-
Die
Erfindung betrifft ein Einspritzventil, wie es vorzugsweise zur
Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum von selbstzündenden
schnelllaufenden Brennkraftmaschinen verwendet wird.
-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung geht von einem Einspritzventil für Brennkraftmaschinen
aus, wie es beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 100 24 703 A1 bekannt
ist. Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist eine Ventilnadel
auf, die mit einem Ventilsitz zur Steuerung einer oder mehrerer
Einspritzöffnungen zusammenwirkt und dadurch die Verbindung
der Einspritzöffnungen zu einem Druckraum öffnet
und schließt. Im Druckraum wird Kraftstoff unter hohem Druck
vorgehalten, der durch die Bewegung der Ventilnadel zu festgelegten
Zeitpunkten in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt
werden kann.
-
Die
Ventildichtfläche, mit der die Ventilnadel mit dem Ventilsitz
zusammenwirkt, ist ebenso wie der Ventilsitz zumeist im Wesentlichen
konisch ausgebildet, wobei die Einspritzöffnungen entweder
direkt vom Ventilsitz ausgehen, was bei sogenannten Sitzlochdüsen
der Fall ist, oder von einem sich an den Ventilsitz anschließenden
Sackloch, das als Sacklochdüse bezeichnet wird. Die Einspritzöffnungen sind
dabei als Bohrungen im Ventilkörper ausgebildet und weisen
eine zylindrische oder leicht konische Form auf.
-
Bei
herkömmlichen Einspritzventilen ist der gesamte Einspritzquerschnitt,
also die Summe der Querschnitte der einzelnen Einspritzöffnungen,
stets konstant, d. h. der Kraftstoff kann nur gleichzeitig durch
sämtliche Einspritzöffnungen in den Brennraum
eingespritzt werden. Die Kraftstoffmenge wird einerseits durch die Öffnungszeit
der Ventilnadel und andererseits durch den anstehenden Kraftstoffdruck gesteuert.
Diese Situation ist jedoch nicht für alle Lastbereiche
ideal. Insbesondere bei niedriger Last oder bei Leerlauf könnte
eine effektivere Verbrennung des Kraftstoffs in den Brennraum erreicht
werden, indem mit gleichbleibend hohem Druck nur durch einen geringeren
Einspritzquerschnitt Kraftstoff in den Brennraum ausgespritzt wird.
Der volle Einspritzquerschnitt wird hingegen nur bei mittlerer und
hoher Last benötigt.
-
Um
dieses Problem zu lösen wurde vorgeschlagen, sogenannte
Variodüsen zu bauen, wie sie beispielsweise aus der
DE 30 36 583 A1 bekannt sind.
Hierbei sind zwei Ventilnadeln koaxial ineinander geführt,
wobei beide Ventilnadeln jeweils einen Teil der Einspritzöffnungen öffnen
bzw. zusteuern. Soll nur mit Teillast eingespritzt werden, so öffnet
nur eine der Ventilnadeln, während bei voller Last beide Ventilnadeln öffnen.
Diese Konstruktion weist jedoch den Nachteil auf, dass sie aufwendig
und damit teuer zu fertigen und darüber hinaus viele Flächen
aufweist, die aneinander reiben.
-
Vorteile der Erfindung
-
Das
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber
den Vorteil auf, dass sich der Einspritzquerschnitt in einfacher
Art und Weise abhängig von der erforderlichen Last der Brennkraftmaschine
einstellen lässt. Hierzu ist der Ventilkörper
zumindest teilweise aus einem magnetostriktiven Material gefertigt,
so dass sich bei Anlage eines geeigneten Magnetfelds am Ventilkörper
die Einspritzöffnungen in ihrer Größe
und/oder Form ändern. Bei Teillast der Brennkraftmaschine
oder im Leerlauf können so die Einspritzöffnungen
in ihrem Durchmesser verringert werden, so dass ein kleinerer Gesamteinspritzquerschnitt
zur Verfügung steht, während nach wie vor mit
hohem Druck aber niedriger Rate Kraftstoff eingespritzt wird. Bei
höherer Last lässt sich ohne weiteres durch Änderung
des Magnetfelds eine Vergrößerung der Einspritzöffnungen erreichen
und damit ein größerer Einspritzquerschnitt, so
dass entsprechend größere Kraftstoffmengen in
gleicher Zeit in den Brennraum eingebracht werden können.
-
In
einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist der Ventilkörper
mehrteilig aufgebaut, wobei die Teile des Ventilkörpers,
die die Einspritzöffnungen umgeben, als Einsätze
ausgebildet sind und aus einem magnetostriktiven Material gefertigt
sind. Diese Einsätze können vorzugsweise als Hohlzylinder
ausgebildet werden, die in entsprechende Öffnungen des
Ventilkörpers eingebracht und dort fixiert werden. Beim
Anlegen eines Magnetfeldes ändert sich die Wanddicke dieser
Einsätze, so dass sich der Durchmesser der Einspritzöffnungen
entsprechend ändert. Da der Durchflusswiderstand einer
Bohrung, wie sie im Inneren des Hohlzylinders gegeben ist, sehr
stark vom Durchmesser abhängt, genügt schon eine
kleine Änderung des Durchmessers, um eine deutliche Änderung
des Durchflusswiderstands und damit der Einspritzcharakteristik
zu erreichen.
-
Um
ein geeignetes Magnetfeld an die magnetostriktiven Teile des Ventilkörpers
anzulegen muss ein magnetischer Kreis vorhanden sein. Hierzu ist
der Ventilkörper in mehrere, vorzugsweise in zwei Teile
geteilt, die aus einem magnetisch gut leitfähigen, also
ferromagnetischen Metall bestehen. Für den Spalt zwischen
den beiden Hälften wird ein magnetisch schlecht leitendes
Material eingebracht, beispielsweise ein diamagnetischer Stoff,
sodass nun zwischen den beiden Hälften des Ventilkörpers
ein Magnetfeld angelegt werden kann, das auf der den Einspritzöffnungen
abgewandten Seite des Ventilkörpers beispielsweise durch
einen Elektromagneten wieder geschlossen wird. Die magnetostriktiven
Teile des Ventilkörpers sind vorzugsweise in dem diamagnetischen
Spalt zwischen den ferromagnetischen Teilen des Ventilkörpers
eingebracht, so dass sie vom Magnetfeld durchdrungen werden und
so ihre Form je nach Stärke und Orientierung des Magnetfelds ändern.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind nicht nur die Einsätze
aus magnetostriktiven Material gefertigt, in denen die Einspritzöffnungen
ausgebildet sind, sondern die gesamte Düsenkuppe, in der
die Einspritzöffnungen ausgebildet sind, ist aus einem
magnetostriktiven Material. Beim Anlegen eines Magnetfeldes ändert
sich so die gesamte Form der Düsenkuppe und damit auch
die Form der Einspritzöffnungen. Es muss hierbei nicht
unbedingt eine Änderung des Einspritzquerschnittes erreicht werden,
vielmehr kann es auch ausreichen, lediglich die Form, beispielsweise
von einem runden Querschnitt hin zu einem ovalen ändern,
was zu einer vergrößerten Innenfläche
der Einspritzöffnungen führt und damit zu einem
größeren Durchflusswiderstand.
-
Zeichnungen
-
In
der Zeichnung sind erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele
dargestellt. Es zeigt 1 einen Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Einspritzventil, wobei
nur der brennraumseitige Teil des Einspritzventils gezeigt ist. 2 zeigt
in einer Draufsicht die hohlzylindrischen Einsätze, die
aus magnetostriktivem Material gefertigt sind mit und ohne Magnetfeld. 3 zeigt
eine Ansicht auf die Düsenkuppe des Einspritzventils. 4 zeigt
ebenfalls eine Draufsicht auf das Einspritzventil von der Düsenkuppe
her mit Illustrationen des Magnetfeldes. 5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Einspritzventils, 6 wiederum eine Ansicht der
Einspritzöffnungen mit und ohne angelegtes Magnetfeld und 7 eine
Draufsicht auf die Kuppe des Einspritzventils nach 5.
-
Beschreibung
-
In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
im Längsschnitt dargestellt. Hierbei ist nur der brennraumseitige
Teil des Einspritzventils dargestellt, das ansonsten aus dem Stand
der Technik hinreichend bekannt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil
weist einen Ventilkörper 1 auf, in dem ein Druckraum 6 ausgebildet
ist. Der Druckraum 6 weist die Form einer Bohrung auf und
wird am brennraumseitigen Ende des Ventilkörpers 1 von
einem konischen Ventilsitz 3 begrenzt. Der Ventilsitz 3 geht
in ein Sackloch 4 über, von dem mehrere Einspritzöffnungen 5 ausgehen,
die als zylindrische Bohrungen ausgeführt sind. Im Druckraum 6 ist
eine Ventilnadel 2 längsverschiebbar angeordnet,
die an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine Ventildichtfläche 7 aufweist. Die
Ventildichtfläche 7 wirkt mit dem Ventilsitz 3 derart
zusammen, dass bei Anlage der Ventilnadel 2 auf dem Ventilsitz 3 das
Sackloch 4 und damit die Einspritzöffnungen 5 vom
Druckraum 6 getrennt sind, während dann, wenn
die Ventilnadel 2 durch eine Längsbewegung vom
Ventilsitz 3 abhebt, der Druckraum 6 hydraulisch
mit dem Sackloch 4 verbunden ist. Im Druckraum 6 wird über
eine entsprechende Zuleitung aus einer Kraftstoffhochdruckquelle
stets Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten, der dann mit hohem
Druck durch die Einspritzöffnungen 5 in einen
Brennraum eingespritzt wird.
-
Die
Einspritzöffnungen 5 sind in Einsätzen 10 ausgebildet,
die eine hohlzylindrische Form aufweisen und in entsprechende Ausnehmungen
im Ventilkörper eingebracht und dort fixiert sind. Die
Einsätze 10 bestehen aus einem magnetostriktiven
Material, das so orientiert ist, dass bei Anlage eines Magnetfeldes 8,
wie es in 1 angedeutet ist, zu einer Formänderung
der Einsätze 10 kommt und dadurch die Einspritzöffnungen 5 in
ihrem Durchmesser vergrößert oder verkleinert
werden. 2 zeigt hierzu eine Draufsicht auf einen zylindrischen
Einsatz 10 und die entsprechende Größenänderung
der Einspritzöffnungen 5, je nach angelegtem Magnetfeld. Entsprechend
zeigt 3 eine Draufsicht auf die Kuppe 12 des
Ventilkörpers 1, bei der alle 6 Einspritzöffnungen 5 zu
sehen sind, mit ihren jeweiligen Einsätzen 10.
Das Magnetfeld 8 ist ebenfalls in 3 angedeutet.
-
Um
ein Magnetfeld anlegen zu können muss ein magnetischer
Kreis vorhanden sein, da Magnetfeldlinien stets geschlossen sind.
Hierzu kann der Ventilkörper 1 aus mehreren Teilen,
vorzugsweise aus zwei Teilen bestehen, wie dies in 4 dargestellt
ist. Zu sehen ist in 4 eine Draufsicht auf den Ventilkörper 1 und
damit auf die Düsenkuppe 12; dargestellt sind
wiederum die Einspritzöffnungen 5 mit ihren Einsätzen 10.
Der Ventilkörper 1 besteht hier aus zwei Teilkörpern 101, 102,
die aus einem magnetisch gut leitfähigen, also ferromagnetischen
Material bestehen. Der erste Teilkörper 101 und
der zweite Teilkörper 102 sind durch einen diamagnetischen Spalt 20 voneinander
getrennt, der aus einem magnetisch nicht gut leitenden, vorzugsweise
diamagnetischen Material besteht. Die Düsenkuppe 12 wiederum
besteht ebenfalls aus einem ferromagnetischen Material, während
durch einen weiteren diamagnetischen Spalt 21, der ringförmig
ausgebildet ist und in dem die Einsätze 10 angeordnet
sind, von dem ersten Teilkörper 101 bzw. dem zweiten
Teilkörper 102 getrennt sind. Wird nun zwischen
dem ersten Teilkörper 101 und dem zweiten Teilkörper 102 ein
magnetisches Feld angelegt, beispielsweise durch einen Elektromagneten,
so ergibt sich ein Magnetfeld 8, wie es in 4 angedeutet
ist, bei dem die Magnetfeldlinien in etwa die in 4 dargestellte
Richtung aufweisen. Das Magnetfeld ist im diamagnetischen Spalt 21 besonders
stark, so dass im Bereich der magnetostriktiven Einsätze 10 ein
hohes Magnetfeld herrscht und entsprechend eine starke Formänderung
der Einsätze 10 zu erwarten ist.
-
In 5 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Das Ausführungsbeispiel
nach 5 unterscheidet sich von dem nach 1 nur
dadurch, dass hier die gesamte Kuppe 12' des Ventilkörpers 1 aus
magnetostriktiven Material besteht, wobei die Einspritzöffnungen 5 durch
Bohrungen in dieser Kuppe 12' ausgebildet sind. Die sonstige
Form des Ventilkörpers 1 und der Düsennadel 2 sind
mit den in 1 identisch. Wird in gleicher
Weise ein Magnetfeld an die Kuppe 12' angelegt, beispielsweise
in dem der Ventilkörper 1 wiederum in einen ersten
und einen zweiten Teilkörper unterteilt ist, so ändert
sich die Form der Düsenkuppe 12', was eine Formänderung der
Einspritzöffnungen 5 bewirkt. 6 zeigt
hierzu ein Einspritzloch 5 ohne und auf der rechten Seite
mit angelegtem Magnetfeld. Wie zu sehen ist, ändert sich
die Fläche der Einspritzöffnungen 5 kaum,
sondern es ändert sich lediglich der Umfang, was einer Vergrößerung
der Fläche der Einspritzöffnungen 5 entspricht.
Eine vergrößerte Fläche bei gleichbleibendem
Querschnitt führt zu einer Erhöhung des Durchflusswiderstandes
und damit zu einer Änderung des Einspritzverhaltens, was
durch das magnetostriktive Material der Düsenkuppe 12' erreicht
werden sollte. Zur Illustration zeigt 7 nochmals
eine Draufsicht auf das Einspritzventil 1, also die Düsenkuppe 12 mit
den sechs angeordneten Einspritzöffnungen 5 und
dem Magnetfeld 8.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10024703
A1 [0002]
- - DE 3036583 A1 [0005]