EP1343967A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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Publication number
EP1343967A1
EP1343967A1 EP01989388A EP01989388A EP1343967A1 EP 1343967 A1 EP1343967 A1 EP 1343967A1 EP 01989388 A EP01989388 A EP 01989388A EP 01989388 A EP01989388 A EP 01989388A EP 1343967 A1 EP1343967 A1 EP 1343967A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
fuel injection
fuel
gap
needle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01989388A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guenter Dantes
Detlef Nowak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1343967A1 publication Critical patent/EP1343967A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0614—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of electromagnets or fixed armature
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    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0664—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
    • F02M51/0671—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature having an elongated valve body attached thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/162—Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the type of the main claim.
  • Fuel injection valves which are opened by a valve closing body lifting inwards from a valve seat surface, are known.
  • DE 197 36 682 AI discloses a fuel injector in which the
  • Valve closing body is made in one piece with the valve needle.
  • the tapered, downstream end of the valve closing body is at rest by a
  • Spray opening and the valve seat are in one
  • Valve seat body arranged, which is inserted and welded from the stro down side in a nozzle body.
  • a swirl disk is arranged upstream of the valve seat surface in the fuel injection valve and has recesses with a tangential directional component through which the fuel flows on the way to the sealing seat in order to generate a swirl in the fuel flow.
  • the swirl disk is supported by a spring-loaded guide disk pressed on the upstream side of the valve seat body, whereby it is fixed in position.
  • DE 196 37 103 AI discloses a fuel injector in which a valve needle is operatively connected to a valve closing body.
  • the valve closing body which has a spherical geometry, is welded to the downstream side of the valve needle.
  • the valve needle In the idle state of the fuel injector, the valve needle is acted upon by the spring force in the flow direction by a spring and thus presses the spherical valve closing body onto the valve seat surface, which is arranged in a valve seat body.
  • a guide recess is made in the valve seat body, which corresponds to the diameter of the ball.
  • the valve needle is pulled against the flow direction and the spring force by a magnetic coil, so that the valve closing body clears a flow path for the fuel. So that the fuel can get from a volume upstream of the valve closing body to the sealing seat, several cuts arranged over the circumference of the valve closing body are attached to the valve closing body.
  • a swirl disk is arranged in the spray opening downstream of the sealing seat for metering the fuel and for generating a fanned-out fuel spray.
  • Valve needle releases a flow cross-section that increases with increasing movement. Until the static flow rate is reached, the increase is approximately linear.
  • Another opening behavior is known from DE 31 20 044 C2.
  • the fuel injector shown has two valve seats operating in a defined sequence. The forces required to open the valve are applied by the pressure generated by the fuel injection pump.
  • the valve has two valve needles. As the first stage, under the increasing fuel pressure at the beginning of the spraying process, a valve needle designed as a hollow needle lifts outwards from a sealing seat. The further increasing fuel pressure leads to the lifting of the second valve needle guided in the hollow needle. This gradual opening of the fuel injection valve adjusts the amount of fuel sprayed to the applied fuel pressure.
  • the flow rate increases until the static flow is reached in two stages that are coupled to one another over time.
  • a disadvantage of the indicated fuel injection valves is the slow increase in the amount of fuel sprayed per unit of time during opening and closing.
  • the free flow cross-section is determined during the entire opening and closing process by the increasing gap between the valve closing body and the valve seat surface.
  • the opening behavior can be positively influenced by multi-needle valves.
  • a lot of construction work is required.
  • the interaction of a large number of components requires a high degree of manufacturing accuracy in order to prevent strong copy scatter.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing feature of the main claim has in contrast the advantage that there is a very sudden increase in the flow rate during the opening process. As a result, a larger proportion of the total sprayed fuel is sprayed off within a narrowly defined time window.
  • a gap formed between a valve needle and a valve seat body ensures an almost constant flow at the beginning of the opening process.
  • the flow-through cross-section on the valve seat surface thereby increases during the stroke movement without a change in the spray quantity for the fuel, which is determined by a gap of constant cross-section.
  • One advantage is the large diameter of the valve needle, which enables the steep increase in flow compared to the small radial expansion of the valve closing body.
  • the small radial expansion of the valve closing body results in a large surface pressure on the sealing seat, which ensures a good sealing function is.
  • Another advantage is the simple and independent adjustment of the stationary flow for the fully open fuel injector.
  • the setting can be made both upstream of the gap and downstream of the Gap occurs.
  • Swirl-forming components can also be used. Limiting the fuel during the opening of the fuel injector has no influence on the formation of a swirl.
  • the reduction of the pre-jet with a small swirl is advantageous. This reduces the poor atomization at the beginning of the spraying process. The portion of the total amount of fuel sprayed that is sprayed off with a well-formed swirl is thus increased. This results in a finer one
  • Fuel injection valves are shown in simplified form in the drawing and are explained in more detail in the description below. Show it:
  • Figure 1 is a schematic partial section through an embodiment of a fuel injector according to the invention.
  • Fig. 2 shows a schematic partial section in section II of Fig. 1 by a first embodiment one according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic partial section in section II of Fig. 1 by a second embodiment of an inventive
  • Fig. 4 is a schematic partial section in section II of Fig. 1 by a third embodiment of an inventive
  • Fig. 5 is a qualitative representation of the fuel flow ' different
  • the fuel injector 1 is in the form of a fuel injector 1 for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited
  • Fuel injection valve 1 is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 comprises a nozzle body 2, in which a valve needle 3 is arranged.
  • the valve needle 3 is operatively connected to a valve closing body 4, which is connected to a valve seat body 5 arranged valve seat surface 6 cooperates to form a sealing seat.
  • fuel injector 1 is an electromagnetically actuated fuel injector 1, which has a spray opening 7.
  • the nozzle body 2 is sealed by a seal 8 against the outer pole of a solenoid 10.
  • the magnet coil 10 is encapsulated in a coil housing 11 and wound on a coil carrier 12, which bears against an inner pole 13 of the magnet coil 10.
  • the inner pole 13 and the outer pole 9 are separated from one another by a gap 26 and are supported on a connecting component 29.
  • the magnet coil 10 is excited via a line 19 by an electrical current that can be supplied via an electrical plug contact 17.
  • the plug contact 17 is surrounded by a plastic sheath 18, which can be molded onto the inner pole 13.
  • the valve needle 3 is guided in a disk-shaped valve needle guide 14. This is paired with a shim 15, which is used to adjust the valve needle stroke.
  • An armature 20 is located on the upstream side of the adjusting disk 15. This armature is non-positively connected to the valve needle 3 via a flange 21, which is connected to the flange 21 by a weld seam 22.
  • a restoring spring 23 is supported on the flange 21 and, in the present design of the fuel injector 1, is preloaded by a sleeve 24 pressed into the inner pole 13.
  • Fuel channels 30a and 30b run in the valve needle guide 14 and in the armature 20.
  • a filter element 25 is arranged in a central fuel feed 16.
  • the fuel injection valve 1 is sealed by a seal 28 against a fuel line, not shown.
  • the armature 20 In the idle state of the fuel injection valve 1, the armature 20 is displaced via the flange 21 on the valve needle 3 by the return spring 23 against its stroke direction acts that the valve closing body 4 is held on the valve seat 6 in sealing contact.
  • the magnet coil 10 When the magnet coil 10 is excited, it builds up a • magnetic field which moves the armature 20 against the spring force of the return spring 23 in the stroke direction, the stroke being achieved by a position between the inner pole 13 and. the working gap 27 located in the armature 20 is predetermined.
  • the armature 20 takes the flange 21, which is welded to the valve needle 3, and thus also the valve needle 3 in the lifting direction.
  • the valve closing body 4 lifts off the valve seat surface 6 and the fuel is sprayed off from the spray opening 7.
  • a gap 31 is formed upstream of the sealing seat between a downstream part 32 of the valve needle 3 and a recess 33.
  • a swirl disk 34 is arranged upstream of the valve seat body 5, by means of which the amount of fuel to be sprayed is metered when the fuel injection valve 1 is fully open.
  • a guide disc 35 for guiding the valve needle 3 is arranged upstream of the swirl disc 34 in the nozzle body 2 and e.g. secured against axial displacement by a press connection.
  • the valve seat body 5 has on it. upstream side a recess 33, the radial extent is greater than the radial extent of the downstream part 32 of the valve needle 3.
  • the valve seat surface 6, which merges into the spray opening 7, is arranged in the flow direction to the recess 33.
  • the valve seat body 5 is preferably to be fastened in the nozzle body 2 by a sealing weld connection.
  • valve closing body 4 In the idle state of the fuel injector 1, the valve closing body 4 is held in a sealing arrangement on the valve seat surface 6.
  • the valve closing body 4 has, for example, a hemispherical shape and is arranged on a downstream surface 36 of the valve needle 3.
  • the downstream surface 36 of the valve needle 3 is preferably parallel to a base 37 of the recess 33.
  • the volume 38 formed between the downstream surface 36 and the base 37 of the recess 33 has a height in the idle state of the fuel injector 1, which is due to the design of the valve closing body 4 can be determined.
  • the cross-sectional area of the volume 38 to be flowed radially inward is larger than the cross-sectional area of the gap 31.
  • the depth of the recess is dimensioned as a function of the height of the volume 38 so that the downstream part 32 of the valve needle 3 projects into the recess 33 in the idle state of the fuel injector 1. Due to the different radial expansions of the downstream part 32 of the valve needle 3 and the recess 33, the gap 31 is formed with a length 1. ' The length 1 of the gap 31 is smaller than the distance which the valve needle 3 travels when the magnetic coil 10 is excited.
  • the valve closing body 4 lifts off the valve seat surface 6 and releases a flow cross section which increases with increasing stroke of the valve needle 3.
  • the gap 31 is designed to be as small as possible, so that even after a short stroke Cross-sectional area of the gap 31 is smaller than the cross-section through which the valve closing body 4 and the valve seat surface 6 can flow.
  • the length 1 of the gap 31 continues to decrease, the cross section of the gap 31 restricting the fuel flow remaining constant until the downstream part 32 of the valve needle 3 emerges completely from the recess 33.
  • the stroke of the valve needle 3 is dimensioned such that, in the end position of the valve needle 3, the free flow cross-section between the downstream part 32 of the valve needle 3 and the upstream end of the recess 33 is larger than the cross-sectional area which serves for metering the static flow of the fuel injector 1 ,
  • the metering of the fuel can take place, for example, through the total cross section of swirl channels 39a, which are arranged in the swirl disk 34 and open into a swirl chamber 40 with a tangential component.
  • the guide disk 35 is arranged upstream of the swirl disk 34, the guide recess 41 of which has a radial extent which corresponds to the radial extent of the valve needle 3.
  • inlet openings 42 are introduced, which, for example, connect a circumferential channel 43 to the volume pressurized with fuel upstream of the guide disk 35, so that the swirl channels 39 are supplied with fuel by means of the circumferential channel 43.
  • valve seat body 5, valve needle 3 and valve closing body 4 correspond to the first exemplary embodiment and are not described again.
  • swirl channels 39b are designed as bores. They are in the guide disc 35b introduced, have a tangential component and connect the volume pressurized with fuel upstream of the guide disk 35b to the swirl chamber 40. The guide recess 41 is introduced into the guide disk 35b.
  • the cross-sectional area through which flow can flow increases at the beginning of the spraying process until the cross-sectional area at the valve seat surface 6 is greater than the cross-sectional area of the gap 31.
  • the increase in the free flow cross section is the throttle point relevant for metering the fuel, the sum of the cross sections of the swirl channels 39b.
  • FIG. 4 shows a multi-hole valve as a third exemplary embodiment.
  • the recess 33 is longer than is required to form the gap 31.
  • inlet grooves 44 are made in the recess 33, which from the effective length 1 of the gap 31 towards the upstream side of the valve body 5 significantly increase the flow cross section.
  • the metering of the static flow is determined by the sum of the cross-sectional areas of the spray openings 7 Are defined.
  • the sum of the cross sections which are released when the fuel injection valve 1 is fully opened at the downstream end of the inlet grooves 44 is determined by the number and the width of the inlet grooves 44.
  • FIG. 5 the course of the fuel flow over the stroke of the valve needle 3 is plotted qualitatively for a fuel injection valve 1 according to the prior art and for the fuel injection valve 1 according to the invention.
  • the curve for a fuel injector according to the prior art is represented by curve A and for a fuel injector 1 according to the invention by curve B.
  • a stroke length which corresponds to the length 1 of the gap 31
  • the flow increases slightly as the gap length becomes shorter, but is clearly below that of a fuel injector according to the prior art. With the further stroke there is a very steep increase until the flow is limited by the metering at a second throttle point.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen umfaßt einen Ventilsitzkörper (5), in den eine Ventilsitzfläche (6) eingebracht ist, welche mit einem Ventilschließkörper (4), der mit einer Ventilnadel (3) in Wirkverbindung steht, zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und zumindest eine Abspritzöffnung (7), wobei zwischen einem stromabwärtigen Teil der Ventilnadel (3) und einer auf der stromaufwärtigen Seite in den Ventilsitzkorper (5) eingebrachten Ausnehmung (33) im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils (1) ein Spalt (31) ausgebildet ist, dessen Höhe (1) kleiner ist als der Öffnungshub des Brennstoffeinspritzventils (1).

Description

Brennstoffeinspritz entil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach Gattung des Hauptanspruchs .
Brennstoffeinspritzventile, die durch einen nach innen von einer Ventilsitzfläche abhebenden Ventilschließkörper geöffnet werden, sind bekannt. In der DE 197 36 682 AI ist ein Brennstoffeinspritzventil offenbart, bei dem der
Ventilschließkörper einstückig mit der Ventilnadel ausgeführt ist. Das konisch zulaufende, stromabwärtige Ende des Ventilschließkörpers wird in Ruhezustand durch eine
Federkraft auf eine Ventilsitzfläche gepreßt, an die sich stromabwärts eine Abspritzöffnung anschließt . Die
Abspritzöffnung und die Ventilsitzfläche sind in einem
Ventilsitzkorper angeordnet, der von der stro abwärtigen Seite her in einen Düsenkörper eingesetzt und verschweißt wird.
Stromaufwärts der Ventilsitzfläche ist eine Drallscheibe in dem Brennstoffeinspritzventil angeordnet, die zur Erzeugung eines Dralls in der BrennstoffStrömung Ausnehmungen mit tangentialem Richtungsanteil aufweist, durch die der Brennstoff auf dem Weg zu dem Dichtsitz strömt. Die Drallscheibe wird durch eine federbelastete Führungsscheibe auf die stromaufwärtige Seite des Ventilsitzkörpers gepreßt, wodurch sie in ihrer Lage fixiert ist .
In der DE 196 37 103 AI ist ein Brennstoffeinspritzventil offenbart, bei dem eine Ventilnadel mit einem Ventilschließkorper in Wirkverbindung steht. Dazu ist der Ventilschließkorper, der eine Kugelgeometrie aufweist, an der stromabwärtigen Seite der Ventilnadel verschweißt. Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils wird durch eine Feder die Ventilnadel in Strömungsrichtung mit der Federkraft beaufschlagt und drückt so den kugelförmigen Ventilschließkorper auf die Ventilsitzfläche, die in einem Ventilsitzkorper angeordnet ist .
Zur Führung des Ventilschließkörpers ist in den Ventilsitzkorper eine Führungsausnehmung eingebracht, die mit dem Durchmesser der Kugel korrespondiert. Bei Öffnen des Brennstoffeinspritzventils wird durch eine magnetische Spule die Ventilnadel entgegen der Strömungsrichtung und der Federkraft gezogen, so daß der Ventilschließkorper einen Strömungsweg für den Brennstoff freigibt. Damit der Brennstoff von einem Volumen stromaufwärts des Ventilschließkörpers bis zu dem Dichtsitz gelangen kann, sind mehrere über den Umfang des Ventilschließkörpers angeordnete Anschliffe auf dem Ventilschließkorper angebracht. Stromabwärts des Dichtsitzes ist zur Zumessung des Brennstoffs und zur Erzeugung eines aufgef cherten Brennstoffsprays ein Drallscheibe in der Abspritzöffnung angeordnet .
Bei beiden genannten Brennstof feinspritzventilen nimmt der austretende Brennstoff ström während des Öffnens durch den größer werdenden Abstand zwischen Ventilschließkorper und Ventilsitzfläche und der damit verbundenen Strömungsquerschnittsvergrößerung zu . Die abhebende
Ventilnadel gibt einen mit zunehmender Bewegung zunehmenden Strömungsquerschnitt frei . Bis zum Erreichen der statischen Durchflußmenge ist die Zunahme näherungsweise linear . Ein anderes Öffnungsverhalten ist aus der DE 31 20 044 C2 bekannt. Das gezeigte Brennstoffeinspritzventil weist zwei in einer definierte Abfolge arbeitende Ventilsitze auf. Die zur Öffnung des Ventils erforderlichen Kräfte werden durch den von der Brennstoffeinspritzpumpe erzeugten Druck aufgebracht. Das Ventil weist zwei Ventilnadeln auf. Als erste Stufe hebt unter dem größer werdenden Brennstoffdruck zu Beginn des Abspritzvorgangs eine als Hohlnadel ausgeführte Ventilnadel nach außen von einem Dichtsitz ab. Der weiter ansteigende Brennstoffdruck führt zum Abheben der in der Hohlnadel geführten zweiten Ventilnadel. Durch dieses stufenweise Öffnen des Brennstoffeinspritzventil wird die abgespritzte Brennstoffmenge an den anliegenden Brennstoffdruck angepaßt. Die Durchflußmenge nimmt bis zum Erreichen des statischen Durchflusses in zwei im zeitlichen Ablauf aneinander gekoppelten Stufen zu.
Nachteilig bei den angegebenen Brennstoffeinsprit zventilen ist die langsame Erhöhung der pro Zeiteinheit abgespritzten Brennstoffmenge während des Öffnens und Schließens. Der freie Strömungsquerschnitt ist während des gesamten Öffnungs- und Schließvorgangs durch den größer werdenden Spalt zwischen dem Ventilschließkorper und der Ventilsitzfläche bestimmt. Als Folge ergibt sich eine sehr lange Dauer mit langsam zunehmendem Brennstoffdurchfluß vom Abspritzbeginn hin bis zum Erreichen der statischen Abspritzmenge bei vollständig geöffnetem Brennstoffeinspritzventil .
Durch Mehrnadelventile ist das Öffnungsverhalten positiv zu beeinflussen. Es ist jedoch ein hoher Bauaufwand erforderlich. Das Zusammenwirken einer Vielzahl von Bauteilen erfordert eine große Fertigungsgenauigkeit, um starke Exemplarstreuung zu verhindern.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß es während des Öffnungsvorgangs zu einem sehr plötzlichen Anstieg des Durchflusses kommt . Dadurch wird ein größerer Anteil des gesamten abgespritzten Brennstoffs in einem eng definierten Zeitfenster abgespritzt.
Ein zwischen einer Ventilnadel und einem Ventilsitzkorper ausgebildeter Spalt stellt einen nahezu konstanten Durchfluß zu Beginn des Öffnungsvorgangs sicher. Der durcb-strömbare Querschnitt an der Ventilsitzfläche vergrößert sich dadurch während der Hubbewegung ohne daß sich eine veränderte Abspritzmenge für den Brennstoff ergibt, die durch einen Spalt konstanten Querschnitts bestimmt wird.
Durch die sehr schnelle Vergrößerung des Querschnitts kommt es zu einem steilen Anstieg des pro Zeiteinheit von dem Brennstoffeinspritzventil abgespritzten Brennsto fs . Der Anteil des mit dem Vorstrahl abgespritzten Brennstoffs ist klein. Dadurch ist die Gemischbildung in Hinblick auf den Zündzeitpunkt und die Brenndauer besser einzustellen. Mit der daraus resultierenden besseren Verbrennung ergeben sich ein niedrigerer Verbrauch und niedrigere Abgaswerte .
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils möglich.
"Ein Vorteil ist der große Durchmesser der Ventilnadel, durch den im Vergleich zu dem kleinen radialen Ausdehnung des Ventilschließkörpers der steile Anstieg des Durchflusses möglich ist. Durch die kleine radiale Ausdehnung des Ventilschließkörpers ergibt sich eine große Flächenpressung an dem Dichtsitz, wodurch eine gute Dichtfunktion gewährleistet ist.
Weiterhin von Vorteil ist die einfache und unabhängige Einstellung des stationären Durchflusses für das vollständig geöffnete Brennstof einspritzventil . Die Einstellung kann sowohl stromaufwärts des Spalts als auch stromabwärts des Spalts erfolgen. Ebenso können drallbildende Bauteile eingesetzt werden. Die Limitierung des Brennstoff während der Öffnung des Brennstoffeinspritzventils hat keinen Einfluß auf die Ausbildung eines Dralls.
Darüber hinaus ist die Reduzierung des mit geringem Drall beaufschlagten Vorstrahls vorteilhaft. Hierdurch wird die schlechte Zerstäubung zu Beginn des 'Abspritzvorgangs reduziert. Der mit gut ausgebildetem Drall abgespritzte Anteil der gesamten abgespritzten Brennstoffmenge wird damit vergrößert. Daraus ergibt sich eine feinere
•Tropfchenverteilung und demgemäß eine verbesserte
Verdampfung des Brennstoffs, wodurch letztlich eine verbesserte Verbrennung stattfindet.
Die Vorteile die vorstehend für den Öffnungsvorgang des Brennstoffeinspritzventils ausgeführt sind, treffen in analoger Weise auch auf den Schließvorgang des Brennstoffeinspritzventils zu. Dabei ist der vorteilhafte Einfluß auf die Schadgasentwicklung der Brennkraftmaschine noch größer. Die gegen Ende der Verbrennung zugeführte Brennstoffmenge, die nicht mehr optimal verbrannt werden kann, wird deutlich reduziert, wodurch neben der besseren Schadgasentwicklung ein Minderverbrauch erreicht wird.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils;
Fig. 2 einen schematischen Teilschnitt im Ausschnitt II der Fig. 1 durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils;
Fig. 3 einen schematischen Teilschnitt im Ausschnitt II der Fig. 1 durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils ;
Fig. 4 einen schematischen Teilschnitt im Ausschnitt II der Fig. 1 durch eine drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils; und
Fig. 5 eine qualitative Darstellung des Brennstoffdurchflusses' verschiedener
Brennstoffeinspritzventile .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bevor anhand der Fig. 2 bis 4 drei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 in einer Gesamtdarstellung bezüglich seiner wesentlichen Bestandteile kurz erläutert werden .
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 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 umfaßt einen Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkorper 4 in Wirkverbindung, der mit einer in einem Ventilsitzkorper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol 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 scheibenförmig ausgeführten Ventilnadelführung 14 geführt. Dieser ist eine Einstellscheibe 15 zugepaart, welche zur Einstellung des Ventilnadelhubs dient. Auf der stromaufwärtigen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem Flansch 21 verbunden ist. Auf dem Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine in den Innenpol 13 eingepreßte Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
In der Ventilnadelführung 14 und im Anker 20 verlaufen Brennstoffkanäle 30a und 30b. In einer zentralen Brennstoffzufuhr 16 ist ein Filterelement 25 angeordnet. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet .
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 über den Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkorper 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 Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, und damit die Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der Ventilschließkorper 4 hebt von der Ventilsitzfl che 6 ab und der Brennstoff wird von der Abspritzöffnung 7 abgespritzt.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf den Flansch 21 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich die Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt . Dadurch setzt der Ventilschließkorper 4 auf der Ventilsitzflache 6 auf, und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.
Anhand eines ersten Ausführungsbeispiel , das in Fig. 2 dargestellt ist, sollen Aufbau und Funktion des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 detailliert beschrieben werden. Zum Erreichen eines verbesserten dynamischen Verhaltens ist stromaufwärts des Dichtsitzes ein Spalt 31 zwischen einem stromabwärtigen Teil 32 der Ventilnadel 3 und einer Ausnehmung 33 ausgebildet. Stromaufwärts des Ventilsitzkörpers 5 ist eine Drallscheibe 34 angeordnet, durch die die Zumessung der abzuspritzenden Brennstoffmenge bei vollständig geöffnetem Brennstoffeinspritzventil 1 erfolgt. Eine Führungs scheibe 35 zur Führung der Ventilnadel 3 ist stromaufwärts der Drallscheibe 34 in dem Düsenkörper 2 angeordnet und z.B. durch eine Preßverbindung gegen axiales _ Verschieben gesichert .
Der Ventilsitzkorper 5 weist an seiner . stromaufwärtigen Seite eine Ausnehmung 33 auf, deren radiale Ausdehnung größer ist, als die radiale Ausdehnung des stromabwärtigen Teils 32 der Ventilnadel 3. In Strömungsrichtung an die Ausnehmung 33 anschließend ist die Ventilsitzfläche 6 angeordnet, welche in die Abspritzöffnung 7 übergeht. Der Ventilsitzkorper 5 ist vorzugsweise durch eine dichtende Schweißverbindung in dem Düsenkörper 2 zu befestigen.
Auf der Ventilsitzfläche 6 ist im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 der Ventilschließkorper 4 in dichtender Anlage gehalten. Der Ventilschließkorper 4 hat beispielsweise eine halbkugelförmige Gestalt und ist an einer stromabwärtigen Fläche 36 der Ventilnadel 3 angeordnet. Die stromabwärtige Fläche 36 der Ventilnadel 3 ist vorzugsweise parallel zur einer Grundfläche 37 der Ausnehmung 33. Das zwischen der stromabwärtigen Fläche 36 und der Grundfläche 37 der Ausnehmung 33 ausgebildete Volumen 38 weist in Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 eine Höhe auf, die durch die Ausgestaltung des Ventilschließkörpers 4 bestimmbar ist. Die radial nach innen zu durchströmende Querschnittsfläche des Volumens 38 ist dabei größer als die Querschnittsfläche des Spalts 31.
Die Tiefe der Ausnehmung ist in Abhängigkeit von der Höhe des Volumens 38 so bemessen, daß der stromabwärtige Teil 32 der Ventilnadel 3 im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 in die Ausnehmung 33 hineinragt. Durch die unterschiedlichen radialen Ausdehnungen des stromabwärtigen Teils 32 der Ventilnadel 3 und der Ausnehmung 33 wird der Spalt 31 mit einer Länge 1 ausgebildet .' Die Länge 1 des Spalts 31 ist kleiner als der Weg, den die Ventilnadel 3 bei Erregen der magnetischen Spule 10 zurücklegt.
Bei Beginn des Öffnungsvorgangs hebt der Ventilschließkorper 4 von der Ventilsitzfläche 6 ab und gibt einen Strömungsquerschnitt frei, der mit zunehmendem Hub der Ventilnadel 3 größer wird. Der Spalt 31 ist möglichst klein ausgelegt, so daß schon nach einem geringen Hubweg die Querschnittsfläche des Spalts 31 kleiner ist, als der zwischen dem Ventilschließkorper 4 und der Ventilsitzfläche 6 durchströmbare Querschnitt. Im Verlauf des weiteren Hubs der Ventilnadel 3 nimmt die Länge 1 des Spalts 31 immer weiter ab, wobei der die BrennstoffStrömung drosselnde Querschnitt des Spalts 31 konstant bleibt, bis der stromabwärtige Teil 32 der Ventilnadel 3 vollständig aus der Ausnehmung 33 austritt. Der Hubweg der Ventilnadel 3 ist so bemessen, daß in Endposition der Ventilnadel 3 der zwischen dem stromabwärtigen Teil 32 der Ventilnadel 3 und dem stromaufwärtigen Ende der Ausnehmung 33 freie Strömungsquerschnitt größer ist, als die Querschnittsfläche, welche zur Zumessung des statischen Durchflusses des Brennstoffeinspritzventils 1 dient.
Im der dargestellten Bauform kann die Zumessung des Brennstoffs beispielsweise durch den Gesamtquerschnitt von Drallkanälen 39a erfolgen, die in der Drallscheibe 34 angeordnet sind und mit einer Tangentialko ponente in eine Drallkammer 40 ausmünden. Zur Führung der Ventilnadel 3 ist stromaufwärts der Drallscheibe 34 die Führungsscheibe 35 angeordnet, deren Führungsausnehmung 41 eine mit der radialen Ausdehnung der Ventilnadel 3 korrespondierende radiale Ausdehnung aufweist.
In der Führungsscheibe 35 sind ZulaufÖffnungen 42 eingebracht, welche beispielsweise einen umlaufenden Kanal 43 mit dem stromaufwärts der Führungsscheibe 35 mit Brennstoff bedrückten Volumen verbinden, so daß mittels des umlaufenden Kanals 43 die Drallkanäle 39 mit Brennstoff versorgt werden.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 dargestellt ist, entsprechen der Ventilsitzkorper 5, Ventilnadel 3 und Ventilschließkorper 4 dem ersten Ausführungsbeispiel und werden nicht noch einmal beschrieben. Im Unterschied zu Fig. 2 sind im zweiten Ausführungsbeispiel Drallkanäle 39b hier jedoch als Bohrungen ausgeführt. Sie sind in die Führungsscheibe 35b eingebracht, weisen eine Tangentialkomponente auf und verbinden das stromaufwärts der Führungsscheibe 35b mit Brennstoff bedrückte Volumen mit der Drallkammer 40. Die Führungsausnehmung 41 ist in die Führungsscheibe 35b eingebracht.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nimmt die durchströmbare Querschnittsflache zu Beginn des Abspritzvorgangs zu, bis die Querschnittsfläche an der Ventilsitzfläche 6 größer ist als die Querschnittsfläche des Spalts 31. Nach dem Austreten des stromabwärtigen Teils 32 der Ventilnadel 3 aus der Ausnehmung 33 und dem damit verbundenen sprunghaften Anstieg des freien Strömungsquerschnitts ist die, für die Zumessung des Brennstoffs relevante Drosselstelle die Summe der Querschnitte der Drallkanäle 39b.
In Fig. 4 ist ein Mehrlochventil als drittes Ausführungsbeispiel gezeigt. Stromabwärts der Ventilsitzfläche 6 schließt sich eine kalottenförmige Auswölbung des Ventilsitzkörpers 5 an, in welche die Abspritzöffnungen 7 eingebracht sind. Die Ausnehmung 33 ist länger als zur Ausbildung des Spaltes 31 erforderlich. Zum Ausbildung einer effektiven Länge 1 des Spalts 31 sind Zulaufnuten 44 in die Ausnehmung 33 eingebracht, die ab der effektiven Länge 1 des Spalts 31 zur stromaufwärtigen Seite des Ventilkδrpers 5 hin den Strömungsquerschnitt deutlich erhöhen. Durch Betätigen des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der stromabwärtige Teil 32 der Ventilnadel 3 in der Ausnehmung 33 so weit entgegen der Strömungsrichtung bewegt, bis der stromabwärtige Teil 32 der Ventilnadel 3 vollständig in dem Bereich der Zulaufnuten 44 liegt. Dadurch wird zwischen dem stromabwärtigen Ende der Zulaufnuten 44 und dem stromabwärtigen Teil 32 der Ventilnadel 3 ein vergrößerter Querschnitt freigegeben.
Die Zumessung des statischen Durchflusses wird bei vollständiger Öffnung des Brennstoffeinspritzventils 1 durch die Summe der Querschnittsflachen der Abspritzöffnungen 7 definiert. Die Summe der Querschnitte, die bei vollständiger Öffnung des Brennstoffeinspritzventils 1 am stromabwärtigen Ende der Zulaufnuten 44 freigegeben, ist wird durch die Anzahl und die Breite der Zulaufnuten 44 bestimmt.
In Fig. 5 ist qualitativ für ein Brennstoffeinspritzventil 1 nach dem Stand der Technik und für das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 der Verlauf des Brennstofflusses über dem Hub der Ventilnadel 3 aufgetragen. Der Verlauf für ein Brennstoffeinspritzventil nach dem Stand der Technik ist durch die Kurve A und für ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1 durch die Kurve B dargestellt. Bis zu einer Hublänge, die der Länge 1 des Spalts 31 entspricht, steigt der Durchfluß durch die kürzer werdende Spaltlänge geringfügig an, liegt aber deutlich unter dem eines Brennstoffeinspritzventil nach dem Stand der Technik. Mit dem weiteren Hub kommt es zu einem sehr steilen Anstieg, bis der Durchfluß durch die Zumessung an einer zweiten Drosselstelle begrenzt wird.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1) für
Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Ventilsitzkorper (5), in den eine Ventilsitzfläche (6) eingebracht ist, welche mit einem Ventilschließkorper (4), der mit einer Ventilnadel (3) in Wirkverbindung steht, zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und zumindest einer Abspritzöffnung (7) , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem stromabwärtigen Teil (32) der Ventilnadel (3) und einer auf der stromaufwärtigen Seite in den Ventilsitzkorper (5) eingebrachten Ausnehmung (33) im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils (1) ein Spalt (31) ausgebildet ist, dessen Höhe (1) kleiner ist als der Öffnungshub des Brennstoffeinspritzventils (1) .
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stromabwärtige Teil (32) der Ventilnadel (3) zylinderförmig ausgeführt ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (33) in dem Ventilsitzkorper (5) zylinder örmig ausgeführt ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (31) die Form eines Hohlzylinders hat, also ein Ringspalt ist .
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkorper (4) an einer stromabwärtigen Fläche (36) der Ventilnadel (3) angeordnet ist und seine radiale Ausdehnung kleiner als die radiale Ausdehnung des stromabwärtigen Teils (32) der Ventilnadel (3) ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer stromabwärtigen Fläche (36) der Ventilnadel (3) und einer Grundfläche (37) der Ausnehmung (33) des Ventilsitzkörpers (5) ein Abstand ist, so daß die kleinste zu durchströmende Querschnitts läche zwischen der stromabwärtigen Fläche (36) der Ventilnadel (3) und der Grundfläche (37) der Ausnehmung (33) des Ventilsitzkörpers (5) größer als die Querschnittsflache des Spalts (31) ist.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei vollständig abgehobenem Ventilschließkorper (4) der engste von dem Brennstoff zu durchströmende Querschnitt die Summe der Querschnittsflächen der Abspritzöffnungen (7) ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei vollständig abgehobenem Ventilschließkorper (4) der engste von dem Brennstoff zu durchströmende Querschnitt stromaufwärts des Spalts (31) angeordnet ist.
9. Brennstoff einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts des Spalts (31) ein drallbildendes Element (34) angeordnet ist.
10. Brennstoff einspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem drallbildenden Element (34) eine Drallkammer (40) ausgebildet ist.
11. Brennstoff einspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (3) eine Führungsausnehmung (41) durchdringt, die eine radiale Ausdehnung aufweist, die mit der radialen Ausdehnung der Ventilnadel (3) korrespondiert.
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