DE19725198A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits aus der DE-PS 4 94 740 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein mit einer Ventilnadel verbundener Ventilschließkörper mit einem Ventilsitzkörper zu einem Ventilsitz zusammenwirkt. Zur Führung des Brennstoffs ist in einem Düsenkörper eine im wesentlichen axial verlaufende Brennstoff-Zuleitung vorgesehen, die in einen in dem Ventilsitzkörper in radialer Richtung verlaufenden Brennstoffkanal einmündet. Der Brennstoffkanal mündet im Bereich des Ventilsitzes in eine Abspritzöffnung aus.

Eine neuere Bauform eines Brennstoffeinspritzventils zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine geht z. B. aus der DE 196 00 403 A1 hervor.

Bei den bekannten Brennstoffeinspritzventilen ist nachteilig, daß die von den Brennstoffeinspritzventilen zugemessene Brennstoffmenge durch den Ventilhub der Brennstoffeinspritzventile vorgegeben ist. Der Ventilhub der Brennstoffeinspritzventile ist jedoch im monierten Zustand des Brennstoffeinspritzventils nur relativ aufwendig und innerhalb enger Grenzen veränderbar. Die Feinjustage der zugemessenen Brennstoffmenge ist daher bei den bekannten Brennstoffeinspritzventilen relativ aufwendig.

Ferner ist die Brennstoffverteilung innerhalb des von den bekannten Brennstoffeinspritzventilen abgespritzten Brennstoffstrahls weitgehend radialsymmetrisch. In der Praxis ergeben sich jedoch Anwendungsfälle, bei welchen eine asymmetrische Brennstoffverteilung innerhalb des Brennstoffstrahls wünschenswert ist. So kann beispielsweise im Bereich der Zündkerze eine andere Brennstoff- Luftgemischzusammensetzung vorteilhaft sein, als im Restbereich des Brennstoffstrahls.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine genaue Justage der von dem Brennstoffeinspritzventil zugemessenen Brennstoffmenge möglich ist, indem der Öffnungsquerschnitt einer Drosselstelle des einen Brennstoffkanals bzw. der mehreren Brennstoffkanäle im fertig montierten Zustand des Brennstoffeinspritzventils gezielt veränderbar ist. Die von den erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventilen zugemessene Brennstoffmenge ist in relativ kurzer Zeit, mit relativ geringem Aufwand vollautomatisch justierbar. Die Fertigungskosten werden daher wesentlich reduziert.

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

Wenn mehrere an dem Ventilsitzkörper umfänglich verteilte Brennstoffkanäle vorgesehen sind und die Öffnungsquerschnitte der den Brennstoffkanälen zugeordneten Drosselstellen unabhängig voneinander veränderbar sind, hat dies den Vorteil, daß die Brennstoffverteilung in dem von dem Brennstoffeinspritzventil abgespritzten Brennstoffstahl asymmetrisch einstellbar ist. Im Bereich mit einer höheren erwünschten Brennstoffdichte ist der Öffnungsquerschnitt der dort angeordneten Brennstoffkanäle entsprechend zu erhöhen, während in einem Bereich mit einer erwünschten abgesenkten Brennstoffdichte der Öffnungsquerschnitt des dort angeordneten Brennstoffkanals entsprechend geringer zu bemessen ist. Durch die sich ergebende asymmetrische Ausbildung des Brennstoffstrahls kann die Brennstoffverteilung an die Einbaugeometrie und die spezielle Ausbildung der Brennkraftmaschine, z. B. an die Lage der Zündkerze und der Ventile bei direkt in den Zylinder der Brennkraftmaschine einspritzenden Brennstoffeinspritzventilen oder an die spezielle geometrische Ausformung des Saugrohrs bei in das Saugrohr der Brennkraftmaschine einspritzenden Brennstoffeinspritzventilen angepaßt werden. Insbesondere kann die auf Wandbereichen des Zylinders oder des Saugrohrs auftreffende Brennstoffmenge vermindert werden, was sich in verbesserten Abgaswerten äußert.

Daß die Brennstoffverteilung innerhalb des Brennstoffstrahls noch im fertig montierten Zustand des Brennstoffeinspritzventils veränderbar ist, ist besonders vorteilhaft, da die Einbaulage des Brennstoffeinspritzventils an der Brennkraftmaschine und die spezielle geometrische Ausformung der Bauteile der Brennkraftmaschine je nach Typ der Brennkraftmaschine, d. h. von Fahrzeugtyp zu Fahrzeugtyp, erheblich variieren kann.

Die Drosselstelle kann in besonders vorteilhafter und einfacher Weise dadurch ausgebildet sein, daß ein den Ventilsitzkörper umgebender Düsenkörper in diesem Bereich von außen z. B. mittels eines Bolzenelements plastisch verformbar ist und den Brennstoffkanal entsprechend seiner Verformung einengt. Der Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle kann dabei in vorteilhafter Weise besonders einfach durch einen Automaten eingestellt werden.

Besonders vorteilhaft ist auch die Verwendung eines in den Brennstoffkanal einführbaren Manipulators, dessen Einführtiefe den Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle des zugeordneten Brennstoffkanals festlegt. Besonders vorteilhaft bei dieser Weiterbildung ist es, daß der Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle sowohl verringert als auch vergrößert werden kann, was den Justagevorgang vereinfacht. Durch Verschweißen des Manipulators mit dem Ventilsitzkörper ergibt sich gleichzeitig eine Arretierung und Dichtung.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiels eines auszugsweise dargestellten, erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und Fig. 2 einen axialen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines auszugsweise dargestellten, erfindungsgemaßen Brennstoffeinspritzventils.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Brennstoffeinspritzventils 1 in einer auszugsweisen Darstellung. Dargestellt ist lediglich das abspritzseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils 1.

Innerhalb eines hohlzylinderförmig ausgebildeten Düsenkörpers 2 ist an dessen abspritzseitigen Ende ein Ventilsitzkörper 3 angeordnet, der mittels einer Schweißnaht 4 mit dem Düsenkörper 2 dichtend verbunden ist. Der Ventilsitzkörper 3 ist ebenfalls im wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet, wobei der Außendurchmesser des Ventilsitzkörpers 3 mit dem Innendurchmesser des Düsenkörpers 2 im wesentlichen übereinstimmt, so daß der Ventilsitzkörper 3 in die Innen-Öffnung 5 des Düsenkörpers 2 eingepaßt ist. Der Ventilsitzkörper 3 weist konzentrisch zu seiner Längsachse, die mit der Längsachse 6 des Brennstoffeinspritzventils 1 übereinstimmt, eine Führungsbohrung 7 auf, die der Führung einer Ventilnadel 8 dient.

Die Ventilnadel 8 ist im Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgeformt und einstückig mit einem Ventilschließkörper 9 ausgebildet. Zur Verringerung der trägen Masse kann die Ventilnadel 8 jedoch auch hohlzylinderförmig oder aus einem rundgebogenen Blechteil ausgebildet sein. Der Ventilschließkörper 9 weist eine konische Ventilschließfläche 10 auf, die mit einer ebenfalls konisch ausgebildeten, an dem abspritzseitigen Ende des Ventilsitzkörpers 3 angeordneten Ventilsitzfläche 11 zur Ausbildung eines außen schließenden Ventilsitzes 12 zusammenwirkt. Die Ventilnadel 8 und der mit der Ventilnadel 8 verbundene Ventilschließkörper 9 sind entlang der Längsachse 6 mittels eines z. B. elektromagnetisch oder piezoelektrisch arbeitenden Betätigungselementes mit einer translatorischen Hubbewegung beaufschlagbar. Ein nicht dargestelltes, z. B. als Rückstellfeder ausgebildetes Rückstellelement hält die Ventilschließfläche 10 des Ventilschließkörpers 9 im geschlossenen Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 in bündiger Anlage mit der Ventilsitzfläche 10 des Ventilsitzkörpers 3. Der außen öffnende Ventilsitz 12 ist insbesondere für ein Brennstoffeinspritzventil 1 zur Direkteinspritzung von Brennstoffen in einen Zylinder bzw. Brennraum einer Brennkraftmaschine geeignet, da der in dem Zylinder herrschende Verbrennungsdruck den Ventilschließkörper 9 in Schließrichtung beaufschlagt und nicht zu einer unbeabsichtigten Öffnung des Brennstoffeinspritzventils 1 führt.

Erfindungsgemäß ist in dem Ventilsitzkörper 3 zumindest ein Brennstoffkanal, vorzugsweise jedoch mehrere Brennstoffkanäle, vorgesehen. Der Brennstoffkanal besteht aus einem ersten, in radialer Richtung verlaufendem Abschnitt 20 und einem mit dem ersten Abschnitt 20 verbundenen, in axialer Richtung verlaufenden zweiten Abschnitt 21. Der erste, radiale Abschnitt 20 des Brennstoffkanals 20, 21 ist Teil einer Durchgangsbohrung 22, die sich von der äußeren Mantelfläche 23 des Ventilsitzkörpers 3 durch diesen hindurch bis zu der Führungsbohrung 7 erstreckt. Der zweite, axiale Abschnitt 21 des Brennstoffkanals 20, 21 ist im Ausführungsbeispiel als Sackbohrung 31 ausgebildet. In gleicher Weise wäre es jedoch auch möglich, auch den zweiten Abschnitt 21 des Brennstoffkanals 20, 21 als Durchgangsbohrung auszubilden und an der abspritzseitigen Stirnfläche 24 des Ventilsitzkörpers 3 durch einen geeigneten Schließkörper zu verschließen. Der erste, radiale Abschnitt 20 des Brennstoffkanals 20, 21 mündet in eine an der Ventilnadel 8 ausgebildete Ringnut 25 unabhängig von der Hubstellung der Ventilnadel 8 aus.

Von der an der äußeren Mantelfläche 23 des Ventilsitzkörpers 3 gelegenen Öffnung der Durchgangsbohrung 22 ist in diese ein im Ausführungsbeispiel als Stufenzylinder ausgebildeter Manipulator 26 einführbar. Der Manipulator 26 weist einen an den Durchmesser der Durchgangsbohrung 22 angepaßten Führungsabschnitt 27 und einen stiftartigen Abschnitt 28 mit verringertem Durchmesser auf. Wie aus Fig. 1 ohne weiteres zu erkennen ist, wird der Öffnungsquerschnitt des Brennstoffkanals 20, 21 um so mehr verringert, je tiefer der Manipulator 26 in die Durchgangsbohrung 22 und somit in den Brennstoffkanal 20, 21 eingeführt wird. Der Manipulator 26 bildet daher eine Drosselstelle 29 mit einstellbarem Öffnungsquerschnitt. Der Öffnungsquerschnitt dieser Drosselstelle 29 kann auch noch im fertig montierten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 ohne weiteres variiert werden. Nach der Einstellung des Öffnungsquerschnitts der Drosselstelle 29 wird der Manipulator 26 im Ausführungsbeispiel mittels einer Schweißnaht 30 dichtend mit dem Ventilsitzkörper 3 verbunden. Dadurch wird der Manipulator 26 an dem Ventilsitzkörper 3 arretiert und gleichzeitig verhindert, daß Brennstoff aus der Durchgangsbohrung 22 nach außen hin austritt.

Vorzugsweise sind mehrere Brennstoffkanäle 20, 21 in dem Ventilsitzkörper 3 vorgesehen, die z. B. auf einem konzentrischen Teilkreis vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Drosselstellen 29 der einzelnen Brennstoffkanäle 20, 21 sind dabei durch ihren jeweiligen Manipulator 26 unabhängig voneinander einstellbar. Auf diese Weise kann eine radial asymmetrische Brennstoffverteilung in dem von dem Brennstoffeinspritzventil 1 abgespritzten Brennstoffstrahl erzeugt werden, da die Brennstoffverteilung in der umlaufenden Nut 25 der Ventilnadel 8 aufgrund des unterschiedlich gedrosselten Zulaufs des Brennstoffs über die unterschiedlich gedrosselten Brennstoffkanäle 20, 21 ungleichmäßig ist. Eine derartige asymmetrische Brennstoffverteilung in dem abgespritzten Brennstoffstrahl ist z. B. vorteilhaft, wenn der Brennstoffanteil in dem Brennstoff-Luft- Gemisch im Bereich einzelner Bauelemente, z. B. einer Zündkerze, der Einlaß- oder Auslaßventile des Zylinders oder auch der Wandbereiche des Zylinders bzw. des Saugrohrs verringert werden soll. Auf diese Weise können die Verbrennung der Brennkraftmaschine optimiert und die Abgaswerte deutlich verbessert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, daß die Variation der Brennstoffverteilung durch Einstellen der Manipulatoren 26 noch im fertig montierten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 möglich ist und die Brennstoffverteilung in dem von dem Brennstoffeinspritzventil 1 abgespritzten Brennstoffstrahl z. B. an die konkrete Geometrie der Brennkraftmaschine bzw. an den Fahrzeugtyp angepaßt werden kann.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 in einer geschnittenen, auszugsweisen Darstellung. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß sich insoweit eine wiederholende Beschreibung erübrigt.

Der erste, radiale Abschnitt 20 jedes Brennstoffkanals 20, 21 ist auch bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als Radialbohrung 44 ausgebildet, die in die Ringnut 25 der Ventilnadel 8 einmündet. Der zweite, axiale Abschnitt 21 jedes Brennstoffkanals 20, 21 ist im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als Nut 40 ausgebildet, die durch eine Abplattung 21 des Ventilsitzkörpers 3 entsteht. Die Nut 40 steht sowohl mit der Innen- Öffnung 5 des Düsenkörpers 2 als auch mit dem ersten Abschnitt 20 des Brennstoffkanals 20, 21 in Verbindung.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Drosselstelle 29 nicht durch einen Manipulator 26, sondern durch plastisches Verformen der im Bereich der Drosselstelle 29 relativ dünnwandig ausgebildeten Wandung 41 des Düsenkörpers 2 gebildet. Die Verformung der Wandung 41 kann z. B. mittels eines Bolzenelements 42 erfolgen, das in eine Vertiefung 43 des Düsenkörpers 2 eindringt und an der dünnwandig ausgebildeten Wandung 41 des Düsenkörpers 2 angreift. Die von dem Brennstoffeinspritzventil 1 zugemessene Brennstoffmenge kann daher im fertig montierten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 in der Weise vollautomatisch eingestellt werden, daß die Drosselstelle 29 schrittweise so weit verengt wird, bis die von dem Brennstoffeinspritzventil 1 zuzumessende Brennstoffmenge erreicht ist. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, daß zur Einstellung der von dem Brennstoffeinspritzventil 1 zugemessenen Brennstoffmenge der Ventilhub nicht notwendigerweise verändert werden muß.

Vorzugsweise sind an dem Ventilsitzkörper 3 mehrere, umfänglich verteilte Nuten 40 vorgesehen, die jeweils über eine radiale Bohrung 44 mit der Ringnut 25 der Ventilnadel 8 in Verbindung stehen. Ähnlich wie bereits vorstehend anhand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben, können die einzelnen Öffnungsquerschnitte der Drosselstellen 29 der einzelnen Nuten 40 unabhängig voneinander eingestellt werden. Dies kann in einem Automaten entweder zeitlich hintereinander durch Drehen des Brennstoffeinspritzventils 1 um seine Längsachse 6 und ein einziges zeitlich hintereinander in sämtliche Vertiefungen 43 eindringendes Bolzenelement 42 oder aber gleichzeitig durch mehrere an dem Automaten vorgesehene Bolzenelemente 42, die gleichzeitig sämtliche Drosselstellen 29 einstellen, erfolgen. Dabei kann die zugemessene Gesamt- Brennstoffmenge des Brennstoffeinspritzventils zunächst durch Verschieben des Ventilsitzkörpers 3 und somit Verstellen des Ventilhubs eingestellt werden und die Schweißnaht 4 zur Arretierung des Ventilsitzkörpers 3 aufgebracht werden. Anschließend oder ggf. auch vorher kann durch Verdrücken der Wandung 41 des Düsenkörpers 2 jeweils an jeder Drosselstelle 29 eine radial asymmetrische Brennstoffverteilung eingestellt werden. Ferner kann gleichzeitig eine Feinjustage der von dem Brennstoffeinspritzventil 1 zugemessenen Brennstoffmenge erfolgen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Statt der Ausbildung von Abplattungen 21 können die axialen Nuten 40 in den Ventilsitzkörper 3 auch eingefräst werden. Ferner ist es möglich, andere bekannte Drosselungsmethoden einzusetzen, wie sie z. B. von Absperrventilen her bekannt sind. Auch ist es nicht zwangsweise notwendig, den Brennstoffkanal 20, 21 bzw. die Brennstoffkanäle 20, 21 in oder an dem Ventilsitzkörper 3 auszubilden. Die Brennstoffkanäle 20, 21 könnten zumindest abschnittsweise z. B. auch in oder an dem Düsenkörper 2 angeordnet sein.

Claims (11)

1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit
einem mit einer Ventilnadel (8) verbundenen Ventilschließkörper (9), der eine Ventilschließfläche (10) aufweist, die mit einer an einem Ventilsitzkörper (3) ausgebildeten Ventilsitzfläche (11) zu einem Ventilsitz (12) zusammenwirkt, und
zumindest einem im Bereich des Ventilsitzkörpers (3) stromaufwärts des Ventilsitzes (12) vorgesehenen Brennstoffkanal (20, 21) zur Zuleitung von Brennstoff an den Ventilsitz (12),
dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Brennstoffkanal (20, 21) eine Drosselstelle (29) angeordnet ist, deren Öffnungsquerschnitt von außerhalb des Brennstoffeinspritzventils (1) veränderbar ist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere im Bereich des Ventilsitzkörpers (3) umfänglich verteilte Brennstoffkanäle (20, 21) vorgesehen sind, wobei die Öffnungsquerschnitte der den Brennstoffkanälen (20, 21) zugeordneten Drosselstellen (29) unabhängig voneinander zur Ausbildung einer asymmetrischen Brennstoffverteilung in einem von dem Brennstoffeinspritzventil (1) abgespritzten Brennstoffstrahl veränderbar sind.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Abschnitt (20) jedes Brennstoffkanals (20, 21) den Ventilsitzkörper (3) stromaufwärts der Ventilsitzfläche (11) mit einer radialen Komponente durchdringt.

4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein stromaufwärts des ersten Abschnitts (20) angeordneter zweiter Abschnitt (21) jedes Brennstoffkanals (20, 21) an oder in dem Ventilsitzkörper (3) in axialer Richtung verläuft.

5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (21) jedes Brennstoffkanals (20, 21) den Ventilsitzkörper (3) in Form einer axialen Bohrung (31) durchdringt.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (21) jedes Brennstoffkanals (20, 21) an dem Ventilsitzkörper (3) in Form einer axialen Nut (40) ausgebildet ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzkörper (3) von einem Düsenkörper (2) umgeben ist, der die axiale Nut (40) jedes Brennstoffkanals (20, 21) nach außen hin abschließt und zur Veränderung des Öffnungsquerschnitts jeder Drosselstelle (29) radial in Richtung auf den Ventilsitzkörper (3) plastisch verformbar ist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (41) des Düsenkörpers (2) im Bereich jeder Drosselstelle (29) eine verringerte Wandstärke aufweist, um die Verformung durch ein Bolzenelement (42) zu ermöglichen.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden Brennstoffkanal (20, 21) jeweils ein Manipulator (26) einführbar ist, dessen Einführtiefe den Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle (29) des zugeordneten Brennstoffkanals (20, 21) festlegt und der von außerhalb des Brennstoffeinspritzventils (1) verschiebbar ist.

10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Manipulator (26) mit dem Ventilsitzkörper (3) verschweißbar ist.

11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (8) oder der Ventilschließkörper (9) eine Ringnut (25) aufweist, in welche jeder Brennstoffkanal (20, 21) einmündet.