DE10142301A1

DE10142301A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10142301A1
Application number: DE10142301A
Authority: DE
Inventors: Juergen Raimann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-20
Also published as: DE50203025D1; JP2005504219A; US7021564B2; US20040026536A1; WO2003027488A1; KR20040029017A; EP1423604A1; EP1423604B1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum von Brennkraftmaschinen umfaßt einen Aktor (10), eine von dem Aktor (10) betätigbare Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und wenigstens eine Abspritzöffnung (7), die stromabwärts des Ventilsitzes (6) ausgebildet ist. An einem abströmseitigen Ende (35) des Brennstoffeinspritzventils (1) ist ein Flammschutzkegel (34) angeordnet.

Description

Stand der Technik

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 eine strahlgeführtes Brennverfahren durch Bildung einer Gemischwolke mit mindestens einem Strahl realisiert.

Nachteilig an dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere die Verkokung der Abspritzöffnungen, welche dadurch verstopfen und den Durchfluß durch das Brennstoffeinspritzventil unzulässig stark vermindern. Dies führt zu Fehlfunktionen der Brennkraftmaschine.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein abströmseitig der Abspritzöffnungen des Brennstoffeinspritzventils angeordneter Flammschutzkegel die Temperatur der Flammfront der durchbrennenden Gemischwolke im Bereich der Abspritzöffnungen so stark verringert, daß sich keine Verbrennungsrückstände im Bereich der Abspritzöffnungen niederschlagen können, wodurch ein Zuwachsen der Abspritzöffnungen durch Verkokungsrückstände vermieden wird.

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

Der Flammschutzkegel ist vorteilhafterweise am abspritzseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils, beispielsweise am Ventilsitzkörper, ausgebildet.

Von Vorteil ist insbesondere, daß der Flammschutzkegel als Kegel oder Kegelstumpf, als mehrteiliger Kegel mit unterschiedlichen Neigungswinkeln oder als Kegelstumpf mit einer aufgesetzten Kugel ausgebildet ist, wodurch einerseits eine einfache und kostengünstige Herstellung möglich ist und andererseits beliebigen Einspritzsituationen mit beliebiger Anzahl und Anordnung von Abspritzöffnungen Rechnung getragen werden kann.

Weiterhin ist es in einfacher Weise möglich, durch eine Neigung des Flammschutzkegels eine schräge Einspritzung unter einem beliebigen Einspritzwinkel zu realisieren.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils in einer Gesamtansicht;
Fig. 2 eine vergrößerte schematische Ansicht des abspritzseitigen Teils des in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in Fig. 1;
Fig. 3A-C Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß ausgestalteten Flammschutzkegels, der jeweils an einem abspritzseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils angebracht ist; und
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Flammschutzkegels an einem Brennstoffeinspritzventil, welches zur Schrägeinspritzung geeignet ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 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 beispielsweise über eine Schweißnaht 41 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 mehrere Abspritzöffnungen 7 verfügt, die auf zumindest einem zur Achse des Ventilsitzkörpers 5 konzentrischen Kreis angeordnet sind.
Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer als Aktor für die Ventilnadel 3 wirkenden 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 3verbunden. 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 dem Ventilsitzkörper 5 einen Flammschutzkegel 34 auf, welcher innerhalb des zumindest einen Kreises von Abspritzöffnungen 7 angebracht ist. Der Flammschutzkegel 34 vermindert durch seine Anordnung abströmseitig der Abspritzöffnungen 7 die Verkokungsneigung und beugt so Fehlfunktionen des Brennstoffeinspritzventils 1 durch Verstopfen der Abspritzöffnungen 7 und einer unzulässigen Verringerung des Brennstoffdurchflusses vor. Ein abspritzseitiges Ende 35 des Brennstoffeinspritzventils 1 mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist in den Fig. 2 und 3A näher dargestellt.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der erste Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen einer 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 an den Abspritzöffnungen 7 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.
Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten schematischen Ansicht das abspritzseitige Ende 35 des in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich II in Fig. 1.
Wie bereits in der Beschreibung zu Fig. 1 angesprochen, verfügt das Brennstoffeinspritzventil 1 über einen Flammschutzkegel 34, welcher zur Absenkung der Flammtemperatur im Bereich der Abspritzöffnungen 7, beispielsweise am Ventilsitzkörper 5, angeordnet ist. Der Flammschutzkegel 34 ist dabei spitzkegelig ausgebildet und kann mit dem Ventilsitzkörper 5 entweder einstückig ausgebildet oder in geeigneter Weise, beispielsweise mittels Löten, Schweißen oder Kleben, an diesem fixiert sein.
Die axiale Länge L und der Durchmesser D des Flammschutzkegels 34 hängt dabei vom Öffnungswinkel α der in den Brennraum eingespritzten Gemischwolke ab und sollte jeweils so bemessen sein, daß der Flammschutzkegel 34 nicht von der Gemischwolke benetzt wird.
Durch die Anordnung des Flammschutzkegels 34 abströmseitig der Abspritzöffnungen 7 kann die Verkokung der Abspritzöffnungen 7 reduziert werden. Da der Durchmesser der Abspritzöffnungen 7 typischerweise ca. 100 µm beträgt, ist die Gefahr, daß die Abspritzöffnungen 7 durch Verkokung mit der Zeit verstopfen und somit die Durchflußmenge unzulässig stark eingeschränkt wird, relativ groß. Dies ist insbesondere durch die hohen Temperaturen beim Durchzünden der in den Brennraum eingespritzten Gemischwolke bedingt, da sich dadurch Bestandteile des Brennstoffs an der Spitze des Brennstoffeinspritzventils 1 absetzen. Durch die Anbringung des Flammschutzkegels 34 kann die Oberflächentemperatur im Austrittsbereich der Abspritzöffnungen 7 so weit reduziert werden, daß die Abspritzöffnungen 7 nicht durch Verkokungsrückstände zuwachsen können. Der Flammschutzkegel 34 verhindert insbesondere die Ausbreitung der Flammfront im Bereich der Abspritzöffnungen 7.
Fig. 3A bis 3C zeigen den in Fig. 2 dargestellten und mit III bezeichneten Ausschnitt des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1 mit unterschiedlichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Flammschutzkegels 34.
Fig. 3A zeigt dabei die einfache kegelförmige Form, die bereits anhand von Fig. 2 angesprochen wurde. Die Länge L des Flammschutzkegels 34 sowie sein Durchmesser D an der Basis hängen von der Form und dem Öffnungswinkel α der eingespritzten Gemischwolke ab. Die axiale Länge L beträgt typischerweise bis zum dreifachen des Durchmessers D_B des abspritzseitigen Endes 35 des Brennstoffeinspritzventils 1, während der Durchmesser D maximal die Hälfte des Durchmessers D_B des abspritzseitigen Endes 35 des Brennstoffeinspritzventils 1 beträgt.
In Fig. 3B ist eine weitere mögliche Form des Flammschutzkegels 34 dargestellt. Hierbei ist ein dem Ventilsitzkörper 5 zugewandter erster Bereich 36 kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei der Durchmesser D von der Basis in Abspritzrichtung zunimmt. Daran schließt sich ein zweiter Bereich 37 an, der stumpfkegelig ausgebildet ist. Der Durchmesser D des ersten Bereiches 36 beträgt an der Basis bis zum halben Durchmesser D_B des abströmseitigen Endes 35 des Brennstoffeinspritzventils 1 und kann bis zum eineinhalbfachen Durchmesser D_B des abströmseitigen Endes 35 des Brennstoffeinspritzventils 1 am Ansatz des zweiten Bereichs 37 ansteigen. Die axiale Länge L des Flammschutzkegels 34 kann bis zum vierfachen des Durchmessers D_B des Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des Ventilsitzkörpers 5 betragen, wovon bis zu einem Viertel auf den zweiten Bereich 37 entfällt.
Fig. 3C zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flammschutzkegels 34, wobei hier die Form eines Kegelstumpfes 38 mit einer aufgesetzten Kugel 39 gewählt wurde. Die axiale Länge L des Kegelstumpfes 38 kann dabei wie im ersten Ausführungsbeispiel das bis zu dreifache des Durchmessers D_B des Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des Ventilsitzkörpers 5 betragen, während die Kugel 39 einen Durchmesser d erreichen kann, welche dem Durchmesser D_B des Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des Ventilschließkörpers 5 entspricht.
Analog zu den in Fig. 3A bis 3C dargestellten Ausführungsformen, bei denen der Winkel γ, unter welchem die Gemischwolke in den Brennraum eingespritzt wird, ungefähr 0° beträgt, können ähnliche Formen so am Ventilsitzkörper 5 angebracht werden, daß eine schräge Einspritzung unter einem beliebigen, von 0° verschiedenen Winkel γ erfolgen kann. Dies ist in Fig. 4 analog zu dem in Fig. 3A dargestellten Ausführungsbeispiel anhand des spitzkegeligen Flammschutzkegels 34 dargestellt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und für beliebige Formen von Flammschutzkegeln 34, welche in beliebiger Weise am abspritzseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 fixierbar sind, sowie für beliebige Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum von Brennkraftmaschinen mit einem Aktor (10), einer von dem Aktor (10) betätigbaren Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und wenigstens einer Abspritzöffnung (7), die stromabwärts des Ventilsitzes (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an einem abströmseitigen Ende (42) des Brennstoffeinspritzventils (1) ein Flammschutzkegel (34) angeordnet ist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammschutzkegel (34) am Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammschutzkegel (34) spitzkegelig ausgebildet ist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale Länge L des Flammschutzkegels (34) bis zum dreifachen des Durchmessers (D_B) des Brennstoffeinspritzventils (1) im Bereich des Ventilsitzkörpers (5) beträgt.

5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein radialer Durchmesser (D) des Flammschutzkegels (34) bis zu einem halben Durchmesser (D_B) des Brennstoffeinspritzventils (1) im Bereich des Ventilsitzkörpers (5) beträgt.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammschutzkegel (34) in Form eines mehrstufigen Kegels oder Kegelstumpfes ausgebildet ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Stufen des kegel- oder kegelstumpfförmigen Flammschutzkegels (34) zwei beträgt.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein erster Bereich (36), der sich vom Ventilsitzkörper (5) in Abströmrichtung erstreckt, radial in Abströmrichtung erweitert.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den ersten Bereich (36) ein zweiter Bereich (37) anschließt, der stumpfkegelig ausgebildet ist.

10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale Länge (L) des Flammschutzkegels (34) bis zum Vierfachen des Durchmessers (D_B) des Brennstoffeinspritzventils (1) im Bereich des Ventilsitzkörpers (5) beträgt.

11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein radialer Durchmesser (D) des Flammschutzkegels (34) bis zum eineinhalbfachen Durchmesser (D_B) des Brennstoffeinspritzventils (1) im Bereich des Ventilsitzkörpers (5) beträgt.

12. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (1) des ersten Bereichs (36) bis zum dreifachen Durchmesser (D_B) des Brennstoffeinspritzventils (1) im Bereich des Ventilsitzkörpers (5) beträgt.

13. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammschutzkegel (34) in Form eines Kegelstumpfes (38) mit einer aufgesetzten Kugel (39) ausgebildet ist.

14. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale Länge (L) des Flammschutzkegels (34) bis zum dreifachen des Durchmessers (D_B) des Brennstoffeinspritzventils (1) im Bereich des Ventilsitzkörpers (5) beträgt.

15. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (d) der Kugel (39) bis zu einen Durchmesser (D_B) des Brennstoffeinspritzventils (1) im Bereich des Ventilsitzkörpers (5) beträgt.

16. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammschutzkegel (34) unter einem Winkel (γ) gegenüber einer Längsachse des Brennstoffeinspritzventils (1) geneigt ist.