DE10150712A1

DE10150712A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10150712A1
Application number: DE2001150712
Authority: DE
Inventors: Guenter Dantes; Detlef Nowak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-10-13
Filing date: 2001-10-13
Publication date: 2003-04-17
Also published as: WO2003033907A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil mit einem axial bewegbaren kugelförmigen Ventilschließkörper (7), der mit einem ringförmigen Dichtsitz (22') eines Ventilsitzkörpers (16) zusammenwirkt. Stromabwärts des Dichtsitzes (22') ist wenigstens eine Abspritzöffnung (21) angeordnet. Der Dichtsitz (22') bildet einen Teil einer Ventilsitzfläche (22), die wenigstens im Bereich des Dichtsitzes (22') selbst und innerhalb des ringförmigen Dichtsitzes (22') stufenlos, durchgehend konkav gewölbt ausgeführt ist, so dass das Totvolumen zwischen Dichtsitz (22') und Abspritzöffnungen (21) minimiert ist und die Strömung stromabwärts des Dichtsitzes (22') frei von Stolperfallen ungestört ist. DOLLAR A Das Brennstoffeinspitzventil eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1.
Bekannt sind bereits zahlreiche Brennstoffeinspritzventile mit verschiedenen geometrischen Ausgestaltungen von Ventilsitz und Ventilschließkörper.

Aus der DE 195 27 049 A1 (Fig. 1) ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das typischerweise einen kugelförmigen Ventilschließkörper aufweist, der mit einer ebenen Ventilsitzfläche, die sich in stromabwärtiger Richtung kegelstumpfförmig verjüngt, zusammenwirkt. Bei einer derartigen Ausgestaltung kommt es zu einer vergleichsweise breiten Kugelauflage im Sitzbereich. Damit verbunden sind nachteilige hydraulische Klebeeffekte, die besonders bei Brennstoffen wie Ethanol verstärkt auftreten.

Ähnliche Ausgestaltungen der Paarung Ventilsitz/Ventilschließkörper sind auch aus den DE 37 10 467 C2 und US 5,383,607 A bekannt, bei denen die Ventilsitzfläche jeweils eben, sich kegelstumpfförmig verjüngend ausgebildet ist. Mit dieser ebenen Ventilsitzfläche wirkt ein. Ventilschließkörper zusammen, der als Teil einer Ventilnadel im Dichtsitzbereich eine gewölbte Außenkontur aufweist, die letztlich auch als Kugelsektor anzusehen ist.

Bekannt ist des weiteren aus der DE 195 27 049 Al (Fig. 2) ein Brennstoffeinspritzventil, bei dem ein kugelförmiger Ventilschließkörper mit einem als Kantensitz ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Der Kantensitz ergibt sich dadurch, dass mit unterschiedlichen Winkeln ausgebildete Flächen direkt aufeinander folgen, wobei an ihrer Berührungslinie der Kantensitz entsteht. Andererseits ist auch bereits aus der DE 195 27 049 A1 (Fig. 3) ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem der Ventilschließkörper am Umfang umlaufende Schrägflächen aufweist, die direkt aufeinander folgen, wobei an ihrer Berührungslinie eine Dichtkante entsteht, die mit einem ebenen, sich kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitz zusammenwirkt.

Schließlich ist auch schon ein Brennstoffeinspritzventil aus der DE 34 45 405 C2 bekannt, das einen kugelförmigen Ventilschließkörper aufweist, der mit einem ringförmig ausgebildeten, gewölbten Ventilsitz zusammenwirkt. Innerhalb des ringförmigen Ventilsitzes hat der Ventilsitzkörper einen abgestuft vertieften Kalottenraum, in den der Ventilschließkörper bei geschlossenem Ventil eintaucht. Durch die gestufte Ausbildung des Kalottenraums ist das Totvolumen zwischen Ventilsitz und Abspritzöffnungen in nachteiliger Weise immer noch relativ groß. Außerdem bildet der Absatz des beginnenden Kalottenraums in Strömungsrichtung gesehen eine Stolperfalle für die Strömung, die zu einer ungewollten Störung in der Strömung kurz vor den Abspritzöffnungen führen kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil einer weiteren Verringerung des Totvolumens zwischen dem Dichtsitz und den Abspritzöffnungen. Außerdem wird durch den Wegfall jeglicher Stolperfallen in diesem Bereich unmittelbar stromabwärts des Dichtsitzes eine verbesserte Sprayzerstäubung durch eine bestmögliche Systemdrucknutzung erreicht. In vorteilhafter Weise gibt es nämlich in diesem Bereich durch die kontinuierliche Wölbung der gesamten Ventilsitzfläche nun keinen zusätzlichen Druckabfall, wie er an einer Stolperfalle entsteht.

In der Konsequenz können beispielsweise die statische Strömungsmenge, der Strahlwinkel des abgespritzten Sprays selbst und der Strahlwinkel des Gesamtsprays bezüglich der Ventillängsachse exakter mit äußerst geringen Toleranzen eingestellt werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

In idealer Weise besitzt die gesamte Ventilsitzfläche einen konstanten Radius, dessen Mittelpunkt auf der Ventillängsachse liegt, und zwar entweder nahe der zur Magnetspule hin gerichteten oberen Oberfläche des Ventilschließkörpers oder außerhalb des Ventilschließkörpers.

Besonders vorteilhaft ist es, den kugelförmigen Ventilschließkörper an seinem stromabwärtigen Ende stirnseitig anzuschleifen, so dass letztlich eine zu den Abspritzöffnungen hin abgeflachte Kugel vorliegt. Mit dem Anschliff des Ventilschließkörpers ist ein sehr exakter Ventilsitzdurchmesser realisierbar, der aus dynamischen Gründen gewünscht ist und die Streuungen im dynamischen Ventilbetrieb reduziert.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein teilweise dargestelltes Brennstoffeinspritzventil mit einem konkav gewölbten Ventilsitz.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. 1 ist ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen teilweise dargestellt. Das Einspritzventil hat einen rohrförmigen Ventilsitzträger 1, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine z. B. rohrförmige Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 6 mit einem weitgehend kugelförmigen Ventilschließkörper 7, an dessen Umfang beispielsweise fünf Abflachungen 8 vorgesehen sind, verbunden ist.
Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise beispielsweise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils dient ein angedeuteter elektromagnetischer Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11 und einem Kern 12. Die Magnetspule 10 umgibt den Kern 12, der das sich durch die Magnetspule 10umschließende Ende eines nicht näher gezeigten Einlassstutzens, der der Zufuhr des mittels des Ventils zuzumessenden Brennstoffs dient, darstellt.
Zur Führung des Ventilschließkörpers 7 während der Axialbewegung dient eine Führungsöffnung 15 eines Ventilsitzkörpers 16. In das stromabwärts liegende, dem Kern 11 abgewandte Ende des Ventilsitzträgers 1 ist inder Längsöffnung 3 der gestufte Ventilsitzkörper 16 durch Schweißen fest und dicht montiert. Eine z. B. umlaufende Schweißnaht 17 verbindet den Ventilsitzkörper 16 im Bereich eines nach außen stehenden Flansches 19 mit dem unteren Ende des Ventilsitzträgers 1. In einem mittleren Bodenbereich 20 des Ventilsitzkörpers 16 sind wenigstens eine, beispielsweise zwei oder vier durch Erodieren, Laserbohren oder Stanzen ausgeformte Abspritzöffnungen 21 vorgesehen.
Damit die Strömung des Brennstoffs von einem Ventilinnenraum kommend auch die Abspritzöffnungen 21 erreicht, sind am Umfang des Ventilschließkörpers 7 Abflachungen 8 angeformt. Der weitgehend kugelförmige Ventilschließkörper 7 wirkt erfindungsgemäß mit einer konkav gewölbten Ventilsitzfläche 22 des Ventilsitzkörpers 16 zusammen, die den Bodenabschnitt der Aufnahmeöffnung für den Ventilschließkörper 7 stromabwärts der Führungsöffnung 15 bildet. Ausgehend von der zylindrischen Wandung der Führungsöffnung 15 ist z. B. die gesamte Ventilsitzfläche 22 als Bodenabschnitt dieser Öffnung durchgehend konkav gewölbt ausgeführt, wobei jedoch zumindest der innerhalb des ringförmig gebildeten Dichtsitzes 22' liegende Bereich der Ventilsitzfläche 22 kontinuierlich fortlaufend mit einer Wölbung versehen ist.
Dabei muss der Radius R der Gesamtwölbung keineswegs konstant sein. In idealer Weise besitzt die gesamte Ventilsitzfläche 22 jedoch einen konstanten Radius R, dessen Mittelpunkt M auf der Ventillängsachse 2 liegt, und zwar nahe der zur Magnetspule 10 hin gerichteten oberen Oberfläche des Ventilschließkörpers 7, wie dies Fig. 1 verdeutlicht. Andererseits kann der Radius auch noch größer gewählt werden, so dass der Mittelpunkt M außerhalb des Ventilschließkörpers 7 z. B. innerhalb der Ventilnadelhülse 5 liegt.
Aufgrund der durchgehenden Wölbung der Ventilsitzfläche 22 wird in vorteilhafter Weise eine weitere Verringerung des Totvolumens zwischen dem Dichtsitz 22' und den Abspritzöffnungen 21 erzielt. Außerdem wird durch den Wegfall jeglicher Stolperfallen bei dieser kontinuierlich gewölbten Innenkontur in diesem Bereich unmittelbar stromabwärts des Dichtsitzes 22' eine verbesserte Sprayzerstäubung durch eine bestmögliche Systemdrucknutzung erreicht. In vorteilhafter Weise gibt es nämlich in diesem Bereich nun keinen zusätzlichen Druckabfall, wie er an einer Stolperfalle entsteht. Die Strömung kann zudem weitgehend störungsfrei in die Abspritzöffnungen 21 einströmen.
Die Abspritzöffnungen 21 verlaufen an der gewölbten Ventilsitzfläche 22 beginnend unter gleichen oder unterschiedlichen Winkeln zur Ventillängsachse 2 bis zu einer äußeren stromabwärtigen Stirnseite 26 des Ventilsitzkörpers 16. Zumindest im mittleren Bodenbereich 20 des Ventilsitzkörpers 16, in dem die Abspritzöffnungen 21 verlaufen, weist die Stirnseite 26 z. B. eine konvexe, nach außen hervorstehende Wölbung auf, die mit einem Radius verläuft, der weitgehend dem Radius R der Wölbung der Ventilsitzfläche 22 entsprechen kann.
Um die Auflagefläche des an sich kugelförmigen Ventilschließkörpers 7 im Bereich des Dichtsitzes 22' zu minimieren, weist der Ventilschließkörper 7 an seinem stromabwärtigen Ende stirnseitig einen Anschliff 24 auf, so dass letztlich eine zu den Abspritzöffnungen 21 hin abgeflachte Kugel als Ventilschließkörper 7 vorliegt. Auf diese Weise wird eine Kantenauflage des Ventilschließkörpers 7 trotz seiner an sich kugelförmigen Gestalt gewährleistet. Der mit dem Dichtsitz 22' zusammenwirkende ringförmige Dichtbereich des Ventilschließkörpers 7 liegt beispielsweise minimal oberhalb der durch den Anschliff 24 gebildeten Außenkante an der gekrümmten Außenkontur des Ventilschließkörpers 7. Mit dem Anschliff 24 am Ventilschließkörper 7 ist ein sehr exakter Ventilsitzdurchmesser realisierbar, der aus dynamischen Gründen gewünscht ist und die Streuungen im dynamischen Ventilbetrieb reduziert.
Durch unterschiedlich große Anschliffe 24 an verschiedenen Ventilschließkörpern 7 können auf einfache Art und Weise sehr unterschiedliche Ventilsitzdurchmesser für bestimmte Ventiltypen exakt eingestellt werden.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil, insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse (2), mit einem axial bewegbaren Ventilschließkörper (7), der mit einem Dichtsitz (22') eines Ventilsitzkörpers (16) zusammenwirkt, und mit wenigstens einer Abspritzöffnung (21) stromabwärts des Dichtsitzes (22'), dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (22') ringförmig an einer Ventilsitzfläche (22) gebildet ist, die wenigstens im Bereich des Dichtsitzes (22') und innerhalb des ringförmigen Dichtsitzes (22') stufenlos, durchgehend konkav gewölbt ausgeführt ist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsitzfläche (22) als Bodenabschnitt einer Öffnung zur Aufnahme und Führung des Ventilschließkörpers (7) im Ventilsitzkörper (16) beginnend von einer zylindrischen Wandung einer Führungsöffnung (15) innerhalb und außerhalb des Dichtsitzes (22')durchgehend konkav gewölbt ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius R der Wölbung der Ventilsitzfläche (22) konstant ist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt M des Radius R auf der Ventillängsachse (2) liegt.

5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt M des Radius R nahe der der Abspritzöffnungen (21) abgewandten Oberfläche des Ventilschließkörpers (7) oder außerhalb des Ventilschließkörpers (7) liegt.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung der Ventilsitzfläche (22) zwar durchgehend, jedoch mit verschiedenen Radien R ausgeführt ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (7) weitgehend kugelförmig ausgebildet ist und an seinem stromabwärtigen Ende stirnseitig einen Anschliff (24) aufweist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Abspritzöffnung (21) von der gewölbten Ventilsitzfläche (22) aus bis zu einer äußeren stromabwärtigen Stirnseite (26) des Ventilsitzkörpers (16) verläuft.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem mittleren Bodenbereich (20) des Ventilsitzkörpers (16), in dem die wenigstens eine Abspritzöffnung (21) verläuft, die Stirnseite (26) eine konvexe, nach außen hervorstehende Wölbung aufweist.