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WO2014183902A1 - Kraftstoffenspritzventil für brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffenspritzventil für brennkraftmaschinen Download PDF

Info

Publication number
WO2014183902A1
WO2014183902A1 PCT/EP2014/054928 EP2014054928W WO2014183902A1 WO 2014183902 A1 WO2014183902 A1 WO 2014183902A1 EP 2014054928 W EP2014054928 W EP 2014054928W WO 2014183902 A1 WO2014183902 A1 WO 2014183902A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nozzle needle
fuel injection
injection valve
pressure
feed bore
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/054928
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Katja Grothe
Christian Berg
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2014183902A1 publication Critical patent/WO2014183902A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/28—Details of throttles in fuel-injection apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/31—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements
    • F02M2200/315—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements for damping fuel pressure fluctuations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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 internal combustion engines, as it is used for fuel injection into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • a fuel injection valve which comprises a holding body in which a pressure chamber is formed with a longitudinally displaceably arranged nozzle needle, which with a nozzle needle seat of the holding body
  • the nozzle needle seat limits the pressure chamber, wherein a fuel flow to at least one injection port is made possible or interrupted by the interaction of the nozzle needle with the nozzle needle seat.
  • Between holding body and nozzle needle hub-independent gap reactor is formed.
  • the gap throttle accelerates the closing operation of the nozzle needle in such a way that during the closing operation in the pressure chamber upstream of the
  • Gap throttle is a higher pressure than downstream of the gap choke; the resulting hydraulic forces on the nozzle needle in the direction of its longitudinal axis are then greater than without gap choke.
  • a fuel injection valve which comprises a holding body in which a pressure chamber is formed with a longitudinally displaceably arranged nozzle needle, which with a nozzle needle seat of the holding body
  • the nozzle needle seat limits the pressure chamber, whereby a fuel flow through the interaction of the nozzle needle with the nozzle needle seat at least one injection opening is enabled or interrupted.
  • the fuel flow to the injection openings flows between the nozzle needle and the wall of the pressure chamber, wherein between the nozzle needle and the wall of the pressure chamber in the vicinity of the nozzle needle seat a throttle point is formed to pressure fluctuations in the pressure chamber, due to the opening and
  • the fuel injection valve according to the invention has more constant injection rates and achieves a better multiple injection capability.
  • a better Kleinstmengenrich the fuel injection valve is achieved by a slower opening of the nozzle needle.
  • the life of the nozzle body is increased and the throttling effect more robust
  • the fuel injection valve to a pressure chamber, in which a
  • Nozzle needle is arranged longitudinally displaceable, wherein the nozzle needle by their
  • the fuel injection valve has a feed bore, via which the pressure chamber can be supplied with fuel under high pressure and at its pressure-chamber-side end
  • Throttling achieved since the throttle body is no longer designed radially circumferentially between the nozzle needle and the wall of the pressure chamber, but it results from the (partial) opening and closing a
  • the nozzle needle geometry is designed so that at the end of the opening process results in a small throttle effect, which is preferably defined only by the diameter of the feed bore.
  • a smaller throttle effect which is preferably defined only by the diameter of the feed bore.
  • a stronger throttle effect which is defined by the shared flow cross-section of the feed bore.
  • Pressure chamber nachströmenden and high pressure fuel to pressure oscillations The resulting maximum pressures are also referred to as high pressure overshoot.
  • the stronger throttling action at the end of the closing operation reduces the amount or momentum of the fuel flowing into the pressure chamber and thereby leads to maximum damping, to reduced high-pressure overshoots and to more constant injection rates.
  • Nozzle needle below its guide section at the level of the feed bore on a conical section Due to the conical geometry is changed by the Düsennadelhub the shared flow cross-section of the feed bore and with him the throttle effect.
  • the angle of the cone can be used to define the extent to which the released flow cross-section of the feed bore changes with the nozzle needle stroke.
  • the nozzle needle has a shoulder below its guide section instead of the conical section.
  • the guide section of the nozzle needle has at least one bevel on the shoulder.
  • the gradient of the throttling effect changing with the nozzle needle stroke can be increased.
  • the nozzle needle is guided at its end facing away from the nozzle needle seat in a valve piece.
  • Feed bore, inlet bore and control chamber are also formed here in the valve piece.
  • a compact design with as few individual parts can be realized.
  • the fuel volume between the throttle point and nozzle needle seat is increased, since the throttle point is so at the nozzle needle seat facing away from the end of the pressure chamber; the increased fuel volume can better dampen pressure surge occurring in the pressure chamber.
  • the feed bore opens into the pressure chamber side in a circumferential annular groove, which is formed in the valve piece. The filling of the pressure chamber with high-pressure fuel is thus uniform and any cuts on the shoulder of the nozzle needle must not be fixed against rotation to the feed bore.
  • valve piece is surrounded in an annular space on the outside by high pressure.
  • the pressure chamber facing away from the end of the feed hole opens into this annulus.
  • the inlet bore for the control chamber can be designed so that it also opens into the annulus.
  • FIG.l shows a longitudinal section through a fuel injection valve according to the invention in a schematic representation, wherein only the essential areas are shown.
  • Fig.2 shows the designated II section of Fig.l another
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of a further embodiment in the same representation as in Figure 2.
  • Fig.l schematically shows an inventive fuel injection valve 1 in longitudinal section.
  • the fuel injection valve 1 has a holding body 6 and a nozzle body 2 which are mutually opposed by a not shown
  • Holding body 6 and nozzle body 2 form in their interior a pressure chamber 10, in which a piston-shaped nozzle needle 5 is arranged longitudinally displaceable.
  • a shoulder 50 is arranged, which together with the holding body 6, a feed gap 51st
  • the nozzle needle 5 acts at its the combustion chamber
  • a control chamber 12 is arranged, via the pressure of the opening and closing movement of the nozzle needle 5 is controlled in such a way that at pressure reduction in the control chamber 12, the nozzle needle 5 lifts from the nozzle needle seat 3 and so the at least one Injection opening 4 releases and upon pressure increase in the control chamber 12 the
  • Nozzle needle 5 is pressed against the nozzle needle seat 3 and thus closes the at least one injection opening 4.
  • the control chamber 12 is arranged in a valve member 7 which limits the pressure chamber 10 facing away from the combustion chamber.
  • a closing spring 8, which biases the nozzle needle 5 against the nozzle needle seat 3, is arranged in the control chamber 12 and acts on the end face of the nozzle needle 5 opposite the combustion chamber.
  • a guide section 17 of the nozzle needle 5, which is formed on the end of the nozzle needle 5 opposite the combustion chamber is guided radially in the valve piece 7. This guide portion 17 limits at its upper end the control chamber 12 and at its lower end the pressure chamber 10th
  • the control chamber 12 is connected through an inlet bore 20, which with a
  • High-pressure passage 15 is connected and is also formed in the valve piece 7, supplied with fuel under high pressure, which is provided for example by a common rail, not shown.
  • a Abiaufbohrung 21 which passes through a valve disc 13, leads into a low-pressure space 11.
  • the opening of the Abiaufbohrung 21 in the low-pressure space 11 can from a control valve 9, the e. is electromagnetically controlled, opened or closed.
  • a feed bore 22 connects the pressure chamber 10 with the high pressure passage 15.
  • the pressure chamber 10 facing opening of the feed bore 22 is in the closed position of the nozzle needle 5 partially and in the
  • Fig.l an at least partially dependent on the stroke of the nozzle needle 5 throttling of the fuel flowing into the pressure chamber 10 fuel at the opening of the feed bore 22 through a conical section 18 of the nozzle needle 5. Furthermore Fig.l shows an annular space 28, which surrounds the valve member 7 at high pressure and both feed bore 22 and inlet bore 20 with the high-pressure passage 15 and thus with a high-pressure fuel source, eg a common rail, connects.
  • a high-pressure fuel source eg a common rail
  • Control valve 9 the Abiaufbohrung 21 free and thus connects the control chamber 12 with the low-pressure chamber 11.
  • the pressure in the control chamber 12 drops off and with him the acting on the nozzle needle 5 closing force, whereupon the nozzle needle 5 opens and the injection port 4 is free.
  • the nozzle needle 5 opens relatively slowly due to the hydraulic power ratios and thus achieves a better Kleinstmengenmix.
  • the nozzle needle 5 releases the entire flow cross section of the feed bore 22.
  • the inflow of high-pressure fuel into the pressure chamber 10 is determined only by the geometry of the feed bore 22 and can flow freely. During the injection process, the pressure in the pressure chamber 10 decreases.
  • control valve 9 closes the
  • Closing reduces the nozzle needle 5 by their lifting movement the shared flow cross-section of the feed bore 22, so that with the progress of the closing movement of the nozzle needle 5, the throttling effect of the gap between the conical portion 18 and the mouth of the
  • Feeding bore 22 is increased. This leads to a faster closing of the nozzle needle 5. With the closing of the nozzle needle 5, the pressure rises in the
  • Fig.2 shows the designated II section of Fig.l another
  • Embodiment of the fuel injection valve 1 according to the invention in which the guide portion 17 of the nozzle needle 5 is guided in the valve piece 7 and the nozzle needle 5 below its guide portion 17 in the region of
  • Feeding bore 22 has a shoulder 30 which during the stroke of
  • Nozzle needle 5 along the cross section of the pressure chamber 10 facing Opening the feed bore 22 is moved and so the released
  • Flow cross section of the feed bore 22 changed.
  • the opening of the feed bore 22 partially and in the open position of the nozzle needle 5, the opening of the
  • This embodiment has a comparatively simple geometry.
  • FIG. 3 shows, in the same representation as FIG. 2, a further embodiment of the fuel injection valve 1 according to the invention in the closed position of the nozzle needle 5, in which the guide section 17 of the nozzle needle 5 is provided with at least one bevel 31 on the shoulder 30.
  • the feed bore 22 opens pressure chamber side in a circumferential annular groove 35 which is formed in the valve member 7, so that in the closed position of the nozzle needle 5 shown always a connection of the feed bore 22 is ensured with the pressure chamber 10 via the bevels 31; a filling of the pressure chamber 10 is always ensured by the bevels 31 and the annular groove 35 in the closed state of the nozzle needle 5.
  • This embodiment is comparatively robust with respect to manufacturing tolerances.
  • Throttle action correspondingly in reverse order: first constant minimum throttle effect, defined by the cross section of the feed bore 22, then linearly increasing throttling effect as long as the shoulder 30 along the cross section of the pressure chamber 10 facing opening of the Feeding bore 22 is moved and in the final phase of the closing operation of the nozzle needle 5 is a constant throttling action, defined by the bevels 31st

Landscapes

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Abstract

Kraftstoffeinspritzventil (1) für Brennkraftmaschinen zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck mit einem Druckraum (10), in dem eine Düsennadel (5) längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Düsennadel (5) durch ihre Längsbewegung mit einem Düsennadelsitz (3) zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung (4) öffnet und schließt, und wobei die Düsennadel (5) durch den Druck in einem Steuerraum (12) eine in Richtung des Düsennadelsitzes (3) gerichtete Schließkraft erfährt, und mit einer Speisebohrung (22), über die der Druckraum (10) mit Kraftstoff unter hohem Druck versorgt werden kann und die an ihrem druckraumseitigen Ende einen Strömungsquerschnitt bildet, wobei die Düsennadel (5) durch ihre Hubbewegung den freigegebenen Strömungsquerschnitt der Speisebohrung (22) verändert.

Description

Beschreibung Titel
Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, wie es zur Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet wird.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 032 741 AI ist ein
Kraftstoffeinspritzventil bekannt, das einen Haltekörper umfasst, in dem ein Druckraum ausgebildet ist mit einer darin längsverschiebbar angeordneten Düsennadel, welche mit einem Düsennadelsitz des Haltekörpers
zusammenwirkt. Der Düsennadelsitz begrenzt den Druckraum, wobei durch das Zusammenwirken der Düsennadel mit dem Düsennadelsitz ein Kraftstoffstrom zu wenigstens einer Einspritzöffnung ermöglicht oder unterbrochen wird. Zwischen Haltekörper und Düsennadel ist eine hubunabhängige Spaltdrossel ausgebildet. Die Spaltdrossel beschleunigt den Schließvorgang der Düsennadel in der Weise, dass während des Schließvorgangs im Druckraum stromaufwärts der
Spaltdrossel ein höherer Druck herrscht als stromabwärts der Spaltdrossel; die resultierenden hydraulischen Kräfte auf die Düsennadel in Richtung ihrer Längsachse sind dann größer als ohne Spaltdrossel.
Weiterhin ist aus der Offenlegungsschrift EP 2 280 160 A2 ein
Kraftstoffeinspritzventil bekannt, das einen Haltekörper umfasst, in dem ein Druckraum ausgebildet ist mit einer darin längsverschiebbar angeordneten Düsennadel, welche mit einem Düsennadelsitz des Haltekörpers
zusammenwirkt. Der Düsennadelsitz begrenzt den Druckraum, wobei durch das Zusammenwirken der Düsennadel mit dem Düsennadelsitz ein Kraftstoffstrom zu wenigstens einer Einspritzöffnung ermöglicht oder unterbrochen wird. Der Kraftstoffstrom zu den Einspritzöffnungen fließt zwischen der Düsennadel und der Wand des Druckraums hindurch, wobei zwischen Düsennadel und Wand des Druckraums in der Nähe des Düsennadelsitzes eine Drosselstelle ausgebildet ist, um Druckschwankungen im Druckraum, die wegen der Öffnungs- und
Schließvorgänge der Düsennadel entstehen, zu dämpfen.
Durch die bekannte Drosselstelle werden jedoch nur höherfrequente
Druckschwankungen im Bereich des Düsennadelsitzes gedämpft, aber nicht oder nur unzureichend niederfrequente Druckschwankungen. Daraus ergeben sich zum einen Instabilitäten und Schwankungen der Einspritzrate, zum anderen reduzieren die Überschwinger des Hochdrucks im Druckraum am Ende des Schließvorgangs die Lebensdauer des Düsenkörpers. Ein weiterer Nachteil der bekannten Drosselstelle ist die starke Abhängigkeit der Drosselwirkung von Fertigungstoleranzen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil weist konstantere Einspritzraten auf und erreicht eine bessere Mehrfacheinspritzfähigkeit. Außerdem wird eine bessere Kleinstmengenfähigkeit des Kraftstoffeinspritzventils durch ein langsameres Öffnen der Düsennadel erzielt. Weiterhin wird die Lebensdauer des Düsenkörpers erhöht und die Drosselwirkung robuster gegenüber
Fertigungstoleranzen.
Dazu weist das Kraftstoffeinspritzventil einen Druckraum auf, in dem eine
Düsennadel längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Düsennadel durch ihre
Längsbewegung mit einem Düsennadelsitz zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung öffnet und schließt, und wobei die Düsennadel durch den Druck in einem Steuerraum eine in Richtung des Düsennadelsitzes gerichtete Schließkraft erfährt. Zusätzlich weist das Kraftstoffeinspritzventil eine Speisebohrung auf, über die der Druckraum mit Kraftstoff unter hohem Druck versorgt werden kann und die an ihrem druckraumseitigen Ende einen
Strömungsquerschnitt bildet. Durch ihre Hubbewegung verändert die Düsennadel dabei den freigegebenen Strömungsquerschnitt der Speisebohrung und damit auch die zugehörige Drosselwirkung. Beim erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil wird eine robustere
Drosselwirkung erzielt, da die Drosselstelle nicht mehr radial umlaufend zwischen der Düsennadel und der Wand des Druckraums ausgeführt ist, sondern sie ergibt sich durch das (teilweise) Öffnen und Verschließen einer den
Druckraum befüllenden Speisebohrung, durch den Hub der Düsennadel und deren Düsennadelgeometrie. Die Düsennadelgeometrie ist so ausgeführt, dass sich am Ende des Öffnungsvorgangs eine geringe Drosselwirkung ergibt, die vorzugsweise nur vom Durchmesser der Speisebohrung definiert wird. Am Ende des Schließvorgangs ergibt sich jedoch durch das teilweise Verschließen des Strömungsquerschnitts eine stärkere Drosselwirkung, die vom freigegebenen Strömungsquerschnitt der Speisebohrung definiert wird. Bei Beendigung des Schließvorgangs kommt es aufgrund der kinetischen Energie des in den
Druckraum nachströmenden und unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs zu Druckschwingungen; die so entstehenden maximalen Drücke werden auch als Hochdrucküberschwinger bezeichnet. Die stärkere Drosselwirkung am Ende des Schließvorgangs reduziert die Menge bzw. den Impuls des in den Druckraum nachströmenden Kraftstoffs und führt dadurch zu maximaler Dämpfung, zu reduzierten Hochdrucküberschwingern und zu konstanteren Einspritzraten. In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die
Düsennadel unterhalb ihres Führungsabschnitts auf Höhe der Speisebohrung einen konischen Abschnitt auf. Aufgrund der konischen Geometrie wird durch den Düsennadelhub der freigegebene Strömungsquerschnitt der Speisebohrung und mit ihm die Drosselwirkung verändert. Durch den Winkel des Konus kann definiert werden, in welchem Maße sich der freigegebene Strömungsquerschnitt der Speisebohrung mit dem Düsennadelhub ändert.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Düsennadel anstelle des konischen Abschnitts einen Absatz unterhalb ihres Führungsabschnitts auf. Im
geschlossenen Zustand der Düsennadel überdeckt dieser Absatz teilweise die Öffnung der Speisebohrung. Im geöffneten Zustand der Düsennadel wird der freigegebene Strömungsquerschnitt der Speisebohrung vergrößert oder die Öffnung der Speisebohrung komplett freigegeben. Dadurch wird der sich mit dem Düsennadelhub ändernde freigegebene Strömungsquerschnitt und damit die Drosselwirkung robuster gegenüber Fertigungstoleranzen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Führungsabschnitt der Düsennadel am Absatz mindestens einen Anschliff auf. Dadurch kann der Gradient der sich mit dem Düsennadelhub ändernden Drosselwirkung erhöht werden. Durch die Verwendung mindestens eines Anschliffs wird es auch möglich, den Absatz am Ende des Führungsabschnitts der Düsennadel so zu positionieren, dass er im geschlossenen Zustand der Düsennadel die Öffnung der Speisebohrung komplett überdeckt. Der freigegebene Strömungsquerschnitt wird dann durch die Geometrie des Anschliffs definiert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Düsennadel an ihrem dem Düsennadelsitz abgewandten Ende in einem Ventilstück geführt.
Speisebohrung, Zulaufbohrung und Steuerraum sind hier ebenfalls im Ventilstück ausgebildet. Eine kompakte Bauweise mit möglichst wenigen Einzelteilen kann dadurch realisiert werden. Zusätzlich wird das Kraftstoffvolumen zwischen Drosselstelle und Düsennadelsitz vergrößert, da die Drosselstelle so am düsennadelsitzabgewandten Ende des Druckraums liegt; das vergrößerte Kraftstoffvolumen kann im Druckraum auftretende Drucküberschwinger besser dämpfen. Besonders bevorzugt mündet die Speisebohrung druckraumseitig in eine umlaufende Ringnut, die im Ventilstück ausgebildet ist. Die Befüllung des Druckraums mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff erfolgt dadurch gleichmäßiger und etwaige Anschliffe am Absatz der Düsennadel müssen nicht verdrehsicher zur Speisebohrung fixiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilstück in einem Ringraum außen von Hochdruck umgeben. Das dem Druckraum abgewandte Ende der Speisebohrung mündet in diesen Ringraum. Weiterhin kann die Zulaufbohrung für den Steuerraum so ausgeführt sein, dass sie ebenfalls in den Ringraum mündet. Die Verbindung von Speisebohrung und Steuerraum mit dem Hochdruckkanal ist durch die Verwendung eines Ringraumes fertigungstechnisch leicht ausführbar, komplexe Bohrungen können dadurch vermieden werden.
Zeichnungen Fig.l zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil in einer schematischen Darstellung, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
Fig.2 zeigt den mit II bezeichneten Ausschnitt der Fig.l eines weiteren
Ausführungsbeispiels und
Fig.3 zeigt einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform in derselben Darstellung wie in Fig.2.
Beschreibung
Fig.l zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil 1 im Längsschnitt. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist einen Haltekörper 6 und einen Düsenkörper 2 auf, die gegeneinander durch eine nicht dargestellte
Spannvorrichtung verspannt sind. Haltekörper 6 und Düsenkörper 2 bilden in ihrem Inneren einen Druckraum 10 aus, in dem eine kolbenförmige Düsennadel 5 längsverschiebbar angeordnet ist. An der Düsennadel 5 ist eine Schulter 50 angeordnet, die zusammen mit dem Haltekörper 6 einen Zulaufspalt 51
ausbildet, der eine Drosselwirkung erzielt, die unabhängig vom Hub der Düsennadel 5 ist. Die Düsennadel 5 wirkt an ihrem dem Brennraum
zugewandten Ende mit einem Düsennadelsitz 3 des Düsenkörpers 2 zusammen und kann dadurch eine oder mehrere Einspritzöffnungen 4 im Düsenkörper 2 öffnen oder verschließen über die Kraftstoff in den Brennraum einer
Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. An dem dem Brennraum entgegengesetzten Ende der Düsennadel 5 ist ein Steuerraum 12 angeordnet, über dessen Druck die Öffnungs- und Schließbewegung der Düsennadel 5 gesteuert wird in der Weise, dass bei Druckabsenkung im Steuerraum 12 die Düsennadel 5 vom Düsennadelsitz 3 abhebt und so die mindestens eine Einspritzöffnung 4 freigibt und bei Druckanstieg im Steuerraum 12 die
Düsennadel 5 gegen den Düsennadelsitz 3 gedrückt wird und so die mindestens eine Einspritzöffnung 4 verschließt. In der in Fig.l dargestellten Ausführungsform ist der Steuerraum 12 in einem Ventilstück 7 angeordnet, das den Druckraum 10 dem Brennraum abgewandt begrenzt. Eine Schließfeder 8, die die Düsennadel 5 gegen den Düsennadelsitz 3 vorspannt, ist im Steuerraum 12 angeordnet und wirkt auf die dem Brennraum entgegengesetzte Stirnfläche der Düsennadel 5. Ein Führungsabschnitt 17 der Düsennadel 5, der an dem dem Brennraum entgegengesetzten Ende der Düsennadel 5 ausgebildet ist, wird im Ventilstück 7 radial geführt. Dieser Führungsabschnitt 17 begrenzt an seinem oberen Ende den Steuerraum 12 und an seinem unteren Ende den Druckraum 10.
Der Steuerraum 12 wird durch eine Zulaufbohrung 20, die mit einem
Hochdruckkanal 15 verbunden ist und ebenfalls im Ventilstück 7 ausgebildet ist, mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt, der zum Beispiel von einem nicht dargestellten Common Rail zur Verfügung gestellt wird. Vom Steuerraum 12 führt eine Abiaufbohrung 21, die durch eine Ventilscheibe 13 verläuft, in einen Niederdruckraum 11. Die Öffnung der Abiaufbohrung 21 in den Niederdruckraum 11 kann von einem Steuerventil 9, das z.B. elektromagnetisch angesteuert wird, geöffnet oder verschlossen werden.
Eine Speisebohrung 22 verbindet den Druckraum 10 mit dem Hochdruckkanal 15. Die dem Druckraum 10 zugewandte Öffnung der Speisebohrung 22 wird dabei in der Schließstellung der Düsennadel 5 teilweise und in der
Öffnungsstellung der Düsennadel 5 vollständig freigegeben.
In der in Fig.l dargestellten Ausführungsform erfolgt eine zumindest teilweise vom Hub der Düsennadel 5 abhängige Drosselung des in den Druckraum 10 fließenden Kraftstoffs an der Öffnung der Speisebohrung 22 durch einen konischen Abschnitt 18 der Düsennadel 5. Weiterhin zeigt Fig.l einen Ringraum 28, der das Ventilstück 7 mit Hochdruck umgibt und sowohl Speisebohrung 22 als auch Zulaufbohrung 20 mit dem Hochdruckkanal 15 und damit mit einer unter Hochdruck stehenden Kraftstoffquelle, z.B. einem Common Rail, verbindet.
Zu Beginn des Einspritzprozesses liegt sowohl im Druckraum 10 als auch im Steuerraum 12 Hochdruck an. Zum Öffnen der Düsennadel 5 gibt das
Steuerventil 9 die Abiaufbohrung 21 frei und verbindet so den Steuerraum 12 mit dem Niederdruckraum 11. Der Druck im Steuerraum 12 fällt ab und mit ihm die auf die Düsennadel 5 wirkende Schließkraft, worauf die Düsennadel 5 öffnet und die Einspritzöffnung 4 frei gibt. Zu Beginn des Öffnungsvorgangs öffnet die Düsennadel 5 aufgrund der hydraulischen Kraftverhältnisse vergleichsweise langsam und erzielt so eine bessere Kleinstmengenfähigkeit. In der geöffneten Düsennadelstellung gibt die Düsennadel 5 den ganzen Strömungsquerschnitt der Speisebohrung 22 frei. Der Zufluss des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs in den Druckraum 10 wird nur durch die Geometrie der Speisebohrung 22 bestimmt und kann ungehindert fließen. Während des Einspritzvorgangs sinkt der Druck im Druckraum 10.
Zur Beendigung der Einspritzung verschließt das Steuerventil 9 die
Abiaufbohrung 21 und trennt so den Steuerraum 12 vom Niederdruckraum 11. Über die Zulaufbohrung 20 wird der Steuerraum 12 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff befüllt. Die auf die Düsennadel 5 wirkende Schließkraft erhöht sich und die Düsennadel 5 wird dadurch gegen den Düsennadelsitz 3 gedrückt und verschließt die Einspritzöffnung 4. Während dieses
Schließvorgangs verringert die Düsennadel 5 durch ihre Hubbewegung den freigegebenen Strömungsquerschnitt der Speisebohrung 22, so dass mit Fortschreiten der Schließbewegung der Düsennadel 5 die Drosselwirkung des Spalts zwischen dem konischen Abschnitt 18 und der Mündung der
Speisebohrung 22 erhöht wird. Dies führt zu einem schnelleren Schließen der Düsennadel 5. Mit dem Schließen der Düsennadel 5 steigt der Druck im
Druckraum 10 wieder an und es kommt unmittelbar nach Beendigung des Schließvorgangs zu einem Hochdrucküberschwinger im Druckraum 10. Aufgrund der starken Drosselwirkung an der Mündung der Speisebohrung 22 am Ende des Schließvorgangs kann der unter Hochdruck stehende Kraftstoff nur gedrosselt in den Druckraum 10 nachfließen, und der Hochdrucküberschwinger im Druckraum 10 wird dadurch reduziert.
Fig.2 zeigt den mit II bezeichneten Ausschnitt von Fig.l eines weiteren
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils 1, bei der der Führungsabschnitt 17 der Düsennadel 5 im Ventilstück 7 geführt ist und die Düsennadel 5 unterhalb ihres Führungsabschnitts 17 im Bereich der
Speisebohrung 22 einen Absatz 30 aufweist, der während des Hubs der
Düsennadel 5 entlang des Querschnitts der dem Druckraum 10 zugewandten Öffnung der Speisebohrung 22 bewegt wird und so den freigegebenen
Strömungsquerschnitt der Speisebohrung 22 verändert. Vorzugsweise wird dabei in der Schließstellung der Düsennadel 5 die Öffnung der Speisebohrung 22 teilweise und in der Öffnungsstellung der Düsennadel 5 die Öffnung der
Speisebohrung 22 vollständig freigegeben. Diese Ausführungsform weist eine vergleichsweise einfache Geometrie auf.
Fig.3 zeigt in derselben Darstellung wie Fig.2 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils 1 in Schließstellung der Düsennadel 5, bei der der Führungsabschnitt 17 der Düsennadel 5 am Absatz 30 mit wenigstens einem Anschliff 31 versehen ist. Die Speisebohrung 22 mündet druckraumseitig in eine umlaufende Ringnut 35, die im Ventilstück 7 ausgebildet ist, so dass in der gezeigten Schließstellung der Düsennadel 5 immer eine Verbindung der Speisebohrung 22 mit dem Druckraum 10 über die Anschliffe 31 sichergestellt ist; eine Befüllung des Druckraums 10 ist über die Anschliffe 31 und die Ringnut 35 auch im geschlossenen Zustand der Düsennadel 5 stets gewährleistet. Diese Ausführungsform ist vergleichsweise robust gegenüber Fertigungstoleranzen.
Durch die Verwendung von Anschliffen 31 und der Ringnut 35 kann über einen definierten Düsennadelhub zunächst eine konstante Drosselwirkung im ersten Teil des Öffnungsvorgangs der Düsennadel 5 erzielt werden. Wird der Absatz 30 während des zweiten Teils des Öffnungsvorgangs der Düsennadel 5 entlang des Querschnitts der dem Druckraum 10 zugewandten Öffnung der Speisebohrung 22 bewegt, reduziert sich die Drosselwirkung mit zunehmendem Hub der
Düsennadel 5, solange bis die Speisebohrung 22 im dritten Teil des
Öffnungsvorgangs der Düsennadel 5 vom Absatz 30 vollständig freigegeben ist; ab diesem Zeitpunkt wird die Drosselwirkung nur noch vom Querschnitt der Speisebohrung 22 bestimmt.
Während des Schließvorgangs der Düsennadel 5 verändert sich die
Drosselwirkung entsprechend in umgekehrter Reihenfolge: zunächst konstante minimale Drosselwirkung, definiert durch den Querschnitt der Speisebohrung 22, anschließend linear steigende Drosselwirkung solange der Absatz 30 entlang des Querschnitts der dem Druckraum 10 zugewandten Öffnung der Speisebohrung 22 bewegt wird und in der Endphase des Schließvorgangs der Düsennadel 5 eine konstante Drosselwirkung, definiert durch die Anschliffe 31.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzventil (1) für Brennkraftmaschinen zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck mit einem Druckraum (10), in dem eine Düsennadel (5) längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Düsennadel (5) durch ihre Längsbewegung mit einem Düsennadelsitz (3) zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung (4) öffnet und schließt, und wobei die
Düsennadel (5) durch den Druck in einem Steuerraum (12) eine in Richtung des Düsennadelsitzes (3) gerichtete Schließkraft erfährt, und mit einer
Speisebohrung (22), über die der Druckraum (10) mit Kraftstoff unter hohem Druck versorgt werden kann und die an ihrem druckraumseitigen Ende einen Strömungsquerschnitt bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (5) durch ihre Hubbewegung den freigegebenen
Strömungsquerschnitt der Speisebohrung (22) verändert.
2. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (5) auf Höhe des Strömungsquerschnitts einen konischen Abschnitt (18) aufweist und dadurch während des Hubs den freigegebenen Strömungsquerschnitt der Speisebohrung (22) verändert.
3. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (5) auf Höhe des Strömungsquerschnitts einen Absatz (30) aufweist und dadurch während des Hubs, bei dem der Absatz (30) entlang des Durchmessers der Speisebohrung (22) läuft, den freigegebenen
Strömungsquerschnitt der Speisebohrung (22) verändert.
4. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Führungsabschnitt (17) der Düsennadel (5) am Absatz (30) wenigstens einen Anschliff (31) aufweist.
5. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, dass der Absatz (30) im geschlossen Zustand der Düsennadel (5) die Öffnung der Speisebohrung (22) teilweise überdeckt.
6. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (12) in einem Ventilstück (7) ausgebildet ist und dass das Ventilstück (7) den Führungsabschnitt (17) der Düsennadel (5) radial führt.
7. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisebohrung (22) im Ventilstück (7) ausgebildet ist.
8. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisebohrung (22) Druckraum-seitig in eine Ringnut (35) mündet, die im Ventilstück (7) ausgebildet ist.
9. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstück (7) in einem Ringraum (28) von Hochdruck umgeben ist und die Speisebohrung (22) diesen Ringraum (28) mit dem
Druckraum (10) verbindet.
10. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zulaufbohrung (20) den Ringraum (28) mit dem Steuerraum (12) verbindet.
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