DE4420063A1 - Kraftstoff-Einspritzventil mit mehreren Abspritzöffnungen, für eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzventil mit mehreren Abspritzöffnungen, für eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Einlaßventilen je Zylinder, denen jeweils zumindest eine Abspritzöffnung zugeordnet ist, derart, daß einzelne Kraftstoffstrahlen von den Abspritzöffnungen zu den Einlaßventilen hin aus­ gerichtet sind.

Bei den sog. Mehrventil-Brennkraftmaschinen, die je Brennkraftmaschinen-Zylinder zumindest zwei Einlaßventile besitzen, kommen bevorzugt Kraftstoff-Einspritzventile zum Einsatz, die mehrere Abspritzöffnungen aufweisen. Ein derartiges Einspritzventil ist beispielsweise in der WO 92/14052 gezeigt. Diese bekannten Einspritzventile geben somit mehrere voneinander getrennte Kraftstoffstrahlen ab. Jeweils einem Einlaßventil der Brennkraftmaschine ist dabei zumindest jeweils einer der Kraftstoffstrahlen zu­ geordnet. Bei einer Brennkraftmaschine mit zwei Einlaß­ ventilen sowie bei einem Einspritzventil mit vier einzel­ nen Kraftstoffstrahlen können dabei zwei der Kraftstoff­ strahlen auf das erste Einlaßventil hin und die anderen beiden Kraftstoffstrahlen auf das zweite Einlaßventil hin ausgerichtet sein.

Es ist erwünscht, in gewissen Betriebspunkten der Brenn­ kraftmaschine trotz des Vorhandenseins mehrerer Einlaß­ ventile lediglich eines der Einlaßventile zu öffnen, wäh­ rend das andere Einlaßventil im wesentlichen geschlossen bleiben soll. Jedoch wird bei Verwendung eines einzigen, üblichen Einspritzventiles mit mehreren Abspritzöffnungen auch diesem geschlossen bleibenden Einlaßventil Kraft­ stoff vorgelagert. Dies ist unerwünscht, da dieser vorge­ lagerte Kraftstoff in einem späteren Arbeitstakt, in dem auch dieses Einlaßventil wieder geöffnet wird, schlagar­ tig in großen Mengen in den Zylinder bzw. Brennraum ge­ langt, was zu unkontrollierten bzw. unerwünschten Ver­ brennungsabläufen führt. Eine bekannte Abhilfemaßnahme hiergegen ist es, auch dieses Einlaßventil, welches im wesentlichen geschlossen bleiben soll, in jedem Ar­ beitstakt zumindest geringfügig zu öffnen, um somit in jedem Arbeitstakt die vorgelagerte Kraftstoffmenge dem Brennraum zuzuführen und somit eine unzulässig hohe Kraftstoffvorlagerung zu verhindern. Die dementsprechende Betätigung des im wesentlichen geschlossen bleibenden Einlaßventiles ist jedoch schwierig zu realisieren.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen aufzuzei­ gen, mit Hilfe derer auf einfache Weise eine Vorlagerung von Kraftstoff vor einem Einlaßventil, das betriebs­ punktabhängig geschlossen bleiben soll, verhindert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein am Einspritzventil an­ geordnetes, in den Strahlweg zumindest eines der Kraft­ stoffstrahlen einbringbares Leitelement oder Sperrelement vorgesehen, das die Abspritzung von Kraftstoff in Rich­ tung eines der Einlaßventile verhindert. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß werden direkt am Einspritzventil Maßnah­ men ergriffen, mit denen eine Abgabe von Kraftstoff in Richtung desjenigen Einlaßventiles, das geschlossen blei­ ben soll, verhindert wird. Der diesem Einlaßventil zuge­ ordnete Kraftstoffstrahl wird dabei entweder abgesperrt, so daß dieser Kraftstoffstrahl das Einspritzventil über­ haupt nicht verlassen kann, oder dieser Kraftstoffstrahl wird umgeleitet, so daß er zu einem anderen Einlaßventil der Brennkraftmaschine gelangt, das geöffnet wird. Dabei erfolgt diese Absperrung oder Umleitung mittels eines Sperrelementes oder Leitelementes stets direkt am Ein­ spritzventil. Dies bedeutet, daß eine Vermischung von Verbrennungsluft und Kraftstoff bezüglich desjenigen Strahles, der auf das geschlossen bleibende Einlaßventil hin gerichtet ist, überhaupt nicht stattfinden kann. Dem­ zufolge wird auch nicht vorgeschlagen, einen Gemischstrom von demjenigen Einlaßventil, das geschlossen bleiben soll, wegzulenken, sondern es soll lediglich die Ab­ spritzung von Kraftstoff in Richtung des geschlossen bleibenden Einlaßventiles verhindert werden.

Das Leitelement oder Sperrelement kann dabei in unter­ schiedlicher Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Sperrelement eine Scheibe sein, die auf die die Ab­ spritzöffnungen aufweisende sog. Abspritzplatte des Ein­ spritzventiles auflegbar bzw. von dieser wegbewegbar ist. Handelt es sich dabei um eine Scheibe, die geometrisch im wesentlichen an die Abspritzplatte angepaßt ist, so sollte diese Scheibe bzw. dieses Sperrelement eine Durch­ trittsöffnung für diejenigen Abspritzöffnungen aufweisen, die nicht abgesperrt werden sollen. Diese Ausbildung er­ möglicht es, daß das Sperrelement durch den die Abspritz­ platte tragenden Abspritzkäfig geführt ist. Neben der be­ reits erwähnten Längsverschiebung dieses Sperrelementes, das wie erwähnt auf die Abspritzplatte auflegbar bzw. von dieser wegbewegbar sein kann, kommt jedoch auch eine Ro­ tationsbewegung für die unterschiedliche Positionierung dieses Sperrelementes in Betracht. Ebenso wie das Sperr­ element kann jedoch auch die die Abspritzöffnungen auf­ weisende Abspritzplatte bzw. der Abspritzkäfig verdrehbar sein, und somit als verstellbares Leitelement wirken. So kann die Abspritzplatte bzw. der Abspritzkäfig zwei Ab­ spritzöffnungen aufweisen, die jeweils einen Kraftstoff­ strahl erzeugen. In einer möglichen Stellung können diese beiden Kraftstoffstrahlen jeweils einem der zwei Einlaß­ ventile des Brennkraftmaschinen-Zylinders zugeordnet sein, während in einer anderen Stellung der Abspritz­ platte diese beiden Kraftstoffstrahlen zu einem einzigen Einlaßventil hin gerichtet sind. Beispielsweise kann hierzu die Abspritzplatte um 90 Winkelgrade um die Achse des Einspritzventiles verdreht werden.

Die Positionierung des Sperrelementes oder Leitelementes kann bevorzugt auf elektromagnetischem Wege erfolgen. Eine Longitudinalverschiebung, d. h. das bereits besagte Auflegen bzw. Abheben von der Abspritzplatte kann dabei direkt durch Magnetkräfte erfolgen, während für eine Ver­ drehbewegung beispielsweise ein elektromotorischer Stell­ antrieb Verwendung finden kann.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand einer Funk­ tions-Prinzipskizze (Fig. 1), sowie anhand zweier eben­ falls lediglich prinzipiell dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele für ein erfindungsgemäßes Kraft­ stoff-Einspritzventil (Fig. 2, Fig. 3).

Fig. 1 zeigt einen Zylinder 1 einer Brennkraftmaschine, in der wie üblich ein Kolben 2 längsverschiebbar geführt ist, der einen Brennraum 3 begrenzt. Im ebenfalls den Brennraum 3 begrenzenden, nicht näher dargestellten Zy­ linderkopf sind zwei diesem Zylinder 1 zugeordnete Ein­ laßventile 4a, 4b vorgesehen, die jeweils einen Einlaßka­ nal 5a, 5b zum Brennraum 3 hin öffnen bzw. verschließen. Dabei sind die beiden im Bereich der Einlaßventile 4a, 4b singulären Einlaßkanäle 5a, 5b stromauf einer dazwischen­ liegenden Trennwand 6 zu einem gemeinsamen Einlaßkanal 7 zusammengeführt.

In diesen gemeinsamen Einlaßkanal 7 mündet ein diesem Zy­ linder 1 zugeordnetes Kraftstoff-Einspritzventil 8. Die­ ses Kraftstoff-Einspritzventil 8 kann zumindest zwei Kraftstoffstrahlen 9a, 9b abgeben, wobei diese Kraft­ stoffstrahlen 9a, 9b von in Fig. 1 nicht erkennbaren Ab­ spritzöffnungen des Einspritzventiles 8 abgehen und je­ weils zu einem der Einlaßventile 4a, 4b hin ausgerichtet sind. Das Einspritzventil 8 besitzt somit zumindest zwei Abspritzöffnungen und ist mit diesen Abspritzöffnungen so im Einlaßkanal 7 montiert, daß zumindest jeweils einer der Kraftstoffstrahlen 9a, 9b in Richtung eines der Ein­ laßventile 4a, 4b abgegeben wird. Dem Einlaßkanal 5a bzw. dem Einlaßventil 4a ist somit der Kraftstoffstrahl 9a zu­ geordnet, während der Kraftstoffstrahl 9b in den Einlaß­ kanal 5b abgegeben wird und somit dem Einlaßventil 4b zu­ geordnet ist. Dabei können diese Kraftstoffstrahlen 9a, 9b wie üblich in den Einlaßkanälen 5a, 5b bei jeweils ge­ schlossenem Einlaßventil 4a, 4b vorgelagert werden, bei geöffneten Einlaßventilen 4a, 4b können jedoch diese Kraftstoffstrahlen 9a, 9b gemeinsam mit der in den Brenn­ raum 3 einströmenden Verbrennungsluft in den Brennraum 3 des Zylinders 1 eingesogen werden.

Wie in der Beschreibungseinleitung erläutert, ist es er­ wünscht, die Abspritzung von Kraftstoff in Richtung eines der Einlaßventile, z. B. in Richtung des Einlaßventiles 5b in gewissen Betriebspunkten zu verhindern, nämlich u. a. dann, wenn dieses Einlaßventil 5b aus gewissen Gründen geschlossen bleiben soll. Hierzu kann der aus der ent­ sprechenden Abspritzöffnung abgegebene Kraftstoffstrahl 9b, der nicht zu dem eigentlich für diesen vorgesehenen Einlaßventil 5b gelangen soll, in Richtung des Einlaßven­ tiles 5a mittels eines geeigneten Leitelementes umgelenkt werden. Daneben ist es jedoch auch möglich, diesen Kraft­ stoffstrahl (beispielsweise 9b) vollständig zu unterbin­ den bzw. abzusperren. Mögliche Ausführungsformen für ein Einspritzventil 8, das ein Sperrelement zur Verhinderung der Abspritzung von Kraftstoff in Richtung eines der Ein­ laßventile aufweist, sind in den Fig. 2, 3 gezeigt und werden im folgenden erläutert. Dabei ist jeweils ein Teilschnitt durch die die Abspritzöffnungen aufweisende Spitze des ansonsten nicht näher dargestellten Einspritz­ ventiles 8, mit dem dieses in den Einlaßkanal 7 hinein­ ragt, gezeigt. Die Fig. 2a, 3a zeigen dabei die Ansicht A aus Fig. 2, 3, wenn die Abgabe von Kraftstoff durch sämt­ liche Abspritzöffnungen nicht verhindert wird, während die Fig. 2b, 3b diese Ansicht zeigen, wenn die Ab­ spritzung von Kraftstoff in Richtung eines der Einlaßven­ tile verhindert wird.

Wie üblich weist das Einspritzventil 8 einen Vorlagerraum 10 für Kraftstoff auf, in den Kraftstoff (von oben her) zugeführt wird. Eine Austrittsöffnung 11 dieses Vorlager­ raumes ist von einem gemäß Pfeilrichtung 12 bewegbaren Ventilschließglied 13 verschließbar. Mit einer Öffnungs­ bewegung des Ventilschließgliedes 13 kann Kraftstoff aus dem Vorlagerraum 10 in einen Abspritzraum 14 gelangen, der nach unten hin durch die sog. Abspritzplatte 15 ver­ schlossen ist und seitlich durch den die Abspritzplatte 15 tragenden Abspritzkäfig 16 begrenzt wird. Die Ab­ spritzplatte 15 weist insgesamt vier Abspritzöffnungen 17a, 17b auf, die jeweils paarweise eine Gruppe bilden und als solche Gruppe mit 17a, 17b bezeichnet sind. Diese Abspritzöffnungen 17a, 17b verlaufen als derart geneigte Bohrungen in der Abspritzplatte 15, daß die daraus abge­ gebenen Kraftstoffstrahlen 9a, 9b wie durch die Pfeile dargestellt, zu den Einlaßventilen 4a, 4b hin ausgerich­ tet sind. Die beiden Kraftstoffstrahlen 9a, die aus den Abspritzöffnungen 17a austreten, sind somit dem Einlaßventil 4a zugeordnet, während zum Einlaßventil 4b die beiden anderen Kraftstoffstrahlen 9b, die aus den Abspritzöffnungen 17b austreten, gelangen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist im Abspritzraum 14 ein als Scheibe ausgebildetes Sperrelement 18 angeord­ net, das in seiner Größe im wesentlichen dem freien Ab­ schnitt der Abspritzplatte 15 angepaßt ist und in bzw. gegen Pfeilrichtung 19 längsverschiebbar innerhalb des Abspritzraumes 14 durch den Abspritzkäfig 16 geführt ist. Dieses scheibenförmige Sperrelement 18 weist dabei eine geometrisch besonders gestaltete Durchtrittsöffnung 20 auf (vgl. auch Fig. 2b).

Befindet sich das Sperrelement 18 in der in Fig. 2 ge­ zeigten Position, so kann mit öffnen des Ventilschließ­ gliedes 13 durch die Durchtrittsöffnung 20 Kraftstoff in den Abspritzraum 14 gelangen, von wo aus dieser Kraft­ stoff über sämtliche Abspritzöffnungen 17a, 17b, die wie ersichtlich freiliegen, abgegeben werden kann. Wird hin­ gegen das Sperrelement 18 in Pfeilrichtung 19 zur Ab­ spritzplatte 15 hinbewegt und liegt schließlich auf die­ ser auf, so verdeckt dieses Sperrelement 18 die beiden Abspritzöffnungen 17b, so daß nunmehr lediglich die bei­ den Abspritzöffnungen 17a über die Durchtrittsöffnung 20 des Sperrelementes 18 freigegeben sind. Mit einer Verla­ gerung des Sperrelementes 18 gemäß Pfeilrichtung 19 zur Abspritzplatte 15 hin werden somit die Kraftstoffstrahlen 9b unterbunden und somit eine Abspritzung von Kraftstoff in Richtung eines der Einlaßventile (z. B. 4b) verhin­ dert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist das Sperrelement 18 büchsenförmig ausgebildet und liegt dabei stets mit seiner Deckplatte 18′ an der Abspritzplatte 15 an. Dabei ist die Deckplatte 18′ abermals mit einer Durchtrittsöff­ nung 20 versehen, die in diesem Falle kreissektorförmig ausgebildet ist (vgl. Fig. 3a, 3b). Das büchsenförmige Sperrelement 18 ist abermals durch den Abspritzkäfig 16 unterschiedlich positionierbar geführt, denn bei dieser Ausführungsform ist das den Abspritzkäfig 16 umgebende Sperrelement 18 um die Längsachse 21 des Einspritzventi­ les 8 bzw. des rotationssymmetrischen Abspritzkäfigs 16 verdrehbar. Befindet sich dabei das Sperrelement 18 bzw. die Deckplatte 18′ in der in Fig. 3a gezeigten Position, so sind - wie ersichtlich - sämtliche der vier Abspritz­ öffnungen 17a, 17b freigegeben. Wird hingegen das Sperr­ element 18 bzw. die Deckplatte 18′ gemäß Pfeilrichtung 19 um 90° gedreht und nimmt somit die in Fig. 3b gezeigte Position ein, so ist das Paar von Abspritzöffnungen 17b abgedeckt, so daß lediglich über die Abspritzöffnungen 17a Kraftstoffstrahlen 9a abgegeben werden können, wäh­ rend die Abspritzung von Kraftstoff in Richtung des Ein­ laßventiles 4b (vgl. Fig. 1) verhindert ist.

Die Positionierung des Sperrelementes 18 kann bevorzugt auf elektromagnetischem Wege erfolgen. Dies gilt sowohl für die Längsverschiebung gemäß Pfeilrichtung 19 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, als auch für die rotato­ rische Bewegung beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Selbstverständlich kann es dabei erforderlich sein, zwi­ schen dem Sperrelement 18 sowie der Abspritzplatte 15 ge­ eignete Dichtelemente vorzusehen. Selbstverständlich sind darüber hinaus eine Vielzahl von weiteren Abwandlungen insbesondere konstruktiver Art von den gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiele möglich, ohne den Inhalt der Patentansprü­ che zu verlassen.

Claims (8)

1. Kraftstoff-Einspritzventil mit mehreren Abspritzöff­ nungen (17a, 17b) für eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Einlaßventilen (4a, 4b) je Zylinder (1), denen jeweils zumindest eine Abspritzöffnung (17a, 17b) zugeordnet ist, der­ art, daß einzelne Kraftstoffstrahlen (9a, 9b) von den Abspritzöffnungen (17a, 17b) zu den Einlaßventi­ len (4a, 4b) hin ausgerichtet sind, gekennzeichnet durch ein am Einspritzventil (8) an­ geordnetes, in den Strahlweg zumindest eines der Kraftstoffstrahlen (9b) einbringbares Leitelement oder Sperrelement (18), das die Abspritzung von Kraftstoff in Richtung eines der Einlaßventile (4b) verhindert.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (18) als eine die Abspritzöffnung(en) (17b) abdeckende Scheibe ausgebildet ist.

3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (18) zumindest eine Durchtrittsöffnung (20) für die nicht abzusperrende (n) Abspritzöffnung(en) (17a) aufweist.

4. Einspritzventil nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (18) auf die die Abspritzöffnungen (17a, 17b) aufweisende Abspritzplatte (15) des Einspritzventiles (8) auf­ legbar und von dieser wegbewegbar ist.

5. Einspritzventil nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (18) durch den die Abspritzplatte (15) tragenden Ab­ spritzkäfig (16) unterschiedlich positionierbar ge­ führt ist.

6. Einspritzventil nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (18) bezüglich der Abspritzöffnungen (17a, 17b) verdreh­ bar ist.

7. Einspritzventil nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abspritzöffnung gen (17a, 17b) aufweisende Abspritzplatte (15) und/oder der Abspritzkäfig (16) verdrehbar ist/sind und somit als Leitelement wirkt/wirken.

8. Einspritzventil nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung des Leitelementes oder Sperrelementes (18) auf elektro­ magnetischem Wege erfolgt.