DE10057631A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, weist eine erste Ventilnadel (3) auf, die mit einem ersten Ventilschließkörper (4) in Wirkverbindung steht. Der erste Ventilschließkörper (4) wirkt mit einer ersten Ventilsitzfläche (5) in einem Ventilsitzkörper (6) zu einem Dichtsitz (7) zusammen. Das Brennstoffeinspritzventil (1) weist zumindest eine stromabwärts des Dichtsitzes (7) angeordnete Abspritzöffnung (8) auf. Stromaufwärts des Dichtsitzes (7) ist im Zulauf des Brennstoffes ein Drallelement (28) angeordnet, das zumindest einen Drallkanal (34) und zumindest einen Steuerdrallkanal (30) aufweist, die in eine Drallkammer (35) münden. Eine zweite Ventilnadel (20) kann Steuerzulauföffnungen (29) zu den Steuerdrallkanälen (30) überdecken.

Description

Stand der Technik-

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

Aus der DE 197 36 682 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das einen Ventilschließkörper aufweist, der mit einem Ventilsitzkörper einen Lichtsitz bildet. Stromaufwärts des Dichtsitzes ist an dem Ventilsitzkörper ein Drallelement im Zulauf des Brennstoffes angeordnet. Das Drallelement ist scheibenförmig ausgeführt. Durch sein Zentrum ist der Ventilschließkörper durchgeführt, der mit einer Ventilnadel einstückig ausgebildet ist. Radial spiralförmig sind Kanäle aus dem scheibenförmigen Drallelement ausgenommen, die auf der dem Ventilsitzkörper abgewandten Seite von einem Führungselement für die Ventilnadel überdeckt werden. Radial auswärts werden die Endbereiche der Kanäle gegenüber einem Brennstoffraum, der die Ventilnadel umgibt, von dem Führungselement freigegeben. Wenn der Ventilschließkörper aus dem Dichtsitz angehoben wird, strömt Brennstoff durch die Kanäle des Drallelements und wird in Bezug auf eine Achse der Ventilnadel in Rotation versetzt. Wenn der Brennstoff durch eine sich an den Dichtsitz anschließende Abspritzöffnung austritt, wird der Brennstoff durch die Fliehkraft fein zerstäubt.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, daß der Durchfluß des Ventils konstant ist und kleine Einspritzmengen durch sehr kurze Schaltzeiten realisiert werden müssen. Weiterhin bildet sich der Drall und damit der Strahlwinkel α geometriebedingt konstant aus und kann im Betrieb nicht variiert werden.

Aus der DE 40 23 223 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das eine erste Ventilnadel und eine zweite Ventilnadel aufweist. Die zweite Ventilnadel ist als Hohlnadel ausgebildet, die die erste Ventilnadel koaxial umschließt. Beide Ventilnadeln sind durch eine zwischen erster Ventilnadel und zweiter Ventilnadel angeordnete Hülse getrennt. Über die erste Ventilnadel und einen von dieser mit einer ersten Ventilsitzfläche gebildeten ersten Dichtsitz wird ein erster Lochkreis aus Abspritzöffnungen verschlossen. Über die Hohlnadel und einen von dieser mit einer zweiten Ventilsitzfläche gebildeten zweiten Dichtsitz wird ein zweiter Lochkreis aus Abspritzöffnungen verschlossen. Durch getrenntes Betätigen der Ventilnadeln kann die Durchflußmenge des Brennstoffes gesteuert werden.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch, daß eine Mehrzahl exakt zu fertigender Abspritzöffnungen erforderlich ist. Auch ist eine feine Zerstäubung des Brennstoffes durch einen Drall nicht möglich.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch mit nur einer Abspritzöffnung eine Regelung des Durchflusses und damit auch der Einspritzmenge des Brennstoffes möglich ist und gleichzeitig durch eine Verwirbelung eine günstige Ausbildung des Brennstoffstrahls erreicht wird. Zusammen mit der Regelung des Durchflusses kann auch der Strahlwinkel betriebspunktabhängig variiert werden. Insbesondere werden die Schaltzeiten und Reaktionszeiten des Brennstoffeinspritzventils nicht ungünstig beeinflußt, da die zweite Ventilnadel während der Zeit, in der das Brennstoffeinspritzventil geschlossen ist, betätigt werden kann. Wenn die erste Ventilnadel aus ihrem Dichtsitz angehoben wird und das Brennstoffeinspritzventil öffnet, erfolgt der Zulauf an Brennstoff, je nachdem, ob die zweite Ventilnadel die Steuerzulauföffnungen der Steuerdrallkanäle freigibt oder überdeckt, ungedrosselt oder gedrosselt. Durch unterschiedliche Auslegung der abgedeckten und der freien Drallkanäle kann gleichzeitig der Strahlwinkel des Ventils im Betrieb geändert werden.

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

Günstig ist die zweite Ventilnadel als eine Hohlnadel ausgebildet und umschließt koaxial die erste Ventilnadel.

Dadurch wird das Bauvolumen vorteilhaft klein gehalten und das Brennstoffeinspritzventil ist für die Fertigung günstig symmetrisch um eine Mittelachse ausgebildet.

Die zweite Ventilnadel weist vorteilhaft zumindest einen flachen Ventilkörperabschnitt auf, der mit einer Ventilsitzfläche des Drallelements zu einem Flachdichtsitz zusammenwirkt.

Günstig greifen Führungsabschnitte der zweiten Ventilnadel in die Steuerzulauföffnungen der Steuerdrallkanäle ein.

Dadurch wird die zweite Ventilnadel geführt und kann sich nicht verdrehen. Die Ventilkörperabschnitte der zweiten Ventilnadel kommen stets auf den Flachdichtsitzen zu liegen.

Günstig weisen die Steuerdrallkanäle von den Drallkanälen abweichende Einmündewinkel in eine Drallkammer auf.

Dadurch können Drallkanäle und Steuerdrallkanäle so ausgelegt werden, daß, wenn nur die Drallkanäle freigegeben sind, sich ein anderer Strahlwinkel ausbildet, als wenn Drallkanäle und Steuerdrallkanäle zusammenwirken und einen Summenstrahlwinkel aus beiden Auslegungen bilden.

Die zweite Ventilnadel kann vorteilhaft von einem Aktor gegen den Druck einer Feder auf die Steuerzulauföffnungen der Steuerdrallkanäle geschoben werden.

Da die zweite Ventilnadel während der Zeit des geschlossenen Brennstoffeinspritzventils betätigt werden kann und da die zweite Ventilnadel nicht gegen den Brennstoffdruck betätigt werden muß, kann der Aktor leistungsschwächer und somit im Bauvolumen klein ausgelegt werden.

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 schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils,

Fig. 2 in Aufsicht die Schnittebene II in der Fig. 1, und

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

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinpritzventils 1. Dargestellt ist der untere Abschnitt eines Brennstoffeinspritzventils 1, der einem hier nicht eingezeichneten Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandt ist.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Ventilkörper 2, in dem eine erste Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die erste Ventilnadel 3 ist einstückig mit einem ersten Ventilschließkörper 4 ausgebildet, der mit einer ersten Ventilsitzfläche 5 an einem Ventilsitzkörper 6 zu einem Dichtsitz 7 zusammenwirkt. Der Ventilsitzkörper 6 verfügt über wenigstens eine Abspritzöffnung 8. Auf einem Magnetspulenträger 9 ist, über eine Schweißnaht 10 mit dem Ventilkörper 2 verbunden, eine erste Magnetspule 11 gewickelt und von einem ersten Außenpol 12 umhüllt. Ein Innenpol 13 ist mit dem Magnetspulenträger 9 durch eine Schweißnaht 14 verschweißt. Die erste Ventilnadel 3 ist über einen ersten Anker 15, der mit der ersten Ventilnadel 3 über eine Schweißnaht 16 kraftschlüssig verbunden ist, mit der Vorspannkraft einer ersten Feder 17 belastet, die über die erste Ventilnadel 3 den ersten Ventilschließkörper 4 in den Dichtsitz 7 drückt. Der erste Anker 15 weist wenigstens eine Durchlaßbohrung 18 für den Brennstoff auf, der von einem Brennstoffzulauf 19 zu dem Dichtsitz 7 fließt.

Eine zweite Ventilnadel 20 ist als Hohlnadel 21 ausgebildet, die die erste Ventilnadel 3 koaxial umgibt. Die Hohlnadel 21 ist über eine Schweißnaht 22 mit einem zweiten Anker 23 verbunden, der von einer zweiten Feder 24 gegen einen Anschlagring 25 vorgespannt wird. Dem zweiten Anker 23 ist eine zweite Magnetspule 26 zugeordnet, die auf den Magnetspulenträger 9 gewickelt ist. Die zweite Magnetspule 26 ist von einem zweiten Außenpol 27 umfaßt. Der zweite Anker 23 weist Durchlaßbohrungen 27a für den Brennstoff auf. An dem Ventilsitzkörper 6 ist im Zulaufweg des Brennstoffes ein Drallelement 28 angeordnet. Das Drallelement 28 weist Steuerzulauföffnungen 29 auf, über die der Brennstoff in Steuerdrallkanäle 30 gelangen kann. In die Steuerzulauföffnungen 29 greifen Führungsabschnitte 31 der Hohlnadel 21 ein. Durch die Führungsabschnitte 31 wird die Hohlnadel 21 gegen ein Verdrehen gesichert. Die Hohlnadel 21 ist in den Bereichen einer Steuerzulauföffnung 29 als flächiger Ventilkörperabschnitt 32 ausgebildet. Dieser Bereich eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 soll detaillierter anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben werden, die Schnittebenen entlang der Linien II-II und III- III in Fig. 1 zeigen.

Fig. 2 zeigt in Aufsicht die Schnittebene II in der Fig. 1. Die Schnittebene liegt in Höhe der Oberkante des Drallelements 28 und zeigt mittig die geschnitten dargestellte erste Ventilnadel 3 sowie zwei Zulauföffnungen 33 zu in dieser Schnittebene nicht sichtbaren Drallkanälen. Das Drallelement 28 ist von dem Ventilkörper 2 umgeben. Die flächigen Ventilkörperabschnitte 32 überdecken die Steuerzulauföffnungen 29, die durch eine gestrichelte Linie verdeutlicht sind, zu den in dieser Schnittebene nicht sichtbaren Steuerdrallkanälen 30.

Zusammen mit der Oberfläche des Drallelements 28 bilden die flächigen Ventilkörperabschnitte 32 einen Flächensitz und dichten die Steuerzulauföffnungen 29 ab, wie dargestellt in Fig. 1, wenn die zweite Magnetspule 26 mit Strom beaufschlagt wird. Dann wird der zweite Anker 23 von dem Anschlagring 25 weggezogen und die Hohlnadel 21 mit den flächigen Ventilkörperabschnitten 32 gegen das Drallelement 28 auf die Steuerzulauföffnungen 29 für die Steuerdrallkanäle 30 gedrückt.

Fig. 3 zeigt in Aufsicht die Schnittebene III in Fig. 1, die einem Schnitt durch das Drallelement 28 auf Höhe der Steuerdrallkanäle 30 entspricht. Neben den Steuerdrallkanälen 30 sind Drallkanäle 34 vorhanden, die von der Hohlnadel 21 nicht gegenüber dem Brennstoffzulauf 19 abgedichtet werden können. Zwischen Ventilkörper 2 und den Drallkanälen 34 sind die Zulauföffnungen 33 angeordnet. Die Steuerzulauföffnungen 29 sind mit den Steuerdrallkanälen 30 verbunden. Sowohl die Steuerdrallkanäle 30 als auch die Drallkanäle 34 münden unter einem Winkel tangential in eine ringförmige Drallkammer 35 ein, durch die die Ventilnadel 3 bzw. der Ventilschließkörper 4 hindurchgeführt ist. Die Drallkanäle 34 münden in der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung unter einem zur Tangente kleineren Winkel in die Drallkammer 35 ein als die Steuerdrallkanäle 30.

Abhängig vom gewünschten Strahlwinkel in Verbindung mit dem reduzierten Durchfluß, können die Winkel von Drall- und Steuerdrallkanälen auch umgekehrt gewählt werden.

Wenn, wie in der Fig. 1 dargestellt, die Hohlnadel 21 durch die zweite Magnetspule 26 betätigt wird, so kann der Brennstoff, wenn die Ventilnadel 3 aus dem Dichtsitz 7 angehoben wird, nicht über die Steuerdrallkanäle 30, sondern nur über die Drallkanäle 34 zur Abspritzöffnung 8 zulaufen. Durch den geringeren Summen-Querschnitt wird der Durchfluß des Brennstoffes gedrosselt und die Einspritzmenge verringert. Durch die starke Rotation in der Drallkammer 35 aufgrund des Einmündewinkels der Drallkanäle 34 bildet sich in der beschriebenen Ausführungsform ein großer Strahlwinkel aus. Wenn auch die Steuerdrallkanäle 30 freigegeben sind, kann eine große Brennstoffmenge zur Abspritzöffnung 8 strömen. Durch einen geringeren Einmündewinkel der Steuerdrallkanäle 30 wird in Summe eine geringere Rotation erreicht, was zu einem geringeren Strahlwinkel führt.

Die Wechselwirkung von Durchfluß und Strahlwinkel wurde im Sinne einer vereinfachten Darstellung nicht ausgeführt.

Vorteilhaft ist, daß die Hohlnadel 21 während der Schließzeit des Brennstoffeinspritzventils 1 voreingestellt werden kann und somit keinen Einfluß auf das Öffnungsverhalten des Brennstoffeinspritzventils 1 hat. Die Hohlnadel 21 muß die Steuerzulauföffnungen 29 nur weitgehend dicht verschließen, da der Dichtsitz 7 die Abspritzöffnung 8 insgesamt gegenüber dem Brennstoffzulauf 19 verschließt. Aus demselben Grund muß die Hohlnadel 21 nicht gegen den Brennstoffdruck arbeiten. Insgesamt kann die zweite Magnetspule 26 daher schwächer ausgelegt werden.

Claims (9)

1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer ersten Ventilnadel (3), die mit einem ersten Ventilschließkörper (4) in Wirkverbindung steht, wobei der erste Ventilschließkörper (4) mit einer ersten Ventilsitzfläche (5) in einem Ventilsitzkörper (6) zu einem Dichtsitz (7) zusammenwirkt und wobei stromaufwärts des Dichtsitzes (7) im Zulauf des Brennstoffes ein Drallelement (28) angeordnet ist, das zumindest einen Drallkanal (34) und zumindest einen Steuerdrallkanal (30) aufweist, die in eine Drallkammer (35) münden, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Ventilnadel (20) eine Steuerzulauföffnung (29) zu jedem Steuerdrallkanal (30) bei Betätigung überdeckt.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ventilnadel (20) als eine Hohlnadel (21) ausgebildet ist und koaxial die erste Ventilnadel (3) umschließt.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlnadel (21) je Steuerzulauföffnung (29) einen flächigen Ventilkörperabschnitt (32) aufweist, der mit jeweils einer Ventilsitzfläche des Drallelements (28) zu jeweils einem Flachdichtsitz zusammenwirkt.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Führungsabschnitte (31) der Hohlnadel (21) in die Steuerzulauföffnungen (29) der Steuerdrallkanäle (30) eingreifen.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdrallkanäle (30) von den Drallkanälen (34) abweichende Durchlaßquerschnitte aufweisen.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdrallkanäle (30) von den Drallkanälen (34) abweichende Einmündewinkel in eine Drallkammer (35) aufweisen.

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventilnadel (3) durch einen ersten Aktor (11) betätigbar ist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ventilnadel (20) durch einen zweiten Aktor (26) betätigbar ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ventilnadel (20) von dem zweiten Aktor (26) gegen den Druck einer Feder (24) auf die Steuerzulauföffnungen (29) der Steuerdrallkanäle (30) geschoben wird.