Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, insbesondere für Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzunq Stand der Technik Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung, insbesondere für Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit einem Gehäuse und mit mindestens einem in dem Gehäuse angeordneten Ventilelement, welches mit einer Dichtkante gegen eine gehäuseseitige Ventilsitzfläche beaufschlagt werden kann, die mit einer stromabwärts von der Dichtkante liegenden Konusfläche des Ventilelements einen kleinen Winkel einschließt und in die mindestens ein Kraftstoff- Austrittskanal mündet ("Sitzlochdüse"), wobei in der stromabwärts von der Dichtkante liegenden Konusfläche des Ventilelements bei geschlossenem Ventilelement ungefähr gegenüber einer Mündung des Kraftstoff-Austrittskanals eine Ausnehmung vorhanden ist.

Eine derartige Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist aus der DE 100 31 264 A1 bekannt. In dieser ist ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen gezeigt, welches ein nadelartiges Ventilelement umfasst. Dieses arbeitet mit einem Ventilsitz zusammen, und bei geöffnetem

Ventilelement kann Kraftstoff durch Kraftstoff- Austrittskanäle austreten. In einer Konusfläche des Ventilelements, welche bei geschlossenem Ventilelement der Mündung des Kraftstoff-Austrittskanals gegenüberliegt, ist eine umlaufende Ringnut mit halbkreisförmigem Querschnitt vorhanden. Dies entspricht dem Bauprinzip einer "Sitzlochdüse", bei der der Kraftstoff-Austrittskanal in die Ventilsitzfläche mündet.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine mit ihr betriebene Brennkraftmaschine ein möglichst günstiges Emissions-und Verbrauchsverhalten zeigt.

Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Tiefenabmessung der Ausnehmung in einer Richtung, die senkrecht zu einer Ebene ist, die tangential zu der Konusfläche des Ventilelements ist, maximal ungefähr ein Zehntel einer Breitenabmessung der Ausnehmung beträgt, wobei die Breitenabmessung einerseits in der Ebene, die tangential zu der Konusfläche des Ventilelements ist, und andererseits in einer Ebene liegt, in der die Längsachse des Ventilelements liegt.

Vorteile der Erfindung Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung liegt insbesondere im Zwischenhubbereich des Ventilelements nur eine geringe Streuung der von ihr eingespritzten Kraftstoffmenge von einem Exemplar zu einem anderen Exemplar einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung vor. Dabei werden unter dem Zwischenhubbereich jene Positionen des

Ventilelements verstanden, bei denen dieses vom Ventilsitz gerade abgehoben ist, es sich also nicht in einer geöffneten Endstellung befindet. Ein solcher Zwischenhubbereich wird vor allem in einem besonders emissionsrelevanten Teillastbereich einer Brennkraftmaschine verwendet, in dem nur geringe Kraftstoffmengen eingespritzt werden. In diesem Bereich wirkt sich eine hohe Präzision der abgegebenen Kraftstoffmenge besonders günstig auf das Emissions-und Verbrauchsverhalten der Brennkraftmaschine aus. Diese Präzision wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene Ausnehmung erhöht.

Grundlage hierfür ist die Tatsache, dass in dem besagten Zwischenhubbereich das Ventilelement vom Ventilsitz zwar abgehoben hat, sich aber noch in dessen"Nähe"befindet. In dieser Position wird der Kraftstoffstrom vorwiegend durch den Spalt zwischen der stromabwärts von der Dichtkante liegenden Konusfläche des Ventilelements und der gegenüberliegenden Gehäusewand gedrosselt. Die Größe und Ausbildung dieses Spalts hängt maßgeblich von der Zentrierung der stromabwärts von der Dichtkante liegenden Konusfläche des Ventilelements relativ zur gegenüberliegenden Ventilsitzfläche. Diese Zentrierung ist jedoch fertigungsbedingt von einem Exemplar einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zu einem anderen Exemplar mit einer gewissen Streuung behaftet.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Ausnehmung wird dieser Spalt vergrößert und damit die Drosselwirkung verringert. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Genauigkeit der Zentrierung des Ventilelements eine geringere Auswirkung auf den Grad der Drosselung hat, was letztlich dazu führt, dass der Kraftstoff mit höherer Präzision eingespritzt werden kann. Dadurch, dass die Tiefe

der Ausnehmung jedoch nur maximal ein Zehntel ihrer Breite beträgt, wird das Schadvolumen so klein gehalten, dass die Einspritzcharakteristiken nicht oder zumindest nicht wesentlich beeinflusst werden. Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zeigt daher eine sehr gute Einspritzcharakteristik (Druckverlauf), welche zu einem guten Emissions-und Verbrauchsverhalten der mit ihr betriebenen Brennkraftmaschine führt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Tiefenabmessung der Ausnehmung in einem Bereich von 10-50 um liegt. Diese Abmessung ist bei üblichen Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen ausreichend, um die gewünschte Toleranz gegenüber Fertigungsstreuungen zu erhalten, ohne dass hierdurch ein relevantes Schadvolumen geschaffen wird.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Ausnehmung als umlaufende Nut ausgebildet ist. Eine solche kann einfach hergestellt werden und ermöglicht die erfindungsgemäßen Vorteile auch dann, wenn das Ventilelement im Betrieb um seine Längsachse gedreht wird.

Besonders günstig ist es, wenn die Ausnehmung einen wenigstens in etwa rechteckigen Querschnitt aufweist, denn eine solche Ausnehmung kann einfach und preiswert in die entsprechende Mantelfläche des Ventilelements eingebracht werden. Ferner sind bei einer solchen rechteckigen Ausnehmung die Kanten der Ausnehmung zur Mantelfläche des Ventilelements hin präzise positioniert und deutlich ausgeprägt, was die Erzielung der erfindungsgemäßen Vorteile unterstützt. Grundsätzlich gilt dies auch bei anderen Querschnittsformen der Ausnehmung, bei denen

entsprechende Kanten zur Mantelfläche des Ventilelements hin vorhanden sind.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Breitenabmessung der Ausnehmung mindestens so groß ist wie der maximale Durchmesser des Mündungsbereichs des Kraftstoff- Austrittskanals. Hierdurch sind die erfindungsgemäßen Vorteile, besonders bei einem gerundeten Mündungsbereich, nochmals stärker ausgeprägt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Querschnittsfläche eines Ringraumes, welcher bei gerade von der Ventilsitzfläche abgehobenem Ventilelement zwischen der Ausnehmung und der gegenüberliegenden Ventilsitzfläche gebildet ist, mindestens ungefähr das 0,9-fache der Querschnittsfläche des Kraftstoff-Austrittskanals beträgt.

Bei einer derartigen Auslegung der Konusfläche des Ventilelements beziehungsweise der gehäuseseitigen Ventilsitzfläche werden die erfindungsgemäßen Vorteile nochmals deutlich verbessert.

Zeichnung Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugsnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems mit mehreren Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen ;

Figur 2 einen teilweisen Schnitt durch eine der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen von Figur 1 ; Figur 3 ein Detail III der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von Figur 2 ; und Figur 4 eine nochmals vergrößerte Darstellung der Details von Figur 3.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Ein Kraftstoffsystem trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es gehört zu einer Brennkraftmaschine 12, die nicht im Detail dargestellt ist. Das Kraftstoffsystem 10 umfasst einen Kraftstoffbehälter 14, aus dem eine elektrische Kraftstoffpumpe 16 Kraftstoff zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 fördert. Diese komprimiert den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck und fördert ihn zu einer Kraftstoff-Sammelleitung 20 ("Rail"), in der der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist.

An die Kraftstoff-Sammelleitung 20 sind über Hochdruckleitungen 22 mehrere Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen 24 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in ihnen zugeordnete Brennräume 26 einspritzen.

Niederdruckleitungen 28 führen von den Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen 24 zum Kraftstoffbehälter 14 zurück.

Eine der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 24 ist in den Figuren 2 bis 4 stärker detailliert dargestellt. Sie umfasst ein Gehäuse 30, in dem ein Stufensackloch 32 vorhanden ist. Dessen Durchmesser verjüngt sich in dem in den Figuren 2 und 3 unteren Bereich, wodurch eine konische Ventilsitzfläche 36 gebildet wird. In diese münden über den

Umfang verteilt angeordnete Kraftstoff-Austrittskanäle 38.

Auch das in den Figuren 2 und 3 untere Ende des Ventilelements 34 verjüngt sich konisch, allerdings mit zwei Bereichen unterschiedlicher Konizität. Diese sind durch eine Dichtkante 39 voneinander getrennt, welche bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 24 an der gehäuseseitigen Ventilsitzfläche 36 anliegt. Die in den Figuren 2-4 oberhalb der Dichtkante 39 angeordnete Konusfläche des Ventilelements 34 trägt das Bezugszeichen 40, die unterhalb der Dichtkante 39 angeordnete Konusfläche das Bezugszeichen 42.

Der Winkel, welcher von der Konusfläche 42 und der Ventilsitzfläche 36 eingeschlossen wird, ist sehr klein. In der Konusfläche 42 ist, den Mündungen der Kraftstoff- Austrittskanäle 38 gegenüberliegend, eine umlaufende Nut. 44 vorhanden. Diese hat einen rechteckigen Querschnitt mit zwei scharfen Kanten 46 im Übergang der Nut 44 zur Konusfläche 42 hin. Die Tiefenabmessung T der Nut 44 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel ungefähr 1/13 der Breitenabmessung B. Die Tiefenabmessung T wird dabei in einer Richtung gemessen, welche senkrecht zu einer Ebene ist, die tangential zu der Konusfläche 42 des Ventilelements 34 ist. Die Breitenabmessung B wird in einer Richtung gemessen, welche einerseits in der Ebene, die tangential zu der Konusfläche 42 des Ventilelements 34 ist, und andererseits in einer Ebene liegt, in der die Längsachse 48 des Ventilelements 34 liegt. Absolut liegt die Tiefenabmessung T üblicherweise in einem Bereich von 10 bis 50 um.

Insbesondere aus Figur 4 ist ersichtlich, dass die Breitenabmessung B größer ist als der Durchmesser D des gegenüberliegenden Kraftstoff-Austrittskanals 38. Sie entspricht ungefähr dem maximalen Durchmesser M des

abgerundeten Mündungsbereichs 50 des Kraftstoff- Austrittskanals 38. Ferner sind die Winkeldifferenz zwischen der Konusfläche 42 des Ventilelements 34 und der gehäuseseitigen Ventilsitzfläche 36 sowie die Abmessungen einerseits der Nut 44 und andererseits des Kraftstoff- Austrittskanals 38 so aufeinander abgestimmt, dass eine Querschnittsfläche eines Ringraumes 52, welcher in einem Zwischenhubbereich des Ventilelements 34, also bei gerade von der Ventilsitzfläche 36 abgehobenem Ventilelement 34, zwischen der Nut 44 und der gegenüberliegenden Ventilsitzfläche 36 gebildet ist, mindestens ungefähr das 0,9-fache der Querschnittsfläche des Kraftstoff- Austrittskanals 38 beträgt. Die Querschnittsfläche des Ringraums 52 ist in Figur 4 kreuzschraffiert dargestellt, und der Spalt zwischen der Dichtkante 39 und der Ventilsitzfläche 36 bei gerade abgehobenem Ventilelement 34 ist in Figur 4 mit S bezeichnet.

Bei der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 24 handelt es sich um eine sogenannte"hubgesteuerte"Kraftstoff- Einspritzvorrichtung. Sie ist im Übrigen in der für derartige Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen üblichen Art und Weise ausgestaltet : So weist sie beispielsweise einen hydraulischen Steuerraum 54 auf, der über eine Zulaufdrossel 56 mit einem Strömungsraum 58 verbunden ist, welcher wiederum über einen Hochdruckkanal 60 an die Hochdruckleitung 22 angeschlossen ist. Mittels eines Schaltventils 62 und einer Ablaufdrossel 64 kann der hydraulische Steuerraum 54 mit der Niederdruckleitung 28 verbunden werden. Der hydraulische Steuerraum 54 wird von einer Druckfläche 66 des Ventilelements 34 begrenzt, und an dieser liegt aufgrund des im Steuerraum 54 herrschenden hohen Fluiddrucks eine in Schließrichtung wirkende hydraulische Kraft an. Zusätzlich

wird das Ventilelement 34 noch von einer Druckfeder 68 in Schließrichtung beaufschlagt. Über den Strömungsraum 58, der sich als Ringraum bis zu dem in Figur 2 unteren Ende des Ventilelements 34 fortsetzt, liegt der hohe Kraftstoffdruck auch an der oberen Konusfläche 40 des Ventilelements 34 an, so dass dort eine in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Kraft anliegt.

Um eine Einspritzung von Kraftstoff mittels der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 24 in den ihr zugeordneten Brennraum 26 durchzuführen, wird das Steuerventil 62 kurzzeitig geöffnet, so dass der Druck im Steuerraum 54 und die entsprechende an der Druckfläche 66 wirkende hydraulische Kraft abnehmen. Wenn die an der oberen Konusfläche 40 des Ventilelements 34 in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Kraft von den insgesamt in Schließrichtung wirkenden Kräften unterschritten wird, hebt das Ventilelement 34 mit der Dichtkante 39 von der Ventilsitzfläche 36 ab, so dass Kraftstoff vom Strömungsraum 58 zu den Kraftstoff- Austrittskanälen 38 und weiter in den Brennraum 26 gelangen kann. Wird das Steuerventil 62 wieder geschlossen, steigt der Druck im Steuerraum 54 und entsprechend auch die an der Druckfläche 66 wirkende hydraulische Kraft, wodurch das Ventilelement 34 wieder schließt.

Häufig wird die Brennkraftmaschine 12 in einem sogenannten "Teilllastbereich"betrieben, in dem nur wenig Kraftstoff eingespritzt und daher die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 24 nur in einem"Zwischenhubbereich"betrieben wird. Die präzise Abgabe der gewünschten Kraftstoffmenge und ein reproduzierbarer Druckverlauf bei der Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum 26 ist für die Minimierung der Schadstoffemissionen und des Kraftstoffverbrauchs wichtig.

Hierzu dient die bei der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 24 vorgesehene Nut 44.

Im Zwischenhubbereich der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 24, bei dem, das Ventilelement 34 mit der Dichtkante 39 nur wenig (Spalt S) von der Ventilsitzfläche 36 entfernt ist, wird durch die Nut 44 der Einfluss der Zentrierung des Ventilelements 34 im Stufen-Sackloch 32 auf die Drosselung des Kraftstoffstromes begrenzt. Durch diese flache Nut 44 mit ihrer scharfen Begrenzung wird die Drosselung nämlich in dem Ringraum 52 deutlich reduziert oder sogar aufgehoben, ohne dass das Schadvolumen erhöht und hierdurch der Druckverlauf bei einer Einspritzung ungünstig beeinflusst werden.