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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell ein Sprühmusterelement für ein Kraftstoffeinspritzventil für einen
Verbrennungsmotor eines Automobils sowie ein Kraftstoffeinspritzventil
mit einem Sprühmusterelement.
Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein Direktkraftstoffeinspritzventil,
das Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer, insbesondere in
eine Verbrennungskammer eines Benzinmotors, einspritzt.
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Bei
einem Kraftstoffeinspritzventil, insbesondere für einen Benzinmotor, muss die
Form der eingespritzten Kraftstoffwolke von der Geometrie des Ventils
und der Ventilsitzanordnung genau festgelegt werden. Es ist erforderlich,
dass bei einem Benzinmotor mit Direkteinspritzung im Magerbetrieb
die eingespritzte Kraftstoffwolke auf die Zündkerze trifft, um eine saubere
Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs zu erreichen. In Abhängigkeit
von den unterschiedlichen Typen von Verbrennungsmotoren variiert
die Position des Kraftstoffeinspritzventils im Zylinderkopf des
Verbrennungsmotors. Auch können
die Zündkerzentypen
variieren, was zur Folge hat, dass auch die Positionen der Zündbereiche
der Zündkerzen
für unterschiedliche
Arten von Verbrennungsmotoren verschieden sind. Beim Stand der Technik
ist es erforderlich, einen speziellen Typ eines Einspritzventils
für jeden
Verbrennungsmotortyp zu erzeugen, der für den entsprechenden Typ des
Verbrennungsmotors geeignet ist. Dies führt zu unterschiedlichen Herstellmaschinen
für unterschiedliche
Typen von Kraftstoffeinspritzventilen und zu einem hohen logistischen
Aufwand.
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Die
europäische
Patentanmeldung
EP
0 363 162 A2 beschreibt eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit
veränderlichen
Kraftstoffsprühformen
oder Kraftstoffsprühmustern.
Die Kraftstoffeinspritzeinheit besitzt ein äußeres Gehäuse, das an einem Zy linderkopf
fixiert ist, und ein inneres Ventil, das sich in eine feste offene
Position bewegt, um ein Gemisch aus Kraftstoff und komprimierter
Luft oder einem Gasgemisch in eine Verbrennungskammer abzugeben. Eine
Steuerhülse
umgibt das Gehäuse
der Einspritzvorrichtung und kann hierzu axial in verschiedene Positionen
bewegt werden, um mit dem Sprühmuster des
Kraftstoffgemisches, das von der Düse abgegeben wird, zusammenzuwirken
und die Form oder das Muster des Kraftstoffsprühnebels in Abhängigkeit von
unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Motors zu verändern.
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Die
internationale Patentanmeldung WO 02/079637 A1 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzventil, insbesondere
ein Hochdruckeinspritzventil, zum direkten Einspritzen von Kraftstoff
in eine Verbrennungskammer eines ein Gemisch komprimierenden Einspritzmotors
mit Fremdzündung.
Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst ein Ventilsitzelement an einem abstromseitigen
Ende des Ventils und eine perforierte Scheibe, die als Strömungsbegrenzungsvorrichtung
verwendet wird und abstromseitig vom Ventilsitzelement angeordnet
ist. Die perforierte Scheibe bestimmt die Richtung des eingespritzten
Kraftstoffs.
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Die
amerikanische Patentanmeldung US 2002/0063175 A1 beschreibt ein
Kraftstoffeinspritzventil mit einer Einspritzvorrichtungsplatte,
die über ihren
gesamten Umfang mit der vorderen Endfläche eines Ventilsitzelementes
verschweißt
ist. Eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzbohrungen ist in der Einspritzvorrichtungsplatte
vorgesehen. Die Bohrungen sind in primäre und sekundäre Gruppen
zur Einspritzung von Kraftstoff in Richtung auf primäre und sekundäre Einlassöffnungen
unterteilt.
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Die
Veröffentlichung
WO 95/05537 A zeigt eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einem daran befestigten
Musterformelement.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kraftstoffeinspritzventil
und ein Sprühmusterelement
für ein
Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen, das in einfacher Weise hergestellt
werden kann und die Schaffung von unterschiedlichen Arten von Kraftstoffeinspritzventilen
für unterschiedliche
Arten von Verbrennungsmotoren ermöglicht.
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Das
Ziel der Erfindung wird durch ein Sprühmusterelement für ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß Patentanspruch
1 und durch ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Das
Sprühmusterelement
gemäß Patentanspruch
1 hat den Vorteil, dass es eine Hülse und ein Musterformelement
aufweist, das an der Hülse über eine
massve befestigt ist, welche einen Teil der Hülse bildet. Die Form der Hülse kann
verwendet werden, um das Sprühmusterelement
an einer Patrone eines Kraftstoffeinspritzventils zu befestigen.
Dies hat den Vorteil, dass bei unterschiedlichen Arten von Verbrennungsmotoren,
die unterschiedliche Arten von Sprühmustern erfordern, der Hauptteil
des Kraftstoffeinspritzventils identisch geformt sein kann und nur das
Sprühmusterelement
eine unterschiedliche Form aufweisen muss. Die unterschiedlichen
Sprühmusterelemente
werden mit der Hülse
an den Patronen der Kraftstoffeinspritzventile befestigt. Infolgedessen ist
es nicht erforderlich, unterschiedliche Arten von Patronen zu formen,
sondern nur unterschiedliche Arten von Sprühmusterelementen, die in einfacher Weise
an den Patronen eines Standardkraftstoffeinspritzventils befes tigt
werden können.
Das Befestigen des Musterformelementes über eine massive Rippe an der
Hülse hat
den Vorteil, dass das Sprühmusterelement
einfach hergestellt werden kann.
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Ein
verbessertes Sprühmusterelement
umfasst zwei massive Rippen, die auf gegenüberliegenden Seiten des kreisförmigen Randes
der Hülse
angeordnet und am Musterformelement fixiert sind. Durch die Verwendung
von zwei massiven Rippen auf gegenüberliegenden Seiten wird eine
stabile Verbindung zwischen der Hülse und dem Musterformelement
erreicht. Bei dieser Ausführungsform
ist die Position des Musterformelementes genau vorgegeben und ändert sich
nicht unter hohem Druck oder hoher Temperatur.
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Es
ist vorteilhaft, einen Teil der zylindrischen Hülse zum Formen der beiden Rippen
zu verwenden. Diese Ausführungsform
erzeugt nur geringe Störungen
im eingespritzten Kraftstoff.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Musterformelement zumindest teilweise entlang
der Mittellinie der Hülse angeordnet.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besitzt die Form des Musterformelementes einen Durchmesser,
der in Richtung des Einspritzweges ansteigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
hat das Musterformelement eine konische Oberfläche. Dies hat den Vorteil,
dass der eingespritzte Kraftstoff als kreisförmiger Strahl geformt wird.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Musterformelement symmetrisch zu einer Ebene, die vertikal
zu einer Längsachse
der Hülse
angeordnet ist. Diese Form hat den Vorteil, dass im Strahl weniger
Turbulenzen erzeugt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Musterformelement symmetrisch zu einer Längsmittelachse
der Hülse.
Die Anwendung dieser Geometrie hat den Vorteil, dass vom Sprühmusterelement
ein symmetrischer kreisförmiger
Strahl geformt wird.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil mit dem Sprühmusterelement nach Anspruch
10 hat den Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, unterschiedliche
Arten von Kraftstoffeinspritzventilen für unterschiedliche Arten von
Verbrennungsmotoren herzustellen. Ein Standardkraftstoffeinspritzventil
kann mit unterschiedlichen Arten von Sprühmusterelementen in Abhängigkeit
vom Typ des Verbrennungsmotors, in dem das Kraftstoffeinspritzventil
Verwendung findet, versehen werden. Durch die Verwendung eines Standardkraftstoffeinspritzventils
werden die Herstellkosten für
die Erzeugung von Kraftstoffeinspritzventilen für unterschiedliche Arten von
Verbrennungsmotoren reduziert.
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Die
Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen weiter erläutert.
Hiervon zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung;
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2 einen
Teil der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einer offenen Position;
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3 eine
perspektivische Ansicht der Patrone des Kraftstoffeinspritzventils
und des Sprühmusterelementes;
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4 ein
Sprühmusterelement,
das nicht unter den Schutzumfang des beanspruchten Gegenstandes
fällt und
zum Verständnis
der Erfindung geeignet ist;
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5 eine
perspektivische Ansicht des Sprühmusterelementes
der 4;
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6 eine
weitere bevorzugte Ausführungsform
eines Sprühmusterelementes;
und
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7 Schnittansichten
von unterschiedlichen Arten von Musterformelementen.
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1 zeigt
schematisch ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Gehäuse 13 und
einer Patrone 1, die eine Düse umfasst. Die Patrone 1 ist
mit dem Gehäuse 13 über ein
oberes Ende verbunden. Innerhalb des Gehäuses 13 ist ein Halteteil 8 angeordnet, der
mit dem oberen Ende der Patrone 1 verbunden ist. Die Patrone 1 hat
die Form eines Hohlzylinders, in dem eine Nadel 5 geführt wird.
Zwischen der Nadel 5 und der Patrone 1 ist eine
Kraftstoffkammer 11 angeordnet. Die Kraftstoffkammer 11 besitzt
prinzipiell die Form einer Hülse.
Das obere Ende der Nadel 5 ist durch den Halteteil 8 geführt und
mit einer Scheibe 6 verbunden. Zwischen der Scheibe 6 und
dem Halteteil 8 ist eine Feder 7 angeordnet. Das
untere Ende der Nadel 5 besitzt ein Schließelement 4,
das außerhalb
der Patrone 1 angeordnet ist. Die Patrone 1 besitzt
an einer unteren Öffnung
einen kreisförmigen Ventilsitz 12,
der für
eine konische kreisförmige
Dichtungsfläche 14 des
Schließelementes 4 vorgesehen ist.
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Das
dargestellte Kraftstoffeinspritzventil ist ein sich nach außen öffnender
Typ. Die Feder 7 drückt
die Scheibe 6 vom Halteteil 8 weg und spannt die
Dichtungsfläche 14 des
Schließelementes 4 gegen
den Ventilsitz 12 vor. Das Ventil befindet sich in einer
geschlossenen Position. Die Patrone 1 umfasst eine Einlassbohrung 10,
die zur Zuführung
von Kraftstoff zur Kraftstoffkammer 11 dient. Die Kraftstoffkammer 11 ist über den
Kraftstoffeinlass 10 mit einer Kraftstoffleitung verbunden.
Die Nadel 5 ist im Halteteil 8 eng geführt. Über dem
oberen Ende der Nadel 5 ist ein Aktor 9, insbesondere
ein piezoelektrisches Element, im Gehäuse 13 angeordnet.
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An
ihrem unteren Ende hat die Patrone 1 eine zylindrische
Form, wobei hieran ein Sprühmusterelement 15 befestigt
ist. Das Sprühmusterelement 15 umfasst
eine Hülse 2 und
ein Musterformelement 3. Die Hülse 2 ist auf die
Patrone 1 gedrückt
und fest mit der Patrone 1 verbunden. Diese feste Verbindung kann über eine
Presspassung oder eine Schweißverbindung
erreicht werden. In Abhängigkeit
vom Verbrennungsmotor, in dem das Kraftstoffeinspritzventil Verwendung
findet, können
unterschiedliche Arten von Sprühmusterelementen 15 verwendet
werden, um unterschiedlich geformte Strahlen eingespritzten Kraftstoffs
vorzusehen.
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Zum
Einspritzen von Kraftstoff mit dem gezeigten Kraftstoffeinspritzventil
wird der Aktor 9 so gesteuert, dass er die Nadel 5 gegen
die Spannung der Feder 7 nach unten drückt, wodurch die Dichtungsfläche 14 vom
Ventilsitz 12 abgehoben wird. Auf diese Weise wird die
Kraftstoffkammer 11 geöffnet und
Kraftstoff in die Hülse 2 eingespritzt.
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2 zeigt
eine offene Position des Ventils, in der das Schließelement 4 vom
Ventilsitz 12 abgehoben ist und Kraftstoff eingespritzt
wird. Das Muster des eingespritzten Kraftstoffstrahles 18 wird
durch die Form der Hülse 2 und
die Form des Musterformelementes 3 gebildet. Daher hängt die
Form des eingespritzten Strahles nicht von der Geometrie des Ventilsitzes 12 und
der Dichtungsfläche 14 ab.
Dies hat den Vorteil, dass eine Abrasion des Ventilssitzes 12 und
der Dichtungsfläche 14 nicht
das Sprühmuster
des eingespritzten Strahles beeinflusst. Die Form des Sprühmusters
wird durch eine kreisförmige
Endfläche 16 der
Hülse 2 gebildet,
die an einem unteren Ende der Hülse 2 angeordnet
ist. Ferner wird das Sprühmuster
durch eine Oberfläche 17 des
Musterformelementes 3 gebildet. Der eingespritzte Strahl 18 weist
ein kreisförmiges
Muster auf.
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Patrone 1 und des Sprühmusterelementes 15.
Die Hülse 2 ist
mit dem Musterformelement 3 über eine Rippe 19 verbunden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
sind zwei Rippen 19 vorgesehen, die auf der gegenüberliegenden
Seite der Hülse 2 angeordnet
sind. Eine Einspritzöffnung 20 ist
zwischen der Endfläche 16 und
der Oberfläche 17 des
Musterformelementes 3 angeordnet. Die Rippen 19 sind
in vorteilhafter Weise in einem Teil mit der Hülse 2 geformt. Das
Musterformelement 3 und die Rippen 19 sind beispielsweise über eine
Schweißverbindung
miteinander verbunden. Das Musterformelement 3 und die Hülse 2 bestehen
aus Metall.
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Die
Oberfläche 17 des
Musterformelementes 3 hat die Form eines Konus, der entlang
einer mittleren Symmetrieachse 21 der Hülse 2 angeordnet ist.
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4 zeigt
eine Schnittansicht einer Patrone 1 und eines Sprühmusterelementes 15 mit
einer Hülse 2 und
einem zweiten Musterformelement 22. Das zweite Musterformelement 22 hat
die Form einer zylindrischen Platte mit einer Führungsfläche 23, die unter
einem vorgegebenen Winkel zur Längssymmetrieachse 21 der
Hülse 2 geneigt
ist. Die Platte ist innerhalb der Hülse 2 angeordnet.
Zwischen der Endfläche 16 der
Hülse 2 und
der Führungsfläche 23 des zweiten
Musterformelementes 22 ist eine zweite Einspritzöffnung 24 angeordnet. 4 zeigt
ein Einspritzventil in einer offenen Position, das einen Kraftstoffstrahl 18 durch
die zweite Einspritzöffnung 24 einspritzt.
Dies dient dazu, einen Einspritzstrahl 18 als geschlossenen
Strahl zu führen.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Kraftstoffeinspritzventils der 4.
Die zweite Einspritzöffnung 24 dieser
Ausführungsform
hat die Form eines Teiles eines kreisförmigen Ringes mit geneigten
Seitenrändern 33.
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6 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Kraftstoffeinspritzventils mit
einem Sprühmusterelement 15 mit
einem dritten Musterformelement 25. Das dritte Musterformelement 25 hat
die Form eines Doppelkonus. Es ist symmetrisch zu einer Ebene 34 angeordnet,
die normal zur Längsachse
der Hülse 2 und
zur Mittelachse 21 des Kraftstoffeinspritzventils verläuft. Anstelle
des Doppelkonus können
auch andere Formen Verwendung finden.
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7 zeigt
Schnittansichten von unterschiedlichen Typen von Sprühmusterelementen 15. Die
Sprühmusterelemente 15 sind
von oben, d. h. von der Seite der Patrone 1 aus, gezeigt.
Innerhalb der Hülse 2 sind
unterschiedliche Arten von Musterform elementen angeordnet. In der
Mitte der Musterformelemente der 7 sind Oberseiten 32 gezeigt, bei
denen es sich um eine kreisförmige
Fläche
handelt und die mit einem vorgegebenen Abstand zur Basisseite angeordnet
sind. Jedes der Musterformelemente der 7 besitzt
eine Oberseite 32 und eine Basisseite, wodurch die Fläche zwischen
der Oberseite 32 und der Basisseite konisch und symmetrisch zu
einer Mittelachse ausgebildet ist. Die Grundform der unterschiedlichen
Arten ist die Form eines Konus mit unterschiedlichen Basisseiten.
Bei den Formen handelt es sich um ein Parallelogramm, ein Dreieck, ein
Polygon, einen Zahnradzahn und einen Keil.
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Die
Hülse 2 kann
als geschweißtes
Rohr, als nahtlos geschweißtes
Rohr oder als Rohr, das aus einem gewalzten dünnen Blech geformt ist, hergestellt werden.
Ferner kann das Sprühmusterelement 15 über einen
Tiefziehvorgang erhalten werden. Das Sprühmusterelement 15 kann
auch als ein Teil aus einem massiven Stab oder einem extrudierten
Teil bearbeitet werden.
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Eine
erste Ausführungsform
der 7 zeigt ein viertes Musterformelement 26,
das die Form eines in der Hülse 2 angeordneten
Zahnradzahnes besitzt. Eine zweite Ausführungsform der 7 zeigt ein
fünftes
Musterformelement 27 mit der Form einer Konusfläche mit
einer elliptischen Grundfläche.
Eine dritte Ausführungsform
der 7 zeigt ein sechstes Musterformelement 28 in
der Form eines Dreiecks. Eine vierte Ausführungsform der 7 zeigt
ein siebtes Musterformelement 29 in der Form eines Konusparallelogramms.
Eine fünfte
Ausführungsform
der 7 zeigt ein achtes Musterformelement 30 mit
einem Konuspolygon. Eine sechste Ausführungsform der 7 zeigt
ein neuntes Musterformelement 31 in der Form eines Konus
mit einer Grundfläche
in der Form eines Kreuzes.
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In
Abhängigkeit
von der jeweiligen Ausführungsform
der Erfindung können
die Formen der 7 auch als Doppelformen mit
zwei identischen Ober- und Unterseiten realisiert werden, wie in 6 für die Form
eines Doppelkonus gezeigt.