DE10004971A1

DE10004971A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10004971A1
Application number: DE10004971A
Authority: DE
Inventors: Norbert Keim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2001-08-09
Also published as: JP2001221122A; US20010022326A1; ITMI20010130A1; US6382534B2

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, umfaßt eine Magnetspule (8), einen in einer Schließrichtung von einer Rückstellfeder (10) beaufschlagten Anker (12) und eine mit dem Anker (12) kraftschlüssig in Verbindung stehende Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet. In dem Anker (12) und/oder in der Ventilnadel (3) ist zumindest ein Brennstoffkanal (16) vorgesehen, der von Brennstoff durchströmt wird. An der Ventilnadel (3) ist in Abspritzrichtung des Brennstoffkanals (16) ein Prallkörper (17) angeordnet.

Description

Stand der Technik

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

Aus der DE 196 26 576 A1 ist bereits ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei welchem zur elektromagnetischen Betätigung ein Anker mit einer elektrisch erregbaren Magnetspule zusammenwirkt und der Hub des Ankers über eine Ventilnadel auf einen Ventilschließkörper übertragen wird. Der Ventilschließkörper wirkt mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammen. Im Anker sind mehrere Brennstoffkanäle vorgesehen. Die Rückstellung des Ankers erfolgt mit einer Rückstellfeder.

Nachteilig an dem aus der DE 196 26 576 A1 bekannten Brennstoffeinspritzventil sind insbesondere die relativ langen Schließzeiten. Verzögerungen beim Schließen des Brennstoff einspritzventils werden durch die zwischen Anker und Innenpol wirkenden Adhäsionskräfte und den nicht instantan erfolgenden Abbau des Magnetfeldes bei Ausschalten des Erregerstroms hervorgerufen. Dies führt zu verbesserungswürdigen Zumeßzeiten und Zumeßmengen für den Brennstoff. Die Erzeugung hoher Schließkräfte durch eine hohe Federkraft der Rückstellfeder hat den Nachteil eines hohen Leistungsbedarfs für die Erregung der Magnetspule. Die Endstufe eines elektrischen Steuergeräts muß dann entsprechend aufwendig ausgelegt werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der mit der Ventilnadel verbundene Prallkörper den hydraulischen Impuls des in Abspritzrichtung durch zumindest einen Brennstoffkanal im Anker oder in der Ventilnadel strömenden Brennstoffs in eine schnellere Schließbewegung umsetzt.

Die Öffnungszeit bleibt durch die erfindungsgemäße Maßnahme weitgehend unbeeinträchtigt, da beim Öffnen des Brennstoff einspritzventils noch keine hydraulische Strömung vorhanden ist. Die schnellere Lösung des Ankers vom Innenpol durch einen Impulsübertrag des Brennstoffes auf den Prallkörper führt zu kürzeren Schließzeiten des Brennstoffeinspritzventils und damit zu kürzeren Brennstoffzumeßzeiten und präziseren Brennstoffzumeßmengen.

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

Von Vorteil ist die Ausbildung des Prallkörpers als Prallplatte, da sich diese Form durch eine geringe träge Masse auszeichnet.

Vorteilhaft ist auch die problemlose und kostengünstige Herstellung eines einstückig ausgebildeten Bauteils aus Ventilnadel und Prallkörper, welches beispielsweise als Drehteil hergestellt werden kann.

Zeichnung

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

Fig. 1 einen axialen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich II in Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein in Fig. 1 dargestelltes Brennstoffeinspritzventil 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer fremdgezündeten, gemischverdichtenden Brennkraftmaschine. Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt eine Magnetspule 8, die von einem magnetischen Rückflußkörper 9 umgeben ist, einen Kern 11 und einen Gehäusekörper 15, welcher mit einem Düsenkörper 2 verschweißt ist. Ein Anker 12, der durch eine Rückstellfeder 10 beaufschlagt ist, weist mindestens einen Brennstoffkanal 16 auf, im Ausführungsbeispiel in Form einer Bohrung, durch welchen der zentral zugeführte Brennstoff über eine Aussparung 13 zwischen einer Ventilnadel 3 und dem Düsenkörper 2 zum Dichtsitz geführt wird.

Der Anker 12 steht in Wirkverbindung mit der Ventilnadel 3, an welcher stromabwärts des Brennstoffkanals 16 ein Prallkörper 17 angeordnet ist. Der Prallkörper 17 ist im Ausführungsbeispiel scheibenförmig ausgeführt, mit der Ventilnadel 3 einstückig, z. B. als Drehteil, ausgebildet und besitzt eine solche Größe, daß wenigstens eine teilweise Überdeckung des Querschnitts des Brennstoffkanals 16 mit dem Prallkörper 17 bei einer Projektion in eine Ebene vorliegt. Durch die scheibenförmige Ausbildung weist der Prallkörper 17 im Verhältnis zu seiner Auftrefffläche 20 nur eine geringe träge Masse auf. Die Ventilnadel 3 ist am abspritzseitigen Ende zu einem Ventilschließkörper 4 ausgebildet. Der Ventilschließkörper 4 bildet mit einer Ventilsitzfläche 6, welche an einem Ventilsitzkörper 5 ausgebildet ist, einen Dichtsitz. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1. Im Ventilsitzkörper 5 ist eine Abspritzöffnung 7 ausgebildet.

Im geschlossenen Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 12 von der Rückstellfeder 10 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 8 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 12 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 10 in Hubrichtung bewegt. Der Anker 12 nimmt die Ventilnadel 3 mit dem formschlüssig daran angebrachten Prallkörper 17 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 im Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildete Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der über den Brennstoffkanal 16 und die Aussparung 13 zum Dichtsitz geleitete Brennstoff kann in die Abspritzöffnung 7 eintreten.

Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 12 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch die Kraft der Rückstellfeder 10 vom Kern 11 ab, wodurch sich die mit dem Anker 12 in Wirkverbindung stehende Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt, der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.

Fig. 2 zeigt in einer auszugsweisen, schematischen axialen Schnittdarstellung das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 im Bereich II in Fig. 1. Es werden in der vergrößerten Darstellung nur diejenigen Komponenten gezeigt, die in Bezug auf die Erfindung von wesentlicher Bedeutung sind. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.

Der Öffnungsvorgang des Brennstoffeinspritzventils 1 bleibt durch das Vorhandensein des Prallkörpers 17 weitgehend unbeeinflußt. Die Strömung, welche während des Öffnens aufgebaut wird, wird erst im oberen Hubbereich wirksam, was jedoch durch die bereits vollständig aufgebaute Magnetkraft kompensiert wird.

Wenn der die Magnetspule 8 erregende Strom abgeschaltet wird, wird der Anker 12 durch das Zusammenwirken verschiedener Kräfte in Abspritzrichtung beschleunigt. Die Federkraft der Rückstellfeder 10, welche schwach dimensioniert, ist, trägt bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils 1 dabei ebenso zur Gesamtkraft bei wie der Impuls des den Anker 12 durchströmenden Brennstoffs, welcher auf die Auftrefffläche 20 des Prallkörpers 17 und damit auf die Ventilnadel 3 übertragen wird. Auch ein geringfügiger Staudruck, welcher sich auf der zulaufseitigen Seite des Ankers 12 ausbildet, trägt zum schnellen Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 bei.

Der Weg des Brennstoffs durch den Brennstoffkanal 16 im Anker 12 ist in Fig. 2 schematisch durch die Pfeile 18 gekennzeichnet. Wenn der Brennstoff durch eine innere Ausnehmung 14 des Kerns 11 strömt, besitzt er einen Impuls p₁ = m . v₁, wobei m die Masse und v₁ die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs in der zentralen Ausnehmung 14 des Brennstoffeinspritzventils 1 bezeichnen. Der Querschnitt A₂ der Bohrung 16 im Anker 12 ist sehr viel kleiner als der Querschnitt A₁ der zentralen Ausnehmung 14, wodurch eine erhebliche Steigerung der Geschwindigkeit des Brennstoffs bzw. eine Erhöhung des Impulses aufgrund der Kontinuitätsgleichung A₁. v₁ = A_{2 .}v₂ bzw. A₁ . p₁ = A₂. p₂ zu verzeichnen ist. Der Impuls p₂ des Brennstoffs beim Austritt aus dem Brennstoffkanal 16 im Anker 12 ist somit erheblich größer als der Impuls p₁ des Brennstoffs in der Ausnehmung 14.

Wird der Prallkörper 17 in einem genügend kleinen Abstand d von einer abspritzseitigen Ankerstirnseite 19 an der Ventilnadel 3 angeordnet, kann der Impuls p₂ des Brennstoffs zur Beschleunigung des aus Anker 12, Ventilnadel 3 und Prallkörper 17 bestehenden Bauteils in Schließrichtung genutzt werden. Der übertragene Gesamtimpuls beträgt im Idealfall 2 . p₂, da beim Auftreffen des Brennstoffstrahls auf der Auftrefffläche 20 des Prallkörpers 17 und bei der Reflexion des Brennstoffstrahls jeweils der Impuls p₂ übertragen wird. Daher muß der Abstand d zwischen der Ankerstirnseite 19 und dem Prallkörper 17 so gewählt werden, daß einerseits die durch Verwirbelungen und Strahlaufweitung eintretenden Verluste des Impulses des Brennstoffs möglichst gering gehalten werden, andererseits aber der Brennstoffstrahl nach dem Aufprall auf dem Prallkörper 17 nicht so reflektiert wird, daß er an der Ankerstirnseite 19 nochmals aufprallt, weil sich dadurch der Impulsübertrag in Schließrichtung mit einem zweiten Impulsübertrag in Öffnungsrichtung überlagern würde. Dadurch wäre die beabsichtigte Wirkung des Impulsübertrags erheblich abgeschwächt.

Der Strömungsverlauf des Brennstoffs ist in Fig. 2 durch die Richtungspfeile 18 schematisch dargestellt. Durch eine leichte konische Abschrägung der Auftrefffläche 20 des Prallkörpers 17 in radialer Richtung kann der Brennstoffstrahl weiter in die gewünschte Richtung gelenkt werden.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und auch bei einer Vielzahl anderer Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1 realisierbar. Der Brennstoffkanal 16 kann auch zumindest teilweise durch die Ventilnadel 3 verlaufen. Bei einem nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventil 1 ist eine Strömungsrichtungsumkehr des Brennstoffkanals 16 erforderlich.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Magnetspule (8), einem in einer Schließrichtung von einer Rückstellfeder (10) beaufschlagten Anker (12) und einer mit dem Anker (12) kraftschlüssig in Verbindung stehenden Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, wobei in dem Anker (12) und/oder in der Ventilnadel (3) zumindest ein Brennstoffkanal (16) vorgesehen ist, der von Brennstoff durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ventilnadel (3) stromabwärts des Brennstoffkanals (16) ein Prallkörper (17) angeordnet ist, auf welchen der den Brennstoffkanal (16) durchströmende Brennstoff auftrifft.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (17) stromabwärts des abspritzseitigen Endes des Ankers (12) angeordnet ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffkanal (16) so dimensioniert ist, daß der den Brennstoffkanal (16) durchströmende Brennstoff beschleunigt wird.

4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (17) so mit der Ventilnadel (3) verbunden ist, daß der aus dem Brennstoffkanal (16) austretende Brennstoff senkrecht auf den Prallkörper (17) auftrifft.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Brennstoff auf den Prallkörper (17) übertragene Impuls den Prallkörper (17) mit der mit ihm verbundenen Ventilnadel (3) in Schließrichtung beschleunigt.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (17) plattenförmig ausgebildet ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (17) mit der Ventilnadel (3) einstückig ausgebildet ist.