DE10050055A1

DE10050055A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10050055A1
Application number: DE10050055A
Authority: DE
Inventors: Hubert Stier; Joerg Heyse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2002-04-18
Also published as: EP1327066A2; US6851629B2; RU2002117416A; WO2002031343A3; DE50110357D1; WO2002031343A2; JP2004511699A; EP1327066B1; US20030111562A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen umfaßt einen Ventilschließkörper (4), der mit einer Ventilnadel (3) in Wirkverbindung steht und der mit einer Ventilsitzfläche (6) eines Ventilsitzkörpers (5) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Ferner ist ein drallerzeugendes Element vorgesehen, das stromabwärts des Dichtsitzes in dem Ventilsitzkörper (5) angeordnet ist und dessen Mittelachse (38) vorzugsweise mit der Mittelachse (39) des Brennstoffeinspritzventils (1) einen von Null verschiedenen Winkel einschließt, wobei als drallbildendes Element eine Gewindestange (36) in den Ventilsitzkörper (5) eingepreßt ist.

Description

Stand der Technik

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

Brennstoffeinspritzventile, die stromabwärts eines Dichtsitzes ein drallerzeugendes Element besitzen sind z. B. aus der DE 31 21 572 A1 bekannt. Dabei ist in einer Bohrung, die koaxial zur Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils angeordnet ist und die von einem Dichtsitz zur Abspritzöffnung führt, ein zylindrisches Bauteil eingepreßt, das in der Zylindermantelfläche Nuten aufweist, die die beiden Zylinderstirnseiten miteinander verbinden. Die Nuten sind spiralförmig angeordnet und beaufschlagen die Brennstoffströmung bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil mit Drall. Zur Realisierung verschiedener Abspritzbilder des Brennstoffstrahls, können die Nuten hinsichtlich ihres Querschnitts und ihrer Steigung angepaßt werden. Die Zumessung des eingespritzten Brennstoffs wird ebenfalls über die Nuten eingestellt, die von dem Ventilsitzkörper zu geschlossenen Drallkanälen ergänzt werden.

Ein weiteres Brennstoffeinspritzventil ist aus der US 4,520,962 bekannt. Stromabwärts eines Kugelventils befindet sich ein Stab, in dessen Oberfläche Nuten eingebracht sind.

Diese Nuten sind zur Erzeugung eines Dralls ebenfalls spiralförmig angeordnet und werden von dem Ventilsitzkörper zu geschlossenen Drallkanälen ergänzt. Stromabwärts schließt sich unmittelbar eine konusförmig erweiterte Abspritzöffnung an.

Nachteilig bei den genannten Brennstoffeinspritzventilen ist die aufwendige Fertigung des zylinderförmigen Dralleinsatzes. Das Einbringen einzelner Drallnuten ist kosten- und zeitaufwendig. Dabei kommen meist spanende Bearbeitungstechnologien zum Einsatz, die aufgrund der Gratbildung beim Einbringen der Nuten eine Nachbearbeitung erfordern.

Weiterhin nachteilig auf die Kosten wirkt sich die hohe Präzision aus, die erforderlich ist, um die Ausbildung eines Nebenstromweges zu verhindern. Durch die Einhaltung einer Rundheitstoleranz hoher Güte wird die Abdichtung des Dralleinsatzes gegenüber dem Ventilsitzkörper erreicht. Dies hat eine vollständig durch die Drallkanäle geleitete Brennstoffströmung zu Folge.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Ausbildung von Drallkanälen durch die Gewindegänge einer Gewindestange ein preiswertes Bauteil zur Erzeugung einer Drallströmung eingesetzt werden kann. Der Dralleinsatz kann von langen Gewindestangen mit der erforderlichen Anzahl an Gewindegängen abgelängt werden.

Die Herstellung von Gewindestangen geschieht zumeist spanfrei durch Rollformen. Eine aufwendige Nachbearbeitung des Dralleinsatzes entfällt.

Weiterhin von Vorteil ist, daß durch eine Mehrzahl von Gewindegängen, die in eine Bohrung eingepreßt sind, die Anforderungen an die Rundheit reduziert werden können. In axialer Richtung dichten mehrere Gewindegänge gegenüber dem Ventilsitzkörper ab. Durch die so ausgebildete Labyrinthdichtung wird die Ausbildung eines axialen Nebenstromweges selbst bei großzügig tolerierten Bauteilen verhindert.

Zum gezielten Abspritzen des Brennstoffs in eine durch die Geometrie des Zylinderkopfs vorgegebene Richtung kann die Mittelachse der Bohrung zur Aufnahme des Dralleinsatzes gegen Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils einen von Null verschiedenen Winkel einschließen. Durch Neigung der ganzen drallerzeugenden Einheit gegenüber der Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils entfällt eine Umlenkung der drallbehafteten Brennstoffströmung mit den damit verbundenen Strömungsverlusten.

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

Durch eine stromabwärts an den Dralleinsatz anschließend angeordnete Drallkammer kann die Vergleichmäßigung des Dralls in der Brennstoffströmung beeinflußt werden und so eine Veränderung des Abspritzbildes erreicht werden.

Gleichzeitig bewirkt die Verringerung des Strömungsquerschnitts zu der Abspritzöffnung hin eine Zunahme des Dralls.

Weiterhin ist es möglich den Dralleinsatz von der stromabwärtigen Seite des Ventilsitzkörpers einzupressen. Dabei wird stromaufwärts des Dralleinsatzes ein Hohlraum erzeugt, durch den die Zumessung des abzuspritzenden Brennstoffs erfolgt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils;

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

Fig. 3 einen schematischen Teilschnitt im Ausschnitt II der Fig. 1 durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bevor anhand der Fig. 2 und 3 zwei 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 Bauteile 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 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 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 Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche beispielsweise über 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 Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.

In der Ventilnadelführung 14 und in dem Anker 20 verlaufen Brennstoffkanäle 30a, 30b. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Durch Brennstoffkanäle 30c, die zwischen dem Ventilschließkörper 4 und dem Ventilsitzkörper 5 entlang von Abflachungen 32 an dem Ventilschließkörper 4 verlaufen, wird der Brennstoff bis zu dem Dichtsitz geleitet. 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 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 und sich der Ventilschließkörper 4 in seiner stromabwärtig hubbegrenzenden Endposition befindet. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt. Der Anker 20 nimmt den 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 zu dem Ventildichtsitz gelangende Brennstoff strömt durch Drallkanäle 33 in eine Drallkammer 34, von dort zu der Abspritzöffnung 7 und wird 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 Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf, und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.

In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1 dargestellt. Stromabwärts des Dichtsitzes ist eine Bohrung 35 in den Ventilsitzkörper 5 eingebracht, in die eine Gewindestange 36 eingepreßt ist, stromabwärts derer sich eine konusförmige Verjüngung 37 an die Bohrung 35 anschließt, die in die Abspritzöffnung 7 ausmündet.

Die Mittelachse 38 der in dem Ventilsitzkörper 5 eingebrachten Bohrung 35 ist gegenüber der Mittelachse 39 des Brennstoffeinspritzventils 1 vorzugsweise um einen von Null verschiedenen Winkel geneigt. Der Durchmesser der Bohrung 35 korrespondiert mit dem Außendurchmesser der einzupressenden Gewindestange 36.

Die Gewindegänge der Gewindestange 36 werden durch die Bohrung 35 des Ventilsitzkörpers 5 zu Drallkanälen 33 verschlossen. Es verläuft zumindest ein vollständiger Gewindegang, vorzugsweise zumindest zwei vollständige Gewindegänge in der Bohrung 35. Die Verwendung von Gewindestangen 36 verschiedener Steigungen ermöglicht eine Veränderung der Drallerzeugung bei gleichem Außendurchmesser der Gewindestange 36 und erhöht somit den Anteil identisch zu fertigender Bauteile bei der Herstellung des Brennstoffeinspritzventils 1. Die Gewindestange 36 ist von stromaufwärtiger Seite in den Ventilsitzkörper 5 so weit eingepreßt, bis ihre stromabwärtige Stirnfläche 40b mit der konusförmigen Verjüngung 37 in Kontakt ist.

Die konusförmige Verjüngung 37 bildet, von der stromabwärtigen Stirnfläche 40b der Gewindestange 36 stromaufwärts begrenzt, eine Drallkammer 34 und mündet stromabwärts in die Abspritzöffnung 7. Die Drallkammer 34 ist durch die Drallkanäle 33 mit einem stromaufwärts der Gewindestange 36 ausgebildeten Hohlraum verbunden. Bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil 1 tritt Brennstoff in die Drallkammer 34 ein, wo sich der Drall vergleichmäßigt und durch die Verengung des Querschnitts verstärkt.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 dargestellt. Die Gewindestange 36 ist von der stromabwärtigen Seite in den Ventilsitzkörper 5 eingepreßt. Die Abspritzöffnung 7 ist in einer Spritzlochscheibe 42 angeordnet, die z. B. durch Schweißen an der stromabwärtigen Seite des Ventilsitzkörpers 5 befestigt ist.

Der Ventilsitzkörper 5 weist stromabwärts des Dichtsitzes eine Überströmbohrung 43 auf, deren Durchmesser kleiner ist, als der Kerndurchmesser der einzupressenden Gewindestange 36, und deren Mittelachse vorzugsweise mit der Mittelachse 38 einer sich stromabwärts anschließenden Bohrung 35 identisch ist und einen von Null verschiedenen Winkel mit der Mittelachse 39 des Brennstoffeinspritzventils 1 einschließt. Der Durchmesser der Bohrung 35 korrespondiert mit dem Außendurchmesser der einzupressenden Gewindestange 36. Das stromabwärtige Ende der Bohrung 35 tritt an der stromabwärtigen Seite aus dem Ventilsitzkörper 5 aus. Die stromabwärtige Seite des Ventilsitzkörpers 5 weist im Bereich der Bohrung 35 eine vorzugsweise ebene Fläche 44 auf, deren Flächennormale mit der Mittelachse der Bohrung 35 identisch ist.

Die Spritzlochscheibe 42 ist an dem Ventilsitzkörper 5 z. B. mittels Schweißverbindung befestigt. Die mit der Fläche 44 des Ventilsitzkörpers 5 in Kontakt stehende stromaufwärtige Seite 41 der Spritzlochscheibe 42 weist eine mit dem Ventilsitzkörper 5 korrespondierende Form auf. In der Spritzlochscheibe 42 ist die Abspritzöffnung 7 so eingebracht, daß die Mittelachse der Abspritzöffnung 7 identisch mit der Mittelachse 38 der Bohrung 35 ist, um ein symmetrisches Abspritzbild zu erreichen. Der Durchmesser der Abspritzöffnung 7 ist kleiner als der Durchmesser der Bohrung 35 und vorzugsweise auch kleiner als der Kerndurchmesser der Gewindestange 36. Die Spritzlochscheibe 42 kann kostengünstig z. B. als Stanzteil hergestellt werden.

Die eingepreßte Gewindestange 36 ist kürzer als die Bohrung 35. Zwischen der stromaufwärtigen Stirnfläche 40a der Gewindestange 36 und dem stromaufwärtigen Ende der Bohrung 35 ist ein Hohlraum 45 ausgebildet, dessen Höhe durch den Abstand der stromaufwärtigen Stirnfläche 40a der Gewindestange und des stromaufwärtigen Endes der Bohrung 35 bestimmt ist. Die Zumessung der Brennstoffmenge bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil 1 erfolgt durch eine zu durchströmende Zylindermantelfläche der Fläche F = H.2Rπ, mit H als Höhe des Hohlraums 45 und R als Radius der Überströmbohrung 43. Die Einstellung der Zumeßmenge des Brennstoffs kann über die Einpreßtiefe der Gewindestange 36 vorgenommen werden, deren Position die Höhe H des Hohlraums 45 festlegt.

Stromabwärts der Gewindestange 36 ist die Drallkammer 34 angeordnet, die zwischen der stromabwärtigen Stirnfläche 40b der Gewindestange 36 und der stromaufwärtigen Seite 41 der Spritzlochscheibe 42 ausgebildet ist. Der in der Brennstoffströmung ausgebildete Drall wird in der Drallkammer 34 vergleichmäßigt, bevor der Brennstoff durch die Abspritzöffnung 7 strömt und in den nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine abgespritzt wird.

Zur Ausbildung asymmetrischer Abspritzbilder können die Mittelachsen der Bohrungen 35, 43 bzw. der Abspritzöffnung 7 voneinander hinsichtlich Lage und Winkel verschieden sein. Die Aufbereitung des Dralls der Brennstoffströmung läßt sich durch die Verwendung von Gewindestangen 36 realisieren, deren Gewinde sich hinsichtlich des Verhältnisses aus Kern- und Außendurchmesser und/oder der Steigung unterscheiden. Ebenso kann der Einfluß von verschiedenen Längen der Gewindestangen 36 und der damit verbundenen unterschiedlichen Anzahl an drallbildenden Gewindegängen genutzt werden.

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

Scheibe

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 bis

30

c Brennstoffkanal

31

Führungsbohrung

32

Abflachung

33

Drallkanal

34

Drallkammer

35

Bohrung

36

Gewindestange

37

konusförmige Verjüngung

38

Mittelachse der Bohrung

35

39

Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils

1

40

a,

40

b Stirnfläche der Gewindestange

36

41

stromaufwärtige Seite der Spritzlochscheibe

42

Spritzlochscheibe

43

Überströmbohrung

44

Fläche

45

Hohlraum

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Ventilschließkörper (4), der mit einer Ventilnadel (3) in Wirkverbindung steht und der mit einer Ventilsitzfläche (6) eines Ventilsitzkörpers (5) zu einem. Dichtsitz zusammenwirkt, mit einem drallerzeugenden Element, das stromabwärts des Dichtsitzes in dem Ventilsitzkörper (5) angeordnet ist, und mit einer Abspritzöffnung (7), dadurch gekennzeichnet, daß das drallbildende Element eine Gewindestange (36) ist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (38) der Gewindestange (36) mit der Mittelachse (39) des Brennstoffeinspritzventils (1) einen von Null verschiedenen Winkel einschließt.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Gewindestange (36) stromabwärts eine Drallkammer (34) anschließt, die in axialer Richtung von der stromabwärtigen Stirnfläche (40b) der Gewindestange (36) und dem Ventilsitzkörper (5) begrenzt ist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Gewindestange (36) stromabwärts eine Drallkammer (34) anschließt, die in axialer Richtung von der stromabwärtigen Stirnfläche (40b) der Gewindestange (36) und der stromaufwärtigen Seite (47) einer Spritzlochscheibe (42) begrenzt ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Ausdehnung der Abspritzöffnung (7) kleiner ist als der Außendurchmesser der Gewindestange (36).

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnung (7) in der Spritzlochscheibe (42) eingebracht ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindestange (36) von stromaufwärtiger Seite des Ventilsitzkörpers (5) in eine Bohrung (35) in dem Ventilsitzkörper (5) einpreßbar ist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindestange (36) von strombwärtiger Seite des Ventilsitzkörpers (5) in eine Bohrung (35) in dem Ventilsitzkörper (5) einpreßbar ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts einer Überströmbohrung (43), deren Durchmesser kleiner ist als der Kerndurchmesser der Gewindestange (36), zwischen der stromaufwärtigen Stirnfläche (40a) der Gewindestange (36) und dem Ventilsitzkörper (5) ein Hohlraum (45) ausgebildet ist, dessen engster Strömungsquerschnitt die Zumessung der abzuspritzenden Brennstoffmenge definiert.

10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der engste Strömungsquerschnitt des Hohlraums durch die Fläche F eines Zylindermantels zu F = H.2Rπ bestimmt ist, mit H als dem axialen Abstand zwischen stromaufwärtiger Stirnfläche (40a) und dem stromaufwärtigen Ende der Bohrung (35) und R als dem Radius der Überströmbohrung (43).

11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der eingepreßten Gewindestange (36) zumindest einen vollständigen Gewindegang umfaßt.