DE19952286A1

DE19952286A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Zylindereinspritzung

Info

Publication number: DE19952286A1
Application number: DE19952286A
Authority: DE
Inventors: Mamoru Sumida; Norihisa Fukutomi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2000-11-16
Also published as: JP2000314357A; JP3953230B2; KR20000075417A; US6170762B1; KR100348976B1

Abstract

Ein Ventilschließteil weist einen äußeren geraden Abschnitt oder einen äußeren zylindrischen Abschnitt auf, der jeweiligen Nutauslässen einer Wirbelerzeugungsvorrichtung in einer Länge von nicht weniger als 1/3 der Nuttiefe der Nuten gegenüberliegt, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, oder in einer Länge von nicht weniger als 1/10 der Nuttiefe, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritz ventil für Zylindereinspritzung, welches bei einer Brenn kraftmaschine (Viertakt-Brennkraftmaschine oder Zweitakt- Brennkraftmaschine) mit Zylindereinspritzung verwendet werden soll, bei welcher durch ein Wirbelgerät auf Kraftstoffströme Wirbelenergie einwirkt, und der Kraftstoff von einer Kraft stoffeinspritzdüse direkt in einen Brennraum eingespritzt wird, und betrifft insbesondere ein Kraftstoffeinspritzven til, welches dazu geeignet ist, die Kraftstoffeinspritzung mit einem kleinen Sprühwinkel der Einspritzdüse durchzufüh ren.

Es ist bereits eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher eine Verbrennung mit Vormischung mit hoher Ausgangsleistung durchgeführt wird, und eine geschichtete Verbrennung mit niedriger Ausgangsleistung durchgeführt wird, wobei zwischen Vormischungsverbrennung und geschichteter Verbrennung ent sprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine umge schaltet wird, wie dies in der WO 96-36808 beschrieben ist. Bei einer derartigen Brennkraftmaschine kann die Form eines Brennraums optimiert werden, das Luftströmverfahren, die Po sition eines Kraftstoffeinspritzventils, die Eigenschaften beim Sprühen, die Position einer Zündkerze und andere Fakto ren, um die an sich inkompatiblen Anforderungen an die Ver besserung der Ausgangsleistung und die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs zu erfüllen.

Wenn eine derartige Brennkraftmaschine beispielsweise bei ei nem Kraftfahrzeug angesetzt wird, lässt sich die Optimierung dieser Faktoren nicht in sämtlichen Fällen erzielen, da ver schiedene Einschränkungen auf der Grundlage des Systems oder der Eigenschaften der Brennkraftmaschine, auf der Grundlage der Zünd- und Auspuffsysteme, der Anordnung von Teilen des Kraftstoffsystems, und der Form des Fahrzeugs vorhanden sind.

Wenn kein Verfahren eingesetzt wird, bei welchem die Verbes serung der Ausgangsleistung mit der Verringerung des Kraft stoffverbrauchs unter Nutzung vorhandener Vorgehensweisen und Einrichtungen kompatibel ist, erhöhen sich die Herstellungs kosten, so daß die Geschäftstätigkeit nicht mehr profitabel ist.

Unter diesen Umständen stellt eine der wichtigsten techni schen Anforderungen die Forderung dar, daß die Vormischungs verbrennung und die geschichtete Verbrennung miteinander ver träglich sind. Damit die beiden Verbrennungskonzepte kompati bel werden, wird die Form eines Brennraums, das Luftströmver fahren, die Position eines Kraftstoffeinspritzventils, die Eigenschaften beim Sprühen und die Position einer Zündkerze wesentlich, wie dies voranstehend ausgeführt wurde. Es ist wesentlich, daß eine homogene Mischung durch ein diffuses Sprühen bei der Vormischverbrennung erzeugt wird, und daß ein gesammelter Sprühstrahl sich in der Nähe der Zündkerze bei der geschichteten Verbrennung ansammelt.

Es wurden verschiedene Arten von Untersuchungen in Hinblick auf Forschung bezüglich neuer Peripherieteile für ein Kraft stoffsystem durchgeführt, in Bezug auf Systemkonzepte für ein Kraftstoffsystem, oder ein Verbrennungssystem, in Bezug auf Steuerverfahren und andere Einzelheiten, um die voranstehend geschilderte, technische Anforderung zu erfüllen, während Kostenerhöhungen bei vorhandenen Vorgehensweisen, Einrichtun gen und Teilen, die verwendet werden, minimiert werden.

Um den grundlegenden Aufbau eines derartigen Kraftstoffein spritzventils für Zylindereinspritzung zu erläutern, wird das in der JP-A-1047208 beschriebene Kraftstoffeinspritzventil als Beispiel für ein herkömmliches Kraftstoffeinspritzventil beschrieben.

In Fig. 6 ist eine Seitenquerschnittsansicht des Gesamtauf baus des Kraftstoffeinspritzventils 1 für Zylindereinsprit zung dargestellt, welches in der genannten Publikation be schrieben wird. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 für Zylinder einspritzung weist ein Hauptgehäuse 2 auf, und eine Ventil einheit 3, die an einem Ende des Hauptgehäuses 2 beispiels weise durch Halter befestigt ist und von einem Halter 35 ab gedeckt wird. Bei dem Hauptgehäuse 2 ist das andere Ende mit einem Kraftstoffversorgungsrohr 4 verbunden, von welchem Kraftstoff unter hohem Druck dem Kraftstoffeinspritzventil 1 für Zylindereinspritzung über ein Kraftstofffilter 57 zuge führt wird. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 für Zylinderein spritzung weist einen Vorderabschnitt auf, der in eine Ein führungsöffnung 6 eines Zylinderkopfes 5 in einer Brennkraft maschine eingeführt ist, und beispielsweise durch einen Fe derring 60 oder ein ähnliches Teil abgedichtet ist.

Die Ventileinheit 3 weist einen Ventilkörper 9 auf, der die Form eines abgestuften Hohlzylinders aufweist, so daß ein zy lindrischer Abschnitt 7 einen kleinen Durchmesser und ein zy lindrischer Abschnitt 7 einen großen Durchmesser aufweist, einen Ventilsitz 11, der an einer Vorderkante eines Zentrums lochs in dem Ventilkörper 9 befestigt ist, und in welchem ei ne Kraftstoffeinspritzdüse 10 vorgesehen ist, ein Nadelventil 12 als Ventilfließteil, welches durch eine nachstehend noch genauer erläuterte Elektromagnetspuleinheit 50 vom Ventilsitz 11 weg und zu diesem bewegt wird, um die Kraftstoffeinspritz düse 10 zu öffnen bzw. zu schließen, eine Wirbelerzeugungs vorrichtung 13 zum Führen des Nadelventils 12 in Axialrich tung, und um den Kraftstoff vor dessen Eintritt in die Ein spritzdüse 10 in eine Wirbelbewegung in Radialrichtung und in Richtung nach Innen zu versetzen. Der Ventilkörper 9 der Ven tileinheit 3 und das Hauptgehäuse 2 stellen für das Kraft stoffeinspritzventil 1 für Zylindereinspritzung das Gesamtge häuse zur Verfügung.

Das Hauptgehäuse 2 weist ein erstes Gehäuse 30 auf, das mit einem Flansch 30a zum Montieren des Kraftstoffeinspritzven tils für Zylindereinspritzung am Zylinderkopf 5 versehen ist, und ein zweites Gehäuse 40, auf welcher die Elektromagnetspu leneinheit 50 angebracht ist. Die Elektromagnetspuleneinheit 50 weist einen Spulenkörper 52 auf, um welchen eine Spule 51 herumgewickelt ist, und einen Kern 53, der am Innenumfangsab schnitt des Spulenkörpers 52 vorgesehen ist. Die Spule 51 ist mit einer Anschlussklemme 56 verbunden. Der Kern 53 weist die Form eines Hohlzylinders auf, so daß in ihm ein Kraftstoffka nal vorhanden ist. Bei dem Kern 53 ist eine Feder 55 zwischen einer Buchse 54 und dem Nadelventil 12 in dem hohlen Ab schnitt vorgesehen.

Bei dem Nadelventil 12 ist an einem von dem Ventilsitz 11 entfernten Ende ein beweglicher Anker 31 vorgesehen, der ei ner Vorderkante des Kerns 53 gegenüberliegt. Bei dem Nadel ventil 12 ist ein mittlerer Abschnitt mit einer Führung 12a versehen, zur gleitbeweglichen Führung des Nadelventils 12 entlang einer Innenumfangsoberfläche der Ventileinheit 9 und steht ein Nadelflansch 12b in Berührung mit einem Abstands stück 32, das in dem ersten Gehäuse 30 vorgesehen ist.

In Fig. 7 ist eine Vorderansicht der Wirbelerzeugungsvorrich tung 13 dargestellt, gesehen von der Seite des Ventilsitzes 11 aus. Die Fig. 8 und 9 zeigen eine vergrößerte Quer schnittsseitenansicht bzw. eine Perspektivansicht in Explosi onsdarstellung des Ventilsitzes der Ventileinheit 3 und deren Umgebung. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, ist die Wirbel erzeugungsvorrichtung 13 der Ventileinheit 3 als Hohlteil ausgebildet, welches im wesentlichen zylinderförmig ist, und in welchem ein zentrales Loch 15 vorgesehen ist, um das Na delventil 12 als das Ventilschließteil im Zentrum zu umgeben, und das Nadelventil in Axialrichtung gleitbeweglich zu hal tern. Die Wirbelerzeugungsvorrichtung weist eine erste End oberfläche 16 und eine zweite Endoberfläche 17 auf. Wenn die Wirbelerzeugungsvorrichtung in die Ventileinheit 3 eingebaut wird, gelangt die erste Endoberfläche in Berührung mit dem Ventilsitz 12, und befindet sich die zweite Endoberfläche auf jener Seite entfernt vom Ventilsitz 11. Die Wirbelerzeugungs vorrichtung weist eine Aussenumfangsoberfläche 19 auf, die zwischen beiden Endoberflächen verläuft, so daß sie teilweise die Innenumfangsoberfläche 18 des Ventilkörpers 9 als Teil des hohlen Gesamtgehäuses berührt.

Die zweite Endoberfläche 17 der Wirbelerzeugungsvorrichtung 13 weist Umfangsabschnitte auf, die in Berührung mit einer Schulter 20 stehen und durch diese gehaltert werden, die auf der Innenumfangsoberfläche 18 des Ventilkörpers 9 vorgesehen ist. Bei der zweiten Endoberfläche sind nutförmige Kanäle 21 vorgesehen, die in Radialrichtung verlaufen, damit der Kraft stoff von dem Innenumfang zum Außenumfang der zweiten End oberfläche fließen kann.

Die Aussenumfangsoberfläche 19 der Wirbelerzeugungsvorrich tung 13 weist auf sich mehrere ebene Oberflächen auf, die voneinander durch ungleiche Abstände in Umfangsrichtung ge trennt sind, und in Axialrichtung verlaufen. Daher sind meh rere Aussenumfangsoberflächenabschnitte 19a vorgesehen, wel che die Innenumfangsoberfläche 18 des Ventilkörpers 9 berüh ren, um die Position der Wirbelerzeugungsvorrichtung 13 in Bezug auf den Ventilkörper 9 festzulegen und sind Flusskanal abschnitte 19b, die ebene Oberflächen darstellen, die zwi schen benachbarten Aussenumfangsoberflächenabschnitten vorge sehen sind, so daß Axialkanäle 22 für den Kraftstoff zwischen der Innenumfangsoberfläche 18 und den ebenen Oberflächen zur Verfügung gestellt werden, auf der Aussenumfangsoberfläche 19 angeordnet.

Auf der ersten Endoberfläche 16 als axialer Endoberfläche der Wirbelerzeugungsvorrichtung 13, gegenüberliegend dem Ventil sitz 11, ist eine innere kreisringförmige Nut 24 an einem In nenumfang nahe zum zentralen Loch 15 der ersten Endoberfläche 16 vorgesehen, und weist eine bestimmte Breite auf, und sind Wirbelerzeugungsnuten 25 vorgesehen, so daß ein Ende jeder der Wirbelerzeugungsnuten mit einem Flusskanalabschnitt 19b auf der Aussenumfangsoberfläche 19 verbunden ist, und jede der Wirbelerzeugungsnuten annähernd in Richtung radial nach innen verläuft, so daß das andere Ende mit der inneren kreis ringförmigen Nut 24 in Tangentialrichtung verbunden ist.

Als nächstes wird der Betrieb bei dem Kraftstoffeinspritzven til für Zylindereinspritzung erläutert. Wenn die Spule 51 der Elektromagnetspuleneinheit 50 von außen über die Anschluss stämme 56 mit elektrischer Energie versorgt wird, wird ein magnetischer Fluss in der magnetischen Schaltung hervorgeru fen, die durch den beweglichen Anker 31, den Kern 53 und das Hauptgehäuse 2 gebildet wird, so daß der bewegliche Anker 31 an den Kern 53 angezogen wird, gegen die elastische Kraft der Feder 55. Dies führt dazu, daß das mit dem beweglichen Anker 31 vereinigte Ventil 12 in Fig. 6 in Richtung nach rechts um einen bestimmten Hub bewegt wird, bis der Nadelflansch 12b das Abstandsstück 32 berührt. Das Nadelventil 12 wird auf der Innenumfangsoberfläche des Ventilkörpers 9 durch die Führung 12a geführt und gehaltert.

Wenn sich die Vorderkante des Nadelventils 12 von dem Ventil sitz 11 entfernt, so daß ein Spalt entsteht, fließt der Kraftstoff, der von dem Kraftstoffversorgungsrohr 4 unter ho hem Druck zugeführt wird, in die Axialkanäle 22 auf der Aus senumfangsoberfläche 19, von dem Kanal zwischen dem Ventil körper 9 und dem Nadelventil 12 durch die Nutkanäle 21 in der zweiten Endoberfläche 17 der Wirbelerzeugungsvorrichtung 13.

Dann fließt der Kraftstoff in die Wirbelerzeugungsnuten 25 in der ersten Endoberfläche 16 der Wirbelerzeugungsvorrichtung 13, und wird in Richtung radial nach innen gerichtet. Darauf hin fließt der Kraftstoff tangential in die innere kreisring förmige Nut 24 in der ersten Endoberfläche 16, gelangt in die Einspritzdüse 10 in dem Ventilsitz 11 als Wirbelstrom, und wird durch den Auslaß am Vorderende der Düse ausgesprüht. In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen 11a eine verjüngte Ober fläche, die auf dem Ventilsitz vorgesehen ist, bezeichnet das Bezugszeichen 12c eine abgerundete Oberfläche des Ventil schließteils, und gibt ein Pfeil 12c die Flussrichtung des Kraftstoffs an.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Kraftstoffeinspritzven til zur Verfügung, welches für eine Brennkraftmaschine geeig net ist, bei welcher die Verbrennung optimiert ist, wenn das Kraftstoffeinspritzventil einen relativ kleinen Sprühwinkel (nicht größer als 50°) aufweist, oder wenn die Sprühdichte symmetrisch in Bezug auf die Sprühachse ist, obwohl ein ge ringer Einfluss des Ausmaßes eines Hohlkegels (des Ausmaßes der Raumerfüllung) des Sprühkegels vorhanden ist. Um den Sprühwinkel bei einer herkömmlichen Wirbelerzeugungsvorrich tung 13 zu verringern, die in Fig. 10(a) in Form einer ver größerten Ansicht eines wesentlichen Abschnitts dargestellt ist, ist eine konstruktive Änderung erforderlich, beispiels weise eine Erhöhung der Querschnittsfläche der Wirbelerzeu gungsflächen 25, wie in Fig. 10(b) gezeigt. Wenn jedoch bei den Wirbelerzeugungsnuten die Breite W₁ vergrößert wird, stö ren sich benachbarte Wirbelerzeugungsnuten gegenseitig bei derartigen Wirbelerzeugungsvorrichtungen, bei welchen bei spielsweise bei vier von sechs Nuten die effektive Länge L₁ auf L₂ verkürzt wird. Die Kraftstoffströme in den jeweiligen Wirbelerzeugungsnuten 25 fließen daher in die innere kreis ringförmige Nut 24, und verbinden sich miteinander, ohne sta bilisiert zu werden, wodurch die Schwierigkeit hervorgerufen wird, daß es schwierig ist, die Wirbelströme aneinander an zugleichen.

Weiterhin weist die innere kreisringförmige Nut einen effek tiven kreisringförmigen Durchmesser auf, der von D₁ auf D₂ vergrößert wird, damit die Menge an nicht-verwirbeltem Kraft stoff in der Anfangsphase des Sprühens erhöht wird, was einen negativen Einfluß auf die Verbrennung in einigen Fällen mit sich bringen kann. Anders ausgedrückt hat ein Anteil des Kraftstoffs (das Volumen von einem Ortsstrom aufwärts der Hohlerzeugungsnuten der Wirbelerzeugungsvorrichtung zu einem Ortsstrom abwärts des Ventilsitzes, also ein nicht verwirbel tes Volumen, nämlich der mit B in Fig. 11 angedeutete Ab schnitt) ausgesprüht, ohne daß er in der anfänglichen Sprüh stufe in eine Wirbelbewegung versetzt wird, und ist die Teil chengröße in diesem Abschnitt größer, da dieser Abschnitt praktisch kaum in eine Wirbelbewegung versetzt wird. Wenn die Nuttiefe d der Wirbelerzeugungsnuten relativ kleiner ist als die Breite der Wirbelerzeugungsnuten, so wird angenommen, daß praktisch keine Wirbelbewegung vorhanden ist, infolge der Be reitstellung eines derartigen Flussmusters, daß praktisch die Gesamtmenge des nicht verwirbelten Volumens in der anfängli chen Sprühstufe ausgestoßen wird.

Die Bereitstellung von Nuten in einer Anzahl kleiner als 4 wäre nicht geeignet, da die Bereitstellung von Nuten mit ei ner derartigen Zahl nicht dazu geeignet ist, die Wirbelströme aneinander anzugleichen.

Als nächstes wird ein Fall betrachtet, in welchem die Nuttie fe vergrößert wird, um die Querschnittsfläche jeder der Nuten zu erhöhen, unabhängig von der Breite der Wirbelerzeugungsnu ten.

Da das Ventilschließteil normalerweise einen Aussenumfangsab schnitt aufweist, der den Auslässen der Nuten gegenüberliegt, die eine annähernd abgerundete Form oder eine verjüngte Form aufweisen, selbst im vollständig geschlossenen Zustand, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist, verstärken die äusseren Oberflä chenabschnitte die Axialkomponenten der Wirbelströme, so daß diese helixförmig aus den Strömen ausfließen. Beispielsweise ist die Auswirkung, die von dem äußeren Oberflächenabschnitt bewirkt wird, groß, wenn der Sprühwinkel zwischen etwa 50° und etwa 80° liegt. Ist der Sprühwinkel groß, so ist der He lixwinkel (der Winkel gegenüber einer Ebene senkrecht zur Achse des Ventilschließteils) helixförmiger Ströme klein, was bedeutet, daß genügend Zeit und genügend Raum vorhanden sind, um die Wirbelkomponenten aneinander anzugleichen, die in ei ner Anzahl entsprechend der Anzahl an Nuten vorhanden sind.

Wenn andererseits der für den Sprühwinkel erforderliche Wert klein ist, so ist es erforderlich, die Konstruktion so zu wählen, daß die Wirbelerzeugungskräfte verringert werden. Wenn die Aussenoberflächenabschnitte des Ventilschließteils, welche dem Auslaß der Nuten gegenüberliegen, abgerundet oder verjüngt ausgebildet werden, da der Helixwinkel groß ist, fließen die Kraftstoffströme aus, ohne daß die Wirbelkompo nenten aneinander angeglichen sind. Die Kegelform des Sprüh strahls ist daher nicht gleichförmig, obwohl der Sprühwinkel klein ist oder es entsteht eine Polygonform des Sprühstrahls, entsprechend der Anzahl an Nuten, wie in Fig. 12(a) gezeigt ist. Fig. 12(b) zeigt die ideale Form des Sprühstrahls.

Wenn der Sprühstrahl auf diese Weise ausgebildet wird, ist es nicht nur erforderlich, die Position der Wirbelerzeugungsvor richtung in Umfangsrichtung bei der Herstellung eines Kraft stoffeinspritzventils festzulegen, sondern auch erforderlich, exakt die Orientierung (die Position) der Wirbelerzeugungs vorrichtung in Umfangsrichtung während der Montage des Kraft stoffeinspritzventils an einer Brennkraftmaschine festzule gen. Andernfalls werden Variationen des Verbrennungszustands der jeweiligen Zylinder oder Variationen des Verbrennungszu stands der jeweiligen Brennkraftmaschinen hervorgerufen, was äußerst unangenehm ist.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, die sich als Ergebnis zahlreicher Versuche in Bezug auf verschiedene Formen von Wirbelerzeugungsvorrichtungen ergeben hat, die beim Versuch durchgeführt wurden, eine Lösung für die voran stehend geschilderten Schwierigkeiten zu finden, nämlich daß beim äußeren Oberflächenabschnitt des Ventilschließteils, welches den Nutauslässen gegenüberliegt, ein bestimmter An teil zylinderförmig ausgebildet sein kann, in einem Verhält nis, das nicht geringer ist als ein bestimmter Wert, um die Kegelform des Sprühstrahls anzugleichen, da der Kraftstoff stromabwärts fließen kann, nachdem die Wirbelkomponenten ent sprechend der Anzahl der Nuten an der kreisringförmigen Nut in gewissem Ausmaß aneinander angeglichen wurden.

Gemäß einer ersten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzventil für Zylindereinspritzung zur Verfügung gestellt, welches einen hohlen Ventilkörper aufweist, einen Ventilsitz, der an einem Ende des Ventilkör pers vorgesehen ist und in welchem eine Einspritzdüse ange ordnet ist; ein Ventilschließteil, das so in dem Ventilkörper angeordnet ist, daß es sich darin bewegen kann, und sich zum Ventilsitz hin und von diesem weg bewegen kann, um die Ein spritzdüse zu öffnen und zu schließen; und eine Wirbelerzeu gungsvorrichtung, die um das Ventilschließteil herum so vor gesehen ist, daß sie gleitbeweglich das Ventilschließteil haltert, und eine Wirbelkraft auf den Kraftstoff ausübt, der durch die Einspritzdüse ausgesprüht werden soll, wobei bei der Wirbelerzeugungsvorrichtung Nuten vorgesehen sind und die jeweiligen Nuten eine Nuttiefe und Nutauslässe aufweisen; wo bei das Ventilschließteil einen äußeren geraden Abschnitt oder einen äußeren zylindrischen Abschnitt aufweist, der jedem der Nutauslässe in einer Länge von nicht weniger als 1/3 der Nuttiefe gegenüberliegt, wenn das Ventil vollständig ge schlossen ist.

Gemäß einer zweiten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzventil für Zylindereinspritzung zur Verfügung gestellt, welches einen hohlen Ventilkörper aufweist; einen Ventilsitz, der an einem Ende des Ventilkop fes vorgesehen ist, und in welchem eine Einspritzdüse vorhan den ist; ein in dem Ventilkörper vorgesehenes Ventilschließ teil, das sich in diesem bewegen kann, und sich zum Ventil sitz hin und von diesem wegbewegen kann, um die Einspritzdüse zu öffnen bzw. zu schließen; und eine Wirbelerzeugungsvor richtung, die um das Ventilschließteil herum so vorgesehen ist, daß sie gleitbeweglich das Ventilschließteil haltert und eine Wirbelkraft auf Kraftstoff ausübt, der durch die Ein spritzdüse ausgesprüht werden soll, wobei in der Wirbelerzeu gungsvorrichtung Nuten vorgesehen sind, und die jeweiligen Nuten eine Nuttiefe und Nutauslässe aufweist; wobei das Ven tilschließteil einen äußeren geraden Abschnitt oder einen äu ßeren zylindrischen Abschnitt aufweisen, der den jeweiligen Nutauslässen in einer Länge von nicht weniger als 1/10 der Nuttiefe gegenüberliegt, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist.

Gemäß einer dritten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung unterliegt das Einspritzventil gemäß der ersten oder zweiten Zielrichtung einer Sprühanforderung, bei welcher die Ein spritzdüse einen Sprühwinkel zur Verfügung stellt, der nicht größer als 50° ist.

Gemäß einer vierten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ist das Ventilschließteil mit einem Abschnitt versehen, der von dem äußeren geraden Abschnitt zu einem Ventilsitzab schnitt reicht, der die Form einer abgerundeten Oberfläche oder einer kugelförmigen Oberfläche aufweist, um so sich tan gential mit dem äußeren geraden Abschnitt in der Einspritzdü se gemäß der ersten oder zweiten Zielrichtung zu vereinigen.

Gemäß der ersten oder zweiten Zielrichtung stellt das Ein spritzventil den Vorteil zur Verfügung, daß der Sprühkegel von der Einspritzdüse ausgeglichen ist, selbst bei einem kleinen Sprühwinkel.

Gemäß der dritten Zielrichtung kann das Einspritzventil äu ßerst wirksam arbeiten.

Bei der vierten Zielrichtung kann eine weitere vorteilhafte Auswirkung durch den ausgeglichenen Sprühstrahl erzielt wer den, da ein Abschnitt des kugelförmigen Abschnitts in der Nä he des geraden Abschnitts annähernd an den geraden Abschnitt angenähert ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch darge stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenquerschnittsansicht des Gesamtaufbaus eines Kraftstoffeinspritzventils für Zylinderein spritzung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Endansicht des Vorderendes einer Ventileinheit, die bei dem Ventil von Fig. 1 ein setzbar ist, gesehen von der Ventilsitzseite einer Wirbelerzeugungsvorrichtung der Ventileinheit aus;

Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Ventil sitzes des Ventils und dessen Umgebung;

Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesent lichen Abschnitts des Ventils gemäß der ersten Aus führungsform;

Fig. 5 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesent lichen Abschnitts des Kraftstoffeinspritzventils für Zylindereinspritzung gemäß einer zweiten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine seitliche Querschnittsansicht des gesamten Aufbaus eines herkömmlichen Kraftstoffeinspritzven tils für Zylindereinspritzung;

Fig. 7 eine vergrößerte Endansicht des Vorderendes der Wirbelerzeugungsvorrichtung von Fig. 6, gesehen von deren Ventilsitzseite aus;

Fig. 8 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Ventilsit zes von Fig. 6 und dessen Umgebung;

Fig. 9 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung der Ventileinheit des herkömmlichen Ventils, gesehen von einer Position schräg von unten;

Fig. 10(a) und 10(b) Ansichten zur Erläuterung der Beziehung zwischen einer Nutbreite und einer Nutlänge bei verschiedenen Wirbelerzeugungsvorrichtungen;

Fig. 11 eine Querschnittsansicht des wesentlichen Ab schnitts des herkömmlichen Ventils; und

Fig. 12(a) und 12 (b) Ansichten zur Verdeutlichung der Sprüh form von nicht verwirbeltem Kraftstoff in der An fangssprühstufe bei dem herkömmlichen Ventil, und eine Ansicht zur Verdeutlichung einer idealen Sprühform.

Ausführungsform 1

Fig. 1 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht des Gesamt aufbaus des Kraftstoffeinspritzventils für Zylindereinsprit zung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung. Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Vorderkante einer Ventileinheit des Einspritzventils von Fig. 1. In Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht des Ventilsitzes der Ventil einheit und dessen Umgebung dargestellt.

Da die grundlegenden Bauteile des in den Fig. 1 bis 3 darge stellten Kraftstoffeinspritzventils im wesentlichen ebenso ausgebildet sind wie bei dem herkömmlichen Ventile, werden gleiche oder entsprechende Teile durch die gleichen Bezugs zeichen bezeichnet.

Das Kraftstoffeinspritzventil 1 für Zylindereinspritzung weist ein Hauptgehäuse 2 auf, und eine Ventileinheit 3, die an einem Ende des Hauptgehäuses 2 beispielsweise durch Bör deln befestigt ist, und von einem Halter 35 abgedeckt ist. Bei dem Hauptgehäuse 2 ist das andere Ende mit einem Kraft stoffversorgungsrohr 4 verbunden, von welchem Kraftstoff un ter hohem Druck dem Kraftstoffeinspritzventil 1 für Zylinder einspritzung über ein Kraftstofffilter 57 zugeführt wird. Bei dem Kraftstoffeinspritzventil 1 für Zylindereinspritzung ist ein Vorderabschnitt in eine Einführungsöffnung 6 eines Zylin derkopfes 6 einer Brennkraftmaschine eingeführt, und dort beispielsweise durch einen Wellenring 60 oder ein entspre chendes Teil abgedichtet.

Die Ventileinheit 3 weist einen entsprechenden Ventilkörper 9 auf, der die Form eines abgestuften Hohlzylinders aufweist, und daher mit einem zylindrischen Abschnitt 7 mit kleinem Durchmesser und einem zylindrischen Abschnitt 8 mit großem Durchmesser versehen ist, einen Ventilsitz 11, der an einer Vorderkante eines zentralen Lochs in dem Ventilkörper 9 be festigt ist, und in welchem eine Kraftstoffeinspritzdüse 10 vorgesehen ist, ein Nadelventil 12 als Ventilschließteil, welches sich vom Ventilsitz 11 weg und zu diesem hin bewegen kann, durch eine Elektromagnetspuleinheit 50, die nachstehend noch erläutert wird, um so die Kraftstoffeinspritzdüse 10 zu öffnen bzw. zu schließen und eine Wirbelerzeugungsvorrichtung 13 zum Führen des Nadelventils 12 in Axialrichtung, die dazu dient, dem Kraftstoff eine in Radialrichtung und nach innen gerichtete Wirbelbewegung zu verleihen, bevor der Kraftstoff in die Einspritzdüse 10 hineingelangt. Der Ventilkörper 9 der Ventileinheit 3 und das Hauptgehäuse 2 stellen ein Gesamtge häuse für das Kraftstoffeinspritzventil 1 für Zylinderein spritzung zur Verfügung.

Das Hauptgehäuse 2 weist ein erstes Gehäuse 30 auf, das mit einem Flansch 30a zur Montage des Kraftstoffeinspritzventils 1 für Zylindereinspritzung an den Zylinderkopf 5 versehen ist, und ein zweites Gehäuse 40, auf welchem die Elektromag netspuleneinheit 50 angebracht ist. Die Elektromagnetspulen einheit 50 weist, einen Spulenkörper 52 auf, um welchen eine Spule 51 herum gewickelt ist, und einen Kern 53, der am In nenumfangsabschnitt des Spulenkörpers 53 angeordnet ist. Die Spule 51 ist mit einer Anschlussklemme 56 verbunden. Der Kern 53 weist die Form eines Hohlzylinders auf, so daß in ihm ein Kraftstoffkanal vorhanden ist. Bei dem Kern 53 ist eine Feder 55 zwischen einer Buchse 54 und dem Nadelventil 12 in dem hohlen Abschnitt vorgesehen.

Bei einem von dem Ventilsitz 11 entfernten Ende des Nadelven tils 12 ist ein beweglicher Anker 31 vorgesehen, daß er einer Vorderkante des Kerns 53 gegenüberliegt. Das Nadelventil 12 ist in seinem mittleren Abschnitt mit einer Führung 12a zur gleitbeweglichen Führung des Nadelventils 12 entlang einer Innenumfangsoberfläche der Ventileinheit 9 versehen, und ein Nadelflansch 12b steht in Kontakt mit einem Abstandsstück 32, das in dem ersten Gehäuse 30 vorgesehen ist.

In Fig. 2 ist eine Vorderansicht der Wirbelerzeugungsvorrich tung 13 dargestellt, gesehen von der Seite des Ventilsitzes 11 aus. Fig. 3 ist eine vergrößerte seitliche Querschnittsan sicht des Ventilsitzes der Ventileinheit 3 und von dessen Um gebung. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, ist die Wirbeler zeugungsvorrichtung 13 der Ventileinheit 3 als Hohlteil aus gebildet, welches im wesentlichen zylinderförmig ist, und bei welchem ein Zentrumsloch 15 vorgesehen ist, welches das Na delventil 12 als Ventilschließteil im Zentrum umgibt, so daß das Nadelventil in Axialrichtung gleitbeweglich gehaltert wird. Die Wirbelerzeugungsvorrichtung weist eine erste End oberfläche 16 und eine zweite Endoberfläche 17 auf. Wenn die Wirbelerzeugungsvorrichtung in die Ventileinheit 3 eingebaut ist, berührt die erste Endoberfläche den Ventilsitz 11, und befindet sich die zweite Endoberfläche auf der Seite entfernt von dem Ventilsitz 11. Die Wirbelerzeugungsvorrichtung weist eine Aussenumfangsoberfläche 19 auf, die zwischen beiden End oberflächen so verläuft, daß sie zum Teil die Innenumfangs oberfläche 18 des Ventilkörpers 9 als Teil des hohlen Gesamt gehäuses berührt.

Bei der zweiten Endoberfläche 17 der Wirbelerzeugungsvorrich tung 13 sind Umfangsabschnitte vorhanden, die mit einer Schulter 20 in Berührung stehen und durch diese gehaltert werden, die auf der Innenumfangsoberfläche 18 des Ventilkör pers 9 vorgesehen ist. Auf der zweiten Endoberfläche sind nutförmige Kanäle 21 in Radialrichtung vorgesehen, so daß der Kraftstoff vom Innenumfang zum Aussenumfang der zweiten End oberfläche fliesst.

Bei der Aussenumfangsoberfläche 19 der Wirbelerzeugungsvor richtung 13 sind mehrere ebene Oberflächen so vorgesehen, daß sie voneinander in gleichen Abständen in Umfangsrichtung ge trennt sind, und in Axialrichtung verlaufen. Daher sind auf der Aussenumfangsoberfläche 19 mehrere Aussenumfangsoberflä chen 19a vorgesehen, welche in Berührung mit der Innenum fangsfläche 18 des Ventilkörpers 9 stehen, um die Position der Wirbelerzeugungsvorrichtung 13 in Bezug auf den Ventil körper 9 festzulegen, und sind Flusskanalabschnitte 19b, wel che ebene Oberflächen darstellen, die zwischen benachbarten Aussenumfangsoberflächenabschnitten vorgesehen sind, um Axi alkanäle 22 für den Kraftstoff zwischen der Innenumfangsober fläche 18 und den ebenen Oberflächen auszubilden, vorhanden.

Auf der ersten Endoberfläche 16 als axialer Endoberfläche der Wirbelerzeugungsoberfläche 13 gegenüberliegend dem Ventilsitz 11, ist eine innere kreisringförmige Nut 24 an einem Innenum fang nahe zum Zentrumsloch 15 der ersten Endoberfläche 16 so vorhanden, daß sie eine bestimmte Breite aufweist, und sind Wirbelerzeugungsnuten 25 vorgesehen, so daß ein Ende jeder der Wirbelerzeugungsnuten mit einem Flusskanalabschnitt 19b auf der Aussenumfangsoberfläche 19 verbunden ist und sich je de der Wirbelerzeugungsnuten in Richtung annähernd radial nach innen erstreckt, so daß das andere Ende mit der inneren kreisringförmige Nut 24 in Tangentialrichtung verbunden ist.

Als nächstes wird der Betriebsablauf bei dem Kraftstoffein spritzventil für Zylindereinspritzung erläutert. Wenn die Spule 51 der Elektromagnetspuleneinheit 51 über die An schlussklemme 56 von außen mit Strom versorgt wird, wird ein magnetischer Fluss in der magnetischen Schaltung hervorgeru fen, die durch den beweglichen Anker 31, den Kern 53 und das Hauptgehäuse 2 gebildet wird, so daß der bewegliche Anker 31 an den Kern 53 angezogen wird, gegen die Federkraft der Feder 55. Dies führt dazu, daß das Nadelventil 12, welches mit dem beweglichen Anker 31 vereinigt ist, in Fig. 6 in Richtung nach rechts um einen bestimmten Hub bewegt wird, bis der Na delflansch 12b das Abstandsstück 32 berührt. Das Nadelventil 12 wird auf der Innenumfangsoberfläche des Ventilkörpers 9 durch die Führung 12a geführt und gehaltert.

Wenn sich die Vorderkante des Nadelventils 12 von dem Ventil sitz 11 entfernt, so daß ein Spalt entsteht, fließt der Kraftstoff, der von dem Kraftstoffzufuhrrohr 4 unter hohem Druck geliefert wird, in die Axialkanäle 22 auf der Aussenum fangsoberfläche 19 von dem Kanal zwischen dem Ventilkörper 9 und dem Nadelventil 12, durch die Nutkanäle 21 in der zweiten Endoberfläche 17 der Wirbelerzeugungsoberfläche 13. Dann fließt der Kraftstoff in die Wirbelerzeugungsnuten 25 in der ersten Endoberfläche 16 der Wirbelerzeugungsvorrichtung 13, und wird in Richtung radial nach innen geschickt. Daraufhin fließt der Kraftstoff tangential in die innere kreisringför mige Nut 24 in der ersten Endoberfläche 16, gelangt in die Einspritzdüse 10 in dem Ventilsitz 11 als Wirbelstrom, und wird durch den Auslaß am Vorderende der Düse ausgesprüht.

Bei der ersten Ausführungsform weist das Ventilschließteil einen äußeren geraden Abschnitt oder einen äußeren zylindri schen Abschnitt S₁ auf, welcher den jeweiligen Nutauslässen in einer Länge d₂ gegenüberliegt, die nicht geringer ist als 1/3 der Tiefe d₁ (d₂ ≧ d₁/3) der Wirbelerzeugungsnuten, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist, wie dies in der ver größerten Querschnittsansicht in Fig. 4 dargestellt ist.

In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 11a eine ver jüngte Oberfläche, die auf dem Ventilsitz vorgesehen ist. Mit dem Bezugszeichen 12c ist eine abgerundete oder kugelförmige Oberfläche des Ventilschließteils bezeichnet.

Wenn die Länge des Abschnitts des äußeren zylindrischen Ab schnitts gegenüberliegend den Nutauslässen auf die genannte Art und Weise festgelegt ist, wenn das Ventil vollständig ge schlossen ist, so zeigte sich, daß der Sprühstrahl bei einem kleinen Sprühwinkel gleichmäßig wurde.

Ausführungsform 2

Fig. 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Aus führungsform weist das Ventilschließteil einen äußeren gera den Abschnitt oder einen äußeren zylindrischen Abschnitt S₂ auf, welcher den jeweiligen Nutauslässen in einer Länge d₄ von nicht weniger als 1/10 der Tiefe d₃ (d₄ ≧ d₃/10) der Wirbel erzeugungsnuten gegenüberliegt, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist.

Wenn die Länge des Abschnitts des äußeren zylindrischen Ab schnitts, welcher den Nutauslässen gegenüberliegt, auf diese Weise festgelegt ist, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, so zeigte sich, daß der Sprühstrahl mit einem kleinen Sprühwinkel ausgeglichen war.

Ausführungsform 3

Wenn das Ventilschließteil ein Sitzabschnitt ist, der kugel förmig ausgebildet ist und tangential in den äußeren geraden Abschnitt in der Ventileinheit gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform einmündet, ist ein Abschnitt des Sitzab schnitts des Ventilschließteils nahe an dem äußeren geraden Abschnitt annähernd an den äußeren geraden Abschnitt angenä hert, wodurch ein weiterer, vorteilhafter Effekt zur Verfü gung gestellt wird.

Bei dem Kraftstoffeinspritzventil für Zylindereinspritzung gemäß der vorliegenden Erfindung können die Wirbelerzeugungs vorrichtung und der Ventilsitz unabhängig von dem Ventilkör per hergestellt werden, und können die Wirbelerzeugungsvor richtung und der Ventilsitz mit dem Ventilkörper von der Richtung stromabwärts der Sprühstrahlen zusammengebaut wer den. Bei der Wirbelerzeugungsvorrichtung kann die Endoberflä che auf der stromaufwärtigen Seite der ausgesprühten Strahlen in Berühung mit der abgestuften Oberfläche der Ventileinheit stehen. Die Endoberfläche, die in Berührung mit der abgestuf ten Oberfläche steht, kann in sich mit Kraftstoffkanälen ver sehen sein, in einer Anzahl entsprechend der Anzahl an Wir belerzeugungsnuten.

Der Ventilkörper und der Ventilsitz können in einstückiger Konstruktion hergestellt werden, und die Wirbelerzeugungsvor richtung kann von der stromaufwärtigen Seite eingebaut wer den, wobei genau dieselben Auswirkungen erzielt werden.

Die Vorderkante des Ventilkörpers kann verjüngt oder mehrfach abgestuft verjüngt ausgebildet sein, anstatt eine kugelförmi ge Form aufzuweisen, wodurch ähnliche Auswirkungen zur Verfü gung gestellt werden.

Es wird deutlich, daß sich angesichts der voranstehend geschlderten Lehre zahlreiche Modifikationen und Abänderungen der vorliegenden Erfindung durchführen lassen. Die Erfindung kann daher anders verwirklicht werden, als dies hier speziell beschrieben wurde, da sich Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterla gen ergeben und von den beigefügten Patentansprüchen umfasst sein sollen.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil für Zylindereinspritzung, wel ches aufweist:
einen hohlen Ventilkörper (9),
einen Ventilsitz (1), der in einem Ende des Ventilkör pers vorgesehen ist, und in welchem eine Einspritzdüse (10) vorgesehen ist;
ein Ventilschließteil (12), das so in den Ventilkörper vorgesehen ist, daß es sich bewegen kann, und sich vom Ventilsitz weg und zu diesem hin bewegen kann, um die Einspritzdüse zu öffnen bzw. zu schließen; und
eine Wirbelerzeugungsvorrichtung (13), die um das Ven tilschließteil herum so vorgesehen ist, daß sie dieses gleitbeweglich haltert, und den Kraftstoff, der durch die Einspritzdüse ausgesprüht werden soll, in eine Wir belbewegung versetzt, wobei die Wirbelerzeugungsvorrich tung mit Nuten (25) versehen ist, und die jeweiligen Nu ten eine Nuttiefe (d₁) und Nutauslässe aufweisen;
wobei das Ventilschließteil einen äußeren geraden Ab schnitt oder einen äußeren zylindrischen Abschnitt (S₁) aufweist, welcher den jeweiligen Nutauslässen in einer Länge (d₂) gegenüberliegt, die nicht kleiner ist als 1/3 der Nuttiefe, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil für Zylindereinspritzung, wel ches aufweist:
einen hohlen Ventilkörper (9);
einen Ventilsitz (1), der in einem Ende des Ventilkör pers vorgesehen ist, und in welchem eine Einspritzdüse (10) vorgesehen ist;
ein Ventilschließteil (12), das so in dem Ventilkörper vorgesehen ist, daß es sich in diesem bewegen kann und sich vom Ventilsitz weg zu diesem hin bewegen kann und Einspritzdüse zu öffnen bzw. zu schließen; und
eine Wirbelerzeugungsvorrichtung (13), die um das Ven tilschließteil herum vorgesehen ist, um dieses gleitbe weglich zu haltern, und auf Kraftstoff eine Wirbelkraft auszuüben, der durch die Einspritzdüse ausgesprüht wer den soll, wobei die Wirbelerzeugungsvorrichtung mit Nu ten (25) versehen ist und die jeweiligen Nuten eine Nut tiefe (d₃) und Nutauslässe aufweisen;
wobei das Ventilschließteil einen äußeren geraden Ab schnitt oder einen äußeren zylindrischen Abschnitt (S₂) aufweist, der den jeweiligen Auslässen in einer Länge (d₄) gegenüberliegt, die nicht kleiner ist als 1/10 der Nuttiefe, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist.

3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sprühanforderungen so gewählt sind, daß die Einspritzdüse (10) einen Sprühwinkel von nicht mehr als 50° zur Verfügung stellt.

4. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß das Ventilschließteil (12) ei nen Abschnitt aufweist, der von dem äußeren geraden Ab schnitt zu einem Ventilsitzabschnitt verläuft, der als abgerundete Oberfläche oder als kugelförmige Oberfläche ausgebildet ist, um so tangential in den äußeren geraden Abschnitt einzumünden.