WO2003038273A1

WO2003038273A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: WO2003038273A1
Application number: PCT/DE2002/003072
Authority: WO
Inventors: Volker Holzgrefe; Günther HOHL; Michael HÜBEL; Jürgen Stein
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2003-05-08
Also published as: US20040075002A1; US7140562B2; EP1440239A1; JP4377230B2; DE50203701D1; KR20040054734A; JP2005507055A; EP1440239B1; DE10152416A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfasst eine in einem Düsenkörper (3) angeordnete Ventilnadel (4), welche durch einen Aktor (7) betätigbar ist und durch eine Rückstellfeder (9) so beaufschlagt ist, dass ein mit der Ventilnadel (4) in Wirkverbindung stehender, dem Brennraum zugewandter Ventilschliesskörper (5) im unbetätigten Zustand des Aktors (7) in dichtender Anlage an einer Ventilsitzfläche (6) gehalten wird. Ein erster Strahlöffnungswinkel α1 ist dabei einem ersten Hubzustand der Ventilnadel (4) und ein zweiter Strahlöffnungswinkel α2 einem zweiten Hubzustand der Ventilnadel (4) zugeordnet.

Description

Brennstoffeinspritzventil

Stand der Technik

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

Beispielsweise ist aus der DE 195 34 445 AI ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches einen kegeligen Dichtsitz aufweist. Die Ventilnadel weist eine Zentralbohrung auf, welche in eine dem Dichtsitz vorgelagerte Druckkammer mündet. Ein Aktor, der als piezoelektrischer Aktor ausgeführt ist, stützt sich einerseits gegen einen Düsenkörper und andererseits gegen eine mit der Ventilnadel kraftschlüssig verbundene Druckschulter ab. Eine Rückstellfeder hält die Ventilnadel in einer Schließstellung. Bei Erregung des Aktors wird durch Längenausdehnung desselben die Ventilnadel gegen die schließende Kraft der Rückstellfeder geöffnet und Brennstoff abgespritzt .

Nachteilig bei dem aus der DE 195 34 445 AI bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß der in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzte Brennstoffstrahl kegelförmig mit einem bestimmten Öff ungswinkel α ist. Eine Einspritzung unter verschiedenen Öffnungs^~winkeln α, welche beispielsweise den unterschiedlichen Anforderungen an die Form der Gemischwolke im Teillast- und Vollastbereich Rechnung trägt, ist hierbei nicht möglich.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß je nach der Hubstellung der Ventilnadel ein größerer oder kleinerer Strahloffnungswinkel darstellbar ist, der gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ausgewählt werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Vorteilhafterweise ist dies mittels einer einfach herstellbaren Geometrie des dem Dichtsitz benachbarten Endes des Brennstoffeinspritzventils erreichbar. Dazu ist ein geneigter Bereich, dessen Neigungswinkel von dem der Ventilsitzfläche abweicht, benachbart zur Ventilsitzfläche ausgebildet .

Von Vorteil ist außerdem, daß mittels entsprechender Formung des abströmseit igen Endes des Brennstoffeinspritzventils und korrespondierend des Ventilschließkörpers jeder gewünschte Strahlwinkel realisierbar ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventil s in einer ersten Hubposition, und - Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils in einer zweiten Hubposition.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein in den Fig. 1 und 2 in zwei verschiedenen Hubzuständen dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 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 Gehäusekörper 2 und einem Düsenkörper 3, in welchem eine Ventilnadel 4 angeordnet ist. Die Ventilnadel 4 steht mit einem Ventilschließkörper 5 in Wirkverbindung, der mit einer Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1. Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist einen Aktor 7 auf, der im Ausführungsbeispiel als piezoelektrischer Aktor 7 ausgeführt ist. Der Aktor stützt sich einerseits am Gehäusekörper 2 und andererseits an einer mit der Ventilnadel 4 in Wirkverbindung stehenden Schulter 8 ab. Abströmseitig der Schulter 8 ist eine Rückstellfeder 9 angeordnet, welche sich ihrerseits an dem Düsenkörper 3 abstützt .

Die Ventilnadel 4 weist einen Brennstoffkanal 10 auf, durch welchen der durch eine zulaufseitige zentrale Brennstoffzufuhr 11 zugeleitete Brennstoff zum Dichtsitz geführt wird. Zuströmseitig des Dichtsitzes ist eine Drallkammer 12 ausgebildet, m welche der Brennstoffkanal 10 ausmundet

Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird die Schulter 8 durch die Kraft der Ruckstellfeder 9 entgegen der Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkorper 5 an der Ventilsitzflache 6 m dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung des piezoelektrischen Aktors 7 dehnt sich dieser m axialer Richtung entgegen der Federkraft der Ruckstellfeder 9 aus, so daß die Schulter 8 mit der Ventilnadel 4, welche mit der Schulter 8 kraftschlüssig verbunden ist, m Hubrichtung bewegt wird. Der Ventilschließkorper 5 hebt von der Ventilsitzflache 6 ab, und der über den Brennstoffkanal 10 geführte Brennstoff wird abgespritzt.

Wird der piezoelektrische Aktor entladen, reduziert sich die axiale Ausdehnung des piezoelektrischen Aktors 7, wodurch die Ventilnadel 4 durch den Druck der Ruckstellfeder 9 entgegen der Hubrichtung bewegt wird. Der Ventilschließkorper 5 setzt auf der Ventilsitzfläche 6 auf und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.

Eine gemischverdichtende, fremdgezundete Brennkraftmaschine stellt im Teillastbetrieb andere Anforderungen an die Form, die Stochiometne und das Penetrationsvermogen der m den

Brennraum eingespritzten Gemischwolke als im Vollastbetrieb.

Im Teillastbetrieb sollte die Gemischwolke, wie m Fig. 1 dargestellt, einen relativ kleinen Offnungswmkel oti, ein großes Penetrationsvermogen, einen durch den kleinen

Offnungswmkel α_α bedingten schmalen Kernbereich mit fetterem Gemisch und eine sehr magere Hülle besitzen. Im

Vollastbereich ±st dagegen, wie m Fig. 2 dargestellt, ein großer Offnungswmkel α₂ und damit eine nahezu homogene Füllung des Zylinders mit zundfahigem Gemisch erforderlich.

Um diesen Anforderungen an die Gemischbildung Rechnung zu tragen, sind für das erfmdungsgemaße Brennstoffeinspritzventil 1 zwei Hubzustande definiert, wodurch während des Betriebs unterschiedliche Strahlbilder darstellbar sind, welche entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ausgewählt werden können.

Fig. 1 zeigt das Brennstoffeinspritzventil 1 in einem ersten Hubzustand. Der Ventilschließkorper 5 hat bereits von der Ventilsitzfläche 6 abgehoben, gibt jedoch nur einen Spalt 13 von geringer Breite zwischen dem Ventilschließkorper 5 und der Ventilsitzfläche 6 frei. Durch die Geometrie des abströmseitigen Endes 14 des Brennstoffeinspritzventils 1, welches in einem geneigten Bereich 15 abströmseitig der Ventilsitzfläche 6 eine geringere Neigung relativ zu einer Längsachse 16 des Brennstoffeinspritzventils 1 aufweist als die Ventilsitzfläche 6, legt sich in dem in Fig. 1 dargestellten ersten Hubzustand der aus dem Spalt 13 abgespritzte Brennstoffstrahl auf Grund des Entrainment der Strömung im Inneren des Einspritzstrahls an den geneigten Bereich 15 des abströmseitigen Endes 14 des Brennstoffeinspritzventils 1 an. Dadurch kann ein Brennstoffstrahl mit einem kleinen Öffnungswinkel ^ dargestellt werden, welcher ein großes, für den Schichtladebetrieb benötigtes Penetrationsvermögen auf eist.

In Fig. 2 ist eine zweite Hubstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 dargestellt . Der Ventilschließkorper 5 ist nun weiter von der Ventilsitzfläche 6 abgerückt, so daß der Spalt 13 weiter ist als in Fig. 1. Bedingt durch das Entrainment der Strömung außen am Einspritzstrahl des Spalts 13 legt sich der abgespritzte Brennstoffstrahl nun an den Ventilschließkorper 5 an, welcher eine relativ zur Längsachse 16 des Brennstoffeinspritzventils 1 große Neigung aufweist und somit zu einer starken Aufweitung des BrennstoffStrahls führt. Der Öffnungswinkel α₂ ist somit gegenüber der ersten Hubstellung vergrößert, was für den Vollastbereich der Brennkraftmaschine vorteilhaft ist, da der gesamte Brennraum mit einem relativ homogenen, stöchiometrischen Gemisch gefüllt wird. Die verschiedenen Hubstellungen der Ventilnadel 4 können in einfacher Weise z. B. durch die Verwendung zweier separat ansteuerbarer Aktoren 7 angefahren werden. Dies können beispielsweise ein spannungsgeregelter bzw. spannungsgesteuerter Piezoaktor sowie zwei piezoelektrische Aktoren 7 sein, welche nacheinander angesteuert werden. Auch die Verwendung zweier Magnetkreise mit zwei separaten Spulen oder einem zweigeteilten Magnetanker ist denkbar.

Durch eine geeignete Wahl der Neigung der Ventilsitzfläche 6 bzw des Ventilschließkörpers 5 und des geneigten Bereichs 15 sind die Strahlwinkel αi und α₂ so wählbar, daß der Brennraum der Brennkraftmaschine optimal mit einem zündfähigen Brennstoff-Luft -Gemisch gefüllt werden kann. Die Herstellung des geneigten Bereichs 15 und der Ventilsitzfläche 6 kann dabei beispielsweise bei der Herstellung des Düsenkörpers 3 z. B. mittels Drehen erfolgen.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und für beliebige Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1 mit beliebigen Aktoren 7 anwendbar .

Claims

Ansprüche

1. Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer in einem Düsenkörper (3) angeordneten Ventilnadel

(4) , welche durch einen Aktor (7) betätigbar ist und durch eine Rückstellfeder (9) so beaufschlagt ist, daß ein mit der Ventilnadel (4) in Wirkverbindung stehender, dem Brennraum zugewandter Ventilschließkorper (5) im unbetätigten Zustand des Aktors (7) in dichtender Anlage an einer Ventilsitzfläche (6) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Strahloffnungswinkel αi einem ersten Hubzustand der Ventilnadel (4) und ein zweiter Strahloffnungswinkel α₂ einem zweiten Hubzustand der Ventilnadel (4) zugeordnet ist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Ventilnadelhub entsprechend dem ersten Hubzustand kleiner ist als ein zweiter Ventilnadelhub entsprechend dem zweiten Hubzustand.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß otι kleiner ist als α₂.

4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzfläche (6) benachbart ein geneigter Bereich (15) an einem abströmseitigen Ende (13) des Brennstoffeinspritzventils (1) ausgebildet ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der geneigte Bereich (15) weniger stark gegenüber einer Längsachse (16) des Brennstoffeinspritzventils (1) geneigt ist als die Ventilsitzfläche (6) .

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel o._ das Doppelte des Neigungswinkels des geneigten Bereichs (15) gegenüber der Längsachse (16) des Brennstoffeinspritzventils (1) beträgt.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel α.₂ das Doppelte des Neigungswinkels der Ventilsitzfläche (6) gegenüber der Längsachse (16) des

Brennstoffeinspritzventils (1) beträgt.