EP1496245A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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Publication number
EP1496245A1
EP1496245A1 EP04014325A EP04014325A EP1496245A1 EP 1496245 A1 EP1496245 A1 EP 1496245A1 EP 04014325 A EP04014325 A EP 04014325A EP 04014325 A EP04014325 A EP 04014325A EP 1496245 A1 EP1496245 A1 EP 1496245A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel injection
injection valve
valve according
curvature
radii
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Withdrawn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
EP04014325A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guido Pilgram
Detlef Nowak
Bruno Seidner
Marco Vorbach
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 EP1496245A1 publication Critical patent/EP1496245A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1873—Valve seats or member ends having circumferential grooves or ridges, e.g. toroidal
    • 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
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • 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
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
  • a fuel injection valve for direct injection of fuel into the combustion chamber of Internal combustion engine is known which an actuator, one of the actuator operable valve needle for actuating a Valve closing body, which together with one at a Valve seat body formed valve seat surface a Sealing seat forms, and at least one injection opening includes, which is formed downstream of the valve seat.
  • a flameproof cone is arranged at a downstream end of the fuel injection valve.
  • a disadvantage of the above-mentioned document known fuel injection valve is in particular the elaborate production of the flameproof cone, which either manufactured separately and attached to the valve seat body or have a special editing of the Require valve seat body.
  • the shape shown on inwardly opening fuel injectors restricted, while many applications open to the outside Require fuel injectors.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of the main claim has In contrast, the advantage that the geometries of Düsen stressess and designed the valve closing body similar are, so that on the one hand a uniformly shaped Mixture cloud injected and on the other hand, the annular gap between the valve closing body and the valve seat surface kept free from fuel residues and the outside surfaces are simultaneously protected against wetting by fuel, so that fuel deposits in these areas avoided can be.
  • the radii of curvature of the valve closing body and the Nozzle bodies are ideally of the same number and symmetrical.
  • the double skirt discharge geometry formed thereby promotes the formation of secondary vortices in the Combustion chamber, which effectively empty the annular gap at the sealing seat and so also advantageously fuel deposits prevent.
  • valve closing body and the nozzle body aligned, sharp edges identify which the injection of a very uniform Allow mixture cloud. Furthermore, the sharp edges promote as shown in FIG. 3C easier chipping possibly glued Soot particles.
  • One in the area of the base of the valve closing body arranged depression allows an effective inflow of the Fuel to the sealing seat.
  • a rounding of the nozzle body on the inflow side of the Curvature radii of the nozzle body advantageously allows a simpler installation of the fuel injection valve in Cylinder head.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a Embodiment of an inventively designed Fuel injection valve 1, which in particular for Use as fuel injector for direct Injecting fuel into the combustion chamber of a Internal combustion engine is suitable. In the embodiment it is an outward opening Fuel injection valve 1.
  • the fuel injection valve 1 comprises an actuator 2, which in the present embodiment as a piezoelectric actuator 2 is formed.
  • the actuator 2 is in an actuator housing 3rd encapsulated for stabilization and supports end in Inlet direction to an abutment 4 and downstream a shoulder 5 off.
  • the shoulder 5 is one two-piece valve needle 6 in frictional connection.
  • An inflow-side first part 7 of the valve needle 6 supports on the shoulder 5, while a second part 8 downstream of the first part 7 separated from this is arranged.
  • the first part 7 of the valve needle 6 is acted upon by a first return spring 9, which between the shoulder 5 and a sealing housing 10 is arranged is.
  • the second part 8 of the valve needle 6 is replaced by a second return spring 11 is applied, the spring force is lower than that of the first return spring 9, so that the second part 8 of the valve needle 6 with respect to the first Part 7 can swing through.
  • This is at fast-switching Fuel injection valves 1 with piezoelectric actuators 2 for damping and Entprellung the closing movement appropriate.
  • the fuel injection valve 1 further comprises a Corrugated pipe seal 12, which the actuator 2 before the Fuel injection valve 1 flowing through the fuel protects.
  • the fuel is in the embodiment over a central fuel supply 13 is supplied and flows through a fuel channel 14 in a housing body 15. He will doing to the sealing housing 10 over into a recess 16th an inserted into the housing body 15 nozzle body 17, in which also the second part 8 of the valve needle. 6 is arranged, directed.
  • the second part 8 of the valve needle 6 has a with the Valve needle 6 integrally formed or in non-positive connection with this standing Valve closure member 18, which with a on the Nozzle body 17 formed valve seat 19 a Sealing seat forms.
  • valve closing body 18 and the Valve seat 19 supporting nozzle body 17 configured so that on the one hand in the combustion chamber of the internal combustion engine injected mixture jet is optimized and on the other hand the deposition of combustion residues in the area of a Annular gaps 20 between the nozzle body 17 and Valve-closing body 18 prevents and on the nozzle body 17th and the valve closing body 18 itself wetting with Fuel is avoided.
  • the valve closing body 18 is for this purpose on a surface 21 facing the combustion chamber For example, formed conically and closes in steady or not continuous slope of the nozzle body 17, wherein Edges 22 and 23 of the valve closing body 18 and the Nozzle body 17 in the closed state of Fuel injection valve 1 are flush with each other and as sharp as possible and free of burrs are to produce.
  • Fig. 2 shows a partial sectional view the designated in Fig. 1 with II section of the in FIG. 1 illustrated fuel injection valve 1. Same Components are with matching reference numerals Mistake.
  • the illustrated Fuel injection valve 1 designed so that on the one hand the shape of the mixture cloud injected into the combustion chamber is optimized for the combustion process and on the other hand the deposition of combustion residues in the annular gap 20 is prevented by the per unit time hosed off Fuel flow to keep constant and malfunction of the Fuel injection valve 1 by reduced flow to avoid.
  • valve closing body 18 and the valve seat 19 bearing nozzle body 17 allows.
  • Fig. 2 In the left part in Fig. 2 is a first Variant for an inventive Fuel injection valve 1 shown, while the right Part shows a second embodiment variant.
  • the combustion chamber of the Internal combustion engine facing surface 24 of the nozzle body 17th tapered executed. Between the surface 24 and the Sealing seat is an angle ⁇ formed, which is about 90 ° is.
  • the second variant shows a curved surface 24 on the nozzle body, the angle ⁇ is much smaller than 90 °.
  • the different variants as well as the associated valve closing body 18 are in Figs. 3A to 3C enlarged and explained in more detail.
  • the edges 22 and 23 of the valve closing body 18 and the Nozzle body 17 are closed Fuel injector 1 flush with each other and are produce as sharp as possible and burr-free.
  • a Rounding 32 provided, which simplifies installation of the Fuel injection valve 1 in the cylinder head of Internal combustion engine allowed.
  • the rounding 32 is in easy way in the production of the nozzle body for example, produced by turning.
  • sealing ring 33 ensures the reliable sealing against the cylinder head of Internal combustion engine.
  • the sealing ring 33 can in particular a groove-like recess 34 of the nozzle body 17 is inserted be.
  • FIGS. 3A to 3C show an enlarged view of three Embodiments of an inventively designed Fuel injection valve 1 in the area III in Fig. 2nd
  • a between the surface 21 and the valve seat 19 and a between the surface 24 and the valve seat 19th trained angle ⁇ should, as already above mentioned, be the same size in all embodiments and maximum 90 °.
  • the cross section of the nozzle body 17 and the valve seat surface 19 facing portion 31st the valve closing body 18 and the cross section of the Valve-closing body 18 facing portion 30 of Nozzle body 17 are thus designed similar or im Ideally symmetrical to each other.
  • Advantage of this Abspritzgeometrie is a uniformly cone-shaped Mixture cloud and a Abspritzraum, which wetting the surfaces 21 and 24 with fuel and thus the formation prevents deposits from combustion residues.
  • the surfaces 21 and 24 are thus spanned by curves with at least one radius of curvature R.
  • the surfaces 21 and 24 can also be described by a circle with an infinite inner or outer radius of curvature R i or R a , wherein a center of the applied to the surfaces 21 and 24 Circles thereby either combustion chamber side or valve side of the combustion chamber facing surface boundaries of the surfaces 21 and 24 are to be sought.
  • the inner radius of curvature R i centered within the fuel injection valve 1 and the outer radius of curvature R a centered in the combustion chamber are finite, thus leading to curved surfaces 21 and 24 is the inner radius of curvature R i of the valve closing body 18 facing portion 30 of the nozzle body 17 with the nozzle body 17 facing portion 31 of the valve closing body 18 identical and has a common center.
  • the outer radii of curvature R a of the nozzle body 17 and the valve closing body 18 are also identical.
  • the respective circles with the corresponding radii of curvature R i and R a touch tangentially.
  • the injected between the edges 22 and 23 fuel jet is sprayed in an extension of the inner radius of curvature R i in the direction of an arrow 28.
  • the circles formed by the radii of curvature R a likewise touch tangentially.
  • the injected between the edges 22 and 23 fuel jet is sprayed along a tangent touching both circles in the direction of arrow 28.
  • FIGS. 3B and 3C 29 While in the embodiment shown in Fig. 3A the shape of the surfaces 21 and 24 is merely chosen so that wetting the surfaces 21 and 24 with fuel is omitted, the presented in Figs. 3B and 3C Embodiment with curved surfaces 21 and 24 continue advantageous in that secondary vortex in the combustion chamber form the internal combustion engine, which according to the so-called.
  • Water jet pump effect the annular gap 20 between the Drain valve closing body 18 and the nozzle body 17, the There still existing fuel, so to speak, in the combustion chamber suck out so that there is no dead volume with the corresponding fuel deposit remains.
  • the Secondary vortices are indicated by the arrows in FIGS. 3B and 3C 29 marked.
  • the invention is not limited to those shown Embodiments limited and for any forms of Valve closing bodies 18 with and for any construction of fuel injection valves 1 applicable.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum von Brennkraftmaschinen umfaßt einen Aktor (2) und eine von dem Aktor (2) betätigbare Ventilnadel (8) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (18), der zusammen mit einer an einem Düsenkörper (17) ausgebildeten Ventilsitzfläche (19) einen Dichtsitz bildet. Ein dem Ventilschließkörper (18) zugewandter Abschnitt (30) des Düsenkörpers (17) und ein dem Düsenkörper (17) zugewandter Abschnitt (31) des Ventilschließkörpers (18) sind im Querschnitt symmetrisch zueinander. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE 101 42 301 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum von Brennkraftmaschinen bekannt, welches einen Aktor, eine von dem Aktor betätigbare Ventilnadel zur Betätigung eines Ventilschließkörpers, der zusammen mit einer an einem Ventilsitzkörper ausgebildeten Ventilsitzfläche einen Dichtsitz bildet, und wenigstens eine Abspritzöffnung umfaßt, die stromabwärts des Ventilsitzes ausgebildet ist. An einem abströmseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils ist ein Flammschutzkegel angeordnet.
Nachteilig an dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere die aufwendige Herstellung der Flammschutzkegel, welche entweder separat hergestellt und am Ventilsitzkörper angebracht werden müssen oder eine spezielle Bearbeitung des Ventilsitzkörpers erfordern. Zudem ist die gezeigte Form auf nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile beschränkt, während viele Anwendungen nach außen öffnende Brennstoffeinspritzventile erfordern.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Geometrien des Düsenkörpers und des Ventilschließkörpers ähnlich gestaltet sind, so daß einerseits eine gleichmäßig geformte Gemischwolke eingespritzt und andererseits der Ringspalt zwischen dem Ventilschließkörper und der Ventilsitzfläche frei von Brennstoffrückständen gehalten und die Außenflächen gleichzeitig vor Benetzung durch Brennstoff geschützt sind, so daß Kraftstoffablagerungen in diesen Bereichen vermieden werden kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Von Vorteil ist insbesondere, daß die dem Brennraum zugewandten Flächen des Ventilschließkörpers und des Düsenkörpers gekrümmt ausgebildet sind, wobei eine Vielzahl unterschiedlicher Krümmungsradien möglich ist.
Die Krümmungsradien des Ventilschließkörpers und des Düsenkörpers sind dabei in idealer Weise von gleicher Anzahl und symmetrisch. Die dadurch gebildete Doppelschanzen-Abspritzgeometrie fördert die Bildung von Sekundärwirbeln im Brennraum, welche den Ringspalt am Dichtsitz effektiv leeren und so vorteilhafterweise ebenfalls Kraftstoffablagerungen vorbeugen.
Weiterhin ist von Vorteil, daß der Ventilschließkörper und der Düsenkörper miteinander fluchtende, scharfe Kanten ausweisen, welche die Einspritzung einer sehr gleichmäßigen Gemischwolke erlauben. Weiterhin fördern die scharfen Kanten gemäß Fig. 3C ein leichteres Abplatzen evtl. angeklebter Rußpartikel.
Eine im Bereich der Basis des Ventilschließkörpers angeordnete Vertiefung erlaubt eine effektive Zuströmung des Brennstoffs zum Dichtsitz.
Eine Anrundung des Düsenkörpers zuströmseitig der Krümmungsradien des Düsenkörpers erlaubt vorteilhafterweise eine einfachere Montage des Brennstoffeinspritzventils im Zylinderkopf.
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 erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils in einer Gesamtansicht;
Fig. 2
eine vergrößerte schematische Ansicht des abspritzseitigen Teils des in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in Fig. 1 in zwei Ausführungsvarianten;
Fig. 3A
eine vergrößerte schematische Ansicht des in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils in einer ersten Ausführungsvariante im Bereich III in Fig. 2,
Fig. 3B
eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils in gleicher Ansicht wie Fig. 3A; und
Fig. 3C
eine dritte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ebenfalls in gleicher Ansicht wie in Fig. 3A.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt eine schematisierte geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1, welches insbesondere zur Verwendung als Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine geeignet ist. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt einen Aktor 2, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als piezoelektrischer Aktor 2 ausgebildet ist. Der Aktor 2 ist in einem Aktorgehäuse 3 zur Stabilisierung gekapselt und stützt sich endseitig in Zulaufrichtung an einem Widerlager 4 und abströmseitig an einer Schulter 5 ab. Die Schulter 5 steht mit einer zweiteiligen Ventilnadel 6 in kraftschlüssiger Verbindung.
Ein zuströmseitiger erster Teil 7 der Ventilnadel 6 stützt sich an der Schulter 5 ab, während ein zweiter Teil 8 abströmseitig des ersten Teils 7 von diesem getrennt angeordnet ist. Der erste Teil 7 der Ventilnadel 6 wird durch eine erste Rückstellfeder 9 beaufschlagt, welche zwischen der Schulter 5 und einem Dichtgehäuse 10 angeordnet ist. Der zweite Teil 8 der Ventilnadel 6 wird durch eine zweite Rückstellfeder 11 beaufschlagt, deren Federkraft geringer ist als diejenige der ersten Rückstellfeder 9, so daß der zweite Teil 8 der Ventilnadel 6 gegenüber dem ersten Teil 7 durchschwingen kann. Dies ist bei schnellschaltenden Brennstoffeinspritzventilen 1 mit piezoelektrischen Aktoren 2 zur Dämpfung und Entprellung der Schließbewegung zweckmäßig.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt weiterhin eine Wellrohrdichtung 12, welche den Aktor 2 vor dem das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoff schützt. Der Brennstoff wird im Ausführungsbeispiel über eine zentrale Brennstoffzufuhr 13 zugeführt und strömt durch einen Brennstoffkanal 14 in einem Gehäusekörper 15. Er wird dabei an dem Dichtgehäuse 10 vorbei in eine Ausnehmung 16 eines in den Gehäusekörper 15 eingeschobenen Düsenkörpers 17, in welcher auch der zweite Teil 8 der Ventilnadel 6 angeordnet ist, geleitet.
Der zweite Teil 8 der Ventilnadel 6 weist einen mit der Ventilnadel 6 einstückig ausgebildeten oder in kraftschlüssiger Verbindung mit dieser stehenden Ventilschließkörper 18 auf, welcher mit einer an dem Düsenkörper 17 ausgebildeten Ventilsitzfläche 19 einen Dichtsitz bildet.
Erfindungsgemäß sind der Ventilschließkörper 18 und der die Ventilsitzfläche 19 tragende Düsenkörper 17 so ausgestaltet, daß einerseits der in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzte Gemischstrahl optimiert wird und andererseits die Ablagerung von Verbrennungsrückständen im Bereich eines Ringspalts 20 zwischen Düsenkörper 17 und Ventilschließkörper 18 verhindert sowie am Düsenkörper 17 und am Ventilschließkörper 18 selbst die Benetzung mit Brennstoff vermieden wird. Der Ventilschließkörper 18 ist hierzu an einer dem Brennraum zugewandten Fläche 21 beispielsweise kegelig ausgebildet und schließt in stetiger oder nicht stetiger Steigung an den Düsenkörper 17 an, wobei Kanten 22 und 23 des Ventilschließkörpers 18 und des Düsenkörpers 17 im geschlossenen Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 bündig aneinander liegen und möglichst scharfkantig und gratfrei herzustellen sind.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3A bis 3C sowie die zugehörige Beschreibung näher erläutert.
Zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 wird an den Aktor 2 eine Erregerspannung beispielsweise über eine nicht weiter dargestellte elektrische Leitung angelegt. Der Aktor 2, welcher als piezoelektrischer Aktor 2 ausgeführt ist, dehnt sich daraufhin entgegen der Kraft der ersten Rückstellfeder 9 aus. Dadurch wird der erste Teil 7 der Ventilnadel 6 in einer Hubrichtung bewegt. Der zweite Teil 8 der Ventilnadel 6 mit dem daran ausgebildeten Ventilschließkörper 18 wird ebenfalls entgegen der Kraft der zweiten Rückstellfeder 11 in Hubrichtung bewegt, so daß der Ventilschließkörper 18 von der Ventilsitzfläche 19 abhebt und Brennstoff abgespritzt wird.
Wird der Aktor 2 entladen, kehrt der erste Teil 7 der Ventilnadel 6 durch die Kraft der ersten Rückstellfeder 9 entgegen der Hubrichtung in seine Ausgangsposition zurück. Dadurch wird auch der zweite Teil 8 der Ventilnadel 6 entlastet, wodurch der Ventilschließkörper 18 wieder auf der Ventilsitzfläche 19 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
Fig. 2 zeigt in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt aus dem in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventil 1. Gleiche Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Wie bereits weiter oben erwähnt, ist das dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 so ausgestaltet, daß einerseits die Form der in den Brennraum eingespritzten Gemischwolke für den Verbrennungsprozeß optimiert wird und andererseits die Ablagerung von Verbrennungsrückständen im Ringspalt 20 verhindert wird, um den pro Zeiteinheit abgespritzten Brennstofffluß konstant zu halten und Fehlfunktionen des Brennstoffeinspritzventils 1 durch verminderten Durchfluß zu vermeiden.
Dies wird durch eine geeignete Form des Ventilschließkörpers 18 sowie des die Ventilsitzfläche 19 tragenden Düsenkörpers 17 ermöglicht.
Im linken Teil in Fig. 2 ist dabei eine erste Ausführungsvariante für ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1 dargestellt, während der rechte Teil eine zweite Ausführungsvariante zeigt.
Bei der linken Variante ist eine dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandte Fläche 24 des Düsenkörpers 17 kegelförmig ausgeführt. Zwischen der Fläche 24 und dem Dichtsitz ist ein Winkel α ausgebildet, welcher ca. 90° beträgt. Die zweite Variante zeigt eine geschwungene Fläche 24 am Düsenkörper, der Winkel α ist deutlich kleiner als 90°. Die verschiedenen Ausführungsvarianten sowie die zugehörigen Ventilschließkörper 18 sind in den Fig. 3A bis 3C vergrößert dargestellt und näher erläutert.
Die Kanten 22 und 23 des Ventilschließkörpers 18 und des Düsenkörpers 17 liegen bei geschlossenem Brennstoffeinspritzventil 1 bündig aneinander an und sind möglichst scharfkantig und gratfrei herzustellen.
Am Düsenkörper 17 ist zuströmseitig des Dichtsitzes eine Anrundung 32 vorgesehen, welche eine einfachere Montage des Brennstoffeinspritzventils 1 im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine erlaubt. Die Anrundung 32 ist in einfacher Weise bei der Herstellung des Düsenkörpers beispielsweise durch Drehen herstellbar.
Ein in Fig. 1 nicht dargestellter Dichtring 33 sorgt für die zuverlässige Abdichtung gegen den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine. Der Dichtring 33 kann insbesondere in eine nutartige Ausnehmung 34 des Düsenkörpers 17 eingelegt sein.
Fig. 3A bis 3C zeigen in vergrößerter Darstellung drei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich III in Fig. 2.
Ein zwischen der Fläche 21 und der Ventilsitzfläche 19 und ein zwischen der Fläche 24 und der Ventilsitzfläche 19 ausgebildeter Winkel α sollte dabei, wie bereits weiter oben erwähnt, in allen Ausführungsbeispielen gleich groß sein und maximal 90° betragen. Der Querschnitt eines dem Düsenkörper 17 bzw. der Ventilsitzfläche 19 zugewandten Abschnitts 31 des Ventilschließkörpers 18 und der Querschnitt eines dem Ventilschließkörper 18 zugewandten Abschnitts 30 des Düsenkörpers 17 sind somit ähnlich gestaltet oder im Idealfall symmetrisch zueinander. Vorteil dieser Abspritzgeometrie ist eine gleichmäßig kegelförmige Gemischwolke und eine Abspritzrichtung, welche die Benetzung der Flächen 21 und 24 mit Brennstoff und somit die Bildung von Ablagerungen durch Verbrennungsrückstände verhindert.
Zur Verbesserung der Zuströmung des Brennstoffs zum Ringspalt 20 zwischen der Ventilsitzfläche 19 und dem Ventilschließkörper 18 ist im Bereich einer Basis 26 des Ventilschließkörpers 18 jeweils eine rillen- oder nutförmige Vertiefung 27 vorgesehen.
Während in dem in Fig. 3A dargestellten Ausführungsbeispiel der Winkel α bis 90° betragen kann, ist er in den in Fig. 3B und 3C dargestellten Ausführungsbeispielen wesentlich kleiner. Die so gebildete Abspritzgeometrie wird als Doppelschanze bezeichnet. Auch diese zeichnet sich durch die Symmetrie der Querschnitte des dem Düsenkörper 17 bzw. der Ventilsitzfläche 19 zugewandten Abschnitts 31 des Ventilschließkörpers 18 und des dem Ventilschließkörper 18 zugewandten Abschnitts 30 des Düsenkörpers 17 aus, lediglich die dem Brennraum zugewandten Flächen 21 und 24 sind nun nicht mehr linear, sondern geschwungen, in Fig. 3B z. B. glockenförmig, ausgeführt.
Die Flächen 21 und 24 werden somit durch Kurven mit zumindest einem Krümmungsradius R aufgespannt. Betrachtet man Fig. 3A unter dem Aspekt der Krümmungsradien R, so lassen sich die Flächen 21 und 24 ebenfalls durch jeweils einen Kreis mit einem unendlichen inneren oder äußeren Krümmungsradius Ri oder Ra beschreiben, wobei ein Mittelpunkt der an den Flächen 21 und 24 anliegenden Kreise dabei entweder brennraumseitig oder ventilseitig der dem Brennraum zugewandten Flächenbegrenzungen der Flächen 21 und 24 zu suchen sind.
Wie aus Fig. 3B und 3C ersichtlich, sind hier der innere Krümmungsradius Ri, dessen Mittelpunkt innerhalb des Brennstoffeinspritzventils 1 liegt, und der äußere Krümmungsradius Ra, dessen Mittelpunkt im Brennraum liegt, endlich und führen so zu gekrümmten Flächen 21 und 24. Dabei ist der innere Krümmungsradius Ri des dem Ventilschließkörper 18 zugewandten Abschnitts 30 des Düsenkörpers 17 mit dem dem Düsenkörper 17 zugewandten Abschnitt 31 des Ventilschließkörpers 18 identisch und weist einen gemeinsamen Mittelpunkt auf. Die äußeren Krümmungsradien Ra des Düsenkörpers 17 und des Ventilschließkörpers 18 sind ebenfalls identisch. Die jeweiligen Kreise mit den entsprechenden Krümmungsradien Ri und Ra berühren sich tangential. Der zwischen den Kanten 22 und 23 abgespritzte Brennstoffstrahl wird in einer Verlängerung des inneren Krümmungsradius Ri in Richtung eines Pfeils 28 abgespritzt.
Im Fall von Fig. 3C handelt es sich um jeweils einen äußeren Krümmungsradius Ra, deren Mittelpunkte im Brennraum liegen. Die Krümmungsradien Ra des Düsenkörpers 17 und des Ventilschließkörpers 18 sind dabei ebenfalls identisch.
Die durch die Krümmungsradien Ra aufgespannten Kreise berühren sich ebenfalls tangential. Der zwischen den Kanten 22 und 23 abgespritzte Brennstoffstrahl wird entlang einer beide Kreise berührenden Tangente in Richtung des Pfeils 28 abgespritzt.
Zur Verbesserung der Zuströmung des Brennstoffs zum Ringspalt 20 zwischen der Ventilsitzfläche 19 und dem Ventilschließkörper 18 ist wie in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich der Basis 26 des Ventilschließkörpers 18 eine rillen- oder nutförmige Vertiefung 27 vorgesehen.
Während bei dem in Fig. 3A dargestellten Ausführungsbeispiel die Form der Flächen 21 und 24 lediglich so gewählt ist, daß eine Benetzung der Flächen 21 und 24 mit Brennstoff entfällt, ist die in den Fig. 3B und 3C vorgestellte Ausführungsform mit gekrümmten Flächen 21 und 24 weiterhin dadurch vorteilhaft, daß sich Sekundärwirbel im Brennraum der Brennkraftmaschine bilden, welche gemäß dem sog. Wasserstrahlpumpeneffekt den Ringspalt 20 zwischen dem Ventilschließkörper 18 und dem Düsenkörper 17 entleeren, den dort noch vorhandenen Brennstoff sozusagen in den Brennraum hinaussaugen, so daß dort kein Totvolumen mit der entsprechenden Kraftstoffablagerung verbleibt. Die Sekundärwirbel sind in den Fig. 3B und 3C durch die Pfeile 29 gekennzeichnet.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und für beliebige Formen von Ventilschließkörpern 18 mit sowie für beliebige Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.

Claims (24)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem Aktor (2) und einer von dem Aktor (2) betätigbaren Ventilnadel (8) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (18), der zusammen mit einer an einem Düsenkörper (17) ausgebildeten Ventilsitzfläche (19) einen Dichtsitz bildet,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Ventilschließkörper (18) zugewandter Abschnitt (30) des Düsenkörpers (17) und ein dem Düsenkörper (17) zugewandter Abschnitt (31) des Ventilschließkörpers (18) ähnlich geformt sind.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandte Fläche (21) des Ventilschließkörpers (18) und eine dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandte Fläche (24) des Düsenkörpers (17) symmetrisch zueinander sind.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (21, 24) zumindest einen Krümmungsradius (R) aufweisen.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien (R) der Flächen (21, 24) gleich groß sind.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien (R) der Flächen (21, 24) unendlich sind.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen der Fläche (21) und der Ventilsitzfläche (19) und ein zwischen der Fläche (24) und der Ventilsitzfläche (19) ausgebildeter Winkel (α) maximal 90° beträgt.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine aus den Flächen (21, 24) bestehende Gesamtfläche (25) kegelförmig mit stetiger oder nicht stetiger Steigung ist.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien (R) endlich sind.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen der Fläche (21) und der Ventilsitzfläche (19) und ein zwischen der Fläche (24) und der Ventilsitzfläche (19) ausgebildeter Winkel (α) viel kleiner als 90° ist.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (21, 24) durch jeweils einen äußeren Krümmungsradius (Ra) aufgespannt sind.
  11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Krümmungsradien (Ra) gleich groß sind.
  12. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich die durch die äußeren Krümmungsradien (Ra) gebildeten Kreise tangential berühren.
  13. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß der in den Brennraum eingespritzte Brennstoff entlang der gemeinsamen Tangente der Kreise eingespritzt wird.
  14. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (21, 24) durch zumindest einen äußeren Krümmungsradius (Ra) und einen inneren Krümmungsradius(Ri) aufgespannt sind.
  15. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Krümmungsradien (Ra) gleich groß sind und daß die inneren Krümmungsradien (Ri) gleich groß sind.
  16. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Krümmungsradien (Ri) des Düsenkörpers (17) und des Ventilschließkörpers (18) einander zugewandt sind.
  17. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet, daß die durch die inneren Krümmungsradien (Ri) aufgespannten Kreise einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen.
  18. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich die durch die äußeren Krümmungsradien (Ra) gebildeten Kreise tangential mit dem durch den inneren Krümmungsradius (Ri) berühren.
  19. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet, daß der in den Brennraum eingespritzte Brennstoff entlang einer Verlängerung des gemeinsamen inneren Krümmungsradius (Ri) eingespritzt wird.
  20. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (17) und der Ventilschließkörper (18) jeweils eine scharfe Kante (23, 22) aufweisen.
  21. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 20,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (22, 23) bei geschlossenem Brennstoffeinspritzventil (1) bündig aneinander liegen.
  22. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (18) an einer Basis (26) eine rillen- oder nutförmige Vertiefung (27) aufweist.
  23. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 22,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (17) zuströmseitig des Dichtsitzes eine radial äußere Anrundung (32) aufweist.
  24. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 23,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffeinspritzventil (1) einen Dichtring (33) aufweist, der in einer zuströmseitig der Anrundung (32) ausgebildeten Ausnehmung (34) des Düsenkörpers (17) angeordnet ist.
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