DE10118164A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents
BrennstoffeinspritzventilInfo
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Abstract
Ein Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen umfaßt eine Magnetspule (10), eine mit der Magnetspule (10) in Wirkverbindung stehende und in einer Schließrichtung von einer Rückstellfeder (23) beaufschlagte Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und eine abströmseitig des Ventilsitzkörpers (5) angeordnete Spritzlochscheibe (36). Die Spritzlochscheibe (36) ist in einer Strömungsrichtung des Brennstoffs kalottiert gewölbt ausgebildet.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil
nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE 198 27 219 A1 ist ein Brennstoffeinspritzsystem
für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche einen Injektor
mit einer Brennstoffstrahleinstellplatte aufweist, welche
erste Düsenlöcher besitzt, die entlang eines ersten Kreises
angeordnet sind, sowie zweite Düsenlöcher, die entlang eines
zweiten Kreises angeordnet sind. Der zweite Kreis hat einen
Durchmesser, der größer als derjenige des ersten Kreises
ist. Die Kreise sind dabei koaxial zu einer Mittelachse der
Einstellplatte angeordnet. Jede Lochachse der zweiten
Düsenlöcher bildet einen spitzen Winkel mit einer
Referenzebene, die senkrecht zur Mittelachse des
Ventilkörpers ist. Der Winkel ist kleiner als derjenige, der
durch jede Lochachse der ersten Düsenlöcher mit der
Referenzebene gebildet wird. Daher können
Brennstoffzerstäubungen, die durch die ersten Düsenlöcher
eingespritzt werden, weg von den Brennstoffzerstäubungen
gerichtet werden, die durch die zweiten Düsenlöcher
eingespritzt werden. Als ein Ergebnis stören die
Brennstoffzerstäubungen, die durch die ersten Düsenlöcher
eingespritzt werden, nicht die Brennstoffzerstäubungen, die
durch die zweiten Düsenlöcher eingespritzt werden, was es
ermöglicht, eingespritzten Brennstoff geeignet zu
zerstäuben.
Nachteilig an dem aus der obengenannten Druckschrift
bekannten Verfahren zur Gemischbildung bzw.
Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere die mangelnde
Homogenität der Gemischwolke sowie das Problem, das
zündfähige Gemisch in den Bereich der Funkenstrecke der
Zündkerze zu transportieren. Um eine emissionsarme,
brennstoffsparende Verbrennung zu ermöglichen, müssen in
diesen Fällen komplizierte Brennraumgeometrien, Drallventile
oder Verwirbelungsmechanismen benutzt werden, um einerseits
den Brennraum mit dem Brennstoff-/Luftgemisch zu füllen und
andererseits das zündfähige Gemisch zur Zündkerze zu führen.
Dabei wird zumeist die Zündkerze direkt angespritzt. Dies
führt zu starker Verrußung der Zündkerze und häufigen
Thermoschocks, wodurch die Zündkerze eine kürzere
Lebensdauer aufweist.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat
demgegenüber den Vorteil, daß eine kalottenförmige gewölbte
Spritzlochscheibe so am abströmseitigen Ende des
Ventilsitzkörpers des Brennstoffeinspritzventils angebracht
ist, daß die Verkokung durch eine Verkleinerung des
Totvolumens optimiert werden kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch
angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Vorteilhafterweise kann die Spritzlochscheibe in einfacher
Weise hergestellt und in eine Ausnehmung des
Brennstoffeinspritzventils abströmseitig des Dichtsitzes
eingelegt werden. Die Befestigung kann beispielsweise
mittels einer Schweißnaht erfolgen.
Insbesondere werden die Thermoschockbelastung und die
Verrußung der Zündkerze durch eine optimale Lochgestaltung
der Abspritzlöcher vermindert. Scharfkantige Abspritzlöcher
und die konische Gestaltung derselben verhindern ein Ablösen
der Brennstoffströmung im Abspritzloch, wodurch die
Verkokung stark zurückgeht.
Die konischen Abspritzlöcher haben den Vorteil, daß der
Druckabfall des Brennstoffs an der Austrittsöffnung minimal
ist und somit maximale Druckenergie zur Spraybildung zur
Verfügung steht.
Durch eine gezielte Anordnung der Abspritzlöcher und damit
der Einspritzstrahlen im Brennraum kann vorteilhafterweise
auch die Einbaulage der Ein- und Auslaßventile sowie der
Zündkerze im Zylinderkopf berücksichtigt werden und trotzdem
die Brennraumgeometrie optimal genutzt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erstes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß
ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch den
abspritzseitigen Teil des in Fig. 1 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in Fig.
1,
Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch ein zweites
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzsystems im gleichen Bereich wie
Fig. 2, und
Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch die
Spritzlochscheibe des in Fig. 2 dargestellten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils im Bereich IV in Fig.
2.
Fig. 1 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung ein
erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils 1. Das Brennstoffeinspritzventil
1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für
Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden,
fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das
Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich 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
Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1
handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen
öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine
Bohrung 7 zur Weiterleitung des Brennstoffs abströmseitig
des Dichtsitzes verfügt.
Der Ventilschließkörper 4 des erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils 1 weist eine nahezu kugelförmige
Form auf. Dadurch wird eine versatzfreie, kardanische
Ventilnadelführung erzielt, die für eine exakte
Funktionsweise des Brennstoffeinspritzventils 1 sorgt.
Der Ventilsitzkörper 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 ist
nahezu topfförmig ausgebildet und trägt durch seine Form zur
Ventilnadelführung bei. Der Ventilsitzkörper 5 ist dabei in
eine abspritzseitige Ausnehmung 34 des Düsenkörpers 2
eingesetzt und mittels einer Schweißnaht 35 mit dem
Düsenkörper 2 verbunden. Zwischen dem Düsenkörper 2 und dem
Ventilsitzkörper 5 ist eine kalottenförmig gewölbte
Spritzlochscheibe 36 angeordnet, die mittels der Schweißnaht
35 zwischen dem Düsenkörper 2 und dem Ventilsitzkörper 5
fixiert ist.
Die Spritzlochscheibe 36 schließt das
Brennstoffeinspritzventil 1 abströmseitig ab und deckt dabei
die Bohrung 7 ab. Der das Brennstoffeinspritzventil 1
durchströmende Brennstoff wird über mehrere in der
Spritzlochscheibe 36 angeordnete Abspritzlöcher 37 in den
nicht weiter dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzt. Eine detailliertere Beschreibung der
Spritzlochscheibe 36 ist der Beschreibung zu den Fig. 2
bis 4 zu entnehmen.
Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen
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
durch 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.
Abströmseitig des Ankers 20 ist ein zweiter Flansch 31
angeordnet, der als unterer Ankeranschlag dient. Er ist über
eine Schweißnaht 33 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3
verbunden. Zwischen dem Anker 20 und dem zweiten Flansch 31
ist ein elastischer Zwischenring 32 zur Dämpfung von
Ankerprellern beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils
1 angeordnet.
In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und am
Ventilsitzkörper 5 verlaufen Brennstoffkanäle 30a bis 30c,
die den Brennstoff, welcher über eine zentrale
Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25
gefiltert wird, zur Bohrung 7 leiten. Das
Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen
eine nicht weiter dargestellte Verteilerleitung abgedichtet.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der
erste Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder
23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der
Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 6 in dichtender Anlage
gehalten wird. Der Anker 20 liegt auf dem Zwischenring 32
auf, der sich auf dem zweiten Flansch 31 abstützt. Bei
Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf,
welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der
Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt. Dabei nimmt der
Anker 20 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, wodurch der über die Brennstoffkanäle 30a bis 30c zur
Bohrung 7 geführte Brennstoff abgespritzt wird.
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. Der Anker 20 setzt auf dem durch den
zweiten Flansch 31 gebildeten Ankeranschlag auf.
Fig. 2 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung den
in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt aus dem in Fig. 1
dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1.
Wie bereits in der Beschreibung zu Fig. 1 erwähnt, ist an
einem abströmseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils 1
eine Spritzlochscheibe 36 angeordnet, die das
Brennstoffeinspritzventil 1 zum Brennraum hin abdeckt. Die
Spritzlochscheibe 36 ist durch eine Schweißnaht 35, welche
den Ventilsitzkörper 5 mit dem Düsenkörper 2 verbindet, am
Ventilsitzkörper 5 fixiert. Durch die Spritzlochscheibe 36
wird ebenfalls die Bohrung 7 abgedeckt. Die Einspritzung des
Brennstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine
übernehmen Abspritzlöcher 37, die in der Spritzlochscheibe
36 ausgebildet und gegenüber der zentral im Ventilsitzkörper
5 angeordneten Bohrung 7 versetzt sind. Dadurch wird eine
Umlenkung der Brennstoffströmung erzielt, die bewirkt, daß
die Abspritzlöcher 37 weniger stark geneigt sein können und
sich dadurch ihre Herstellung erleichtert sowie die
Präzision bei der Herstellung erhöht.
Die Spritzlochscheibe 36 ist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel kalottiert gewölbt ausgebildet und an
den Ventilsitzkörper 5 angepaßt. Der Vorteil der
kalottierten Form der Spritzlochscheibe 36 liegt zum einen
in der einfachen Herstellbarkeit, zum anderen in der
Flexibilität gegenüber den Brennstoffeinspritzventilen 1,
die mit der kalottierten Spritzlochscheibe 36 ausgestattet
werden können.
Wenn der Brennstoff den Ventilschließkörper 4, der im
vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere Anschnitte 38
aufweist, und die Bohrung 7 passiert hat, gelangt er in ein
Volumen 39, das zwischen einer Stirnseite 40 des
Ventilsitzkörpers 5 und der Spritzlochscheibe 36 ausgebildet
ist. Durch den Brennstoffdruck wird der Brennstoff unter
einem Richtungswechsel durch die in der Spritzlochscheibe 36
ausgebildeten Abspritzlöcher 37 in den Brennraum der
Brennkraftmaschine eingespritzt.
Die Abspritzlöcher 37 sind dabei konisch geformt und weisen
insbesondere scharfe Austrittskanten 41 sowie einen
trichterförmigen Zuströmbereich 42 auf. Diese Lochform
bietet insbesondere den Vorteil, daß die Brennstoffströmung
innerhalb der Abspritzlöcher 37 nicht abreißt, so daß die
Austrittsöffnungen der sich zum Brennraum hin verjüngenden
Abspritzlöcher 37 vollständig über ihren Querschnitt mit
Brennstoff gefüllt sind. Auf diese Weise kann Verkokung
verhindert werden, da keine Rezirkulation des Brennstoffs im
Abspritzloch 37 auftritt.
Die Spritzlochscheibe 36 ist flexibel anwendbar für
beliebige Strahlöffnungswinkel und Neigungswinkel des
Dichtsitzes sowie für beliebige statische Durchflußwerte
durch das Brennstoffeinspritzventil 1.
Fig. 3 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung in
gleicher Ansicht wie Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1.
Gleiche Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen.
Im Gegensatz zu Fig. 2 sind im vorliegenden
Ausführungsbeispiel der Ventilsitzkörper 5 und die
Spritzlochscheibe 36 in ihrer Form aneinander angepaßt, d. h.,
das zwischen dem Ventilsitzkörper 5 und der
Spritzlochscheibe 36 ausgebildete Volumen 39 ist kleiner als
in dem in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel.
Die übrigen Komponenten des Brennstoffeinspritzventils 1
können identisch mit dem in Fig. 1 und 2 dargestellten
Brennstoffeinspritzventil 1 ausgebildet sein.
Die Verminderung des Volumens 39 erlaubt eine
Homogenisierung der Brennstoffströmung, die in den Totzeiten
des Brennstoffeinspritzventils 1 nicht zum Erliegen kommt.
Die Verkokung wird dadurch ebenfalls reduziert.
Auch die Strömungsumlenkung wird durch die Verringerung des
Volumens 39 verstärkt, wodurch die Neigung der
Abspritzlöcher 37 weiter verringert werden kann und die
Präzision der Herstellung der Abspritzlöcher 37 erhöht
werden kann.
Fig. 4 zeigt in einer ausschnittsweisen, stark
schematisierten Darstellung einen Ausschnitt aus der
Spritzlochscheibe 36 eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich IV in Fig. III.
In Fig. 4 ist der konische Verlauf der Abspritzlöcher 37 mit
dem trichterförmigen Zulaufbereich 42 und den scharfen
Kanten 41 deutlich erkennbar. Der engste Querschnitt der
Abspritzlöcher 37 ist dabei abströmseitig ausgebildet und
sorgt für eine Unterdrückung der Rezirkulation im
Abspritzloch 37, da der Brennstoffstrom nicht abreißt und
dadurch der Austrittsquerschnitt kontinuierlich mit
Brennstoff gefüllt ist.
Die Herstellung der Abspritzlöcher 37 in der
Spritzlochscheibe 36 kann dabei mittels einlagiger
Mikrogalvanik, Stanzen, Ätzen, oder Laserbohren erfolgen,
wobei die Spritzlochscheibe 36 noch plan ist. Nach der
Herstellung der Abspritzlöcher 37 wird die Spritzlochscheibe
36 beispielsweise mittels Prägen kalottiert.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten
Ausführungsbeispiele beschränkt und z. B. auch für nach
innen öffnende Brennstoffeinspritzventile 1 beliebiger
Bauweisen anwendbar.
Claims (12)
1. Brennstoffeinspritzventil (1) für
Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem
erregbaren Aktuator (10), einer mit dem Aktuator (10) in
Wirkverbindung stehenden und in einer Schließrichtung von
einer Rückstellfeder (23) beaufschlagten Ventilnadel (3) zur
Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit
einer an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten
Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und einer
abströmseitig des Ventilsitzkörpers (5) angeordneten
Spritzlochscheibe (36),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spritzlochscheibe (36) in einer Strömungsrichtung
des Brennstoffs kalottiert gewölbt ausgebildet ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spritzlochscheibe (36) in einer Ausnehmung (34)
eines Düsenkörpers (2) des Brennstoffeinspritzventils (1)
angeordnet ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spritzlochscheibe (36) mittels einer Schweißnaht
(35) an dem Düsenkörper (2) des Brennstoffeinspritzventils
(1) fixiert ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Schweißnaht (35) in den Ventilsitzkörper (5)
erstreckt.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
4,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch die Spritzlochscheibe (36) eine im
Ventilsitzkörper (5) zentral angeordnete Bohrung (7)
abgedeckt ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
5,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Spritzlochscheibe (36) mehrere Abspritzlöcher
(37) ausgebildet sind.
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß keines der Abspritzlöcher (37) in einer Längsachse der
Bohrung (7) angeordnet ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abspritzlöcher (37) konisch ausgebildet sind.
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Abspritzlöcher (37) in Strömungsrichtung des
Brennstoffs verjüngen.
10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abspritzlöcher (37) zulaufseitig einen
trichterförmigen Zuströmbereich (42) aufweisen.
11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abspritzlöcher (37) abströmseitig scharfe Kanten
(41) aufweisen.
12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
11,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Spritzlochscheibe (36) und einer Stirnseite
(40) des Ventilsitzkörpers (5) ein Volumen (39) ausgebildet
ist.
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