DE10056039A1

DE10056039A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10056039A1
Application number: DE10056039A
Authority: DE
Inventors: Franz Rieger; Thomas Ludwig; Hans Schlembach; Gottlob Haag; Ulrich Brenner; Michael Huebel; Juergen Stein; Udo Sieber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-11-11
Filing date: 2000-11-11
Publication date: 2002-05-16
Also published as: US20030127543A1; EP1332284A1; DE50102633D1; WO2002038947A1; JP2004513296A; EP1332284B1; KR20020063002A; US6814309B2

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere ein Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventilnadel (6), mit einem Ventilschließkörper (7), der mit einer Ventilsitzfläche (8) an einem Ventilsitzkörper (5) zu einem Dichtsitz (9) zusammenwirkt, weist stromabwärts des Dichtsitzes (9) mehrere Abspritzöffnungen (4, 12) auf, die gegenüber einem Brennstoffzulauf durch den Dichtsitz (9) abgedichtet sind. Stromabwärts des Dichtsitzes (9) ist ein Scheibenelement (10) angeordnet, wobei das Scheibenelement (10) zumindest einen Ventilabschnitt (11) hat, der bei einer Temperaturänderung seine Form ändert. Der Ventilabschnitt (11) ist mit einem Heizelement (13) verbunden und kann eine Abspritzöffnung (12) überdecken.

Description

Stand der Technik

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

Aus der DE 32 28 079 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das mehrere Abspritzöffnungen getrennt steuern kann. Das Brennstoffeinspritzventil weist zwei Ventilnadeln auf, die von jeweils einer Feder gegen jeweils einen Dichtsitz mit einer Vorspannkraft beaufschlagt werden. Wird die eine Ventilnadel um einen gewissen Vorhub aus ihrem Dichtsitz angehoben, so schlägt sie gegen einen Anschlag der anderen Ventilnadel an und nimmt beim weiteren Hub diese Ventilnadel mit. Die beiden Dichtsitze der beiden Ventilnadeln verschließen unterschiedliche Abspritzöffnungen, die unter unterschiedlichen Winkeln ausgerichtet sein können. Jedoch ist der Aufbau vielteilig, und es müssen zwei Dichtsitze präzise hergestellt werden, wodurch hohe Kosten entstehen. Weiter nachteilig ist, daß lediglich zwei Gruppen von Abspritzöffnungen getrennt angesteuert werden können und keine weitergehende Auswahl zu öffnender Abspritzöffnungen möglich ist.

Aus der DE 30 48 304 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einer Ventilnadel und einer Hilfsnadel in einer Bohrung der Ventilnadel bekannt. Die Ventilnadel wirkt an ihrem brennraumseitig als Ventilschließkörper ausgebildeten Abschnitt mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammen, der Abspritzöffnungen von einem Brennstoffzulauf trennt. Die in der Ventilnadel geführte Hilfsnadel weist ebenfalls einen Ventilschließkörper auf, der mit einer zweiten Ventilsitzfläche des Brennstoffeinspritzventils zusammenwirkt. Durch eine in der Ventilnadel gelegene Feder wird die Hilfsnadel gegen die Ventilnadel gezogen, zu der hin sie ebenfalls mit einer Ventilsitzfläche in der Ventilnadel einen Dichtsitz bildet. Wenn das hydraulisch betätigte Brennstoffeinspritzventil durch Anstieg des Druckes in der Brennstoffzuleitung zu öffnen beginnt, wird die Hilfsnadel aus ihrem Dichtsitz in der Ventilnadel gegen den Dichtsitz im Ventilkörper gedrückt und verschließt eine Gruppe von Abspritzöffnungen, während eine weitere Gruppe von Abspritzöffnungen geöffnet ist. Steigt der Druck weiter an, so wird die Ventilnadel von ihrem Dichtsitz abgehoben und nimmt nach einem bestimmten Hub die Hilfsnadel mit, die gegen einen Anschlag der Ventilnadel anschlägt. Alle Abspritzöffnungen werden dann freigegeben. Nachteilig ist, daß insgesamt drei präzise zu fertigende Dichtsitze erforderlich sind. Auch bei diesem Brennstoffeinspritzventil nach dem Stand der Technik können lediglich zwei Gruppen von Abspritzöffnungen getrennt angesteuert werden.

Aus der DE 31 20 044 C2 ist ebenfalls ein Brennstoffeinspritzventil mit zwei Ventilnadeln bekannt, mit dem Abspritzöffnungen in zwei Gruppen geöffnet werden können. Dabei wird die eine Ventilnadel im Inneren der anderen, als Hohlnadel ausgebildeten Ventilnadel geführt. Diese als Hohlnadel ausgebildete Ventilnadel weist an ihrem brennraumseitigen Ende Abspritzöffnungen auf. Nachteilig ist, daß die Hohlnadel sehr aufwendig zu fertigen ist, da sie auch Abspritzöffnungen aufweist und somit an einem Bauteil zwei Funktionen, die jeweils eine präzise Herstellung des Bauteils erfordern, vereint sind.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, eine kostengünstige und fertigungstechnisch gut umzusetzende Lösung für die Ansteuerung zu öffnender Abspritzöffnungen zu bieten, da die Abspritzöffnungen zu ihrem getrennten Öffnen keinen weiteren, präzise zu fertigenden Dichtsitz erfordern, sondern die Abspritzöffnungen, die einem Ventilabschnitt zugeordnet sind, dann unabhängig geöffnet werden können, wenn das jeweilige Heizelement des Ventilabschnitts getrennt von dem Ventilschließkörper angesteuert wird. Maximal können so alle Abspritzöffnungen getrennt ausgewählt werden, wenn allen Abspritzöffnungen jeweils ein Ventilabschnitt zugeordnet ist und die jeweiligen Heizelemente voneinander getrennt ansteuerbar sind. Sobald der Ventilschließkörper öffnet, spritzen nur die von ihren Ventilabschnitten nicht überdeckten Abspritzöffnungen Brennstoff ab.

Insbesondere kann die Verteilung des Brennstoffs im Strahlbild des Brennstoffeinspritzventils durch die Auswahl der Abspritzöffnungen vorteilhaft beeinflußt werden.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Vorteilhaft kann zumindest der Ventilabschnitt des Scheibenelements aus Bimetall bestehen und die Schichtung des Bimetalls so ausgeführt sein, daß der Ventilabschnitt bei Erwärmung die Abspritzöffnungen freigibt.

Alternativ kann zumindest der Ventilabschnitt des Scheibenelements aus Bimetall bestehen und die Schichtung des Bimetalls so ausgeführt sein, daß die Ventilabschnitte des Scheibenelements die Abspritzöffnungen bei Erwärmung überdecken.

In einer günstigen Ausführungsform ist zumindest der Ventilabschnitt des Scheibenelements aus einer Formgedächtnislegierung (shape memory alloy) gefertigt, insbesondere einer Formgedächtnislegierung, die einen Zweiwegeffekt aufweist.

Vorteilhaft können die Heizelemente aus auf den Ventilabschnitten angebrachten, elektrischen Heizdrähten bestehen.

Maximal können bei einem Scheibenelement dann alle Ventilabschnitte einzeln ausgewählt und geöffnet werden, wenn für jeden der Heizdrähte eine eigene Ansteuerleitung vorgesehen wird.

Günstig weist der Ventilsitzkörper bzw. die Abspritzöffnungsplatte einen zweiten Lochkreis aus Abspritzöffnungen auf, radial außen zum ersten Lochkreis gelegen, und sind den Abspritzöffnungen des zweiten Lochkreises entsprechend geformte Ventilabschnitte des Scheibenelements zugeordnet.

Die Abspritzöffnungen können vorteilhaft unterschiedliche Abspritzwinkel, Öffnungsdurchmesser und axiale Längen aufweisen.

Zeichnung

Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Brennstoff einspritzventils ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils mit geschlossener Ventilnadel und überdeckten Abspritzöffnungen in einer geschnittenen Darstellung,

Fig. 2 den gleichen Ausschnitt wie Fig. 1 mit freigegebenen Abspritzöffnungen,

Fig. 3 die Schnittebene III-III in Fig. 1 in Aufsicht und

Fig. 4 den Detailausschnitt IV aus der Fig. 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt in einem Ausschnitt in einer geschnittenen Darstellung den Abschnitt eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils, der dem hier nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandt ist.

Ein Ventilkörper 1 ist z. B. über eine Schweißnaht 3 mit einer Abspritzöffnungsplatte 2, die Abspritzöffnungen 4 aufweist, verbunden und bildet zusammen mit dieser einen Ventilsitzkörper 5. Eine Ventilnadel 6 weist an ihrem dem nicht dargestellten Brennraum zugewandten Ende einen Ventilschließkörper 7 auf. Der Ventilschließkörper 7 wirkt mit einer im Ventilkörper 1 vorgesehenen, z. B. kegelstumpfförmigen Ventilsitzfläche 8 zu einem Dichtsitz 9 zusammen. Ein Scheibenelement 10 ist an der Abspritzöffnungsplatte 2 angeordnet und wird an der Abspritzöffnungsplatte 2 durch den Ventilkörper 1 gehalten. Das Scheibenelement 10 weist radial nach innen ragende Ventilabschnitte 11 auf, die in einem Lochkreis 19 angeordnete, äußere Abspritzöffnungen 12 bei normaler Betriebstemperatur überdecken. Auf den Ventilabschnitten 11 sind Heizelemente 13 angeordnet. Die Ventilabschnitte 11 sind als radial zur Mitte hin zeigende Zungen 17 ausgeführt. In dem Ausführungsbeispiel ist das Scheibenelement 10 aus Bimetall gebildet, dessen Schichtung so geformt ist, daß bei niedriger Temperatur die Ventilabschnitte 11 die äußeren Abspritzöffnungen 12 überdecken, wenn die Heizelemente 13 die Ventilabschnitte 11 nicht zusätzlich erwärmen.

Fig. 1 zeigt das Brennstoffeinspritzventil in geschlossenem Zustand. Die Heizelemente 13 sind nicht angesteuert, und die Ventilabschnitte 11 des Scheibenelements 10 weisen die normale Betriebstemperatur oder eine geringere auf. Durch die Auslegung des Bimetalls werden die Ventilabschnitte 11 auf die kreisförmig angeordneten, äußeren Abspritzöffnungen 12 gedrückt und verschließen diese. Wenn nun die Ventilnadel 6 aus dem Dichtsitz 9 angehoben wird, kann der Brennstoff nur aus den nicht überdeckten Abspritzöffnungen 4 z. B. eines inneren Lochkreises 18 austreten. Allein diese Abspritzöffnungen 4 bestimmen das Strahlbild des Brennstoffs.

In Fig. 2 ist dasselbe Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung zeigt denselben Ausschnitt; daher sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Jedoch ist das Brennstoffeinspritzventil mit durch Erwärmung angesteuerten Ventilabschnitten 11 des Scheibenelements 10 dargestellt.

Der Ventilkörper 1 ist über die Schweißnaht 3 mit der die Abspritzöffnungen 4 enthaltenden Abspritzöffnungsplatte 2 verbunden und bildet zusammen mit dieser einen Ventilsitzkörper 5. Die Ventilnadel 6 ist mit dem Ventilschließkörper 7 einstückig ausgebildet. Der Ventilschließkörper 7 wirkt mit der im Ventilkörper 1 ausgeformten Ventilsitzfläche 8 zu einem Dichtsitz 9 zusammen. Das Scheibenelement 10 ist an der Abspritzöffnungsplatte 2 angeordnet und wird an der Abspritzöffnungsplatte 2 durch den Ventilkörper 1 gehalten. Die Ventilabschnitte 11 mit den zugehörigen Heizelementen 13 sind über den den zweiten Lochkreis 19 bildenden, äußeren Abspritzöffnungen 12 angeordnet.

Das Brennstoffeinspritzventil ist in geschlossenem Zustand dargestellt. Die Heizelemente 13 erwärmen die Ventilabschnitte 11 zusätzlich. Dadurch biegen sich die Ventilabschnitte 11 von den zugeordneten, äußeren Abspritzöffnungen 12 weg und geben diese frei. Wenn nun die Ventilnadel 6 aus dem Dichtsitz 9 angehoben wird, kann der Brennstoff aus allen, nicht überdeckten Abspritzöffnungen 4, 12 austreten. Dargestellt sind zwei Ventilabschnitte 11, die ihre jeweilige, äußere Abspritzöffnung 12 freigeben. Die Anzahl der getrennt freigebbaren Abspritzöffnungen 12 hängt demnach allein von der Möglichkeit, die Heizelemente 13 getrennt anzusteuern, ab. Vorteilhaft wird in dem Zeitraum, indem das Brennstoffeinspritzventil geschlossen ist, die Anzahl freizugebender Abspritzöffnungen 12 durch Ansteuern der zugehörigen Heizelemente 13 ausgewählt. Das Öffnen des Brennstoffeinspritzventils erfolgt dann durch die Ventilnadel 6 genauso exakt und rasch, wie bei einem Brennstoffeinspritzventil nach dem Stand der Technik.

Fig. 3 zeigt die Schnittebene III-III der Fig. 1. In der Abspritzöffnungsplatte 2 sind die Abspritzöffnungen 4 angeordnet. Die Ventilabschnitte 11 überdecken die äußeren Abspritzöffnungen 12. Auf den Ventilabschnitten 11 sind die Heizelemente 13 angeordnet. Die Heizelemente 13 sind z. B. als Heizdrähte ausgebildet, die über einen gemeinsamen Anschlußdraht 14 verbunden sind. Die Heizelemente 13 können in der vorliegenden Ausführung der Erfindung für den äußeren Lochkreis 19 gemeinsam betätigt werden.

Fig. 4 zeigt das Detail IV der Fig. 2. In der Abspritzöffnungsplatte 2 ist die Abspritzöffnung 4 angeordnet, die eine äußere Abspritzöffnung 12 ist. Der Ventilabschnitt 11 wird von dem Heizelement 13 erwärmt und ist daher von der äußeren Abspritzöffnung 12 abgehoben. Der das Scheibenelement 10 und den Ventilabschnitt 11 fixierende Ventilkörper 1 ist mit seiner Kante noch erkennbar. Der aus Bimetall ausgeführte Ventilabschnitt 11 weist eine obere Schicht 15 geringerer Wärmeausdehnung und eine untere Schicht 16 höherer Wärmeausdehnung auf. Die Durchflußrichtung des Brennstoffs, wenn das Brennstoffeinspritzventil geöffnet wird, ist durch Pfeile angedeutet.

Alternativ kann der Ventilabschnitt 11 auch in einer Formgedächtnislegierung (shape form alloy) ausgeführt werden, insbesondere einer solchen, die ein sogenanntes Zweiwegeverhalten zeigt. Bei dieser ist die Verformung abhängig von der Temperaturerhöhung und umkehrbar bei Temperaturerniedrigung.

Durch unterschiedliche Auslegung der Winkel, unter denen die äußeren Abspritzöffnungen 12 und die übrigen Abspritzöffnungen 4 eingebracht sind, kann der Winkel eines Brennstoffeinspritzkegels insgesamt beeinflußt werden. Vorteilhaft ermöglicht die erfindungsgemäße Ausführung eines Brennstoffeinspritzventils eine hohe Schaltfrequenz. Die erfindungsgemäße Ausführung ist auch kostengünstig zu realisieren.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil, insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem Ventilschließkörper (7), der mit einer Ventilsitzfläche (8) in einem Ventilsitzkörper (5) zu einem Dichtsitz (9) zusammenwirkt, wobei stromabwärts des Dichtsitzes (9) mehrere Abspritzöffnungen (4, 12) angeordnet sind, die gegenüber einem Brennstoffzulauf durch den Dichtsitz (9) abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts des Dichtsitzes (9) ein Scheibenelement (10) angeordnet ist, wobei das Scheibenelement (10) zumindest einen Ventilabschnitt (11) hat, der bei einer Temperaturänderung seine Form ändert, der Ventilabschnitt (11) mit einem Heizelement (13) verbunden ist und der Ventilabschnitt (11) eine Abspritzöffnung (12) überdecken kann.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Ventilabschnitt (11) des Scheibenelements (10) aus Bimetall besteht.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schichtung des Bimetalls die Ventilabschnitte (11) des Scheibenelements (10) bei Erwärmung die Abspritzöffnungen (12) freigeben.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schichtung des Bimetalls die Ventilabschnitte (11) des Scheibenelements (10) die Abspritzöffnungen (12) bei Erwärmung überdecken.

5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Ventilabschnitt (11) des Scheibenelements (10) aus einer Formgedächtnislegierung (shape memory alloy) besteht.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgedächtnislegierung einen Zweiwegeffekt aufweist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (13) aus auf den Ventilabschnitten (11) angebrachten, elektrischen Heizdrähten bestehen.

8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilabschnitte (11) als radial nach innen ausgerichtete Zungen (17) des Scheibenelements (10) ausgebildet sind und ein Teil der Abspritzöffnungen (12) in einem äußeren Lochkreis (19) den Ventilabschnitten (11) des Scheibenelements (10) zugeordnet ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen (4, 12) in einem inneren Lochkreis (18) und einem äußeren Lochkreis (19) am Ventilsitzkörper (5) bzw. an einer Abspritzöffnungsplatte (2) angeordnet sind.

10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen (4, 12) unterschiedliche Abspritzwinkel aufweisen.

11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen (4, 12) unterschiedliche Öffnungsdurchmesser und/oder unterschiedliche, axiale Längen aufweisen.

12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (7) über eine Ventilnadel (6) mittels eines elektromagnetischen oder piezoelektrischen Aktors betätigbar ist.

13. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen (4, 12) in einer Abspritzöffnungsplatte (2) eingebracht sind, die fest mit einem den Dichtsitz (9) aufweisenden Ventilkörper (1) verbunden ist.