DE10348589A1

DE10348589A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10348589A1
Application number: DE2003148589
Authority: DE
Inventors: Gernot Wuerfel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2005-05-25
Also published as: FR2862095B1; FR2862095A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten 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. An dem Ventilschließkörper (5) ist eine Hülse (13) vorgesehen, welche sich über zumindest einen Zapfen (16) an dem Ventilschließkörper (5) abstützt.

Description

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

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.

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.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch eine Hülse, welche am Ventilschließkörper angeordnet ist, eine einfache Verformung der Gemischwolke mittels Zapfen an der Hülse erfolgen kann.

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

Es kann ein einzelner Zapfen an der Hülse vorgesehen sein, aber auch zwei einander gegenüberliegende Zapfen oder eine größere Anzahl Zapfen sind je nach Anforderungen möglich. Die Zapfen können gleich oder unterschiedlich breit sein.

Vorteilhafterweise ist die Hülse im Brennstoffeinspritzventil verdrehgesichert. Dabei greifen Stifte durch den Düsenkörper in Schlitze an der Hülse ein. Die Ventilnadel bleibt dadurch frei beweglich.

Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die durch die Zapfen erzeugten Strahllücken in der Gemischwolke ortsfest bleiben und eine darin angeordnete Zündkerze nicht angespritzt wird.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1A einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils in einer Gesamtansicht,
1B einen schematischen Schnitt durch das abspritzseitige Ende des in 1A dargestellten ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils im Bereich IB in 1,
1C das durch das in den 1A und 1B dargestellte erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils erzeugte Strahlbild,
2A eine abgerollte Ansicht der Hülse des in 1B dargestellten erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils, und
2B eine abgerollte Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Hülse für ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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.
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.
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.
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, 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.
Erfindungsgemäß ist an dem Ventilschließkörper 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 eine Hülse 13 ausgebildet, welche durch eine Drehfixierung 14 verdrehsicher im Düsenkörper 3 angeordnet ist. Die Hülse 13 ist durch eine Feder 15 beaufschlagt, welche die Hülse 13 in Anlage an dem Ventilschließkörper 5 hält. Die Funktionsweise der Hülse 13 ist in den nachfolgenden Figuren sowie der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
In 1B ist eine vergrößerte Ansicht des in 1A mit IB bezeichneten Ausschnitts dargestellt.
Bei Brennstoffeinspritzventilen 1 gemäß dem Stand der Technik wird eine geschlossene kegelförmige Gemischwolke erzeugt, welche sich auch in Richtung auf eine oder mehrere im Brennraum angeordnete Zündkerzen zubewegt. Die Zündkerzenelektroden können dabei mit Brennstoff benetzt werden. Die Zündkerzen sind jedoch empfindlich gegenüber dem Thermoschock durch den kühlen Brennstoff sowie gegenüber Erosion. Zudem wird der Zündfunke 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.
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.
Das erfindungsgemäß ausgestaltete Brennstoffeinspritzventil 1 weist, wie bereits weiter oben erwähnt, zur Vermeidung dieser Probleme auf kostengünstige Weise eine an dem Ventilschließkörper 5 angeordnete Hülse 13 auf, welche zuströmseitig des Ventilschließkörpers 5 angeordnet ist und sich an diesem abstützt. Die Hülse 13 wird von der Ventilnadel 4 durchgriffen.
Eine Feder 15, welche sich einerseits an der Hülse 13 und andererseits an dem Düsenkörper 3 abstützt, beaufschlagt die Hülse 13 so, daß sie jedem Hubzustand des Ventilschließkörpers 5 in Anlage an diesem gehalten wird. Die Hülse 13 wird gleichzeitig vom Systemdruck und von der Feder 15 beaufschlagt, so daß die Federkraft der Feder 15 gering und das Bauteil damit kostengünstig sein kann.
Die Hülse 13 ist mit Zapfen 16 versehen, welche gezielt auf die Verformung einer in den Brennraum einzuspritzenden Gemischwolke 18 einwirken. Über die Zapfen 16 stützt sich die Hülse 13 an dem Ventilschließkörper 5 ab. In 1B sind zwei Zapfen 16 gezeigt, welche geschnitten dargestellt sind. Die Zapfen 16 müssen dabei länger sein als ein Hubweg der Ventilnadel 4, damit die Abspritzung von Brennstoff in den übrigen Bereichen nicht gestört wird.
1C zeigt das durch die Hülse 13 mit zwei stützenden Zapfen 16 erzeugte Strahlbild. Das Brennstoffeinspritzventil 1 in der Mitte spritzt die im wesentlichen kegelförmige Gemischwolke 18 in den Brennraum der Brennkraftmaschine ein. An der Position der Zapfen 16 entsteht je eine Strahllücke 19 in der Gemischwolke 18, von welchen eine so positioniert ist, daß die Zündkerze 20 in dieser angeordnet werden kann.
Durch diese Maßnahme ist die Strahldichte im Bereich der Zündkerze 20 deutlich verringert, so daß Thermoschocks und Verrußungsneigung minimiert werden. Andererseits kommt aber noch ausreichend Brennstoff in die Nähe der Funkenstrecke, so daß eine sichere Zündung und eine effektive Verbrennung möglich sind. Dies wird insbesondere dadurch unterstützt, daß die Gemischwolke 18 bedingt durch die Strahldynamik an ihren Rändern auseinandergerissen wird und dadurch der Brennstoff im Bereich der Funkenstrecke der Zündkerze 20 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 20 erweitert werden.
Die Hülse 13 weist dabei einen Innendurchmesser auf, welcher nach Möglichkeit nicht kleiner als ein Innendurchmesser des Düsenkörpers 3 zuströmseitig der Feder 15 sein sollte. Der Außendurchmesser der Hülse 13 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Düsenkörpers 3 im Bereich der Hülse 13. Eine hochgenaue Passung zwischen dem Innendurchmesser des Düsenkörpers 3 und dem Außendurchmesser der Hülse 13 ist nicht erforderlich, so daß das Bauteil einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Die Hülse 13 wird vorzugsweise durch eine Drehfixierung 14, welche z. B. in Form von Stiften 14 ausgeführt sein kann, gegen Verdrehen aus ihrer Lage gesichert. Die Stifte 14 greifen dabei durch den Düsenkörper 3 in die Schlitze 17 ein. Dadurch kann sich einerseits die Hülse 13 nicht verdrehen, so daß die Strahllücke 19 nicht von der Zündkerze 20 wegwandert, andererseits kann sich die Ventilnadel 4 weiter frei bewegen und wird nicht durch die daran fixierte Hülse 13 in ihrer Beweglichkeit eingeschränkt, da die Hülse 13 am Düsenkörper 3 drehfixiert ist.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform weist zwei Strahllücken 19 entsprechend zwei Zapfen 16 auf. Die symmetrische Ausführung hat den Vorteil, daß eine zweite Zündkerze 20 gegenüber der ersten Zündkerze 20 angeordnet werden kann, wodurch die Möglichkeit der Doppelzündung offen bleibt.
In den 2A und 2B sind zwei abgerollte Darstellungen der Hülse 13 dargestellt. 2A zeigt dabei die Hülse 13 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, während in 2B eine weitere Ausführungsform gezeigt ist.
Aus 2A ist ersichtlich, daß sowohl die beiden Zapfen 16 als auch die beiden Schlitze 17 für die Verdrehfixierung 14 um jeweils 180° zueinander versetzt angeordnet sind. Die Schlitze 17 und die Zapfen 16 sind dabei um je 90° versetzt.
Die Form der Zapfen 16 kann dabei beliebig an die Gegebenheiten des Brennstoffeinspritzventils 1 angepaßt werden. Der linke Zapfen 16 in 2A ist dabei beispielsweise rechteckig ausgebildet, während der rechte Zapfen 16 abgerundete Übergänge zur Hülse 13 aufweist.
2B zeigt eine Darstellung einer mit mehreren Zapfen 16 versehenen Hülse 13, bei welcher die Zapfen 16 in regelmäßigen Abständen an der Hülse 13 angeordnet sind. Ein breiterer Zapfen 21 sorgt für die Strahllücke 19. Auf diese Weise kann die Gemischwolke 18 beliebig geformt werden.
Im übrigen kann auch eine Hülse 13 mit nur einem Zapfen 16 zur Erzeugung einer einzelnen Strahllücke 19 realisiert werden, doch ist dies aus Gründen der Abstützung und des möglichen Verklemmens nicht bevorzugt.
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 hydraulisch betätigten Kolben möglich. Insbesondere sind alle Merkmale der Erfindung beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere 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 an dem Ventilschließkörper (5) eine Hülse (13) vorgesehen ist, welche sich über zumindest einen Zapfen (16) an dem Ventilschließkörper (5) abstützt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (13) von der Ventilnadel (4) durchgriffen ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (13) eine Verdrehsicherung (14) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (13) mittels Stiften (14) an einem Düsenkörper (3) des Brennstoffeinspritzventils (1) drehfixiert ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (14) in radialer Richtung in Schlitze (17) der Hülse (13) eingreifen.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schlitze (17) zwei beträgt.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (13) von einer Feder (15) beaufschlagt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (15) zwischen der Hülse (13) und dem Düsenkörper (3) eingespannt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innendurchmesser der Hülse (13) nicht kleiner als ein Innendurchmesser des Düsenkörpers (3) zuströmseitig der Feder (15) ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Außendurchmesser der Hülse (13) geringfügig kleiner als ein Innendurchmesser des Düsenkörpers (3) im Bereich der Hülse (13) ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Zapfen (16) rechteckig geformt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Zapfen (16) abgerundet geformt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zapfen (16) vorgesehen sind.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (16) in einem Winkelabstand von ca. 180° versetzt zueinander angeordnet sind.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (17) in einem Winkelabstand von ca. 180° versetzt zueinander angeordnet sind.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (16) und die Schlitze (17) in einem Winkelabstand von jeweils etwa 90° versetzt zueinander angeordnet sind.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl n der Zapfen (16) größer als zwei ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß n-1 Zapfen (16) gleich dimensioniert sind.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zapfen (21) breiter als die übrigen Zapfen (16) ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Zapfen (16) in einer in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzten Gemischwolke (18) zumindest eine Strahllücke (19) erzeugt.