DE10051900A1

DE10051900A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10051900A1
Application number: DE10051900A
Authority: DE
Inventors: Guenther Hohl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2002-05-29
Also published as: JP2004511721A; EP1328725B1; EP1328725A1; CN1394257A; WO2002033249A1; US6719220B2; DE50103252D1; US20030071148A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine, umfaßt eine Drallscheibe (35) mit Drallkanälen (36) und einer zentralen Ausnehmung (38) und einen in die Ausnehmung (38) eingesetzten Führungsausgleich (41), dessen Mittelachse bezüglich der Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils (1) neigbar ist und der gegenüber der Ventilnadel (3) eine dichtende Passung besitzt. Von einer in der Drallscheibe (35) angeordneten Dichtsitzfläche (39) und einer radialen Erweiterung (40) des Führungsausgleichs (41) wird ein bezüglich einer Auslenkung der Mittelachse toleranter Dichtsitz gebildet, der das Auftreten einer drallfreien Leckageströmung ebenso verhindert wie die dichtende Passung zwischen Ventilnadel (3) und Führungsausgleich (41).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Brennstoffeinspritzventile, welche ein Bauteil zur Führung einer Ventilnadel aufweisen sind aus der DE 36 43 523 A1 bekannt. Sie besitzen eine Drallscheibe die stromaufwärts des Ventildichtsitzes angeordnet ist, mit einer zentralen Führungsbohrung. Zur Strömungsführung dienen dabei Drallkanäle, die den stromaufwärts der Drallscheibe befindlichen, mit Brennstoff bedrückten Raum, mit einer sich in Strömungsrichtung anschließenden Drallkammer verbinden. Bei geöffnetem Ventil strömt der Brennstoff aus den Drallkanälen in die Drallkammer, wobei der Geschwindigkeitsvektor eine Komponente in Umfangsrichtung aufweist. Die zentrale Bohrung der Drallscheibe übernimmt die Führung des Ventilschließkörpers bzw. der Ventilnadel. Die Drallscheibe zentriert sich dabei durch eine konische Sitzfläche in Bereich des Ventilsitzes, an dem sie aufgrund der Drosselung der Brennstoffströmung in dichtender Anlage gehalten wird. Zur Vermeidung eines Nebenstromweges für den Brennstoff entlang der Führungsbohrung ist die Ausnehmung in der Drallscheibe gegenüber der Ventilnadel bzw. dem Ventilschließkörper eng toleriert.

Aus der DE 196 25 059 A1 ist ferner ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die Führung der Ventilnadel bzw. des Ventilschließkörpers in einer Baugruppe stromaufwärts des Dichtsitzes angeordnet ist. Wie bei der DE 36 43 523 A1 wird hier ebenfalls ein Nebenstromweg durch die Ausbildung eines möglichst geringen Spaltmaßes zwischen Führungsbohrung und Ventilnadel bzw. Ventilschließkörper verhindert. Die Erzeugung eines Dralls erfolgt durch Bohrungen die eine Tangentialkomponente aufweisen und stromaufwärts des Ventildichtsitzes münden. Die Ventilnadel ist in einer Hülse geführt, die wiederum durch eine stromabwärts konische Ausgestaltung in dem Ventilsitz zentriert ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind der Ventilsitzkörper und die Führung einstückig ausgeführt.

Nachteilig bei den gezeigten Brennstoffeinspritzventilen ist die hohe Präzision, die bei der Herstellung der Bauteile des Ventils erforderlich ist. Die Ausbildung eines Dralls hängt wesentlich von der Durchströmung der Drallkanäle ab. Ein vorhandener Nebenstromweg für den Brennstoff führt zu einem Strömungsanteil ohne Umfangsgeschwindigkeit und verschlechtert so die Drallbildung und demzufolge die Zerstäubung des Brennstoffs. Letztlich führt dies zu einer verschlechterten Verbrennung. Herstellungsbedingt sind die Maße der Bauteile toleranzbehaftet. Dies kann zu einem Winkelfehler der Ventilnadel bzw. des Ventilschließkörpers im Bereich des Ventilsitzes führen. Bei den oben genannten Brennstoffeinspritzventilen wird die Führung der Ventilnadel bzw. des Ventilschließkörpers durch ein Bauteil übernommen, das in dem Düsenkörper entweder form- oder materialschlüssig zentriert ist. Ein Angleichen der Orientierung der Führungsbohrung an die Lage der Ventilnadel bzw. des Ventilschließkörpers ist somit nicht möglich. Eine Kompensation des Lagefehlers ist nur durch Vergrößern der Führungsbohrung möglich. Als Folge wird der Nebenstromweg ebenfalls vergrößert. Eine Veränderung der zugemessenen Brennstoffmenge sowie eine Veränderung des Abspritzbildes sind die Folge. Um die hohen Anforderungen an die Exaktheit des Abspritzbildes und der Zumeßmenge befriedigen zu können, werden kostenintensive Fertigungsverfahren eingesetzt, mit denen eine exakte Bearbeitung und Montage aller betroffenen Einzelteile bezüglich ihrer Lage zur Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils sichergestellt ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Mittelachse der Ventilnadel gegen die Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils geneigt sein kann, ohne daß eine Veränderung der Passung zwischen Ventilnadel bzw. Ventilsitzkörper und der führenden Bohrung erforderlich ist. Durch die Verwendung von zwei flexibel ineinander gelagerten Bauteilen kann ein Führungsausgleich gemeinsam mit der Ventilnadel geneigt werden. Führungsausgleich und Ventilnadel bleiben dabei lagerichtig positioniert, wodurch eine Verbesserung der dichtenden Passung zwischen beiden Bauteilen erreicht wird. Der Ausgleich des Winkels zwischen Ventilnadel und Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils erfolgt durch die Ausbildung eines Dichtsitzes zwischen dem Führungsausgleich und einer Drallscheibe, der bezüglich des Winkels zwischen den Mittelachsen der Drallscheibe und des Führungsausgleichs flexibel ist. Der gesamte zur Abspritzöffnung gelangende Brennstoffstrom durchströmt daher die Drallkanäle, wodurch eine definierte Erzeugung eines Dralls und eine exakte Zumessung einer abspritzenden Brennstoffmenge möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Vorteilhaft ist dabei die Möglichkeit, die Drallscheibe zusammen mit dem Führungsausgleich und einer Feder in einer Vormontage zu fertigen. Die gesamte Baugruppe kann im weiteren Montageprozeß wie ein einziges Bauteil behandelt werden.

Weiterhin von Vorteil ist der gemeinsame Mittelpunkt der kugelförmigen Dichtfläche des Führungsausgleichs und des kugelförmigen Ventilschließkörpers im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils. Durch den Ventilsitzkörper ist die Position des Ventilschließkörpers eindeutig bestimmt. Ein Winkelfehler resultiert daher lediglich eine Drehung um den Mittelpunkt des kugelförmigen Ventilschließkörpers. Die dichtende Anlage beider Dichtsitze wird durch Drehung um einen gemeinsamen Mittelpunkt nicht beeinflußt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil und

Fig. 2 einen schematischen Schnitt im Ausschnitt II der Fig. 1 durch das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bevor anhand der Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 bzw. einer Drallscheibe 35 mit Führungsausgleich 41 näher beschrieben wird, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 in einer Gesamtdarstellung bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht in Wirkverbindung mit einem Ventilschließkörper 4, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem ersten Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes, elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch einen Spalt 26 voneinander getrennt und stützen sich auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.

Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche beispielsweise über eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.

Ein zweiter Flansch 31, welcher mit der Ventilnadel 3 ebenfalls über eine Schweißnaht 33 verbunden ist, dient als unterer Ankeranschlag. Ein elastischer Zwischenring 32, welcher auf dem zweiten Flansch 31 aufliegt, vermeidet Prellen beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1.

In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und in der Drallscheibe 35 verlaufen Brennstoffkanäle 30a, 30b bzw. Drallkanäle 36 die den Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, zur Abspritzöffnung 7 in dem Ventilsitzkörper 5 leiten. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht dargestellte Verteilerleitung abgedichtet.

Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 über den ersten Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, und damit die Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der über die Brennstoffkanäle 30a, 30b bzw. Drallkanäle 36 zur Abspritzöffnung 7 gelangende Brennstoff wird abgespritzt.

Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf den ersten Flansch 21 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich die Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch setzt der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf, und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.

Die erfindungsgemäße Ausführung eines Brennstoffeinspritzventils 1 weist eine Drallscheibe 35 auf, in deren zentraler Ausnehmung 38 eine Dichtsitzfläche 39 integriert ist, die mit einer radialen Erweiterung 40 eines Führungsausgleichs 41 am stromabwärtigen Ende zu einem zweiten Dichtsitz zusammenwirkt und eine Auslenkung der Mittelachse der Ventilnadel 3 gegenüber der Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils 1 erlaubt.

Die Drallscheibe 35 besitzt, wie in Fig. 2 dargestellt, zur Führung der Brennstoffstromes Drallkanäle 36, die beispielsweise als Ausnehmungen in die stromabwärtige Seite 43 der Drallscheibe 35 eingebracht sind und mit der stromaufwärtigen Seite 44 des Ventilsitzkörpers 5 zu Drallkanälen 36 geschlossen werden. Zur Ausbildung eines Dralls münden die Drallkanäle 36 mit einer Tangentialkomponente in eine Drallkammer 37 stromaufwärts der Ventilsitzfläche 6. Weiterhin besitzt die Drallscheibe 35 eine zentrale, durchgängige Ausnehmung 38, welche stromabwärts eine radiale Erweiterung 45 aufweist und von der Ventilnadel 3 und dem Führungsausgleich 41 durchdrungen wird. In der Erweiterung 45 ist eine stromabwärts gerichtete Dichtsitzfläche 39 angeordnet.

Der Führungsausgleich 41 weist ebenfalls eine zentrale Ausnehmung 46 auf, die gegenüber der radialen Ausdehnung der Ventilnadel 3 so toleriert ist, daß eine axiale Bewegung der Ventilnadel 3 leicht möglich ist, eine sich entlang der Passung ausbildende Leckageströmung dagegen verhindert wird. An seinem stromabwärtigen Ende weist der Führungsausgleich 41 eine radiale Erweiterung 40 auf, deren radiale Abmessungen größer sind, als die kleinste radiale Ausdehnung der Ausnehmung 38 in der Drallscheibe 35. Stromaufwärts der radialen Erweiterung 40 ist der Führungsausgleich 41 hülsenförmig ausgebildet und die radiale Ausdehnung des Führungsausgleichs 41 kleiner als die Ausnehmung 38 der Drallscheibe 35, so daß der Führungsausgleich 41 in Gegenstromrichtung soweit in die Drallscheibe 35 einbringbar ist, bis die Dichtsitzfläche 39 der Drallscheibe 35 und die radiale Erweiterung 40 des Führungsausgleichs 41 in dichtender Anlage zueinander stehen. Zwischen dem hülsenförmigen Bereich 52 des Führungsausgleichs 41 und der zentralen Ausnehmung 38 der Drallscheibe 35 befindet sich ein Spalt 47, der eine Auslenkung der Mittelachse des Führungsausgleichs 41 gegen die Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils 1 ermöglicht.

Der Ventilschließkörper 4 ist ebenso wie die radiale Erweiterung 40 des Führungsausgleiches 41 im Bereich der jeweiligen Dichtsitzfläche vorzugsweise kugelförmig ausgebildet. Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 sind die beiden Mittelpunkte der Kugelgeometrien identisch. Bei der Ausbildung eines Winkels zwischen den Mittelachsen des Brennstoffeinspritzventils 1 und der Ventilnadel 3 bleiben aufgrund der Kugelgeometrie sowohl der Ventilschließkörper 4 als auch der Führungsausgleich 41 in dichtender Anlage.

Zur Erzeugung einer dichtenden Flächenpressung zwischen der radialen Erweiterung 40 des Führungsausgleiches 41 und der Dichtsitzfläche 39 sind Drallscheibe 35 und Führungsausgleich 41 z. B. mittels einer Feder 48 verspannt. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer druckbelasteten Feder 48, die sich auf der stromaufwärtigen Seite 49 der Drallscheibe 35 abstützt. Am stromaufwärtigen Ende des Führungsausgleichs 41 ist ein Flansch 50 mit einem kragenförmigen Gegenlager 51 für die Feder 48 angebracht, der auf nicht näher dargestellte Weise mit dem Führungsausgleich 41 verbunden ist. Die radiale Abmessung des kragenförmigen Gegenlagers 51 ist kleiner als der Innendurchmesser des Düsenkörpers 2, so daß eine Auslenkung der Mittelachse des Führungsausgleichs 41 nicht durch eine Berührung von Gegenlager 51 und Düsenkörper 2 begrenzt wird. Darüber hinaus kann Brennstoff so an dem Gegenlager 51 vorbei zu den Drallkanälen 36 in der Drallscheibe 35 strömen, ohne daß das Gegenlager 51 mit Durchgangsöffnungen versehen sein muß. Zur Ausbildung des kragenförmigen Gegenlagers 51 kann anstelle des Flansches 50 der Führungsausgleich 41 an der stromaufwärtigen Seite einstückig aufgeweitet werden.

Zur Verspannung des Führungsausgleichs 41 mit der Drallscheibe 35 ist der Einsatz einer zwischen Führungsausgleich 41 und Düsenkörper 2 angeordneten, zugbeanspruchten Feder ebenso denkbar.

Der Führungsausgleich 41 kann bezüglich seiner Führungs- und Dichtungsaufgaben mit dem Ventilschließkörper 4 anstelle der Ventilnadel 3 als korrespondierendes Bauteil ausgeführt sein.

Bezugszeichenliste

1

Brennstoffeinspritzventil

2

Düsenkörper

3

Ventilnadel

4

Ventilschließkörper

5

Ventilsitzkörper

6

Ventilsitzfläche

7

Abspritzöffnung

8

Dichtung

9

Außenpol

10

Magnetspule

11

Spulengehäuse

12

Spulenträger

13

Innenpol

14

Ventilnadelführung

15

Einstellscheibe

16

zentrale Brennstoffzufuhr

17

Steckkontakt

18

Kunststoffummantelung

19

elektrische Leitung

20

Anker

21

Flansch

22

Schweißnaht

23

Rückstellfeder

24

Hülse

25

Filterelement

26

Spalt

27

Arbeitsspalt

28

Dichtung

29

Verbindungsbauteil

30

a,

30

b Brennstoffkanal

31

zweiter Flansch

32

elastischer Zwischenring

33

Schweißnaht

34

zulaufseitige Ankerstirnseite

35

Drallscheibe

36

Drallkanal

37

Drallkammer

38

Ausnehmung in der Drallscheibe

35

39

Dichtsitzfläche in der Drallscheibe

35

40

radiale Erweiterung

41

Führungsausgleich

42

Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils

43

stromabwärtige Seite der Drallscheibe

35

44

stromaufwärtige Seite des Ventilsitzkörpers

5

45

Erweiterung der Ausnehmung

38

46

Ausnehmung in dem Führungsausgleich

41

47

Spalt

48

Feder

49

stromaufwärtige Seite der Drallscheibe

35

50

Flansch

51

Gegenlager

52

hülsenförmiger Bereich des Führungsausgleichs

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Ventilsitzkörper (5), der eine Ventilsitzfläche (6) aufweist, die mit einem Ventilschließkörper (4) zu einem ersten Dichtsitz zusammenwirkt, und einer Drallscheibe (35), die eine zentrale Ausnehmung (38) besitzt, die der Ventilschließkörper (4), der mit einer Ventilnadel (3) verbunden ist, durchdringt, und in der mindestens ein Drallkanal (36) stromaufwärts der Ventilsitzfläche (6) zur Erzeugung eines Dralls in dem von dem Brennstoffeinspritzventil (1) abzuspritzenden Brennstoff eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die zentrale Ausnehmung (38) der Drallscheibe (35) ein Führungsausgleich (41) einführbar ist, wobei der Führungsausgleich (41) eine zentrale Ausnehmung (46) zur Führung der Ventilnadel (3) und an seinem stromabwärtigen Ende eine radiale Erweiterung (40) aufweist, die mit einer an der Drallscheibe (35) angeordneten Dichtsitzfläche (39) zu einem zweiten Dichtsitz zusammenwirkt.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erweiterung (40) an dem Führungsausgleich (41) im Bereich der Dichtsitzfläche (39) eine kugelförmige Geometrie aufweist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (4) im Bereich der Ventilsitzfläche (6) eine kugelförmige Geometrie aufweist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Ruhestellung des Brennstoffeinspritzventils (1) der Mittelpunkt (M) der kugelförmigen Geometrie der radialen Erweiterung (40) im Bereich der Dichtsitzfläche (39) mit dem Mittelpunkt (M) des kugelförmigen Ventilschließkörpers (4) identisch ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Ausdehnung der zentralen Ausnehmung (38) der Drallscheibe (35) größer ist als die radiale Ausdehnung des Führungsausgleichs (41) stromaufwärts seiner radialen Erweiterung (40), so daß die Mittelachse des Führungsausgleichs (41) gegen die Mittelachse (42) der Drallscheibe (35) neigbar ist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erweiterung (40) des Führungsausgleichs (41) und die Dichtsitzfläche (39) durch eine Feder (48) in dichtender Anlage gehalten werden.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (48) auf der stromaufwärtigen Seite (49) der Drallscheibe (35) lagert.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsausgleich (41) einen Flansch (50) mit einem kragenförmigen Gegenlager (51) für die Feder (48) aufweist.