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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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Beispielsweise
ist aus der
DE 195
34 445 A1 ein nach außen öffnendes
Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches einen kegeligen Dichtsitz
aufweist. Die Ventilnadel weist eine Zentralbohrung auf, welche
in eine dem Dichtsitz vorgelagerte Druckkammer mündet. Ein Aktor, der als piezoelektrischer
Aktor ausgeführt
ist, stützt
sich einerseits gegen einen Düsenkörper und
andererseits gegen eine mit der Ventilnadel kraftschlüssig verbundene
Druckschulter ab. Eine Rückstellfeder
hält die
Ventilnadel in einer Schließstellung.
Bei Erregung des Aktors wird durch Längenausdehnung desselben die
Ventilnadel gegen die schließende
Kraft der Rückstellfeder
geöffnet
und Brennstoff abgespritzt.
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Nachteilig
bei dem aus der
DE
195 34 445 A1 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere,
daß der
in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzte Brennstoffstrahl
kegelförmig
und symmetrisch zu einer Längsachse
des Brennstoffeinspritzventils ist. Eine schräge Einspritzung oder eine asymmetrische
Verformung des Kegelstrahls zur Vermeidung des direkten Anspritzens
der Zündkerze ist
hierbei nicht möglich.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß durch
einfache Maßnahmen
im Bereich des Ventilschließkörpers und
des Düsenkörpers eine
gezielte Verformung der eingespritzten Gemischwolke möglich ist.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Vorteilhafterweise
kann die Verformung der Gemischwolke mittels Führungselementen erfolgen, welche
entweder an einer Außenseite
des Ventilschließkörpers oder
an einer Innenwandung des Düsenkörpers ausgebildet
sein können.
Die Führungselemente
führen
die Ventilnadel und sorgen gleichzeitig für eine Abschattung der Zündkerze
gegenüber der
Gemischwolke.
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Es
kann ein einzelnes Führungselement
vorgesehen sein, aber auch zwei einander gegenüberliegende Führungselemente
sind möglich.
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Von
Vorteil ist außerdem,
daß die
Verformung auch mittels in den Düsenkörper eingebrachter Kerben
stattfinden kann, zwischen denen ein Grat stehenbleibt, welcher
ebenfalls für
eine Abschattung der Zündkerze
gegenüber
der Gemischwolke sorgt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeit sieht eine exzentrisch
geführte
Ventilnadel vor, welche im Düsenkörper in
Richtung auf die Zündkerze
verrückt
ist, so daß die
Gemischwolke auf dieser Seite zusammengedrückt erscheint.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1A einen
schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils,
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1B einen
schematischen Schnitt durch das abspritzseitige Ende des in 1A dargestellten ersten
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils im Bereich IB in 1,
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1C das
durch das in den 1A und 1B dargestellte
erste Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils erzeugte Strahlbild,
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2A einen
schematischen Schnitt durch das abspritzseitige Ende eines zweiten
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils
im Bereich IB in 1,
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2B das
durch das in 2B dargestellte zweite Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils erzeugte Strahlbild,
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3A einen
schematischen Schnitt durch das abspritzseitige Ende eines dritten
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils
im Bereich IB in 1,
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3B das
durch das in 2B dargestellte dritte Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils erzeugte Strahlbild,
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4A einen
schematischen Schnitt durch das abspritzseitige Ende eines vierten
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils
im Bereich IB in 1, und
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4B das
durch das in 2B dargestellte vierte Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Brennstoffeinspritzventils erzeugte Strahlbild.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Ein
in 1A vereinfacht dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ist
in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
ausgeführt.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist als außenöffnendes
Brennstoffeinspritzventil 1 ausgebildet und eignet sich
insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht
dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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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. 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.
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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 ein Ringraum 12 ausgebildet, in welchen der
Brennstoffkanal 10 ausmündet.
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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.
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Wird
der Erregerstrom abgeschaltet, reduziert sich die axiale Ausdehnung
des piezoelektrischen Aktors 7, 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.
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Erfindungsgemäß ist der
Ventilschließkörper 5 und/oder
der Düsenkörper 3 des
Brennstoffeinspritzventils 1 so gestaltet, daß die Zündkerze
der Brennkraftmaschine nicht direkt angespritzt wird. Dies ist insbesondere
dort wichtig, wo der Einbauraum begrenzt oder eine Zündkerze,
welche nicht direkt angespritzt werden darf, in unmittelbarer Nähe des Brennstoffeinspritzventils 1 angeordnet
ist. Die Zündkerzenelektroden
sind empfindlich gegenüber dem
Thermoschock durch den kühlen
Brennstoff sowie gegenüber Erosion.
Der Zündfunke
wird bei zu großer
Nähe zum
Brennstoffeinspritzventil 1 durch die Geschwindigkeit des
eingespritzten Brennstoffs verblasen, wodurch die Qualität des Zündfunkens verschlechtert
wird. Außerdem
bedingt das direkte Anspritzen der Zündkerze zumeist ein zu fettes
Gemisch im Bereich der Funkenstrecke mit einer dadurch verschlechterten
Verbrennung. Die Zündwinkelvariation
bei fester Einspritzzeit ist eingeschränkt.
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Zur
Behebung der Probleme betreffend die Zündkerze sind Einspritzstrategien
mit mehrfachen Unterbrechungen des Einspritzimpulses zur Belüftung und
Schonung der Zündkerze
bekannt, welche jedoch aufwendig und kostenintensiv sind. So wird dazu
wegen der benötigten
kurzen Ansteuerzeiten in jedem Fall ein piezoelektrischer Aktor 7 benötigt. Die Verwendung
elektromagnetischer Aktoren ist dann nicht mehr möglich.
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In 1B ist
eine vergrößerte Ansicht
des in 1A mit IB bezeichneten Ausschnitts
dargestellt. Der Düsenkörper 3 kann,
wie in 1B ersichtlich, zweiteilig ausgebildet
sein, indem ein Ventilsitzkörper 14 an
dem Düsenkörper 3 in
geeigneter Weise angebracht ist. Die Verbindung zwischen dem Düsenkörper 3 und
dem Ventilsitzkörper 14 kann
dabei beispielsweise mittels einer Schweißnaht 15 erfolgen. Die
zweiteilige Ausbildung des Düsenkörpers 3 ist
jedoch nicht zwingend, der Ventilsitzkörper 14 kann auch
einstückig
mit diesem ausgebildet sein. Der Ventilsitzkörper 14 bildet eine
zusätzliche
Führung für die Ventilnadel 4 bzw.
den Ventilschließkörper 5 abströmseitig
des Ringraumes 12.
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Wie
aus 1C deutlich wird, dient der Ventilsitzkörper 14 der
Formung der in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzten
Gemischwolke 16. Um zu verhindern, daß eine Zündkerze 17, welche
seitlich des Brennstoffeinspritzventils 1 angeordnet ist
und deren Elektroden bzw. Funkenstrecke normalerweise im Bereich
der Gemischwolke 16 liegen, direkt durch die Gemischwolke 16 angespritzt und
damit einer hohen Thermoschockbelastung sowie einer starken Verkokungsneigung durch
zu fettes Gemisch im Bereich der Funkenstrecke ausgesetzt wird,
sind Führungselemente 18 am
Ventilsitzkörper 14 ausgebildet.
Die Führungselemente 18 haben eine
Breite b, welche eine Breite B der durch die Führungselemente 18 abgeschattete
Strahllücken 19 der Gemischwolke 16 im
Bereich der Zündkerze 17 bedingt.
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Durch
diese Maßnahme
ist die Strahldichte im Bereich der Zündkerze 17 deutlich
verringert, so daß Thermoschocks
und Verrußungsneigung
minimiert werden. Andererseits kommt aber noch ausreichend Brennstoff
in die Nähe
der Funkenstrecke, daß eine
sichere Zündung
und eine effektive Verbrennung möglich
sind. Dies wird insbesondere dadurch unterstützt, daß die Gemischwolke 16 bedingt
durch die Strahldynamik an ihren Rändern auseinandergerissen wird
und dadurch der Brennstoff im Bereich der Funkenstrecke der Zündkerze 17 extrem
fein zerstäubt
und optimal aufbereitet ist. Weiterhin liegt an der Funkenstrecke
nicht mehr Brennstoff mit voller Einspritzgeschwindigkeit vor, sondern
ein stark reduziertes Geschwindigkeitsprofil eines gut durchmischten
Brennstoff-Luft-Gemischs,
so daß der
Zündfunke nicht
verblasen wird. Weiterhin ist von Vorteil, daß ein erweiterter Zündwinkelbereich
bei fixierter zeitlicher Lage der Einspritzung zur Verfügung steht.
Zündung und
Einspritzung können
gleichzeitig erfolgen. Durch die hohe Strahlpenetration kann die
Zündung
nach spät
verlegt werden, so daß die
Verbrennung optimiert und die Emission von Stickoxiden gesenkt werden
kann. Zudem können
bei entsprechender Gestaltung der Zündkerzenelektroden die Toleranzen für die Einbautiefe
der Zündkerzen 17 erweitert
werden.
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Alternativ
können
die Führungselemente 18 auch,
wie in 2A und 2B dargestellt,
an dem Ventilschließkörper 5 ausgebildet
sein. Der Ventilschließkörper 5 bekommt
dadurch eine abgeflachte, rhomboide Form, wobei die Führungselemente 18 ebenfalls
die Breite b aufweisen und zwei Strahllücken 19 der Breite
B erzeugen. Die vorliegende Bauform setzt allerdings voraus, daß die Ventilnadel 4 drehfixiert eingebaut
ist, da sich sonst die Strahllücken 19 relativ
zur Zündkerze 17 verdrehen.
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Die
in 2A und 2B dargestellte
Ausführungsform
hat gegenüber
dem in den 1A bis 1C dargestellten
Ausführungsbeispiel
den Vorteil, daß die
Strahllücken 19 bei
vollem Hub der Ventilnadel 4 nahezu vollständig erhalten
bleiben, was bei dem in den 1A bis 1C dargestellten
Variante nicht der Fall ist. Dort ist der Hub limitiert.
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Die
beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weisen zwei Strahllücken 19 entsprechend
zwei Führungselementen 18 auf.
Dies ist zwar zur Symmetrisierung der Strömung durch das Brennstoffeinspritzventil 1 wünschenswert,
jedoch nicht zwingend notwendig. Es ist genauso möglich, lediglich
eine Strahllücke 19 durch
ein Führungselement 18 zu
erzeugen, da die Ventilnadel 4 durch den hydrodynamischen
Druck des das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoffs
gegen die Führungselemente 18 gedrückt wird.
Die symmetrische Ausführung
hat daneben jedoch auch noch den Vorteil, daß eine zweite Zündkerze 17 gegenüber der ersten
Zündkerze 17 angeordnet
werden kann, wodurch die Möglichkeit
der Doppelzündung
offen bleibt.
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Statt
am Ventilschließkörper 5 oder
am Düsenkörper 3 Führungselemente 18 anzubringen,
ist es ebenso möglich,
den Düsenkörper 3 und/oder
den Ventilschließkörper 5 durch
Abtragung von Material so zu bearbeiten, daß die Gemischwolke 16 in
der gewünschten
Weise verformt wird. Eine entsprechend bearbeitete Ausführungsform
ist in den 3A und 3B dargestellt.
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Hierbei
sind mit Hilfe eines entsprechenden Präge- oder Erodierwerkzeugs zwei
Kerben 20 an einer inneren Wandung 21 des Düsenkörpers 3 angebracht.
Zwischen den Kerben 20 bleibt ein Grat 22 stehen,
welcher im Prinzip die gleiche Aufgabe wie die Führungselemente 18 der
vorhergehenden Ausführungsbeispiele übernimmt.
Die Gemischwolke 16 wird im Bereich der Kerben 20 weiter
ausgezogen und erfährt
im Bereich des Grats 22 eine Abschattung, welche wiederum
zu einer Strahllücke 19 im Bereich
der Zündkerze 17 führt.
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In
den 4A und 4B ist
eine weitere Möglichkeit
der Verformung der Gemischwolke 16 dargestellt. In diesem
Ausführungsbeispiel
ist die Ventilnadel 4 um einen Versatz x in Richtung auf
die Zündkerze 17 versetzt.
Dadurch wird der vorher ringförmige
Ringraum 12 mondsichelförmig
verformt, wodurch sich auch die in den Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzte Gemischwolke 16 asymmetrisch verformt. Der
Hauptteil des Gemischs wird dabei an der der Zündkerze 17 abgewandten
Seite des Brennstoffeinspritzventils 1 abgespritzt, so
daß die Zündkerze 17 ein
magereres Gemisch sieht.
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Die
beschriebene Maßnahme
kann in einfacher Weise mit einer nicht weiter dargestellten seitlichen
Zulaufbohrung im Düsenkörper 3 kombiniert werden,
was für
Einbaulagen mit seitlicher Brennstoffzufuhr von Vorteil ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und
z. B. auch für elektromagnetisch
betätigbare
Brennstoffeinspritzventile 1 anwendbar. Auch ist der Antrieb
der Ventilnadelbewegung über
einen Piezo-Aktor oder einen hydraulisch betätigten Kolben möglich. Insbesondere sind
die einzelnen Merkmale der Erfindung beliebig miteinander kombinierbar.