EP0493390B1

EP0493390B1 - Vorrichtung zur einspritzung eines kraftstoff-luft-gemisches für mehrzylindrige brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP0493390B1
Application number: EP90911534A
Authority: EP
Inventors: Udo Hafner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-09-21
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2010-08-14
Also published as: DE3931490A1; WO1991004408A1; DE59005475D1; US5269281A; JPH05503752A; EP0493390A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Einspritzung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen weist ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventil (12) mit Ventilsitz (27) und Ventilglied (28) und einen Verteiler (15) mit Luftzuführung (16) und einer der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von mit der Luftzuführung (16) in Verbindung stehenden Verteilerbohrungen (17) auf. Zur Erzielung einer extrem geringen Mengenstreuung des während des Ventilöffnens den einzelnen Verteilerbohrungen (17) zugemessenen Kraftstoffs bei einfachem Aufbau des Kraftstoffeinspritzventils (12) ist das Ventilglied (28) von einer Ventilnadel (32) getragen, die mittels eines Führungsabschnittes (33) in dem dem Ventilsitz (27) vorgeordneten Ventilraum (29) axial verschieblich geführt ist, wobei der Kraftstoff dem Ventilraum (29) in Bereich zwischen dem Ventilsitz (27) und dem Führungsabschnitt (33) zugeführt ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Einspritzung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Bei solchen Einspritzvorrichtungen wird im Gegensatz zu bisher üblichen Kraftstoffeinspritzeinrichtungen an den Einspritzstellen der Brennkraftmaschine nicht reiner Kraftstoff, sondern ein Gemisch aus Kraftstoff und einem aus der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine abgezweigten Stützluftstrom eingebracht. Dabei wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch über die an den einzelnen Verteilerbohrungen angeschlossenen Einspritzleitungen zu den Einspritzstellen der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine geführt. Die Einspritzstelle kann das zu jedem Zylinder der Brennkraftmaschine führende Saugrohr der Ansaugleitung oder das Einlaßventil des Zylinders sein.Die Vermischung des Kraftstoffs vor der eigentlichen Einspritzung in den Zylinder bewirkt zum einen eine bessere Aufbereitung des Kraftstoffes und damit eine günstigere Verbrennung in der Brennkraftmaschine und bietet zum anderen die Möglichkeit, bei exakter Zumessung mit einem einzigen Kraftstoffeinspritzventil eine Mehrzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine zu versorgen.
Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art (DE 37 10 127 A1) ist das Ventilglied an einer Hülse ausgebildet, die axial verschieblich auf einem Schaft geführt und mit dem Elektromagneten verbunden ist. Der Schaft trägt endseitig einen Flansch, der auf dem Verteiler aufliegt und zu dessen Verteilerbohrungen koaxiale Kraftstoffzumeßbohrungen trägt, die auf der vom Verteiler abgekehrten Oberseite des Flansches von dem von einer Ventilschließfeder auf den Flansch aufgepreßten Ventilglied verschlossen werden. In Kraftstoffströmungsrichtung gesehen vor dem Flansch ist ein die Ventilschließfeder aufnehmender Ventilraum ausgebildet, der einerseits über einen hohlzylindrischen, zum Schaft koaxialen Ringkanal zwischen Hülse und Elektromagnet mit dem Kraftstoffzulauf und andererseits über ein Druckregelventil mit dem Kraftstoffrücklauf in Verbindung steht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, bei einem sehr einfachen konstruktiven Aufbau die Forderung nach extrem geringer Mengenstreuung des den einzelnen Verteilerbohrungen zugemessenen Kraftstoffs zu erfüllen. Durch die Position des Kraftstoffeinstritts in die Ventilkammer zwischen Ventilsitz und Ventilnadelführung wird eine von der Bewegung der Ventilnadel ungestörte gleichmäßige Anströmung der einzelnen Kraftstoffzumeßbohrungen erreicht, wodurch wiederum die über die einzelnen Verteilerbohrungen abströmenden Kraftstoffstrahlen mengenmäßig nur sehr wenig differieren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat ferner den Vorteil, daß ein an sich bekanntes Side-feed-Ventil, wie dies bei Reiheneinspritzpumpen pro Zylinder der Brennkraftmaschine eingesetzt wird, mit nur geringfügigen konstruktiven Änderungen als Kraftstoffeinspritzventil eingesetzt werden kann. Ein solches Side-feed-Ventil ist beispielsweise in der DE 37 05 848 A1 beschrieben. Die konstruktiven Änderungen bestehen in der Verlegung der mindestens einen zur Ventilkammer führenden Verbindungsbohrung und in der Ausbildung der Verteilerkammer mit den Kraftstoffzumeßbohrungen auf der von der Ventilkammer abgekehrten Seite des Ventilsitzes.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Ventilnadel mit Führungsabschnitt und die Ventilkammer so dimensioniert, daß der zwischen Ventilnadel und Innenwand der Ventilkammer verbleibende lichte Ringquerschnitt der Ventilkammer 40 - 80mal größer ist als der ringförmige Sitzquerschnitt. Außerdem ist die mindestens eine Verbindungsbohrung so bemessen, daß der lichte Ringquerschnitt zwischen Ventilnadel und Innenwand der Ventilkammer 10 - 20mal größer als der Querschnitt der Verbindungsbohrung ist. Durch diese konstruktive Bemessung ist in der Ventilkammer zwischen Führungsabschnitt der Ventilnadel und Ventilsitz ein Ausgleichsvolumen vorhanden, das eine ausreichende Störungsberuhigung des Kraftstoffes vor dem Ventilsitz sicherstellt. Der Querschnitt des Ventilsitzes beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform ca. 0,3 mm².
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Ventilnadel mit einem zweiten Führungsabschnitt versehen, der auf dem vom ersten Führungsabschnitt abgekehrten freien Ende der Ventilnadel jenseits des Ventilsitzes ausgebildet ist. Der zweite Führungsabschnitt liegt in einer an der Verteilerkammer sich koaxial anschließenden Führungsbohrung ein. Durch diesen zweiten Führungsabschnitt wird ohne Beeinträchtigung der Gleichmäßigkeit der Kraftstoffzumessung zu den einzelnen Verteilerbohrungen durch weit auseinanderliegende Führungsabschnitte an der Ventilnadel ein Kippen der Ventilnadel verhindert. Die Ventilnadel ist leichtgängig und ermöglicht hohe Schaltgeschwindigkeiten.
Wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Führungsbohrung als Durchgangsbohrung ausgebildet, so muß das Spiel zwischen der Durchgangsbohrung und dem einliegenden Führungsabschnitt der Ventilnadel sehr eng toleriert werden, da ansonsten bei langen Einspritzimpulsen infolge des anstehenden Systemdrucks Kraftstoff durch den Führungsspalt in die Luftzuführung übertritt.
Um die Genauigkeitsanforderung an die Fertigung der Führungsbohrung zu reduzieren, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Führungsbohrung als Sackbohrung ausgebildet. Der in der Sackbohrung einliegende Führungsabschnitt der Ventilnadel erhält eine axiale Entlüftungsnut, die einen Druckausgleich in der Sackbohrung ermöglicht.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig 1.: ausschnittweise einen Längsschnitt einer Vorrichtung zur Einspritzung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine,
Fig. 2 und 3: jeweils ausschnittweise einen Längsschnitt der Einspritzvorrichtung gemäß einem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 im Längsschnitt und ausschnittweise dargestellte Vorrichtung zur Einspritzung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine weist ein Kraftstoffeinspritzventil 12 auf, das in einer Aufnahmekammer 11 eines Ventilträgers 10 flüssigkeitsdicht eingesetzt ist. Die Aufnahmekammer 11 ist an einem Kraftstoffzulauf 13 und an einem Kraftstoffrücklauf 14 angeschlossen. Die Kraftstoffströmungsrichtung ist durch Pfeile gekennzeichnet. Zur Einspritzvorrichtung gehört ferner ein an der Ausgangsseite des Kraftstoffeinspritzventils 12 angesetzter Verteiler 15, der eine Luftzuführung 16 und eine Mehrzahl von mit der Luftzuführung 16 in Verbindung stehenden Verteilerbohrungen 17 aufweist. Die Zahl der Verteilerbohrungen 17 entspricht der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine. Von den Verteilerbohrungen 17 führt jeweils eine Einspritzleitung 18 zu je einen Zylinder der Brennkraftmaschine, die in dem Ansaugrohr des Zylinders mündet.
Das Kraftstoffeinspritzventil 12 weist ein dreiteiliges Ventilgehäuse 20 mit einem topfförmigen Oberteil 21, einem Mittelteil 22 und einem stutzenartigen Unterteil 23 auf. Das Mittelteil 22 ist in das Oberteil 21 und das Unterteil 23 in das Mittelteil 22 eingesetzt und jeweils durch Umbördelung befestigt. Gegenüber der Innenwand der Aufnahmekammer 11 ist das Oberteil 21 mit einem Dichtungsring 24 und das Unterteil 23 mit einem Dichtungsring 25 abgedichtet. Die zwischen diese Dichtungsringe 24,25 eingeschlossene Aufnahmekammer 11 ist kraftstoffgefüllt, so daß das Ventilgehäuse 20 kraftstoffumspült ist. In dem stutzenartigen Unterteil 23 ist eine endseitig geschlossene Stufenbohrung 26 eingebracht, in der ein Ventilsitz 27 am Übergang zweier Bohrungsabschnitte ausgebildet ist. Der mit einem Ventilglied 28 zusammenwirkende Ventilsitz 27 unterteilt die Stufenbohrung 26 in einen vorgeordneten Ventilraum 29 und in eine nachgeordnete Verteilerkammer 30. In der Verteilerkammer 30 münden die Wand des Unterteils 23 durchdringende Kraftstoffzumeßbohrungen 31. Das freie Ende des Unterteils 23 ragt in eine Ausnehmung 19 im Verteiler 15 hinein, in welcher sowohl die Luftzuführung 16 als auch die Verteilerbohrungen 17 münden. Die Anordnung der Kraftstoffzumeßbohrungen 31 ist dabei so getroffen, daß sie im wesentlichen koaxial zu jeweils einer zugeordneten Verteilerbohrung 17 ausgerichtet sind.
Das Ventilglied 28 ist auf einer Ventilnadel 32 ausgebildet, die mittels zweier durchmessergrößerer Führungsabschnitte 33,34 in dem Ventilraum 29 axial verschieblich geführt ist. Der Ventilraum 29 steht über Radialbohrungen 35, von welcher in Fig. 1 zwei zu sehen sind, mit der kraftstoffgefüllten Aufnahmekammer 11 in Verbindung. Die Radialbohrungen 35 sind dabei so eingebracht, daß sie im Ventilraum 29 im Bereich zwischen dem Ventilsitz 27 und dem dem Ventilsitz 27 am nächsten liegenden Führungsabschnitt 33 münden. Die Radialbohrungen 35 sind so bemessen, daß der lichte Ringquerschnitt des Ventilraums 29, der zwischen der Ventilnadel 32 und der Innenwand der Stufenbohrung 26 verbleibt ca. 10 - 20mal größer ist als die Summe der Querschnitte der Radialbohrungen 35. Außerdem ist die Ventilnadel 32 mit ihren Führungsabschnitten 33,34 und der Ventilraum 29 im Bereich zwischen dem Ventilsitz 27 und dem diesen zugekehrten Führungsabschnitt 33 so ausgebildet, daß der zwischen Ventilnadel 29 und der Innenwand der Stufenbohrung 26 verbleibende lichte Ringquerschnitt ca. 43 - 80mal großer ist als der ringförmige Querschnitt des Ventilsitzes 27. Letzter wird vorzugsweise ca. 0,3 mm² gewählt. Durch diese Bemessung befindet sich in dem Ventilraum 29 zwischen dem Ventilsitz 27 und dem diesem zugekehrten Führungsabschnitt 33 ein Ausgleichsvolumen an Kraftstoff das zur Störungsberuhigung ausreichend ist, so daß bei vom Ventilsitz 27 abhebenden Ventilglied 28 eine gleichmäßige Beaufschlagung aller Kraftstoffzumeßbohrungen 31 sichergestellt ist. Durch die Anordnung der Radialbohrungen 35 im Bereich zwischen dem Ventilsitz 27 und dem Führungsabschnitt 33 verursacht die Ventilnadelbewegung beim Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils keine zusätzlichen Störungen im Ausgleichsvolumen, so daß die gleichmäßige Anströmung der Kraftstoffzumeßbohrungen 31 nicht beeinträchtigt wird.
Die Ventilnadel 32 wird von einem im Oberteil 21 des Ventilgehäuses 20 untergebrachten Elektromagneten 36 betätigt. Der Magnettopf des Elektromagneten 36 wird von dem Gehäuseoberteil 21 gebildet, das einstückig einen koaxialen hohlzylindrischen Magnetkern 37 trägt, der sich über den Topfboden hinaus nach außen stutzenartig fortsetzt. Auf dem Magnetkern 37 sitzt in bekannter Weise ein Spulenträger 38, auf dem eine Erregerspule 39 aufgewickelt ist. Ein koaxial zum Magnetkern 37 angeordneter, diesen unter Belassung eines Arbeitsluftspaltes 40 gegenüberliegender Magnotanker 41, ist in einer Bohrung 42 im Gehäusemittelteil 22 axial verschieblich geführt. Das mit einem Flansch 43 den Spulenträger 38 abdeckende und die Stirnseite des Gehäuseoberteils 21 teilweise übergreifende Mittelteil 22 bildet das Rückschlußjoch des Elektromagneten 36. Mit dem hohlzylindrischen Magnetanker 41 ist das mit einem Flansch 44 versehene Ende der Ventilnadel 32 fest verbunden. Eine im Innern des Magnetkerns 37 und des Magnetankers 41 angeordnete Ventilschließfeder 45 stützt sich einerseits an dem Flansch 44 der Ventilnadel 32 und andererseits an einem einstellbaren Anschlag 46 ab, der in dem Magnetkern 37 eingeschraubt ist. Über eine Bohrung 47 im Flansch 43 der Ventilnadel 32 steht der Ventilraum 29 mit dem Innern des Magnetkerns 37 in Verbindung und dieser über Bohrungen 48 mit der Aufnahmekammer 11. Der Elektromagnet 36 ist über einen Stecker 50 mit zwei zu der Erregerspule 39 führenden Kontaktstiften 51,52 ansteuerbar, wobei er gegen die Kraft der Ventilschließfeder 43 die Ventilnadel 32 anhebt, so daß das Ventilglied 28 für die Dauer der Magneterregung vom ventilsitz 27 abgehoben ist. Der im Ventilraum 29 unter Druck stehende Kraftstoff wird über die Kraftstoffzumeßbohrungen 31 in die Verteilerbohrungen 17 eingespritzt und vermischt sich hier mit dem über die Luftzuführung 16 zugeführten Stützluftstrom (Pfeil 53), der sich über die Ausnehmung 19 gleichmäßig auf die einzelnen Verteilerbohrungen 17 aufteilt.
Bei der in Fig. 2 ausschnittweise im Längsschnitt dargestellten Einspritzvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist lediglich das Kraftstoffeinspritzventil 12 bezüglich der Führung der Ventilnadel 32 modifiziert. Der zweite Führungsabschnitt 34 der Ventilnadel 32 ist aus dem Ventilraum 29 herausgenommen und jenseits des Ventilsitzes 27 verlegt und am freien Ende der Ventilnadel 32 als Führungsabschnitt 34' ausgebildet. In dem sackartigen Boden der Stufenbohrung 26 ist eine Durchgangsbohrung 54 eingebracht, die den Ventilraum 29 mit der Ausnehmung 19 im Verteiler 15 verbindet. In dieser Durchgangsbohrung 54 ist der Führungsabschnitt 34' mit sehr eng toleriertem Spiel axial verschieblich geführt. Der im Ventilraum 29 verbleibende, dem Ventilsitz 27 naheliegende erste Führungsabschnitt 33' ist gegenüber der Ausführung der Fig. 1 auf der Ventilnadel 32 weiter in Richtung Elektromagnet 36 verlegt, so daß zwischen den beiden Führungsabschnitten 33' und 34' ein relativ großer Abstand besteht. Dieser große Abstand verhindert ein Kippen der Ventilnadel 32, so daß diese nicht verkanten kann und sehr leichtgängig ist und damit geringe Schaltzeiten des Ventils ermöglicht.
Die in Fig. 3 ausschnittweise als weiteres Ausführungsbeispiel dargestellte Einspritzvorrichtung unterscheidet sich von der in Fig. 2 lediglich hinsichtlich der Ausbildung der Führungsbohrung für den Führungsabschnitt 34' am Ende der Ventilnadel 32. Hier ist zur Führung des Führungsabschnitts 34' am Grunde der Stufenbohrung 26 eine Sackbohrung 55 eingebracht, die den Führungsabschnitt 34' auf der Ventilnadel 32 mit Spiel aufnimmt. Zum Druckausgleich in der Sackbohrung 55 bei der Ventilnadelbewegung trägt der Führungsabschnitt 34' auf seiner Oberfläche eine längsdurchgehende axiale Entlüftungsnut 56.

Claims

Vorrichtung zur Einspritzung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen mit einem Kraftstoffeinspritzventil (12), das in einem an einen Kraftstoffzulauf (13) und an einen Kraftstoffrücklauf (14) angeschlossenen Ventilgehäuse (20) einen als Ringschulter ausgebildeten Ventilsitz (27), einen in Strömungsrichtung vor dem Ventilsitz (27) angeordneten kraftstoffgefüllten Ventilraum (29), ein mit dem Ventilsitz (27) zusammenwirkendes Ventilglied (28), einen Elektromagneten (36) zum Betätigen des Ventilgliedes (28), ein das Ventilglied (28) tragendes gestrecktes Bauteil (32), das mittels mindestens eines im Abstand vom Ventilsitz (27) ausgebildeten Führungsabschnittes (33; 33') in dem Ventilraum (29) axial verschiebbar geführt und mit einem Magnetanker (41) verbunden ist, und mindestens eine den Ventilraum (29) an den Kraftstoffzulauf (13) anschließende Verbindungsbohrung (35) hat, und mit einem Verteiler (15), der eine Luftzuführung (16) und eine der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von mit der Luftzuführung (16) in Verbindung stehenden Verteilerbohrungen (17) aufweist, die über dazu koaxial im Ventilgehäuse (20) eingebrachte Kraftstoffzumeßbohrungen (31) am Kraftstoffeinspritzventil (12) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (27) in einer Gehäusebohrung (26) ausgebildet ist, daß der Ventilsitz (27) die Gehäusebohrung (26) in den vorgeordneten Ventilraum (29) und eine dem Ventilsitz (27) in Strömungsrichtung nachgeordnete Verteilerkammer (30) unterteilt, in welcher die Kraftstoffzumeßbohrungen (31) münden, daß das gestreckte Bauteil als Ventilnadel (32) ausgebildet ist, an der der mindestens eine Führungsabschnitt (33; 33') vorgesehen ist, und daß die mindestens eine Verbindungsbohrung (35) im Bereich zwischen Ventilsitz (27) und Führungsabschnitt (33; 33') in den Ventilraum (29) mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (20) in einer mit dem Kraftstoffzu- und -rücklauf (13,14) verbundenen Aufnahmekammer (11) flüssigkeitsdicht eingesetzt ist und daß die mindestens eine Verbindungsbohrung als eine in der Außenwand des Ventilgehäuses (20) mündende Radialbohrung (35) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (32) mit Führungsabschnitt (33;33') und der Ventilraum (29) so ausgebildet sind, daß der zwischen Ventilnadel (32) und der Innenwand der Gehäusebohrung (26) verbleibende lichte Ringquerschnitt des Ventilraums (29) etwa 40 - 80mal größer ist als der Querschnitt des Ventilsitzes (27).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Verbindungsbohrung (35) so bemessen ist, daß der lichte Ringquerschnitt des Ventilraums (29) zwischen Ventilnadel (29) und der Innenwand der Gehäusebohrung (26) ca. 10 - 20mal größer als der Querschnitt der Verbindungsbohrung (35) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (32) einen zweiten Führungsabschnitt (34') aufweist, der auf dem vom ersten Führungsabschnitt (33') abgekehrten freien Ende der Ventilnadel (32) ausgebildet ist und in einer an der Verteilerkammer (30) sich koaxial anschließenden Führungsbohrung (54,55) einliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbohrung als Durchgangsbohrung (54) ausgebildet ist, die die Verteilerkammer (30) mit der Luftzuführung (16) verbindet und daß das Spiel zwischen Führungsabschnitt (34') und Durchgangsbohrung (54) sehr eng toleriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbohrung als Sackbohrung (55) ausgebildet und der Führungsabschnitt (34') auf seinem Außenmantel eine längsdurchgehende, axiale Entlüftungsnut (56) trägt.