DE10356056A1

DE10356056A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10356056A1
Application number: DE10356056A
Authority: DE
Inventors: Joerg Heyse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-06-23

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, weist einen Aktor auf. Eine mit dem Aktor in Wirkverbindung stehende Ventilnadel (3) weist abspritzseitig einen Ventilschließkörper (4) auf. Der Ventilschließkörper (4) wirkt mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammen. Ein Ventilsitzkörper (5) weist Abspritzöffnungen (7) auf. Das Brennstoffeinspritzventil (1) weist an seinem abspritzseitigen Ende eine Schicht (38) auf, die ein Teil eines Peltier-Elements ist, welches das abspritzseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils (1) kühlt.

Description

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

Beispielsweise ist aus der DE 100 46 304 C1 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, mit einer Ventilnadel, welche abspritzseitig einen Ventilschließkörper aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche, die an einem Ventilsitzkörper ausgebildet ist, zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einer in einem Ventilsitzkörper vorgesehenen Abspritzöffnung. Das Brennstoffeinspritzventil ist zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum geeignet.

Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß es am abspritzseitigen, in den Brennraum ragenden Ende, insbesondere im Bereich des Ventilsitzkörpers oder der Abspritzöffnung, zu unerwünscht hohen Temperaturen kommen kann, die die Bildung von unerwünschten Ablagerungen dort begünstigt. Durch die hohen Temperaturen kann anhaftender Brennstoff im erwähnten Bereich leicht einbrennen und Rückstände bilden. Die Abstrahlcharakteristik des Brennstoffs in den Brennraum wird dadurch unvorhersehbar negativ beeinflußt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Kühlung des abspritzseitigen, in den Brennraum ragenden Endes des Brennstoffeinspritzventils die Bildung von Verbrennungsrückständen bzw. Ablagerungen stark reduziert oder vermieden wird.

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

In einer ersten Weiterbildung ist die Schicht galvanisch aufgebracht. Die Schicht läßt sich dadurch sehr kostengünstig und gleichmäßig aufbringen, insbesondere in gleichmäßiger Dicke bzw. Stärke. Außerdem können die Abspritzöffnungen ohne großen Aufwand mit beschichtet werden.

Vorteilhaft ist es zudem, wenn ein erster Übergang des Peltier-Elements zwischen der Schicht und einem Träger gebildet ist, wobei der Träger aus einem Material besteht, das eine von der Schicht verschiedene Thermokraft aufweist. Der kühlende Teil des Peltier-Elements läßt sich so in sehr einfacher Weise aufbauen. Dies trifft ebenso zu, wenn der Ventilsitzkörper den Träger bildet.

Sind zumindest die Bereiche um die Abspritzöffnungen der abspritzseitigen Fläche des in den Brennraum ragenden abspritzseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils mit der Schicht überzogen, so lassen sich die Bereiche der Abspritzöffnungen in einfacher Weise von Ablagerungen freihalten, und der Materialaufwand läßt sich minimieren.

Sind die Innenflächen der Abspritzöffnungen wenigstens zum Teil mit der Schicht überzogen, können die Abspritzöffnungen abgekühlt und damit frei von Ablagerungen gehalten werden.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Schicht zumindest eine Ausnehmung aufweist, die zu der jeweiligen Abspritzöffnung koaxial angeordnet ist. Die Funktion des Brennstoffeinspritzventils wird so sichergestellt.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn sich die Ausnehmungen ausgehend von der jeweiligen Abspritzöffnung mit einem Durchmesser, der zumindest so groß ist wie der Durchmesser der Abspritzöffnung, konisch in den Brennraum hinein erweitern, wobei der Öffnungswinkel der Ausnehmungen mindestens so groß ist, wie die aus den Abspritzöffnungen austretenden Brennstoffstahlen. Die Abspritzgeometrie der austretenden Brennstoffstrahlen wird dadurch beibehalten.

Weiter ist es vorteilhaft, daß die Ausnehmung zylindrisch ist, wobei der Durchmesser der Ausnehmung mindestens so groß ist, daß der aus den Abspritzöffnungen austretende Brennstoffstrahl die Ausnehmung nicht berührt.

In einer weiteren Weiterbildung besteht die Schicht aus einem Metall, einer Metallegierung oder einem Halbleitermaterial. Die Materialeigenschaften lassen sich so einfach den Anforderungen anpassen.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils und
2 einen schematischen Schnitt eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels im Bereich des Ventilsitzkörpers des Brennstoffeinspritzventils.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Ein in 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen 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 einen an der Oberseite des Brennstoffeinspritzventils 1 angeordneten Brennstoffanschluß 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch einen Gummiring 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 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.
Die abspritzseitige Fläche des Brennstoffeinspritzventils 1, welche im nicht dargestellten Brennraum angeordnet ist und durch die die Abspritzöffnung 7 in den Brennraum mündet, ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Schicht 38, die ein Teil eines Peltier-Elements ist, überzogen. Die Schicht 38 ist im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel schematisch vergrößert dargestellt und wird dort näher erläutert.
2 zeigt einen schematischen Schnitt eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels im Bereich des Ventilsitzkörpers 5 des Brennstoffeinspritzventils 1, welches beispielsweise durch einen nicht dargestellten Piezoaktor betätigt wird. Die Schicht 38 ist auf der abspritzseitigen Fläche des in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen scheibenförmigen Ventilsitzkörpers 5 aufgebracht. Die Schicht 38 besteht aus einem Metall oder einem Halbleiter. Sie kann aber beispielsweise auch aus einer Metallegierung bestehen. Die Schicht ist beispielsweise galvanisch aufgebracht und weist Ausnehmungen 40 auf, die koaxial zu den zwei dargestellten Abspritzöffnungen 7 angeordnet sind. Die Ausnehmungen 40 erweitern sich dabei in Abspritzrichtung konisch, mit zumindest einem Öffnungswinkel wie ihn der aus ihnen austretende Brennstoffstrahl aufweist.
Alternativ dazu sind die Ausnehmungen 40 hohlzylinderförmig und weisen einen größeren Durchmesser auf als die Abspritzöffnungen 7, wobei der Durchmesser der Ausnehmungen 40 so groß bemessen ist, daß der aus den Abspritzöffnungen 7 austretende Brennstoffächer die Ausnehmung 40 am abspritzseitigen Ende nicht tangiert und sich der Brennstoffstrahl damit frei ausbreiten kann. Die Oberflächen der Abspritzöffnungen 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht mit der Schicht 38 überzogen, wobei dies in anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen der Fall sein kann.
Die Schicht 38, welche beispielsweise aus einem gut wärmeleitenden und wärmefesten Metall oder einer Metallegierung besteht, bildet einen Teil des nicht vollständig dargestellten Peltier-Elements. In diesem Ausführungsbeispiel bildetet die Kontaktstelle zwischen der Schicht 38 und dem Ventilsitzkörper 5 einen ersten Übergang 39. Ein zweiter nicht dargestellter Übergang befindet sich aber außerhalb des Brennraumbereichs. Ein Peltier-Element weist bekanntermaßen zwei Übergänge auf, wobei sich je nach Polarisation der Spannungsquelle und der jeweiligen Thermokräfte der ausgewählten Materialien ein Übergang abkühlt und sich der jeweils andere Übergang erwärmt. In diesem Ausführungsbeispiel wird der dargestellte erste Übergang 39 abgekühlt. Das Material der Schicht 38 besteht aus einem anderen Material mit unterschiedlicher Thermokraft als ein Träger 41, welcher in diesem Ausführungsbeispiel durch den Ventilsitzkörper 5 gebildet ist.
Insbesondere über eine nicht dargestellte Spannungsquelle und nicht dargestellte elektrische Leiter sind die Schicht 38 und der Ventilsitzkörper 5 miteinander verbunden. Fließt am ersten Übergang 39 ein entsprechend gerichteter Strom, so kühlt sich der Übergang 39 und damit auch die Schicht 38 ab.
Die elektrische Spannung und damit die Höhe des elektrischen Stromes zwischen der Schicht 38 und dem Ventilsitzkörper 5 ist so gewählt, daß die Temperatur der Schicht 38 bzw. die Außenfläche der Schicht 38 eine Temperatur nicht überschreitet, ab welcher sich auf der Schicht 38 und in den Abspritzöffnungen 7 Verbrennungsreste bilden.
Die elektrische Spannung kann auch getaktet sein, beispielsweise mit der gleichen Taktfrequenz wie ihn das Brennstoffeinspritzventil 1 aufweist. Ebenso kann die Höhe der elektrischen Spannung in Abhängigkeit einer am Ventilsitzkörper 5 herrschenden Temperatur geregelt werden, die entweder gemessen oder ermittelt ist. Beispielsweise ist die Kühlleistung bei einer im nicht dargestellten Brennraum ablaufenden Verbrennungsphase am größten, wobei Zeitverzögerungen durch die Wärmeleitung der Schicht 38 Berücksichtigung finden. Die maximale Kühlleistung also kurz vor der Verbrennungsphase bereitgestellt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und z. B. auch für nach außen öffnende Brennstoffeinspritzventile verwendbar. Die Merkmale der Ausführungsbeispiele oder Ausführungsformen können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, welches abspritzseitig einen Ventilschließkörper (4), der mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und eine Abspritzöffnung (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffeinspritzventil (1) an seinem abspritzseitigen Ende eine Schicht (38) aufweist, die Bestandteil eines Peltier-Elements ist, mit welchen das abspritzseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils (1) kühlbar ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (38) galvanisch aufgebracht ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Übergang (39) des Peltier-Elements zwischen der Schicht (38) und einem Träger (41) gebildet ist, wobei der Träger (41) aus einem Material mit von der Schicht (38) verschiedener Thermokraft besteht.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (41) ein Ventilsitzkörper (5) ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Bereich um die Abspritzöffnungen (7) der abspritzseitigen Fläche des in den Brennraum ragenden abspritzseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils (1) mit der Schicht (38) überzogen ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Innenflächen der Abspritzöffnungen (7) mit der Schicht (38) überzogen sind.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (38) zumindest eine Ausnehmung (40) aufweist, die zu der jeweiligen Abspritzöffnung (7) koaxial angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmung (40) ausgehend von der jeweiligen Abspritzöffnung (7) mit einem Durchmesser, der zumindest so groß ist wie der Durchmesser der Abspritzöffnung (7), konisch in den Brennraum hinein erweitert, wobei der Öffnungswinkel der Ausnehmung (40) mindestens so groß ist wie der aus der Abspritzöffnung (7) austretende Brennstoffstahl.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (40) zylindrische Form aufweist, wobei der Durchmesser der Ausnehmung (40) mindestens so groß ist, daß der aus der Abspritzöffnung (7) austretende Brennstoffstahl die Ausnehmung (40) nicht tangiert.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (38) aus einem Metall, einer Metallegierung oder einem Halbleitermaterial besteht.