DE10320491A1 - Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Düsenkörper (10) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung, wobei der Düsenkörper (10) mindestens ein erstes Einspritzloch (20) und mindestens ein zweites Einspritzloch (22), eine in einer Führungsbohrung geführte, als Hohlnadel ausgebildete erste Düsennadel (12) sowie eine koaxial zur ersten Düsennadel (12) angeordnete zweite Düsennadel (14) aufweist, wobei die erste Düsennadel (12) derart angeordnet und ausgebildet ist, daß diese wahlweise das wenigstens eine erste Einspritzloch (20) öffnet oder schließt, und wobei die zweite Düsennadel (14) derart angeordnet und ausgebildet ist, daß diese wahlweise das wenigstens eine zweite Einspritzloch (22) öffnet oder schließt. Hierbei ist das wenigstens eine zweite Einspritzloch (22) an einer stromabseitigen Spitze (16) des Düsenkörpers ausgebildet und weist die erste Düsennadel (12) Schlitze (32) auf, welche derart angeordnet und ausgebildet sind, daß durch diese Schlitze (32) beim Öffnen des wenigstens einen zweiten Einspritzloches (22) mittels der zweiten Düsennadel (14) einzuspritzender Kraftstoff (36) mit einer Drallströmung (40) in einen Hohlraum (38) der ersten Düsennadel (12) zwischen einer Spitze (34) der zweiten Düsennadel (14) und dem wenigstens einen zweiten Einspritzloch (22) einströmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Düsenkörper für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung, wobei der Düsenkörper mindestens ein erstes Einspritzloch und mindestens ein zweites Einspritzloch, eine in einer Führungsbohrung geführte, als Hohlnadel ausgebildete erste Düsennadel sowie eine koaxial zur ersten Düsennadel angeordnete zweite Düsennadel aufweist, wobei die erste Düsennadel derart angeordnet und ausgebildet ist, daß diese wahlweise das wenigstens eine erste Einspritzloch öffnet oder schließt und wobei die zweite Düsennadel derart angeordnet und ausgebildet ist, daß diese wahlweise das wenigstens eine zweite Einspritzloch öffnet oder schließt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus DE 100 58 153 A1 ist ein Mehrlochventil-Einspritzventil (MLV) mit separaten Düsennadeln bekannt. Eine erste Düsennadel weist eine Mittenbohrung auf, in der die entsprechend andere Düsennadel geführt ist. Jede Nadel verschließt bestimmte Einspritzlöcher in einem Düsenkörper der Mehrlochventil-Einspritzdüse und die separaten Düsennadeln sind einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar. Dies ermöglicht eine unabhängige Aktivierung von verschiedenen Einspritzlöchern. Dadurch besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine bei der Einspritzung lediglich ein Einspritzloch zu öffnen und somit die einzuspritzende Kraftstoffmenge durch einen relativ kleinen Spritzlochquerschnitt in den Brennraum einzuspritzen. Dadurch können erstens kleinere Kraftstoffmengen mit größerer Präzision eingespritzt werden und zweitens verteilt sich der mit hoher Geschwindigkeit durch das mindestens eine Spritzloch in den Brennraum eingespritzte Kraftstoff besser, was sich positiv auf Wirkungsgrad und Emissions- sowie Geräuschverhalten der Brennkraftmaschine auswirkt. Durch Freigeben auch der anderen Einspritzlöcher mittels der zweiten Düsennadel kann alternativ in bestimmten Betriebssituationen eine größere Kraftstoffmenge in kürzerer Zeit eingespritzt werden. Durch eine zeitliche Verzögerung der Öffnung der beiden Düsennadeln und damit der jeweils zugeordneten Spritzlöcher kann der Einspritzverlauf innerhalb eines großen Bereiches frei geformt werden. Dadurch ergeben sich Vorteile hinsichtlich Wirkungsgrad, Geräuschentwicklung und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine. Das Mehrlochventil-Einspritzventil weist bessere Eigenschaften im Sinne der Gemischaufbereitung, beispielsweise durch eine bessere Kraftstoffzerstäubung auf. Daher ist das Mehrlochventil-Einspritzventil besonders für einen Schichtladebetrieb der Brennkraftmaschine vorteilhaft.
  • Aus der DE 198 13 020 A1 ist ein Drall-Einspitzventil bekannt, bei dem in einem Dralleinsatz eine axial bewegliche Düsennadel vorgesehen ist. Der Dralleinsatz, der eine innere Längsöffnung für die Ventilnadel aufweist, hat an seinem stromabwärtigen Ende einen Drallbereich mit Drallerzeugungsmitteln. Die Drallerzeugungsmittel sind in Form von Drallnuten ausgebildet, die sich von der konischen Außenkontur ausgehend zu der Längsöffnung erstrecken und die zur unteren Stirnfläche des Dralleinsatzes hin offen sind. Das Drall-Einspitzventil weist für einen Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine bessere Eigenschaften auf als das Mehrlochventil-Einspritzventil, weil es einen fetten und kompakten Kraftstoffeinspritzstrahl bildet.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzventil der obengenannten Art bzgl. Funktionsumfang und Einsatzgebiet zu erweitern
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftstoffeinspritzventil der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß das wenigstens eine zweite Einspritzloch an einer stromabseitigen Spitze des Düsenkörpers ausgebildet ist und daß die erste Düsennadel Schlitze aufweist, welche derart angeordnet und ausgebildet sind, daß durch diese Schlitze beim Öffnen des wenigstens einen zweiten Einspritzloches mittels der zweiten Düsennadel einzuspritzender Kraftstoff mit einer Drallströmung in einen Hohlraum der ersten Düsennadel zwischen einer Spitze der zweiten Düsennadel und dem wenigstens einen zweiten Einspritzloch einströmt.
  • Dies hat den Vorteil, daß das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil wahlweise eine Dralleinspritzung oder eine Mehrlocheinspritzung von Kraftstoff ausführen kann, so daß die Vorteile von zwei verschiedenen Einspritzarten, nämlich Dralleinspritzung und Mehrlocheinspritzung, in einem einzigen Einspritzventil kombiniert sind. Mit dem erfindungsgemäßen Einspritzventil kann man im gegebenen Last- und Drehzahlbereich die Einspritzung mit dem jeweils geeigneten Einspritztyp durchführen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind für die erste und zweite Düsennadel jeweils getrennte Betätigungsvorrichtungen vorgesehen, die beispielsweise als elektromagnetische Spulen ausgebildet sind, wobei separate Spulen für jede Nadel vorgesehen sind.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist für die erste und zweite Düsennadel eine einzige Betätigungsvorrichtung vorgesehen. Hierbei wird eine separate Betätigung der Düsennadeln unabhängig voneinander dadurch realisiert, daß hydraulische und/oder mechanische Mittel zum separaten Blockieren einer Bewegung jeweils einer der beiden Düsennadeln vorgesehen sind.
  • Zum Erzeugen der gewünschten Drallströmung vor dem wenigstens einen ersten Einspritzloch bei betätigter zweiter Düsennadel sind die Schlitze in der ersten Düsennadel als Tangentialschlitze ausgebildet.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die stromabseitige Spitze des Düsenkörpers als bzgl. des Düsenkörpers separates, im Düsenkörper gelagertes Löcherlager ausgebildet.
  • Eine besonders gute Drallwirkung der Einspritzung mittels der zweiten Düsennadel erzielt man dadurch, daß ein einziges zweite Einspritzloch an der stromabseitigen Spitze des Düsenkörpers ausgebildet ist, wobei eine Längsachse des zweiten Einspritzloches bezüglich einer Längsachse des Düsenkörpers verkippt ist.
    •
  • Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in
  • 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils in schematischer Schnittansicht,
  • 2 das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil gemäß 1 im Zustand einer Kraftstoffeinspritzung gemäß eines ersten Einspritztypes in schematischer Schnittansicht,
  • 3 das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil gemäß 1 im Zustand einer Kraftstoffeinspritzung gemäß eines zweiten Einspritztypes in schematischer Schnittansicht,
  • 4 das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil in einer Schnittansicht entlang Linie A-A von 3 und
  • 5 eine schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung für Düsennadeln des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils.
  • Die in 1 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils umfaßt einen Düsenkörper 10, in dem axial verschiebbar einer erste Düsennadel 12 geführt ist. Die erste Düsennadel 12 ist als Hohlnadel ausgebildet, wobei in der ersten Düsennadel 12, koaxial zu dieser sowie axial verschiebbar eine zweite Düsennadel 14 angeordnet ist. Eine stromabseitige Spitze 16 des Düsenkörpers 10 ist als separates Bauteil in Form eines eingepreßten Löcherlagers 18 ausgebildet, in dem mehrere erste Einspritzlöcher 20 kreisförmig nebeneinander und ein zweites Einspritzloch 22 ausgebildet sind. Das zweite Einspritzloch 22 ist mittig an der stromabseitigen Spitze 16 des Düsenkörpers 10 ausgebildet, wobei eine Längsachse des zweiten Einspritzloches 22 bzgl. einer Längsachse 24 des Düsenkörpers 10 verkippt ausgebildet ist. Die ersten Einspritzlöcher 20 sind ringförmig um das zweite Einspritzloch 22 herum in dem Löcherlager 18 ausgebildet.
  • Die erste Düsennadel 12 ist derart ausgebildet und angeordnet, daß diese wahlweise die ersten Einspritzlöcher 20 öffnet oder schließt. Hierdurch wird über die ersten Einspritzlöcher 20 bei Betätigung der ersten Düsennadel 12 eine Einspritzart vom Typ "Mehrlochventil" (MLV bzw. MLV-Einspritzung) ausgeführt, wie in 2 veranschaulicht. Daher wird die erste Düsennadel 12 nachfolgend auch als MLV-Nadel 12 bezeichnet. Bei der Betätigung der ersten Düsennadel 12 wird diese in Pfeilrichtung 26 axial verschoben und gibt dadurch die ersten, ringförmig angeordneten Einspritzlöcher 20 zur Kraftstoffeinspritzung 28 frei. Hierbei bleibt die zweite Düsennadel 14 unverändert an ihrem Platz, dient als Führung für die erste Düsennadel 12 und verschließt das zweite Einspritzloch 22.
  • Die zweite Düsennadel 14 ist in der ersten Düsennadel 12 mit enger Toleranz geführt und nutzt die erste Düsennadel 12 als Führung. Bei Betätigung der zweiten Düsennadel 14 wird diese wie in 3 dargestellt, in Pfeilrichtung 30 axial verschoben und gibt dadurch das zweite Einspritzloch 22 zur Kraftstoffeinspritzung frei. Die erste Düsennadel 12 bleibt dabei an ihrem Platz und verschließt die ersten Einspritzlöcher 20. Wie aus 4 ersichtlich, gelangt bei Betätigung der zweiten Düsennadel 14 der einzuspritzende Kraftstoff 36 über tangentiale Schlitze 32 in einer Wandung der hohlen ersten Düsennadel 12 in einen Raum 38 zwischen einer Spitze 34 der zweiten Düsennadel 14 und dem Löcherlager 18 innerhalb des Hohlraumes der ersten Düsennadel 12. Hierdurch entsteht eine Drallströmung 40 (3) im Raum 38. Zusammenwirkend mit dem bzgl. der Längsachse 24 verkippten zweiten Einspritzloch 22 ergibt sich damit eine Einspritzart vom Typ "Dralleinspritzung". Daher wird die zweite Düsennadel 14 nachfolgend auch als Drall-Nadel 14 bezeichnet.
  • Insgesamt ist das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil ein kombiniertes Kraftstoffeinspritzventil, welches sowohl eine MLV- als auch eine Drall-Einspritzung ausführen kann und dadurch die Vorteile der beiden Einspritzventilarten, nämlich Mehrlochventil (MLV) und Drallventil, miteinander in einem einzigen Bauteil verbindet. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils liegt vor allem darin, daß man im gegebenen Last- und Drehzahlbereich die Einspritzung mit dem jeweils für den momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine geeigneten Einspritztyp (MLV- bzw. Dralleinspritzung) durchführen kann. Hierbei bietet die MLV-Einspritzung eine bessere Kraftstoffzerstäubung und ist daher im Sinne einer besseren Gemischaufbereitung für den Schichtladebetrieb besonders geeignet. Andererseits hat die Drall-Einspritzung bessere Eigenschaften für den Homogenbetrieb, weil es einen fetten und kompakten Kraftstoffeinspritzstrahl bildet.
  • Wie aus 5 ersichtlich, ist jeder Nadel, also der MLV-Nadel 12 und der Drall-Nadel 14, eine eigene Betätigungseinrichtung zugeordnet. Diese Betätigungseinrichtungen sind als elektromagnetische Spulen ausgebildet. Der MLV-Nadel 12 ist eine MLV-Spule 41 und der Drall-Nadel 14 ist eine Drall-Spule 42 zugeordnet. Beide Düsennadeln 12 und 14 sind in Schließrichtung durch eine jeweilige Spiralfeder, nämlich eine MLV-Feder 44 und eine Drall-Feder 46, vorgespannt. Um die gewünschte Düsennadel 12, 14 zu betätigen, wird die entsprechende Spule 41, 42 angesteuert, wobei eine elektromagnetische Kraft die jeweilige Düsennadel 12, 14 gegen die Kraft der jeweiligen Feder 44, 46 in axialer Richtung verschiebt.
  • Alternativ ist nur eine gemeinsame Spule (nicht dargestellt) für beide Düsennadeln 12, 14 vorgesehen, wobei die dann unerwünschte Bewegung einer der beiden Düsennadeln hydraulisch oder mechanisch verhindert ist.
    • 10
    Düsenkörper
    12
    erste Düsennadel/MLV-Nadel
    14
    zweite Düsennadel/Drall-Nadel
    16
    stromabseitige Spitze des Düsenkörpers
    18
    Löcherlager
    20
    erste Einspritzlöcher
    22
    zweites Einspritzloch
    24
    Längsachse des Düsenkörpers
    26
    Pfeilrichtung
    28
    Kraftstoffeinspritzung
    30
    Pfeilrichtung
    32
    tangentiale Schlitze
    34
    Spitze der zweiten Düsennadel
    36
    einzuspritzende Kraftstoff
    38
    Raum
    40
    Drallströmung
    41
    MLV-Spule
    42
    Drall-Spule
    44
    MLV-Feder
    46
    Drall-Feder

Claims (8)

  1. Kraftstoffeinspritzventil mit einem Düsenkörper (10) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung, wobei der Düsenkörper (10) mindestens ein erstes Einspritzloch (20) und mindestens ein zweites Einspritzloch (22), eine in einer Führungsbohrung geführte, als Hohlnadel ausgebildete erste Düsennadel (12) sowie eine koaxial zur ersten Düsennadel (12) angeordnete zweite Düsennadel (14) aufweist, wobei die erste Düsennadel (12) derart angeordnet und ausgebildet ist, daß diese wahlweise das wenigstens eine erste Einspritzloch (20) öffnet oder schließt und wobei die zweite Düsennadel (14) derart angeordnet und ausgebildet ist, daß diese wahlweise das wenigstens eine zweite Einspritzloch (22) öffnet oder schließt, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zweite Einspritzloch (22) an einer stromabseitigen Spitze (16) des Düsenkörpers ausgebildet ist und daß die erste Düsennadel (12) Schlitze (32) aufweist, welche derart angeordnet und ausgebildet sind, daß durch diese Schlitze (32) beim Öffnen des wenigstens einen zweiten Einspritzloches (22) mittels der zweiten Düsennadel (14) einzuspritzender Kraftstoff (36) mit einer Drallströmung (40) in einen Hohlraum (38) der ersten Düsennadel (12) zwischen einer Spitze (34) der zweiten Düsennadel (14) und dem wenigstens einen zweiten Einspritzloch (22) einströmt.
  2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste und zweite Düsennadel (12, 14) jeweils getrennte Betätigungsvorrichtungen (41, 42) vorgesehen sind.
  3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtungen als elektromagnetische Spulen (41, 42) ausgebildet sind, wobei separate Spulen für jede Nadel vorgesehen sind.
  4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste und zweite Düsennadel (12, 14) eine einzige Betätigungsvorrichtung vorgesehen ist.
  5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß hydraulische und/oder mechanische Mittel zum separaten Blockieren einer Bewegung jeweils einer der beiden Düsennadeln (12, 14) vorgesehen sind.
  6. Kraftstoffeinspritzventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (32) in der ersten Düsennadel als Tangentialschlitze ausgebildet sind.
  7. Kraftstoffeinspritzventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabseitige Spitze (16) des Düsenkörpers (10) als bzgl. des Düsenkörpers (10) separates, im Düsenkörper gelagertes Löcherlager (18) ausgebildet ist.
  8. Kraftstoffeinspritzventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges zweite Einspritzloch (22) an der stromabseitigen Spitze (16) des Düsenkörpers (10) ausgebildet ist, wobei eine Längsachse des zweiten Einspritzloches (22) bezüglich einer Längsachse (24) des Düsenkörpers (10) verkippt ist.
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