DE10050054A1

DE10050054A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10050054A1
Application number: DE2000150054
Authority: DE
Inventors: Guenter Dantes; Detlef Nowak; Joerg Heyse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2020-10-11
Also published as: EP1197652A2; EP1197652A3; DE10050054B4; EP1197652B1; DE50107266D1; JP2002195132A

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfaßt eine Ventilschließkörper (4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, einen Dichtsitz bildet, und einem Drallmodul (34) wobei das Drallmodul (34) mehrere, in einer Hülse (44) gegeneinander verdrehte und in der Hülse (44) verstemmte Drähte (42) umfaßt, welche eine Ausnehmung (43) der Hülse (44) so ausfüllen, daß zwischen den Drähten und einer Innenwandung (46) der Hülse (44) wendelförmige Hohlräume (45) ausgebildet sind.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der DE 197 36 682 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches sich dadurch auszeichnet, daß am stromabwärtigen Ende des Ventils ein Führungs- und Sitzbereich vorgesehen ist, der von drei scheibenförmigen Elementen gebildet wird. Dabei ist ein Drallelement zwischen einem Führungselement und einem Ventilsitzelement eingebettet. Das Führungselement dient der Führung einer es durchragenden, axial beweglichen Ventilnadel, während ein Ventilschließabschnitt der Ventilnadel mit einer Ventilsitzfläche des Ventilsitzelements zusammenwirkt. Das Drallelement weist einen inneren Öffnungsbereich mit mehreren Drallkanälen auf, die nicht mit dem äußeren Umfang des Drallelements in Verbindung stehen. Der gesamte Öffnungsbereich erstreckt sich vollständig über die axiale Dicke des Drallelements.

Nachteilig an dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere der hohe Fertigungsaufwand, der sich einerseits in erhöhten Produktionskosten und andererseits in Inhomogenitäten in der eingespritzten Gemischwolke und daraus resultierenden asymmetrischen Strahlbildern sowie abweichenden Durchflußmengen niederschlägt.

Dies ist insbesondere dadurch bedingt, daß bei schrägeinspritzenden Brennstoffeinspritzventilen die Spritzrichtung durch nachgeschaltete Spritzlöcher umgelenkt werden muß. Dadurch entstehen in der Drallströmung sowie im Strahl Asymmetrien. Zudem stellt die herkömmliche Drallaufbereitung hohe Genauigkeitsforderungen, die vielfach nicht erfüllt werden können.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Drallmodul durch die geringen Abmessungen der kordelförmig miteinander verdrehten Drähte, welche drallerzeugende Hohlräume einschließen, sehr klein ausgeführt werden kann. Das Drallmodul kann in einfacher Weise in beliebige, serienmäßige Brennstoffeinspritzventile eingesetzt werde. Durch die Anordnung des Drallmoduls an der abströmseitigen Seite des Dichtsitzes können beliebige Einspritzwinkel relativ zur Längsachse des Brennstoffeinspritzventils realisiert werden, ohne den Brennstoffstrahl umlenken zu müssen.

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

Von Vorteil ist auch, die Drähte beispielsweise aus Wolfram herzustellen oder in Form von Glasfasern zu führen, da dadurch der Durchmesser der Drähte auf ein Minimum reduziert werden kann.

Die Hülse, das Aufnahmebauteil sowie die Drähte unterliegen nicht der Forderung nach hoher Präzision, so daß alle Bauteile kostengünstig herstellbar sind.

Durch die einfache Form des Aufnahmebauteils und der Hülse ist die Montage sehr vereinfacht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils,

Fig. 2 einen schematischen Ausschnitt aus dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in Fig. 1,

Fig. 3 einen schematischen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen schematischen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil im Bereich IV in Fig. 2, und

Fig. 5 einen schematischen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Dabei eignet sich das Brennstoffeinspritzventil 1 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 auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Ventilsitzkörper 5 ist in eine Ausnehmung des Düsenkörpers 2 einsetzbar. 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 den 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 Spalt 26 voneinander getrennt und stützen sich auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.

Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.

Ein zweiter Flansch 31, welcher mit der Ventilnadel 3 über eine Schweißnaht 33 verbunden ist, dient als unterer Ankeranschlag. Ein elastischer Zwischenring 32, welcher auf dem zweiten Flansch 31 aufliegt, vermeidet Prellen beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1.

In der Ventilnadelführung 14 und im Anker 20 verlaufen Brennstoffkanäle 30a und 30b, die den Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, zur Abspritzöffnung 7 leiten. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet.

Abströmseitig des Dichtsitzes ist ein Drallmodul 34 angeordnet, welches vorzugsweise unter einem Abspritzwinkel γ gegenüber einer Längsachse 35 des Brennstoffeinspritzventils 1 geneigt ist. Das Drallmodul 34 ist in den Fig. 2 sowie 4 und 5 näher dargestellt.

Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 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 Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und Brennstoff wird über die Brennstoffkanäle 30a und 30b zur Abspritzöffnung 7 geführt.

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 Wirkverbindung stehende 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.

Fig. 2 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung eine vergrößerte Ansicht des abspritzseitigen Teils des in Fig. 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Der dargestellte Ausschnitt ist in Fig. 1 mit II bezeichnet. Übereinstimmende Bauteile sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.

Der Ventilsitzkörper 5 wirkt über die Ventilsitzfläche 6 mit dem Ventilschließkörper 4 zusammen, der an der Ventilnadel 3 ausgebildet ist. Abströmseitig des Dichtsitzes ist das Drallmodul 34 angeordnet, welches so ausgerichtet ist, daß eine Längsachse 36 des Drallmoduls 34 mit der Längsachse 35 des Brennstoffeinspritzventils 1 den Winkel γ einschließt. Damit fällt die Längsachse 36 des Drallmoduls 34 mit der Strahlachse des Brennstoffstrahls zusammen, wodurch eine Strahlumlenkung und daraus resultierende Inhomogenitäten und Asymmetrien vermieden werden.

Das Drallmodul 34 besteht aus einem Aufnahmebauteil 37, welches die Abspritzöffnung 7, eine Drallkammer 38 und die eigentliche Dralleinheit 39 enthält. Das Aufnahmebauteil 37 kann dabei beispielsweise zylindrisch geformt und in eine entsprechende Ausnehmung 40 des Ventilsitzträgers 5 eingesetzt sein. Die Drallkammer 38 ist abströmseitig der Dralleinheit 39 angeordnet und verjüngt sich in Strömungsrichtung zur Abspritzöffnung 7.

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Schnitt entlang der Linie III-III durch das Brennstoffeinspritzventil 1 in Fig. 2 mit etwas verändertem Durchmesser des Ventilsitzkörpers 5 im Schnittbereich.

Da der Ventilsitzkörper 5 im vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Bohrungen zur Brennstoffleitung aufweist, ist der Ventilschließkörper 4 im Bereich des Ventilsitzkörpers 5 mit mindestens einem Anschliff 40 versehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind aus Symmetriegründen vier Anschliffe 40 am Ventilschließkörper 4 ausgebildet, um ein Volumen 41 zwischen dem Ventilschließkörper 4 und dem Ventilsitzträger 5 einerseits zur Vermeidung von Verwirbelungen klein zu halten, andererseits aber zur Vermeidung von Drosseleffekten ausreichend groß zu gestalten. Auf diese Weise kann die Bewegung der Ventilnadel 3 bzw. die Führung des Ventilschließkörpers 4 im Ventilsitzkörper 5 durch ein radiales Kräftegleichgewicht ungestört verlaufen.

Fig. 4 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung eine schematische Ansicht der Dralleinheit 39 im Bereich IV in Fig. 2.

Die Dralleinheit 39 besteht aus mehreren, im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel drei, feinen Drähten 42, die beispielsweise aus Wolfram bestehen oder auch als Glasfasern ausgeführt sein können. Die Drähte 42 sind in einer Ausnehmung 43 einer Hülse 44 angeordnet und füllen diese nahezu vollständig aus. Zwischen den Drähten 42 sind Hohlräume 45 ausgebildet, welche für die Brennstoffführung zuständig sind. Jeder der Hohlräume 45 wirkt dabei wie ein Strömungskanal. Zur Erzeugung eines Dralls müssen die Hohlräume 45 wendelförmig in der Hülse 44 verlaufen. Die entsprechende Form wird dadurch erreicht, daß die Drähte 42 in der Ausnehmung 43 der Hülse 44 kordelähnlich gegeneinander verdreht werden. Durch das Verdrehen der Drähte 42 nimmt die axiale Länge der aus den Drähten 42 bestehenden Kordel ab, der Querschnitt der Gesamtheit der Drähte 42 bzw. der Kordel jedoch zu, so daß die Drähte 42 an einer Innenwandung 46 der Ausnehmung 43 der Hülse 44 anliegen und sich dadurch verstemmen. Dadurch werden die Drähte 42 in der Hülse 44 fixiert. Alternativ könnten die Drähte 42 auch durch das Zusammendrücken der Hülse 44 verstemmt werden.

Da die Drähte 42 sehr dünn sein können, kann dementsprechend das ganze Drallmodul 34 klein gehalten werden. Dadurch kann das Totvolumen der abströmseitig der Dralleinheit 39 angeordneten Drallkammer 38 ebenfalls sehr klein sein, wodurch die Drallströmung auch zwischen zwei Einspritzzyklen des Brennstoffeinspritzventils 1 in der Drallkammer 38 erhalten wird und homogen bleiben kann.

Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Schnitt durch die in Fig. 4 dargestellte Dralleinheit 39 entlang der Linie V-V in Fig. 4.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Dralleinheit 39 drei Drähte 42 auf, die in der Ausnehmung 43 der Hülse 44 angeordnet sind. Die Drähte 42 liegen an der Innenwandung 46 der Hülse 44 an. Das von den Drähten 42 nicht ausgefüllte Restvolumen bildet die Hohlräume 45, die als Strömungskanäle fungieren.

Durch die geringen Abmessungen des Drallmoduls 34 können serienmäßige Brennstoffeinspritzventile 1 problemlos damit ausgerüstet werden. Eine Aufnahmebohrung 47 im Ventilsitzkörper 5, in welche das Drallmodul 34 eingeschoben werden kann, ist einfach und kostengünstig anzubringen. Die einzelnen Bauteile des Drallmoduls 34 sind ebenfalls einfach zusammenzubauen, wodurch der Fertigungsaufwand im Vergleich zur herkömmlichen Drallaufbereitung bzw. gegenüber Lösungen, welche zuströmseitig des Dichtsitzes angeordnet sind, deutlich abnimmt.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und z. B. auch für Brennstoffeinspritzventile 1 mit einer größeren Anzahl von Drähten 42 sowie für beliebige Bauformen von Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.

Bezugszeichenliste

1

Brennstoffeinspritzventil

2

Düsenkörper

3

Ventilnadel

4

Ventilschließkörper

5

Ventilsitzträger

6

Ventilsitzfläche

7

Abspritzöffnung

8

Dichtung

9

Außenpol

10

Magnetspule

11

Spulengehäuse

12

Spulenträger

13

Innenpol

14

Ventilnadelführung

15

Einstellscheibe

16

zentrale Brennstoffzufuhr

17

Steckkontakt

18

Kunststoffummantelung

19

elektrische Leitung

20

Anker

21

erster Flansch

22

Schweißnaht

23

Rückstellfeder

24

Hülse

25

Filterelement

26

Drosselspalt

27

Arbeitsspalt

28

Dichtung

29

Verbindungsbauteil

30

a-

30

b Brennstoffkanäle

31

zweiter Flansch

32

elastischer Zwischenring

33

Schweißnaht

34

Drallmodul

35

Längsachse des Brennstoffeinspritzventils

1

36

Längsachse des Drallmoduls

34

37

Aufnahmebauteil

38

Drallkammer

39

Dralleinheit

40

Anschliff

41

Volumen

42

Drähte

43

Ausnehmung der Hülse

44

Hülse

45

Hohlräume

46

Innenwandung der Hülse

44

47

Aufnahmebohrung

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilschließkörper (4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, einen Dichtsitz bildet, und mit einem Drallmodul (34), dadurch gekennzeichnet, daß das Drallmodul (34) mehrere, in einer Hülse (44) gegeneinander verdrehte und in der Hülse (44) verstemmte Drähte (42) umfaßt, welche eine Ausnehmung (43) der Hülse (44) so ausfüllen, daß zwischen den Drähten (42) und einer Innenwandung (46) der Hülse (44) wendelförmige Hohlräume (45) ausgebildet sind.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (45) zwischen den Drähten (42) und der Innenwandung (46) der Hülse (44) als Strömungskanäle ausgebildet sind.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (42) kordelförmig gegeneinander verdreht sind.

4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Drähte (42) mindestens 3 beträgt.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (42) aus Wolfram hergestellt sind.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (42) als Glasfasern ausgebildet sind.

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Drähte (42) so bemessen ist, daß die Drähte (42) durch das Verdrehen in der Hülse (44) verstemmt sind.

8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (44) hohlzylindrisch ausgebildet ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (44) in ein Aufnahmebauteil (37) einschiebbar ist.

10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (44) in dem Aufnahmebauteil (37) verschweißt, verlötet oder verstemmt ist.

11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmebauteil (37) abströmseitig der Hülse eine Drallkammer (38) aufweist, die sich in eine Abspritzöffnung (7) verjüngt.

12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmebauteil (37) in eine Aufnahmebohrung (37) des Ventilsitzkörpers (5) einschiebbar ist.

13. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Drallmodul unter einem Abspritzwinkel (γ) gegenüber einer Längsachse (35) des Brennstoffeinspritzventils (1) geneigt ist.