DE10123859A1

DE10123859A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10123859A1
Application number: DE10123859A
Authority: DE
Inventors: Joerg Heyse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2021-05-17
Also published as: JP2004519624A; DE50214169D1; WO2002097262A1; US7017839B2; EP1392969B1; US20040026538A1; EP1392969A1; KR100853640B1; DE10123859B4; KR20030023701A

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, weist eine Ventilnadel (3) auf, an deren abspritzseitigen Ende ein Ventilschließkörper (4) angeordnet ist, der mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Eine mit dem Ventilsitzkörper (5) des Brennstoffeinspritzventils (1) verbundene oder mit diesem einstückig ausgebildete Abspritzöffnungskalotte (37, 41) weist zumindest drei Abspritzöffnungen (38, 42) auf, wobei verlängerte Achsen (39, 43) der Abspritzöffnungen (38, 42) sich nicht alle schneiden.

Description

Stand der Technik

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

Aus der DE 198 27 219 A1 ist ein Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche einen Injektor mit einer Brennstoffstrahleinstellplatte aufweist, welche erste Düsenlöcher besitzt, die entlang eines ersten Kreises angeordnet sind, sowie zweite Düsenlöcher, die entlang eines zweiten Kreises angeordnet sind. Der zweite Kreis hat einen Durchmesser, der größer als derjenige des ersten Kreises ist. Die Kreise sind dabei koaxial zu einer Mittelachse der Einstellplatte angeordnet. Jede Lochachse der zweiten Düsenlöcher bildet einen spitzen Winkel mit einer Referenzebene, die senkrecht zur Mittelachse des Ventilkörpers ist. Der Winkel ist kleiner als derjenige, der durch jede Lochachse der ersten Düsenlöcher mit der Referenzebene gebildet wird. Daher können Brennstoffzerstäubungen, die durch die ersten Düsenlöcher eingespritzt werden, weg von den Brennstoffzerstäubungen gerichtet werden, die durch die zweiten Düsenlöcher eingespritzt werden. Als Ergebnis stören die Brennstoffzerstäubungen, die durch die ersten Düsenlöcher eingespritzt werden, nicht die Brennstoffzerstäubungen, die durch die zweiten Düsenlöcher eingespritzt werden, was es ermöglicht, eingespritzten Brennstoff geeignet zu zerstäuben.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, daß der Düsenlochabstand auf einer Zuflußseite der Brennstoffstrahleinstellplatte kleiner ist, als auf einer einem Brennraum zugewandten Außenseite der Brennstoffstrahleinstellplatte. Dadurch ist die Bildung eines Gesamteinspritzstrahles, bestehend aus den einzelnen Brennstoffstrahlen, nur in bestimmten Vorgaben möglich. Der Abstand der Düsenlöcher darf bestimmte Werte nicht unterschreiten, damit die Stabilität und Festigkeit der Brennstoffstrahleinstellplatte gewährleistet ist.

Aus der DE 198 04 463 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen mit wenigstens einer Reihe über den Umfang der Einspritzdüse verteilt angeordneten Einspritzlöchern bekannt. Durch eine gezielte Einspritzung von Brennstoff über die Einspritzlöcher wird ein strahlgeführtes Brennverfahren durch Bildung einer Gemischwolke realisiert, wobei wenigstens ein Strahl zur Zündung in Richtung auf die Zündkerze gerichtet ist. Weitere Strahlen sind vorgesehen, durch die eine wenigstens annähernd geschlossene bzw. zusammenhängende Gemischwolke gebildet wird.

Bei diesem Stand der Technik sind die Einspritzlöcher mit ihren verlängerten Achsen auf der Seite des Brennstoffzulaufs auf einen gemeinsamen Schnittpunkt der Achsen gerichtet. Eine optimale Festigkeit des Abspritzabschnitts, der von den Einspritzlöchern durchdrungen wird, kann nicht erreicht werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzsystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Abspritzöffnungen gleichmäßig über der Oberfläche der Abspritzöffnungskalotte verteilt sind und auch auf der der Ventilnadel zugewandten Seite der Abspritzöffnungskalotte keine zu engen Abstände zwischen den Abspritzöffnungen auftreten. Die Festigkeit der Abspritzöffnungskalotte ist maximal.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzsystems möglich.

Von Vorteil ist es, die Abspritzöffnungen auf der Abspritzöffnungskalotte so anzuordnen und zu orientieren, daß die durchschnittlichen jeweiligen Abstände benachbarter Achsen maximal sind.

In einer flachen Scheibe angeordnete Bohrungen haben dann untereinander einen maximalen Abstand, wenn die Bohrungen über die Scheibe gleichmäßig verteilt werden und wenn die verlängerten Achsen benachbarter Bohrungen zueinander parallel sind. Bei Brennstoffeinspritzventilen werden die Abspritzöffnungen jedoch auf einer im wesentlichen halbkugelförmigen Abspritzöffnungskalotte angeordnet. Weiterhin müssen die Abspritzöffnungen so ausgerichtet werden, daß das gewünschte Strahlbild entsteht. Die Achsen der Abspritzöffnungen sind daher nicht zueinander parallel. Die Ausrichtung erfolgt, indem die Achsen der Abspritzöffnungen sich alle in einem Punkt auf der Seite der Ventilnadel zu der Abspritzöffnungskalotte schneiden und der Ort der Abspritzöffnung auf der Abspritzöffnungskalotte die Richtung der Achse bestimmt. Werden die Abspritzöffnungen auseinander gerückt, so daß die Achsen benachbarter Abspritzöffnungen betrachtet als geometrische Raumlinien einen möglichst großen Abstand aufweisen, so kann eine maximale Festigkeit der Abspritzöffnungskalotte erreicht werden. Da die Ausrichtung einer Abspritzöffnung bis zu einem gewissen Maß dann unabhängig von dem Ort der Abspritzöffnung auf der Abspritzöffnungskalotte ist, können die Abspritzöffnungen vorteilhaft gleichmäßig auf der Abspritzöffnungskalotte verteilt werden. Die Fehler in der Bildung eines Gesamtstrahlbildes, bestehend aus einzelnen Brennstoffstrahlen der Abspritzöffnungen, der durch das Auseinanderrücken der Abspritzöffnungen entsteht, ist vernachlässigbar.

In einer günstigen Ausführungsform schneiden sich jeweils maximal zwei Achsen und die Schnittpunkte der sich schneidenden Achsen liegen auf einer auf der Ebene der Abspritzöffnungskalotte senkrecht stehenden Symmetrieebene. Die Abspritzöffnungen, deren Achsen sich schneiden, sind spiegelsymmetrisch zu der Symmetrieebene angeordnet und so orientiert, daß sich eine Ellipse in einem Strahlquerschitt über alle Brennstoffstrahlen der Abspritzöffnungen ergibt.

Vorteilhaft kann ein im Querschnitt des Gesamtstrahlbildes über alle Brennstoffstrahlen elliptischer Strahlquerschitt gebildet werden, ohne daß alle Abspritzöffnungen auf einem eng umgrenzten, im wesentlichen elliptischen Ausschnitt der Oberfläche der Abspritzöffnungskalotte liegen. Die Abspritzöffnungen können gleichmäßig über die Abspritzöffnungkalotte verteilt werden.

In einer weiteren günstigen Ausführungsform sind die Abspritzöffnungen im wesentlichen kreisförmig um eine Symmetrieachse der Abspritzöffnungskalotte angeordnet. Die Achsen der Abspritzöffnungen legen sich tangential an einen Zylinder um die Symmetrieachse an und die Brennstoffstrahlen formen in einigem Abstand von der Abspritzöffnungskalotte im wesentlichen einen Kegel.

Auch bei dieser günstigen Ausführungsform besteht gegenüber dem Stand der Technik der Vorteil einer deutlich größeren Festigkeit der Abspritzöffnungskalotte.

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. 2a eine Abspritzöffnungskalotte in Aufsicht nach dem Stand der Technik für ein im Querschnitt elliptisches Gesamtstrahlbild in Aufsicht von dem Brennstoffeinspritzventil aus,

Fig. 2b einen Querschnitt durch die Abspritzöffnungs kalotte der Fig. 2a,

Fig. 3a eine erste erfindungsgemäße Ausführung einer Abspritzöffnungskalotte in Aufsicht für ein im Querschnitt elliptisches Gesamtstrahlbild,

Fig. 3b einen Querschnitt durch die Abspritzöffnungs kalotte der Fig. 3a und

Fig. 4 eine weitere erfindungsgemäße Ausführung einer Abspritzöffnungskalotte in Aufsicht für ein kegelförmiges Gesamtstrahlbild.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein in Fig. 1 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 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. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, das über mehrere Abspritzöffnungen 7 verfügt. 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 eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. 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 der 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. In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und am Ventilsitzkörper 5 verlaufen Brennstoffkanäle 30a bis 30b. 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.

An der abspritzseitigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 32, welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt auf einem zweiten Flansch 31 auf, welcher über eine Schweißnaht 33 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden ist.

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 ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der Brennstoff wird durch die Abspritzöffnungen 7 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 Verbindung stehende erste 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.

Fig. 2a zeigt zur Verdeutlichung eine Abspritzöffnungs kalotte 34 in Aufsicht nach dem Stand der Technik für ein im Querschnitt elliptisches Gesamtstrahlbild. Die Ansicht entspricht dem Blick in die Wölbung der Abspritzöffnungskalotte 34 von innen, von dem Brennstoffeinspritzventil 1 aus betrachtet. Abspritzöffnungen 35 sind ungefähr in einer von einer Ellipse umschlossenen Fläche angeordnet und durch die Orientierung der Abspritzöffnungen 35 definierte Achsen 36 schneiden sich in einem Schnittpunkt 37.

Fig. 2b zeigt einen Querschnitt durch die Abspritzöffnungskalotte 34 der Fig. 2a mit den Abspritzöffnungen 35, den Achsen 36 und dem Schnittpunkt 37.

Wie gut zu erkennen ist, müssen die Abspritzöffnungen 35 relativ nahe aneinander angeordnet werden, um durch ihre Orientierung ein im Querschnitt ellipsenförmiges Gesamtstrahlbild zu erzeugen. Insbesondere auf der dem Brennstoffeinspritzventil 1 zugewandten Oberseite der Abspritzöffnungskalotte 34 kommen sich die Abspritzöffnungen 35 dabei sehr nahe. Aus fertigungstechnischen Gründen muß jedoch ein Mindestabstand von einem Abspritzöffnungs durchmesser eingehalten werden.

Fig. 3a zeigt in Aufsicht von dem Ventilschließkörper 4 des Brennstoffeinspritzventil 1 der Fig. 1 aus eine erste erfindungsgemäße Ausführung einer Abspritzöffnungskalotte 37 für ein im Querschnitt elliptisches Gesamtstrahlbild. Die Abspritzöffnungskalotte 37 ist mit dem Ventilsitzkörper 5 der Fig. 1 einstückig ausgeführt. Die Ansicht entspricht dem Blick in die Wölbung der Abspritzöffnungskalotte 34 von innen. Abspritzöffnungen 38 sind ungefähr gleichmäßig in der Abspritzöffnungskalotte 37 angeordnet und durch die Orientierung der Abspritzöffnungen 38 definierte Achsen 39 schneiden sich jeweils paarweise in einer Symmetrieebene 40, die zu der Ebene der Abspritzöffnungskalotte 37, entsprechend der Zeichenebene, senkrecht steht.

Fig. 3b zeigt einen Querschnitt durch die Abspritzöffnungskalotte 37 der Fig. 3a mit den Abspritzöffnungen 38 und den Achsen 39 in der Symmetrieebene 40 der Fig. 3a.

Durch die vorteilhafte erfindungsgemäße Anordnung und Orientierung der Abspritzöffnungen 38 ist es möglich, die Festigkeit der Abspritzöffnungskalotte 37 zu erhöhen. Die Abspritzöffnungen 38 sind gleichmäßiger verteilt und haben insbesondere an der Innenseite der Abspritzöffnungskalotte 37 einen größeren Abstand zueinander. Der aus der Verschiebung der Abspritzöffnungen 38 resultierende Fehler des Gesamtstrahlbildes für nahe Abstände des Gesamteinspritzstrahles zu der Abspritzöffnungskalotte 37 ist demgegenüber vernachlässigbar.

In Fig. 4 ist in Aufsicht entsprechend der Ansicht der Fig. 3a eine weitere erfindungsgemäße Ausführung einer Abspritzöffnungskalotte 41 für ein kegelförmiges Gesamtstrahlbild dargestellt. Die Abspritzöffnungskalotte 41 weist ungefähr kreisförmig angeordnete Abspritzöffnungen 42 auf. Die durch die Orientierung der Abspritzöffnungen 42 definierten Achsen 43 legen sich mittig an einen gedachten Zylinder an.

Für ein kegelförmiges Gesamtstrahlbild werden hierdurch dieselben Vorteile erreicht, wie zuvor bereits geschildert. Insbesondere kann eine Richtung der Strahlkegelmittelachse gegenüber einer Brennstoffeinspritzventilachse von 0°-70° für den Kegelstrahl bestimmt werden und ein Öffnungswinkel von 30°-100°. Auch müssen die Abspritzöffnungen 42 nicht zwingend in einem Teilkreis angeordnet sein, sondern können z. B. gleichmäßig rasterförmig verteilt sein.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann z. B. auch zur Erzeugung eines Hohlkegel oder Fächerstrahls verwendet werden.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Ventilnadel (3), die an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (4) aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einer mit dem Ventilsitzkörper (5) des Brennstoffeinspritzventils (1) verbundenen oder mit diesem einstückig ausgebildeten Abspritzöffnungskalotte (37, 41), dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungskalotte (37, 41) zumindest drei Abspritzöffnungen (38, 42) aufweist, wobei verlängerte Achsen (39, 43) der Abspritzöffnungen (38, 42) sich nicht alle schneiden.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen (38, 42) auf der Abspritzöffnungskalotte (37, 41) so angeordnet und orientiert sind, daß die durchschnittlichen jeweiligen Abstände benachbarter Achsen (39, 43) maximal sind.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeweils maximal zwei Achsen (39) schneiden.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittpunkte der sich schneidenden Achsen (39) auf einer auf der Ebene der Abspritzöffnungskalotte (37) senkrecht stehenden Symmetrieebene (40) liegen.

5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen (38), deren Achsen (39) sich schneiden, spiegelsymmetrisch zu der Symmetrieebene (40) angeordnet sind.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen (38) so orientiert sind, daß sich eine Ellipse in einem Querschnitt eines Gesamtstrahlbildes über Brennstoffstrahlen der Abspritzöffnungen (28) ergibt.

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen rasterförmig angeordnet sind.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen (41) im wesentlichen kreisförmig um eine Symmetrieachse der Abspritzöffnungskalotte (41) angeordnet sind.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen rasterförmig angeordnet sind.

10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (43) der Abspritzöffnungen (40) sich tangential an einen Zylinder um die Symmetrieachse anlegen.

11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Brennstoffstrahlen der Abspritzöffnungen (40) in einigem Abstand von der Abspritzöffnungskalotte (41) im wesentlichen einen Kegel als ein Gesamtstrahlbild über alle Brennstoffstrahlen formen.