WO2003072929A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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WO2003072929A1
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injection valve
fuel
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Martin Mueller
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
  • An ignitable fuel / air mixture can be formed in the cylinders of direct-injection internal combustion engines by injecting fuel into each combustion chamber delimited by a piston by means of an injector when a nozzle opening is released by lifting a valve member from a valve seat comprising the nozzle opening.
  • the opening stroke of the valve member and the injection time are variably adjustable.
  • the Fuel injection device includes a
  • Fuel injection valve which is arranged in the cylinder wall at a distance from the cylinder head and opposite the outlet opening, and an outlet opening, wherein the jet axis of the fuel injection valve is directed towards the area around the spark plug arranged in the cylinder head.
  • the fuel injection valve has a magnetically actuated valve needle with helical helical grooves for generating a Swirl flow of the injection jet onto the fuel injection valve is directed with its jet axis at the ignition point located in the center of the cylinder head
  • a disadvantage of the methods and devices for injecting fuel into the combustion chamber of a mixture-compressing externally ignited internal combustion engine known from the above-mentioned publications are, in particular, the complicated combustion chamber geometries, which are necessary to mix the injected fuel with the supplied air, and to match an ignitable fuel / air mixture form and for ignition this has to be transported close to the spark gap of the spark plug.
  • Such combustion chamber geometries are difficult to manufacture on the one hand, and on the other hand combustion cannot be optimized with regard to the emission of nitrogen oxides and the consumption of fuel
  • Another disadvantage is that in most cases the spark plug is injected directly through the fuel injector. As a result, the spark plug is exposed to strong thermal shock loads on the one hand, and on the other hand soot deposits on the spark plug electrodes, which considerably limits the life of the spark plug.
  • a particular disadvantage of the fuel injector known from DE 198 27 219 A1 is that the fuel injected by the different injection angles into the combustion engine largely hits the walls of the combustion chamber or the piston, cools there and thus only with high pollutant emissions or Soot development can be burned.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the mixture cloud injected into the combustion chamber of the internal combustion engine can be influenced by appropriate shaping of the valve closing body of the fuel injector by targeted throttling in front of the sealing seat so that the mixture cloud ignites the spark plug only at the end of the injection process reached.
  • valve needle or the valve closing body here has surface grindings which throttle the fuel flow to a greater or lesser extent depending on the radial depth of the surface grindings, so that the mixture cloud leaving the fuel injector has a larger or smaller opening angle ⁇ depending on the stroke position of the valve needle.
  • the number of surface grinding is arbitrary, so that the desired throttling effect can be freely selected.
  • raised guide surfaces arranged between the flat grinds interact with a counter surface formed on the nozzle body in such a way that the guidance of the valve needle is ensured at all times. Malfunctions caused by offsets in the valve needle can be prevented.
  • the throttling effect can be regulated either by recessed surface grinding or by a raised guide ring.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through an embodiment of a fuel injection system with a
  • Fuel injector is generated in the combustion chamber
  • FIG. 2 is a partially sectioned view of an embodiment of a fuel injection valve according to the invention
  • Fig. 3A-B shows a section through the spray-side part of the embodiment of a fuel injection valve according to the invention shown in Fig. 2 in two different stroke positions
  • Fig. 4 shows a second embodiment of a fuel injector according to the invention in the same representation as in Figs. 3A and 3B.
  • FIG. 1 shows an exemplary, schematic sectional illustration of an exemplary embodiment of a fuel injection system 1 for a mixture-compressing spark-ignition internal combustion engine.
  • the fuel injection system 1 comprises a combustion chamber 2, which is delimited by cylinder walls 3, a cylinder head 4, which has ridge collars 5, and a piston 6.
  • a spark plug 7 is e.g. B. laterally projecting into the combustion chamber 2.
  • a fuel injection valve 10 according to the invention is arranged between the ridge slopes 5 so that fuel is injected into the combustion chamber 2 in the form of, for example, a cone-shaped mixture cloud 8, 9.
  • the fuel injector 10 is designed according to the invention in such a way that the fuel flow therein is throttled to a varying degree so that it depends on the Stroke position of a valve needle of the fuel injector 10, a mixture cloud 8, 9 with a variable opening angle can be generated in the combustion chamber 2.
  • valve needle or a valve-closure member that is operatively connected to it has at least one, preferably several surface grindings or a guide ring.
  • a mixture cloud 8 can first be generated in the combustion chamber 2, which has a large penetration and a small opening angle, while during the closing process of the fuel injector 10, the mixture cloud 9 is briefly generated with a larger opening angle ⁇ , which the spark plug 7 in the area of Strips electrodes and thus transported ignitable mixture to the spark gap of the spark plug 7.
  • FIG. 2 An embodiment of a fuel injection valve 10 designed according to the invention, which is suitable for this operating mode, is shown in FIG. 2 and described below.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment of a fuel injection valve 10 designed according to the invention, which is particularly suitable for use in the fuel injection system 1 shown in FIG. 1.
  • the fuel injection valve 10 is designed in the form of a direct injection fuel injection valve 10, which serves for the direct injection of fuel into the combustion chamber 2 of the mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engine. In the exemplary embodiment, this is an outward opening fuel injector 10.
  • the fuel injection valve 10 comprises an actuator 11, which in the present exemplary embodiment is designed as a piezoelectric actuator 11.
  • the actuator 11 is encapsulated in an actuator housing 12 for stabilization and is supported at the end in the feed direction on an abutment 13 and on the downstream side on a shoulder 14.
  • the shoulder 14 is non-positively connected to a two-part valve needle 15.
  • An inflow-side first part 16 of the valve needle 15 is supported on the shoulder 14, while a second part 17 is arranged separately from the first part 16 on the outflow side.
  • the first part 16 of the valve needle 15 is acted upon by a first return spring 18, which is arranged between the shoulder 14 and a sealing housing 19.
  • the second part 17 of the valve needle 15 is acted upon by a second return spring 20, the spring force of which is less than that of the first return spring 18, so that the second part 17 of the valve needle 15 can swing through with respect to the first part 16.
  • a second return spring 20 the spring force of which is less than that of the first return spring 18, so that the second part 17 of the valve needle 15 can swing through with respect to the first part 16.
  • the fuel injection valve 10 further comprises a corrugated tube seal 21, which protects the actuator 11 from the fuel flowing through the fuel injection valve 10.
  • the fuel is supplied via a central fuel supply 22 and flows through a fuel channel 23 in a housing body 24. It passes the sealing housing 19 and a recess 25 of a nozzle body 26 inserted into the housing body 24, which also includes the second part 17 of the nozzle body Valve needle 15 is arranged, passed.
  • the second part 17 of the valve needle 15 has a valve closing body 27 which is formed in one piece with the valve needle 15 or has a non-positive connection therewith and which forms a sealing seat with a valve seat surface 28 formed on the nozzle body 26.
  • FIGS. 3A to 3B and 4 show in more detail and explained in detail in the following description.
  • an excitation voltage is applied to the actuator 11, for example via an electrical line (not shown).
  • the first part 16 of the valve needle is moved 15 m in one stroke direction.
  • the second part 17 of the valve needle 15 with the valve closing body 27 formed thereon is also moved 20 m against the force of the second return spring, so that the valve closing body 27 lifts off the valve seat surface 28 and fuel is sprayed off.
  • the first part 16 of the valve needle 15 returns to its starting position against the stroke direction m by the force of the first return spring 18.
  • the second part 17 of the valve needle 15 is also relieved, as a result of which the valve closing body 27 rests on the valve seat surface 28 and the fuel injection valve 10 is closed.
  • FIGS. 3A and 3B show a partial enlargement of the section of FIG. 2, designated III, of the fuel injection valve 10 according to the invention with two different lift positions of the valve needle 15.
  • FIG. 3A shows a lift position which corresponds, for example, to an open position of the fuel injection valve 10
  • 3B shows a stroke position which occurs with a smaller stroke of the valve needle 15, for example when the fuel injection valve 10 is closed.
  • Corresponding components are provided with the same reference numerals in all the figures.
  • the second part 17 of the valve needle 15 has or directly on the valve closing body 27 formed integrally therewith second part 17 of the valve needle 15 at least one surface grinding 29.
  • a plurality of surface grindings 29 are preferably formed on the valve closing body 27 in a regular or irregular manner over the circumference thereof.
  • the surface grindings 29 are, for example, longitudinally oval and alternate with guide surfaces 30 which rest on a counter surface 31 formed on the nozzle body 26.
  • the guide surfaces 30 and the counter surface 31 guide the second part 17 of the valve needle 15 during the lifting movement. Malfunctions of the fuel injection valve 10 can thereby be prevented by offsets of the valve needle 15 with subsequent jamming.
  • the change in an opening angle ⁇ of the mixture cloud 8, 9 injected into the combustion chamber 2 is to be designed such that a mixture cloud 9 is generated at the end of the injection cycle, the opening angle 0: 2 of which is greater than the opening angle oti at the beginning of the injection cycle is.
  • the surface grindings 29 on the valve closing body 27 are accordingly designed in their radial extent such that they define the width of a throttle gap 32 that is released between the surface grindings 29 and the counter surface 31.
  • the width of the opening cross section at the sealing seat in the fully open state of the fuel injector 10 is in any case greater than the width of the throttle gap 32 defined by the surface grindings 29, so that the surface grindings 29 serve as a pre-throttle.
  • a conical mixture cloud 8 with a small opening angle oti can be injected into the combustion chamber 2 by the pre-throttling achieved in the Drossse I gap 32.
  • the flow lamella which is formed in the narrow gap on the surface grinding, is thinner than the gap on the sealing seat.
  • the fuel lamella can flow outwards through the sealing seat with little deflection.
  • the fuel lamella does not flow parallel to the walls through the sealing seat area, but is directed obliquely downwards.
  • the cone-shaped mixture cloud has a small opening angle.
  • valve closing body 27 If the valve closing body 27 is moved in a closing direction because the actuator 11 of the fuel injection valve 10 is supplied with a smaller excitation voltage, the distance of the valve closing body 27 from the valve seat surface 28 narrows. If the distance becomes smaller than the gap on the surface grinding, the flows Flow through the seat gap inevitably parallel to the walls. This creates a larger opening angle of the conical mixture cloud than in the first case.
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a fuel injection valve 10 designed according to the invention in the same representation as FIGS. 3A and 3B.
  • the throttling function of the throttle gap 32 is independent of the surface grinding 29.
  • the surface grinding 29 is on the outflow side.
  • a guide area 33 is formed which defines a throttle gap 34 which is always the same width over the circumference of the valve closing body 27.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments shown and 10 different arrangements of spark plugs 7 and fuel injection valves 10 in the cylinder head 4 of an internal combustion engine and magnetic drive of the valve needle movement can be used for any designs of fuel injection valves 10

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil 10 für Brennkraftmaschinen umfasst einen Aktor 11, der mit einer in einem Düsenkörper 26 geführten Ventilnadel 15 in Wirkverbindung steht, und einen mit der Ventilnadel 15 in kraftschlüssiger Verbindung stehenden Ventilschliesskörper 27, der mit einer an einem Düsenkörper 26 ausgebildeten Ventilsitzfläche 28 einen Dichtsitz bildet. Die Ventilnadel 15 und/oder der Ventilschliesskörper 27 weisen vorzugsweise im Bereich der Führung in dem Düsenkörper 26 zumindest einen Flächenanschliff 29 auf, der auf dem Umfang der Ventilnadel 15 und/oder des Ventilschliesskörpers 27 angeordnet ist, wobei zwischen dem zumindest einen Flächenanschliff 29 und einer an dem Düsenkörper 26 ausgebildeten Gegenfläche 31 ein Drosselspalt 32 ausgebildet ist, dessen Querschnitt kleiner als der Öffnungsquerschnitt am Dichtsitz im geöffneten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 10 ist.

Description

Brennstoffeinspritz entil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinsprit zventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE 196 42 653 Cl ist bereits ein Verfahren zur Bildung eines zündfähigen Brennstoff -/Luftgemisches bekannt. In den Zylindern von direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen ist ein zündfähiges Brennstoff-/ Luftgemisch bildbar, indem in jedem von einem Kolben begrenzten Brennraum mittels eines Injektors bei Freigabe einer Düsenöffnung durch Abheben eines Ventilgliedes von einem die Düsenöffnung umfassenden Ventilsitz Brennstoff eingespritzt wird. Um unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, insbesondere im Schichtladungsbetrieb, eine Verbrauchs- und emissionsoptimierte innere Gemischbildung in jedem Betriebspunkt des gesamten Kennfeldes zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß der Öffnungshub des Ventilgliedes und die Einspritzzeit variabel einstellbar sind.
Aus der DE 38 08 635 C2 ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Zylinder einer gemischverdichtenden Brennkraf maschine- bekannt. Die Brennstoffeinsprit zvorπchtung beinhaltet ein
Brennstoffemspritzventil , das m der Zylinderwandung mit Abstand zum Zylinderkopf und gegenüber der Auslaßoffnung angeordnet ist, und eine Ausgangsoffnung, wobei die Strahlachse des Brennstoffemspritzventils auf den Bereich um die im Zylinderkopf angeordnete Zündkerze gerichtet ist Das Brennstoffemspritzventil weist eine magne tbetatigte Ventilnadel mit schraubenförmigen Drallnuten zum Erzeugen einer Drallstromung des Einspritzstrahls auf Das Brennstoffemspritzventil ist mit seiner Strahlachse auf den m der Zylinderkopfmitte angeordneten Zundpunkt gerichtet
Weiterhin ist aus der US 5,941,207 eine Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezundeten Brennkraftmaschine bekannt, bei der Brennstoff unter einem bestimmten Anfangswinkel kegelförmig m den Brennraum eingespritzt wird. Der eingespritzte Brennstoff füllt dabei die Brennkammer kegelförmig aus, wobei Effekte der Wandbenetzung weitgehend unterdruckt werden. Ein relativ flach ausgebildeter Kolben verformt die eingespritzte Brennstoff ölke wahrend der Verdichtungsphase kugelförmig Die kugelförmige Gemischwolke vermischt sich nur unwesentlich mit der zugefuhrten Luft und wird bei weiterer Verdichtung zur Funkenstrecke der Zündkerze gefuhrt
Nachteilig an den aus den obengenannten Druckschriften bekannten Verfahren bzw Vorrichtungen zum Einspritzen von Brennstoff m den Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezundeten Brennkraftmaschine sind insbesondere die komplizierten Brennraumgeometrien, welche notig sind, den eingespritzten Brennstoff mit der zugefuhrten Luft zu vermischen, ein zundfahiges Brennstoff -/Luf gemisch zu bilden und dieses zur Zündung die Nahe der Funkenstrecke der Zündkerze zu transportieren Derartige Brennraumgeometrien sind zum einen schwer herstellbar, zum anderen kann die Verbrennung Bezug auf die Emission von Stickoxyden und den Verbrauch von Brennstoff nicht optimiert werden Weiterhin ist von Nachteil, daß in den .meisten Fällen die Zündkerze direkt durch das Brennstoffeinspritzventil angespritzt wird. Dadurch ist die Zündkerze einerseits starken thermischen Schockbelastungen ausgesetzt, andererseits lagert sich Ruß auf den Zündkerzenelektroden ab, wodurch die Lebensdauer der Zündkerze erheblich beschränkt wird.
Insbesondere ist an dem aus der DE 198 27 219 AI bekannten Brennstoffeinspritzventil von Nachteil, daß der durch die unterschiedlichen Einspritzwinkel in den Brennra ra eingespritzte Brennstoff größtenteils auf die Wände des Brennraums bzw. den Kolben auftrifft, dort abkühlt und somit nur unter hoher Schadstoffemission bzw. Rußentwicklung verbrannt werden kann.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzte Gemischwolke durch eine entsprechende Formung des Ventilschließkörpers des Brennstoffeinspritzventils durch eine gezielte Drosselung vor dem Dichtsitz so beeinflußbar ist, daß die Gemischwolke die Zündkerze nur am Ende des Einspritzvorgangs erreicht.
Die Ventilnadel oder der Ventilschließkörper weist hierbei Flächenanschliffe auf, welche die BrennstoffStrömung je nach der radialen Tiefe der Flächenanschliffe mehr oder weniger stark drosseln, so daß die das Brennstoffeinspritzventil verlassende Gemischwolke je nach der Hubstellung der Ventilnadel einen größeren oder kleineren Öffnungswmkel α aufweist . Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Von Vorteil ist insbesondere, daß die Anzahl der Flächenanschliffe beliebig ist, so daß die gewünschte Drosselwirkung frei wählbar ist.
Vorteilhafterweise wirken zwischen den Flachenanschliffen angeordnete erhabene Führungsflächen mit einer am Düsenkörper ausgebildeten Gegenfläche so zusammen, daß die Führung der Ventilnadel jederzeit gewährleistet ist. Dadurch kann Fehl funktionen durch Versätze der Ventilnadel vorgebeugt werden.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Drosselwirkung entweder durch vertieft angeordnete Flächenanschliffe oder über einen erhabenen Führungsring regulierbar ist.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzsystems mit einer
Gemischwolke, welche durch ein erfindungsgemäßes
Brennstoffeinspritzventil im Brennraum erzeugt wird,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinsprit zventils ,
Fig. 3A-B einen Schnitt durch den abspritzseitigen Teil des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinsprit zventils in zwei verschiedenen Hubstellungen, und Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erf indungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils in gleicher Darstellung wie in Fig. 3A und 3B.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt in einer auszugsweisen, schematisierten Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzsystems 1 für eine gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraftmaschine .
Das Brennstoffeinspritzsystem 1 umfaßt einen Brennraum 2, welcher durch Zylinderwandungen 3, einen Zylinderkopf 4, welcher Firstschragen 5 aufweist, und einen Kolben 6 begrenzt ist. Eine Zündkerze 7 ist z. B. seitlich in den Brennraum 2 hineinragend angeordnet . Ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 10 ist zwischen den Firstschrägen 5 so angeordnet, daß Brennstoff in Form einer beispielsweise kegelförmigen Gemischwolke 8, 9 in den Brennraum 2 eingespritzt wird.
Um die oben angesprochenen Mängel in Bezug auf die Stöchiometrie der Gemischwolke 8, 9 sowie des direkten Anspritzens der Zündkerze 7 zu beheben, ist das Brennstoffeinspritzventil 10 erfindungsgemäß so ausgelegt, daß die darin herrschende BrennstoffStrömung in unterschiedlich starkem Maß so gedrosselt wird, daß abhängig von der Hubstellung einer Ventilnadel des Brennstoffeinspritzventils 10 eine Gemischwolke 8, 9 mit einem variablen Öffnungswinkel im Brennraum 2 erzeugt werden kann.
Wie in den Fig. 3A und 3B sowie 4 dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, weist die Ventilnadel oder ein mit dieser in Wirkverbindung stehender Ventilschließkörper zu diesem Zweck zumindest einen, vorzugsweise mehrere Flächenanschliffe oder einen Führungsring auf . Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann zunächst eine Gemischwolke 8 im Brennraum 2 erzeugt werden, die eine große Penetration und einen geringen Öffnungswinkel aufweist, während beim Schließvorgang des Brennstoffeinspritzventils 10 kurzzeitig die Gemischwolke 9 mit einem größeren Öffnungswinkel α erzeugt wird, welche die Zündkerze 7 im Bereich der Elektroden streift und somit zündfähiges Gemisch zur Funkenstrecke der Zündkerze 7 transportiert.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinsprit zventils 10, welches sich für diese Betriebsart eignet, ist in Fig. 2 dargestellt und im folgenden beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine schematisierte geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemaß ausgestalteten Brennstoffeinsprit zventils 10, welches insbesondere zur Verwendung in dem in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinsprit zsystem 1 geeignet ist.
Das Brennstoffeinspritzventil 10 ist dabei in Form eines direkt einspritzenden Brennstoffeinspritzventils 10 ausgeführt, das zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum 2 der gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine dient. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 10.
Das Brennstoffeinspritzventil 10 umfaßt einen Aktor 11, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als piezoelektrischer Aktor 11 ausgebildet ist. Der Aktor 11 ist in einem Aktorgehäuse 12 zur Stabilisierung gekapselt und stützt sich endseitig in Zulaufrichtung an einem Widerlager 13 und abströmseitig an einer Schulter 14 ab. Die Schulter 14 steht mit einer zweiteiligen Ventilnadel 15 in kraftschlüssiger Verbindung . Ein zuströmseitiger erster Teil 16 der Ventilnadel 15 stützt sich an der Schulter 14 ab, während ein zweiter Teil 17 abströmseitig des ersten Teils 16 von diesem getrennt angeordnet ist. Der erste Teil 16 der Ventilnadel 15 wird durch eine erste Rückstellfeder 18 beaufschlagt, welche zwischen der Schulter 14 und einem Dichtgehäuse 19 angeordnet ist. Der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 wird durch eine zweite Rückstellfeder 20 beaufschlagt, deren Federkraft geringer ist als diejenige der ersten Rückstellfeder 18, so daß der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 gegenüber dem ersten Teil 16 durchschwingen kann. Dies ist bei schnellschaltenden Brennstoffemspritzventilen 10 mit piezoelektrischen Aktoren 11 zur Dämpfung und Entprellung der Schließbewegung zweckmäßig.
Das Brennstoffeinspritzventil 10 umfaßt weiterhin eine Wellrohrdichtung 21, welche den Aktor 11 vor dem das Brennstoffeinspritzventil 10 durchströmenden Brennstoff schützt. Der Brennstoff wird im Ausführungsbeispiel über eine zentrale Brennstoffzufuhr 22 zugeführt und strömt durch einen Brennstoffkanal 23 in einem Gehäusekörper 24. Er wird dabei an dem Dichtgehäuse 19 vorbei eine Ausnehmung 25 eines in den Gehäusekörper 24 eingeschobenen Düsenkörpers 26, m welcher auch der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 angeordnet ist, geleitet.
Der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 weist einen mit der Ventilnadel 15 einstückig ausgebildeten oder in kraftschlussiger Verbindung mit dieser stehenden Ventilschließkörper 27 auf, welcher mit einer an dem Düsenkörper 26 ausgebildeten Ventilsitzflache 28 einen Dichtsitz bildet.
An dem Ventilschließkörper 27 und/oder dem zweiten Teil 17 der Ventilnadel 15 sind erfindungsgemäß Flachenanschlif fe 29 ausgebildet, welche so angebracht sind, daß eine Drosselwirkung auf den das Brennstoffeinsprit zventil 10 durchströmenden Brennstoff ausgeübt wird. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind m den Fig. 3A bis 3B und 4 naher dargestellt und der nachfolgenden Beschreibung eingehend erläutert.
Zur Betätigung des Brennstoffe spritzventils 10 wird an den Aktor 11 eine Erregerspannung beispielsweise über eine nicht weiter dargestellte elektrische Leitung angelegt . Der Aktor 11, welcher als piezoelektrischer Aktor 11 ausgeführt ist, dehnt sich daraufhin entgegen der Kraft der ersten Ruckstellfeder 18 aus. Dadurch wird der erste Teil 16 der Ventilnadel 15 m einer Hubrichtung bewegt. Der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 mit dem daran ausgebildeten Ventilschließkörper 27 wird ebenfalls entgegen der Kraft der zweiten Ruckstellfeder 20 m Hubrichtung bewegt, so daß der Ventilschließkörper 27 von der Ventilsitzflache 28 abhebt und Brennstoff abgespritzt wird.
Wird der Aktor 11 entladen, kehrt der erste Teil 16 der Ventilnadel 15 durch die Kraft der ersten Ruckstellfeder 18 entgegen der Hubrichtung m seine Ausgangsposition zurück. Dadurch wird auch der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 entlastet, wodurch der Ventilschließkörper 27 wieder auf der Ventilsitzflache 28 aufsetzt und das Brennstoffemspritzventil 10 geschlossen wird.
Die Fig. 3A und 3B zeigen eine auszugsweise Vergrößerung des Fig. 2 mit III bezeichneten Ausschnitts des erfmdungsgemaßen Brennstoffemspritzventils 10 m zwei verschiedenen Hubstellungen der Ventilnadel 15. Dabei stellt Fig. 3A eine Hubstellung dar, welche beispielsweise einer Offenstellung des Brennstoffe spritzventils 10 entspricht, wahrend Fig. 3B eine Hubstellung zeigt, welche bei einem geringeren Hub der Ventilnadel 15 beispielsweise beim Schließen des Brennstoffemspritzventils 10 auftritt Übereinstimmende Bauteile sind m allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Wie bereits weiter oben angesprochen, weist der zweite Teil 17 der Ventilnadel 15 an dem mit ihr einstückig ausgebildeten Ventilschließkörper 27 oder direkt an -dem zweiten Teil 17 der Ventilnadel 15 zumindest einen Flächenanschliff 29 auf. Vorzugsweise sind mehrere Flächenanschliffe 29 regelmäßig oder unregelmäßig über den Umfang des Ventilschließkörpers 27 verteilt an diesem ausgebildet.
Die Flächenanschliffe 29 sind beispielsweise längsoval ausgebildet und wechseln mit Führungsflächen 30 ab, welche an einer an dem Düsenkörper 26 ausgebildeten Gegenfläche 31 anliegen. Die Führungsflächen 30 und die Gegenfläche 31 führen den zweiten Teil 17 der Ventilnadel 15 während der Hubbewegung. Dadurch kann Fehl funktionen des Brennstoffeinsprit zventils 10 durch Versätze der Ventilnadel 15 mit nachfolgendem Verklemmen vorgebeugt werden.
Wie bereits oben ausgeführt, ist die Veränderung eines Öffnungswinkels α der in den Brennraum 2 eingespritzten Gemischwolke 8, 9 so zu gestalten, daß zum Ende des Einspritztaktes eine Gemischwolke 9 erzeugt wird, deren Öffnungswinkel 0:2 größer als der Öffnungswinkel oti zum Beginn des Einspritztaktes ist. Die Flächenanschliffe 29 am Ventilschließkörper 27 sind dementsprechend in ihrer radialen Ausdehnung so ausgebildet, daß sie die Weite eines zwischen den Flächenanschliffen 29 und der Gegenfläche 31 freiwerdenden Drosselspalts 32 definieren. Die Weite des Öffnungsquerschnitts am Dichtsitz im voll geöffneten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 10 ist dabei in jedem Fall größer als die Weite des durch die Flächenanschliffe 29 definierten Drosselspaltes 32, so daß die Flächenanschliffe 29 als Vordrossel dienen.
Ist, wie in Fig. 3A dargestellt, der Hub des Ventilschließkörpers 27 groß, beispielsweise in einer Maximalstellung, kann durch die in dem Drosse Ispalt 32 erzielte Vordrosselung eine kegelförmige Gemischwolke 8 mit einem kleinen Öffnungswinkel oti in den Brennraum 2 eingespritzt werden. Die Strömungslamelle, die in dem engen Spalt an den Flächenanschliffen gebildet wird, ist dünner als der Spalt am Dichtsitz. Die Kraftstofflamelle kann dadurch mit geringer Umlenkung nach außen durch den Dichtsitz fließen. Die Kraftstofflamelle fließt nicht parallel zu den Wandungen durch den Dichtsitzbereich, sondern schräg dazu nach unten gerichtet. Die kegelförmige Gemischwolke hat dadurch einen kleinen Öffnungswinkel.
Wird der Ventilschließkörper 27 in einer Schließrichtung bewegt, weil der Aktor 11 des Brennstoffeinspritz entils 10 mit einer kleineren Erregerspannung versorgt wird, verengt sich die Entfernung des Ventilschließkörpers 27 von der Ventilsitzflache 28. Wenn die Entfernung kleiner als der Spalt an den Flächenanschliffen wird, fließt die Strömung durch den Sitzspalt zwangsläufig parallel der Wandungen. Damit bildet sich ein größerer Öffnungswinkel der kegeligen Gemischwolke als im ersten Fall aus.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Brennstoffeinspritzventil 10 in gleicher Darstellung wie Fig. 3A und 3B.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Drosselungsfunktion des Drosselspalts 32 unabhängig von den Flächenanschliffen 29.
Abströmseitig der Flächenanschliffe 29 ist . am Ventilschließkörper 27 ein Führungsbereich 33 ausgebildet, welcher einen Drosselspalt 34 definiert, welcher über den Umfang des Ventilschließkörpers 27 immer gleich weit ist. Beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 10 verschiebt sich wiederum das Verhältnis der Drosslung durch den Drosselspalt 34 zur Drosselung durch den Dichtsitz zugunsten der Drosselung im Dichtsitz, wodurch ebenfalls eine Aufweitung der in den Brennraum 2 eingespritzten Gemischwolke erfolgt . Der Drosseleffekt und die nachfolgende Aufweitung des Offnungswmkels α der Gemischwolke 8, 9 kann beispielsweise auch durch das Ansteuern zweier diskreter Hubstellungen über den Aktor 11 oder eine Verlangsamung des Schließvorgangs des Brennstoffe spritzventils 10 verstärkt werden
Die Erfindung ist nicht auf d e dargestellten Ausfuhrungsbeispiele beschrankt und für beliebige Bauformen von Brennstoffemspπtzventilen 10 unterschiedliche Anordnungen von Zündkerzen 7 und Brennstoffemspri tzventilen 10 im Zylinderkopf 4 einer Brennkraftmaschine und Magnetantrieb der Ventilnadelbewegung anwendbar

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (10) für Brennkraftmaschinen mit einem Aktor (11), der mit einer in einem Düsenkörper
(26) geführten Ventilnadel (15) in Wirkverbindung steht, und einem mit der Ventilnadel (15) in kraftschlüssiger Verbindung stehenden Ventilschließkörper (27), der mit einer an einem Düsenkörper (26) ausgebildeten Ventilsitzfläche (28) einen Dichtsitz bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (15) und/oder der Ventilschließkörper
(27) zumindest einen Flächenanschliff (29) aufweist, der auf dem Umfang der Ventilnadel (15) und/oder des
Ventilschließkörpers (27) ausgebildet ist, wobei zwischen dem zumindest einen Flächenanschliff (29) und einer an dem Düsenkörper (26) ausgebildeten Gegenfläche (31) ein Drosselspalt (32) ausgebildet ist, dessen Querschnitt kleiner als der Öffnungsquerschnitt am Dichtsitz im geöffneten Zustand des Brennstoffeinspritzventils (10) ist.
2. Brennsto feinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Flachenanschliff (29) im Bereich der Führung in dem Düsenkörper (26) vorgesehen ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Flächenanschliffe (29) vorgesehen sind, die in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen umfänglich an dem Ventilschließkörper (27) angeordnet sind.
4. Brennstoffeinsprit zventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flächenanschliffen (29) Führungsflächen (30) ausgebildet sind.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (30) mit der an dem Düsenkörper (26) ausgebildeten Gegenfläche (31) zu einer Führung des
Ventilschließkörpers (27) zusammenwirken.
6. Brennstoffeinsprit zventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselwirkung der Flächenanschliffe (29) die Drosselwirkung am Dichtsitz im geöffneten Zustand des Brennstoffeinspritzventils (10) übersteigt.
7. Brennstoffeinsprit zventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Öffnungsquerschnitt am Dichtsitz beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils (10) zunehmend dem Querschnitt des Drosselspalts (32) im Bereich der Flächenanschliffe (29) annähert..
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenanschliffe (29) zuströmseit ig eines Führungsbereichs (33) ausgebildet sind.
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbereich (33) emstuckig mit dem Ventilschließkörper (27) ausgebildet ist.
10. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuhrungsbereich (33) mit der Gegenflache (31) einen Drosselspalt (34) konstanter Weite bildet.
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