DE10307932A1

DE10307932A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10307932A1
Application number: DE2003107932
Authority: DE
Inventors: Martin Maier; Guenter Dantes; Detlef Nowak; Joerg Heyse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-10-28

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen umfaßt eine Magnetspule (10), eine mit der Magnetspule (10) in Wirkverbindung stehende und in einer Schließrichtung von einer Rückstellfeder (23) beaufschlagte Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und zumindest zwei Abspritzöffnungen (7), die in dem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet sind. In einer dem Ventilschließkörper (4) zugewandten Stirnseite (36) des Ventilsitzkörpers (5) ist zumindest eine Nut (37) ausgebildet, in welcher die Abspritzöffnungen (7) angeordnet sind.

Description

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

Aus der DE 198 04 463 A1 ist ein Brennstoffeinspritzsystem für eine gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine bekannt, welches ein Brennstoffeinspritzventil umfaßt, das Brennstoff in einen von einer Kolben-/Zylinderkonstruktion gebildeten Brennraum einspritzt, und mit einer in den Brennraum ragenden Zündkerze versehen ist. Das Brennstoffeinspritzventil ist mit mindestens einer Reihe über den Umfang des Brennstoffeinspritzventils verteilt angeordneten Einspritzlöchern versehen. Durch eine gezielte Einspritzung von Brennstoff über die Einspritzlöcher wird ein strahlgeführtes Brennverfahren durch Bildung einer Gemischwolke mit mindestens einem Strahl realisiert.

Nachteilig an dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere die mangelhafte Strahlaufbereitung der in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzten Brennstoffstrahle. Das Gemisch bleibt inhomogen, zu fett im Kernbereich und zu mager in der Peripherie, und verhindert damit ein effektives Brennverfahren.

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Abspritzöffnungen so angebracht sind, daß ihre Länge gegenüber ihrem Durchmesser reduziert ist, indem eine Nut an einer inneren Stirnseite des Ventilsitzkörpers im Bereich der Abspritzöffnungen vorgesehen ist. Dadurch kann eine verbesserte Strahlaufbereitung und ein homogeneres Gemisch mit verbesserten Verbrennungseigenschaften und Abgaswerten erzielt werden. Durch die räumlich eng begrenzte Reduzierung der Wandstärke ist die Druckfestigkeit des Brennstoffeinspritzventils nicht beeinträchtigt, wodurch es insbesondere für die Benzin-Direkteinspritzung geeignet ist.

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

Vorteilhafterweise wird die Nut bei der Herstellung des Ventilsitzkörpers gemeinsam mit diesem aus einem Werkstück gedreht.

Die Abspritzöffnungen können vorteilhafterweise innerhalb der Nut beliebig angeordnet sein. Die Abspritzöffnungen können ebenso beliebig orientiert, geneigt und auf ovalen, kreisförmigen und ungleichmäßig geformten, konzentrischen oder nicht konzentrischen Ringen angeordnet sein.

Weiterhin kann die Nut auch in Form einer Sicke ausgebildet und in den Ventilsitzkörper eingeprägt, erodiert, elysiert oder geätzt sein.

Kegelöffnungswinkel und Neigungswinkel der Gemischwolke gegenüber einer Achse des Brennstoffeinspritzventils sind vorteilhafterweise ebenfalls beliebig.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils in einer Gesamtansicht, und
2 einen schematischen Schnitt durch den abspritzseitigen Teil des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich 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 Brennstoffeinspritzventil 1, welches über zwei Abspritzöffnungen 7 verfügt.
Der Ventilschließkörper 4 des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1 weist eine nahezu kugelförmige Form auf. Dadurch wird eine versatzfreie, kardanische Ventilnadelführung erzielt, die für eine exakte Funktionsweise des Brennstoffeinspritzventils 1 sorgt.
Der Ventilsitzkörper 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 ist nahezu topfförmig ausgebildet und trägt durch seine Form zur Ventilnadelführung bei. Der Ventilsitzkörper 5 ist dabei in eine abspritzseitige Ausnehmung 34 des Düsenkörpers 2 eingesetzt und mittels einer Schweißnaht 35 mit dem Düsenkörper 2 verbunden.
Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen 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.
Abströmseitig des Ankers 20 ist ein zweiter Flansch 31 angeordnet, der als unterer Ankeranschlag dient. Er ist über eine Schweißnaht 33 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden. Zwischen dem Anker 20 und dem zweiten Flansch 31 ist ein elastischer Zwischenring 32 zur Dämpfung von Ankerprellern beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 angeordnet.
In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und am Ventilsitzkörper 5 verlaufen Brennstoffkanäle 30a bis 30c. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Verteilerleitung abgedichtet.
Erfindungsgemäß weist das Brennstoffeinspritzventil 1 an einer dem Ventilschließkörper 4 zugewandten Stirnseite 36 des Ventilsitzkörpers 5, der in einer Ausnehmung 34 des Düsenkörpers 2 angeordnet und beispielsweise mittels einer Schweißnaht 35 mit diesem verbunden ist, eine Nut 37 auf, in der die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Abspritzöffnungen 7 ausgebildet sind. Durch die Nut 37 wird die Länge der Abspritzöffnungen 7 gegenüber ihrem Durchmesser verringert, so daß eine verbesserte Strahlaufbereitung möglich ist. Der abspritzseitige Teil des Brennstoffeinspritzventils 1 mit der Nut 37 ist in 2 näher dargestellt.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der erste Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Der Anker 20 liegt auf dem Zwischenring 32 auf, der sich auf dem zweiten Flansch 31 abstützt. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt. Dabei nimmt der Anker 20 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, wodurch der Brennstoff abgespritzt wird.
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. Der Anker 20 setzt auf dem durch den zweiten Flansch 31 gebildeten Ankeranschlag auf.
2 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt aus dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1. Gleiche Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Wie bereits in der Beschreibung zu 1 angesprochen, weist das Brennstoffeinspritzventil 1 in einer dem Ventilschließkörper 4 zugewandten Stirnseite 36 des Ventilsitzkörpers 5 eine vorzugsweise ring- oder teilringförmige Nut 37 auf, in welcher die Abspritzöffnungen 7 angeordnet sind. Dadurch wird im Bereich der Abspritzöffnungen 7 die Wandstärke des Ventilsitzkörpers 5 reduziert, so daß die Länge L der Abspritzöffnungen 7 gegenüber ihrem Durchmesser D reduziert ist. Dies hat den Effekt, daß die durch die Abspritzöffnungen 7 abgespritzten Brennstoffstrahlen stärker aufgeweitet werden, die Flammfront daher leichter zwischen den Einzelstrahlen überspringen kann und dadurch eine homogenere Gemischwolke im Brennraum der Brennkraftmaschine erzeugt und die Verbrennung verbessert werden kann.
Das Verhältnis L/D ist dabei vorzugsweise kleiner oder höchstens gleich 1,3, die Länge L der Abspritzöffnungen 7 beträgt also ungefähr soviel wie ihr Durchmesser D. Je geringer die Wandstärke bzw. die Länge L der Abspritzöffnungen 7 ist, desto stärker wird ein durch die jeweilige Abspritziöffnung 7 abgespritzter Brennstoffstrahl aufgeweitet, da die einzelnen Richtungsvektoren in der Abspritzöffnung 7 bedingt durch die geringe Länge L nicht gleichgerichtet werden. Damit in der Abspritzöffnung 7 eine Blendenströmung entsteht, sollte die eingedrehte Nut 37 keine Strömungsrichtwirkung haben, d. h., die radiale Breite der Nut 37 sollte mindestens 1,5-fach so groß sein wie der Durchmesser D der Abspritzöffnung 7.
Der Durchmesser D der Abspritzöffnungen 7 ist dabei in der Einheit Millimeter [mm] folgendermaßen definiert:
wobei die Konstante c
0,3 ≤ c ≤ 0,6 [mm²·MPa^0,5]
beträgt. Dabei ist n > 1 die Anzahl der Abspritzöffnungen 7 und p der Brennstoffdruck in einer nicht näher dargestellten Brennstoffverteilerleitung bzw. stromaufwärts des Dichtsitzes. Die resultierende Wandstärke des Ventilsitzkörpers 5 im Bereich der Nut 37 entspricht dem Wert L.
Dabei ist weder die Anzahl der Abspritzöffnungen 7, noch ihre Anordnung auf dem Ventilsitzkörper 5 oder ihre räumliche Orientierung begrenzt. Beispielsweise können die Abspritzöffnungen 7 in unterschiedlichen Abständen zueinander und/oder zu einer Längsachse 38 des Ventilsitzkörpers 5 angeordnet sein, jede Abspritzöffnung 7 kann unter einem anderen Winkel gegenüber der Achse 38 geneigt sein, es können mehrere, auch konzentrische Kreise von Abspritzöffnungen 7 vorgesehen sein, und die Schwerpunktsachse der Gesamtheit der in den Brennraum eingespritzten Brennstoffstrahlen kann um bis zu 70° gegenüber der Längsachse 39 des Brennstoffeinspritzventils 1 geneigt sein. Auch beliebige Kegelöffnungswinkel der Gemischwolke sind möglich, wobei dieser jedoch vorzugsweise zwischen 30° und 100° beträgt.
Die Einbringung der Nut 37 kann kostengünstig und einfach während der Herstellung des Ventilsitzkörpers 5 erfolgen. Auch die Anbringung einer Sicke anstatt einer Nut 37 durch Einprägen oder das Erodieren, Elysieren oder Einätzen der Nut 37 ist möglich.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiele beschränkt und z. B. auch für teilkreisförmige Nuten 37 sowie für beliebige Bauweisen von nach innen öffnenden Mehrloch-Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem erregbaren Aktuator (10), einer mit dem Aktuator (10) in Wirkverbindung stehenden und in einer Schließrichtung von einer Rückstellfeder (23) beaufschlagten Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und zumindest zwei Abspritzöffnungen (7), die in dem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einer dem Ventilschließkörper (4) zugewandten Stirnseite (36) des Ventilsitzkörpers (5) zumindest eine Nut (37) ausgebildet ist, in welcher die Abspritzöffnungen (7) angeordnet sind.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Nut (37) ringförmig oder oval ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (37) zumindest 1,5-fach so breit ist wie ein Durchmesser (D) der Abspritzöffnungen (7).
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis L/D zwischen dem Durchmesser D und einer Länge L der Abspritzöffnungen (7) kleiner oder gleich 1,3 ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser D der Abspritzöffnungen (7) in der Einheit Millimeter als
definiert ist, wobei c eine Konstante n die Anzahl der Abspritzöffnungen (7) und p den Druck stromaufwärts des Dichtsitzes bedeuten.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß 0,3 ≤ c ≤ 0,6 ist. (c[mm²·MPa^0,5]).
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (37) durch Drehen, Erodieren, Elysieren oder Ätzen in den Ventilsitzkörper (5) eingebracht ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (37) in Form einer Sicke ausgebildet und in den Ventilsitzkörper (5) eingeprägt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen (7) auf einem oder mehreren, kreisförmigen oder ovalen Ringen angeordnet sind.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abspritzöffnungen (7) unter unterschiedlichen Winkeln zu einer Längsachse (38) des Ventilsitzkörpers (5) geneigt sind.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwerpunktsachse der in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzten Gemischwolke unter einem Winkel wischen 0° und 70° gegenüber einer Längsachse (39) des Brennstoffeinspritzventils (1) geneigt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kegelöffnungswinkel der Gemischwolke 30° bis 100° beträgt.