DE102006050631A1

DE102006050631A1 - Fuel injection valve for self-ignited internal-combustion engine, has recesses formed at cone surface, and extend from cylindrical surface up to cone surface, where recesses close upstream of sealing edge

Info

Publication number: DE102006050631A1
Application number: DE200610050631
Authority: DE
Inventors: Cetin Irmak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-04-30

Abstract

The valve has a valve needle (5) lengthwise-adjustably arranged in a borehole (3), and a sealing edge (18) arranged between two cone surfaces (14, 16). The needle cooperates with a valve seat (7), so that a fuel stream from a pressure chamber (11) is released to an injection opening (10) by a longitudinal movement of the needle. The pressure chamber is formed between the needle and a wall of the borehole. Recesses (20, 22) are formed at the cone surface (14), and extend from a cylindrical surface (12) up to the cone surface, where the recesses close an upstream of the sealing edge.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind Kraftstoffeinspritzventile zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum von selbstzündenden Brennkraftmaschinen seit längerer Zeit bekannt. So zeigt die Offenlegungsschrift DE 100 24 703 A1 ein Kraftstoffeinspritzventil, das eine kolbenförmige Ventilnadel aufweist. Die Ventilnadel ist in einer Bohrung eines Ventilkörpers angeordnet und wirkt mit einem Ventilsitz zusammen, der am brennraumzugewandten Ende des Ventilkörpers ausgebildet ist. Hierzu ist an der Ventilnadel eine Dichtfläche ausgebildet, die dem Ventilsitz zugewandt ist und die zwei Konusflächen umfasst, wobei zwischen den beiden Konusflächen eine Dichtkante ausgebildet ist. Zwischen der Ventilnadel und der Wand der Bohrung ist ein Druckraum ausgebildet, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt wird, sodass in Längsrichtung wirkende hydraulische Kräfte auf Teile der Ventildichtfläche wirken, wenn die Ventilnadel in Anlage am Ventilsitz ist.Fuel injection valves for the direct injection of fuel into the combustion chamber of self-igniting internal combustion engines have been known for some time from the prior art. Thus, the published patent application DE 100 24 703 A1 a fuel injection valve having a piston-shaped valve needle. The valve needle is arranged in a bore of a valve body and cooperates with a valve seat, which is formed at the combustion chamber facing the end of the valve body. For this purpose, a sealing surface is formed on the valve needle, which faces the valve seat and which comprises two conical surfaces, wherein a sealing edge is formed between the two conical surfaces. Between the valve needle and the wall of the bore, a pressure space is formed, which is filled with fuel under high pressure, so that acting longitudinally hydraulic forces act on parts of the valve sealing surface when the valve needle is in contact with the valve seat.

Die Ventilnadel wird durch den Druck im Druckraum vom Ventilsitz weggedrückt und damit geöffnet, wenn die entsprechenden Schließkräfte reduziert werden. Hierzu ist es entscheidend, wie weit der Kraftstoff die Ventildichtfläche beaufschlagt, wenn die Ventilnadel in Anlage am Ventilsitz ist. Dies bestimmt die Öffnungsdynamik der Ventilnadel und damit ganz entscheidend die Einspritzung.The Valve needle is pushed away from the valve seat by the pressure in the pressure chamber and open, when the corresponding closing forces are reduced become. For this it is crucial, how far the fuel the Valve sealing surface charged when the valve needle is in contact with the valve seat. This determines the opening dynamics the valve needle and thus very crucial the injection.

Bei den bisher bekannten Kraftstoffeinspritzventilen ist dieser so genannte hydraulische Sitzdurchmesser, also der Durchmesser der Ventilnadel, bis zu dem der Kraftstoffdruck des Druckraums wirkt, vom Druck im Druckraum abhängig. Dies kommt daher, dass durch den starken Einspritzdruck, der über 1600 bar betragen kann, der Ventilkörper leicht aufgeweitet wird. Damit wird der Ventilkörper im Bereich des Ventilsitzes aufge weitet, was den Spalt zwischen dem Ventilsitz und der Ventildichtfläche vergrößert und damit den hydraulischen Sitzdurchmesser ändert. Dadurch ändert sich das Einspritzverhalten je nach Druck im Druckraum, was zu Schwankungen in der Einspritzdynamik und der Einspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils führt und damit zu einer entsprechend unpräzisen Einspritzung.at the previously known fuel injection valves, this is so-called hydraulic seat diameter, so the diameter of the valve needle, up to which the fuel pressure of the pressure chamber acts, the pressure in the pressure chamber dependent. This is because of the strong injection pressure, which is over 1600 can be bar, the valve body slightly widened. Thus, the valve body in the region of the valve seat expands, which increases the gap between the valve seat and the valve sealing surface and so that the hydraulic seat diameter changes. This changes the injection behavior depending on the pressure in the pressure chamber, causing fluctuations in the injection dynamics and the injection quantity of the fuel injection valve leads and thus to a corresponding imprecise Injection.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Streuung von Einspritzung zu Einspritzung und auch von einem Kraftstoffeinspritzventil zum anderen gemindert ist. Dies wird durch einen stets gleichbleibenden hydraulischen Sitzdurchmesser erreicht, wozu an der ersten Konusfläche wenigstens eine Ausnehmung ausgebildet ist, die sich von der zylindrischen Fläche bis zur ersten Konusfläche erstreckt, wobei die Ausnehmung stromaufwärts der Dichtkante endet. Durch die Ausnehmungen wird erreicht, dass der hydraulische Sitzdurchmesser stets zwischen dem stromabwärtigen Ende der Ausnehmungen und der Dichtkante ausgebildet ist. Dadurch ergibt nur eine sehr geringe Schwankungsbreite des hydraulisch wirksamen Sitzdurchmessers und damit ein entsprechend präzises Öffnen der Ventilnadel.The Fuel injection valve according to the invention indicates in contrast the advantage that the dispersion from injection to injection and also decreased from one fuel injector to another is. This is ensured by an always consistent hydraulic Seat diameter reached, including at the first conical surface at least a recess is formed extending from the cylindrical surface to to the first cone surface extends, wherein the recess ends upstream of the sealing edge. By the recesses is achieved that the hydraulic seat diameter always between the downstream End of the recesses and the sealing edge is formed. Thereby only results in a very small fluctuation range of the hydraulically effective Seat diameter and thus a correspondingly precise opening of the valve needle.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ausnehmungen als eine Vielzahl von Nuten ausgebildet, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Ventilnadel verteilt ausgebildet sind. Die Nuten verlaufen dabei vorzugsweise in Richtung der Mantellinie der ersten Konusfläche, wodurch sie sich leicht einbringen lassen, beispielsweise mit einem Laserverfahren. Statt der Nuten sind auch andere Ausnehmungsformen denkbar, beispielsweise Anschliffe. Die Länge der Nuten kann variiert werden, so dass die Linie, bis zu der der hydraulische Sitzdurchmesser wandern kann, festgelegt wird.In an advantageous embodiment, the recesses are as a Formed plurality of grooves, preferably evenly over the Scope of the valve needle are formed distributed. The grooves are lost preferably in the direction of the generatrix of the first cone surface, whereby they are easy to incorporate, for example with a laser process. Instead of the grooves, other Ausnehmungsformen are conceivable, for example Grindings. The length The grooves can be varied so that the line, up to that of the Hydraulic seat diameter can wander is set.

Zeichnungdrawing

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt. Da derartige Kraftstoffeinspritzventile hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt sind, ist nur der Bereich des Ventilsitzes gezeigt.In The drawing is an inventive fuel injection valve in longitudinal section shown. Since such fuel injection valves sufficiently from the State of the art are known, only the area of the valve seat shown.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen Ventilkörper 1, in dem eine Bohrung 3 ausgebildet ist. Die Bohrung 3 wird an ihrem brennraumseitigen Ende von einem Ventilsitz 7 begrenzt, der eine konische Form mit einem Öffnungswinkel c aufweist. Der konische Ventilsitz 7 geht an seinem brennraumseitigen Ende in ein Sackloch 8 über, von dem mehrere Einspritzöffnungen 10 ausgehen, durch die der Kraftstoff beim Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.In the drawing, an inventive fuel injection valve is shown in longitudinal section. The fuel injection valve comprises a valve body 1 in which a hole 3 is trained. The hole 3 is at its combustion chamber end of a valve seat 7 limited, which has a conical shape with an opening angle c. The conical valve seat 7 goes at its combustion chamber end in a blind hole 8th over, from which several injection openings 10 go out, through which the fuel is injected during operation of the fuel injection valve directly into a combustion chamber of the internal combustion engine.

In der Bohrung 3 ist eine kolbenförmige Ventilnadel 5 längsverschiebbar angeordnet. Die Ventilnadel 5 weist an ihrem ventilsitzzugewandten Ende eine Dichtfläche 9 auf, mit der die Ventilnadel mit dem Ventilsitz zusammenwirkt. Die Dichtfläche 9 umfasst hierbei eine erste Konusfläche 14 und eine zweite Konusfläche 16, wobei die erste Konusfläche 14 an einen zylindrischen Abschnitt 12 grenzt, so dass sowohl am Übergang vom zylindrischen Abschnitt 12 zur ersten Konusfläche 14 als auch am Übergang der ersten Konusfläche 14 zur zweiten Konusfläche 16 eine Kante ausgebildet ist. Die Kante am Übergang der ersten Konusfläche 14 zur zweiten Konusfläche 16 ist als Dichtkante 18 ausgebildet und kommt bei Anlage der Ventilnadel 5 auf den Ventilsitz 7 an diesem zur Anlage und sorgt so für eine zuverlässige Abdichtung zwischen der Ventildichtfläche 9 und dem Ventilsitz 7. Hierzu ist der Öffnungswinkel a der ersten Konusfläche 14 kleiner als der Öffnungswinkel c des Ventilsitzes 7, während der Öffnungswinkel b der zweiten Konusfläche 16 größer ist als der Konuswinkel c. Hierbei ist der Differenzwinkel zwischen dem Öffnungswinkel b und c vorzugsweise größer, als der Differenzwinkel zwischen dem Öffnungswinkel a und dem Öffnungswinkel c.In the hole 3 is a piston-shaped valve needle 5 arranged longitudinally displaceable. The valve needle 5 has at its valve seat facing the end of a sealing surface 9 on, with the valve needle cooperates with the valve seat. The sealing surface 9 in this case comprises a first conical surface 14 and a second cone surface 16 , where the first cone surface 14 to a cylindrical section 12 adjoins, so that both at the transition from the cylindrical section 12 to the first cone surface 14 as well as at the transition of the first conical surface 14 to the second cone surface 16 an edge is formed. The edge at the transition of the first conical surface 14 to the second cone surface 16 is as a sealing edge 18 trained and comes with plant of the valve needle 5 on the valve seat 7 at the plant to ensure a reliable seal between the valve sealing surface 9 and the valve seat 7 , For this purpose, the opening angle a of the first conical surface 14 smaller than the opening angle c of the valve seat 7 during the opening angle b of the second cone surface 16 is greater than the cone angle c. Here, the difference angle between the opening angle b and c is preferably greater than the difference angle between the opening angle a and the opening angle c.

Am zylindrischen Abschnitt 12 sind Ausnehmungen 20, 22 ausgebildet, die beispielsweise als Nuten 20 ausgebildet sein können. Die Nuten 20 erstrecken sich vom zylindrischen Abschnitt 12 bis zum ersten zylindrischen Abschnitt 14, wobei die Nuten 20 an einer gedachten Linie 25 enden, die innerhalb der ersten Konusfläche 14 liegt. Alternativ zu den Nuten 20 sind auch Anschliffe 22 möglich, wobei in diesem Fall wenige Anschliffe 22 als Nuten 20 ausreichen. Die Ausnehmungen 20, 22 sind dabei vorzugsweise über den Umfang der Ventildichtfläche 9 verteilt ausgebildet, sodass eine gleichmäßige hydraulische Belastung der Ventilnadel 5 erfolgt.At the cylindrical section 12 are recesses 20 . 22 formed, for example, as grooves 20 can be trained. The grooves 20 extend from the cylindrical section 12 to the first cylindrical section 14 where the grooves 20 at an imaginary line 25 ending within the first cone surface 14 lies. Alternative to the grooves 20 are also polished 22 possible, in which case a few poles 22 as grooves 20 suffice. The recesses 20 . 22 are preferably over the circumference of the valve sealing surface 9 distributed, so that a uniform hydraulic load on the valve needle 5 he follows.

Die Funktionsweise der Ausnehmungen 20, 22 ist wie folgt:
Im Neuzustand des Kraftstoffeinspritzventils ergibt sich eine Dichtung an der Dichtkante 18, da hier die höchste Flächenpressung auftritt. Mit zunehmendem Alter des Kraftstoffeinspritzventils hämmert sich die Dichtfläche 9 etwas in den Ventilsitz 7 ein, so dass die effektiv wirksame Dichtkante und damit der hydraulisch wirksame Sitzdurchmesser etwas ansteigt und sich innerhalb der ersten Konusfläche 14 befindet. Kommt es jetzt durch den hohen Kraftstoffdruck im Druckraum 11 zu einer Aufweitung des Ventilkörpers 1 im Bereich des Ventilsitzes 7, so weitet sich der Spalt zwischen der ersten Konusfläche 14 und dem Ventilsitz 7, sodass je nach Druck im Druckraum 11 ein unterschiedlich hydraulischer Sitzdurchmesser herrscht und damit eine unterschiedliche Fläche der ersten Konusfläche 14 mit Kraftstoffdruck beaufschlagt wird.The functioning of the recesses 20 . 22 is as follows:
When the fuel injection valve is new, a seal results at the sealing edge 18 , since the highest surface pressure occurs here. With increasing age of the fuel injection valve, the sealing surface hammered 9 something in the valve seat 7 a, so that the effective effective sealing edge and thus the hydraulically effective seat diameter increases slightly and within the first conical surface 14 located. Is it due to the high fuel pressure in the pressure chamber? 11 to a widening of the valve body 1 in the area of the valve seat 7 , so the gap between the first conical surface widens 14 and the valve seat 7 , so depending on the pressure in the pressure room 11 a different hydraulic seat diameter prevails and thus a different area of the first conical surface 14 is pressurized with fuel pressure.

Durch die Ausnehmungen 20, 22 ist sichergestellt, dass der Kraftstoffdruck des Druckraums 11 immer bis zur Unterkante der Ausnehmungen 20, 22 gelangt, also bis zur Linie 25. Unabhängig von der Aufweitung des Ventilkörpers 1 kann also der hydraulisch wirksame Sitzdurchmesser ausgehend von der Dichtkante 18 maximal bis zur Linie 25 ansteigen. Dies stellt nur eine unerhebliche Änderung des hydraulisch wirksamen Sitzdurchmessers dar, so dass das Einspritzverhalten des Kraftstoffeinspritzventils in guter Näherung über seine Lebensdauer konstant bleibt.Through the recesses 20 . 22 Ensures that the fuel pressure of the pressure chamber 11 always up to the lower edge of the recesses 20 . 22 reaches, so to the line 25 , Regardless of the widening of the valve body 1 So can the hydraulically effective seat diameter, starting from the sealing edge 18 maximum to the line 25 increase. This represents only a negligible change in the hydraulically effective seat diameter, so that the injection behavior of the fuel injection valve remains, to a good approximation, constant over its service life.

Claims

Fuel injection valve for internal combustion engines with a valve body ( 1 ), in which a bore ( 3 ) is formed, which at its combustion chamber end of a conical valve seat ( 7 ) is limited, which has an opening angle (c), and with a valve needle ( 5 ), which are longitudinally displaceable in the bore ( 3 ) is arranged and at its the valve seat facing the end of a cylindrical portion ( 12 ), a first cone surface ( 14 ) and a second cone surface ( 16 ), wherein the first conical surface ( 14 ) has a smaller opening angle (a) than the valve seat ( 7 ) and the second cone surface ( 16 ) has a larger opening angle (b) than the valve seat ( 7 ), and with one between the two conical surfaces ( 14 ; 16 ) arranged sealing edge ( 18 ), with which the valve needle ( 5 ) with the valve seat ( 7 ) cooperates, so that by the longitudinal movement of the valve needle ( 5 ) a fuel flow from one between the valve needle ( 5 ) and the wall of the bore ( 3 ) trained pressure chamber ( 11 ) to at least one injection opening ( 10 ) is released or interrupted, characterized in that at the first cone surface ( 14 ) at least one recess ( 20 ; 22 ) formed by the cylindrical surface ( 12 ) to the first cone surface ( 14 ), wherein the at least one recess ( 20 ; 22 ) upstream of the sealing edge ( 18 ) ends.

Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that a plurality of recesses ( 20 ; 22 ) is provided, all upstream of the sealing edge ( 18 ) end up.

Fuel injection valve according to claim 1 or 2, characterized in that the recesses ( 20 ; 22 ) the shape of grooves ( 20 ) exhibit.

Fuel injection valve according to claim 3, characterized in that the grooves ( 20 ) in the direction of the generatrices of the first cone surface ( 14 ).

Fuel injection valve according to claim 3 or 4, characterized in that the grooves ( 20 ) over the circumference of the valve needle ( 5 ) are arranged distributed.

Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the first conical surface ( 14 ) directly to the second cone surface ( 16 ), whereby the sealing edge ( 18 ) at the transition of the first cone surface ( 14 ) to the second cone surface ( 16 ) is trained.