DE10123859B4 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents
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Abstract
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),
wobei die Abspritzöffnungskalotte (37) zumindest drei Abspritzöffnungen (38) aufweist,
wobei durch die Orientierung der Abspritzöffnungen (38) definierte Achsen (39) Abspritzöffnungen (38) sich nicht alle schneiden, und
wobei die Abspritzöffnunge (38) so orientiert sind, dass sich eine Ellipse in einem Querschnitt eines Gesamtstrahlbildes über Brennstoffstrahlen der Abspritzöffnungen (38) ergibt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Achse (39) der Abspritzöffnungen (38) sich jeweils paarweise schneiden, und die Schnittpunkte der sich schneidenden Achsen (30) auf einer Symmetrieeben (40) liegen, welche senkrecht auf einer Querschnittsebene der Abspritzöffnungskalotte (37) steht.
wobei die Abspritzöffnungskalotte (37) zumindest drei Abspritzöffnungen (38) aufweist,
wobei durch die Orientierung der Abspritzöffnungen (38) definierte Achsen (39) Abspritzöffnungen (38) sich nicht alle schneiden, und
wobei die Abspritzöffnunge (38) so orientiert sind, dass sich eine Ellipse in einem Querschnitt eines Gesamtstrahlbildes über Brennstoffstrahlen der Abspritzöffnungen (38) ergibt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Achse (39) der Abspritzöffnungen (38) sich jeweils paarweise schneiden, und die Schnittpunkte der sich schneidenden Achsen (30) auf einer Symmetrieeben (40) liegen, welche senkrecht auf einer Querschnittsebene der Abspritzöffnungskalotte (37) steht.
Description
- 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.
- 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.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils, -
2a eine Abspritzöffnungskalotte in Aufsicht nach dem Stand der Technik für ein im Querschnitt elliptisches Gesamtstrahlbild in Aufsicht von dem Brennstoffeinspritzventil aus, -
2b einen Querschnitt durch die Abspritzöffnungskalotte der2a , -
3a eine erste erfindungsgemäße Ausführung einer Abspritzöffnungskalotte in Aufsicht für ein im Querschnitt elliptisches Gesamtstrahlbild, -
3b einen Querschnitt durch die Abspritzöffnungskalotte der3a und -
4 eine weitere Ausführung einer Abspritzöffnungskalotte in Aufsicht für ein kegelförmiges Gesamtstrahlbild. - Ein in
1 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine. - Das Brennstoffeinspritzventil
1 besteht aus einem Düsenkörper2 , in welchem eine Ventilnadel3 angeordnet ist. Die Ventilnadel3 steht mit einem Ventilschließkörper4 in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper5 angeordneten Ventilsitzfläche6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil1 , das über mehrere Abspritzöffnungen7 verfügt. Der Düsenkörper2 ist durch eine Dichtung8 gegen einen Außenpol9 einer Magnetspule10 abgedichtet. Die Magnetspule10 ist in einem Spulengehäuse11 gekapselt und auf einen Spulenträger12 gewickelt, welcher an einem Innenpol13 der Magnetspule10 anliegt. Der Innenpol13 und der Außenpol9 sind durch eine Verengung26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil29 verbunden. Die Magnetspule10 wird über eine Leitung19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt17 ist von einer Kunststoffummantelung18 umgeben, die am Innenpol13 angespritzt sein kann. - Die Ventilnadel
3 ist in einer Ventilnadelführung14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe15 . An der anderen Seite der Einstellscheibe15 befindet sich der Anker20 . Dieser steht über einen ersten Flansch21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht22 mit dem ersten Flansch21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch21 stützt sich eine Rückstellfeder23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils1 durch eine Hülse24 auf Vorspannung gebracht wird. In der Ventilnadelführung14 , im Anker20 und am Ventilsitzkörper5 verlaufen Brennstoffkanäle30a bis30b . Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr16 zugeführt und durch ein Filterelement25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil1 ist durch eine Dichtung28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet. - An der abspritzseitigen Seite des Ankers
20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement32 , welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt auf einem zweiten Flansch31 auf, welcher über eine Schweißnaht33 kraftschlüssig mit der Ventilnadel3 verbunden ist. - Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils
1 wird der Anker20 von der Rückstellfeder23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper4 am Ventilsitz6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol12 und dem Anker20 befindlichen Arbeitsspalt27 vorgegeben ist. Der Anker20 nimmt den ersten Flansch21 , welcher mit der Ventilnadel3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper4 hebt von der Ventilsitzfläche6 ab, und der Brennstoff wird durch die Abspritzöffnungen7 abgespritzt. - Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker
20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder23 vom Innenpol13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel3 in Verbindung stehende erste Flansch21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper4 auf der Ventilsitzfläche6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil1 geschlossen wird. -
2a zeigt zur Verdeutlichung eine Abspritzöffnungskalotte34 in Aufsicht nach dem Stand der Technik für ein im Querschnitt elliptisches Gesamtstrahlbild. Die Ansicht entspricht dem Blick in die Wölbung der Abspritzöffnungskalotte34 von innen, von dem Brennstoffeinspritzventil1 aus betrachtet. Abspritzöffnungen35 sind ungefähr in einer von einer Ellipse umschlossenen Fläche angeordnet und durch die Orientierung der Abspritzöffnungen35 definierte Achsen36 schneiden sich in einem Schnittpunkt37 . -
2b zeigt einen Querschnitt durch die Abspritzöffnungskalotte34 der2a mit den Abspritzöffnungen35 , den Achsen36 und dem Schnittpunkt37 . - 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 Brennstoffeinspritzventil1 zugewandten Oberseite der Abspritzöffnungskalotte34 kommen sich die Abspritzöffnungen35 dabei sehr nahe. Aus fertigungstechnischen Gründen muß jedoch ein Mindestabstand von einem Abspritzöffnungsdurchmesser eingehalten werden. -
3a zeigt in Aufsicht von dem Ventilschließkörper4 des Brennstoffeinspritzventil1 der1 aus eine erste erfindungsgemäße Ausführung einer Abspritzöffnungskalotte37 für ein im Querschnitt elliptisches Gesamtstrahlbild. Die Abspritzöffnungskalotte37 ist mit dem Ventilsitzkörper5 der1 einstückig ausgeführt. Die Ansicht entspricht dem Blick in die Wölbung der Abspritzöffnungskalotte34 von innen. Abspritzöffnungen38 sind ungefähr gleichmäßig in der Abspritzöffnungskalotte37 angeordnet und durch die Orientierung der Abspritzöffnungen38 definierte Achsen39 schneiden sich jeweils paarweise in einer Symmetrieebene40 , die zu der Ebene der Abspritzöffnungskalotte37 , entsprechend der Zeichenebene, senkrecht steht. -
3b zeigt einen Querschnitt durch die Abspritzöffnungskalotte37 der3a mit den Abspritzöffnungen38 und den Achsen39 in der Symmetrieebene40 der3a . - Durch die vorteilhafte erfindungsgemäße Anordnung und Orientierung der Abspritzöffnungen
38 ist es möglich, die Festigkeit der Abspritzöffnungskalotte37 zu erhöhen. Die Abspritzöffnungen38 sind gleichmäßiger verteilt und haben insbesondere an der Innenseite der Abspritzöffnungskalotte37 einen größeren Abstand zueinander. Der aus der Verschiebung der Abspritzöffnungen38 resultierende Fehler des Gesamtstrahlbildes für nahe Abstände des Gesamteinspritzstrahles zu der Abspritzöffnungskalotte37 ist demgegenüber vernachlässigbar. - In
4 ist in Aufsicht entsprechend der Ansicht der3a eine weitere Ausführung einer Abspritzöffnungskalotte41 für ein kegelförmiges Gesamtstrahlbild dargestellt. Die Abspritzöffnungskalotte weist ungefähr kreisförmig angeordnete Abspritzöffnungen42 auf. Die durch die Orientierung der Abspritzöffnungen42 definierten Achsen43 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 (2)
- 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 ), wobei die Abspritzöffnungskalotte (37 ) zumindest drei Abspritzöffnungen (38 ) aufweist, wobei durch die Orientierung der Abspritzöffnungen (38 ) definierte Achsen (39 ) Abspritzöffnungen (38 ) sich nicht alle schneiden, und wobei die Abspritzöffnunge (38 ) so orientiert sind, dass sich eine Ellipse in einem Querschnitt eines Gesamtstrahlbildes über Brennstoffstrahlen der Abspritzöffnungen (38 ) ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (39 ) der Abspritzöffnungen (38 ) sich jeweils paarweise schneiden, und die Schnittpunkte der sich schneidenden Achsen (30 ) auf einer Symmetrieeben (40 ) liegen, welche senkrecht auf einer Querschnittsebene der Abspritzöffnungskalotte (37 ) steht. - Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abspritzöffnungen (
38 ), deren Achsen (39 ) sich schneiden, spiegelsymmetrisch zu der Symmetrieebene (40 ) angeordnet sind.
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