöffnung 14 des Einspritzventils 10. Die Einspritzöffnung 14 ist bei dieser Ausführungsform so gestaltet, dass die Nadelspitze 13 bereits bei einem geringen Hub einen relativ großen Querschnitt freigibt und einen schnellen Anstieg des Volumenstroms ermöglicht.
7 zeigt eine beispielhafte Gestaltung der Nadelspitze 13 der Ventilnadel 11, welche eine umlaufende Nase 18 aufweist. Diese Nase führt zu einer so genannten Abrisskante. Sie dient zur Erzeugung eines günstigen Aufbaus des Einspritzstrahls 3 und somit zu einer verbesserten Gemischbildung und Verbrennung.
8 zeigt eine beispielhafte Gestaltung der Einspritzöffnung 14 des Einspritzventils 10. Bei einer nur teilweisen Öffnung der Ventilnadel 11 bildet sich auch bei dieser Ausführungsform ähnlich wie bei der Gestaltung in 7 eine günstige Abrisskante. Im Gegensatz zu der in 7 gezeigten Gestaltung der Einspritzöffnung 14 ist diese hier schräg in der Hülse 19 des Einspritzventils 10 angeordnet, so dass eine Ablenkung des Strahls erfolgt.
9 zeigt eine weitere Gestaltungsmöglichkeit der Einspritzöffnung 14 des Einspritzventils 10. Die Einspritzöffnung 14 ist konisch derart ausgeführt, dass der bezüglich der Hülse 19 äußere Durchmesser kleiner als der innere, zur Nadelspitze 13 zeigende Durchmesser gestaltet ist.
10 zeigt ein weiteres Detail der Einspritzöffnung 14, die in geeigneter Weise auf der Innenseite der Hülse 19 verrundet sein kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 2837606 [0003]
- DE 19715505 [0005]

Claims

Einspritzventil (10) zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, mit einer axial beweglichen Ventilnadel (11), die dichtend auf einem Nadelsitz (12) aufsitzen kann und eine Nadelspitze (13) aufweist, die in einer Stellung der Ventilnadel (11) am Nadelsitz (12) eine Einspritzöffnung (14) zum Brennraum abdeckt, gekennzeichnet durch eine variable Hubsteuerung zum Einstellen des axialen Hubs der Ventilnadel (11) derart, dass die Nadelspitze (13) die Einspritzöffnung (14) teilweise abdeckt.
Einspritzventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzöffnung (14) erst freigegeben wird, nachdem die Ventilnadel (11) einen vorbestimmten axialen Hub zurückgelegt hat.
Einspritzventil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des axialen Hubs der Ventilnadel (11) Daten des Motorkennfelds (32) verwendet werden.
Einspritzventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Betätigung eines Einstellelements (36) die Ventilnadel (11) eine vorbestimmte Axialbewegung ausführt.
Einspritzventil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (36) nach einem mechanischem, pneumatischen oder elektromechanischem oder einem hydraulischen Wirkprinzip arbeitet.
Einspritzventil gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellbewegung des Einstellelements (36) mittels eines Elektromagneten (37), eines Servomotors oder eines Piezoaktors erfolgt.
Einspritzventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Bewegung der Ventilnadel (11) eine Ausgleichsbewegung ist, die aus einer, insbesondere einstellbaren, Beaufschlagung verschiedener Volumenräume (5, 6, 8) mit Kraftstoffdruck und/oder dem Druck eines Hilfsmediums resultiert.
Einspritzventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Nadelhub im Wege des Zusammenspiels von der Schaltstellung des Einstellelements (36) und dem anliegenden Kraftstoffdruck gesteuert wird.
Einspritzventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Hub der Ventilnadel (11) mittels eines Hubbegrenzungselements (25) limitiert wird, dessen Positionierung aus einer, insbesondere einstellbaren, Beaufschlagung verschiedener Volumenräume (5, 6, 8) mit einem Druckmedium und/oder der Ventilnadelbewegung resultiert.
Einspritzventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Elemente (25) zur Begrenzung des Maximalhubs der Ventilnadel (11) bei Nennleistung in ihrer maximalen Axialstellung angeordnet sind.
Einspritzventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Einspritzöffnung (14) so gestaltet ist, dass sich ein vorgegebener Einspritzverlauf ergibt.
Einspritzventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelspitze (13) so gestaltet ist, dass sich an der Ventilnadelspitze (13) eine Abrisskante bildet.
Einspritzventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlgestaltung des eingespritzten Kraftstoffs durch die Geometrie der Ventilnadelspitze (13) erfolgt.
Einspritzventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlgestaltung des eingespritzten Kraftstoffs durch die Geometrie der Einspritzöffnung (14) erfolgt.
Einspritzventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlgestaltung des eingespritzten Kraftstoffs durch die Stellung der Ventilnadelspitze (13) zur Einspritzöffnung (14) erfolgt.
Einspritzventil gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzöffnung (14) in einem Winkel zur radialen Richtung des Einspritzventils (10) angeordnet ist.
Einspritzventil gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzöffnung (14) derart konisch ausgeführt ist, dass der äußere Durchmesser kleiner als der innere, zur Ventilnadelspitze (13) zeigende Durchmesser gestaltet ist.
Einspritzventil gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzöffnung (14) auf der zur Ventilnadelspitze (13) zeigenden Innenseite verrundet ist.
Einspritzventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Begrenzung des maximalen Hubs der Ventilnadel (11) vorgesehen ist.
Einspritzventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter des Einspritzverlaufs in Verbindung mit dem in einem Steuergerät (31) hinterlegten Motorkennfeld (32) bestimmt werden.
Einspritzventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Volumenstroms des Kraftstoffs über der Einspritzdauer durch die Hubbewegung der Ventilnadel (11) gesteuert wird.