DE2807345C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Einspritzventil ist aus der GB-PS 5 51 912 bekannt. Bei diesem Einspritzventil stößt der Düsenkörper mit seiner Stirnseite gegen eine Bodenplatte. Auf der Stirnseite des Düsenkörpers sind zwei tangentiale Zuführkanäle gebildet. Die Wirbelkammer wird hierdurch zwischen der Bodenplatte und der Stirnseite des Düsenkörpers gebildet. Die Zuführkanäle sind bei dem bekannten Einspritzventil also im Querschnitt - wenn nicht rechtwinklig - so doch mindestens mit einer ebenen Seite versehen. Das Schneiden der Zuführkanäle bei dieser bekannten Anordnung erweist sich als äußerst schwierig. Besonders kritisch ist der erforderliche luftdichte Abschluß zwischen den beiden Zuführkanälen. Dieser Abschluß wird bei dem bekannten Ventil nur dadurch gebildet, daß die aufeinanderstoßenden Teile der Bodenplatte bzw. der Stirnseite des Düsenkörpers sehr dicht aufeinanderliegen. Bei einem solchen Einspritzventil ist das bewegliche Teil der Ventileinrichtung durch eine Feder in die Schließstellung vorgespannt, und das bewegliche Teil wird durch Flüssigkeitsdruck geöffnet. Das Verschließen erfolgt dadurch, daß die Stirnseite des beweglichen Teils auf die flache Oberseite der Bodenplatte stößt. Bei der erwähnten kritischen Abdichtung genügen jedoch bereits kleine Erschütterungen, um die Dichtigkeit zu beeinträchtigen.

Aus der US-PS 26 13 998 ist eine Brennstoffdüse mit veränderlichem Querschnitt bekannt, die bei Gasturbinen eingesetzt wird. Es sind Bohrungen für die Brennstoff- Zuführkanäle vorgesehen, welche etwa tangential angeordnet sind. Von einer durch eine Außenhülse gebildeten Kammer gelangt Brennstoff durch die tangentialen Zuführkanäle, welche ihrerseits in einem separaten Teil ausgebildet sind, welches sich im Inneren der Hülse befindet.

In dem DE-GM 18 63 046 ist eine Einspritzdüse für Ölbrenner und Brennkraftmaschinen beschrieben, bei dem in einer Hülse eine Führungsbuchse für eine Ventilnadel angeordnet ist, wobei zwischen der Düsenöffnung und der ringförmigen Stirnseite der Führungsbuchse ein Drallkörper mit einem Düsenplättchen liegt. Auf der der Ventilnadel abgewandten und dem Düsenplättchen zugewandten Stirnseite besitzt der Drallkörper einen Ringkanal, von dem aus tangential Brennstoffkanäle zu einer Wirbelkammer führen, an die sich in dem Düsenplättchen mittig die Spritzöffnung anschließt. Der Ringkanal wird durch weitere, den Drallkörper schräg durchsetzende Kanäle aus einer zentrischen Zulaufbohrung in dem Drallkörper gespeist. Die Zulaufbohrung wird von der planen Spitze der Ventilnadel geöffnet und geschlossen, wobei die Spitze der Ventilnadel von einem Ringraum umgeben ist, in die ein Kraftstoffkanal mündet.

Bei diesem bekannten Einspritzventil sind die tangentialen Zuführkanäle in der Stirnseite des Drallkörpers gebildet. Deshalb muß ein separates Düsenplättchen vorhanden sein, dessen eine Seite die als Nuten in dem Drallkörper vorliegenden Teil-Kanäle zu vollständigen Kanälen ergänzt. Der eigentliche Ventilsitz befindet sich ein beträchtliches Stück stromaufwärts in Brennstoff-Flußrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzventil der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das eine Verbesserung der Kraftstoffverteilung und Abdichtung unter erheblicher Vereinfachung der Fertigung des Ventils und unter Reduzierung seiner Bauteile möglich ist.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, das Einspritzventil sehr einfach zu fertigen. Die Zuführkanäle werden als Bohrungen ausgebildet, die im Bereich der Außenwand durch Stopfen verschlossen werden. Dies sind einfache Herstellungsschritte. Durch die spezielle Abmessung der Wirbelkammer wird eine gute Verwirbelung des Kraftstoffs erreicht. Dadurch, daß unterhalb der Wirbelkammer ein konischer Ventilsitz angeordnet ist, wird eine sichere Abdichtung der Ventilnadel gegenüber dem Kopfteil ermöglicht.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Teils eines Einspritzventils nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 1a eine Querschnittansicht des Düsenteils der Anordnung nach Fig. 1 im Bereich der tangentialen Kraftstoff-Zuführkanäle,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Einspritzventils,

Fig. 3 die Spitze einer weiteren Ausführungsform eines Einspritzventils,

Fig. 4 eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Einspritzventils,

Fig. 5 eine vergrößerte Längsschnittansicht des Einspritzventils nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Längsschnittansicht der Spitze einer weiteren Ausführungsform eines Einspritzventils, und

Fig. 7 eine Skizze, die zeigt, wie die Höhe der Wirbelkammer des Einspritzventils gemessen wird.

Fig. 1 stellt als erste Ausführungsform ein Kraftstoffeinspritzventil A₁ dar, bei dem durch den Kraftstoffdruck und einen Ventilfederdruck ein Nadelventil an seinem Sitz angelegt und von ihm wieder abgehoben wird, um einen Kraftstoffeinlaßkanal zu öffnen und zu schließen. Das Kraftstoffeinspritzventil A₁ weist am vorderen Ende eines Düsenkörpers ein Kopfteil 4 auf, das wiederum eine Einspritzöffnung 2 und einen nach innen liegenden konischen Ventilsitz 3 umfaßt, der mit der Einspritzöffnung 2 in Verbindung steht.

Das Kopfteil 4 weist in der Mitte eine Nadelventilführungsbohrung 5 auf, durch die gleitbar ein Nadelventil (bewegtes Teil) 6 in einer genauen Passung aufgenommen ist. Das vordere Ende des Nadelventils 6 innerhalb des Kopfteils 4 weist eine konische Form auf, um ein luftdichtes Anlegen an den Ventilsitz 3 zu ermöglichen und eine konische Druckaufnahmefläche zu bilden. Durch Öffnen und Schließen des Kanals zwischen dem Ventilsitz 3 und dem Nadelventil 6, abhängig vom Kraftstoffdruck, der gegen den Druck einer Ventilfeder des Nadelventils 6 wirkt, wird der Kraftstoffstrahl intermittierend zugeführt. Zwischen dem Ventilsitz 3 und der konischen Druckaufnahmefläche 61 des Nadelventils 6 ist im Kopfteil 4 eine Wirbelkammer 8 vorgesehen, die aus der Kombination von konzentrischen hohlen kegelstumpfartigen und zylindrischen Abschnitten besteht. Die Wirbelkammer 8 weist bei dieser Ausführungsform einen Durchmesser di ≦ 4 mm und eine Höhe h ≦ 1 mm auf.

Die Erfinder haben herausgefunden, daß das leistungsfähigste Wirbel-Einspritzventil einen Einspritzkanal und eine Wirbelkammer aufweist, die jeweils der folgenden Beziehung genügen

di/de ≦ 2 und h/de ≦ 0,5

wobei di den Durchmesser der Wirbelkammer, h die Höhe der Wirbelkammer und de den Durchmesser der Einspritzöffnung bedeuten. Ein so bemessenes Wirbel-Einspritzventil weist optimale Zerstäubungseigenschaften auf und erzeugt einen Sprühstrahl bzw. Nebel von feinen Partikeln, wie er bisher nur schwer bei niedrigen Einspritzdrücken erzielbar war.

Fig. 7 verdeutlicht, wie die Höhe h gemessen wird.

Wie in Fig. 1 dargestellt, steht die Wirbelkammer 8 mit tangentialen Zuführkanälen 40 für den unter Druck stehenden Kraftstoff in Verbindung, die durch die äußere Umfangswand des Düsenteils 4 in einer zum inneren Umfang der Wirbelkammer 8 tangentialen Richtung gebohrt sind. Die Achsen der jeweiligen Auslässe in den tangentialen Kraftstoffzuführkanälen 40 weisen zum inneren Umfang 80 der Wirbelkammer 8 eine tangentiale Richtung auf und sind so ausgebildet, daß sie dem unter Druck stehenden Kraftstoff ohne Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung eine Drehbewegung um die Achse der Wirbelkammer verleihen. Jeder der Auslässe mündet in die Wirbelkammer in der gleichen Richtung wie die Wirbelbewegung der unter Druck stehenden Flüssigkeit. Der Kopfteil 4 und der Düsenkörper 1 weisen in entsprechenden Seitenwänden 41 und 11 eine Vielzahl von Kraftstoff- Einströmkanälen 42 und 12 für den unter Druck stehenden Kraftstoff auf, die durch eine Ringnut 412 miteinander verbindbar sind, welche an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Kopfteils 4 und des Düsenkörpers vorgesehen ist. Die Kanäle 42 stehen über die tangentialen Zuführkanäle 40 mit der Wirbelkammer 8 und über die Ventileinrichtung 9 mit der Einspritzöffnung 2 in Verbindung. Andererseits stehen die Einlaßkanäle 12 für den unter Druck gesetzten Kraftstoff über eine Kraftstoffpumpe mit einer Kraftstoffquelle in Verbindung. So werden die Einlaßkanäle für den unter Druck gesetzten Kraftstoff aus den Kanälen 12 gebildet, die mit einer Kraftstoffquelle in Verbindung stehen, den tangentialen Kraftstoffkanälen 40 und der Wirbelkammer 8. Der Kopfteil 4 enthält Stopfen 43, die luftdicht in offene Bohrungen an der Außenseite der Verbindungsstellen der tangentialen Zuführkanäle 40 und der Kraftstoffeinlaßkanäle 42 eingesetzt und mit dem Kopfteil 4 zu einem Stück verbunden ist, wodurch die unnötigen Bohrungsabschnitte an der Außenseite der erwähnten Verbindungsstellen verstopft werden.

Durch Aufschrauben einer Überwurfmutter auf einen Gewindeabschnitt ist am vorderen Ende koaxial und das Kopfteil 4 am Düsenkörper befestigt.

Das Einspritzventil A₁ arbeitet auf folgende Weise.

Während des Aufwärtshubs des zugehörigen Kolbens 103 wird die in die Verbrennungskammer gelangte Luft komprimiert. In der Zwischenzeit spritzt das Einspritzventil A₁ abhängig vom Einspritzdruck Kraftstoff mit optimaler Verteilung in eine Hilfsverbrennungskammer, und beim Starten des Motors wird der eingespritzte Kraftstoff durch eine Glühkerze gezündet, worauf sich die Flammen über einen Verbindungskanal in die Verbrennungskammer fortpflanzen. Während des darauf folgenden Arbeitsvorganges des Motors wird der durch das Einspritzventil A₁ in die Hilfskammer eingespritzte Kraftstoff spontan gezündet und die Flammen pflanzen sich über den Verbindungskanal 110 zur hoch komprimierten Luft in der Verbrennungskammer 108 fort und verbrennen mit der komprimierten Luft, wodurch die Verbrennung beendet wird.

Bei dem Einspritzventil A₁ ist normalerweise die Einspritzöffnung 2 infolge der Andrückkraft des Nadelventil- Andrückmechanismus durch das Nadelventil 6 verschlossen. Wenn jedoch der Wirbelkammer 8, die zwischen der konischen Druckaufnahmefläche 61 des Nadelventils 6 und dem Ventilsitz 3 vorgesehen ist, synchron zur Hin- und Herbewegung des Kolbens der Kraftstoffdruck auf einen vorgegebenen Ventilöffnungspegel ansteigt, dann wird das Nadelventil 6 entgegen der Andrückkraft des Nadelventilandrückmechanismus angehoben, um die Einspritzöffnung 2 freizugeben, woraufhin der Kraftstoff über die Kraftstoffeinlaßkanäle 12 und 42 und die tangentialen Kraftstoffzuführkanäle 40 tangential in die Wirbelkammer 8 einströmt. Innerhalb der Wirbelkammer 8 wird eine starke und schnelle Wirbelströmung gebildet. Beim Einspritzen des Kraftstoffes durch die Einspritzöffnung 2 nimmt der wesentliche Teil des unter Druck stehenden Kraftstoffes eine Wirbel- bzw. Drehgeschwindigkeit in tangentialer Richtung an, während der Rest eine axiale Geschwindigkeit annimmt und der Kraftstoff bewegt sich längs einer geraden Linie vorwärts, die aus der mittleren axialen Strömungsgeschwindigkeit und der mittleren tangentialen Strömungsgeschwindigkeit besteht. Als Folge hiervon wird insgesamt ein hohler Flüssigkeitsfilm von Trompeten- bzw. Glockenform gebildet. Nimmt der Einspritzdruck zu, dann ändert sich die Form des Flüssigkeitsfilms mit zunehmender Zerstäubung von einer Tulpenform (konischen Form) zu einer Glockenform und dann zu einer Trompetenform. Da der zu einer Trompetenform ausgebreitete Flüssigkeitsfilm sehr dünn wird, zerbrechen die Umfangsteile dieses Filmes in eine Vielzahl von feinen Flüssigkeitspartikeln, die zu einem Nebel zerstäuben.

Wird das Wirbel-Einspritzventil A₁ bei dem Dieselmotor 100 angewandt, bewirkt das Ventil z. B. 2000- bis 2500mal pro Minute einen Öffnungs- und Schließvorgang.

Es weist die Wirbelkammer einen Durchmesser di ≦ 4 mm und eine Höhe h ≦ 1 mm auf, die Einspritzöffnung hat einen Durchmesser di = 1 mm und der tangentiale Kraftstoffzuführkanal einen Durchmesser ds = 0,4 mm.

Selbst bei relativ niedrigen Kraftstoffdrücken im Bereich von 2 bis 5 kg/cm² wird der Kraftstoff in Form einer Trompete versprüht, bei einem gleichmäßigen Durchsatz.

Es können die Wirbelkammer 8 und die tangentialen Kraftstoffzuführkanäle 40, die wesentliche Elemente des Wirbel-Einspritzventils A₁ darstellen, gut im Kopfteil 4 und in Seitenwandabschnitten der Kraftstoffeinleitungskanäle 42 ausgebildet werden. Es können einfach durch Einsetzen der Stopfen 43 in die offenen Bohrungen an der Außenseite der Verbindungsstellen zwischen dem tangentialen Kraftstoffzuführkanal 40 und dem Kraftstoffeinleitungskanal 42 Kraftstoffeinleitungskanäle hoher Präzision gebildet werden, so das Erzeugnisse hoher Qualität bei hoher Produktionsleistung verfügbar werden. Insbesondere ist das Wirbel- Einspritzventil A₁ in der Form und im Aufbau des Düsenteils 4 vereinfacht. Hierdurch werden die Herstellung, die maschinelle Bearbeitung und der Zusammenbau einfacher und geeigneter für die Massenherstellung.

Es wird nun ein Einspritzventil A₂ beschrieben, das die zweite Ausführungsform dieser Erfindung darstellt und bei dem es sich um einen von der ersten Ausführungsform verschiedenen Typ handelt. Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, bewegt sich in dem Einspritzventil A₂ ein Kolben abhängig von einer erregenden Impulsspannung, die an eine elektromagnetische Spule angelegt wird und legt das Nadelventil an seinen Sitz an und hebt es vom Sitz ab, um das Öffnen und Schließen des Einlaßkanals für den unter Druck gesetzten Kraftstoff zu steuern und damit entsprechend der Länge der stromleitenden Perioden der elektromagnetischen Spule die Menge an eingespritztem Kraftstoff zu steuern. Das elektromagnetische Einspritzventil A₂ weist am vorderen Ende eines Düsenkörpers 201 einen Kopfteil 204 einer Zapfendüse (einschließlich einer Drossel) einschließlich einer Kraftstoffeinspritzöffnung 202 und eines konischen Ventilsitzes 203 auf, der an einem inneren Hohlraum des Kopfteils 204 gebildet ist und mit der Einspritzöffnung in Verbindung steht. Der Düsenkörper 201 und der Kopfteil 204 weisen in der Mitte eine Nadelventilführungsbohrung 205 und eine Führungsbohrung 213 auf, durch die über eine genaue Passung ein intermittierend bewegtes Nadelventil 206, das mit einem Anschlag 207 versehen ist und ein Kolben 214 gleitbar aufgenommen werden, der mit dem Nadelventil 206 zu einem Stück verbunden ist. Das vom Düsenteil 204 aufgenommene Nadelventil 206 bildet eine Zapfendüse, die von der ersten Ausführungsform verschieden ist und weist ein konisch geformtes vorderes Ende für die luftdichte Anlage an dem Ventilsitz 203 auf. Das Nadelventil ist ferner mit einer Ventileinrichtung 209 versehen, um durch gesteuerte Öffnungs- und Schließvorgänge des Nadelventils 206 am Ventilsitz 203 intermittierend Kraftstoff einzuspritzen, wobei die Steuerung durch Erregen und Entregen der elektromagnetischen Spule der elektromagnetischen Nadelventilsteuereinrichtung 250 erfolgt.

Zwischen dem Ventilsitz 203 der Einspritzöffnung 202, die in der Mitte des Düsenteils 204 vorgesehen ist und einer konischen Druckaufnahmefläche 261, die am vorderen Ende des Nadelventils 206 vorgesehen ist, befindet sich eine Wirbelkammer 208, die aus koaxialen miteinander verbundenen hohlen Abschnitten besteht, von denen der eine kegelstumpfförmig und der andere zylindrisch ausgebildet ist. Die Wirbelkammer 208 weist zwischen ihrer Form und ihren Abmessungen (Durchmesser di, Höhe h und Durchmesser der Kraftstoffeinspritzöffnung de) nahezu die gleiche Beziehung wie die Wirbelkammer der ersten Ausführungsform auf. Bei dem Wirbel-Einspritzventil A₂ steht die Wirbelkammer 208 mit tangentialen Zuführkanälen 240 für den unter Druck gesetzten Kraftstoff in Verbindung, die die Seitenwand des Kopfteils 204 durchdringen. Der Kopfteil 204 weist ferner Einlaßkanäle 242 für den unter Druck gesetzten Kraftstoff auf, die parallel zur Achse der Wirbelkammer 208 in der Seitenwand 241 gebildet sind. Der Düsenkörper 201 besitzt einen Einlaßkanal 212 für den unter Druck gesetzten Kraftstoff, der koaxial zur Wirbelkammer 208 in der Seitenwand 211 gebildet ist. Die Kraftstoffeinlaßkanäle 212 und 242 stehen durch eine Ringnut 243′ miteinander in Verbindung, die zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Kopfteils 204 und des Düsenkörpers 201 vorgesehen ist. Die Verbindung wird über einen Kraftstoffzuführkanal 297 hergestellt, der aus einer mittleren Bohrung 298, die mit der Ringnut verbunden ist, und einer Anzahl offener Bohrungen 299 besteht, die die Seitenwand des Düsenteils durchdringen und die Bohrung 298 mit den Kraftstoffeinlaßkanälen 242 verbinden.

Der Kraftstoffeinlaßkanal 242 steht mit der Kraftstoffeinspritzöffnung 202 über den tangentialen Zuführungskanal 240 für den unter Druck gesetzten Kraftstoff, sowie die Wirbelkammer 208 und die Ventileinrichtung 209 in Verbindung. Andererseits steht der Kraftstoffeinlaßkanal 212 mit einer extern vorgesehenen Kraftstoffquelle über eine Kraftstoffpumpe in Verbindung. Am zweiten Ende des Kolbens 214 ist ein Federsitz 262 zur Aufnahme einer Ventilfeder 260 vorgesehen, die das Nadelventil 206 in Anlage an den Ventilsitz 203 drückt. Das zweite Ende der Ventilfeder 260 stößt gegen ein Ende einer Hülse 263, die in den Kraftstoffeinlaßkanal 212 eingepaßt und befestigt ist. Eine ringförmige elektromagnetische Nadelventilsteuereinrichtung 250, die das Anlegen und Abheben des Nadelventils 206 steuert, ist luftdicht und isoliert innerhalb der Seitenwand des Düsenkörpers 201 vorgesehen und um den Kraftstoffeinlaßkanal 212 angeordnet, wie dies Fig. 4 zeigt. Die elektromagnetische Nadelventilsteuereinrichtung 250 besitzt einen festen Eisenkern 251, in den ein Teil 212′ koaxial eingepaßt ist, um den Kraftstoffeinlaßkanal 212 zu bilden. Eine Spule 252 ist um die äußere Peripherie des festen Kerns gewickelt. Ein Joch 253 bedeckt die Spule 252 und hält gleichzeitig den ortsfesten Eisenkern 251 in Position.

Die Außenwand 201′ des Düsenkörpers 201 umschließt den feststehenden Kern 251, die elektromagnetische Spule 252, das Joch 253 und den Düsenteil 241 gemeinsam luftdicht und isoliert. Der feststehende Kern 251 nimmt in seinem inneren Hohlraum ein Ende des oben erwähnten Kolbens 214 auf. Somit erzeugt die elektromagnetische Nadelventilsteuereinrichtung 250 eine elektromagnetische Anziehungskraft, wenn an die elektromagnetische Spule 252 eine erregende Impulsspannung angelegt wird, so daß der Kolben 215 nach oben gezogen und der Kraftstoffkanal zwischen dem Nadelventil 206 und dem Ventilsitz 203 für die Kraftstoffeinspritzung geöffnet wird. Sobald die an der elektromagnetischen Spule 252 liegende Erregerimpulsspannung abgeschaltet wird, verschwindet die elektromagnetische Anziehungskraft und der Kolben 214 wird durch die Ventilfeder 260 nach abwärts gedrückt, um den Kraftstoffkanal zwischen dem Nadelventil 206 und dem Ventilsitz 203 zu schließen, wodurch die Kraftstoffeinspritzung unterbrochen wird. Die elektromagnetische Spule 252 ist leitend mit einem Stecker 255 verbunden, der wiederum über eine nicht dargestellte Verdrahtung an einen ebenfalls nicht dargestellten Rechner angeschlossen ist, um elektrische Einspritzsignale zu empfangen, die durch den Rechner errechnet und durch einen Spannungsverstärker, der ebenfalls nicht dargestellt ist, verstärkt worden sind.

Es wird nun das Einspritzventil A₂ in seiner Anwendung bei einem Benzinmotor (Funkenzündung) beschrieben.

Bei dem Benzinmotor handelt es sich um einen Typ, bei dem der Kraftstoff in das Einlaßrohr eingespritzt wird. Das Einlaß- bzw. Ansaugsystem des Motors ist wie folgt aufgebaut.

Bezogen auf die Strömungsrichtung befindet sich vor einem Einlaßkanal ein Luftfilter und ein Drosselventil, das geöffnet und geschlossen wird, um die Menge an Ansaugluft zu steuern. Hinter dem Einströmkanal sind eine Verbrennungskammer, die die Zündfunkenstrecke einer Zündkerze aufnimmt, eine Gemischeintrittsöffnung, die in die Verbrennungskammer mündet, und ein Einlaßventil vorgesehen, das das Öffnen und Schließen der Gemischeintrittsöffnung steuert. Das Einspritzventil A₂ ist luftdicht in einem Befestigungsloch befestigt, das in einer Wand (Ansaugkrümmer) des Einlaßkanals vor dem Einlaßventil angeordnet ist, um Kraftstoff in Richtung des Ventilsitzes des Einlaßventils einzuspritzen.

Es wird nun die Arbeitsweise des Einspritzventils A₂ der zweiten Ausführungsform bei der beschriebenen Anordnung erläutert.

Beim Ansaughub des Benzinmotors wird eine vorgegebene Menge Luft über den Einlaßkanal, das Drosselventil, das Einlaßventil und die Eintrittsöffnung 284 in die Verbrennungskammer gebracht. In diesem Augenblick sprüht das Einspritzventil A₂ den Kraftstoff gut zerstäubt in Abhängigkeit vom Einspritzdruck in Richtung des Ventilsitzes. Der versprühte Kraftstoff breitet sich schnell und gleichmäßig aus und vermischt sich mit der Ansaugluft, um ein brennbares Gemisch eines vorgegebenen Luft-Kraftstoffverhältnisses zu bilden. Das in die Verbrennungskammer einströmende Luft-Kraftstoffgemisch wird beim darauffolgenden Kompressionshub komprimiert und dann durch die Zündkerze gezündet, um eine vollständige Verbrennung zu bewirken.

Wenn die der elektromagnetischen Spule 252 zuzuführende Erregerimpulsspannung Null ist, wodurch die elektromagnetische Anziehungskraft ausgelöscht ist, wird der Kolben 214 durch die Wirkung der Ventilfeder 260 in der unteren Position gehalten, und der Kraftstoffkanal zwischen dem Nadelventil 206 und dem Ventilsitz 203, d. h. die Einspritzöffnung 202 ist geschlossen. Sobald jedoch an die Spule 252 ein Spannungsimpuls angelegt wird, wird der Kolben 214 durch die Anziehungskraft entgegen der Kraft der Ventilfeder 260 angehoben und öffnet den Kanal zwischen dem Nadelventil 206 und dem Ventilsitz 203, d. h. die Einspritzöffnung 202. Gleichzeitig strömt der unter Druck gesetzte Kraftstoff über die Kraftstoffeinlaßkanäle 212, 242 und den tangentialen Zufuhrkanal 240 in die Wirbelkammer 208, die einen kleinen Durchmesser und eine kleine Höhe ähnlich der ersten Ausführungsform aufweist. Der Kraftstoff wird in der Wirbelkammer durch tangentiales Zuführen der unter Druck stehenden Flüssigkeit, welche beim Einleiten in die Wirbelkammer keine Geschwindigkeitsprobleme in axialer Richtung aufweist, verwirbelt und in den Einlaßkanal 281 in Form eines zerstäubten Sprühnebels hoher Geschwindigkeit mit optimalen Zerstäubungseigenschaften und einer vom Einspritzdruck abhängigen Zerstäubung eingesprüht.

Das in Fig. 2 dargestellte Einspritzventil A₃, das die dritte Ausführungsform der Erfindung bildet, ist für ein (Kalt-) Start-Einspritzgerät geeignet. Die Form und der Aufbau der elektromagnetischen Nadelventilsteuereinrichtung sind die gleichen wie bei der zweiten Ausführungsform. Die Form und der Aufbau des Düsenteils und des Nadelventils sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Einspritzventil A₃ unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen im wesentlichen in jenen Punkten, die im folgenden beschrieben werden.

Beim Anlegen der Erregerimpulsspannung an die Spule 252 erzeugt die Nadelventilsteuereinrichtung 250 eine elektromagnetische Anziehungskraft, um den Kolben entgegen der Wirkung der Ventilfeder 260 nach oben zu ziehen und hierbei den Kraftstoffkanal zwischen dem Nadelventil 6 und dem Ventilsitz 3 der Ventileinrichtung 9 zu öffnen, um durch die Einspritzöffnung 2 den Kraftstoff einzuspritzen, der über die Kraftstoffeinlaßkanäle 212, 242, den tangentialen Kraftstoffzuführkanal 40 und die Wirbelkammer 8, in der eine starke und schnelle Wirbelströmung gebildet wird, zugeführt wird. Sobald die Erregerimpulsspannung abgeschaltet wird, verschwindet die elektromagnetische Anziehungskraft der Nadelventilsteuereinrichtung 250, woraufhin der Kolben 214 durch die Federkraft der Ventilfeder 260 nach unten gedrückt wird, um den Kanal zwischen dem Nadelventil 6 und dem Ventilsitz 3 zu schließen und die Einspritzung und Zufuhr des Kraftstoffes zu unterbrechen.

Das Einspritzventil A₃ ist luftdicht in der Mitte der oberen Wand eines Zwischenbehälters befestigt, der zwischen einem Drosselventil im Einlaß- bzw. Ansaugkanal und dem Einlaßrohr eines Benzinmotors angeordnet ist, um die Starteigenschaften bei kalten Temperaturen zu verbessern. Die Einspritzöffnung 2 des Einspritzventils A₃ weist in das Innere des Zwischenbehälters.

Das Wirbel-Einspritzventil A₃ arbeitet in der folgenden Weise.
Das Wirbel-Einspritzventil A₃ wird durch einen nicht dargestellten Temperatur-Zeitschalter im Motor bestätigt und beginnt nur zu arbeiten, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers unterhalb etwa 35°C liegt, um Kraftstoff mit optimalen Zerstäubungseigenschaften und hohem Ansprechvermögen der Zerstäubung gegenüber dem Einspritzdruck einzuspritzen. Ist der Motor gestartet, dann wird der Temperatur-Zeit-Schalter entregt, um unverzüglich die Kraftstoffeinspritzung durch das Wirbel-Einspritzventil A₃ zu unterbrechen und die Kraftstoffzufuhr unverzüglich ohne Nachtröpfeln zu beenden. Das Kaltstart-Einspritzgerät dieser Art macht die Zufuhr von Kraftstoff im optimal zerstäubten Zustand erforderlich, um die Starteigenschaften und Startleistung des Motors zu verbessern, wenn die Temperatur des Kühlwassers sehr niedrig ist. Das Wirbel-Einspritzventil A₃ ist insbesondere für ein Start-Einspritzgerät geeignet.

Ein Einspritzventil A₅ mit dem in Fig. 3 dargestellten Kopfteil 4 kann eine Wirbelkammer 8 eines Aufbaus haben, bei dem, wenn durch die Wirkung der Ventilfeder oder eine andere Vorspannkraft das Nadelventil 6 an den Ventilsitz 3 angelegt wird, dieses vollständig die Wirbelkammer besetzt, um die Verbindung zwischen der Einspritzöffnung 2 und dem tangentialen Kraftstoffzuführkanal 40 durch das konische vordere Ende des Nadelventils 6 zu unterbrechen. Die Wirbelkammer 8 ist in hohler konischer Form ausgebildet, die definiert ist durch die Außenwandbereiche des konischen vorderen Endes des Nadelventils 6 und die innere periphere Wand des Ventilsitzes 3, wenn das Nadelventil 6 entgegen der Wirkung der Ventilfeder oder eine andere Vorspannkraft angehoben wird. In diesem Augenblick wird der Kraftstoff der Wirbelkammer 8 über den Kraftstoffeinleitungskanal 42 und den tangentialen Zuführkanal 40 zugeführt und durch die Einspritzöffnung 2 mit optimalen Zerstäubungseigenschaften und einem schnellen Ansprechen auf den Einspritzdruck in ähnlicher Weise wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen nach außen gespritzt.

Ein weiteres Einspritzventil A₆ mit dem in Fig. 6 dargestellten Kopfteil 4′ kann so aufgebaut sein, daß in der Wand des Kopfteils 4′ an einer oberhalb der konischen Druckaufnahmefläche 61 des Nadelventils 6 liegenden Stelle eine im wesentlichen zylindrische Wirbelkammer 8′ vorgesehen ist. Der tangentiale Zuführkanal 40 für den unter Druck stehenden Kraftstoff, der tangential in die Wirbelkammer 8′ mündet, muß nicht notwendigerweise in ein und derselben Ebene wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen angeordnet sein, sondern kann in verschiedenen Ebenen liegen. Zum Beispiel kann, wie in Fig. 6 dargestellt, der tangentiale Kraftstoffzuführkanal 40′ so angeordnet sein, daß er durch den oberen Wandabschnitt tangential in die Wirbelkammer 8′ mündet, wobei die Achse der Mündung gegenüber der Achse des koaxial befestigten Kopfteils 4′ und des Nadelventils 6 geneigt ist, wodurch das Leistungsvermögen der Kraftstoffzufuhr zur Wirbelkammer 8′ vergrößert und die Wirbelströmung innerhalb der Wirbelkammer 8′ beschleunigt wird. Das Wirbel- Einspritzventil A₆ dieses Aufbaus hat die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die vorhergehenden Ausführungsformen.

Außerdem kann, verglichen zu den vorhergehenden Ausführungsformen, dieses Wirbel-Einspritzventil durch mechanische Betätigung oder durch eine Druckspeicherkammer betätigt werden, um die gleichen Arbeitsvorgänge und die gleichen Wirkungen wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen zu erzielen. Das Wirbel-Einspritzventil gemäß dieser Erfindung ist nicht nur bei Brennkraftmaschinen der vorhergehenden Ausführungsformen anwendbar, sondern allgemein bei Diesel- oder Benzinmotoren, bei denen die Einspritzung des Kraftstoffs in eine Verbrennungskammer gefordert wird, welche am Kolbenkopf gebildet wird, oder bei Maschinen, die sowohl einen Vergaser als auch eine Kraftstoffeinspritzdüse benutzen.

Es soll erwähnt werden, daß das Einspritzventil zusätzlich zu dem in den beschriebenen Ausführungsformen vorhandenen Einlaßkanal und tangentialen Zuführkanal wenigstens einen weiteren Einlaßkanal und wenigstens einen weiteren tangentialen in die Wirbelkammer führenden Zuführkanal für die unter Druck gesetzte Flüssigkeit aufweisen kann.

Claims (5)

1. Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit

• - einem Düsenkörper (201),
• - einer an einem Ende des Düsenkörpers vorgesehenen Einspritzöffnung (2),
• - mindestens einem in dem Düsenkörper vorgesehenen Einströmkanal (42, 12; 242) für den unter Druck stehenden Kraftstoff,
• - einer ein intermittierend bewegtes Teil (6; 206) aufweisenden Ventileinrichtung (9; 209) mit einem Kolben (214) zum Bewegen des beweglichen Teils (6; 206),
• - einer in dem Düsenkörper ausgebildeten Wirbelkammer (8; 208) mit kreisförmigem Querschnitt, die durch eine Innenwand eines hohlen Kopfteils (4) des Düsenkörpers (201) und eine Außenwand eines kegelstumpfförmigen Endes des beweglichen Teils (6; 206) gebildet ist, und der Einspritzöffnung benachbart angeordnet und mit dieser verbunden ist, und
• - zwei tangential in die Wirbelkammer (8) mündenden Kraftstoff-Zuführkanälen (40, 240), die symmetrisch auf einander der Wirbelkammerachse gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, um eine Wirbelströmung in der Wirbelkammer (8; 208) zu bilden,
• - wobei das bewegliche Teil durch einen Öffnungshub die Kraftstoff-Zuführkanäle öffnet und dadurch den Eintritt von Kraftstoff in die Wirbelkammer freigibt, während durch einen Schließhub die Zuführkanäle geschlossen werden,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführkanäle als Bohrungen (40; 240) ausgebildet sind, in die im Bereich der Außenwand Stopfen (43) eingesetzt sind, und daß Höhe und Durchmesser der Wirbelkammer der Beziehung di/de 2 und h/de 0,5 genügen, wobei di der Durchmesser der Wirbelkammer, h die Höhe der Wirbelkammer und de der Durchmesser der Einspritzöffnung ist, und daß ein konischer Ventilsitz (3, 203) für das bewegliche Teil (6/206) unterhalb der Wirbelkammer (8/208) angeordnet ist.

2. Wirbel-Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Innenwand des Kopfteils (204) des Düsenkörpers größer als der der Außenwand des Kopfteils des beweglichen Teils ist.

3. Wirbel-Einspritzventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (208) eine zylindrische Kammer umfaßt, die am Kopfteil (204) des Düsenkörpers (201) vorgesehen ist, und daß die Einspritzöffnung (202) an der Bodenfläche der zylindrischen Wirbelkammer gebildet ist.

4. Wirbel-Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil einen konischen Kopfteil aufweist, und daß die Wirbelkammer durch den konischen Kopfteil und eine konische Bodenfläche des abgestuften Hohlteils gebildet wird.