DE10051896A1

DE10051896A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10051896A1
Application number: DE2000151896
Authority: DE
Inventors: Hubert Stier; Norbert Keim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2002-05-02
Also published as: EP1213474A2; EP1213474A3; JP2002138924A

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine, umfaßt einen Ventilsitzkörper (5), eine darin angeordnete Ventilsitzfläche (6) und eine Ventilnadel (3), mit der ein Ventilschließkörper (4) in Wirkverbindung steht, der mit der Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei in dem Ventilsitzkörper (5) stromabwärts der Ventilsitzfläche (6) eine Ausnehmung (32) eingebracht ist, die mit einem an dem Ventilverschließkörper (4) befindlichen Führungszapfen (31) zu einer Führung der Ventilnadel (3) zusammenwirkt.

Description

Stand der Technik

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

Aus der DE 42 31 448 C1 ist ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil bekannt, daß einen kugelförmigen Ventilschließkörper aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche in einem Ventilsitzkörper zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der Ventilschließkörper stromaufwärts des Dichtsitzes über seinen Umfang in einer zentralen Bohrung des Ventilsitzkörpers geführt wird. Zur Führung des Brennstoffs von dem bedrückten Volumen stromaufwärts des Ventilsitzkörpers zur Abspritzöffnung stromabwärts des Dichtsitzes dienen dabei Brennstoffkanäle, die als zur Mittelachse der Bohrung offene Nuten in die Wand der Bohrung eingebracht sind und die durch den Ventilschließkörper zumindest auf einem Teil ihrer Länge verschlossen sind. Die Brennstoffkanäle können zur Bildung eines Dralls spiralförmig angeordnet sein und münden in eine umlaufende Nut stromaufwärts des Dichtsitzes aus. Stromabwärts des Dichtsitzes schließt sich eine Abspritzöffnung an, an deren Eintrittsseite ein umlaufender Steg für eine gezielte Störung der Strömung sorgt. Mittels Länge und Durchmesser der Abspritzöffnung und mittels der Geometrie des Steges kann der Öffnungswinkel des Spritzkegels eingestellt werden.

Weiterhin ist aus der DT 25 43 805 A1 ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil bekannt, in dem eine Ventilnadel stromaufwärts des kegelförmig ausgebildeten Dichtsitzes in einer zylinderförmigen Ausnehmung des Düsenkörpers geführt ist. Zur Erzeugung eines Dralls weist die Ventilnadel im Bereich der Führung Nuten auf, die spiralförmig ausgebildet sind. Die Nuten münden in einen fertigungstechnisch bedingten Hinterschnitt, dem so die Funktion einer Drallkammer zukommt.

Nachteilig bei beiden genannten Brennstoffeinspritzventilen ist, daß bei der gezeigten Drallaufbereitung stromaufwärts des Dichtsitzes beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils ein Vorstrahl ohne Drall entsteht.

Weiterhin von Nachteil ist, daß die Führung des Ventilschließkörpers bei der DE 42 31 448 C1 lediglich linienförmig erfolgt und daher die Abdichtung des Ventilschließkörpers gegen das Führungselement schwierig ist und die drallbildenden Nuten nur an einer Stelle zu Kanälen geschlossen sind. Bei dem Brennstoffeinspritzventil nach der DT 25 43 805 A1 ist die Dichtung durch eine zylinderförmige Ausbildung des Führungselements vereinfacht. Die Führung ist in axialer Richtung jedoch weit von dem Dichtsitz entfernt. Eine stabile Ausführung der Ventilnadel zur Vermeidung von Forminstabilität ist daher erforderlich. Die im Betriebsfall zu bewegenden Massen vergrößern sich erheblich.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß die Führung direkt an dem Ventilschließkörper angeordnet ist. Die Ventilnadel kann dadurch sehr leicht ausgeführt sein. Durch Führung über eine zylinderförmige Fläche kann zudem die Ausbildung eines Winkelfehlers zwischen der Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils und der Mittelachse des Ventilschließkörpers verhindert werden.

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

Das drallbildende Element ist unmittelbar vor der Abspritzbohrung angeordnet. Somit wird auch beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils bereits ein Drall erzeugt, da sich stromabwärts des drallbildenden Elements kein mit Brennstoff befülltes Volumen befindet, aus dem Brennstoff ohne Drall in den Brennraum eingespritzt werden kann.

Weiterhin von Vorteil ist, daß die Strömungsführung des Brennstoffs stromaufwärts des Dichtsitzes keinen Einfluß auf die Aufbereitung des Dralls hat, was zu einer größeren Fertigungsrobustheit führt.

Durch die einstückige Ausführung des drallbildenden Elements und der Zumessung des Brennstoffs für das geöffnete Brennstoffeinspritzventil ist ferner eine Wechselwirkung verschiedener Bauteile mit Einfluß auf das Abspritzbild ausgeschlossen.

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 erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil;

Fig. 2 einen schematischen Teilschnitt im Ausschnitt II der Fig. 1 durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils,

Fig. 3A einen schematischen Teilschnitt im Ausschnitt III der Fig. 2 durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und

Fig. 3B einen schematischen Teilschnitt im Ausschnitt III der Fig. 2 durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzven tils.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bevor anhand der Fig. 2 und 3 Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 bzw. einer Ventilschließkörperführung mit integrierter Drallerzeugung 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 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraft maschinen 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 nach innen öffnendes elektromagnetisch betätigtes Brennstoffein spritzventil 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 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 Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.

In der Ventilnadelführung 14 und im Anker 20 verlaufen Brennstoffkanäle 30a und 30b, die den Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, zu dem Ventilsitzkörper 5 leiten. 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. 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 mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der über die Brennstoffkanäle 30a und 30b zur Abspritzöffnung 7 gelangende Brennstoff 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.

Bei dem erfindungsgemäß ausgeführten Brennstoff einspritzventil 1 befindet sich in dem Ventilsitzkörper 5 eine Ausnehmung 32, die mit einem Führungszapfen 31, der stromabwärts des Dichtsitzes an dem Ventilschließkörper 4 angeordnet ist, zu einer Führung zusammenwirkt. Zur Strömungsführung des Brennstoffs ist mindestens ein strömungsführendes Element 33 in die Führung eingebracht, welches bei bestromtem Brennstoffeinspritzventil 1 und damit bei vom Ventilsitzkörper 5 abgehobenen Ventilschließ körper 4, den Brennstoff zu der Abspritzöffnung 7 leitet.

Der Ventilsitzkörper 5 weist eine Durchgangsöffnung auf, die auf der stromaufwärtigen Seite des Ventilsitzkörpers 5 zu der Ventilsitzfläche 6 aufgeweitet ist. Stromabwärts ist im Anschluß die Ausnehmung 32 zur Führung des Ventilschließkörpers 4 angeordnet. Am stromabwärtigen Ende der Durchgangsöffnung schließt sich die Abspritzöffnung 7 an. Die Ausnehmung 32 korrespondiert mit dem Führungszapfen 31 dergestalt, daß der Führungszapfen 31 von stromaufwärtiger Seite des Ventilsitzkörpers 5 in die Ausnehmung 32 mindestens so weit einbringbar ist, bis der Ventilschließkörper 5 und die Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage zueinander sind. Die radiale Ausdehnung von Führungszapfen 31 und Ausnehmung 32 sind zueinander so bemessen, daß der sich ausbildende Spalt hydraulisch dichtend ist. In axialer Richtung ist der Führungszapfen 31 in der Ausnehmung 32 leicht verschieblich.

Der Ventilschließkörper 4 ist stromabwärts seiner mit der Ventilsitzfläche 6 korrespondierenden Fläche mit dem Führungszapfen 31 verbunden und weist mindestens ein strömungsführendes Element 33 auf, welches vorzugsweise als Nut ausgeführt ist, wie z. B. in Fig. 2 dargestellt. Die Nuten beginnen stromaufwärts am Übergang von dem Ventilschließkörper 4 zu dem Führungszapfen 31 und erstrecken sich in axialer Richtung über die gesamte Länge des Führungszapfens 31. In radialer Richtung werden die Nuten von dem Ventilsitzkörper 5 zu Kanälen verschlossen. Der Brennstoff strömt bei abgehobenem Ventilschließkörper 5 an dem Ventilschließkörper 5 vorbei in die Nuten ein und gelangt schließlich zu der Abspritzöffnung 7. Bei spiralförmiger Ausführung der Nuten ist der austretende Brennstoff drallbehaftet und fächert nach dem Austreten aus der Abspritzöffnung 7 im nicht dargestellten Brennraum auf.

Die strömungsführenden Elemente 33 können alternativ auch in der Ausnehmung 32 angeordnet sein. Sie erstrecken sich in axialer Richtung von der Ventilsitzfläche 6 bis in den Bereich der Abspritzöffnung 7 und sind vorzugsweise als zur Mittelachse 35 des Brennstoffeinspritzventils 1 offene Nuten ausgebildet, welche durch den Führungszapfen 31 zumindest auf einem Teil ihrer axialen Ausdehnung zu Kanälen verschlossen werden. Bei abgehobenem Ventilschließkörper 4 strömt der Brennstoff in die vorzugsweise zu Drallerzeugung spiralförmig ausgebildeten Nuten und fächert nach dem Austreten der Abspritzöffnung 7 auf.

Beim Einbringen des strömungsführenden Elements 33, was vorzugsweise durch Kaltumformen oder Schleifen erfolgt, wird die Zumessung des Brennstoffs ebenso wie der Öffnungswinkel des Sprühkegels festgelegt. Zur Anpassung an die spezifischen Erfordernisse in einer Brennkraftmaschine werden ein oder mehrere strömungsführende Elemente 33 in das Brennstoffeinspritzventil 1 eingebracht. Diese können sich hinsichtlich ihres Strömungsquerschnitts unterscheiden.

Zum Erreichen einer Schrägstellung des austretenden Brennstoffstrahls kann die Mittelachse 36 der Abspritzöffnung 7 einen Winkel mit der Mittelachse 35 des Brennstoffeinspritzventils 1 einschließen. Die drall behaftete Brennstoffströmung wird so umgelenkt und in eine bevorzugte Richtung abgespritzt.

In Fig. 3A ist eine Variante mit einer Strahlablenkscheibe 34 dargestellt. Die Strahlablenk scheibe 34 weist eine stromaufwärtige Seite auf, die mit der Form der stromabwärtigen Seite des Ventilsitzkörpers 5 korrespondiert und ist stromabwärts des Ventilsitzkörpers 5 auf nicht dargestellte Weise befestigt. Die Mittelachse 36 der Abspritzöffnung 7 ist gegenüber der Mittelachse 35 des Brennstoffeinspritzventils 1 ausgelenkt. Die Lage und Geometrie des stromaufwärtigen Endes der Abspritzöffnung 7 in der Strahlablenkscheibe 34 ist der Lage und Geometrie der Ausnehmung 32 entsprechend.

In Fig. 3B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Strahlablenkung gezeigt. Dabei ist die Abspritzöffnung 7, deren Mittelachse 36 gegenüber der Mittelachse 35 des Brennstoffeinspritzventils 1 ausgelenkt ist, z. B. durch Bohren in den Ventilsitzkörper 5 stromabwärts der Ausnehmung 32 eingebracht.

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

Einstellscheibe

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,

30

b Brennstoffkanal

31

Führungszapfen

32

Ausnehmung

33

strömungsführendes Element

34

Strahlablenkscheibe

35

Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils

36

Mittelachse der Abspritzöffnung

37

Durchgangsöffnung

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit zumindest einer Abspritzöffnung (7) und einer Ausnehmung (32) zur Führung eines Ventilschließkörpers (4), der mit einer Ventilsitzfläche (6) eines Ventilsitzkörpers (5) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei im Bereich der Führung des Ventilschließkörpers (4) zumindest ein strömungsführendes Element (33) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (4) einen Führungszapfen (31) aufweist, der mit der stromabwärts des Dichtsitzes angeordneten Ausnehmung (32) des Ventilsitzkörpers (5) zu einer axialen Führung zusammenwirkt.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strömungsführende Element (33) an dem Führungszapfen (31) ausgebildet ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das strömungsführende Element (33) in der Ausnehmung (32) des Ventilsitzkörpers (5) ausgebildet ist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das strömungsführende Element (33) als Nut ausgebildet ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das strömungsführende Element (33) zur Drallbildung spiralförmig ausgebildet ist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das strömungsführende Element (33) einen veränderlichen Querschnitt aufweist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das strömungsführende Element (33) durch Schleifen einbringbar ist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das strömungsführende Element (33) durch Kaltumformen einbringbar ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnung (7) sich durch eine Strahlablenkscheibe (34) angeordnet erstreckt.

10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (36) der Abspritzöffnung (7) einen Winkel mit der Mittelachse (35) des Brennstoffeinspritzventils (1) einschließt.

11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszapfen (31) mit der Ausnehmung (32) des Ventilsitzkörpers (5) zu einer hydraulischen Dichtung zusammenwirkt.