DE19823939A1 - Kraftstoff-Einspritzventil mit Führungshülse - Google Patents

Abstract

Es wird ein Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine beschrieben. Das Einspritzventil weist einen Düsenkörper (1) und eine bewegliche Düsennadel (2) mit einem Nadelschaft (7) auf, der sich in einer Nadelschaftbohrung (8) von einer Druckkammer (4) im Düsenkörper (1) bis zu einem konischen Sitz (10) erstreckt. In die Nadelschaftbohrung (8) ist eine Führungshülse (12) eingesetzt, die den Nadelschaft (7) in der Nadelschaftbohrung (8) genau führt. Die Führungshülse (12) ist mit einem konischen Ansatz (14) versehen, der die Führungshülse (12) am konischen Sitz (10) zentriert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzventil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Solche Ein­ spritzventile sind insbesondere bei direkteinspritzenden Die­ selmotoren allgemein in Gebrauch.

Im Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff­ einspritzung hat das Einspritzventil die Aufgabe, den Verbren­ nungsraum des Motors gezielt und dosiert mit Kraftstoff zu versorgen. Die Art der Kraftstoffaufbereitung durch das Ein­ spritzventil und der zeitliche Verlauf des Einspritzvorganges beeinflussen die Verbrennung im Brennraum wesentlich.

Anhand der Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung wird das bekann­ te Kraftstoff-Einspritzventil näher erläutert. Das Einspritz­ ventil der Fig. 1 besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, dem Düsenkörper 1 und der Düsennadel 2. Die Düsennadel 2 ist in Axialrichtung beweglich, jedoch gegen die hohen Einspritz­ drücke abdichtend in eine Führungsbohrung 3 im Düsenkörper 1 eingesetzt.

Am unteren Ende der Führungsbohrung 3 ist im Düsenkörper 1 eine Druckkammer 4 ausgebildet, der über eine Zulaufbohrung 5 Kraftstoff mit hohem Druck zugeführt wird. Im Bereich der Druckkammer 4 geht der obere Teil der Düsennadel 2 über eine Schulter oder einen Absatz 6 in einen Nadelschaft 7 über, der den unteren Teil der Düsennadel 2 bildet und dessen Durchmes­ ser kleiner ist, als der des oberen Teils davon. Der Durchmes­ ser des Nadelschaftes 7 ist außerdem kleiner, als der Durch­ messer der Bohrung 8 für den Nadelschaft im Düsenkörper 1, so daß Kraftstoff am Nadelschaft 7 entlang zur Spitze des Ein­ spritzventils gelangen kann.

An seinem unteren Ende weist der Nadelschaft 7 der Düsennadel 2 einen Konus 9 auf, der im Ruhezustand auf eine ebenfalls konische Dichtfläche 10 am vorderen Ende der Nadelschaftboh­ rung 8 im Düsenkörper 1 gedrückt wird.

Im Bereich der konischen Dichtfläche 10 oder anschließend daran ist an der Spitze des Düsenkörpers 1 eine Anzahl von Kraftstoff-Einspritzlöchern 11 ausgebildet. Die Einspritzlö­ cher 11 öffnen sich in den Brennraum des Motors und sind pas­ send zum Motorbrennraum unter verschiedenen Winkeln ange­ bracht.

Wie allgemein bekannt, wirkt der hydraulische Druck im Ein­ spritzsystem in der Druckkammer 4 auf die Differenzfläche am Absatz 6 zwischen Düsennadel 2 und Nadelschaft 7 und bewirkt bei entsprechender Ansteuerung, daß sich der Konus 9 am Ende des Nadelschaftes 7 der Düsennadel 2 von der konischen Dicht­ fläche 10 des Düsenkörpers 1 abhebt, so daß der Weg für den Kraftstoff frei wird, der von der Zulaufbohrung 5 über die Druckkaminer 4 und am Nadelschaft 7 vorbei zu den Einspritzlö­ chern 11 fließt. Über Lochlänge, Lochdurchmesser und Strahl­ richtung beeinflußt die Anordnung der Einspritzlöcher 11 die Kraftstoffaufbereitung und damit die Leistung, den Kraft­ stoffverbrauch und die Schadstoffemission des Motors wesent­ lich.

Der zeitliche Verlauf des Einspritzvorganges, das heißt die während des Einspritzvorganges eingespritzte Kraftstoffmenge, muß den Erfordernissen des Verbrennungsablaufes angepaßt sein. Diese Abhängigkeit bestimmt neben den Leistungswerten das Verbrennungsgeräusch und das Abgasverhalten. Eine Pilo­ teinspritzung, das ist die Einspritzung einer kleinen Kraft­ stoffinenge vor Beginn des eigentlichen Einspritzvorganges, stellt eine wichtige Maßnahme zur Einhaltung der Geräusch- und Abgasgrenzwerte dar.

Aufgrund der kleinen Kraftstoffmenge hebt sich bei der Pilo­ teinspritzung wegen des geringen Düsennadelhubes der Konus 9 der Düsennadel 2 nicht weit von seinem Sitz, der konischen Dichtfläche 10 im Düsenkörper 1, ab.

Da in der Regel aufgrund von Fertigungstoleranzen die Achse des frei in die Nadelschaftbohrung 8 ragenden Nadelschaftes 7 nicht exakt zur Achse der Nadelschaftbohrung 8 ausgerichtet ist, werden jedoch die Kraftstoff-Einspritzlöcher 11 bei ei­ nem geringen Hub der Düsennadel 2, das heißt insbesondere bei einer Piloteinspritzung, nicht gleichmäßig freigegeben. Ein oder einige der Spritzlöcher 11 bleiben stärker abgedeckt als andere. Dies führt zu einer unsymmetrischen Strahlausbildung, die wiederum den Verbrennungsverlauf und die Emissionswerte nachteilig beeinflußt.

Es wurde bereits versucht, diesen Nachteil dadurch zu behe­ ben, daß am Nadelschaft 7 eine zweite Führung ausgebildet wurde. Dazu wurde der Durchmesser des Nadelschaftes 7 an ei­ ner Stelle ringförmig auf den Durchmesser der Nadelschaftboh­ rung 8 erweitert. Die ringförmige Erweiterung (mit Durchbre­ chungen für den Kraftstoff) sollte durch Anlage an der Innen­ wand der Nadelschaftbohrung 8 den Nadelschaft 7 zentrieren und genau führen.

Dazu ist es jedoch erforderlich, nicht nur die Nadelschafter­ weiterung, sondern auch die entsprechende Führungsfläche in der Nadelschaftbohrung 8 präzise auszubilden, das heißt exakt auszuschleifen. Da die Führungsfläche jedoch tief in der Na­ delschaftbohrung 8 liegt, läßt sich diese Fläche aufgrund der erforderlichen großen Werkzeuglängen nicht mit den geforder­ ten Toleranzen bearbeiten. Es ist mit anderen Worten keine präzise Bearbeitung der Führungsfläche in der Nadelschaftboh­ rung 8 möglich, da dies nur mit Werkzeugen erfolgen kann, de­ ren große Schaftlängen zu Schwierigkeiten bei der Werkzeug­ führung und auch zu Schwingungen des Werkzeugs führen.

Aus der DE-A-24 60 111 ist ein Niederdruck-Einspritzventil mit einer buchsenförmigen Düsennadelführung bekannt, in der die Düsennadel in der Nähe des Düsensitzes durch einen Füh­ rungsbund geführt wird. Der Führungsbund wird wie oben von einer ringförmigen Erweiterung der Düsennadel gebildet, die an der Innenwand der Düsennadelführung anliegt. Auch hier liegt der oben genannte Nachteil vor, daß sich die buchsen­ förmige Düsennadelführung, die eine beträchtliche Länge auf­ weist, innen nur schwer exakt bearbeiten läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs ge­ nannte Kraftstoff-Einspritzventil so auszugestalten, daß auch kleine Kraftstoffmengen mit der vorgesehenen Verteilung in den Brennraum eingespritzt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem im Patentanspruch 1 angegebenen Einspritzventil gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Einspritz­ ventils sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße, separate Führungshülse kann außerhalb des Düsenkörpers exakt gefertigt und mit der Düsennadel ge­ paart werden. Anschließend wird die Führungshülse und die Dü­ sennadel in gepaartem Zustand in den Düsenkörper eingesetzt, wo die Führungshülse vorzugsweise am kegelförmigen Düsensitz des Düsenkörpers zentriert wird.

Die erfindungsgemäße Führungshülse für eine zweite Führung der Düsennadel ist vorzugsweise in der Nähe des Düsensitzes angeordnet, so daß der Nadelschaft der Düsennadel im Bereich der Einspritzlöcher exakt geführt und zentriert ist. Dies ge­ währleistet auch bei kleinsten Vorhubbereichen ein sicheres Öffnen aller Spritzlöcher.

Durch die Fertigbearbeitung und die Paarung der Führungshülse mit der Düsennadel außerhalb des Düsenkörpers wird die Her­ stellung der zweiten Führung unabhängig von der Innenbearbei­ tung des Düsenkörpers. Damit wird eine genaueste Herstellung der zweiten Führung dicht am Düsensitz möglich.

Das erfindungsgemäße Einspritzventil kann insbesondere als Sitzlochdüse ausgestaltet werden. Das Einspritzventil läßt sich zum Beispiel vorteilhaft bei sogenannten Common-Rail- Einspritzsystemen verwenden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung bei­ spielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Schnitt durch ein bekanntes Einspritzventil;

Fig. 2A den Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einspritzventils;

Fig. 2B eine vergrößerte Ansicht der Spitze des Einspritz­ ventils der Fig. 2A;

Fig. 3A den Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einspritzventils;

Fig. 3B eine vergrößerte Ansicht der Spitze des Einspritz­ ventils der Fig. 3A und

Fig. 4 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Führungs­ hülse.

In den Fig. 2A und 2B ist eine erste Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Einspritzventils dargestellt. Wie das in der Fig. 1 gezeigte, allgemein bekannte Einspritzventil weist das erfindungsgemäße Einspritzventil einen Düsenkörper 1 mit ei­ ner Führungsbohrung 3 für den oberen Teil einer Düsennadel 2 und eine Druckkammer 4 auf, zu dem eine Zulaufbohrung 5 führt. Die Düsennadel 2 geht über einen Absatz 6 in einen Na­ delschaft 7 über, der in einer Nadelschaftbohrung 8 im Düsen­ körper 1 verläuft und der an seinem vorderen Ende mit einem Konus 9 versehen ist. Der Konus 9 der Düsennadel 2 hat seinen Sitz in einer konischen Dichtfläche 10 im Düsenkörper 1. Im Bereich der konischen Dichtfläche 10 sind Kraftstoff- Einspritzlöcher 11 vorgesehen. Die gezeigte Ausführungsform stellt damit eine sogenannte Sitzlochdüse dar. Beim Ein­ spritzvorgang wird Kraftstoff durch die Einspritzlöcher 11 in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt.

Bei dem erfindungsgemäßen Einspritzventil ist der Nadelschaft 7 in einen oberen Abschnitt 70 und einen unteren Abschnitt 72 unterteilt. Der untere Abschnitt 72 hat gegenüber dem oberen Abschnitt 70 einen verringerten Durchmesser.

In die Nadelschaftbohrung 8 ist des weiteren im Bereich des unteren Abschnitts 72 des Nadelschaftes 7, das heißt am vor­ deren bzw. unteren Ende der Nadelschaftbohrung 8, eine Füh­ rungshülse 12 eingesetzt. Die Führungshülse 12 ist ein sepa­ rates Element, das außerhalb des Düsenkörpers 1 exakt bear­ beitet und mit dem jeweiligen Nadelschaft 7 gepaart werden kann, so daß der Innendurchmesser der Führungshülse 12 präzi­ se an den Außendurchmesser des unteren, vorderen Abschnitts 72 des Nadelschaftes 7 angepaßt ist. Nach dem Einsetzen der Düsennadel 2 mit der zugehörigen Führungshülse 12 in den Dü­ senkörper 1 wird der Nadelschaft 7 an seinem vorderen Ende in unmittelbarer Nähe des Konus 9 und der Einspritzlöcher 11 genau geführt.

Die Führungshülse 12 ist an ihrer Vorderseite kegelförmig ausgestaltet, das heißt, sie weist an ihrem vorderen Ende ei­ nen konischen Ansatz 14 auf, der dafür vorgesehen ist, mit dem kegeligen Düsensitz bzw. der konischen Fläche 10 im Dü­ senkörper 1 in Eingriff zu kommen. Die Führungshülse 12 und damit der Nadelschaft 7 wird durch diesen Kegelsitz bezüglich der Einspritzlöcher 11 genau zentriert.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2A und 2B ist die Führungs­ hülse 12 mit Preßsitz in die Nadelschaftbohrung 8 eingesetzt. Die Führungshülse 12 wird durch Verstemmen oder dergleichen mit der Nadelschaftbohrung 8 fest verbunden.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3A und 3B wird die Führungs­ hülse 12 von einer Feder 15 an ihrer Oberseite in ihren Ke­ gelsitz gedrückt. Die Feder 15 stützt sich an der Düsennadel 2 an einer Schulter 16 am Übergang vom oberen Abschnitt 70 des Nadelschaftes 7 zu dessen unterem Abschnitt 72 ab. Auch bei dieser Ausführungsform wird, wie in der Fig. 3B deutlich gezeigt, die Führungshülse 12 nicht von der Nadelschaftboh­ rung 8, sondern vom Kegelsitz an der konischen Fläche 10 zen­ triert.

Wie in der Fig. 4 gezeigt, ist die Führungshülse 12 an ihrer Innenseite mit Kraftstoffkanälen 17 versehen, durch die der Kraftstoff beim Einspritzvorgang längs des Nadelschaftes 7 zu den Einspritzlöchern 11 strömen kann.

Die Kraftstoffkanäle können alternativ auch an der Außenseite der Führungshülse 12 ausgebildet sein und/oder durch Bohrun­ gen in der Führungshülse gebildet werden (vgl. Fig. 3B).

Claims (7)

1. Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Dü­ senkörper (1) und einer Düsennadel (2), die längsbeweglich in eine Führungsbohrung (3) des Düsenkörpers (1) eingesetzt ist und die einen Nadelschaft (7) aufweist, der sich in einer Na­ delschaftbohrung (8), deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Nadelschaftes (7), von einer Druckkammer (4) im Düsenkörper (1) bis zu einem Sitz mit einer Dichtfläche (10) erstreckt, wobei die Düsennadel den Kraftstofffluß zu Kraftstoff-Einspritzlöchern (11) am vorderen Ende des Düsen­ körpers (1) freigibt bzw. versperrt, gekennzeichnet durch ei­ ne Führungshülse (12), die in die Nadelschaftbohrung (8) des Düsenkörpers (1) eingesetzt ist und die den Nadelschaft (7) der Düsennadel (2) in der Nadelschaftbohrung (8) führt.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (12) am vorderen, unteren Ende der Na­ delschaftbohrung (8) angrenzend an den konischen Sitz mit der konischen Dichtfläche (10) angeordnet ist.

3. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (12) angrenzend an den konischen Sitz einen konischen Ansatz (14) aufweist, der sich bis in den Be­ reich der konischen Dichtfläche (10) erstreckt.

4. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (12) Kanäle (17) bzw. Bohrungen für den Durchgang des Kraftstoffes von der Nadelschaftbohrung (8) zu den Einspritzlöchern (11) aufweist.

5. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nadelschaft (7) einen oberen Abschnitt (70) und einen unteren Abschnitt (72) mit verringertem Durchmesser umfaßt.

6. Einspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Führungshülse (12) und einer Schulter (16) zwischen dem oberen Abschnitt (70) und dem unteren Abschnitt (72) des Nadelschaftes (7) eine Feder (15) eingesetzt ist.

7. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil eine Sitzlochdüse ist.