Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Beispielsweise ist aus der DE 199 50 760 AI ein
Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die
Abspritzöffnung an einer die Abspritzöffnung umgebenden ebenen Fläche ausmündet.
In anderen ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten Brennstoffeinspritzventilen mündet die Abspritzöffnung an einer im Querschnitt konisch zulaufenden Außenfläche eines Kreiskegeis aus, wobei die oberhalb und unterhalb der Abspritzöffnung verlaufenden Außenflächen einen Winkel von 180° zueinander aufweisen.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Brennstoffeinspritzventilen ist insbesondere, daß durch die flache, nicht hervorstehende Anordnung der Abspritzöffnung in einer ebenen Fläche bzw. zwischen zwei zueinander in im Querschnitt zueinander in einer Linie verlaufenden Flächen, eine für die Verhinderung von Niederschlag von Brennstoff ausreichende GasStrömung nicht erzielt werden kann. Die Bildung von Verbrennungsrückständen in und um die
Abspritzöffnung ist dadurch erhöht. Der Verbrennungsablauf kann dadurch nicht optimal über die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils gesteuert werden. Der Verbrauch und die Schadstoffentwicklung sind erhöht.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die exponierte Lage der Austrittsstelle der Abspritzöffnung die Stärke der Gasbewegungen ausreicht, um die Umgebung der Austrittsstelle frei von Ablagerungen zu halten, die den Einspritzvorgang unvorteilhaft beeinflussen würden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In einer ersten Weiterbildung mündet die Abspritzöffnung im Bereich des Übergangs einer ersten Fläche in eine zweite Fläche aus, wobei die beiden Flächen zueinander mit einem Außenwinkel von mehr als 180° angeordnet sind. Durch die dadurch erzeugten kegelförmigen Abschnitte kann das Brennstoffeinspritzventil durch einfache und kostengünstige Verfahrensschritte hergestellt werden.
Vorteilhafterweise erweitert sich die AbspritzÖffnung konisch nach außen. Eine am Eingang der Abspritzöffnung von der Wandung der Abspritzöffnung abgelöste BrennstoffStrömung wird dadurch in der Abspritzöffnung sicher aufrecht erhalten. Die beispielsweise in Form einer Wirbelzone oder Kavitationsblase gebildete, von den Wandungen abgelöste BrennstoffStrömung, verhindert eine Benetzung der Wandungen der Abspritzöffnung mit Brennstoff und bewirkt durch hydrodynamische Querkräfte eine Selbstreinigung der Abspritzöffnung beim Einspritzvorgang. Da diese abgelöste Strömung über die ganze Länge der Abspritzöffnung aufrechterhalten wird, können sich in der Abspritzöffnung
keine Ablagerungen bilden. Außerdem kann die Abspritzöffnung ohne Nachteile länger ausgebildet werden, wodurch die Stabilität des abspritzseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils erhöht ist. Dies wird auch durch eine gestufte, nach außen aufweitende Gestaltung der Abspritzöffnungen erreicht, wobei darüber hinaus vorteilhafterweise noch ein direkter Flammenzutritt in den durchflußbestimmenden innen liegenden Abschnitt kleineren Durchmessers verhindert wird, wenn der erste Abschnitt zumindest teilweise durch den zweiten Abschnitt gegenüber dem Brennraum bzw. der sich im Brennraum entstehenden und ausbreitenden Flammenfront verdeckt ist .
Von Vorteil ist es außerdem, den zweiten Abschnitt durch eine umlaufende Nut auszubilden. Hierduch kann der zweite Abschnitt einfach und kostengünstig erzeugt werden, insbesondere bei Brennstoffeinspritzventilen mit mehreren Abspritzöffnungen.
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 Beispiel eines gattungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils ,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich der AbspritzÖffnung,
Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich der Abspritzöffnung,
Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich der Abspritzöffnung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich der Abspritzöffnung und
Fig. 6 einen schematischen Schnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich der Abspritzöffnung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Bevor anhand der Figuren 2 bis 6 bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 ein gattungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
Ein in Fig. 1 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines gattungsgemäßen 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 mit strahlgeführtem Brennverfahren.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 weist abspritzseitig einen Ventilschließkörper 4 auf, 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 eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer 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 Abstand 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. Die Magnetspule 10 wird über eine elektrische 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 der Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 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 spiralförmige Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem Führungselement 36 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 einen Gummiring 28
gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine Dichtung 37 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet.
An der abspritzseitigen 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 stoffschlüssig 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 12 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 druckbehaftet zugeführte Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 7 in den nicht dargestellten Brennraum 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.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist eine Mittelachse 47 auf, zu welcher in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere
die Ventilnadel 3, der Ventilschließkörper 4 und der Düsenkörper 2 koaxial angeordnet sind.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Der Düsenkörper 2 des in diesem Ausführungsbeispiel nach innen öffnenden Brennstoffeinspritzventils 1 ist einstückig mit dem Ventilsitzkörper 5 ausgebildet. Die beispielsweise durch Bohren oder Laserbohren hergestellte Abspritzöffnung 7 verläuft gerade mit einem Winkel von beispielsweise 30° zur Mittelachse 47 im Ventilsitzkörper 5, wobei sie im Verlauf einen gleichbleibenden Durchmesser aufweist.
Der Ventilsitzkörper 5 ist außen kreiskegelförmig ausgebildet und weist zumindest eine umlaufende erste Fläche
39 und eine umlaufende zweite Fläche 40 auf, die zur
Mittelachse 47 unterschiedliche Winkel einnehmen. Die
Abspritzöffnung 7 mündet am Übergang der ersten Fläche 39 zur zweiten Fläche 40 an einer Austrittsstelle 46 aus dem Ventilsitzkörper 5 aus. Die erste Fläche 39 weist zur zweiten Fläche 40 einen außerhalb des Ventilsitzkörpers 5 verlaufenden Außenwinkel 41 von mehr als 180° auf, beispielsweise 210°. Dadurch steht die Austrittsstelle 46 und der unmittelbare Bereich um die Austrittsstelle 46 relativ zu allen sie umgebenden Außenflächen des
Ventilsitzkörpers 5 hervor.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich der Abspritzöffnung 7, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel aus Fig. 2. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel erweitert sich der Durchmesser der Abspritzöffnung 7 konisch in Abspritzrichtung.
Fig. 4 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich der Abspritzöffnung 7, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel aus Fig. 2. Im
Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel erweitert sich der Durchmesser der Abspritzöffnung 7 durch eine Stufe 42 in Abspritzrichtung. Durch die Stufe 42 wird in diesem Ausführungsbeispiel der Verlauf der Abspritzöffnung 7 in einen stromaufwärts liegenden ersten Abschnitt 44 und einen davon in Abspritzrichtung liegenden zweiten Abschnitt 45 geteilt. Der zweite Abschnitt 45 ist beispielsweise Zylinderförmig und durch Bohren hergestellt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die beiden Abschnitte 44, 45 koaxial zueinander angeordnet sind. Der zweite Abschnitt 45 kann auch durch eine umlaufende Nut 43, welche in Fig. 5 näher dargestellt ist, realisiert werden, wobei dann die Querschnitte der beiden Abschnitte 44, 45, wie in Fig. 4 gezeigt, ebenfalls koaxial zueinander angeordnet sind. Durch eine am unteren Ende an der Austrittsstelle 46 bzw. am abspritzseitigen Ende des zweiten Abschnitts 45 ausgebildeten Kante 38, ist der erste Abschnitt 44 gegenüber dem Brennraum bzw. der sich im Brennraum zur Abspritzöffnung 7 hin bewegenden Flammenfront verdeckt .
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich der Abspritzöffnung 7, ähnlich dem dritten Ausführungsbeispiel aus Fig. 4. Im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel weist der Ventilsitzkörper 5 mehrere Abspritzöffnungen 7 auf. Außerdem ist der zweite Abschnitt 45 bzw. die Stufe 42 durch die den Ventilsitzkörper 5 auf Höhe der Abspritzöffnungen 7 radial umlaufende Nut 43 ausgebildet. Die zwei dargestellten Abspritzöffnungen 7 weisen jeweils einen ersten Abschnitt 44 mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Der Durchmesser kann maximal so groß sein wie die Höhe der Nut 43 oder kleiner.
Fig. 6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Der Düsenkörper 2 des in diesem Ausführungsbeispiel nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventils 1 ist einstückig mit dem Ventilsitzkörper 5 ausgebildet. Die zweite Fläche 40 ist außen am Ventilschließkörper 4 angeordnet. Der
Ventilschließkörper 4 begrenzt mit dem Ventilsitzkörper 5 die Abspritzöffnung 7, wobei die Abspritzöffnung 7 sich stromabwärts des Dichtsitzes konisch erweitert und die Abspritzöffnung 7 im geöffneten Zustand die Form eines umlaufenden Ringspalts annimmt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Merkmale der Ausführungsbeispiele können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.