DE10152419A1

DE10152419A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10152419A1
Application number: DE2001152419
Authority: DE
Inventors: Volker Holzgrefe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2003-06-18
Also published as: WO2003038271A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfaßt eine in einem Düsenkörper (3) geführte Ventilnadel (4), welche durch einen Aktor (7) betätigbar ist und durch eine Rückstellfeder (9) so beaufschlagt ist, daß ein mit der Ventilnadel (4) in Wirkverbindung stehender Ventilschließkörper (5) in dichtender Anlage an einer Ventilsitzfläche (6) gehalten wird. Eine den Ventilschließkörper (5) umgebende Wandung (14) des Düsenkörpers (3) weist zumindest einen Knick (15) auf.

Description

Stand der Technik

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

Beispielsweise ist aus der DE 33 32 858 A1 ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches einen kegeligen Dichtsitz aufweist. Eine Ventilnadel ist in einem Düsenkörper axial verschiebbar geführt. Die Ventilnadel ist mit einem Ventilschließkörper versehen und in einer Schließrichtung durch eine Rückstellfeder belastet, welche den Ventilsitzkörper gegen einen Dichtsitz am Düsenkörper drückt. Der Ventilschließkörper wird dabei von dem Düsenkörper abströmseitig des Dichtsitzes trichterartig überragt.

Nachteilig bei dem aus der DE 33 32 858 A1 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß der Öffnungswinkel einer durch das Brennstoffeinspritzventil in den Brennraum eingespritzten Gemischwolke immer dem Öffnungswinkel des Dichtsitzes entspricht. Ist der Dichtsitz steil, wird die Gemischwolke zu tief in den Brennraum eingespritzt, ist er zu flach, ist die Penetration der Gemischwolke zu gering.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch einfache Maßnahmen an der Kontur des Düsenkörpers eine Modellierung der Gemischwolke unabhängig vom Öffnungswinkel des Dichtsitzes oder vom Ventilnadelhub möglich ist.

Dies wird durch eine Änderung der Neigung zwischen dem Dichtsitz und einer daran angrenzenden Wandung des Düsenkörpers mittels zumindest eines Knicks ermöglicht.

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

Vorteilhafterweise kann die Richtung der Neigungsänderung beliebig gemäß den Anforderungen an das Brennstoffeinspritzventil gewählt werden.

Von Vorteil ist außerdem, daß eine Modifikation des Öffnungswinkels der Gemischwolke möglich ist, ohne die Form des Ventilschließkörpers und Öffnungshubs der Ventilnadel zu verändern, bzw. die Modifikation des Öffnungswinkels direkt über den Hub zu verändern.

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 Ausführungsbeispiel eines zur Implementierung der erfindungsgemäßen Maßnahmen geeigneten Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Stand der Technik in einer Gesamtansicht,
Fig. 2A einen schematischen Ausschnitt aus dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich IIA in Fig. 1 als Prinzipskizze,
Fig. 2B einen schematischen Ausschnitt aus einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils in gleicher Ansicht wie Fig. 2A, und
Fig. 2C einen schematischen Ausschnitt aus einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils in gleicher Ansicht wie Fig. 2A.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines zur Implementierung der erfindungsgemäßen Maßnahmen geeigneten 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 Gehäusekörper 2 und einem Düsenkörper 3, in welchem eine Ventilnadel 4 angeordnet ist. Die Ventilnadel 4 steht mit einem Ventilschließkörper 5 in Wirkverbindung, der mit einer Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich um ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist einen Aktor 7 auf, der im Ausführungsbeispiel als piezoelektrischer Aktor 7 ausgeführt ist. Der Aktor 7 stützt sich einerseits an dem Gehäusekörper 2 und andererseits an einer mit der Ventilnadel 4 in Wirkverbindung stehenden Schulter 8 ab. Abströmseitig der Schulter 8 ist eine Rückstellfeder 9 angeordnet, welche sich ihrerseits an dem Düsenkörper 3 abstützt.
Die Ventilnadel 4 weist einen Brennstoffkanal 10 auf, durch welchen der durch eine zulaufseitige, zentrale Brennstoffzufuhr 11 zugeleitete Brennstoff zum Dichtsitz geführt wird. Zuströmseitig des Dichtsitzes ist eine Drallkammer 12 ausgebildet, in welche der Brennstoffkanal 10 ausmündet.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird die Schulter 8 durch die Kraft der Rückstellfeder 9 entgegen der Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 5 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung des piezoelektrischen Aktors 7 dehnt sich dieser in axialer Richtung entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 9 aus, so daß die Schulter 8 mit der Ventilnadel 4, welche mit der Schulter 8 kraftschlüssig verbunden ist, in Hubrichtung bewegt wird. Der Ventilschließkörper 5 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über den Brennstoffkanal 10 geführte Brennstoff wird abgespritzt.
Wird der Erregerstrom abgeschaltet, reduziert sich die axiale Ausdehnung des piezoelektrischen Aktors 7 entsprechend, wodurch die Ventilnadel 4 durch den Druck der Rückstellfeder 9 entgegen der Hubrichtung bewegt wird. Der Ventilschließkörper 5 setzt auf der Ventilsitzfläche 6 auf und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.
Fig. 2A zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung den in Fig. 1 mit IIA bezeichneten Ausschnitt aus dem in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventil 1 zur Erläuterung der Einflußnahme der äußeren Form eines abströmseitigen Endes 13 des Brennstoffeinspritzventils 1 auf die Form einer in den Brennraum eingespritzten Gemischwolke. Gleiche Bauteile sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Wird mittels eines nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventils 1 eine Gemischwolke in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt, ist diese Gemischwolke bedingt durch die Form des Ventilschließkörpers 5 und die Geometrie des Dichtsitzes symmetrisch und kegelförmig. Die im Brennraum herrschende Strömung legt sich an dasjenige Bauteil an, welches axial weiter in den Brennraum hineinragt. Dies kann entweder der Ventilschließkörper 5 oder eine Innenkontur 16 einer eine Wandung 14 des an die Ventilsitzfläche 6 anschließenden Bereichs des Düsenkörpers 3 sein.
Die erstgenannte Bauform, bei welcher der Ventilschließkörper 5 den Düsenkörper 3 axial überragt, ist insbesondere bei direkt einspritzenden Brennstoffeinspritzventilen 1 die Gefahr der Verkokung des Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des Dichtsitzes von Nachteil, da der Verbrennungsprozeß Rückstände an dem nicht abgeschirmten Ventilschließkörper 5 hinterläßt, welche auf Dauer zu Fehlfunktionen des Brennstoffeinspritzventils 1, beispielsweise durch eine unzulässig hohe Verminderung des Brennstoffflusses oder mangelnde Dichtigkeit im geschlossenen Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 durch aufgewachsene Ablagerungen am Dichtsitz, führen.
Die alternative Bauform, bei welcher der Düsenkörper 3 den Ventilschließkörper 5 axial überragt, ist schematisch in Fig. 2A dargestellt. Die Strömungswirbel, welche beim Einspritzvorgang im Brennraum erzeugt werden, legen sich an die Wandung 14 des Düsenkörpers 3 an, wie in Fig. 2A durch die gebogenen Pfeile angedeutet, und transportieren dadurch Verbrennungsrückstände bei jedem Einspritzzyklus mit dem Brennstoff-Luft-Gemisch vom Dichtsitz in den Brennraum ab, so daß keine Ablagerungen aufwachsen können. Ein Öffnungswinkel β der abgespritzen Gemischwolke entspricht dabei dem Öffnungswinkel α der Ventilsitzfläche 6 des Dichtsitzes.
In den Fig. 2B und 2C sind zwei Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäße Gestaltung des abströmseitigen Endes 13 des Brennstoffeinspritzventils 1 dargestellt, welche eine Strömungsanlage gemäß der vorstehend beschriebenen Bauform weiterentwickeln.
Fig. 2B zeigt dabei ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Düsenkörpers 3, dessen dem Ventilschließkörper 5 zugewandte Innenkontur 16 der Wandung 14 einen Knick 15 aufweist, durch welchen ein Öffnungswinkel α der Ventilsitzfläche 6 auf einen Öffnungswinkel β stromabwärts des Knicks 15 vergrößert wird. Dadurch kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein größerer Strahlöffnungswinkel der in den Brennraum eingespritzten Gemischwolke erzielt werden, ohne den Ventilschließkörper 5 baulich verändern zu müssen. Durch diese einfache Maßnahme, welche auch die äußere bauliche Form des Düsenkörpers 3 unbeeinflußt läßt, kann der Strahlöffnungswinkel individuell an die an das Brennstoffeinspritzventil 1 gestellten Anforderungen angepaßt werden.
Fig. 2C zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Düsenkörpers 3, wobei hier der Ventilschließkörper 5 im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel eine geringere Baulänge aufweist, welche insbesondere für schnellschaltbare Brennstoffeinspritzventile 1 mit einem sehr kleinen Öffnungshub geeignet sind. Dadurch wird jedoch der Öffnungswinkel α der Ventilsitzfläche 6, welcher den Ventilhub vorgibt, deutlich vergrößert, so daß der Öffnungswinkel β der Gemischwolke zu groß und dementsprechend die Penetration im Brennraum zu klein werden würde. Das abströmseitige Ende 13 des Brennstoffeinspritzventils 1 ist daher so ausgeführt, daß sich an die stark geneigte Ventilsitzfläche 6 durch einen Knick 15 ein weniger stark geneigter Bereich der Innenkontur 16 der Wandung 14 anschließt, so daß der Öffnungswinkel β der Gemischwolke wieder auf den gewünschten Betrag reduziert werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und z. B. auch für elektromagnetisch betätigbare Brennstoffeinspritzventile 1 anwendbar.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer in einem Düsenkörper (3) angeordneten Ventilnadel (4), welche durch einen Aktor (7) betätigbar ist und durch eine Rückstellfeder (9) so beaufschlagt ist, daß ein mit der Ventilnadel (4) in Wirkverbindung stehender, dem Brennraum zugewandter Ventilschließkörper (5) im unbetätigten Zustand des Aktors (7) in dichtender Anlage an einer Ventilsitzfläche (6) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenkontur (16) einer den Ventilschließkörper (5) umgebenden Wandung (14) des Düsenkörpers (3) zumindest einen Knick (15) aufweist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Knick (15) der Innenkontur (16) der Wandung (14) in einem an die Ventilsitzfläche (6) abströmseitig angrenzenden Bereich des Düsenkörpers (3) ausgebildet ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur (16) der Wandung (14) des Düsenkörpers (3) stromabwärts des Knicks (15) einen Öffnungswinkel (β) aufweist, der von einem Öffnungswinkel (α) der Ventilsitzfläche (6) verschieden ist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel (β) stromabwärts des Knicks (15) dem Öffnungswinkel einer in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzten Gemischwolke entspricht.

5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel (β) stromabwärts des Knicks (15) größer ist als der Öffnungswinkel (α) der Ventilsitzfläche (6).

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel (β) stromabwärts des Knicks (15) kleiner ist als der Öffnungswinkel (α) der Ventilsitzfläche (6).