Kraftstoffeinspritzventil Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für

Verbrennungsmotoren mit Diesel- und Benzindirekteinspritzung mit einer

Mehrlochdüse sowie ein Verfahren zur Herstellung der Mehrlochdüse.

Bei Kraftstoffeinspritzventilen mit Mehrlochdüse des Standes der Technik, werden die Spritzlöcher durch Erodieren hergestellt. Hierbei ist der

Elektrodendurchmesser vorgegeben, so dass keine Variation der einzelnen

Spritzlochdurchmesser innerhalb der Mehrlochdüse möglich ist. Daher ist die aus jedem Spritzloch austretende Kraftstoff menge und deren Strahllänge immer gleichgroß und auf unterschiedliche Brennraumformen nicht einstellbar.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass hierbei ein

Kraftstoffeinspritzventil mit einer Mehrlochdüse mit einer Vielzahl von Spritzlöchern bereitgestellt wird, durch die der Kraftstoff eingespritzt wird, wobei die Mehrlochdüse wenigstens zwei Spritzlöcher mit unterschiedlichem Spritzlochdurchmesser aufweist. Hierdurch ist es möglich, den eingespritzten Kraftstoff-Massenstrom in Einzelstrahlen mit unterschiedlichen Teilmassen aufzuteilen und mit verbesserter Verteilung und Genauigkeit in den Brennraum einzuspritzen.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind alle

Spritzlochdurchmesser unterschiedlich. Hierdurch ist es möglich, die eingespritzte Kraftstoffmenge mit unterschiedlichen Strahllängen optimiert zu verteilen und an unterschiedliche Brennraumformen und Motor-Lastbereiche lochindividuell anzupassen. Durch die angepassten Einzelstrahlen werden eine

Wandbenetzung des Zylinders und/oder ein Abwaschen des darauf befindlichen Ölfilms sowie eine daraus resultierende Verschlechterung der Abgasemissionen verhindert. Vorzugsweise wird ausgehend vom größten Spritzlochdurchmesser ein

Durchmesser eines benachbarten Spritzlochs in Reihe immer kleiner. Mit den resultierenden nacheinander verringerten Längen und Teilmassen der

Einzelstrahlen ist eine individuell bevorzugte Richtungs- und Massenverteilung des eingespritzten Kraftstoffsprays erreichbar.

Weiterhin bevorzugt sind die Mittelpunkte der Spritzlöcher auf einem Kreis angeordnet. Darüber hinaus liegen vorzugsweise alle Mittelpunkte an einer Austrittsseite der Spritzlöcher auf einer gemeinsamen Ebene. Aufgrund dieser Anordnung wird auf einfache Weise eine präzise Fertigung des

Kraftstoffeinspritzventils mit exakt ausgerichteten und bemessenen

Spritzlochdurchmessern mit geringen Stückkosten ermöglicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Mittelachsen der Spritzlöcher in Bezug auf eine Ventilmittelachse in einem spitzen Winkel, insbesondere in unterschiedlichen spitzen Winkeln, angeordnet. Hierdurch kann ein auch in Richtung der Injektorlängsachse dreidimensional optimiert verteiltes Kraftstoffspray erzeugt und eingespritzt werden.

Vorzugsweise liegt der Durchmesser D der Spritzlöcher zwischen 30μηι < D < 300μη"ΐ. Zusammen mit der Anzahl der Spritzlöcher wird hierdurch eine deutlich verbesserte Füllung des Brennraums und des zündfähigen Gemischs darin erreicht. Der große Maßbereich zwischen minimalem und maximalem

Durchmesser ermöglicht hierbei eine große Variationsdifferenz zwischen den einzelnen Strahllängen bzw. eingespritzten Kraftstoff-Teilmassen des

Einspritzventils. Dadurch ist eine nahezu ideale Sprayverteilung im Brennraum erreichbar. Weiterhin bevorzugt werden in die Spritzlöcher mittels Laserbohren,

insbesondere UKP-Laserbohren (Ultrakurzpuls-Laserbohren), hergestellt.

Hierdurch wird die Fertigung der Spritzlöcher mit hochpräzisen lochindividuellen Durchmessern bzw. Querschnitten innerhalb einer Düse bzw. eines Ventilsitzes ermöglicht.

Besonders bevorzugt erzeugt jedes Spritzloch der Mehrlochdüse einen individuellen Spritzkegel, wobei die Spritzkegel vorzugsweise derart erzeugt werden, dass keine sich überschneidenden Spritzkegel gebildet werden.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrlochdüse mit einer Vielzahl von Spritzlöchern mittels Laserbohren, wobei wenigstens zwei Spritzlöcher mit unterschiedlichen Spritzlochdurchmessern hergestellt werden. Aufgrund dieses Herstellungsverfahrens können Spritzlöcher mit unabhängig voneinander beliebigen Formen und Querschnitten, wie Konizitäten, eine Trompetenform, Flaschenform sowie rechteckigen, dreieckigen, schlitzförmigen, kreisförmigen oder ovalen Querschnitten gefertigt werden. Ferner können durch das Herstellungsverfahren Kraftstoffeinspritzventile kostenneutral in im

Wesentlichen identischen Taktzeiten gefertigt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine vergrößerte schematische Darstellung einer Mehrlochdüse eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils,

Figur 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teilbereichs der

Mehrlochdüse, und

Figur 3 eine vergrößerte perspektivische Darstellung der aus dem

Kraftstoffeinspritzventil austretenden Einzelstrahlen.

Ausführungsform der Erfindung Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 ein

Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrlochdüse des Kraftstoffeinspritzventils detailliert beschrieben.

Eine in Figur 1 dargestellte Mehrlochdüse 2 des erfindungsgemäßen

Kraftstoffeinspritzventils 1 weist eine Vielzahl von Spritzlöchern 4, 5, 6, 7, 8 und 9 auf, deren Mittelpunkte 40, 50, 60, 70, 80 und 90 auf einem konzentrischen Kreis K in gleichen Winkelabständen angeordnet sind. Wie aus Figur 1 ferner ersichtlich, weisen die Spritzlöcher 4, 5, 6, 7, 8 und 9 hierbei alle einen unterschiedlichen Spritzlochdurchmesser D auf, der beispielhaft beim Spritzloch 8 gekennzeichnet ist. Ausgehend vom größten Spritzlochdurchmesser des Spritzlochs 9 weist das jeweils im Gegenuhrzeigersinn benachbarte Spritzloch einen kleineren Spritzlochdurchmesser auf. Die Austrittsquerschnitte der

Spritzlöcher 4, 5, 6, 7, 8 und 9 sind in Figur 1 der Einfachheit halber als

Kreisquerschnitte dargestellt. Hierbei sei angemerkt, dass die

Austrittsquerschnitte der Spritzlöcher 4, 5, 6, 7, 8 und 9 unabhängig voneinander auch in beliebigen Querschnitten und Formen ausgebildet sein können.

Wie aus der in Figur 2 gezeigten vergrößerten Schnittansicht längs einer Linie l-l von Figur 1 ersichtlich, liegen die hier sichtbaren Mittelpunkte 50, 80 der

Spritzlöcher 5 bzw. 8 an einer Austrittsseite sowie alle weiteren in Figur 2 nicht sichtbaren Mittelpunkte 40, 60, 70, 90 der Spritzlöcher 4, 6, 7, 9 hierbei auf einer gemeinsamen Ebene E. Eine durch den Mittelpunkt 80 einer Austrittsseite 10 des

Spritzlochs 8 verlaufende Achse A ist in Bezug auf eine Ventilmittelachse M um einen spitzen Winkel α geneigt und eine durch den Mittelpunkt 50 einer

Austrittsseite 20 des Spritzlochs 5 verlaufende Achse B ist um einen spitzen Winkel ß gegenüber der Achse M geneigt. Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der Spritzlöcher 5 und 8 und deren unterschiedliche

Neigungswinkel α bzw. ß in Bezug auf die Ventilmittelachse M können unterschiedlich große Kraftstoff-Teilmassenströme in bevorzugte Bereiche des Brennraums eingespritzt werden. Aufgrund der unterschiedlichen

Spritzlochdurchmesser ergeben sich hierbei zudem unterschiedliche

Strahllängen des eingespritzten Kraftstoffs, wie dies in Figur 3 schematisch anhand von drei Einzelstrahlen S1 , S2 und S3 dargestellt ist. Wie aus Figur 3 ersichtlich, weist der Strahl S1 , der aus dem Spritzloch 4 mit kleinstem Durchmesser eingespritzt wird, eine Strahllänge L1 auf, während der Strahl S2 aus dem Spritzloch 6 mit mittlerem Durchmesser eine mittlere

Strahllänge L2 aufweist und der Strahl S3 aus dem Spritzloch 9 mit größtem

Durchmesser eine große Strahllänge L3 aufweist. Aus der perspektivischen Darstellung von Figur 3 ist die dreidimensionale Ausrichtung der Einzelstrahlen in Bezug auf die Ventilmittelachse M und die daraus resultierende zielgerichtete räumliche Verteilung des Kraftstoffsprays aufgrund der lochindividuell

unterschiedlichen Austrittsquerschnitte deutlich veranschaulicht.

Wie in Figur 3 gezeigt, wird pro Spritzloch ein individueller Spritzkegel erzeugt, so dass ein individuelles, dreidimensionales Spraydesign erzeugt wird. Jeder Spritzkegel wird vorzugsweise durch eine unterschiedliche Kraftstoff menge gebildet und das Spray kann optimal an die jeweilige Brennraumgeometrie durch

Variation der Spritzlöcher angepasst werden. Die in Figur 3 gezeigten Spritzkegel weisen jeweils die gleiche Steigung auf, es ist jedoch auch möglich, dass die Spritzkegel unterschiedliche Steigungen aufweisen. Vorzugsweise gehen die Spritzkegel nicht ineinander über, so dass luftgefüllte Zwischenräume zwischen den Spritzkegeln verbleiben.

Bei der Herstellung der Mehrlochdüse 2 wird die Vielzahl der Spritzlöcher 40, 50, 60, 70, 80 und 90 mit unterschiedlichen Spritzlochdurchmessern und

gegebenenfalls unterschiedlichen Neigungswinkeln zur Ventilmittelachse M durch ein Ultrakurzpuls-Laserbohren (UKP-Laserbohren) hergestellt. Hierdurch können Spritzlöcher mit beliebigen Querschnitten, Formen und

Ausrichtungswinkeln mit im Vergleich zum Stand der Technik identischen

Taktzeiten und Kosten gefertigt werden. Durch das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil und das erfindungsgemäße

Herstellungsverfahren der Mehrlochdüse des Kraftstoffeinspritzventils kann die bei Verbrennungsmotoren mit Diesel- oder Benzindirekteinspritzung erforderliche schnelle Gemischzündung und vollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffsprays im Brennraum durch die lochindividuell dreidimensional definiert einstellbaren Strahlen entscheidend verbessert werden. Je größer hierbei ein

Querschnitt eines Spritzlochs ist, umso länger ist der ausgespritzte Strahl und umso größer ist die aus diesem Spritzloch ausgespritzte Teil-Kraftstoffmenge. Dies trägt neben einer möglichen Kraftstoffersparnis auch zu einer weiteren Senkung der Abgasemissionen bei.