DE102004024534A1

DE102004024534A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102004024534A1
Application number: DE200410024534
Authority: DE
Inventors: Heinz Lauterbach; Christian Heinen; Uwe Iben; Klaus Reymann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2005-12-15
Also published as: EP1598550A1; DE502005001272D1; EP1598550B1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) weist einen Aktor und eine mit dem Aktor in Wirkverbindung stehende Ventilnadel (3) auf. Die Ventilnadel (3) weist abspritzseitig einen Ventilschließkörper (4) auf, der mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Das Brennstoffeinspritzventil weist außerdem wenigstens eine in einem Ventilsitzkörper (5) vorgesehene Abspritzöffnung (7) und eine zwischen dem Ventilschließkörper (4) und dem Ventilsitzkörper (5) verlaufende Brennstoffzuführung (38) auf, aus dem die Abspritzöffnung (7) durch eine Einmündung (39) mündet. Im Bereich der Einmündung (39) ist zumindest ein Umlenkelement (40) angeordnet, das eine Umlenkfläche (42) aufweist, durch welche der durch die Brennstoffzuführung (38) strömende Brennstoff in Richtung der Einmündung (39) umgelenkt wird.

Description

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

Beispielsweise ist aus der DE 41 42 430 A1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einer Ventilnadel, einem am abspritzseitigen Ende der Ventilnadel ausgebildeten Ventilschließkörper und einem Ventilsitzkörper bekannt. Im Ventilsitzkörper sind Abspritzöffnungen ausgebildet. Zwischen dem Ventilschließkörper und dem Ventilsitzkörper ist bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil ein Brennstoffkanal ausgebildet, der über Einmündungen in mehrere Abspritzöffnungen abzweigt. Die Abspritzöffnungen münden scharfkantig in den Brennstoffkanal.

Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß durch die scharfkantigen Einmündungen vom Brennstoffkanal zu den Abspritzöffnungen es zu einer sehr plötzlichen und starken Strömungsumlenkung kommt, die zu unerwünschten Strömungseffekten führt. Insbesondere kommt es zu Strömungsinstabilitäten und kavitierenden Wirbeln, die zu Kavitationsschäden führen und das Eindring- und Ausbreitungsverhalten des Brennstoffsprays nachhaltig unvorteilhaft und nicht vorhersehbar verändern.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß Strömungsinstabilitäten im abspritzseitigen Bereich des Brennstoffeinspritzventils reduziert werden und das Kavitationsverhalten verbessert wird. Durch die verminderte Kavitationsneigung des geführten Brennstoffs ist die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Brennstoffeinspritzventils erhöht. Durch die gleichzeitige Verringerung der Strömungsinstabilitäten werden zudem Schwankungen in der Homogenität, des Durchflusses und des Eindring- und Ausbreitungsverhaltens des Brennstoffsprays vermindert. Das Brennstoffspray wird im Brennraum insgesamt gleichmäßiger verteilt und Schadstoffemissionen werden reduziert. Außerdem werden Druckschwankungen auf die Ventilnadel vermieden und somit das dynamische Verhalten des Brennstoffeinspritzventils verbessert, womit sog. Tütenstrahlen am Austritt der Abspritzöffnungen vermieden werden.

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

Vorteilhafterweise ist die Umlenkfläche des Umlenkelements kurvenförmig abgerundet und der Brennstoff wird daran kurvenförmig umgelenkt. Dadurch ist es möglich, die Strömungsinstabilitäten und die Kavitationsneigung des Brennstoffes weiter zu vermindern.

Von Vorteil ist es außerdem, das abströmseitige Ende der Umlenkfläche so auszurichten, daß bei geöffnetem Dichtsitz die gedachte Verlängerung der Umlenkfläche auf die Einmündung gerichtet ist. Dadurch ist es möglich, die Strömungsinstabilitäten und die Kavitationsneigung des Brennstoffes weiter zu vermindern.

Außerdem ist es vorteilhaft, das Umlenkelement am Ventilschließkörper anzuordnen, wenn das Umlenkelement den Ventilschließkörper ringförmig umfaßt. Dadurch ist es möglich, das Brennstoffeinspritzventil besonders einfach aufzubauen.

Im Weiteren ist es von Vorteil, das Umlenkelement in der Form einer Nase auszuführen. Der Brennstoff kann dadurch besonders kavitationsarm und strömungsstabil umgelenkt werden.

Liegt bei geöffnetem Dichtsitz, also bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil, das Umlenkelement auf Höhe der gedachten Verlängerung der Längsachse des zuströmseitigen Endes der Abspritzöffnung, so kann der Brennstoff besonders kavitationsarm und strömungsstabil in die Abspritzöffnung umgelenkt werden.

Vorteilhafterweise ist der Ventilsitzkörper zuströmseitig im Bereich der Einmündung zur Einmündung hin kurvenförmig abgerundet. Kavitationsneigung und Strömungsinstabilitäten lassen sich dadurch weiter vermindern. Dies wird durch eine scharfe Abrisskante am abströmseitigen Ende der Umlenkfläche am Ventilschließkörper ebenfalls begünstigt.

Liegt die Strömungsabrisskante bei geöffnetem Dichtsitz auf Höhe der gedachten Verlängerung der Längsachse des zuströmseitigen Endes der Abspritzöffnung, so werden Strömungsinstabilitäten und Kavitationsneigung des Brennstoffes weiter vermindert.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch ein gattungsgemäß ausgestaltetes Brennstoffeinspritzventil,
2 einen schematischen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich des Dichtsitzes bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil und
3 einen schematischen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich des Dichtsitzes bei geschlossenem Brennstoffeinspritzventil.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Bevor anhand der 2 und 3 ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel näher beschrieben wird, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von 1 ein gattungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
Ein in 1 dargestelltes gattungsgemäßes 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 weist abspritzseitig einen Ventilschließkörper 4 auf, 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 eine Abspritzöffnung 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 einen Abstand 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. Die Magnetspule 10 wird über eine elektrische 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 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 spiralförmige 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 an einem Führungselement 36 verlaufen Brennstoffkanäle 30, 31 und 32. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch einen Dichtring 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine Dichtung 37 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet.
An der abspritzseitigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 33, welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt auf einem zweiten Flansch 34 auf, welcher über eine Schweißnaht 35 stoffschlüssig 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 an der Ventilsitzfläche 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 druckbehaftet zugeführte Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 7 in den nicht dargestellten Brennraum 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.
2 zeigt einen schematischen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des Dichtsitzes bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil 1, wobei der Ventilschließkörper 4 von der Ventilsitzfläche 6 abgehoben ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 öffnet nach innen. Zwischen dem Ventilschließkörper 4 und dem Ventilsitzkörper 5 öffnet sich dadurch eine als Ringkanal ausgebildete Brennstoffzuführung 38, welche um den Ventilschließkörper 4 herum verläuft und sich beim Öffnen des Dichtsitzes vergrößert.
Die Brennstoffzuführung 38 führt der abgebildeten Abspritzöffnung 7 Brennstoff zu, wobei in anderen Ausführungsbeispielen einer Vielzahl von Abspritzöffnungen 7 Brennstoff in dieser Art zugeführt werden kann. Die in etwa rechtwinklig von der Brennstoffzuführung 38 abzweigende Abspritzöffnung 7 weist eine Einmündung 39 zur Brennstoffzuführung 38 hin auf. Die Abspritzöffnung 7 kann in anderen Ausführungsbeispielen auch in einem Winkel, der größer ist als 90°, von der Brennstoffzuführung 38 abzweigen. Die Brennstoffzuführung 38 führt im weiteren Verlauf an der Einmündung 39 vorbei und steht abströmseitig beispielsweise mit anderen Abspritzöffnungen 7 oder Einmündungen 39 in Verbindung.
Im Bereich der Einmündung 39 ist an dem Ventilschließkörper 4 ein Umlenkelement 40 angeordnet. Das Umlenkelement 40 ist einstückig mit dem Ventilschließkörper 4 ausgebildet und umläuft in diesem Ausführungsbeispiel den Ventilschließkörper 4 ununterbrochen. Das Umlenkelement 40 weist im Querschnitt die Form einer Nase 41 auf.
Zuströmseitig weist das Umlenkelement 40 bzw. die Nase 41 eine kurvenförmig abgerundete Umlenkfläche 42 auf, deren gedachte abströmseitige tangentiale Verlängerung auf die Einmündung 39 gerichtet ist, vorteilhafterweise bei geöffnetem Ventil auf den unteren, abspritzseitigen Rand der Einmündung 39. Die Umlenkfläche 42 beschreibt eine Kurve, die den Brennstoff aus der Richtung der Brennstoffzuführung 38 in die Richtung der Längsachse des zuströmseitigen Teils der Abspritzöffnung 7 wenigstens teilweise umlenkt.
Das Umlenkelement 40 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine am abströmseitigen Ende der Umlenkfläche 42 angeordnete scharf ausgebildete Strömungsabrisskante 43 auf.
Sowohl die Strömungsabrisskante 43 als auch das Umlenkelement 40 selbst liegen auf Höhe der gedachten Verlängerung der Längsachse des zuströmseitigen Endes der Abspritzöffnung 7 bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil 1.
Zuströmseitig ist der Ventilsitzkörper 5 im Bereich der Einmündung 39 kurvenförmig zur Einmündung 39 hin abgerundet. Dadurch kann die Brennstoffströmung in diesem Bereich über einen größeren Bereich laminar verlaufen und reisst nicht beim Übergang von der Brennstoffzuführung 38 in die Abspritzöffnung 7 ab.
Abströmseitig der Einmündung 39 ist im Ventilsitzkörper 5 eine ringnutartige Ausnehmung 44 angeordnet.
3 zeigt einen schematischen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des Dichtsitzes bei geschlossenem Brennstoffeinspritzventil 1, wobei der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 dichtend aufliegt. Das im Querschnitt als Nase 41 ausgebildete Umlenkelement 40 greift in die in der Brennstoffzuführung 38 abströmseitig der Einmündung 39 angeordnete Ausnehmung 44 ein.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und beispielsweise auch für Brennstoffeinspritzventile von selbstzündenden Brennkraftmaschinen oder nach außen öffnende Brennstoffeinspritzventile verwendbar.
Die Merkmale der Beschreibung und der Zeichnung können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1) mit einem Aktor, einer mit dem Aktor in Wirkverbindung stehenden Ventilnadel (3), welche abspritzseitig einen Ventilschließkörper (4) aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wenigstens einer in einem Ventilsitzkörper (5) vorgesehenen Abspritzöffnung (7) und einer zwischen dem Ventilschließkörper (4) und dem Ventilsitzkörper (5) verlaufenden Brennstoffzuführung (38), aus der die Abspritzöffnung (7) mit einer Einmündung (39) beginnt, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Einmündung (39) zumindest ein Umlenkelement (40), das eine Umlenkfläche (42) aufweist, angeordnet ist, durch das der durch die Brennstoffzuführung (38) strömende Brennstoff in Richtung der Einmündung (39) umgelenkt wird.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkfläche (42), an welcher der Brennstoff umgelenkt wird, kurvenförmig abgerundet ist und der Brennstoff somit kurvenförmig umgelenkt wird.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gedachte Verlängerung des abströmseitigen Endes der Umlenkfläche (42) bei geöffnetem Dichtsitz auf die Einmündung (39) gerichtet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Umlenkelement (40) am Ventilschließkörper (4) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Umlenkelement (40) den Ventilschließkörper (4) ringförmig umläuft.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement (40) im Querschnitt die Form einer Nase (41) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei geöffnetem Dichtsitz das zumindest eine Umlenkelement (40) auf Höhe der gedachten Verlängerung der Längsachse des zuströmseitigen Endes der Abspritzöffnung (7) liegt.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzkörper (5) zuströmseitig im Bereich der Einmündung (39) zur Einmündung (39) hin kurvenförmig abgerundet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkfläche (42) am abströmseitigen Ende eine scharfe Strömungsabrisskante (43) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei geöffnetem Dichtsitz die Strömungsabrisskante (43) auf Höhe der gedachten Verlängerung der Längsachse des zuströmseitigen Endes der Abspritzöffnung (7) liegt.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement (40) bei geschlossenem Dichtsitz stromabwärtig der Einmündung (39) in eine Ausnehmung (44) eingreift.