DE10050751B4

DE10050751B4 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10050751B4
Application number: DE10050751A
Authority: DE
Inventors: Thomas Sebastian; Jens Pohlmann; Martin Dr. Maier; Guenter Dantes; Detlef Nowak; Joerg Heyse; Joerg Schlerfer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2020-10-14
Also published as: WO2002031353A1; DE10050751A1; JP2004511703A; EP1328722A1; US6824085B2; WO2002031353A8; US20030116659A1

Abstract

Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilschließkörper (4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, einen Dichtsitz bildet, und mehreren Abspritzöffnungen (7) zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine, wobei die Abspritzöffnungen (7) mit jeweils mindestens einer Drallnut (37a) so in Verbindung stehen, daß eine Außenkante (38) der Drallnuten (37a) mit einer umfänglichen Kante (39) der Abspritzöffnungen (7) teilweise zusammenfällt und die Drallnuten (37a) sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse (41) der ihnen zugeordneten Abspritzöffnung (7) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallnuten (37a) über Einmündungen (40) in die Abspritzöffnungen (7) einmünden, wobei sich die Drallnuten (37a) als Drallnuten (37b) in die Abspritzöffnungen (7) fortsetzen und sich in den Abspritzöffnungen (7) bis zu abströmseitigen Ausmündungen (43) erstrecken.

Description

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

Beispielsweise ist aus der DE 38 08 396 C2 ein Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem symmetrisch zu einer Längsachse ausgebildeten Ventilgehäuse, in dem ein Ventilschließkörper angeordnet ist, bekannt. Der Ventilschließkörper arbeitet mit einer Ventilsitzfläche zusammen. Weiterhin ist eine stromabwärts der Ventilsitzfläche gelegene zentrale Kammer vorgesehen. Von der zentralen Kammer ausgehend verlaufen wenigstens zwei Tangentialkanäle radial nach außen, von denen jeder tangential in je einen Drallraum mündet, von dessen Zentrum je eine Abspritzöffnung für eine Brennstoffabgabe nach außen führt.

Auch aus der DE 41 31 499 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das eine Ventilsitzfläche aufweist, die außerhalb einer Dichtfläche in einem Drallabschnitt mit vier Drallkanälen versehen ist, die mit einer seitlichen Abstandslage zu einer Ventillängsachse in einen Abspritzkanal einmünden.

Nachteilig an den aus den obengenannten Druckschriften bekannten Brennstoffeinspritzventilen ist insbesondere die unvollständige Drallerzeugung, die sich nicht auf den gesamten Brennstoff erstreckt, da ein Teil desselben achsparallel durch die Spritzlöcher strömt. Dadurch kommt es zu unkontrollierbaren Abweichungen in der Form und dem Kegelöffnungswinkel der Gemischwolke, was zu einer unvollständigen Verbrennung führt.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ein Brennstoffeinspitzventil anzugeben, welches eine Verdrallung der gesamten abgespritzten Brennstoffmenge pro Einspritztakt und eine verbesserte Aufbereitung der Gemischwolke ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Drall bereits beim Zulauf zu den Abspritzöffnungen erzeugt wird und durch die in die Abspritzöffnungen reichenden Drallnuten weiter verstärkt und homogenisiert werden kann. Die Drallnuten sind dabei in der Stirnfläche des Ventilsitzkörpers so ausgebildet, daß sie nahezu senkrecht zu einer Längsachse der jeweiligen Abspritzöffnung stehen.

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

Insbesondere ist vorteilhaft, daß durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils die Vorzüge eines Mehrloch-Brennstoffeinspritzventils mit denen eines Brennstoffeinspritzventils mit Drallaufbereitung kombiniert werden können, wodurch die jeweiligen Nachteile der Einzellösungen wirksam beseitigt werden.

Von Vorteil ist außerdem, daß die Drallnuten unter beliebigen Winkeln relativ beispielsweise zu einer Umfangsrichtung des Brennstoffeinspritzventils, aber senkrecht zur Längsachse der Abspritzöffnungen in die Abspritzöffnungen einmünden. Die Orientierung kann damit an verschiedene Arten der Brennstoffzuführung angepaßt werden.

Von Vorteil ist auch, daß die Anzahl der Abspritzöffnungen sowie der zugehörigen Drallnuten dabei beliebig ist und an das Brennstoffeinspritzventil in einfacher Weise angepaßt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils,
2 einen schematischen Ausschnitt aus dem in 1 dargestellten erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventil im Bereich II in 1, und
3 einen schematischen Schnitt entlang der Linie III-III in 2 durch das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil.
Ein in 1 dargestelltes 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 mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Ventilsitzkörper 5 ist in eine Ausnehmung des Düsenkörpers 2 einsetzbar. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über mehrere Abspritzöffnungen 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 ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird. Zur Führung der Ventilnadel 3 ist im Bereich des Dichtsitzes ein Führungselement 34 vorgesehen, welches beispielsweise als kardanische Ventilnadelführung ausgeführt sein kann, um Mittenversatz und Verkanten der Ventilnadel 3 zu unterbinden.
Ein zweiter Flansch 31, welcher mit der Ventilnadel 3 über eine Schweißnaht 33 verbunden ist, dient als unterer Ankeranschlag. Ein elastischer Zwischenring 32, welcher auf dem zweiten Flansch 31 aufliegt, vermeidet Prellen beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1.
In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 sowie im Führungselement 34 verlaufen Brennstoffkanäle 30a bis 30c. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet.
In einer zulaufseitigen Stirnfläche 35 des Ventilsitzkörpers 5 sind angrenzend an zulaufseitige Mündungen 36 der Abspritzöffnungen 7 Drallnuten 37a ausgebildet, die beispielsweise mittels Prägen oder Laserbearbeitung in die Oberfläche des Ventilsitzkörpers 5 eingebracht sind. Die Drallnuten 37a an der Oberfläche des Ventilsitzkörpers 5 setzen sich vorzugsweise in Drallnuten 37b in den Abspritzöffnungen 7 fort, wobei sie spiralförmig an Innenwandungen 42 der Abspritzöffnungen 7 verlaufen und sich bis zu abströmseitigen Ausmündungen 43 der Abspritzöffnungen 7 erstrecken. Eine detaillierte Darstellung der Drallnuten 37a und 37b ist den 2 und 3 zu entnehmen.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 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 12 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und Brennstoff wird abgespritzt.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
2 zeigt einen schematischen Ausschnitt aus dem in 1 dargestellten erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventil 1. Gleiche Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Der das Brennstoffeinspritzventil 1 durchfließende Brennstoff erreicht nach Passieren des Dichtsitzes die zulaufseitige Stirnfläche 35 des Ventilsitzkörpers 5, in welchem die Abspritzöffnungen 7 ausgebildet sind. Dabei tritt der Brennstoff zunächst in die Drallnuten 37a, die in der Stirnseite 35 ausgebildet sind, ein, und erhält dadurch einen Drall. Die Lage der Drallnuten 37a ist dabei zumindest nahezu senkrecht zu einer Längsachse 41 der Abspritzöffnungen 7 und in ihrem Verlauf parallel zu der Stirnfläche 35 des Ventilsitzkörpers 5. Die Drallnuten 37a setzen sich anschließend vorzugsweise ununterbrochen in die Drallnuten 37b in den Abspritzöffnungen 7 fort, wo sie an einer Innenwandung 42 der Abspritzöffnungen 7 spiralförmig in einer Abströmrichtung bis zu abströmseitigen Ausmündungen 43 der Abspritzöffnungen 7 verlaufen. Die abströmseitigen Ausmündungen 43 münden vorzugsweise direkt in den nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine ein.
Der durch die an der Stirnfläche 35 verlaufenden Drallnuten 37a erzeugte Drall wird durch das Durchlaufen der Abspritzöffnungen 7, in denen sich die Drallnuten 37b fortsetzen, verstärkt und homogenisiert. Dadurch kann bei geeigneter Wahl der Anordnung der Abspritzöffnungen 7 eine gleichmäßige stöchiometrische Gemischwolke im Brennraum erzeugt werden.
3 zeigt eine auszugsweise Schnittdarstellung entlang der Linie III-III durch das in 2 beschriebene Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1. Die Blickrichtung entspricht der Strömungsrichtung des Brennstoffs.
Der dargestellte Schnitt durch das abspritzseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 zeigt eine Aufsicht auf die zulaufseitige Stirnfläche 35 des Ventilsitzkörpers 5 mit den zulaufseitigen Mündungen 36 der Abspritzöffnungen 7. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind dabei acht Abspritzöffnungen 7 vorgesehen, die auf einem zum Umfang des Ventilsitzkörpers 5 konzentrischen Kreis angeordnet sind.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Drallnuten 37a, die in die zulaufseitigen Mündungen 36 der Abspritzöffnungen 7 einmünden, relativ zu den Mündungen 36 jeweils gleich orientiert, indem sie jeweils mit einer Außenkante 38 an einer umfänglichen Kante 39 der Abspritzöffnungen 7 anliegen. Dabei ist immer eine Drallnut 37a an der radial inneren Kante 39 und eine an der radial äußeren Kante 39 der Abspritzöffnungen 7 ausgebildet. Die Drallnuten 37a münden also im vorliegenden Ausführungsbeispiel um 180° gegeneinander versetzt in die Abspritzöffnungen 7 ein.
Im Bereich von Einmündungen 40 der Drallnuten 37a in die Abspritzöffnungen 7 ist die umfängliche Kante 39 der Abspritzöffnungen 7 abgesenkt, so daß der die Drallnuten 37a passierende Brennstoff ungehindert über die Einmündungen 40 in die Abspritzöffnungen 7 und in die sich an der Innenwandung 42 der Abspritzöffnungen 7 spiralförmig fortsetzenden Drallnuten 37b strömen kann.
Damit die in der Stirnfläche 35 ausgebildeten Drallnuten 37a dem zu den Abspritzöffnungen 7 strömenden Brennstoff einen Drall erteilen können, muß der Ventilschließkörper 4 im geöffneten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 in einem hinreichend kleinen Abstand vom Ventilsitzkörper 5 gehalten werden, da sonst der Brennstoff nahezu unbeeinflußt in die Abspritzöffnungen 7 strömt. Eine Verstärkung des Dralls kann dabei auch über die Tiefe der Drallnuten 37a in der zulaufseitigen Stirnfläche 35 des Ventilsitzkörpers 5 erzielt werden. Die Tiefe der Drallnuten 37a variiert dabei vorzugsweise über den Verlauf und ist im Bereich der Einmündungen 40 am größten.
Die Herstellung der Drallnuten 37a und 37b kann durch verschiedene Bearbeitungsverfahren erfolgen. Dabei ist insbesondere die Abtragung von Material von der Stirnfläche 35 des Ventilsitzkörpers 5 und von den Innenwandungen 42 der Abspritzöffnungen 7 durch Laserbearbeitung oder Erodieren vorteilhaft. Auch durch Prägung mittels geeigneter Werkzeuge bei der Herstellung des Ventilsitzkörpers 5 lassen sich insbesondere die in der Stirnfläche 35 ausgebildeten Drallnuten 37a in gewünschter Weise kostengünstig anbringen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und z. B. auch für Brennstoffeinspritzventile 1 mit einer kleineren oder größeren Anzahl von Abspritzöffnungen 7 in beliebiger Anordnung sowie für eine größere oder kleinere Anzahl von Drallnuten 37a und 37b anwendbar. Dabei können z. B. mehrere konzentrische Ringe von Abspritzöffnungen 7 gebildet werden, deren äußere mehr Drallnuten 37a und 37b aufweisen als die inneren. Ferner ist die Erfindung für beliebige Bauformen von Brennstoffeinspritzventilen 1 geeignet.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilschließkörper (4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, einen Dichtsitz bildet, und mehreren Abspritzöffnungen (7) zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine, wobei die Abspritzöffnungen (7) mit jeweils mindestens einer Drallnut (37a) so in Verbindung stehen, daß eine Außenkante (38) der Drallnuten (37a) mit einer umfänglichen Kante (39) der Abspritzöffnungen (7) teilweise zusammenfällt und die Drallnuten (37a) sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse (41) der ihnen zugeordneten Abspritzöffnung (7) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallnuten (37a) über Einmündungen (40) in die Abspritzöffnungen (7) einmünden, wobei sich die Drallnuten (37a) als Drallnuten (37b) in die Abspritzöffnungen (7) fortsetzen und sich in den Abspritzöffnungen (7) bis zu abströmseitigen Ausmündungen (43) erstrecken.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallnuten (37a) in eine zulaufseitige Stirnseite (35) des Ventilsitzkörpers (5) mittels Prägen, Erodieren oder Laserbearbeitung eingebracht sind.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Tiefe der Drallnuten (37a) zu den Abspritzöffnungen (7) hin zunimmt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Tiefe der Drallnuten (37a) an den Einmündungen (40) am größten ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallnuten (37b) in den Abspritzöffnungen (7) spiralförmig an Innenwandungen (42) der Abspritzöffnungen (7) verlaufen.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen (7) auf einem zum Umfang des Ventilsitzkörpers (5) konzentrischen Kreis angeordnet sind.