DE69915244T2

DE69915244T2 - Kraftstoffeinspritzventil mit gepulster Luftunterstützung

Info

Publication number: DE69915244T2
Application number: DE69915244T
Authority: DE
Inventors: Jeff B. Pace; Vernon R. Warner
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: US6209806B1; EP1020639B1; EP1020639A3; DE69915244D1; EP1020639A2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft druckluftunterstützte Kraftstoffeinspritzventile, die in Verbrennungsmotoren verwendet werden, und insbesondere ein Kraftstoffeinspritzventil mit durch Druckluftimpulse unterstützten Zerstäuber.
Hintergrund der Erfindung
Es ist in der Technik im Zusammenhang mit Kraftstoffeinspritzventilen bekannt, den durch die Düse eines Kraftstoffeinspritzventils eingespritzten Kraftstoff zu zerstäuben. In solchen Kraftstoffeinspritzsystemen wird Kraftstoff in einen fein verteilten Strahl aus kleinen Tropfen zerstäubt, indem beim Austritt des Gemisches aus dem Kraftstoffeinspritzventil Luft mit dem Kraftstoff gemischt wird. Eine druckluftunterstützte Zerstäubung des aus dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffs wird verwendet, um ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch herzustellen. Die Homogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches und die Vergasung von Kraftstofftropfen im Brennraum beeinflussen den Wirkungsgrad des Verbrennungsvorgangs. Ein besseres Gemisch aus Luft und Kraftstoff hat sowohl einen reineren als auch einen effizienteren Verbrennungsvorgang zur Folge. Daher ist es wünschenswert, ein Kraftstoffeinspritzventil zu erhalten, welches eine optimale Zerstäubung und eine genaue Ausrichtung des Kraftstoffstrahls aufweist.
In US-A-4.834.291 wird ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Verbrennungsmotor offenbart, das ein Gehäuse umfasst, welche Kraftstoff- und Luft-Einlasskanäle und Kraftstoff- und Luft-Auslasskanäle aufweist, die sich im Brennraum des Motorzylinders befinden. Ein Paar Ventile öffnet und schließt die Luft- und Kraftstoff-Auslasskanäle und wird zeitlich so gesteuert, dass Kraftstoff in einen Luftstrom eingeleitet wird und der Luftstrom sich noch kurze Zeit fortsetzt, nachdem der Kraftstoffstrom unterbrochen worden ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Verbrennungsmotor wie in Anspruch 1 beschrieben bereitgestellt.
Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittdarstellung eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine vergrößerte schematische Darstellung des unteren Endes des Kraftstoffeinspritzventils, welche eine hohle Nadel in einer geöffneten Position zeigt, die es ermöglicht, dass Kraftstoff und Luft sich während des Austritts aus dem Kraftstoffeinspritzventil in einer Mischkammer mischen;
3 ist eine vergrößerte schematische Darstellung des oberen Endes des Kraftstoffeinspritzventils, welche einen Luftsteuerventilteller in einer geöffneten Position zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Es wird nun auf die Zeichnungen im Einzelnen Bezug genommen; die Bezugszahl 10 bezeichnet allgemein ein Kraftstoffeinspritzventil, das einen durch Druckluftimpulse unterstützten Zerstäuber umfasst. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 stellt Druckluftimpulse zu Verfügung, die auf den Kraftstoff auftreffen, wenn der Kraftstoff aus dem Einspritzventil 10 austritt, und nicht als eine kontinuierliche Luftzuführung wie bei herkömmlichen druckluftunterstützten Einspritzventilen, wodurch die Zerstäubung des Kraftstoffs verbessert wird.
Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen; das Einspritzventil 10 umfasst eine Kunststoffabdeckung 12. Die Kunststoffabdeckung 12 umgibt obere Teile eines rohrförmigen Ständers 14 und ein Wicklungsbaugruppengehäuse 16. Eine Wicklungsbaugruppe 18 umgibt einen unteren Teil des Ständers 14. Der Ständer 14 ist ferromagnetisch und weist einen Lufteinlass 20 an einem ersten axialen Ende 22 des Ständers 14 auf, der an eine Druckluftzuführung 23 angeschlossen ist. Unter der Wicklungsbaugruppe 18 befindet sich ein Ventilgehäuse 24, in welchem ein Anker 26 so angeordnet ist, dass er eine hin- und hergehende Bewegung ausführen kann, und sich ein einer mit einem zweiten axialen Ende 28 des Ständers 14 koaxialen Position befindet.
Der Anker 26 ist mit einer hohlen Nadel 30 verbunden, welche einen Luftsteuerventilteller 32 aufweist, der an einem ersten axialen Einlassende 34 der Nadel 30 angebracht ist, so dass eine Anker/Ventil-Baugruppe 36 gebildet wird. Der Ventilteller 32 kann die Form eines Tellerventils haben. Die Anker/Ventil-Baugruppe 36 kann sich zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position bewegen, um zu ermöglichen oder zu verhindern, dass Luft und Kraftstoff in eine Mischkammer 38 am Austrittsende des Kraftstoffeinspritzventils strömen. Der Ventilteller 32 und ein zweites axiales Auslassende 40 der Nadel 30 werden normalerweise in ihren geschlossenen Positionen von einer Feder 46, welche am Ventilteller 32 anliegt, gegen einen Luftventilsitz 42 bzw. einen Kraftstoffventilsitz 44 gedrückt. Die Feder 46 wird bis zu der gewünschten Kraft durch ein Einstellrohr 48 zusammengedrückt, welches in eine axiale Position innerhalb des Ständers 14 gedrückt wird und den Lufteinlass 20 definiert. Der Luftventilsitz 42 bildet ein Ende eines Ventilrohrs 50, welches in eine eingebaute axiale Position innerhalb des Ständers 14 gedrückt ist. Das Ventilrohr 50 erstreckt sich von der Feder 46 zum zweiten axialen Ende 28 des Ständers 14.
Die Nadel 30 und der Ventilteller 32 werden gleichzeitig von ihren Sitzen 44, 42 in ihre geöffneten Positionen abgehoben, um zu ermöglichen, dass Kraftstoff und Luft in die Mischkammer 38 strömen, wenn der Anker 26 bei Erregung der Wicklungsbaugruppe 18 magnetisch zum Ständer 14 hin angezogen wird. Die Wicklungsbaugruppe 18 umfasst einen Kunststoff-Spulenkörper 52, auf den eine elektromagnetische Wicklung 54 gewickelt ist. Elektrische Anschlussklemmen 56 sind zwischen einen Stromkreis (nicht dargestellt) und die Wicklung 54 geschaltet, um die Wicklung mit der Erregerspannung zu versorgen, durch welche das Kraftstoffeinspritzventil 10 betätigt wird.
Die hohle Nadel 30 weist einen zentralen Luftdurchgang 60 auf, der sich vom ersten axialen Einlassende 34 der Nadel 30 zum zweiten axialen Auslassende 40 der Nadel 30 erstreckt. Über den Luftdurchgang 60 wird Luft vom Lufteinlass 20 zur Mischkammer 38 transportiert. Die Luft strömt durch Luftlöcher 62 im ersten axialen Ende 34 der Nadel 30 in den Luftdurchgang 60 ein, wie in 3 dargestellt. Der Durchmesser der hohlen Nadel 30 kann größer sein als der einer herkömmlichen Ventilnadel, damit Platz für den Luftdurchgang 60 vorhanden ist. Falls eine Nadel 30 mit einem größeren Durchmesser verwendet wird, ist ein geringerer Ventilhub erforderlich, um den Kraftstoff durchzulassen, wodurch ein dünnerer Kraftstofffilm gefördert wird, was die Zerstäubung durch den Luftstrahl verbessert.
Der Anker 26 wird von einer Innenwand des Ventilgehäuses 24 gefördert, so dass er eine axiale hin- und hergehende Bewegung ausführen kann. Der obere Teil der hohlen Nadel 30 wird innerhalb des Ventilrohres 50 geführt. Ferner wird die axiale Führung für die Nadel 30 durch ein Fluid-Dosierelement 66 gewährleistet, durch welches sich die hohle Nadel 30 erstreckt. Das Fluid-Dosierelement 66 ist innerhalb des Ventilgehäuses 24 in Strömungsrichtung gesehen vor dem Kraftstoffventilsitz 44 angeordnet.
Der Kraftstoff von einer Kraftstoffzuführung 67 strömt durch Kraftstoffeinlässe 68 im Ventilgehäuse 24 in das Kraftstoffeinspritzventil 10 ein. Eine Filterbaugruppe 70 ist an den Kraftstoffeinlässen 68 angebracht, um Feststoffpartikel aus dem durch die Einlässe 68 in das Ventilgehäuse 24 einströmenden Kraftstoff herauszufiltern. Der gefilterte Kraftstoff strömt durch das Fluid-Dosierelement 66, welches einen dünnen Kraftstofffilm liefert, auf den in der Mischkammer 38 der Luftstrahl vom zweiten axialen Ende 40 der hohlen Nadel 30 trifft. Das Fluid-Dosierelement 66 kann eine Drallerzeugungsplatte oder eine Drosselblende sein. Das Element 66 befindet sich in Strömungsrichtung gesehen vor der Mischkammer 38. Außerdem kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels eines zweiten Dosierelements 72 wie etwa einer dünnen Drosselscheibe dosiert werden, das sich in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Kraftstoffventilsitz 44 am Austrittsende des Kraftstoffeinspritzventils 10 befindet.
Während des Betriebs strömt Kraftstoff durch die Kraftstoffeinlässe 68 ein und strömt durch die Filterbaugruppe 70 in das Ventilgehäuse 24 und durch das Fluid-Dosierelement 66 zum Kraftstoffventilsitz 44. Wenn die Wicklung 54 nicht erregt ist, werden die hohle Nadel 30 und der Luftsteuerventilteller 32 durch die Feder 46 vorbelastet und in ihren jeweiligen geschlossenen Positionen gehalten, und es existiert ein kleiner Arbeitsspalt 74 zwischen dem Anker 26 und dem Ständer 14.
Bei Erregung der Wicklung 54 wird der Anker 26 magnetisch zum zweiten axialen Ende 28 des Ständers 14 gezogen, wobei er den Arbeitsspalt 74 schließt. Diese Bewegung bewirkt gleichzeitig das Abheben der hohlen Nadel 30 vom Kraftstoffventilsitz 44 und das Abheben des Luftsteuerventiltellers 32 vom Luftventilsitz 42, was es ermöglicht, dass in der Mischkammer 38 ein Luftstrahl auf den Kraftstofffilm trifft, was einen fein zerstäubten Strahl zur Folge hat. Der zerstäubte Strahl tritt durch eine zentrale Öffnung 76 im Kraftstoffventilsitz 44 aus dem Kraftstoffeinspritzventil aus. Bei Entregung der Wicklung 54 drückt die Feder 46 die hohle Nadel 30 und den Luftsteuerventilteller 32 zurück in ihrer geschlossenen Positionen, wodurch der Kraftstoff- und der Luftstrom abgesperrt werden.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil (10) für einen Verbrennungsmotor, welches umfasst: einen Luftzuführungs-Einlass (20); einen Kraftstoffzuführungs-Einlass (68); eine an einem Austrittsende des Kraftstoffeinspritzventils befindliche Mischkammer (38) zum Mischen von Luft und Kraftstoff; ein Steuerelement zur Steuerung der gleichzeitigen Einleitung von Luft und Kraftstoff in die besagte Mischkammer (38), wobei das Steuerelement umfasst: eine Anker/Ventil-Baugruppe (36), die zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Ventilposition beweglich ist, um das Einströmen von Luft und Kraftstoff in die Mischkammer (38) zu ermöglichen oder zu verhindern, wobei die Anker/Ventil-Baugruppe (36) umfasst: ein Kraftstoffsteuerventil, das eine hohle Nadel (30) aufweist, die einen zentralen Luftdurchgang (60) zum Transportieren von Luft von einem ersten axialen Ende (34) der besagten Nadel (30) zu einem zweiten axialen Ende (40) der besagten Nadel (30) definiert, wobei die besagte hohle Nadel (30) zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Ventilposition beweglich ist, so dass das zweite axiale Ende (40) der Nadel (30) von einem Ventilsitz (44) abgehoben oder gegen diesen gedrückt wird, um das Einströmen von Kraftstoff in die Mischkammer (38) zu ermöglichen oder zu verhindern; einen Anker (26), der mit der besagten hohlen Nadel (30) verbunden ist und zu einem rohrförmigen Ständer (14) hin und von diesem weg beweglich ist, um gleichzeitig das Kraftstoff- und das Luftsteuerventil zu öffnen oder zu schließen und das Einströmen von Kraftstoff und Luft in die Mischkammer (38) zu ermöglichen oder zu verhindern; eine den rohrförmigen Ständer (14) umgebende Wicklungsbaugruppe (18) zur Erzeugung elektromagnetischer Kräfte, um die Anker/Ventil-Baugruppe (36) magnetisch zum Ständer (14) anzuziehen, um das Einströmen von Luft und Kraftstoff in die Mischkammer (38) zu ermöglichen; und ein Vorbelastungsmittel (46) zum Vorbelasten der Anker/Ventil-Baugruppe (36) in Richtung weg vom Ständer (14) zur geschlossenen Ventilposition hin, um das Einströmen von Luft und Kraftstoff in die Mischkammer (38) zu verhindern; dadurch gekennzeichnet, dass am ersten axialen Ende (34) der hohlen Nadel (30) ein Luftsteuerventilteller (32) angebracht ist und der besagte Ventilteller (32) mit der Nadel (30) zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position beweglich ist, so dass der Ventilteller (32) von einem Luftventilsitz (42) abgehoben oder gegen diesen gedrückt wird, um das Einströmen von Luft in den zentralen Luftdurchgang (60) zu ermöglichen oder zu verhindern.
Kraftstoffeinspritzventil (10) nach Anspruch 1, wobei das Luftsteuerventil ein Tellerventil ist und das erste axiale Ende (34) der hohlen Nadel (30) Luftlöcher (62) aufweist, um das Einströmen von Luft in den zentralen Luftdurchgang (60) zu ermöglichen.
Kraftstoffeinspritzventil (10) nach Anspruch 1, wobei das Vorbelastungsmittel (46) eine Feder (46) ist, die zwischen dem besagten Luftsteuerventilteller (32) und einem in dem besagten Luftzuführungs-Einlass (20) befestigten Einstellrohr (48) wirkt.
Kraftstoffeinspritzsystem, welches umfasst: eine Druckluftzuführung (23), die einen Strom von Unterstützungsluft liefert; eine Kraftstoffzuführung (67), die eine Zuführung von Kraftstoff gewährleistet; und ein Kraftstoffeinspritzventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3.