EP1342064A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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Publication number
EP1342064A1
EP1342064A1 EP01999434A EP01999434A EP1342064A1 EP 1342064 A1 EP1342064 A1 EP 1342064A1 EP 01999434 A EP01999434 A EP 01999434A EP 01999434 A EP01999434 A EP 01999434A EP 1342064 A1 EP1342064 A1 EP 1342064A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel injection
injection valve
swirl
valve according
extensions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01999434A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franz Rieger
Thomas Ludwig
Hans Schlembach
Gottlob Haag
Ulrich Brenner
Michael Huebel
Juergen Stein
Udo Sieber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1342064A1 publication Critical patent/EP1342064A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0664—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
    • F02M51/0671—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature having an elongated valve body attached thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/162—Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/29—Fuel-injection apparatus having rotating means

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • AI is a fuel injection valve for the direct injection of fuel m the combustion chamber of a mixture-compressing, spark-ignited
  • Internal combustion engine which has a guide and seat area at the downstream end of the fuel injection valve, which is formed by three disc-shaped elements.
  • a swirl element is embedded between a guide element and a valve seat element.
  • the guide element serves to guide an axially movable valve needle projecting through it, while a valve closing section of the valve needle interacts with a valve seat surface of the valve seat element.
  • the swirl element has an inner opening area with a plurality of swirl channels which are not connected to the outer circumference of the swirl element. The entire opening area extends completely over the axial thickness of the swirl element.
  • a disadvantage of the fuel injection valve known from the above-mentioned document is in particular that ⁇ > fixed twist angle, which does not correspond to the different operating conditions such as partial and
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the swirl is adjustable depending on the operating state of the fuel injection valve, whereby the operating state of the
  • Fuel sprayer valve adapted spray pattern can be generated. This enables the mixture formation and the combustion process to be optimized.
  • a particular advantage is the simple construction of the swirl-generating components, which, compared to the conventional swirl preparation, are only expanded by an easily producible cam disk.
  • the extensions, the projections of which cooperate with the cam disk are connected in one piece elastically to the swirl disk.
  • the swirl disk can be produced in a simple manner, for example by punching out a metal foil.
  • the cam disk is advantageously shaped in such a way that the extensions of the swirl disk can be adjusted continuously within a selectable angular range. This allows any twist angle to be set. It is also advantageous that the cam disc on the rotatably mounted valve needle is.
  • the valve needle rotation can be stimulated by a simple control device above the valve group.
  • FIG. 1 is a schematic section through an embodiment of a fuel injection valve according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic section through the spray-side end of FIG. 1 of the fuel injection valve according to the invention shown in the area II in FIG. 1,
  • 3A-B are schematic representations of the jet angle generated by the fuel injection valve designed according to the invention different operating states of the fuel injection valve according to the invention
  • Fig. 4 is a schematic, partially sectioned view of a first exemplary embodiment of the swirl-generating components of the fuel injection valve according to the invention.
  • 5A-B is a schematic, partially sectioned view of a second exemplary embodiment of the swirl-generating components in different Operating states of the invention
  • the fuel injection valve 1 is in the form of a fuel injection valve for fuel injection systems of mixture-compressing, externally ignited
  • Fuel injection valve 1 is particularly suitable for the direct injection of fuel into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 comprises a nozzle body 2, in which a valve needle 3 is arranged.
  • the valve needle 3 is connected to a valve closing body 4 which cooperates with a valve seat surface 6 arranged on a valve seat body 5 to form a sealing seat.
  • the fuel injection valve 1 is an inward opening fuel injection valve 1, which has a spray opening 7.
  • the nozzle body 2 is sealed by a seal 8 against the outer pole 9 of a solenoid 10.
  • the magnet coil 10 is encapsulated in a coil housing 11 and wound on a coil carrier 12, which bears against an inner pole 13 of the magnet coil 10.
  • the inner pole 13 and the outer pole 9 are separated from one another by a gap 26 and are supported on a connecting component 29.
  • the magnet coil 10 is excited via a line 19 by an electrical current that can be supplied via an electrical plug contact 17.
  • the plug contact 17 is surrounded by a plastic coating 18 which can be molded onto the inner pole 13
  • valve needle 3 is guided in a valve needle guide 14, which is designed in the form of a disk.
  • a paired adjusting disk 15 is used for the stroke adjustment.
  • An armature 20 is located on the other side of the adjusting disk 15. This armature is non-positively connected to the valve needle 3 m via a first flange 21, v / elche is connected to the first flange 21 by a weld seam 22.
  • a restoring spring 23 is supported on the first flange 21 and is preloaded on the present design of the fuel injection valve 1 by a sleeve 24
  • a swirl element 34 consisting of a guide disk 35, a swirl disk 36 and a cam disk 37 is arranged on the inlet side of the sealing seat.
  • the swirl element 34 ensures a swirl preparation of the fuel jet, which depends on the operating state of the fuel injection valve 1.
  • the fuel flowing through the fuel injection valve 1 receives a smaller swirl in part-load operation, as a result of which a jet opening angle ⁇ is kept small, while in full-load mode a larger jet opening angle also results in a larger swirl ⁇ can be achieved accordingly, the mixture can be kept richer or lean, whereby an optimal combustion can be achieved
  • Fuel channels 30a to 30c run in the valve needle guide 14, in the armature 20 and in the guide disk 35.
  • the fuel is supplied via a central fuel supply 16 and filtered by a filter element 25.
  • the fuel injection valve 1 is sealed by a seal 28 against a fuel line, not shown.
  • the armature 20 In the idle state of the fuel injection valve 1, the armature 20 is acted upon by the return spring 23 against its stroke direction so that the valve closing body 4 is held in a valve seat 6 sealing system.
  • the magnet coil 10 When the magnet coil 10 is excited, it builds up a magnetic field which moves the armature 20 against the spring force of the return spring 23 m in the stroke direction, the stroke being predetermined by a working gap 27 located between the inner pole 12 and the armature 20 in the rest position.
  • the armature 20 also carries the flange 21, which is welded to the valve needle 3, with the stroke direction.
  • the armature 20 drops from the inner pole 13 after the magnetic field has been sufficiently reduced by the pressure of the return spring 23, as a result of which the flange 21, which is connected to the valve needle 3, moves counter to the stroke direction.
  • the valve needle 3 is thereby moved in the same direction, whereby the valve closing body 4 is placed on the valve seat surface 6 and the fuel injection valve 1 is closed.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the cut-off end of the fuel injection valve 1 shown in FIG. 1.
  • the detail is designated II in FIG. 1.
  • the same components are provided with the same reference numerals.
  • the swirl element 34 which consists of the guide disk 35, the swirl disk 36 and between the swirl disk 36 and the Guide disc 35 arranged cam 37 is penetrated by the rotatably mounted valve needle 3.
  • the cam disk 37 is arranged in a drain-side recess 50 of the guide disk 35 and is non-positively and positively connected to the valve needle 3.
  • the guide disk 35 and the swirl disk 36 are connected to one another and to the valve seat body 5 by means of a weld seam 49.
  • the guide disk 35 forwards the inflowing fuel through the fuel channel 30c to the swirl disk 36, which has swirl channels 38.
  • the fuel is fed in such a way that it flows through the swirl disk 36 from radially outside to radially inside, whereby it receives a swirl which is dependent on a swirl angle ⁇ , which is described in more detail in the description of FIG. 4.
  • the fuel flows from the swirl channels 38 to the sealing seat and is injected via the spray opening 7 into the combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.
  • An opening angle ⁇ of the conical mixture cloud injected into the combustion chamber is dependent on the swirl and thus on the swirl angle ⁇ .
  • 3A and 3B show, in a highly schematic representation, two mixture clouds 51, which ensure a stoichiometric mixture distribution and thus an optimal combustion in different operating states of the fuel injection valve 1.
  • FIG. 3A shows the mixture cloud 51 that has to be injected from the fuel injection valve 1 under partial load.
  • the cone opening angle ⁇ is relatively small, in the present example it is 11 °. This ensures that the mixture cloud 51 is somewhat richer under partial load and thus only part of the combustion chamber is filled with an ignitable fuel-air mixture, while the rest of the combustion chamber is filled with a lean mixture.
  • FIG. 3B shows a mixture cloud 51, which is required for full-load operation.
  • the cone opening angle ⁇ is considerably larger, in the present example it is approximately 48 °. Due to this large opening angle, the injected fuel is evenly distributed over the entire combustion chamber volume, so that the entire contents of the combustion chamber are available for combustion under full load.
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of the swirl disk 36 and a schematic partial section of the cam disk 37 of a first exemplary embodiment of the fuel injection valve 1 designed according to the invention
  • Swirl disk 36 is shown as a whole, while cam disk 37 is only partially shown for easier orientation.
  • the swirl disk 36 consists of a main body 48 and a number of extensions 39, which in the present exemplary embodiment are formed in one piece with the main body 48 of the swirl disk 36, for example by punching out.
  • the number of extensions 39 is six in the present exemplary embodiment.
  • the small opening angle ⁇ is no longer sufficient.
  • the swirl angle ⁇ must also be increased. This is achieved that the cam disk 37 is rotated in its position relative to the extensions 39, whereby the extensions 39 are pressed radially outward by a selectable adjustment angle ⁇ .
  • the initial swirl angle ⁇ 0 is increased by the adjustment angle ⁇ , as a result of which the curve of the fuel in the swirl disk 36 is moved radially outward and the opening angle is thus increased.
  • the adjustment angle ⁇ is preferably between 0 ° and 30 °. The swirl angle ⁇ thus moves in an angular range between 0 ° and 75 °.
  • the extensions 39a shown in dashed lines represent the maximum position for full-load operation of the internal combustion engine.
  • the cam disk 37 is rotated by the valve needle 3, which is rotatably mounted and can be controlled by a control unit (not shown).
  • the valve needle 3 has a flattened portion 45 on at least one side which interacts with a corresponding structure 45a of the cam disk 37.
  • the cam disk 37 can not only have a simple sawtooth profile as in the present first exemplary embodiment, but can also be designed in a variety of ways, for example with steps, smaller and larger indentations 42, in order to meet the requirements for the injected mixture cloud 51 in various operating states of the internal combustion engine to be able to.
  • 5A and 5B show a partial top view and a sectional view of a further exemplary embodiment of a fuel injector 1 according to the invention in two different operating states of the internal combustion engine.
  • 5A shows the switching position suitable for part-load operation.
  • the extensions 39 which in the present second exemplary embodiment are formed on both sides of the swirl channels 38, engage with their protruding projections 41 and indentations 42 of the cam disk 37.
  • the initial swirl angle ⁇ o and the swirl angle ⁇ are almost 0 °, so that the fuel flowing through the swirl disk 36 is sprayed almost without swirl.
  • the radial length of the swirl channels 33 is different in the present exemplary embodiment, with every second swirl channel 38 being somewhat shorter than the others, as a result of which the stiffness and the stoichiometry of the mixture cloud 51 can be modeled.
  • FIG. 5B shows in the same view as FIG. 5A the switching position suitable for full-load operation.
  • the extensions 39 rest with their protruding projections 41 on the outer edge 43 of the cam disk 37.
  • the adjustment angle ⁇ or the swirl angle ⁇ v / are thereby increased, so that the fuel flowing through the swirl disk 36 is sprayed off with a swirl which results in an increase in the opening angle ⁇ of the mixture cloud 51.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments shown and z. B. also suitable for multi-hole fuel injection valves 1, fuel injection valves 1 with any actuators 10 or swirl disks 36 with a different number and orientation of swirl channels 33.

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfaßt einen Aktor (10), der mit einer Ventilnadel (3) in Wirkverbindung steht, wobei die Ventilnadel (3) an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (4) aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Ferner ist eine Drallscheibe (36) vorgesehen, in der Drallkanäle (38) ausgebildet sind. Die Drallscheibe (36) weist Fortsätze (39) auf, die mit einer Nockenscheibe (37) so zusammenwirken, daß eine Tangentialkomponente des durch die Drallscheibe (36) erzeugten Dralls veränderbar ist.

Description

Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Aus der DE 197 36 682 AI ist ein Brennstoffemspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff m den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten
Brennkraftmaschine bekannt, welches am stromabwärtigen Ende des Brennstoffemspritzventils einen Führungs- und Sitzbereich aufweist, der von drei scheibenförmigen Elementen gebildet wird. Dabei ist ein Drallelement zwischen einem Fύhrungselement und einem Ventilsitzelement eingebettet. Das Führungselement dient der Führung einer es durchragenden, axial beweglichen Ventilnadel, während ein Ventilschließabschnitt der Ventilnadel mit einer Ventilsitzflache des Ventilsitzelements zusammenwirkt. Das Drallelement weist einen inneren Offnungsbereich mit mehreren Drallkanälen auf, die nicht mit dem äußeren Umfang des Drallelements m Verbindung stehen. Der gesamte Öffnungsbereich erstreckt sich vollständig über die axiale Dicke des Drallelements.
Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffemspritzventil ist insbesondere der ~> festeingestellte Drallwinkel, der nicht den unterschiedlichen Betriebszustanden wie Teil- und
Vollastbetrieb einer Brennkraftmaschine angepaßt werden kann. Dadurch kann auch der Kegeloff nungswmkel α der eingespritzten Gemischwolke nicht an die verschiedenen Betriebszustande angepaßt werden, was zu Inhomogenitäten bei der Verbrennung, erhöhtem Brennstoffverbrauch sowie erhöhter Abgasemission fuhrt .
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoff emspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Drall abhängig vo Betriebszustand des Brennstoff emspritzventils einstellbar ist, wodurch ein dem Betriebszustand des
Brennstof fe sprmzventils angepaßtes Strahlbild erzeugt werden kann. Dadurch können die Gemischbildung sowie das Brennverf hren optimiert werden.
Von Vorteil ist insbesondere der einfache Aufbau der drallerzeugenden Komponenten, die gegenüber der herkömmlichen Drallaufbereitung lediglich um eine einfach herstellbare Nockenscheibe erweitert werden.
Durch die den Unteransprύchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstof f emspritzventils möglich.
Von Vorteil ist weiterhin, daß die Fortsätze, deren Vorsprünge mit der Nockenscheibe zusammenwirken, einstückig elastisch mit der Drallscheibe verbunden sind. Die Drallscheibe ist m einfacher Weise beispielsweise durch Ausstanzen aus einer Metallfolie herstellbar.
Vorteilhafterweise ist die Nockenscheibe so geformt, daß die Fortsätze der Drallscheibe stufenlos innerhalb eines wählbaren Winkelbereichs verstellbar sind. Dadurch können beliebige Drallwinkel eingestellt werden. Von Vorteil ist außerdem, daß die Nockenscheibe über die drehbar gelagerte Ventilnadel ist. Die Ventilnadeldrehung kann dabei durch ein einfaches Steuergerat oberhalb der Ventilgruppe angeregt werden.
Auch die einfache Montage sowie die Möglichkeit, weitestgehend serienmäßige Bauteile zu verwenden, sind von Vorteil .
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erf dungsgemaßen Brennstoffemspritzventils ,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch das abspritzseitige Ende des Fig. 1 dargestellten erfmdungsgemaßen Brennstoffemspritzventils im Bereich II m Fig. 1,
Fig. 3A-B schematische Darstellungen des durch das erfindungsgemäß ausgestaltete Brennstoffemspritzventil erzeugten Strahlwinkels unterschiedlichen Betriebszustanden des erfmdungsgemaßen Brennstoffemspritzventils ,
Fig. 4 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines ersten Ausfuhrungsbeispiels der drallerzeugenden Komponenten des erf dungsgemaßen Brennstoffemspritzventils , und
Fig. 5A-B eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines zweiten Ausfuhrungsbeispiels der drallerzeugenden Komponenten in verschiedenen Betriebs zustanden des erf dungsgemaßen
Brennstof f emspri t zvent i l s
Be schreibung der Aus fuhrungsbe i spiele
Bevor anhand der Figuren 2 bis 5 Ausfuhrungsbeispiele eines erfmdungsgemaßen Brennstoffemspritzventils 1 naher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig 1 das erfmdungsgemaße Brennstoffemspritzventil 1 einer Gesamtdarstellung bezüglich semer wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
Das Brennstoffemspritzventil 1 ist der Form eines Brennstoffemspritzventils für Brennstoffemspπtzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezundeten
Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das
Brennstoffemspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff m einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffemspritzventil 1 umfaßt einen Dusenkorper 2, m welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkorper 4 irkverbmdung, der mit einer auf einem Ventilsitzkorper 5 angeordneten Ventilsitzflache 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffemspritzventil 1 handelt es sich im Ausfuhrungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffemspritzventil 1, welches über eine Abspritzoffnung 7 verfugt Der Dusenkorper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist m einem Spulengehause 11 gekapselt und auf einen Spulentrager 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch einen Spalt 26 voneinander getrennt und stutzen sich auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zufuhrbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist vcn einer Kunststoffum antelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann
Die Ventilnadel 3 st einer Ventilnadelf hrung 14 gef hrt, welche scheibenförmig ausgeführt ist Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Emstellscheibe 15 An der anderen Seite der Emstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20 Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraf schlussig mit der Ventilnadel 3 m Verbindung, v/elche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist Auf dem ersten Flansch 21 stutzt sich eine Ruckstellfeder 23 ab, welche der vorliegenden Bauform des Brennstoffemspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird
Ein zweiter Flansch 31, v/elcher mit der Ventilnadel 3 über eine Schweißnaht 33 verbunden ist, dient als unterer Ankeranschlag Ein elastischer Zwischenring 32, welcher auf dem zweiten Flansch 31 aufliegt, vermeidet Prellen beim Schließen des Brennstoffemspritzventils 1.
Zulaufseitig des Dichtsitzes ist ein aus einer Fuhrungsscheibe 35, einer Drallscheibe 36 und einer Nockenscheibe 37 bestehendes Drallelement 34 angeordnet. Das Drallelement 34 sorgt für eine Drallaufbereitung des BrennstoffStrahls , die vom Betriebszustand des Brennstoffemspritzventils 1 abhangt Dabei erhalt der das Brennstoffemspritzventil 1 durchströmende Brennstoff im Teillastbetrieb einen geringeren Drall, wodurch ein Strahloffnungswmkel α klein gehalten wird, wahrend im Vollastbetrieb durch einen größeren Drall auch ein größerer Strahloffnungswmkel α erzielt werden kann Entsprechend kann das Gemisch fetter oder magerer gehalten werden, wodurch eine optimale Verbrennung erzielt werden kann Das Drallelement 34 sowie seine Funktionsweise ist den Figuren 2 bis 5 naher erläutert
In der Ventilnadelfuhrung 14, im Anker 20 und in der Fuhrungsscheibe 35 verlaufen Brennstoffkanale 30a bis 30c. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstof f zufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstof f emspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstof fleitung abgedichtet .
Im Ruhezustand des Brennstof f emspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkorper 4 ain Ventilsitz 6 dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Ruckstellfeder 23 m Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen m der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 m Wirkverbindung stehende Ventilschließkorper 4 hebt von der Ventilsitzf lache 6 ab, und der Brennstoff wird abgespritzt.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fallt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Ruckstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 Wirkverbmdung stehende Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkorper 4 auf der Ventilsitzflache 6 aufsetzt und das Brennstof f emspritzventil 1 geschlossen wird.
Fig. 2 zeigt m einer vergrößerten Ausschnittsdarstellung das abspr tzseit ge Ende des m Fig. 1 dargestellten erf mdungsgemaß ausgestalteten Brennstof f emspritzventils 1. Der Ausschnitt ist m Fig. 1 mit II bezeichnet. Gleiche Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen .
Das Drallelement 34, welches aus der Fuhrungsscheibe 35, der Drallscheibe 36 und der zwischen der Drallscheibe 36 und der Fuhrungsscheibe 35 angeordneten Nockenscheibe 37 besteht, wird von der drehbar gelagerten Ventilnadel 3 durchgriffen. Die Nockenscheibe 37 ist dabei in einer ablaufseitigen Ausnehmung 50 der Führungsscheibe 35 angeordnet und mit der Ventilnadel 3 kraft- und formschlüssig verbunden. Die Führungsscheibe 35 und die Drallscheibe 36 sind mittels einer Schweißnaht 49 miteinander sowie mit dem Ventilsitzkorper 5 verbunden.
Die Führungsscheibe 35 leitet durch den Brennstoffkanal 30c den zuströmenden Brennstoff zur Drallscheibe 36 weiter, welche über Drallkanäle 38 verfügt. Der Brennstoff wird dadurch so zugeleitet, daß er die Drallscheibe 36 von radial außen nach radial innen durchströmt, wobei er einen Drall erhält, der abhängig ist von einem Drallwinkel δ, auf den in der Beschreibung zu Fig. 4 näher eingegangen wird. Der Brennstoff strömt aus den Drallkanälen 38 zum Dichtsitz und wird über die Abspritzöffnung 7 in den nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Ein Öffnungswinkel α der in den Brennraum eingespritzten kegelförmigen Gemischwolke ist dabei abhängig vom Drall und damit vom Drallwinkel δ.
Fig. 3A und 3B zeigt in einer stark schematisierten Darstellung zwei Gemischwolken 51, die in unterschiedlichen Betriebszuständen des Brennstoffeinspritzventils 1 eine stöchiometrische Gemischverteilung und damit eine optimale Verbrennung gewährleisten.
Fig. 3A stellt dabei die Gemischwolke 51 dar, die vom Brennstoffeinspritzventil 1 unter Teillast eingespritzt werden muß. Dabei ist der Kegelöffnungswinkel α relativ klein, im vorliegenden Beispiel beträgt er 11°. Damit wird erreicht, daß unter Teillast die Gemischwolke 51 etwas fetter ist und somit nur ein Teil des Brennraums mit einem zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisches gefüllt ist, während der übrige Brennraum mit magerem Gemisch gefüllt ist. Im Gegensatz dazu stellt Fig. 3B eine Gemischwolke 51 dar, die für den Vollastbetrieb benötigt wird. Hierbei ist der Kegelöffnungswinkel α erheblich größer, im vorliegenden Beispiel betragt er ca. 48°. Durch diesen großen Of fnungswinkel wird der eingespritzte Brennstoff gleichmaßig im gesamten Brennraumvolumen verteilt, so daß unter Vollast der gesamte Inhalt des Brennraumes zur Verbrennung zur Verfugung steht .
Fig. 4 zeigt eine schematische Aufsicht auf die Drallscheibe 36 sowie einen schematischen Teilschnitt der Nockenscheibe 37 eines ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstof f emspritzventils 1. Die
Drallscheibe 36 ist dabei im Ganzen dargestellt, während die Nockenscheibe 37 zur leichteren Orientierung nur teilweise dargestellt ist.
Die Drallscheibe 36 besteht dabei aus einem Hauptkörper 48 sowie einer Anzahl von Fortsätzen 39, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit dem Hauptkörper 48 der Drallscheibe 36 einstückig, beispielsweise durch Ausstanzen, ausgebildet s nd. Die Anzahl der Fortsätze 39 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs.
In einem Minimalzustand, der dem Teillastzustand der Brennkraftmaschine entspricht, greifen nach oben gebogene Vorsprünge 41, die an den Enden 40 der Fortsätze 39 ausgebildet sind, m Einbuchtungen 42 der Nockenscheibe 37. Dadurch wird e n Anfangsdrallwinkel δo definiert, der zwischen 0° und 45° liegt und dem Brennstoff einen Drall mitteilt, welcher ausreichend ist, einen Öffnungswinkel α der den Brennraum eingespritzten Gemischwolke 51 gemäß Fig. 3A zu erzeugen.
Wird der Betriebszustand geändert, indem die
Brennkraftmaschine m den Vollast zustand übergeht, reicht, wie oben beschrieben, der kleine Of fnungswinkel α nicht mehr aus. Um den Of fnungswinkel zu vergrößern, muß auch der Drallwinkel δ vergrößert werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Nockenscheibe 37 in ihrer Position relativ zu den Fortsätzen 39 verdreht wird, wodurch die Fortsätze 39 radial um e.inen wählbaren Verstellwinkel ε nach radial außen gedrückt werden. Dadurch wird der Anfangsdrallwinkel δ0 um den Verstellwinkel ε vergrößert, wodurch die Kurve des Brennstoffs in der Drallscheibe 36 radial nach außen gerückt und somit der Öffnungswinkel vergrößert wird. Der Verstellwinkel ε beträgt vorzugsweise zwischen 0° und 30°. Der Drallwinkel δ bewegt sich somit in einem Winkelbereich zwischen 0° und 75°.
Die gestrichelt dargestellten Fortsätze 39a stellen die Maximalposition für den Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine dar. Die Nockenscheibe 37 wird dazu durch die drehbar gelagerte und durch ein nicht weiter dargestelltes Steuergerät ansteuerbare Ventilnadel 3 verdreht. Um eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen der Ventilnadel 3 und der Nockenscheibe 37 zu gewährleisten, v/eist die Ventilnadel 3 an mindestens einer Seite eine Abflachung 45 auf, die mit einer entsprechenden Struktur 45a der Nockenscheibe 37 zusammenwirkt . Bei Verdrehen der Ventilnadel 3 wird dadurch die Nockenscheibe 37 mitgenommen und so in ihrer Position gegenüber den Fortsätzen 39 verdreht.
Die Nockenscheibe 37 kann dabei nicht nur ein einfaches Sägezahn-Profil wie im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel aufweisen, sondern in vielfältiger Weise beispielsweise mit Stufen, kleineren und größeren Einbuchtungen 42 ausgeführt sein, um den Anforderungen an die eingespritzte Gemischwolke 51 in verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine gerecht werden zu könne .
Fig. 5A und 5B zeigen in teilweiser Aufsicht bzw. Schnittansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 in zwei verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine. In Fig. 5A ist die für den Teillastbetrieb geeignete Schaltstellung dargestellt Die Fortsatze 39, die im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel jeweils beidseitig der Drallkanale 38 ausgebildet sind, greifen mit ihren herausragenden Vorsprungen 41 m d e Einbuchtungen 42 der Nockenscheibe 37. Der Anfangsdrallwinkel δo sowie der Drallwinkel δ betragen dabei nahezu 0°, so daß der die Drallscheibe 36 durchströmenden Brennstoff nahezu drallfrei abgespritzt wird.
Die radiale Lange der Drallkanale 33 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel dabei unterschiedlich, wobei jeder zweite Drallkanal 38 etwas kurzer ist als die anderen, wodurch die Strahnigkeit und die Stochiometne der Gemischwolke 51 modelliert werden können.
Fig. 5B zeigt in der gleichen Ansicht wie Fig. 5A die für den Vollastbetrieb geeignete Schaltstellung. Die Fortsatze 39 liegen mit ihren herausragenden Vorsprungen 41 am Außenrand 43 der Nockenscheibe 37 an. Der Verstellwinkel ε bzw. der Drallwinkel δ v/erden dadurch vergrößert, so daß der durch die Drallscheibe 36 stromende Brennstoff mit einem Drall abgespritzt wird, der m einer Vergrößerung des Of fnungswmkels α der Gemischwolke 51 resultiert.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausfuhrungsbeispiele beschrankt und z. B. auch für Mehrloch- Brennstoffemspritzventile 1, Brennstoffe spritzventile 1 mit beliebigen Aktoren 10 oder Drallscheiben 36 mit einer unterschiedlichen Anzahl und Orientierung von Drallkanalen 33 geeignet.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffemspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff m einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Aktor (10), der mit einer Ventilnadel (3) m Wirkverbindung steht, wobei die Ventilnadel (3) an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkorper (4) aufweist, der mit einer Ventilsitzflache (6), die an einem Ventilsitzkorper (5) ausgebildet ist, zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einer Drallscheibe (36) , m der Drallkanale (38) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (36) Fortsatze (39) aufweist, die mit einer Nockenscheibe (37) so zusammenwirken, daß eine Tangentialkomponente des durch die Drallscheibe (36) erzeugten Dralls veränderbar ist.
2. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsatze (39) elastisch mit einem Hauptkorper (48) der Drallscheibe (36) verbunden sind.
3. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsatze (39) an ihren Enden (40) Vorsprunge (41) aufweisen .
4. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenscheibe (37) Einbuchtungen (42) an einem Außenrand 143) aufweist.
5. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprunge (41) der Fortsatze (39) m die Einbuchtungen (42) der Nockenscheibe (37) eingreifen.
6. Brennstoffemspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (3) die Nockenscheibe (37) durch eine Ausnehmung (44) der Nockenscheibe (37) durchgreift.
7. Brennstoffemspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (3) kraft- und formschlussig mit der Nockenscheibe (37) verbunden ist.
3. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (3) zur kraftschlussigen Verbindung mit der Nockenscheibe (37) an mindestens einer Seite eine Abflachung (45) aufweist.
9. Brennstoffemsprit ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (3) drehbar um eine Längsachse (46) der Ventilnadel (3) ist.
10. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenscheibe (37) durch eine Drehung der Ventilnadel (3) m verschiedene Positionen relativ zur Stellung der Fortsätze (39) bewegbar ist.
11. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprunge (41) an den Enden (40) der Fortsätze (39) m einer Minimalstellung im Teillastbetrieb des Brennstoffemspritzventils ( 1 ) in die Einbuchtungen (42) der Nockenscheibe (37) eingreifen.
12. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprύnge (41) an den Enden (40) der Fortsätze (39) m einer Maximalstellung im Vollastbetrieb des
Brennstoffemspritzventils (1) an dem Außenrand (43) der Nockenscheibe (37) anliegen.
13. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß e όffnungswinkel (α) einer m den Brennraum eingespritzten Gemischwolke der Minimalstellung kleiner ist als m der Maximalstellung.
14. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß em Verstellwinkel (ε) zwischen der Minimalstellung und der Maximalstellung der Fortsätze (39) zwischen 0° und 30° beträgt .
15. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze (39) der Minimalstellung einen Anfangsdrallwinkel (δo) mit einer Achse (47) der Drallkanäle (38) einschließen.
16. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangsdrallwinkel (δo) m der Minimalstellung zwischen 0° und 45° liegt.
17. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe des Anfangsdrallwinkels (δ0) und des Verstellwinkels (ε) einen Gesamtdrallwmkel (δ) ergibt und der Gesamtdrallwmkel (δ) m einem W kelbereich von 0° bis 75° liegt.
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