Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen Stand der Technik Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, vorzugsweise selbstzündender Brenn- kraftmaschinen, wie es aus der Schrift DE 198 57 244 AI be- kannt ist. Ein Ventilkörper weist eine Bohrung auf, in der ein kolbenförmiges Ventilglied entgegen einer Schließkraft längsverschiebbar angeordnet ist. Das Ventilglied geht an seinem brennraumseitigen Ende in eine Ventildichtfläche ü- ber, die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und so die Öff- nung wenigstens einer Einspritzöffnung steuert. Das Ventil- glied ist in der Bohrung in einem brennraumabgewandten Dichtabschnitt und in einem brennraumzugewandten Führungsab- schnitt in der Bohrung geführt. Der Führungsabschnitt unter- teilt sich in einen brennraumabgewandten Ringbund, der durch eine Ringnut von am Ventilglied ausgebildeten seitlichen Ausnehmungen getrennt ist, so daß Kraftstoff durch diese Ausnehmungen zwischen der Wand der Bohrung und dem Ventil- glied vorbeifließen kann. Der Ringbund weist an seinem brennraumzugewandten Ende eine Steuerkante auf, die mit ei- ner an der Wand der Bohrung ausgebildeten Dichtkante zusam- menwirkt. Darüber hinaus ist im Ventilglied eine Bohrung ausgebildet, die schräg zur Längsachse des Ventilglieds ver- läuft und den Druckraum, der brennraumabgewandt zum Ringbund

zwischen dem Ventilglied und der Wand der Bohrung ausgebil- det ist, mit einer der Ausnehmungen am Führungsabschnitt des Ventilgliedes verbindet. Die Bohrung ist als Drosselbohrung ausgebildet, so daß Kraftstoff aus dem Druckraum gedrosselt zu den Ausnehmungen und damit zu einem zweiten Druckraum, der zwischen dem Ventilglied und der Wand der Bohrung zwi- schen dem Führungsabschnitt und der Ventildichtfläche ausge- bildet ist, fließen kann. Im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils liegt die Ventildichtfläche des Ventilglieds am Ventilsitz an und die Steuerkante am Ring- bund ist brennraumzugewandt zur Dichtkante angeordnet, so daß nur über die Drosselbohrung eine Verbindung vom ersten zum zweiten Druckraum besteht. Soll eine Einspritzung erfol- gen, so wird Kraftstoff unter hohem Druck in den ersten Druckraum eingeleitet und fließt von dort durch die Drossel- bohrung auch in den zweiten Druckraum. Reicht die hydrauli- sche Kraft auf das Ventilglied aus, dieses entgegen der Schließkraft vom Ventilsitz wegzubewegen, so hebt die Ven- tildichtfläche vom Ventilsitz ab und Kraftstoff wird durch die Einspritzöffnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Solange die Steuerkante am Ventilglied brenn- raumzugewandt zur Dichtkante ist, kann nur wenig Kraftstoff durch die Drosselbohrung vom ersten in den zweiten Druckraum gelangen. Wenn im Zuge der Öffnungshubbewegung des Ventil- glieds die Steuerkante die Dichtkante passiert, so wird der erste Druckraum über die Ringnut und die Ausnehmungen am Führungsabschnitt des Ventilgliedes mit dem zweiten Druck- raum verbunden und Kraftstoff kann nahezu ungedrosselt vom ersten in den zweiten Druckraum fließen. Hierdurch erhöht sich der Druck im zweiten Druckraum und somit die Rate der Einspritzung, so daß insgesamt eine Einspritzverlaufsformung erreicht wird, bei der zu Beginn der Öffnungshubbewegung be- dingt durch den relativ geringen Druck im zweiten Druckraum nur wenig Kraftstoff eingespritzt wird und die Hauptmenge des Kraftstoffs mit hohem Druck erst in der darauffolgenden Haupteinspritzung. Hierbei weist das bekannte Kraftstoffein-

spritzventil jedoch den Nachteil auf, daß die notwendige Drosselbohrung aufwendig zu fertigen ist, was die Herstel- lung recht kostenintensiv macht. Weiterhin ergibt sich der Nachteil, daß die Drosselbohrung wegen der notwendigen Ein- spannungen des Ventilglieds bereits in einem frühen Stadium des Herstellungsprozesses eingebracht werden muß, was eine spätere Anpassung der Drosselbohrung an sonstige auftretende Toleranzen unmöglich macht.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn- zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegen- über den Vorteil auf, daß der Drosselquerschnitt zwischen dem ersten Druckraum und dem zweiten Druckraum durch einen Drosselkanal realisiert ist, der beide Stirnseiten des Ring- bundes miteinander verbindet. Dieser Drosselkanal läßt sich nach Fertigstellung des gesamten Ventilglieds einbringen, so daß eine Anpassung an die sonstigen Toleranzen des Ein- spritzventils, z. B. die Größe des Ringspalts zwischen dem Ringbund und der Bohrung des Ventilkörpers möglich ist.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist der Drosselkanal als Drosselbohrung ausge- bildet, die zumindest annähernd parallel zur Längsachse des Ventilglieds im Ringbund verläuft. Eine solche Drosselboh- rung läßt sich in vorteilhafter Weise durch Laserbohrung herstellen, was es ein berührungsloses Verfahren ist, so daß die Drosselbohrung problemlos nach Fertigstellung des gesam- ten Ventilglieds eingebracht werden kann. Dabei kann es auch vorgesehen sein, daß eine Vielzahl von solchen Drosselboh- rungen über den Umfang des Ringbundes verteilt angeordnet ist, um einen gleichmäßigen Fluß des Kraftstoffs vom ersten in den zweiten Druckraum zu gewährleisten. Die Drosselboh- rungen sind dabei vorzugsweise so angeordnet, daß sich eine der Ausnehmungen am Führungsabschnitt des Ventilglieds in

der brennraumseitigen Verlängerung der Drosselbohrung befin- det, so daß eine freie Zugänglichkeit der brennraumzugewand- ten Stirnseite des Ringbunds durch einen vom brennraumseiti- gen Ende des Ventilglieds kommenden Laserstrahl gegeben ist.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel des er- findungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils ist die Drossel- verbindung durch wenigstens einen seitlichen Anschliff am Ringbund ausgebildet. Diese Anschliffe können flächenhaft ausgeführt werden, was einfach herstellbar ist und eine sehr genaue Einstellung des Querschnitts der Drosselverbindung möglich macht.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Ge- genstandes der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschrei- bung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoff einspritzventils gezeigt. Es zeigt - Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil mit einem ungeschnittenen Ven- tilglied, Figur 2 eine Vergrößerung von Figur 1 im Bereich des Füh- rungsabschnitts des Ventilglieds, Figur 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III der Figur 2, Figur 4 denselben Ausschnitt wie Figur 2 eines anderen Ausführungsbeispiels und Figur 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V der Fi- gur 4.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzven- til im Längsschnitt dargestellt. In einem Ventilkörper 1 ist eine Bohrung 3 ausgebildet, die am brennraumabgewandten Ende des Ventilkörpers 1 offen ist und am brennraumseitigen Ende in einen im wesentlichen konischen Ventilsitz 13 übergeht.

Am brennraumseitigen Ende der Bohrung 3 ist wenigstens eine Einspritzöffnung 17 ausgebildet, die die Bohrung 3 mit dem Brennraum der in der Zeichnung nicht dargestellten Brenn- kraftmaschine verbindet. In der Bohrung 3 ist ein kolbenför- miges Ventilglied 5 längsverschiebbar angeordnet. Das Ven- tilglied 5 wird mit einem Dichtungsabschnitt 105 in einem brennraumabgewandten Bohrungsdichtungsabschnitt 103 in der Bohrung 3 dichtend geführt und darüber hinaus mit einem Füh- rungsabschnitt 205 in einem brennraumseitigen Bohrungsfüh- rungsabschnitt 203. An seinem brennraumseitigen Ende geht das Ventilglied 5 in eine Ventildichtfläche 15 über, die im wesentlichen konisch ausgebildet ist und mit dem Ventilsitz 13 zusammenwirkt, so daß die Einspritzöffnungen 17 bei Anla- ge der Ventildichtfläche 15 am Ventilsitz 13 verschlossen werden und bei vom Ventilsitz 13 abgehobener Ventildichtflä- che 15 freigegeben werden. Zwischen dem Bohrungsdichtungsab- schnitt 103 und dem Bohrungsführungsabschnitt 203 ist zwi- schen dem Ventilglied 5 und der Wand der Bohrung 3 ein ers- ter Druckraum 9 ausgebildet, der über einen im Ventilkörper 1 verlaufenden Zulaufkanal 7 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle verbindbar ist. Zwischen dem Bohrungsführungsabschnitt 203 und dem Ven- tilsitz 13 ist zwischen dem Ventilglied 5 und der Wand der Bohrung 3 durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 3 ein zweiter Druckraum 19 ausgebildet, der über das Zusammenspiel von Ventildichtfläche 15 und Ventilsitz 13 über die Ein- spritzöffnungen 17 mit dem Brennraum verbindbar ist.

Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung von Figur 1 im Bereich des Bohrungsführungsabschnitts 203. Figur 3 zeigt den entsprechenden Querschnitt entlang der Linie III-III der

Figur 1 bzw. Figur 2. Der Führungsabschnitt 205 ist im Boh- rungsführungsabschnitt 203 geführt und weist drei flächen- hafte Anschliffe 28 auf, so daß Kraftstoff am Führungsab- schnitt 205 vorbei in axialer Richtung des Ventilglieds 5 fließen kann. Brennraumabgewandt schließt sich an den Füh- rungsabschnitt 205 eine Ringnut 26 an und an diese wiederum ein Ringbund 22. Der Ringbund 22 ist in einer Radialebene des Ventilglieds 5 angeordnet und weist eine brennraumzuge- wandte Stirnfläche 37 und eine brennraumabgewandte Stirnflä- che 36 auf. Am Übergang des Ringbunds 22 zur Ringnut 26 ist am Ringbund 22 eine Steuerkante 34 ausgebildet, die in ge- schlossenem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils, das ist, wenn die Ventildichtfläche 15 am Ventilsitz 13 anliegt, in den Bohrungsführungsabschnitt 203 eintaucht. Der Bohrungs- führungsabschnitt 203 ist hierbei gegenüber der Bohrung 3 im Durchmesser etwas verringert, so daß am Übergang des ersten Druckraums 9 zum Bohrungsführungsabschnitt 203 eine Ring- schulter 30 ausgebildet ist, die von einer Dichtkante 32 be- grenzt wird, die am Beginn des Bohrungsführungsabschnitts 203 ausgebildet ist. Der Ringbund 22 weist einen Durchmesser auf, der nur geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Bohrungsführungsabschnitts 203, so daß bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil praktisch kein Kraftstoff aus dem ersten Druckraum 9 am Ringbund 22 vorbei durch die Ringnut 26 und die Ausnehmungen 28 in den zweiten Druckraum 19 flie- ßen kann. Im Ringbund 22 sind drei Drosselkanäle angeordnet, die als Drosselbohrungen 40 ausgebildet sind und die die brennraumabgewandte Stirnseite 36 des Ringbundes 22 mit der brennraumzugewandten Stirnseite 37 des Ringbundes 22 verbin- den. Dabei kann es auch vorgesehen sein, mehr oder weniger als drei Drosselkanäle anzuordnen. Die Drosselbohrungen 40 sind dabei so angeordnet, daß sie zumindest im wesentlichen parallel zur Längsachse 6 des Ventilglieds 5 verlaufen und daß in ihrer brennraumseitigen Verlängerung jeweils ein An- schliff 28 angeordnet ist.

Das Ventilglied 5 wird durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung mit einer Schließkraft beauf- schlagt, die das Ventilglied 5 mit der Ventildichtfläche 15 gegen den Ventilsitz 13 preßt. Da sich das Ventilglied 5 vom im Dichtungsabschnitt 103 geführten Abschnitt zum Brennraum hin verjüngt, ist am Ventilglied 5 eine Druckschulter 11 ausgebildet, die im ersten Druckraum 9 angeordnet ist. Bei einem entsprechenden Kraftstoffdruck im Druckraum 9 ergibt sich eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 11, die eine in Längsrichtung des Ventilglieds 5 wirkende Komponente hat, die der Schließkraft entgegengerichtet ist. Auf diese Weise läßt sich das Ventilglied 5 druckgesteuert durch den Druck im ersten Druckraum 9 in Längsrichtung entgegen der Schließkraft bewegen und so die Einspritzöffnungen 17 auf- und zusteuern.

Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt : Zu Beginn der Einspritzung wird Kraftstoff unter ho- hem Druck durch den Zulaufkanal 7 in den ersten Druckraum 9 geleitet. Von dort strömt der Kraftstoff durch die Drossel- bohrungen 40 in den zweiten Druckraum 19, so daß auch dort der Kraftstoffdruck zunimmt. Erreicht der Kraftstoffdruck im ersten Druckraum 9 ein bestimmtes Niveau, so wird durch die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 11 eine Kraft ent- gegen der Schließkraft auf das Ventilglied 5 ausgeübt, die dieses in axialer Richtung vom Ventilsitz 13 wegbewegt.

Hierdurch hebt die Ventildichtfläche 15 vom Ventilsitz 13 ab und gibt die Einspritzöffnungen 17 frei. Solange sich die Steuerkante 34 des Ringbunds 22 innerhalb des Bohrungsfüh- rungsabschnitts 203 befindet, kann der Kraftstoff nur durch die Drosselbohrungen 40 vom ersten Druckraum 9 in den zwei- ten Druckraum 19 und von dort durch die Einspritzöffnungen 17 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangen. Durch diese Drosselung des Zuflusses wird nur ein geringer Druck im zweiten Druckraum 19 aufgebaut und so zu Beginn der Ein- spritzung nur wenig Kraftstoff pro Zeiteinheit in den Brenn-

raum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Erreicht die Steu- erkante 34 die Dichtkante 32 und passiert diese in Öffnungs- richtung des Ventilglieds 5, so wird zwischen dem Ringbund 22 und der Bohrung 3 ein Ringspalt aufgesteuert, durch den der Kraftstoff jetzt nahezu ungedrosselt in die Ringnut 26 und durch die Anschliffe 28 in den zweiten Druckraum 19 fließen kann. Da jetzt erheblich mehr Kraftstoff in den zweiten Druckraum 19 fließt, steigt dort der Druck weiter an und Kraftstoff kann jetzt mit einem hohen Druck und damit hoher Rate in den Brennraum der Brennkraftmaschine einge- spritzt werden. Soll die Einspritzung beendet werden, so wird die Kraftstoffzufuhr durch den Zulaufkanal 7 unterbro- chen, und durch den abfallenden Kraftstoffdruck im ersten Druckraum 9 und somit auch im zweiten Druckraum 19 verrin- gert sich die hydraulische Kraft auf das Ventilglied 5, bis die Schließkraft größer wird als die in axialer Richtung wirkenden Komponenten der hydraulischen Kräfte, und das Ven- tilglied 5 fährt wieder in die Schließposition zurück.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin- dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils und Figur 5 einen Querschnitt durch das in Figur 4 dargestellte Kraftstoffein- spritzventil entlang der Linie V-V. Der Drosselkanal zwi- schen dem ersten Druckraum 9 und dem zweiten Druckraum 19 ist hier durch zwei Drosselausnehmungen 42 am Ringbund 22 ausgebildet, die als flächenhafte Anschliffe parallel zur Längsachse 6 des Ventilglieds 5 ausgeführt sind. Es kann auch vorgesehen sein, daß mehr als zwei Drosselausnehmungen 42 am Ringbund 22 ausgebildet sind. Diese werden dabei vor- zugsweise gleichmäßig über den Umfang des Ringbunds 22 ver- teilt angeordnet, um einen gleichmäßigen Kraftstoffzufluß zum zweiten Druckraum 19 zu ermöglichen.

In den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 4 ist die Ringschulter 30 abgeschrägt ausgebildet, so daß sie mit der Längsachse 6 des Ventilglieds 5 einen winkel einschließt.

Bei einer Ringschulter 30, die in einer Radialebene des Ven- tilglieds 5 angeordnet ist, wäre ein großer Aufwand nötig, um den fertigungstechnisch notwendigen Radius am Übergang der Bohrung 3 zur Ringschulter 30 so klein und in so enger Toleranz zu fertigen, daß er nicht bis in die Dichtkante 32 ausläuft. Zudem würde ein solcher Radius eine scharfe Kerbe bedeuten und damit eine signifikante Schwächung des Ventil- körpers 1 verbunden mit einer verminderten Druckschwellfes- tigkeit. In diesem Fall wäre die Lage der Dichtkante 32 nur schwer exakt zu positionieren und nur mit großem Aufwand zu vermessen. Eine angeschrägte Ringschulter 30 läßt hingegen einen größeren Radius mit größerer Toleranz zu, ohne in die Dichtkante 32 auszulaufen. Dies ermöglicht so eine gute Fer- tigbarkeit und Meßbarkeit der sehr wichtigen Lage der Dicht- kante 32.