DE3543289A1 - Einspritzventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Einspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits ein Einspritzventil bekannt, bei welchem zur Vermeidung von saugrohrseitigen Ablagerungen am Zumeßquerschnitt dieser Zumeßquerschnitt oberhalb des Dichtabschnittes verlegt ist. In der DE-OS 34 18 761 ist gezeigt, wie durch kalibrierte Bohrungen innerhalb des die Ventilnadel führenden Führungsabschnittes die Zumessung kontrolliert werden kann. Der zwischen dem mit Zumeßbohrungen versehenen Führungsabschnitt und dem Dichtabschnitt des Ventiles gelegene Ringraum ist bei einem derartigen Ventil zumeist so gestaltet, daß er ein minimales Volumen aufweist. Auf diese Weise sollen Anlaufeffekte der Kraftstoffströmung im Augenblick des Öffnens des Ventils weitgehend vermieden werden; die am Zumeßabschnitt durch den Druckabfall frei werdenden kinetische Energie soll unmittelbar der Strahlaufbereitung im Bereich von Dichtabschnitt und Einspritzöffnung zugute kommen, ohne daß es durch zu große Totvolumina zu Strömungsverlusten kommt.

Als nachteilig bei einem derartigen Einspritzventil stellte sich heraus, daß es vor allem beim Heißstart einer mit einem solchen Ventil ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine zu Startschwierigkeiten aufgrund von Kraftstoffabmagerungen kommen kann. Ursache hierfür ist die Bildung von Kraftstoffdampfblasen im Bereich der Ventilspitze und hier speziell der Einspritzöffnung. Durch Abspritzen dieses mit Dampfblasen durchsetzten Kraftstoffes kommt es zur Bildung eines fehlerhaften Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und damit zu Startschwierigkeiten der Verbrennungskraftmaschine.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch vorteilhafte Wahl der Größe des zwischen Zumeßabschnitt und Ventilsitz befindlichen Zwischenvolumens die Kraftstoffeinspritzung unter Heißstartbedingungen durch geschicktes Ausnutzen der Verdampfung von Kraftstoff verbessert wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 1 vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Das in der Fig. 1 beispielsweise dargestellte Kraftstoffeinspritzventil für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine hat ein Ventilgehäuse 1 aus ferromagnetischem Material, in dem auf einem Spulenträger 2 eine Magnetspule 3 angeordnet ist. Die Magnetspule 3 hat eine Stromzuführung über einen Steckanschluß 4, der in einem das Ventilgehäuse 1 teilweise umgreifenden Kunststoffring 5 eingebettet ist.

Der Spulenträger 2 der Magnetspule 3 sitzt in einem Spulenraum 6 des Ventilgehäuses 1 auf einem den Kraftstoff, beispielsweise Benzin zuführenden Anschlußstutzen 7, der teilweise in das Ventilgehäuse 1 ragt. Das Ventilgehäuse 1 umschließt dem Kraftstoffstutzten 7 abgewandt teilweise einen Düsenkörper 9.

Zwischen einer Stirnfläche 11 des Anschlußstutzens 7 und einer zum genauen Einstellen des Ventils eine bestimmte Dicke aufweisenden Anschlagplatte 12, die auf eine Innenschulter 13 des Ventilgehäuses 1 aufgesetzt ist, befindet sich der zylindrische Anker 14 des Kraftstoffeinspritzventils. Der Anker 14 besteht aus einem nicht korrosionsanfälligen, magnetischen Material. Zwischen dem Anker 14 und einem im Anschlußstutzen 7 durch Einziehen desselben befestigten Rohreinsatz 15 ist eine auf den Anker 14 einwirkende Druckfeder 16 angeordnet. Auf der anderen Seite ist im Anker 14 eine Düsennadel 17 befestigt, indem diese mit einem Ringnutende 18 in eine Ankerbohrung 19 des Ankers 14 eingesetzt und dadurch gehalten wird, daß das Ankermaterial radial nach innen in die Ringuten des Ringnutendes 18 gepreßt wird.

Die Düsennadel 17 durchdringt mit Radialspiel eine Durchgangsöffnung 20 in der Anschlagplatte 12 und eine Führungsbohrung 21 im Düsenkörper 9 und kann mit einem Nadelzapfen 22 aus einer Einspritzöffnung 23 des Düsenkörpers 9 herausragen. Zwischen der Führungsbohrung 21 des Düsenkörpers 9 und der Einspritzöffnung 23 ist eine kegelige Ventilsitzfläche 24 gebildet. Aus fertigungstechnischen Gründen kann sich zwischen Führungsbohrung 21 im Düsenkörper 9 und der kegeligen Ventilsitzfläche 24 im Düsenkörper 9 und der kegeligen Ventilsitzfläche 24 eine als Hinterschnitt dienende Nut 26 (siehe auch Fig. 2) befinden, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Führungsbohrung 21.

Die Düsennadel 17 weist zwei Führungsabschnitte 33 und 34 auf, die der Düsennadel 17 in der Führungsbohrung 21 Führung geben sowie einen Axialdurchgang für den Kraftstoff aufweisen, wozu der stromaufwärts des Führungsabschnittes 34 liegende Führungsabschnitt 33 beispielsweise als Vierkant ausgebildet ist. Am stromabwärts liegenden Führungsabschnitt 34 sind Zumeßöffnungen 27 eingearbeitet, über die der Kraftstoff von stromaufwärts des Führungsabschnittes 34 nach stromabwärts des Führungsabschnittes 34 unter Druckabfall strömen kann. Die Zumeßöffnungen 27 können, wie in der Zeichnung gezeigt, parallel zur Führungsbohrung 21 verlaufen oder geneigt, wobei diese Zumeßöffnungen 27 zusätzlich so verlaufen können, daß der Kraftstoff aus den Zumeßöffnungen 27 mit einem Drall austritt, was die Kraftstoffaufbereitung wesentlich verbessern kann. Außerdem lassen sich die Zumeßöffnungen 27 sowohl in Form von Bohrungen (wie in der Zeichnung dargestellt) als auch in Form von im Umfang des Führungsabschnittes 34 eingearbeiteten Nuten oder Schlitzen ausführen. In stromabwärts gewandter Richtung gesehen, kann sich die Düsennadel 17 hinter dem Führungsabschnitt 34 in mehreren Stufen verjüngen: auf einen ersten kegeligen Abschnitt 28 folgt ein zylindrischer Abschnitt 29, an welchen sich ein kegeliger Dichtabschnitt 30 anschließt. Dieser kegelige Dichtabschnitt 30 bewirkt im Zusammenwirken mit der kegeligen Ventilsitzfläche 24 des Düsenkörpers 9 ein Öffnen bzw. Schließen des Ventils. Zwischen dem kegeligen Dichtabschnitt 30 und dem Nadelzapfen 22 befindet sich ein zweiter in Richtung zum Nadelzapfen 22 hin sich verjüngender kegeliger Abschnitt 31.

Die Länge der Düsennadel 17 und des Ankers 14 ist ausgehend von dem Dichtabschnitt 30 derart bemessen, daß der Anker 14 im nichterregten Zustand der Magnetspule 3 gegenüber der Stirnfläche 11 des Anschlußstutzens 7 einen Arbeitsspalt A freiläßt.

Zwischen der Durchgangsöffnung 20 und dem Umfang der Anschlagplatte 12 ist eine Aussparung 37 vorgesehen, deren Lichte Weite größer als der Durchmesser der Düsennadel in dem entsprechenden Bereich 38 der Düsennadel 17 zwischen dem Ringnutende 18 und einer Anschlagschulter 39 der Düsennadel 17 ist. In erregtem Zustand der Magnetspule 3 wird der Anker 14 in Öffnungsrichtung der Düsennadel 17 entgegen der Kraft der Druckfeder 16 bewegt und liegt mit der Anschlagschulter 39 an der Anschlagplatte 12 an.

Der Magnetfuß wird durch den Mantel des Ventilgehäuses 1 über einen Magnetflußleitabsatz 40 zum zylindrischen Anker 14 geleitet und von dort über den als Kern dienenden Anschlußstutzen 7 mit einem Leitflansch 41 zurück zum Ventilgehäuse. Der Magnetflußleitabsatz 40 des Ventilgehäuses 1 ist radial nach innen gerichtet und umgreift den Anker 14.

Durch die Anordnung der Zumeßöffnungen 27 stromaufwärts des Dichtabschnittes 30 wird das Ablagern von Partikeln aus der Saugrohratmosphäre an den Zugmeßöffnungen 27 verhindert. Ablagerungen in dem relativ großen Spalt zwischen dem Nadelzapfen 22 und der Wandung der Einspritzöffnung 23 bzw. bei nicht vorhandenem Nadelzapfen 22 in der Einspritzöffnung 23 führen hingegen nur zu einer geringfügigen Beeinflussung der zugemessenen Kraftstoffmenge.

Ganz allgemein wird man bestrebt sein, das durch zweiten Führungsabschnitt 34, ersten kegeligen Abschnitt 28 und zylindrischen Abschnitt 29 an der Düsennadel 17 und durch Führungsbohrung 21, Nut 26 und Ventilsitzfläche 24 am Düsenkörper 9 umschlossene Volumen, das sogenannten Zwischenvolumen 43, möglichst klein zu halten. Dies zu dem Zweck, möglichst geringe Strömungsverluste zwischen Zumeßöffnungen 27 und Dichtabschnitt 30 zu erhalten bzw. die an den Zumeßöffnungen 27 erzeugte Strömung (etwa einen Drall) möglichst unverfälscht zur Einspritzöffnung 23 gelangen zu lassen.

Beim Heißstart einer mit einem solchen Einspritzventil ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine kann es jedoch zu Startschwierigkeiten kommen, wenn durch die starke Erwärmung von Düsenkörper 9 bzw. Düsennadel 17 nach dem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine der Kraftstoff im Bereich der Einspritzöffnung 23 im Augenblick des Ventilöffnens und damit Entspannens teilweise verdampft. Dies führt beim Start zu einer unerwünschten Abmagerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses. Die Verbrennungskraftmaschine läßt sich unter Umständen erst starten, wenn Düsennadel 17 und Düsenkröper 9 wieder auf unkritische Temperaturen abgekühlt sind.

Eine zu große Gestaltung des Zwischenvolumens 43 andererseits führt zu den oben beschriebenen Strömungsverlusten bzw. Verfälschungen des Strömungsbildes.

Inhalt der Erfindung ist es nun, das Zwischenvolumen 43 in einer derartigen Größe auszuführen, daß die beschriebenen Nachteile nicht auftreten. Versuche an einem erfindungsgemäßen Einspritzventil zeigten nämlich, daß es bei angepaßter Wahl der Größe des Zwischenvolumens 43 durch die Ausnutzung der Verdampfung von Kraftstoff im Zwischenvolumen 43 sogar zu einer Verbesserung des Heißstartverhaltens kommen kann:

Solange das Einspritzventil geschlossen ist, sind Druck im Zwischenvolumen 43 und Systemdruck (oberhalb des zweiten Führungsabschnittes 34) gleich. Bei Erregung der Magnetspule 3 hebt der Dichtabschnitt 30 von der Ventilsitzfläche 24 ab; durch den dabei frei werdenden Öffnungsquerschnitt kommt es zu einem schlagartigen Druckabfall im Zwischenvolumen 43 auf Saugrohrdruck und zu einem anschließenden Druckanstieg auf einen durch das Verhältnis der Druckabfälle an den Zumeßöffnungen 27 und an der Einspritzöffnung 23 bestimmten Wert. Durch das plötzliche Entspannen des Kraftstoffes im Zwischenvolumen 43 während der Öffnungsphase bilden sich im Zwischenvolumen 43 Dampfblasen. Dies führt zu einem kurzzeitigen Druckanstieg im Zwischenvolumen 43 über den stationären Wert hinaus, so daß auch in dieser Einspritzphase ausreichend Kraftstoff zum Start der Verbrennungskraftmaschine (in flüssiger und dampfförmiger Form) abgespritzt wird. Bei entsprechender Auslegung der Größe des Zwischenvolumens 43, der Größe der Zumeßöffnungen 27 sowie der Größe der Einspritzöffnung 23 läßt sich für einen bestimmten Temperaturbereich an der Spitze des Einspritzventils für einen Grenzfall sogar ein Anreicherungsverhalten erzielen. Erst wenn die Temperatur an der Spitze des Einspritzventils so hoch wird, daß der gesamte Kraftstoff im Zwischenvolumen 43 verdampft, zeigen sich beim Start Abmagerungserscheinungen. Diese Abmagerung findet jedoch im Vergleich zu gattungsgemäßen Einspritzventilen erst bei detulich höheren Temperaturen statt.

Die optimale Größe des Zwischenvolumens 43 läßt sich nach der Formel

V _Z = Q _stat · F

angeben, mit
V _Z : Größe des Zwischenvolumens in [mm³]
Q _stat : statische Durchflußmenge an der Einspritzöffnung 23 in [cm³/min] Dabei liegt die minimale statische Durchflußmenge ungefähr bei 130 cm³/min.

Eine optimale Heißstartfähigkeit des Einspritzventiles ergibt sich gemäß der Erfindung, wenn der Korrekturfaktor F in einem Bereich zwischen liegt.

Die Druckteilung, d. h. das Verhältnis zwischen Druckabfall an den Zumeßöffnungen 27 und Restdruckabfall an der Einspritzöffnung 23, kann dabei zwischen 9 : 1 (entsprechend 90% Druckabfall an den Zumeßöffnungen, 10% Druckabfall an der Einspritzöffnung) und 1 : 1 (entsprechend 50% Druckabfall an den Zumeßöffnungen, 50% Druckabfall an der Einspritzöffnung) liegen.

Claims (1)

1. Einspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Ventilsitz und einer Düsennadel, die einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Dichtschnitt und stromaufwärts einen die Düsennadel in einer Führungsbohrung mit seinem Umfang führenden Führungsabschnitt aufweist, in welchem sich mindestens eine, von stromaufwärts nach stromabwärts des Führungsabschnittes verlaufende Zumeßöffnung befindet, wobei zwischen Führungsabschnitt und Dichtabschnitt sowie Führungsbohrung und Ventilsitz ein Zwischenvolumen eingeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Zwischenvolumens (43) mit dem Formelzeichen V _Z in [mm³] in Abhängigkeit von der statischen Durchflußmenge Q _stat in [cm³/min] nach der Formel V _Z = Q _stat · Fderart diminsioniert wird, daß der Korrekturfaktor F in einer Größe von gewählt wird.