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WO2017114634A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil Download PDF

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WO2017114634A1
WO2017114634A1 PCT/EP2016/079569 EP2016079569W WO2017114634A1 WO 2017114634 A1 WO2017114634 A1 WO 2017114634A1 EP 2016079569 W EP2016079569 W EP 2016079569W WO 2017114634 A1 WO2017114634 A1 WO 2017114634A1
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WO
WIPO (PCT)
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valve seat
seat body
fuel injection
valve
injection valve
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2016/079569
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Pohlmann
Kai Gartung
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to US16/066,811 priority Critical patent/US20200271078A1/en
Priority to EP16805141.5A priority patent/EP3397851A1/de
Priority to CN201680077197.6A priority patent/CN108431400A/zh
Priority to KR1020187018519A priority patent/KR20180096656A/ko
Publication of WO2017114634A1 publication Critical patent/WO2017114634A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
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    • F02M2200/9007—Ceramic materials
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    • F02M2200/90—Selection of particular materials
    • F02M2200/9053—Metals

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
  • Figures 1, 2a, 2b and 2c are embodiments of known
  • valve seat bodies shown.
  • the figures 2a, 2b and 2c show in schematic representations three basic typical types of ejection openings having valve seat bodies. While in the known and proven solution according to Figure 2c, the valve seat body with a flat and flat face the downstream valve end of the fuel injection valve closes towards the combustion chamber, in the also known solutions according to Figures 2a and 2b, the valve seat body with the injection openings comprehensive, like a dome in Abspritzraum configured outwardly central region of the valve seat body. Either this is a conical dome with a conical lateral surface in the middle region (for example DE 10 2013 219 027 A1) or a spherical dome with a spherically convex outward curvature (for example EP 2 333 306 A1). In both cases, the dome-shaped central region of the valve seat body merges fluidly and in a continuous progression into a flat and flat end face of the valve seat body.
  • a dome-like axially projecting middle region of the valve seat body of the invention is provided.
  • Fuel injection valve designed so that it radially outside the
  • a fatigue strength level of the dome-shaped center region of 1000 MPa can be achieved in this way and thus significantly exceeds the level of known solutions.
  • dome-shaped center region in the area of the ejection openings to reduce, without thereby increasing the risk of a swing break.
  • a small wall thickness in the middle range of less than 500 ⁇ it is conceivable to realize a small wall thickness in the middle range of less than 500 ⁇ .
  • Reduction of the dome wall thickness in turn allows a reduction in the length of the ejection openings or the length of the precursors of the ejection openings. This contributes to an optimization of the spray properties, in particular to a reduction of the beam penetration.
  • a further advantage of the invention is that less soot deposits occur on the outside of the dome-shaped center region during engine operation than in the case of known fuel injection valves.
  • the inventive design of the valve seat body temperature distribution is achieved in the component, which prevents the rapid growth of soot deposits.
  • the design according to the invention offers greater protection against the growth of the injection openings ("coking").
  • valve seat body can be adapted very flexibly to desired installation conditions and requirements for engine operation on its lower end side facing the combustion chamber.
  • Fig. 1 shows a schematic section through a fuel injection valve in a known embodiment having a spray-discharge openings
  • Valve seat body at the downstream end of the valve
  • Fig. 2a, 2b, 2c are schematic representations of various known
  • Types ejection openings having valve seat body as a section II - XIV of Fig. 1 in an enlarged view
  • FIG. 3 shows a first inventive embodiment of a valve seat body in a comparable with FIG. 2 cutout view
  • Fig. 4 shows a second embodiment according to the invention an
  • Valve seat body in a comparable with FIG. 2 cutout view
  • FIG. 5 shows a third embodiment according to the invention of a valve seat body in a detail view comparable to FIG. 2,
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment according to the invention of a valve seat body in a detail view comparable to FIG. 2, FIG.
  • FIG. 7 shows a fifth embodiment according to the invention of a valve seat body in a detail view comparable to FIG. 2,
  • FIG. 8 shows a sixth embodiment of the invention
  • Valve seat body in a comparable with FIG. 2 cutout view
  • FIG. 9 shows a seventh embodiment according to the invention of a valve seat body in a detail view comparable to FIG. 2, FIG.
  • FIG. 10 is an eighth embodiment of a valve seat body according to the invention in a comparable with FIG. 2 cutout view
  • Valve seat body in a comparable with FIG. 2 cutout view
  • Valve seat body in a comparable with FIG. 2 cutout and
  • FIG. 13 shows an eleventh embodiment according to the invention of a valve seat body in a detail view comparable to FIG. 2.
  • a known example of a fuel injection valve 1 shown in FIG. 1 is in the form of a fuel injection valve 1 for fuel injection systems of mixture-compression spark-ignition internal combustion engines.
  • the fuel injection valve 1 is suitable in particular for the direct injection of fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 consists of a nozzle body 2, in which a valve needle 3 is arranged.
  • the valve needle 3 is in operative connection with a valve closing body 4, which is arranged with a valve seat body 5 on a
  • Valve seat surface 6 cooperates to a sealing seat.
  • Nozzle body 2 can also be made in one piece.
  • Fuel injection valve 1 is in the exemplary embodiment to an inwardly opening fuel injection valve 1, which via at least one
  • the fuel injection valve 1 is ideally designed as a multi-hole injection valve and therefore has between four and thirty
  • the nozzle body 2 is sealed by a seal 8 against a valve housing 9.
  • the drive is eg an electromagnetic circuit, which comprises a magnetic coil 10 as an actuator, which is encapsulated in a coil housing 11 and wound on a bobbin 12, which rests against an inner pole 13 of the magnetic coil 10.
  • the inner pole 13 and the valve housing 9 are separated by a constriction 26 and connected to each other by a non-ferromagnetic connecting member 29.
  • the magnetic coil 10 is energized via a line 19 from a via an electrical plug contact 17 can be supplied with electric current.
  • the plug contact 17 is surrounded by a plastic casing 18, which may be molded on the inner pole 13. Alternatively, piezoelectric or magnetostrictive actuators can be used.
  • valve needle 3 is guided in a valve needle guide 14, which is designed disk-shaped.
  • armature 20 On the other side of the dial 15 is an armature 20. This is a non-positively connected via a first flange 21 with the valve needle 3 in connection, which is connected by a weld 22 to the first flange 21.
  • a return spring 23 On the first flange 21, a return spring 23 is supported, which in the present design of the fuel injection valve 1 by an adjusting sleeve 24
  • valve needle guide 14 in the armature 20 and on a guide body 41 extend fuel channels 30, 31 and 32.
  • the fuel is supplied via a central fuel supply 16 and filtered by a filter element 25.
  • Fuel injection valve 1 is sealed by a seal 28 against a fuel distributor line, not shown, and by a further seal 36 against a cylinder head, not shown.
  • Damping element 33 which consists of an elastomeric material arranged. It rests on a second flange 34 which is non-positively connected to the valve needle 3 via a weld seam 35.
  • the armature 20 drops after sufficient degradation of the magnetic field by the pressure of the return spring 23 from the inner pole 13, whereby the valve connected to the needle 3 in communication first flange 21 moves against the stroke direction.
  • the valve needle 3 is thereby moved in the same direction, whereby the valve closing body 4 touches on the valve seat surface 6 and the fuel injection valve 1 is closed.
  • FIGS. 2 a, 2 b and 2 c show, in very schematic representations, three basic typical types of spray-discharge openings 7
  • Valve seat bodies 5 While in the known and proven solution according to Figure 2c, the valve seat body 5 with a flat and flat face 43 terminates the downstream valve end of the fuel injection valve 1 toward the combustion chamber, are also known solutions according to Figures 2a and 2b, the valve seat body 5 with a the discharge openings 7 comprehensive, dome-like in Abspritzterrorism outwardly rotationally symmetric to a
  • Valve longitudinal axis 40 formed center region 44 of the valve seat body 5 designed.
  • these are a conical dome with a conical lateral surface in the center region 44, while the central region 44 of the embodiment according to FIG. 2b is executed as a spherical dome convexly convexly outwardly curved.
  • the dome-like center region 44 of the valve seat body 5 similar to the embodiment of Figure 2c, is flowing and in steady progress in the flat and flat
  • the aim of the invention is to produce a valve seat body 5 for a plurality of injection openings 7 having fuel injector 1, which despite a
  • dome-shaped center region 44 has a higher structural strength, that is designed to be less bending stress sensitive than in the prior art.
  • the central portion 44 of the valve seat body 5 projecting axially in the manner of a dome ends radially outside the mouth regions of all
  • Spray orifices 7 in a recessed depression 47 which is ideally formed circumferentially and from the radially outward at least one in turn axially projecting edge portion 48 of the valve seat body 5 is connected, so that in cross section a total wave-shaped dome contour of the valve seat body 5 is formed.
  • the cup-like axially projecting central region 44 has a radially limited extent and, if at all, only slightly beyond the end face 43 protruding axial extent.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the invention
  • the dome-like center region 44 is formed in an ideal manner rotationally symmetrical to the valve longitudinal axis 40 and ends radially outside the mouth regions of all spray-orifices 7 in a circumferential recessed valley 47, which is more like an annular bead notched.
  • the dome-shaped center region 44 has advantageously a much smaller Diameter as a dome-like center regions 44 in the prior art (see Figures 2a, 2b). From the notched depression 47, a further axially projecting edge region 48 of the valve seat body 5 closes radially outward, so that in cross-section a generally undulating depression contour of the
  • Valve seat body 5 is formed.
  • the sink 47 and the transition of the radially outer sink edge to the edge region 48 are formed quite sharp.
  • the edge region 48 here has a flat and flat end face 43.
  • the outer diameter of the valve seat body 5 in its lower axial extension region 49 is still slightly increased.
  • FIG. 4 The second inventive embodiment of a valve seat body 5 shown in FIG. 4 in a detail view similar to FIG. 2 is very similar to the embodiment according to FIG. 3. However, here the depression 47 and the transition of the radially outer sink edge to the edge region 48 are rounded. The edge region 48 in turn has a flat and flat end face 43. To a particularly durable and rigid "foundation" of
  • valve seat body 5 z. B. here, the outer diameter of the valve seat body 5 in its lower axial extension region 49 is still somewhat increased.
  • the size of the bend-sensitive middle region 45 'whose size is ultimately defined approximately by the diameter of the depression 47 is significantly reduced on the valve seat body 5 compared with the known solutions.
  • FIG. 5 shows a third exemplary embodiment of a valve seat body 5 in a cutout view comparable to FIG. 2, which is characterized in that a further axially projecting edge region 48 of the notched depression 47 projects radially outward Valve seat body 5 connects, but does not pass into a flat and flat face 43, but its End face 43 obliquely inclined from the recess 47 to the outer diameter of the valve seat body 5 extends.
  • a further axially projecting edge region 48 of the notched depression 47 projects radially outward Valve seat body 5 connects, but does not pass into a flat and flat face 43, but its End face 43 obliquely inclined from the recess 47 to the outer diameter of the valve seat body 5 extends.
  • Figures 7, 8 and 9 show a fifth, sixth and seventh inventive embodiment of a valve seat body 5 in a comparable with Figure 2 cutout view, in each case a stepped contoured face 43 is present in the edge region 48.
  • from the depression 47 extends radially outwards, similar to the embodiments according to FIGS. 3 and 4, over an oblique region into the flat and flat end surface 43, wherein the end surface 43 can fall off obliquely radially outward as far as the outside diameter of the valve seat body 5 (FIG. Figure 7) or obliquely stepped (Figure 8) or sharp-edged stepped ( Figure 9) for
  • Outer diameter can be set back.
  • FIG. 10 shows an eighth exemplary embodiment of a valve seat body 5 in a cutout view comparable to FIG. 2, in which the dome-like center region 44 tapers in the region of the valve longitudinal axis 40, as from the depression 47 via the mouth region
  • Spray openings 7 also extends conically up to the valve longitudinal axis 40 of the central region 44 of the valve seat body 5.
  • the sink 47 can either be rounded, as shown, or be formed sharp-edged.
  • the sharp-edged point of the center region 44 shown in FIG. 10 may alternatively also be rounded.
  • Inventive embodiment of a valve seat body 5 in one with FIG 2 shows that the edge region 48 of the valve seat body 5 extending radially outward from the depression 47 can be shaped differently in respect of its axial extent.
  • the center region 44 is set back in relation to the end face 43 of the edge region 48, whereas in the exemplary embodiment shown in FIG. 13 the center region 44 is formed in front of the end face 43 of the edge region 48.
  • the ejection openings 7 in the valve seat body 5 can both with a
  • all shapes for the ejection openings 7 are conceivable, from round to oval to polygonal.
  • the ejection openings 7 are produced by means of erosion, laser drilling or punching.
  • the injection orifices 7 can either be made sharp-edged at the injection orifice or can be made e.g. be rounded by hydroerosive erosion.
  • valve seat body 5 steel As a typical material for the valve seat body 5 steel can be used.
  • the production of the dome-shaped center region 44 can therefore be done by machining
  • valve seat body 5 For example, turning, grinding, honing, by forming (eg extrusion) or by primary forming (eg., Metal Injection Molding) done.
  • forming eg extrusion
  • primary forming eg., Metal Injection Molding
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments and e.g. applicable for differently arranged ejection openings 7 and for any construction of inwardly opening multi-hole fuel injectors 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil zeichnet sich dadurch aus, dass eine besonders hohe Struktur- und Schwingfestigkeit des Ventilsitzkörpers (5) vorliegt. Das Brennstoffeinspritzventil (1) umfasst einen erregbaren Aktuator zur Betätigung eines Ventilschließkörpers, der zusammen mit einer an dem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und Abspritzöffnungen (7), die stromabwärts der Ventilsitzfläche (6) ausgebildet sind, wobei die Abspritzöffnungen (7) in einem kuppenartig in Abspritzrichtung nach außen stehenden Mittenbereich (44) des Ventilsitzkörpers (5) eingebracht sind. Der kuppenartig axial hervorstehende Mittenbereich (44) des Ventilsitzkörpers (5) endet radial außerhalb der Mündungsbereiche aller Abspritzöffnungen (7) in einer umlaufenden vertieften Senke (47), von der aus sich nach radial außen ein wiederum axial hervorstehender Randbereich (48) des Ventilsitzkörpers (5) anschließt, so dass im Querschnitt eine insgesamt wellenförmige Kuppenkontur des Ventilsitzkörpers (5) gebildet ist. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.

Description

Beschreibung
Titel
Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. In den Figuren 1, 2a, 2b und 2c sind Ausführungsformen von bekannten
Ventilsitzkörpern gezeigt. Dabei zeigen die Figuren 2a, 2b und 2c in schematischen Darstellungen drei grundsätzliche typische Bauarten von Abspritzöffnungen aufweisenden Ventilsitzkörpern. Während bei der bekannten und bewährten Lösung gemäß Figur 2c der Ventilsitzkörper mit einer ebenen und flachen Stirnfläche das stromabwärtige Ventilende des Brennstoffeinspritzventils zum Brennraum hin abschließt, sind bei den ebenfalls bekannten Lösungen gemäß Figuren 2a und 2b die Ventilsitzkörper mit einem die Abspritzöffnungen umfassenden, kuppenartig in Abspritzrichtung nach außen stehenden Mittenbereich des Ventilsitzkörpers ausgestaltet. Entweder handelt es sich dabei um eine Kegelkuppe mit einer konischen Mantelfläche im Mittenbereich (z.B. DE 10 2013 219 027 AI) oder um eine Kugelkuppe mit einer sphärisch konvex nach außen verlaufenden Wölbung (z.B. EP 2 333 306 AI). In beiden Fällen geht der kuppenartige Mittenbereich des Ventilsitzkörpers fließend und in stetigem Fortgang in eine ebene und flache Stirnfläche des Ventilsitzkörpers über.
Bei derartigen Ventilsitzkörpern ist der gesamte Kuppenbereich ein
festigkeitskritischer Bereich. Er wird beansprucht durch den millionenfachen Einschlag der Ventilnadel mit seinem Ventilschließkörper. Außerdem wirkt der Systemdruck des Brennstoffs auf die gesamte Innenseite des kuppenartigen Mittenbereichs vollflächig. Diese Lasten wirken mit dem Risiko einer Verbiegung des Kuppenbereichs mit negativem Einfluss auf die Qualität der Ventilsitzfläche, auf die Dichtheitsanforderungen und die Dauerfestigkeit des Ventilsitzkörpers in diesem Bereich.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat neben der einfachen und kostengünstigen
Herstellbarkeit zahlreiche weitere Vorteile. Erfindungsgemäß ist ein kuppenartig axial hervorstehender Mittenbereich des Ventilsitzkörpers des
Brennstoffeinspritzventils so ausgeführt, dass er radial außerhalb der
Mündungsbereiche aller Abspritzöffnungen in einer idealerweise umlaufenden vertieften Senke endet, von der aus sich nach radial außen ein wiederum axial hervorstehender Randbereich des Ventilsitzkörpers anschließt, so dass im
Querschnitt eine insgesamt wellenförmige Kuppenkontur des Ventilsitzkörpers gebildet ist. Gegenüber kuppenartigen Mittenbereichen von Ventilsitzkörpern nach dem Stand der Technik reduzieren sich die festigkeitsrelevanten Spannungen wirkungsvoll. Durch die konstruktive Trennung zwischen dem Bereich der Lastableitung
(„Fundament" des Randbereichs) und dem Bereich für die Abspritzöffnungen („Funktionsbereich") ergibt sich für den kuppenartigen Mittenbereich eine deutlich höhere Beanspruchbarkeit des Kuppenzentrums. Ein Dauerfestigkeitsniveau des kuppenartigen Mittenbereichs von 1000 MPa ist auf diese Weise erreichbar und übersteigt damit deutlich das Niveau bekannter Lösungen. Das zuvor genannte Dauerfestigkeitsniveau kann rechnerisch für eine Lastwechselzahl >=1E8 unter Berücksichtigung einer statischen Ausfallwahrscheinlichkeit <=lppm bestimmt werden.
Dank der hohen Beanspruchbarkeit ist es möglich, die Wandstärke des
kuppenartigen Mittenbereichs im Bereich der Abspritzöffnungen zu reduzieren, ohne dabei das Risiko eines Schwingbruches zu vergrößern. So ist es denkbar, eine geringe Wandstärke im Mittenbereich von unter 500μηι zu realisieren. Die
Reduzierung der Kuppenwandstärke ermöglicht wiederum eine Reduzierung der Länge der Abspritzöffnungen bzw. der Länge der Vorstufen der Abspritzöffnungen. Dies trägt zu einer Optimierung der Sprayeigenschaften, insbesondere zu einer Reduzierung der Strahlpenetration bei.
Weiterhin ist hervorzuheben, dass ein unkontrollierter Austritt von Brennstoff unmittelbar nach dem Ende der Einspritzung verhindert wird. Üblicherweise kommt es beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils zum Prellen der Ventilnadel mit dem Ventilschließkörper an der Ventilsitzfläche, so dass sich kurzzeitig
unerwünschte Öffnungsphasen an den Schließvorgang noch anschließen. Diese unkontrolliert abgegebene Brennstoff menge führt zu einer kleinen Abweichung der eingespritzten Brennstoffmenge vom Sollwert, so dass eine nachteilige Wirkung im Motorbetrieb nicht ausgeschlossen werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Design des kuppenartigen Mittenbereichs kann die Prellerwahrscheinlichkeit extrem reduziert werden, da die Wellenkuppe eine hohe Eigensteifigkeit besitzt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im Motorbetrieb auf der Außenseite des kuppenartigen Mittenbereichs weniger Rußablagerungen entstehen als bei bekannten Brennstoffeinspritzventilen. Durch das erfindungsgemäße Design des Ventilsitzkörpers wird im Bauteil eine Temperaturverteilung erreicht, die das rasche Anwachsen der Rußbeläge verhindert.
Aufgrund der geringen Belagsbildung an der Oberfläche des Ventilsitzkörpers bietet das erfindungsgemäße Design eine größere Sicherheit gegen das Zuwachsen der Abspritzöffnungen („Verkokung"). Unter Berücksichtigung der weltweit stark schwankenden Brennstoffqualität ist dieses robuste Verhalten von großem Vorteil.
Weiterhin vorteilhaft ist es, dass auch der durch den Motordauerbetrieb
hervorgerufene Anstieg der Partikelemissionen im Abgas geringer ausfällt als bei Brennstoffeinspritzventilen nach dem Stand der Technik (Reduzierung des PN- Drift). Da die Wellenkuppe erfindungsgemäß über eine verbesserte Kühlwirkung und eine geringere Neigung zur Belagsbildung verfügt, werden auch nach Dauerbetrieb weniger Partikelemissionen gebildet.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die Geometrieauslegung des Ventilsitzkörpers an seiner dem Brennraum zugewandten unteren Stirnseite sehr flexibel an gewünschte Einbaubedingungen und Anforderungen an den Motorbetrieb anpassbar ist.
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 Brennstoffeinspritzventil in einer bekannten Ausgestaltung mit einem Abspritzöffnungen aufweisenden
Ventilsitzkörper am stromabwärtigen Ventilende,
Fig. 2a, 2b, 2c schematische Darstellungen von verschiedenen bekannten
Bauarten Abspritzöffnungen aufweisender Ventilsitzkörper als Ausschnitt II - XIV von Fig. 1 in einer jeweils vergrößerten Darstellung,
Fig. 3 ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung,
Fig. 4 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines
Ventilsitzkörpers in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung,
Fig. 5 ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung,
Fig. 6 ein viertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung,
Fig. 7 ein fünftes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung, Fig. 8 ein sechstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines
Ventilsitzkörpers in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung,
Fig. 9 ein siebtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung,
Fig. 10 ein achtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung,
Fig. 11 ein neuntes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines
Ventilsitzkörpers in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung,
Fig. 12 ein zehntes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines
Ventilsitzkörpers in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung und
Fig. 13 ein elftes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein in Figur 1 dargestelltes bekanntes Beispiel eines 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. Ventilsitzkörper 5 und
Düsenkörper 2 können auch einteilig ausgeführt sein. Bei dem
Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens eine
Abspritzöffnung 7 verfügt, typischerweise aber wenigstens zwei Abspritzöffnungen 7 aufweist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist jedoch idealerweise als Mehrloch- Einspritzventil ausgeführt und hat deshalb zwischen vier und dreißig
Abspritzöffnungen 7. 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 als Aktuator 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. Alternativ sind auch piezoelektrische oder magnetostriktive Aktuatoren verwendbar.
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 Brennstoff kanäle 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 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 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.
In den Figuren 1, 2a, 2b und 2c sind Ausführungsformen von bekannten
Ventilsitzkörpern 5 gezeigt. Auch in allen weiteren Figuren 3 bis 13 wird zur
Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung und Konturgebung am Ventilsitzkörper 5 ein vergleichbarer Ausschnitt II - XIV von Fig. 1 in einer jeweils vergrößerten Darstellung gewählt.
Die Figuren 2a, 2b und 2c zeigen in sehr schematischen Darstellungen drei grundsätzliche typische Bauarten von Abspritzöffnungen 7 aufweisenden
Ventilsitzkörpern 5. Während bei der bekannten und bewährten Lösung gemäß Figur 2c der Ventilsitzkörper 5 mit einer ebenen und flachen Stirnfläche 43 das stromabwärtige Ventilende des Brennstoffeinspritzventils 1 zum Brennraum hin abschließt, sind bei den ebenfalls bekannten Lösungen gemäß Figuren 2a und 2b die Ventilsitzkörper 5 mit einem die Abspritzöffnungen 7 umfassenden, kuppenartig in Abspritzrichtung nach außen stehenden, rotationssymmetrisch zu einer
Ventillängsachse 40 ausgebildeten Mittenbereich 44 des Ventilsitzkörpers 5 ausgestaltet. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2a handelt es sich dabei um eine Kegelkuppe mit einer konischen Mantelfläche im Mittenbereich 44, während der Mittenbereich 44 der Ausführungsform gemäß Figur 2b als Kugelkuppe sphärisch konvex nach außen gewölbt ausgeführt ist. In beiden Fällen geht der kuppenartige Mittenbereich 44 des Ventilsitzkörpers 5, ähnlich der Ausführung gemäß Figur 2c, fließend und in stetigem Fortgang in die ebene und flache
Stirnfläche 43 des Ventilsitzkörpers 5 über.
Ziel der Erfindung ist es, einen Ventilsitzkörper 5 für ein mehrere Abspritzöffnungen 7 aufweisendes Brennstoffeinspritzventil 1 zu erzeugen, der trotz eines
kuppenartigen Mittenbereichs 44 eine höhere Strukturfestigkeit hat, der also weniger biegespannungsempfindlich als im Stand der Technik ausgelegt ist.
Erfindungsgemäß endet der kuppenartig axial hervorstehende Mittenbereich 44 des Ventilsitzkörpers 5 deshalb radial außerhalb der Mündungsbereiche aller
Abspritzöffnungen 7 in einer vertieften Senke 47, die idealerweise umlaufend ausgebildet ist und von der aus sich nach radial außen wenigstens ein wiederum axial hervorstehender Randbereich 48 des Ventilsitzkörpers 5 anschließt, so dass im Querschnitt eine insgesamt wellenförmige Kuppenkontur des Ventilsitzkörpers 5 gebildet ist. Dabei hat der kuppenartig axial hervorstehende Mittenbereich 44 eine radial begrenzte Ausdehnung und eine, wenn überhaupt, nur geringfügig über die Stirnfläche 43 hinausragende axiale Erstreckung.
In der Figur 3 ist ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines
Ventilsitzkörpers 5 in einer mit Figur 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung dargestellt. Im Unterschied zur in Figur 1 dargestellten Ausführung sind in dem Ventilsitzkörper 5 aller folgenden Ausführungsbeispiele unmittelbar die
Brennstoff kanäle 32 im Führungsbereich des Ventilsitzkörpers 5 mit eingeformt, was zu einer weiteren Erhöhung der Festigkeit des Ventilsitzkörpers 5 beiträgt, aber keinen Einfluss auf die erfindungsgemäße Konturgebung des kuppenartigen Mittenbereichs 44 hat. Der kuppenartige Mittenbereich 44 ist in idealer Weise rotationssymmetrisch zur Ventillängsachse 40 ausgeformt und endet radial außerhalb der Mündungsbereiche aller Abspritzöffnungen 7 in einer umlaufenden vertieften Senke 47, die ähnlicher einer Ringsicke eingekerbt ist. Der kuppenartige Mittenbereich 44 hat dabei in vorteilhafter Weise einen deutlich kleineren Durchmesser als kuppenartige Mittenbereiche 44 im Stand der Technik (siehe Figuren 2a, 2b). Von der eingekerbten Senke 47 aus schließt sich nach radial außen ein wiederum axial hervorstehender Randbereich 48 des Ventilsitzkörpers 5 an, so dass im Querschnitt eine insgesamt wellenförmige Kuppenkontur des
Ventilsitzkörpers 5 gebildet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Senke 47 und der Übergang der radial äußeren Senkenkante zum Randbereich 48 recht scharfkantig ausgebildet. Der Randbereich 48 weist hier eine ebene und flache Stirnfläche 43 auf. Um ein besonders dauerfestes und biegesteifes
„Fundament" des Ventilsitzkörpers 5 zu erzeugen, ist z. B. der Außendurchmesser des Ventilsitzkörpers 5 in seinem unteren axialen Erstreckungsbereich 49 noch etwas vergrößert.
Die in der Figur 4 gezeigte zweite erfindungsgemäße Ausführungsform eines Ventilsitzkörpers 5 in einer mit Figur 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung ähnelt stark der Ausführung gemäß Figur 3. Allerdings sind hier nun die Senke 47 und der Übergang der radial äußeren Senkenkante zum Randbereich 48 verrundet ausgebildet. Der Randbereich 48 weist wiederum eine ebene und flache Stirnfläche 43 auf. Um ein besonders dauerfestes und biegesteifes„Fundament" des
Ventilsitzkörpers 5 zu erzeugen, ist z. B. auch hier der Außendurchmesser des Ventilsitzkörpers 5 in seinem unteren axialen Erstreckungsbereich 49 noch etwas vergrößert.
Wie insbesondere den Ausführungsbeispielen der Figuren 3 und 4 entnehmbar ist, ist die Größe des biegeempfindlichen Mittenbereichs 45', dessen Größe letztlich ungefähr durch den Durchmesser der Senke 47 definiert ist, am Ventilsitzkörper 5 deutlich reduziert gegenüber den bekannten Lösungen.
Abweichend von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist in der Figur 5 ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers 5 in einer mit Figur 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung gezeigt, das sich dadurch auszeichnet, dass von der eingekerbten Senke 47 aus sich nach radial außen ein wiederum axial hervorstehender Randbereich 48 des Ventilsitzkörpers 5 anschließt, der jedoch nicht in eine ebene und flache Stirnfläche 43 übergeht, sondern dessen Stirnfläche 43 schräg geneigt von der Senke 47 aus bis zum Außendurchmesser des Ventilsitzkörpers 5 verläuft. Man kann von einer trichterförmig einfallenden Stirnfläche 43 sprechen.
Beim in Figur 6 dargestellten vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers 5 in einer mit Figur 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung ist die schräg geneigt verlaufende Stirnfläche 43 des Randbereichs 48 zwei geteilt, d.h. die beiden Stirnflächenbereiche besitzen einen unterschiedlichen Winkel zur
Ventillängsachse 40 und stoßen an einer umlaufenden Kante 50 aufeinander, so dass letztlich die Stirnfläche 43 einen„Knick" besitzt.
Figuren 7, 8 und 9 zeigen ein fünftes, sechstes und siebtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers 5 in einer mit Figur 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung, bei denen jeweils eine stufig konturierte Stirnfläche 43 im Randbereich 48 vorliegt. In allen Ausführungen geht von der Senke 47 nach radial außen, ähnlich den Ausführungen gemäß Figuren 3 und 4, ein Schrägbereich in die ebene und flache Stirnfläche 43 über, wobei die Stirnfläche 43 nach radial außen bis zum Außendurchmesser des Ventilsitzkörpers 5 wieder schräg abfallen kann (Figur 7) oder schräg gestuft (Figur 8) oder scharfkantig gestuft (Figur 9) zum
Außendurchmesser hin zurückversetzt verlaufen kann.
In der Figur 10 ist ein achtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers 5 in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung gezeigt, bei dem der kuppenartige Mittenbereich 44 im Bereich der Ventillängsachse 40 spitz zuläuft, da von der Senke 47 ausgehend über den Mündungsbereich der
Abspritzöffnungen 7 hinaus bis zur Ventillängsachse 40 der Mittenbereich 44 des Ventilsitzkörpers 5 kegelförmig verläuft. Die Senke 47 kann dabei entweder gerundet, wie gezeigt, oder auch scharfkantig ausgeformt sein. Die in der Figur 10 scharfkantig dargestellte Spitze des Mittenbereichs 44 kann alternativ auch verrundet sein.
In den Figuren 11, 12 und 13 wird in einem neunten, zehnten und elften
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers 5 in einer mit Figur 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung verdeutlicht, dass der aus der Senke 47 nach radial außen erstreckende Randbereich 48 des Ventilsitzkörpers 5 in unterschiedlicher Weise bezüglich seiner axialen Erstreckung ausgeformt sein kann. So ist bei dem in Figur 11 gezeigten Ausführungsbeispiel der Mittenbereich 44 zurückversetzt gegenüber der Stirnfläche 43 des Randbereichs 48 ausgebildet, während bei dem in Figur 13 gezeigten Ausführungsbeispiel der Mittenbereich 44 vorgesetzt gegenüber der Stirnfläche 43 des Randbereichs 48 ausgeformt ist.
Dagegen liegen bei der Ausführungsform gemäß Figur 12 der Mittenbereich 44 und der Randbereich 48 mit ihren stromabwärtigen Stirnflächen 43 ungefähr in ein und derselben Ebene 51. Es sei angemerkt, dass alle in den Figuren 3 bis 10 gezeigten
Geometriemerkmale mit jeder der in den Figuren 11 bis 13 gezeigten Varianten der Axialerstreckung des Mittenbereichs 44 kombinierbar sind.
Die Abspritzöffnungen 7 im Ventilsitzkörper 5 können sowohl mit einer
durchmessergrößeren, zur Abspritzseite hin verlaufenden Vorstufe, wie in allen
Ausführungen gezeigt, ausgebildet sein, aber auch zylindrisch, konisch mit positivem oder negativem Öffnungswinkel oder mehrfach gestuft o.ä. verlaufen. Im Querschnitt sind alle Formen für die Abspritzöffnungen 7 denkbar, von rund über oval bis mehreckig. Dabei werden die Abspritzöffnungen 7 mittels Erodieren, Laserbohren oder Stanzen hergestellt. Die Abspritzöffnungen 7 können am spritzlocheintritt bzw. -austritt entweder scharfkantig gefertigt werden oder aber z.B. durch hydroerosives Erodieren verrundet werden.
Als typischer Werkstoff für den Ventilsitzkörper 5 kann Stahl verwendet werden. Die Herstellung des kuppenartigen Mittenbereichs 44 kann deshalb mittels Zerspanen
(z. B. Drehen, Schleifen, Honen), durch Umformen (z. B. Fließpressen) oder auch durch Urformen (z. B. Metal Injection Molding) erfolgen. Abgesehen von Stahl kommen aber auch andere metallische Werkstoffe oder keramische Werkstoffe für den Ventilsitzkörper 5 in Frage.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und z.B. für andersartig angeordnete Abspritzöffnungen 7 sowie für beliebige Bauweisen von nach innen öffnenden Mehrloch-Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von
Brennstoff in einen Brennraum, 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 stromabwärts der Ventilsitzfläche (6) ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine Abspritzöffnung (7) in einem kuppenartig in Abspritzrichtung nach außen stehenden Mittenbereich (44) des Ventilsitzkörpers (5) eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet,
dass der kuppenartig axial hervorstehende Mittenbereich (44) des Ventilsitzkörpers (5) radial außerhalb der Mündungsbereiche aller Abspritzöffnungen (7) in einer vertieften Senke (47) endet, von der aus sich nach radial außen ein wiederum axial hervorstehender Randbereich (48) des Ventilsitzkörpers (5) anschließt.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Querschnitt eine insgesamt wellenförmige Kuppenkontur des
Ventilsitzkörpers (5) gebildet ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der kuppenartige Mittenbereich (44) rotationssymmetrisch zu einer
Ventillängsachse (40) ausgeformt ist und die Senke (47) entsprechend umlaufend verläuft.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die umlaufende vertiefte Senke (47) als eine Ringsicke eingekerbt ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Senke (47) und/oder der Übergang der radial äußeren Senkenkante zum Randbereich (48) scharfkantig oder verrundet ausgebildet sind.
6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Randbereich (48) eine ebene und flache Stirnfläche (43) aufweist.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Randbereich (48) mit einer schräg geneigten Stirnfläche (43) ausgebildet ist, die von der Senke (47) aus bis zum Außendurchmesser des Ventilsitzkörpers (5) verläuft, so dass sich eine trichterförmig einfallende Stirnfläche (43) ergibt.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens zwei schräg geneigte Teilflächen der Stirnfläche (43) mit unterschiedlichen Winkeln zur Ventillängsachse (40) vorgesehen sind und zwischen sich eine Kante (50) aufweisen.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Randbereich (48) eine stufig konturierte Stirnfläche (43) aufweist.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der kuppenartige Mittenbereich (44) entweder sphärisch konvex gewölbt ausgebildet ist oder im Bereich der Ventillängsachse (40) spitz zuläuft, da von der Senke (47) ausgehend über den Mündungsbereich der Abspritzöffnungen (7) hinaus bis zur Ventillängsachse (40) der Mittenbereich (44) des Ventilsitzkörpers (5) kegelförmig verläuft.
11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der von der Senke (47) radial umgebene Mittenbereich (44) gegenüber dem sich nach radial außen erstreckenden Randbereich (48) des Ventilsitzkörpers (5) in bezüglich seiner axialen Erstreckung entweder zurückversetzt oder vorgesetzt liegt oder beide Bereiche (44, 48) mit ihren Stirnflächen (43) ungefähr in ein und derselben Ebene (51) liegen.
12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ventilsitzkörper (5) ein metallisches oder keramisches Bauteil ist.
13. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen zwei und dreißig Abspritzöffnungen (7) in dem Ventilsitzkörper (5) vorgesehen sind.
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