EP1346149A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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Publication number
EP1346149A1
EP1346149A1 EP01995613A EP01995613A EP1346149A1 EP 1346149 A1 EP1346149 A1 EP 1346149A1 EP 01995613 A EP01995613 A EP 01995613A EP 01995613 A EP01995613 A EP 01995613A EP 1346149 A1 EP1346149 A1 EP 1346149A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel injection
swirl
injection valve
fuel
stamp element
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Withdrawn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
EP01995613A
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 EP1346149A1 publication Critical patent/EP1346149A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size

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 into 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 injector known from the abovementioned publication is in particular that Fixed swirl angle that cannot be adapted to the different operating conditions such as partial and full load operation of an internal combustion engine. As a result, the cone opening angle ⁇ of the injected mixture cloud cannot be adapted to the various operating states, which leads to inhomogeneities in combustion, increased fuel consumption and increased exhaust gas emissions.
  • the fuel injector 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 internal combustion engine, whereby a spray pattern adapted to the operating state of the internal combustion engine can be generated. This enables the mixture formation and the combustion process to be optimized.
  • the measures listed in the subclaims allow advantageous developments and improvements of the fuel injection valve specified in the main claim. Furthermore, the funnel-shaped recessed shape of the valve seat body, which enables an elastic deformation of the swirl disk and thus the adjustment of the swirl, is easy to produce.
  • the outlet-side end of the stamp element advantageously has a radial bevel, the inclination of which corresponds to that of the funnel-shaped valve seat body, since the swirl disk deforms uniformly and inhomogeneities are avoided.
  • Another advantage is the possibility of switching the plunger element into the position appropriate to the current operating state of the fuel injector, regardless of the stroke of the valve needle.
  • FIG. 1 shows an axial section through a first embodiment of a fuel injector according to the invention
  • 3A-3B is a schematic representation of the beam angle ⁇ of a mixture cloud injected into the combustion chamber for various operating states of a fuel injection valve
  • Fig. 4 is a schematic view of an embodiment of the swirl plate of the fuel injector according to the invention
  • 5A-5B is a schematic representation of the mode of operation of the fuel injector according to the invention in area V in FIG. 2.
  • the fuel injection valve 1 is in the form of a fuel injection valve for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited
  • the fuel injection valve 1 is particularly suitable for injecting fuel directly 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 operatively 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.
  • fuel injector 1 is an inward opening fuel injector 1, which has at least one 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 solenoid 10 is a Line 19 is excited by an electrical current that can be supplied via an electrical plug contact 17.
  • the plug contact 17 is surrounded by a plastic sheath 18, which can be molded onto the inner pole 13.
  • valve needle 3 is guided in a valve needle guide 14, which is _ disc-shaped.
  • a paired adjusting disc 15 is used for stroke adjustment.
  • An armature 20 is located on the other side of the adjusting disc 15.
  • a restoring spring 23 is supported on the first flange 21, which in the present design of the fuel injector 1 is preloaded by a sleeve 24.
  • a swirl disk 34 which has at least one swirl channel 35, is arranged on the inlet side of the sealing seat.
  • the swirl disk 34 together with a stamp element 36, which is sleeve-shaped in the exemplary embodiment, ensures a swirl preparation of the fuel jet, which depends on the operating state of the fuel injection valve 1.
  • the stamp element 36 is of hollow-cylindrical design and is attached to the valve needle 3.
  • a control device not shown, and an actuator, also not shown, which, for. B.
  • the swirl disk 34 can be elastically deformed during the operation of the fuel injector 1, so that a bypass channel 37 (bypass) is closed and thus the a swirl can be given to the fuel flowing through the swirl disk 34.
  • 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 ⁇ of a mixture cloud injected into the combustion chamber of the internal combustion engine, not shown, is kept smaller, while in full-load operation, a larger jet opening angle ⁇ is also achieved by a larger swirl. Accordingly, the mixture can be kept richer or lean, which means that optimal combustion can be achieved.
  • the swirl disk 34 and the stamp element are shown in more detail in FIGS. 2 and 4, while the functioning of the components is explained in FIGS. 5A and 5B.
  • Fuel channels 30a to 30c run in the valve needle guide 14, in the armature 20 and in a guide disk 42.
  • the fuel is supplied via a central fuel supply 16 and filtered by a filter element 25.
  • the fuel injector 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 in such a way that the valve closing body 4 is held in sealing contact with the valve seat 6.
  • the magnetic coil 10 When the magnetic coil 10 is excited, it builds up a magnetic field which moves the armature 20 against the spring force of the return spring 23 in the stroke direction, the stroke being predetermined by a working gap 27 which is in the rest position between the inner pole 12 and the armature 20.
  • the armature 20 also carries the flange 21, which is welded to the valve needle 3, in the lifting direction.
  • the valve closing body 4, which is operatively connected to the valve needle 3, lifts off the valve seat surface 6 and the fuel is sprayed off.
  • the stamp element 36 can be controlled independently of the stroke of the valve needle 3 and into the respective one Operating position appropriate axial position are shifted.
  • 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 operatively connected to the valve needle 3 m, moves against the stroke direction.
  • the valve needle 3 is thereby moved m in the same direction, whereby the valve closing body 4 touches the valve seat surface 6 and the fuel injector 1 is closed.
  • FIG. 2 shows a partial, schematic, axial sectional view of the fuel injector 1 designed according to the invention in area II in FIG. 1. Elements already described are provided with the same reference numerals in all figures.
  • the fuel injector 1 designed according to the invention has, in addition to the plunger element 36, a funnel-shaped depression 43 on an inlet-side end face 39 of the valve seat body 5.
  • the em countersink 43 extends from the radially outside to the radially inside, so that the valve seat surface 6 closes the em countersink 43 to the spraying opening 7.
  • the stamp element 36 has a bevel 44 at an abstromseit gene end 40 e, the inclination of which corresponds to the inclination of the funnel-shaped depression 43.
  • the stamp element is 36 m in a switching position, which has no effect on the swirl disk 34 takes place, so it is not elastically deformed.
  • a bypass channel 37 is thereby opened, which enables the fuel to flow through the swirl disk 34 from the radially outside to the radially inside without swirl absorption.
  • This is made possible by the funnel-shaped countersink 43 m of the inlet-side end face 39 of the valve seat body 5, since this creates a gap 45 between the swirl disk 34 and the valve seat body 5.
  • the tangential component of the fuel flow is therefore very small, so that the beam expansion of the mixture cloud injected into the combustion chamber is small, the jet opening angle ⁇ remains small and the mixture cloud has a high penetration capacity.
  • 3A and 3B illustrate the requirements for the mixture cloud injected into the combustion chamber for two different operating states, the partial and full-load range, of a fuel injector 1, the mixture cloud as desired.
  • a mixture-compressing, externally ignited internal combustion engine places different demands on the shape, the stoichiometry and the penetration capacity of the mixture cloud injected into the combustion chamber than in the part-load operation.
  • the mixture cloud in part-load operation, should have a relatively small opening angle ⁇ , a large penetration capacity, a narrow core area due to the small opening angle ⁇ with a richer mixture and a very lean envelope, while in the full-load area an in Fig. 3B shown large opening angle ⁇ and thus an almost homogeneous filling of the cylinder with an ignitable mixture is required.
  • the modeling of the mixture cloud parameters can be made possible by influencing the swirl using the measures described herein. If the fuel emerges from the spray opening 7 with a small swirl, a mixture cloud with a small opening angle ⁇ is injected while a strong one Twist creates a large beam expansion and thus a mixture cloud with a large opening angle ⁇ . The strength of the swirl can be adjusted by the axial position of the stamp element 36.
  • FIG 4 shows a schematic view of an embodiment of the swirl disk 34 of the fuel injector 1 according to the invention.
  • the shape of the swirl disk 34 shown in FIG. 4 has six swirl channels 35 which are arranged in a star shape at equal intervals.
  • the swirl channels 35 have widenings 47 at radially outer ends 46.
  • the valve needle 3 passes through the swirl disk 34, whereby a swirl chamber 48 is formed between the valve needle 3 and the swirl disk 34, into which the swirl channels 35 open.
  • the widenings 47 are designed and arranged such that the fuel flowing through the fuel channel 30c enters the gap 45 between the valve seat body 5 and the swirl disk 34 without swirl absorption and thus uses the bypass channel 37 instead of the swirl channels 35. As a result, the fuel can be sprayed off without a tangential component, as a result of which the jet has the required high penetration capacity.
  • 5A and 5B show an excerpted sectional view in the area V in FIG. 2 schematically showing the functioning of the stamp element 36 for swirl processing.
  • FIG. 5A shows the position of the stamp element 36 already explained in FIG. 2, in which there is no influence on the swirl disk 34 and therefore no swirling of the fuel. 5A, the correspondence of the inclination of the wedge-shaped bevel 44 of the downstream end 40 of the stamp element 36 with the funnel-shaped depression 43 of the inlet-side end face 39 of the valve seat body 5 can be seen. If the fuel injection valve 1 is opened by actuating the actuator 10 and lifting the valve needle 3 from the valve seat surface 6, fuel flows through the fuel channel 30c to the swirl disk 34.
  • FIG. 5B shows the fuel injection valve 1 according to the invention also in the open state.
  • the stamp element 36 is displaced in the downstream direction in comparison to FIG. 5A and prints on the swirl disk 34
  • Swirl disk 34 is elastically deformed uniformly by the stamp element 36 and printed on the valve seat body 5, as a result of which the bypass channel 37 or the gap 45 is closed and the fuel flows through the swirl channels 35.
  • 5B also represented by an arrow.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment shown and can be used in particular with fuel injection valves 1 with piezoelectric or agnetostrictive actuators 27 and with any design variants of fuel injection valves 1.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, umfaßt einen Aktor (27), eine durch den Aktor (27) betätigbare Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und eine Drallvorrichtung (34), die zumindest einen Drallkanal (35) aufweist, der von Brennstoff mit einer Tangentialkomponente bezüglich einer Längsachse (38) des Brennstoffeinspritzventils (1) durchströmt wird. Die axiale Stellung eines Stempelelements (36) bestimmt einen Querschnitt von zumindest einem Umgehungskanal (37), der den zumindest einen Drallkanal (35) ohne Tangentialkomponente umgeht.

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 Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten
Brennkraftmaschine bekannt, welches am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils einen Führungs- und Sitzbereich aufweist, der von drei scheibenförmigen Elementen gebildet wird. Dabei ist ein Drallelement zwischen einem Führungselement und einem Ventilsitzelement eingebettet. Das Führungselement dient der Führung einer es durchragenden, axial beweglichen Ventilnadel, während ein Ventilschließabschnitt der Ventilnadel mit einer Ventilsitzfläche des Ventilsitzelements zusammenwirkt. Das Drallelement weist einen inneren Öffnungsbereich mit mehreren Drallkanälen auf, die nicht mit dem äußeren Umfang des Drallelements in Verbindung stehen. Der gesamte Öffnungsbereich erstreckt sich vollständig über die axiale Dicke des Drallelements.
Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere der festeingestellte Drallwinkel, der nicht den unterschiedlichen Betπebszuständen wie Teil- und Vollastbetrieb einer Brennkraf maschine angepaßt werden kann. Dadurch kann auch der Kegelöffnungswinkel α der eingespritzten Gemischwolke nicht an die verschiedenen Betriebszustände angepaßt werden, was zu Inhomogenitäten bei der Verbrennung, erhöhtem Brennstoffverbrauch sowie erhöhter Abgasemission führt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Drall abhängig vom Betriebszustand der Brennkraf maschine einstellbar ist, wodurch ein dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepaßtes Strahlbild erzeugt werden kann. Dadurch können die Gemischbildung sowie das Brennverfahren optimiert werden.
Von Vorteil ist insbesondere der einfache Aufbau der drallerzeugenden Komponenten, die gegenüber der herkömmlichen Drallaufbereitung lediglich um ein einfach herstellbares Stempelelement, das auf die Ventilnadel aufschiebbar ist, erweitert werden. Die Betätigung des Stempelelements kann dabei z. B. piezoelektrisch, elektromagnetisch oder hydraulisch durch eine geeignete Steuereinheit erfolgen.
Von Vorteil ist auch, daß die Drallscheibe der konventionellen Drallaufbereitung unverändert übernommen werden kann.
Durch die in den Unteranspruchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstof emspritzventils möglich. Weiterhin ist die trichterförmig eingesenkte Form des Ventilsitzkörpers, die eine elastische Verformung der Drallscheibe und damit die Einstellung des Dralls ermöglicht, einfach herstellbar.
Vorteilhafterweise weist das ablaufseitige Ende des Stempelelements eine radiale Abschrägung auf, deren Neigung derjenigen des trichterförmigen Ventilsitzkörpers entspricht, da durch die Drallscheibe gleichmäßig verformt wird und Inhomogenitäten vermieden werden.
Von Vorteil ist außerdem die Möglichkeit, das Stempelelement unabhängig vom Hub der Ventilnadel in die dem aktuellen Betriebszustand des Brennstoffeinspritzventils angemessene Stellung zu schalten.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil im Bereich II in Fig. 1,
Fig. 3A-3B eine schematische Darstellung des Strahlwinkels α einer in den Brennraum eingespritzten Gemischwolke für verschiedene Betriebszustände eines Brennstoffeinspri zventils,
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Drallscheibe des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils, und Fig. 5A-5B eine schematische Darstellung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich V in Fig. 2.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bevor anhand der Figuren 2 bis 5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 näher beschrieben wird, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 in einer Gesamtdarstellung bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten
Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt einen Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über mindestens eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 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 stützen sich auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche _ scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
Ein zweiter Flansch 31, welcher 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 Brennstoffeinspritzventils 1.
Zulaufseitig des Dichtsitzes ist eine Drallscheibe 34 angeordnet, welche mindestens einen Drallkanal 35 aufweist. Die Drallscheibe 34 sorgt gemeinsam mit einem im Ausführungsbeispiel hülsenförmigen Stempelelement 36 für eine Drallaufbereitung des Brennsto fStrahls, welche vom Betriebszustand des Brennstoffeinspritzventils 1 abhängt. Das Stempelelement 36 ist im Ausführungsbeispiel hohlzylindrisch ausgebildet und auf die Ventilnadel 3 aufgesteckt. Über ein nicht dargestelltes Steuergerät sowie eine ebenfalls nicht weiter dargestellte Betätigungseinrichtung, die z. B. elektromagnetisch, hydraulisch oder piezoelektrisch auf die Stempelhülse 36 einwirkt, kann die Drallscheibe 34 während des Betriebs des Brennstoffeinspritzventils 1 elastisch verformt werden, so daß ein Umgehungskanal 37 (Bypass) geschlossen und damit dem die Drallscheibe 34 durchströmenden Brennstoff ein Drall erteilt werden kann.
Dadurch erhält der das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmende Brennstoff im Teillastbetrieb einen geringeren Drall, wodurch ein Strahlöffnungswinkel α einer in den nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzten Gemischwolke kleiner gehalten wird, während im Vollastbetrieb durch einen größeren Drall auch ein größerer Strahlöffnungswinkel α erzielt wird. Entsprechend kann das Gemisch fetter oder magerer gehalten werden, wodurch eine optimale Verbrennung erzielt werden kann. Die Drallscheibe 34 und das Stempelelement sind in den Fig. 2 und 4 näher dargestellt, während die Funktionsweise der Bauteile in den Fig. 5A und 5B erläutert ist.
In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und in einer Führungsscheibe 42 verlaufen Brennstoffkanäle 30a bis 30c. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet .
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in 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 in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der Brennstoff wird abgespritzt. Das Stempelelement 36 kann dabei unabhängig vom Hub der Ventilnadel 3 angesteuert und in die dem jeweiligen Betriebszustand angemessene axiale Position verschoben werden .
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fallt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 m Wirkverbindung stehende Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch m die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkorper 4 auf der Ventilsitzfl che 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
Fig. 2 zeigt m einer auszugsweisen, schematischen axialen Schnittdarstellung das erfmdungsgemaß ausgestaltete Brennstoffeinspritzventil 1 im Bereich II in Fig. 1. Bereits beschriebene Elemente sind in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Um die oben erwähnte Einstellung des Dralls zu realisieren, weist das erfmdungsgemaß ausgestaltete Brennstoffeinspritzventil 1 neben dem Stempelelement 36 eine trichterförmige Emsenkung 43 einer zulaufseitigen Stirnseite 39 des Ventilsitzkorpers 5 auf. Dabei verlauft d e Emsenkung 43 von radial außen nach radial innen, so daß die Ventilsitzflache 6 die Emsenkung 43 zur Abspritzoff ung 7 abschließt.
Das Stempelelement 36 weist an einem abstromseit gen Ende 40 e ne Abschragung 44 auf, deren Neigung der Neigung der trichterförmigen Emsenkung 43 entspricht.
Strömt in geöffnetem Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 Brennstoff durch den in der Fuhrungsscheibe 42 ausgebildeten Brennstoffkanal 30c, erhalt der Brennstoff je nach der Position des Stempelelements 36 einen mehr oder weniger starken Drall.
In Fig. 2 befindet sich das Stempelelement 36 m einer Schaltstellung, der keine Einwirkung auf d e Drallscheibe 34 erfolgt, diese also nicht elastisch verformt wird. Dadurch ist ein Umgehungskanal 37 geöffnet, der es dem Brennstoff ermöglicht, die Drallscheibe 34 ohne Drallaufnahme von radial außen nach radial innen zu durchströmen. Dies wird durch die trichterförmige Emsenkung 43 m der Zulaufseitigen Stirnseite 39 des Ventilsitzkorpers 5 ermöglicht, da dadurch ein Spalt 45 zwischen der Drallscheibe 34 und dem Ventilsitzkorper 5 entsteht. Die Tangentialkomponente der BrennstoffStrömung ist somit sehr klein, wodurch die Strahlaufweitung der m den Brennraum eingespritzten Gemischwolke gering ist, der Strahloffnungswmkel α klein bleibt und die Gemischwolke ein hohes Penetrationsvermogen aufweist.
Fig. 3A und 3B stellen zur Erläuterung der Anforderungen an die in den Brennraum eingespritzte Gemischwolke für zwei verschiedene Betriebszustande, den Teil- und den Vollastbereich, eines Brennstoffeinspritzventils 1 jeweils die wunschgemäß geformte Gemischwolke dar.
Eine gemischverdichtende, fremdgezundete Brennkraftmaschine stellt im Teillastbetrieb andere Anforderungen an die Form, die Stochiometπe und das Penetrationsvermogen der den Brennraum eingespritzten Gemischwolke als im. Vollastbetrieb. Im Teillastbetrieb sollte die Gemischwolke, wie m Fig. 3A dargestellt, einen relativ kleinen Offnungswmkel α, ein großes Penetrationsvermogen, einen durch den kleinen Offnungswmkel α bedingten schmalen Kernbereich mit fetterem Gemisch und eine sehr magere Hülle besitzen, wahrend im Vollastbereich ein in Fig. 3B dargestellter großer Offnungswmkel α und damit eine nahezu homogene Füllung des Zylinders mit zundfahigem Gemisch erforderlich ist.
Die Modellierung der Parameter der Gemischwolke kann durch die vorliegend beschriebenen erfmdungsge aßen Maßnahmen durch eine Beeinflussung des Dralls ermöglicht werden. Tritt nämlich der Brennstoff unter geringem Drall aus der Abspritzoffnung 7 aus, wird eine Gemischwolke mit einem kleinen Offnungswmkel α eingespritzt, wahrend ein starker Drall eine große Strahlaufweitung und somit eine Gemischwolke mit großem Offnungswinkel α erzeugt. Die Stärke des Dralls ist dabei durch die axiale Position des Stempelelements 36 einstellbar.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel der Drallscheibe 34 des erfindungsgemaßen Brennstoffeinspritzventils 1.
Die in Fig. 4 dargestellte Form der Drallscheibe 34 weist sechs Drallkanäle 35 auf, die sternförmig in gleichen Abständen angeordnet sind. Die Drallkanale 35 weisen an radial äußeren Enden 46 Aufweitungen 47 auf. Die Ventilnadel 3 durchgreift die Drallscheibe 34, wodurch zwischen der Ventilnadel 3 und der Drallscheibe 34 eine Drallkammer 48 entsteht, in die die Drallkanale 35 einmünden.
Die Aufweitungen 47 sind dabei so ausgeführt und angeordnet, daß der durch den Brennstoffkanal 30c stromende Brennstoff ohne Drallaufnahme in den Spalt 45 zwischen dem Ventilsitzkorper 5 und der Drallscheibe 34 eintritt und somit statt der Drallkanale 35 den Umgehungskanal 37 nutzt. Dadurch kann der Brennstoff ohne eine tangentiale Komponente abgespritzt werden, wodurch der Strahl das geforderte hohe Penetrationsvermogen aufweist.
Fig. 5A und 5B zeigen in einer auszugsweisen Schnittdarstellung im Bereich V in Fig. 2 schematisch die Funktionsweise des Stempelelements 36 zur Drallaufbereitung.
Fig. 5A zeigt dabei die bereits in Fig. 2 erläuterte Stellung des Stempelelements 36, in welcher keine Einflußnahme auf die Drallscheibe 34 und somit keine Verdrallung des Brennstoffs erfolgt. Insbesondere ist in Fig. 5A die Übereinstimmung der Neigung der keilförmigen Abschragung 44 des abstromseitigen Endes 40 des Stempelelements 36 mit der trichterförmigen Einsenkung 43 der zulaufseitigen Stirnseite 39 des Ventilsitzkörpers 5 erkennbar. Wird das Brennstoffeinspritzventil 1 durch Betätigung des Aktors 10 und das Abheben der Ventilnadel 3 von der Ventilsitzflache 6 geöffnet, strömt Brennstoff durch den Brennstoffkanal 30c zur Drallscheibe 34. Diese ist bei nicht betätigtem Stempelelement 36 durch den Spalt 45 vom Ventilsitzkorper 5 getrennt, wodurch der Brennstoff die der Drallscheibe 34 ausgebildeten Drallkanale 35 umgehen und über die radial äußeren Aufweitungen 47 der Drallkanale 35 und durch den Spalt 45 bzw. den so gebildeten Umgehungskanal 37 unverdrallt zum Dichtsitz strömen kann. Die Strömung ist in Fig. 5A durch einen Pfeil gekennzeichnet.
Fig. 5B zeigt das erfindungsgemaße Brennstoffeinspritzventil 1 ebenfalls in geöffnetem Zustand. Das Stempelelement 36 ist im Vergleich zu Fig. 5A in Abstromrichtung verschoben und druckt auf die Drallscheibe 34. Durch die übereinstimmende
Neigung der Abschragung 44 und der Emsenkung 43 wird die
Drallscheibe 34 durch das Stempelelement 36 gleichmaßig elastisch verformt und an den Ventilsitzkorper 5 gedruckt, wodurch der Umgehungskanal 37 bzw. der Spalt 45 geschlossen wird und der Brennstoff durch die Drallkanale 35 strömt.
Dadurch erhalt die Strömung eine Komponente in tangent aler
Richtung, wodurch nach dem Dichtsitz verdrallter Brennstoff aus der Abspritzoffnung 7 abgespritzt wird. Dies ist in Fig.
5B ebenfalls durch einen Pfeil dargestellt.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausfuhrungsbeispiel beschrankt und insbesondere bei Brennstoffeinspritzventilen 1 mit piezoelektrischen oder agnetostriktiven Aktoren 27 und bei beliebigen Konstruktionsvarianten von Brennstoffemspritzventilen 1 anwendbar.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1) für
Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem Aktor (10), einer durch den Aktor (10) betätigbaren
Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers
(4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und einer Drallscheibe (34), die zumindest einen Drallkanal (35) aufweist, der von Brennstoff mit einer Tangentialkomponente bezüglich einer Längsachse (38) des Brennstoffeinspritzventils (1) durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (34) durch Einwirkung eines Stempelelements (36) axial elastisch verformbar ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Stellung des Stempelelements (36) einen Querschnitt eines Umgehungskanals (37) bestimmt, der den zumindest einen Drallkanal (35) ohne Tangentialkomponente umgeht .
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stempelelement (36) hohlzylindrisch geformt und auf die Ventilnadel (3) aufschiebbar ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zulaufseitige Stirnseite (39) eines Ventilsitzkorpers (5) eine trichterförmige Einsenkung (43) aufweist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Dichtsitz den tiefsten Punkt der trichterförmigen Einsenkung (43) der Stirnseite (39) des Ventilsitzkorpers (5) bildet.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stempelelement (36) an einem abspritzseitigen Ende (40) eine keilförmig Abschragung (44) aufweist.
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die keilförmige Abschragung (44) des ablaufseitigen Endes (40) des Stempelelements (36) die gleiche Neigung aufweist wie die trichterförmige Einsenkung (43) der zulaufseitigen Stirnseite (39) des Ventilsitzkorpers (5) .
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (34) zwischen der keilförmigen Abschragung (44) des Stempelelements (36) und der trichterförmigen Einsenkung (43) der Stirnseite (39) des Ventilsitzkorpers (5) angeordnet ist und bei Einwirkung des Stempelelements (36) trichterförmig verformt wird.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (34) an einem radial äußeren Rand (41) zwischen dem Ventilsitzkorper (5) und einer Fuhrungsscheibe (42) eingespannt ist.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drall des das Brennstoffeinspritzventil (1) durchströmenden Brennstoffs durch eine axiale Verschiebung des Stempelelements (36) in Abströmrichtung verstärkt und durch eine axiale Verschiebung des Stempelelements (36) entgegen der Abströmrichtung abgeschwächt wird.
11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Stempelelement (36) unabhängig von einem Hub der Ventilnadel (3) in ihrer axialen Position einstellbar ist.
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