EP1450035A2

EP1450035A2 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: EP1450035A2
Application number: EP04010847A
Authority: EP
Inventors: Jörg HEYSE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2004-08-25
Also published as: EP1312794A1; DE50105211D1; EP1312794B1; EP1450035A3

Abstract

Verfahren zum Einstellen einer Zumeßmenge eines Einspritzventils durch: Einbringen einer vorbestimmten Anzahl von Drallkanälen (36) in die Drallscheibe (35), Messen einer Ist-Durchflußmenge durch die bereits eingebrachten Drallkanäle (36), Vergleich der gemessenen Ist- Durchflußmenge mit einer vorgegebenen Soll-Durchflußmenge, und Einbringen zumindest eines weiteren Drallkanals (36), solange die gemessene Ist-Durchflußmenge kleiner als die vorgegebene Soll-Durchflußmenge ist. <IMAGE>

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Brennstoffeinspritzventile, welche eine Scheibe zur Bestimmung einer Zumeßmenge als Bauteil besitzen, sind aus der DE 36 43 523 A1 bekannt. Sie besitzen eine Scheibe, in der Brennstoffkanäle eingebracht sind. Diese Brennstoffkanäle weisen eine Tangentialkomponente auf, die den Geschwindigkeitsvektor der Strömung mit einer Umfangskomponente versieht. Der durch den Gesamtquerschnitt der Brennstoffkanäle offene Strömungsquerschnitt wirkt begrenzend auf die Durchflußmenge. Die Drosselung der Strömung erzeugt einen Druckabfall an der Scheibe, die zur Ausbildung einer dichtenden Flächenpressung und zur Vermeidung von Nebenstromwegen, genutzt wird. Die Zumessung des Brennstoffs und gegebenenfalls die Ausbildung eines Dralls erfolgen stromaufwärts des Dichtsitzes.

Aus der DE 196 25 059 A1 ist ein weiteres Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die Zumessung der Brennstoffmenge ebenfalls stromaufwärts des Dichtsitzes erfolgt. Die Brennstoffkanäle, über die die Zumessung des Brennstoffs erfolgt, sind dabei so angeordnet, daß bei geöffnetem Ventil mehrere Strahlen direkt durch die Ventilabspritzöffnung treffen. Der in den Brennraum eingespritzte Brennstoff kann so gezielt in Strähnen abgegeben werden.

Ein aus der DE 36 24 477 A1 bekanntes Brennstoffeinspritzventil weist einen mit einem Sackloch versehenen Ventilschließkörper auf, in dessen Inneren der Brennstoff bis oberhalb der Ventilsitzfläche gelangt. Bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil tritt der Brennstoff durch radial angeordnete Strömungskanäle aus dem Ventilschließkörper aus, prallt auf die Ventilsitzfläche und tritt anschließend aus dem Brennstoffeinspritzventil aus.

Alle angegebenen Brennstoffeinspritzventile besitzen Brennstoffkanäle, über deren Querschnitt die Zumessung einer definierten Brennstoffmenge erfolgt. Die Brennstoffkanäle dienen teilweise gleichzeitig zur Erzeugung eines Dralls. Die Einhaltung enger Toleranzen beim Einbringen der Strömungskanäle ist daher für eine exakte Zumessung der einzuspritzenden Menge an Brennstoff von entscheidender Bedeutung. Nachteilig ist die dadurch bedingte kostenintensive Fertigung.

Ein weiterer Nachteil der angegebenen Brennstoffeinspritzventile ist die starke Reaktion auf eine Verschmutzung der Kanäle. Durch eine Änderung des Querschnitts in Folge verschmutzter Kanäle folgt eine Änderung der Zumeßmenge und bei drallbildenden Einspritzventilen zudem eine Änderung des Strahlwinkels.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Zumessung des Brennstoffs nicht über die Querschnittsfläche der Drallkanäle erfolgt. Bei der Herstellung der Drallscheibe können deshalb Verfahren eingesetzt werden, bei denen die Maßhaltigkeit des einzelnen Bohrungsdurchmessers gering ist. Solche Verfahren arbeiten in der Regel schnell und kostengünstig.

Ferner ergibt sich durch die Möglichkeit, die Zumeßmenge des Brennstoffeinspritzventils entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 9 und 12 einzustellen, eine geringere Anzahl an fehlerhaften Teilen. Fertigungstoleranzen führen bislang zu unterschiedlichen Zumeßmengen. Um die Ausschußqote gering zu halten, muß die Fertigung in jedem Bearbeitungsschritt, der Einfluß auf die Zumeßmenge hat, hochpräzise Bearbeitungsmethoden einsetzen. Die erfindungsgemäße Einstellbarkeit der Zumeßmenge erlaubt die Verwendung weniger maßhaltiger Fertigungsverfahren. Die effektive Durchflußmenge wird bei der Montage gemessen und eingestellt. Die Ausschußqote wird reduziert.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils und der in den Ansprüchen 9 und 12 angegebenen Einstellverfahren möglich.

Von Vorteil ist weiterhin, die geringe Änderung des Einspritzbildes sowohl hinsichtlich der Zumeßmenge als auch des Spritzwinkels über die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils. Schmutzpartikel, die sich im Brennstoff befinden, können zu einer Verstopfung einzelner Drallkanäle führen. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung kommt es dabei aufgrund der hohen Anzahl der Drallkanäle zu einer lediglich geringfügigen Änderung des Gesamtquerschnitts der Drallkanäle, der sich aus einer Vielzahl einzelner Drallkanäle zusammensetzt. Durch die Zumessung des Brennstoffs in der sich unmittelbar anschließenden Drallkammer erfolgt dabei keine Mengenänderung. Auch im weiteren Strömungsweg können sich keine Ablagerungen bilden. Bedingt durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs, die in der Drallkammer aufrechterhalten wird, werden Ablagerungen verhindert.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil;
Fig. 2: einen schematischen Schnitt im Ausschnitt II der Fig. 1 durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils mit Anlagefläche in axialer Richtung und
Fig. 3: einen schematischen Schnitt im Ausschnitt II der Fig. 1 durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ohne Anlagefläche in axialer Richtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bevor anhand der Figuren 2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele einer Drallscheibe mit anschließender Drallkammer eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 näher beschrieben werden, 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 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht in Wirkverbindung mit einem Ventilschließkörper 4, 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 elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über 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 ebenfalls 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.

In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und in der Drallscheibe 35 verlaufen Brennstoffkanäle 30a, 30b bzw. Drallkanäle 36 die den Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, zur Abspritzöffnung 7 in dem Ventilsitzkörper 5 leiten. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht dargestellte Verteilerleitung abgedichtet.

Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 über den ersten Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 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 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, und damit die Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der über die Brennstoffkanäle 30a, 30b bzw. Drallkanäle 36 zur Abspritzöffnung 7 gelangende Brennstoff wird abgespritzt.

Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf den ersten Flansch 21 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich die Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch setzt der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf, und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.

Die Zumessung des Brennstoffs erfolgt bei dem erfindungsgemäß ausgeführten Brennstoffeinspritzventil 1 durch eine Begrenzung der Strömung durch eine zu durchströmende Zylindermantelfläche in der Drallkammer 37, die sich im Anschluß an eine Drallscheibe 35, wie' in Fig.2 dargestellt, befindet.

Fig. 2 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel der Drallscheibe 35 mit anschließender Drallkammer 37 eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1.

Die Drallscheibe 35 ist scheibenförmig und ist in einer zylinderförmigen Ausnehmung 40 des Ventilsitzkörpers 5 fixiert. Zur Befestigung kann die Drallscheibe 35 beispielsweise in den Ventilsitzkörper 5 eingepreßt sein. In axialer Richtung verbleibt zwischen Ventilsitzkörper 5 und Drallscheibe 35 ein Spalt der Höhe h. Die Drallscheibe 35 besitzt eine zentrale Bohrung 38 zur Führung des Ventilschließkörpers 4. Die Bohrung 38 ist gegenüber dem Durchmesser des Ventilschließkörpers 4 so toleriert, daß ein sich zwischen Ventilschließkörper 4 und Drallscheibe 35 als Nebenstromweg für den Brennstoff ausbildender Spalt verhindert wird.

Zur Strömungsführung sind in die Drallscheibe 35 eine Vielzahl von Drallkanälen 36 eingebracht, deren Mittelachse 41 sich in gleichen oder unterschiedlichen Winkeln gegenüber der Mittelachse 42 des Brennstoffeinspritzventils 1 neigen können. Bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil strömt durch die Drallkanäle 36 der Brennstoff in die Drallkammer 37. Dort erhält er aufgrund einer Tangentialkomponente der Drallkanäle 36 eine Umfangsgeschwindigkeit. Der so ausgebildete Drall des Brennstoffs führt zum Abspritzen des Brennstoffs auf einem Kegelmantel, dessen Öffnungswinkel von der Ausbildung des Dralls in der Drallkammer 37 abhängt.

Die Drallkammer 37 ist zylindrisch ausgebildet und wird in der Höhe h durch den Ventilsitzkörper 5 und die Drallscheibe 35 begrenzt. Die zur Zumessung des Brennstoffs relevante Drosselstelle wird durch eine Zylindermantelfläche, die vorzugsweise wenigstens um einen Faktor von 1,5 kleiner ist als die Summe der Querschnittsflächen der Drallkanäle 36, gebildet. Ihre Fläche F ergibt sich aus der Höhe h der Drallkammer 37 und dem Radius r des Ventilschließkörpers zu F=2*π*r*h.

Der Durchmesser der Drallkanäle 36 ist kleiner, als der Durchmesser von Schmutzpartikeln, die sich im Brennstoff befinden. Die Drallscheibe 35 ergänzt somit die Funktion des Filters 25.

Die Höhe h der Drallkammer 37 ist durch einen Anschlag 39 fest vorgegeben. Die Drallscheibe 35 wird so weit in den Ventilsitzkörper 5 eingebracht, bis sie an dem Anschlag 39 anliegt. Der Anschlag 39 kann in Form eines in die zylindrische Ausnehmung 40 des Ventilsitzkörpers 5 hineinragenden ringförmigen Absatzes gestaltet sein.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung wird dagegen auf einen Anschlag 39 verzichtet. Die Drallscheibe 35 kann in axialer Richtung innerhalb der zylindrischen Ausnehmung im Ventilsitzkörper 5 beliebig positioniert und dort fixiert werden, z.B. durch eine Preßverbindung mit dem Ventilsitzkörper 5.

Bei einer ersten Alternative eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Einstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 findet die begrenzende Drosselung des Brennstoffstromes durch den Gesamtquerschnitt der eingebrachten Drallkanäle 36 statt. Die Einbringung der Drallkanäle 36 erfolgt dazu in mehreren Schritten. Zunächst wird eine bestimmte Anzahl von Drallkanälen 36 in die Drallscheibe 35 eingebracht. Ihr rechnerischer Gesamtquerschnitt ist dabei so bemessen, daß er kleiner als der für die Drosselstelle erforderliche ist. Die exakte Einhaltung der einzelnen Durchmesser spielt dabei eine geringe Rolle. Nach Einbringen der Drallkanäle 36 wird die Drallscheibe 35 einseitig mit Druck beaufschlagt und z.B. durch Messung eines Druckabfalls an der Drallscheibe 35 eine Ist-Durchflußmenge emittelt. Um die Bildung von Rückständen während der Herstellung der Drallscheibe zu vermeiden, kann die Messung des Durchflusses z.B. pneumatisch erfolgen. Liegt die Ist-Durchflußmenge unterhalb einer vorgegebenen Soll-Durchflußmenge, so wird mindestens ein weiterer Drallkanal 36 eingebracht. Die Einbringung der Drallkanäle kann z.B. durch Bohren mittels Laser erfolgen.

Bei einer zweiten Alternative eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen des Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt die Einstellung der begrenzenden Drosselstelle durch Positionieren der Drallscheibe 35 im Ventilsitzkörper 5. Die Drallscheibe 35 wird bis zu einer vorbestimmten Position in den Ventilsitzkörper eingebracht. Die Ist-Durchflußmenge durch die Drallkammer 37 wird gemessen. Bei Abweichung der Ist-Durchflußmenge von einer vorgegebenen Soll-Durchflußmenge wird die axiale Position der Drallscheibe 35 in dem Ventilsitzkörper 5 so geändert, daß die Höhe der Drallkammer 37 bei Überschreiten der Soll-Durchflußmenge verringert, bei Unterschreiten vergrößert wird. Die Messung der Ist-Durchflußmenge und Änderung der Position der Drallscheibe 35 werden solange wiederholt, bis die Soll-Durchflußmenge im wesentlichen erreicht ist. Die Messung der Ist-Durchflußmenge kann zur Vermeidung von Rückständen z.B. pneumatisch erfolgen. Um eine Verringerung der Anzahl an Einstellzyklen zu erreichen, kann um die Soll-Durchflußmenge ein Toleranzbereich angegeben werden, bei dessen Erreichen die Positionierung beendet wird.

Claims

Verfahren zum Einstellen einer Zumeßmenge eines einzuspritzenden Brennstoffs eines Brennstoffeinspritzventils (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Ventilsitzkörper (5), der eine Ventilsitzfläche (6) aufweist, die mit einem Ventilschließkörper (4) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, einer Drallscheibe (35), die Drallkanäle (36) mit Tangentialkomponente aufweist, stromaufwärts der Ventilsitzfläche (6) des Ventilsitzkörpers (5) angeordnet ist und die Zumeßmenge bestimmt, und einer zwischen der Drallscheibe (35) und dem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Drallkammer (37), mit folgenden Verfahrensschritten:

Einbringen einer vorbestimmten Anzahl von Drallkanälen (36) in die Drallscheibe (35),

Messen einer Ist-Durchflußmenge durch die bereits eingebrachten Drallkanäle (36),

Vergleich der gemessenen Ist- Durchflußmenge mit einer vorgegebenen Soll-Durchflußmenge, und

Einbringen zumindest eines weiteren Drallkanals (36), solange die gemessene Ist-Durchflußmenge kleiner als die vorgegebene Soll-Durchflußmenge ist.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (36) unter Verwendung eines Lasers eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Durchflußmenge pneumatisch erfolgt.