DE10118163A1

DE10118163A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10118163A1
Application number: DE10118163A
Authority: DE
Inventors: Guido Pilgram; Joerg Heyse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: JP2004518904A; DE50212534D1; US7306173B2; EP1379773A1; WO2002084104A1; DE10118163B4; JP4200009B2; US20080217439A1; US20040021014A1; EP1379773B1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen umfaßt eine Magnetspule (10), eine mit der Magnetspule (10) in Wirkverbindung stehende und in einer Schließrichtung von einer Rückstellfeder (23) beaufschlagte Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und zumindest zwei Abspritzöffnungen (7), die in dem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet sind. Die Abspritzöffnungen (7) sind so in dem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet, daß sie vor zirkulierenden Gemischströmungen in einem Brennraum der Brennkraftmaschine abgeschirmt sind.

Description

Stand der Technik

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

Aus der DE 198 04 463 A1 ist ein Brennstoffeinspritzsystem für eine gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine bekannt, welches ein Brennstoffeinspritzventil umfaßt, das Brennstoff in einen von einer Kolben-/Zylinderkonstruktion gebildeten Brennraum einspritzt, und mit einer in den Brennraum ragenden Zündkerze versehen ist. Das Brennstoffeinspritzventil ist mit mindestens einer Reihe über den Umfang des Brennstoffeinspritzventils verteilt angeordneten Einspritzlöchern versehen. Durch eine gezielte Einspritzung von Brennstoff über die Einspritzlöcher wird eine strahlgeführtes Brennverfahren durch Bildung einer Gemischwolke mit mindestens einem Strahl realisiert.

Nachteilig an dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere die Verkokung der Abspritzöffnungen, welche dadurch verstopfen und den Durchfluß durch das Brennstoffeinspritzventil unzulässig stark vermindern. Dies führt zu Fehlfunktionen der Brennkraftmaschine.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Abspritzöffnungen so angebracht sind, daß die im Brennraum zirkulierenden Gemischströmungen von den Abspritzöffnungen des Mehrloch- Brennstoffeinspritzventils abgeschirmt werden und sich dadurch kein Brennstoff im Bereich der Abspritzöffnungen absetzen kann.

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

Vorteilhafterweise sind die Abspritzöffnungen innerhalb eines runden oder ovalen vollständigen oder teilweisen Ringwalls angeordnet, der hoch genug ist, jede der Abspritzöffnungen gegen die im Brennraum zirkulierenden Strömungen abzuschirmen.

Der Ringwall wird dabei vorteilhafterweise bei der Herstellung des Ventilsitzkörpers gemeinsam mit diesem aus einem Werkstück gedreht. Alternativ kann der Ringwall auch nach der Fertigung des Ventilsitzkörpers an dessen Stirnseite angebracht werden.

Weiterhin kann die Abschirmung auch mittels zumindest einer Ringnut erzielt werden, in die die Abspritzöffnungen ausmünden. Dadurch kann der Außenrand der Ringnut die vertieft angeordneten Abspritzöffnungen abschirmen.

Von Vorteil ist hierbei die Ausbildung einer einzelnen Ringnut, die einen konkaven Teil der Stirnfläche des Ventilsitzkörpers umschließt, in welchem die Abspritzöffnungen beliebig angeordnet sein können und in ihrer Gesamtheit vom Außenrand der einzelnen Ringnut gegen die Gemischströmungen abgeschirmt werden.

Zeichnung

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

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch den abspritzseitigen Teil des in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in Fig. 1, und

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems im gleichen Bereich wie Fig. 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich 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 Brennstoffeinspritzventil 1, welches über zwei Abspritzöffnungen 7 verfügt.

Der Ventilschließkörper 4 des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1 weist eine nahezu kugelförmige Form auf. Dadurch wird eine versatzfreie, kardanische Ventilnadelführung erzielt, die für eine exakte Funktionsweise des Brennstoffeinspritzventils 1 sorgt.

Der Ventilsitzkörper 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 ist nahezu topfförmig ausgebildet und trägt durch seine Form zur Ventilnadelführung bei. Der Ventilsitzkörper 5 ist dabei in eine abspritzseitige Ausnehmung 34 des Düsenkörpers 2 eingesetzt und mittels einer Schweißnaht 35 mit dem Düsenkörper 2 verbunden.

Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen 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.

Abströmseitig des Ankers 20 ist ein zweiter Flansch 31 angeordnet, der als unterer Ankeranschlag dient. Er ist über eine Schweißnaht 33 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden. Zwischen dem Anker 20 und dem zweiten Flansch 31 ist ein elastischer Zwischenring 32 zur Dämpfung von Ankerprellern beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 angeordnet.

In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und am Ventilsitzkörper 5 verlaufen Brennstoffkanäle 30a bis 30c, die den Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, zu den Abspritzöffnungen 7 leiten. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Verteilerleitung abgedichtet.

Erfindungsgemäß weist das Brennstoffeinspritzventil 1 an einer dem nicht weiter dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Stirnseite 36 des Ventilsitzkörpers 5, der in einer Ausnehmung 34 des Düsenkörpers 2 angeordnet und beispielsweise mittels einer Schweißnaht 35 mit diesem verbunden ist, einen Ringwall 37 auf, der die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Abspritzöffnungen 7 zumindest teilweise umgibt. Durch die durch den Ringwall 37 erzielte Abschirmung der Abspritzöffnungen 7 gegen den im Brennraum zirkulierenden Gemischströmungen wird eine Verkokung der Abspritzöffnungen 7 verhindert. Der abspritzseitige Teil des Brennstoffeinspritzventils 1 mit dem Ringwall 37 ist in Fig. 2 näher dargestellt.

Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der erste Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Der Anker 20 liegt auf dem Zwischenring 32 auf, der sich auf dem zweiten Flansch 31 abstützt. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt. Dabei nimmt der Anker 20 den ersten 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, wodurch der über die Brennstoffkanäle 30a bis 30c zur Abspritzöffnung 7 geführte Brennstoff abgespritzt wird.

Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf den ersten 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. Der Anker 20 setzt auf dem durch den zweiten Flansch 31 gebildeten Ankeranschlag auf.

Fig. 2 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt aus dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1.

Wie bereits in Fig. 1 angedeutet, weist der Ventilsitzkörper 5 an seiner dem Brennraum zugewandten Stirnseite 36 einen Ringwall 37 auf, der die Abspritzöffnungen 7 zumindest teilweise umgibt. Der Ringwall 37 ist dabei so ausgeführt, daß er jede der Abspritzöffnungen 7 in axialer Richtung überragt, so daß für jede Abspritzöffnung 7 eine Abschirmung gegenüber den im Brennraum zirkulierenden Gemischströmungen erzielt wird.

Die Abspritzöffnungen 7 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer konvex gewölbten Stirnseite 36 des Ventilsitzkörpers 5 ausgebildet. Die Stirnseite 36 kann jedoch auch plan oder sogar konkav geformt sein, solange jede der Abspritzöffnungen 7 axial von dem Ringwall 37 überragt wird.

Die Abspritzöffnungen 7 können innerhalb des Ringwalls 37 an beliebigen Punkten angebracht sein. Vorzugsweise sind sie auf mehreren runden oder elliptischen Lochkreisen, die zueinander konzentrisch oder exzentrisch sein können, oder auf mehreren parallelen, schräg oder versetzt zueinander angeordneten geraden oder gebogenen Lochreihen angeordnet. Der Abstand zwischen den Lochmittelpunkten kann dabei äquidistant oder unterschiedlich sein, sollte jedoch aus fertigungstechnischen Gründen zumindest einen Lochdurchmesser betragen. Die räumliche Orientierung kann für jede Lochachse unterschiedlich sein, wie in Fig. 2 für zwei Abspritzöffnungen 7 angedeutet.

Der Ringwall 37 kann beispielsweise bereits während der Herstellung des Ventilsitzkörpers 5, welcher vorzugsweise durch Drehen hergestellt wird, mit diesem einstückig gefertigt werden. Auch eine nachträgliche Anbringung des Ringwalls 37 beispielsweise mittels Schweißen oder Löten ist denkbar.

Durch die Abschirmung der Abspritzöffnungen 7 gegen Gemischströmungen im Brennraum kann die Verkokung der Abspritzöffnungen 7 reduziert werden. Da der Durchmesser der Abspritzöffnungen 7 typischerweise ca. 100 µm beträgt, ist die Gefahr, daß die Abspritzöffnungen 7 durch Verkokung mit der Zeit verstopfen und somit die Durchflußmenge unzulässig stark eingeschränkt wird, relativ groß. Durch den Ringwall 37 kann ein Rückströmen des Brennstoffes zu den Abspritzöffnungen 7 und folglich ein Brennstoffniederschlag und nachfolgendes Verkoken beim Abbrennen des Brennrauminhalts vermieden werden. Die axiale Höhe des Ringwalls 37 kann dabei relativ gering sein, da die Gemischströmung aufgrund der im Brennraum herrschenden Verhältnisse etwa senkrecht zur Ausrichtung der Abspritzöffnungen 7 auf die Spitze des Brennstoffeinspritzventils 1 auftrifft.

Fig. 3 zeigt in gleicher Darstellung wie Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1. Übereinstimmende Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.

Statt an der Stirnseite 36 des Ventilsitzkörpers 5 einen Ringwall anzubringen, kann eine Abschirmung der Austritte der Abspritzöffnungen 7 auch mittels Tieferlegens der Austritte erfolgen. Dabei wird zumindest eine Ringnut 38 in die Stirnseite 36 des Ventilsitzkörpers 5 eingebracht, in welche alle Abspritzöffnungen 7 ausmünden.

Die Abspritzöffnungen 7 sind somit gegenüber der Stirnseite 36 des Ventilsitzkörpers 5 zurückgesetzt, so daß auch hier die Rückströmung des Brennstoffs an die Austritte der Abspritzöffnungen 7 entfällt, da ein Außenrand 39 der zumindest einen Ringnut 38 die Austritte der Abspritzöffnungen 7 abschirmt.

Wie im vorigen Ausführungsbeispiel können auch hier die Abspritzöffnungen 7 beliebig angeordnet sein, so daß als einzige Maßgabe alle Abspritzöffnungen 7 in der zumindest einen Ringnut ausmünden. Die Ringnuten können dabei oval oder rund sein oder in Form von Teilkreisen ausgebildet sein.

Es kann auch eine einzelne Ringnut 38 so ausgebildet sein, daß der innenliegende Teil der Stirnseite 36 des Ventilsitzkörpers 5 konkav gewölbt ist und somit die im Innenbereich liegenden Abspritzöffnungen 7 ebenfalls vom Außenrand 39 der Ringnut 38 überragt und in ihrer Gesamtheit gegen die Brennraumströmungen abgeschirmt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und z. B. für beliebig angeordnete Abspritzöffnungen 7, für teilkreisförmige Ringwälle 37 und Ringnuten 38 sowie für beliebige Bauweisen von nach innen öffnenden Mehrloch- Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem erregbaren Aktuator (10), einer mit dem Aktuator (10) in Wirkverbindung stehenden und in einer Schließrichtung von einer Rückstellfeder (23) beaufschlagten Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und zumindest zwei Abspritzöffnungen (7), die in dem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen (7) so in dem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet sind, daß sie vor zirkulierenden Gemischströmungen in einem Brennraum der Brennkraftmaschine abgeschirmt sind.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen (7) zumindest teilweise von einem Ringwall (37) umgeben sind.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringwall (37) kreisringförmig oder oval ausgebildet ist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringwall (37) an einer Stirnseite (36) des Ventilsitzkörpers (5) ausgebildet ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringwall (37) so ausgebildet ist, daß er jede der Abspritzöffnungen (7) axial überragt.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnseite (36) des Ventilsitzkörpers (5) zumindest eine Ringnut (38) ausgebildet ist, in welche die Abspritzöffnungen (7) ausmünden.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Ringnut (38) ringförmig oder oval ausgebildet ist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Ringnut (38) so ausgebildet ist, daß jede der Abspritzöffnungen (7) axial von einem Außenrand (39) der Ringnut (38) überragt wird.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite (36) des Ventilsitzkörpers (5) innerhalb der Ringnut (38) zumindest plan oder konkav ist, so daß alle innerhalb der Ringnut (38) befindlichen Abspritzöffnungen (7) durch den Außenrand (39) der Ringnut (38) abgeschirmt sind.