DE102005024067A1

DE102005024067A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102005024067A1
Application number: DE200510024067
Authority: DE
Inventors: Axel Storch; Guido Pilgram
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-11-30

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 wenigstens eine Abspritzöffnung (7), die in dem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist. Die Abspritzöffnung (7) besitzt einen ersten stromaufwärtigen Strömungsabschnitt (42) und einen zweiten stromabwärtigen Strömungsabschnitt (43), wobei der erste Strömungsabschnitt (42) zylindrisch ausgebildet ist und der zweite Strömungsabschnitt (43) eine größere Öffnungsweite hat als den Durchmesser des ersten Strömungsabschnitts (42). Der zweite Strömungsabschnitt (43) verläuft entlang einer in Längsrichtung der Abspritzöffnung (7) aufgespannten zweiten Ebene (46) konkav gewölbt mit einer Öffnungsweite, während der Strömungsabschnitt (43) entlang einer ebenfalls in Längsrichtung der Abspritzöffnung (7) aufgespannten, aber senkrecht zur zweiten Ebene (46) verlaufenden ersten Ebene (45) mit einer davon abweichenden Kontur und Öffnungsweite ausgebildet ist.

Description

Aus der DE 199 37 961 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt, welches einen Brennstoffeinlass, eine erregbare Betätigungseinrichtung in Form eines elektromagnetischen Kreises, durch den ein Ventilschließglied bewegbar ist, einen an einem Ventilsitzelement ausgebildeten festen Ventilsitz, mit dem das Ventilschließglied zum Öffnen und Schließen des Ventils zusammenwirkt, und wenigstens eine stromabwärts des Ventilsitzes vorgesehene Austrittsöffnung als Brennstoffauslass aufweist. Die wenigstens eine Austrittsöffnung wird derart hergestellt, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein Durchgangsloch in dem Ventilsitzelement erzeugt wird und in einem zweiten Verfahrensschritt von dem abspritzseitigen Ende des Durchgangslochs her ein in Form und/oder Größe und/oder Kontur gegenüber dem Durchgangsloch veränderter Austrittsbereich erzeugt wird. Die Austrittsöffnungen sind durch die Ausbildung eines von der zylindrischen Kontur des Durchgangslochs abweichenden stromabwärtigen Austrittsbereichs mit zwei Abschnitten ausgeführt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass eine besonders gute Aufbereitung und Zerstäubung des abzuspritzenden Brennstoffs erreicht wird. In einer Erstreckungsrichtung der wenigstens einen Abspritzöffnung liegt eine großvolumige Stufung vor, die den Strahlaufbruch verbessert und somit die Zerstäubung des abzuspritzenden Brennstoffsprays fördert. Der mit großer Öffnungsweite ausgebildete und dadurch großvolumige stromabwärtige Strömungsabschnitt sorgt zumindest in einer Richtung für eine sehr gute Belüftung der Brennstoffstrahlwurzel. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, dass der stromabwärtige Strömungsabschnitt von einer Ringkante im Übergang der beiden Strömungsabschnitte ausgehend entlang einer in Längsrichtung der Abspritzöffnung aufgespannten zweiten Ebene konkav gewölbt mit einer großen Öffnungsweite verläuft, während der stromabwärtige Strömungsabschnitt entlang einer ebenfalls in Längsrichtung der Abspritzöffnung aufgespannten, aber senkrecht zur zweiten Ebene verlaufenden ersten Ebene mit einer davon abweichenden Kontur und einer kleineren Öffnungsweite ausgebildet ist.

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

Besonders vorteilhaft ist es, den zweiten Strömungsabschnitt der Abspritzöffnung mittels Schleifen und/oder Fräsen oder das die Abspritzöffnung aufweisende Bauteil in einem Spritzgussprozess nach dem so genannten Metal-Injection-Molding-Verfahren auszuformen.

Zeichnung
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, 2 eine schematische Draufsicht auf zwei nebeneinander angeordnete Abspritzöffnungen, 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2 entlang einer ersten in Längsrichtung der Abspritzöffnung aufgespannten Ebene und 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in 2 entlang einer zweiten in Längsrichtung der Abspritzöffnung aufgespannten und senkrecht zur ersten Ebene verlaufenden Ebene.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein in 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere 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 mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer an 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 wenigstens zwei Abspritzöffnungen 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen ein Ventilgehäuse 9 abgedichtet. Als Antrieb dient z.B. ein elektromagnetischer Kreis, der eine Magnetspule 10 umfasst, die in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt ist, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und das Ventilgehäuse 9 sind durch eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. 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. Auf 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 Einstellhülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem Führungskörper 41 verlaufen Brennstoffkanäle 30, 31 und 32. 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 Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere Dichtung 36 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet.
Auf der stromabwärtigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 33, welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt auf einem zweiten Flansch 34 auf, welcher über eine Schweißnaht 35 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden ist.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der Brennstoff wird durch die Abspritzöffnungen 7 abgespritzt.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
Erfindungsgemäß weist das Brennstoffeinspritzventil 1 im Ventilsitzkörper 5 vorteilhaft ausgebildete Abspritzöffnungen 7 auf, die an einer dem Ventilschließkörper 4 zugewandten Stirnfläche 37 des Ventilsitzkörpers 5 beginnen und an einer äußeren Stirnfläche 39 des Ventilsitzkörpers 5 münden.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf zwei nebeneinander angeordnete Abspritzöffnungen 7. Die Abspritzöffnungen 7 weisen zwei in Strömungsrichtung aufeinander folgende Strömungsabschnitte auf, einen stromaufwärtigen zylindrischen ersten Strömungsabschnitt 42 und einen stromabwärtigen aufgewölbten zweiten Strömungsabschnitt 43. Die beiden Strömungsabschnitte 42, 43 besitzen in ihrem Übergangsbereich eine stufenartige Ringkante 44.
In 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III in 2 entlang einer ersten in Längsrichtung der Abspritzöffnung 7 aufgespannten Ebene 45 dargestellt, während in 4 ein Schnitt entlang der Linie IV-IV in 2 entlang einer zweiten in Längsrichtung der Abspritzöffnung 7 aufgespannten und senkrecht zur ersten Ebene 45 verlaufenden Ebene 46 dargestellt ist. Die 3 und 4 verdeutlichen dabei anschaulich, dass der zweite Strömungsabschnitt 43 der Abspritzöffnung 7 erfindungsgemäß asymmetrisch ausgeführt ist, wobei die beiden Ebenen 45, 46 jeweils Spiegelebenen darstellen, von denen ausgehend der Strömungsabschnitt 43 spiegelbildlich identisch ausgebildet ist.
Gemäß 3 verläuft der zweite Strömungsabschnitt 43 der Abspritzöffnung 7 entlang der Ebene 45 von der Ringkante 44 ausgehend z.B. rechtwinklig gestuft zur Erstreckung des ersten Strömungsabschnitts 42 mit einer Wandung, die letztlich achsparallel zur Längsachse der Abspritzöffnung 7 bzw. des ersten Strömungsabschnitts 42 ausgerichtet ist. In der Ebene 45 besitzt der zweite Strömungsabschnitt 43 nur eine geringfügig größere Öffnungsweite als den Durchmesser des ersten Strömungsabschnitts 42. Anstelle der scharfkantigen Stufe von der Ringkante 44 ausgehend kann der zweite Strömungsabschnitt 43 auch mit einem kleinen Radius konkav gewölbt ausgebildet sein.
Im Gegensatz zur Ausformung des Strömungsabschnitts 43 in der Ebene 45 ist der Strömungsabschnitt 43 der Abspritzöffnung 7 in der senkrecht zur Ebene 45 verlaufenden Ebene 46 mit einer deutlich größeren Öffnungsweite, die z.B. das Doppelte der Öffnungsweite in der Ebene 45 betragen kann, ausgeführt. Von der Ringkante 44 ausgehend erstreckt sich der zweite Strömungsabschnitt 43 in der Ebene 46 mit einer konkaven Wölbung großen Radius' bis zur äußeren Stirnfläche 39. Über den Umfang der Abspritzöffnung 7 gesehen geht die Wölbung in der Ebene 46 fließend ohne Absätze in die Stufe in der Ebene 45 über. In einer Erstreckungsrichtung, hier entlang der Ebene 46, der Abspritzöffnung 7 liegt also aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des zweiten Strömungsabschnitts 43 eine großvolumige Stufung vor, die den Strahlaufbruch verbessert und somit die Zerstäubung des abzuspritzenden Brennstoffsprays fördert. Der mit großer Öffnungsweite ausgebildete und dadurch großvolumige zweite Strömungsabschnitt 43 sorgt zumindest in der Ebene 46 und daran angrenzend für eine sehr gute Belüftung der Brennstoffstrahlwurzel. Die Aufweitung des Strömungsabschnitts 43 in einer Richtung lässt in vorteilhafter Weise immer noch zu, Abspritzöffnungen 7 sehr dicht nebeneinander im Ventilsitzkörper 5 anzuordnen, wie dies die 2 und 3 verdeutlichen. Mehrstrahl-Einspritzventile lassen sich insofern problemlos mit den vorgenannten Abspritzöffnungen 7 ausstatten.
Wie 2 zu entnehmen ist, besitzt die Abspritzöffnung 7 in ihrer Austrittsebene am Ende des zweiten Strömungsabschnitts 43 z.B. eine rechteckförmige Kontur. Alternativ kann der zweite Strömungsabschnitt 43 auch mit einem ovalen Umriss enden. Der zweite Strömungsabschnitt 43 der Abspritzöffnungen 7 wird z.B. mittels Schleifen und/oder Fräsen ausgeformt.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und z. B. für beliebig am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 angeordnete Abspritzöffnungen 7 sowie für beliebige Bauweisen von nach innen öffnenden Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem erregbaren Aktuator (10) 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 in dem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist und dabei einen ersten stromaufwärtigen Strömungsabschnitt (42) und einen zweiten stromabwärtigen Strömungsabschnitt (43) besitzt, wobei der erste Strömungsabschnitt (42) zylindrisch ausgebildet ist und der zweite Strömungsabschnitt (43) eine größere Öffnungsweite hat als den Durchmesser des ersten Strömungsabschnitts (42), dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungsabschnitt (43) von einer Ringkante (44) im Übergang der beiden Strömungsabschnitte (42, 43) ausgehend entlang einer in Längsrichtung der Abspritzöffnung (7) aufgespannten zweiten Ebene (46) konkav gewölbt mit einer Öffnungsweite verläuft, während der Strömungsabschnitt (43) entlang einer ebenfalls in Längsrichtung der Abspritzöffnung (7) aufgespannten, aber senkrecht zur zweiten Ebene (46) verlaufenden ersten Ebene (45) mit einer davon abweichenden Kontur und Öffnungsweite ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsweite des zweiten Strömungsabschnitts (43) entlang der ersten Ebene (45) kleiner ist als die Öffnungsweite des Strömungsabschnitts (43) entlang der zweiten Ebene (46).
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich der beiden Strömungsabschnitte (42, 43) entlang der ersten Ebene (45) rechtwinklig gestuft ausgeführt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung des zweiten Strömungsabschnitts (43) entlang der zweiten Ebene (46) über den Umfang der Abspritzöffnung (7) gesehen fließend ohne Absätze in die Kontur entlang der ersten Ebene (45) übergeht.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abspritzöffnung (7) in ihrer Austrittsebene am stromabwärtigen Ende des zweiten Strömungsabschnitts (43) eine rechteckförmige oder ovale Kontur besitzt.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ebenen (45, 46) jeweils Spiegelebenen darstellen, von denen ausgehend der Strömungsabschnitt (43) spiegelbildlich identisch ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungsabschnitt (43) der Abspritzöffnung (7) mittels Schleifen und/oder Fräsen ausformbar ist.