DE10118276A1

DE10118276A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10118276A1
Application number: DE10118276A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dantes; Detlef Nowak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2002-10-17
Also published as: DE50211838D1; EP1402175B1; CN1461383A; JP2004518908A; CZ20023956A3; EP1402175A1; WO2002084111A1; US20040011895A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, das u. a. einen Aktuator (10, 11, 12) und ein bewegliches Ventilteil (5, 7), das zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (22) zusammenwirkt, der an einem Ventilsitzkörper (16) ausgebildet ist, aufweist. DOLLAR A Stromabwärts des Ventilsitzes (22) ist ein Scheibenförmiges Drallelement (26) angeordnet, das wenigstens einen Einlass (27) als auch wenigstens eine Auslassöffnung (29) hat und das wenigstens einen Drallkanal (28) stromaufwärts der Auslassöffnung (29) besitzt. Das Drallelement (26) ist in einem scheibenförmigen Aufnahmeteil (25) aufgenommen. Zu jedem Einlassende (34) eines Drallkanals (28) ist genau ein in dem Aufnahmeteil (25) ausgebildeter Zuführkanal (33) gerichtet. DOLLAR A Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich insbesondere als Hochdruckeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1.

Es ist bereits vielfach bekannt, an Brennstoffeinspritzventilen drallerzeugende Elemente vorzusehen, mit denen dem abzuspritzenden Brennstoff eine Drallkomponente aufgeprägt wird, durch die der Brennstoff besser zerstäubt wird und in kleinere Tröpfchen zerfällt. Dabei ist es bereits bekannt, einerseits die drallerzeugenden Mittel stromaufwärts, also vor dem Ventilsitz und andererseits stromabwärts, also hinter dem Ventilsitz anzuordnen.

Drallerzeugende Mittel, die stromabwärts des Ventilsitzes angeordnet sind, sind üblicherweise derart gestaltet, dass in radial außen liegende Enden von Drallkanälen Brennstoff eingeleitet wird, der dann radial einwärts zu einer Drallkammer geführt wird, in die er mit einer tangentialen Komponente eintritt. Aus der Drallkammer tritt dann der drallbehaftete Brennstoff aus. Aus der DE-OS 198 15 775 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem stromabwärts des Ventilsitzes eine Drallscheibe vorgesehen ist, die einen solchen Strömungsverlauf aufweist. Der Drallscheibe wird der Brennstoff ungeordnet zu Einlassbereichen der Drallkanäle zugeführt; es liegt keine gezielte Strömungsführung zu den Drallkanälen hin vor.

In der DE-OS 196 07 288 wurde bereits die sogenannte Multilayergalvanik zur Herstellung von Lochscheiben, die insbesondere für den Einsatz an Brennstoffeinspritzventilen geeignet sind, ausführlich beschrieben. Dieses Herstellungsprinzip einer Scheibenherstellung durch mehrfaches galvanisches Metallabscheiden verschiedener Strukturen aufeinander, so dass eine einteilige Scheibe vorliegt, soll ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt vorliegender Erfindung zählen. Die mikrogalvanische Metallabscheidung in mehreren Ebenen, Lagen bzw. Schichten kann auch zur Herstellung der Drallscheiben zum Einsatz kommen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass mit ihm eine sehr hohe Zerstäubungsgüte eines abzuspritzenden Brennstoffs erzielt wird. Als Konsequenz können mit einem solchen Einspritzventil einer Brennkraftmaschine u. a. die Abgasemission der Brennkraftmaschine reduziert und ebenso eine Verringerung des Brennstoffverbrauchs erzielt werden.

In vorteilhafter Weise werden die Drallkanäle des Drallelements sehr exakt und zuverlässig von Brennstoff angeströmt. In einem Aufnahmeteil sind entsprechend der Anzahl der Drallkanäle des stromabwärts folgenden Drallelements genau gleich viele Zuführkanäle vorgesehen, die zu den Einlassenden der Drallkanäle hin gerichtet sind, so dass die Brennstoffversorgung der Drallkanäle strömungsgerichtet erfolgt. Eine solche Anordnung ermöglicht eine Reduzierung des Totvolumens in der Anströmung hinter dem Ventilsitz. Die Gefahr sogenannter Nachspritzer im motorischen Betrieb wird so stark reduziert, da nur wenig oder kein Brennstoff in dem Zuströmbereich gespeichert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Sehr einfach kann mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil ein schräges Abspritzen von Brennstoff unter einem Winkel γ zur Ventillängsachse erfolgen, das unter bestimmten Einbaubedingungen erforderlich sein kann. In einem solchen Fall wird das Drallelement schräg eingebaut, weshalb dann die Zuführkanäle im Aufnahmeteil eine unterschiedliche Länge aufweisen können.

In besonders vorteilhafter Weise ist das Drallelement auf besonders einfache Art und Weise kostengünstig herstellbar. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass die Drallelemente in reproduzierbarer Weise äußerst präzise in sehr großen Stückzahlen gleichzeitig gefertigt werden können (hohe Batchfähigkeit). Besonders vorteilhaft ist es dabei, das Drallelement mittels der sogenannten Multilayergalvanik herzustellen. Aufgrund ihrer metallischen Ausbildung sind solche Drallelemente sehr bruchsicher und gut montierbar. Die Anwendung der Multilayergalvanik erlaubt eine extrem große Gestaltungsfreiheit, da die Konturen der Öffnungsbereiche (Drallkanäle, Auslassöffnung) in dem Drallelement frei wählbar sind.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein teilweise dargestelltes Brennstoffeinspritzventil im Schnitt und Fig. 2 eine Draufsicht auf das in dem Brennstoffeinspritzventil gemäß Fig. 1 eingesetzte Drallelement.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen teilweise und vereinfacht dargestellt. Das Einspritzventil hat einen rohrförmigen Ventilsitzträger 1, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt 7 aufweist.

Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils dient ein schematisch angedeuteter elektromagnetischer Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11 und einem Kern 12. Der Anker 11 ist mit dem dem Ventilschließabschnitt 7 abgewandten Ende der Ventilnadel 5 durch z. B. eine mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht verbunden und auf den Kern 12 ausgerichtet.

Anstelle des elektromagnetischen Kreises kann auch ein anderer erregbarer Aktuator, wie z. B. ein Piezostack, in einem vergleichbaren Brennstoffeinspritzventil verwendet werden bzw. das Betätigen des axial beweglichen Ventilteils durch einen hydraulischen Druck oder Servodruck erfolgen.

Zur Führung der Ventilnadel 5 während der Axialbewegung dient eine Führungsöffnung 13 eines Führungselements 14. Das Führungselement 14 weist wenigstens eine Strömungsöffnung 15 auf, durch die Brennstoff aus der Längsöffnung 3 in Richtung zu einem Ventilsitz strömen kann. Das z. B. scheibenförmige Führungselement 14 ist beispielsweise mittels einer umlaufenden Schweißnaht fest mit einem Ventilsitzkörper 16 verbunden. Der Ventilsitzkörper 16 ist z. B. an dem dem Kern 12 abgewandten Ende des Ventilsitzträgers 1 durch Schweißen dicht montiert.

Die Stellung des Ventilsitzkörpers 16 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 5, da die eine Endstellung der Ventilnadel 5 bei nicht erregter Magnetspule 10 durch die Anlage des Ventilschließabschnitts 7 an einer sich stromabwärts konisch verjüngenden Ventilsitzfläche 22 des Ventilsitzkörpers 16 festgelegt ist. Die andere Endstellung der Ventilnadel 5 wird bei erregter Magnetspule 10 beispielsweise durch die Anlage des Ankers 11 an dem Kern 12 festgelegt. Der Weg zwischen diesen beiden Endstellungen der Ventilnadel 5 stellt somit den Hub dar. Der Ventilschließabschnitt 7 wirkt mit der kegelstumpfförmigen Ventilsitzfläche 22 des Ventilsitzkörpers 16 zu einem Dichtsitz zusammen. Stromabwärts der Ventilsitzfläche 22 weist der Ventilsitzkörper 16 eine zentrale Auslassöffnung 23 auf.

An dem Ventilsitzkörper 16 ist stromabwärts der Auslassöffnung 23 ein z. B. scheibenförmiges Aufnahmeteil 25 angeordnet, das der sicheren Aufnahme eines kleineren, z. B. ebenfalls scheibenförmigen Drallelements 26 und der gezielten Brennstoffzuführung zu diesem Drallelement 26 dient. Das Aufnahmeteil 25 ist beispielsweise wiederum durch Schweißen an dem Ventilsitzkörper 16 befestigt.

An seiner stromabwärtigen Stirnseite 27 besitzt das Aufnahmeteil 25 eine Vertiefung 32 zur Aufnahme des Drallelements 26, wobei die axiale Tiefe der Vertiefung 32 zumindest ungefähr der Dicke des Drallelements 26 entspricht, so dass das Drallelement 26 z. B. bündig mit der Stirnseite 27 des Aufnahmeteils 25 abschließt. In dem Aufnahmeteil 25 sind entsprechend der Anzahl von radial nach innen verlaufenden Drallkanälen 28 des Drallelements 26 genau gleich viele bohrungsähnliche Zuführkanäle 33 vorgesehen, die zu äußeren Einlassenden 34 der Drallkanäle 28 hin gerichtet sind. Alle Zuführkanäle 33 des Aufnahmeteils 25 werden unmittelbar von aus der Auslassöffnung 23 austretendem Brennstoff versorgt. Von diesem zentralen Beginn der Zuführkanäle 33 ausgehend verlaufen die Zuführkanäle 33 schräg geneigt mit einer axialen und einer nach außen hin gerichteten radialen Komponente. Auf diese Weise erfolgt die Brennstoffversorgung der Drallkanäle 28 strömungsgerichtet. Eine solche Anordnung ermöglicht eine Reduzierung des Totvolumens in der Anströmung hinter dem Ventilsitz. Die Zuführkanäle 33 werden in das Aufnahmeteil 25 z. B. mittels Bohren, Erodieren oder Laserbohren eingebracht.

Bei dem Drallelement 26 handelt es sich um ein scheibenförmiges Bauteil, das als Spritzlochscheibe ausgeführt ist und das z. B. zweilagig ausgebildet ist. Über beide Lagen ist das Drallelement 26 mit einem umlaufenden Rand ausgebildet, der eine innere Öffnungsstruktur umschließt, die in der oberen, dem Ventilsitzkörper 16 zugewandten Lage die Drallkanäle 28 mit ihren Einlassenden 34 und eine innere Drallkammer 30 umfasst, während die Öffnungsstruktur in der unteren Lage von einer der Drallkammer 30 folgenden Auslassöffnung 29 gebildet wird.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das in dem Brennstoffeinspritzventil gemäß Fig. 1 eingesetzte Drallelement 26. Das Drallelement 26 weist beispielsweise vier Drallkanäle 28 auf, deren Einlassenden 34 mit Brennstoff aus vier Zuführkanälen 33 versorgt werden, wobei genau ein Zuführkanal an einem Drallkanal 28 endet. Die Drallkanäle 28 verlaufen von den Einlassenden 34 radial nach innen, um in die im Bereich der Ventillängsachse 2 befindliche Drallkammer 30 tangential zu münden. Von dort verlässt der drallbehaftete Brennstoff über die Auslassöffnung 29 das Drallelement 26.

Sehr einfach kann mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil auch ein schräges Abspritzen von Brennstoff unter einem Winkel γ zur Ventillängsachse erfolgen, das unter bestimmten Einbaubedingungen erforderlich sein kann. In einem solchen Fall wird das Drallelement 26 schräg im Aufnahmeteil 25 eingebaut, weshalb dann die Zuführkanäle 33 im Aufnahmeteil 25 unterschiedliche Längen aufweisen, je nach Entfernung der Einlassenden 34 der Drallkanäle 28 zur Auslassöffnung 23.

Das Drallelement 26 wird z. B. in mehreren metallischen Schichten beispielsweise durch galvanische Abscheidung aufgebaut (Multilayergalvanik). Aufgrund der tiefenlithographischen, galvanotechnischen Herstellung gibt es besondere Merkmale in der Konturgebung, von denen hiermit einige in Kurzform zusammenfassend aufgeführt sind:

- Schichten mit über die Scheibenfläche konstanter Dicke,
- durch die tiefenlithographische Strukturierung weitgehend senkrechte Einschnitte in den Schichten, welche die jeweils durchströmten Hohlräume bilden (fertigungstechnisch bedingte Abweichungen von ca. 3° gegenüber optimal senkrechten Wandungen können auftreten),
- gewünschte Hinterschneidungen und Überdeckungen der Einschnitte durch mehrlagigen Aufbau einzeln strukturierter Metallschichten,
- Einschnitte mit beliebigen, weitgehend achsparallele Wandungen aufweisenden Querschnittsformen,
- einteilige Ausführung des Drallelements, da die einzelnen Metallabscheidungen unmittelbar aufeinander erfolgen.

Die erfindungsgemäße Anströmung der Drallkanäle 28 des Drallelements 26 ist jedoch völlig unabhängig von der Herstellungsweise des Drallelements 26. Diese kann auch mit anderen konventionellen Herstellungsverfahren in Metall, Kunststoff oder anderen Materialien ausgeformt werden.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Ventillängsachse (2), mit einem Aktuator (10, 11, 12), mit einem beweglichen Ventilteil (5, 7), das zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (22) zusammenwirkt, der an einem Ventilsitzkörper (16) ausgebildet ist, und mit einem stromabwärts des Ventilsitzes (22) angeordneten Drallelement (26), das wenigstens einen Einlass als auch wenigstens eine Auslassöffnung (29) hat und das wenigstens einen Drallkanal (28) stromaufwärts der Auslassöffnung (29) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (26) in einem Aufnahmeteil (25) aufgenommen ist und zu jedem Einlassende (34) eines Drallkanals (28) genau ein in dem Aufnahmeteil (25) ausgebildeter Zuführkanal (33) gerichtet ist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Ventilsitzes (22) im Ventilsitzkörper (16) eine Auslassöffnung (23) zentral vorgesehen ist, die unmittelbar alle Zuführkanäle (33) im Aufnahmeteil (25) versorgt.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeteil (25) und das Drallelement (26) jeweils scheibenförmig ausgeführt sind.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeteil (25) an seiner stromabwärtigen Stirnseite (27) eine Vertiefung (32) aufweist, in der das Drallelement (26) eingebracht ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführkanäle (33) als Bohrungen in dem Aufnahmeteil (25) ausgeführt sind.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführkanäle (33) schräg geneigt mit einer axialen und einer nach außen hin gerichteten radialen Komponente verlaufen.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführkanäle (33) mittels Bohren, Erodieren oder Laserbohren ausformbar sind.

8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallkanäle (28) von den Einlassenden (34) ausgehend radial nach innen zu einer Drallkammer (30) verlaufen.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (26) durch mehrlagiges galvanisches Metallabscheiden herstellbar ist.

10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeteil (25) am Ventilsitzkörper (16) befestigt ist.