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Title:
FUEL INJECTION VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/027483
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a fuel injection valve (1) for fuel injection systems of internal combustion engines. Said fuel injection valve comprises an actuator (10), a valve needle (3) which can be actuated by said actuator (10) and is used to actuate a valve closing body (4) which, together with a valve seat surface (6) embodied on a valve seat body (5), forms a sealing seat, and a plurality of injection openings (7) which are formed in the valve seat body (6). A flame-protective capsule (34) is arranged on a downstream end (35) of the fuel injection valve (1), shielding the injection openings (7) from the combustion chamber of the internal combustion engine.

Inventors:
RAIMANN JUERGEN (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/002161
Publication Date:
April 03, 2003
Filing Date:
June 13, 2002
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
RAIMANN JUERGEN (DE)
International Classes:
F02M53/04; F02M61/18; F02M69/04; (IPC1-7): F02M53/04; F02M61/18; F02M69/04
Foreign References:
US4434940A1984-03-06
DE3113466A11982-10-14
US2068678A1937-01-26
FR699734A1931-02-19
DE19804463A11999-08-12
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 017, no. 544 (M - 1489) 30 September 1993 (1993-09-30)
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Claims:
Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum von Brennkraftmaschinen mit einem Aktor (10), einer von dem Aktor (10) betätigbaren Ventilnadel (3) 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 des Ventilsitzes (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an einem abströmseitigen Ende (42) des Brennstoffeinspritzventils (1) eine Flammschutzkapsel (36) angeordnet ist, welche die Abspritzöffnungen (7) gegen den Brennraum der Brennkraftmaschine abschirmt.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammschutzkapsel (36) teilkugelförmig ausgebildet ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der teilkugelförmigen Flammschutzkapsel (36) das einbis dreifache des Durchmessers des Düsenkörpers (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) beträgt :.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,. daß die Flammschutzkapsel (36) mehrere Durchtrittsöffnungen (39) auSweist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Durchtrittsöffnungen (39) gleich der Anzahl der Abspritzöffnungen (7) ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Durchtrittsöffnungen (39) das zwei bis. zehnfache des Durchmessers der Abspritzöffnungen (7) des Brennstoffeinspritzventils (1) beträgt.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammschutzkapsel (36) mehrere Ausgleichsöffnungen (40) aufweist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Ausgleichsöffnungen (40) gleich der Anzahl der Abspritzöffnungen (7) ist.
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Ausgleichsöffnungen (40) das fünf bis dreißigfache des. Durchmessers der Abspritzöffnungen (7) des Brennstoffeinspritzventils (1) beträgt.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammschutzkapsel (36) der Kontur des abströmseitigen Endes (42) des Brennstoffeinspritzventils (1) angepaßt und in einem axialen Abstand von 0,1 mm bis 1,0 mm von diesem angeordnet ist.
11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammschutzkapsel (36) an einer Ausmündung einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine, in welcher das Brennstoffeinspritzventil (1) montiert ist, angeordnet ist.
Description:
Brennstoffeinspritzventil Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der DE 198 04 463 Al ist ein Brennstoffeinspritzsystem für eine gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine bekannt, welches-ein Brennstoffeinspritzventil umfaßt, das Brennstoff in, einen von einer Kolben-/Zylinderkonstruktion gebildeten Brennraum einspritzt, und mit einer in den Brennraum ragenden Zündkerze versehen ist. Das Brennstoffeinspritzventil ist mit mindestens einer Reihe über den Umfang des Brennstoffeinspritzventils verteilt angeordneten Einspritzlöchern versehen. Durch eine gezielte Einspritzung von Brennstoff über die Einspritzlöcher wird eine strahlgeführtes Brennverfahren durch Bildung einer Gemischwolke mit mindestens einem Strahl realisiert.

Nachteilig an dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere die Verkokung der Abspritzöffnungen, welche dadurch verstopfen und den Durchfluß durch das Brennstoffeinspritzventil unzulässig stark vermindern. Dies führt zu Fehlfunktionen der Brennkraftmaschine.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,. daß eine abströmseitig der Abspritzöffnungen angeordnete Flammschutzkapsel die Temperatur der Flammfront der durchbrennenden Gemischwolke im Bereich der Abspritzöffnungen so stark verringert, daß sich keine Verbrennungsrückstände am Ventilsitzkörper niederschlagen können, wodurch ein Zuwachsen der Abspritzöffnungen durch Verkokungsrückstände vermieden wird.

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

Vorteilhafterweise umfaßt die Flammschutzkapsel eine Anzahl von Durchtrittsöffnungen, die so angeordnet und dimensioniert sind, daß die Flammschutzkapsel nicht von Brennstoff benetzt und der Einspritzvorgang nicht behindert wird.

Vorteilhaft ist weiterhin eine Anzahl von Ausgleichsöffnungen, welche zuströmseitig der Durchtrittsöffnungen angeordnet sind und für einen Ausgleich des die Flammschutzkapsel durchströmenden Massestroms sorgen.

Durch die bevorzugte teilkugelige Form der Flammschutzkapsel kann ein maximaler Verkokungsschutz bei minimaler Störung des Einspritzvorgangs erzielt werden.

Vorteilhafterweise kann die Flammschutzkapsel auch an der Ausmündung einer das Brennst. offeinspritzventil aufnehmenden Ausfnahmebohrung im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet sein, wodurch die Empfindlichkeit der Flammschutzfunktion von der Einbautiefe des Brennstoffeinspritzventils abnimmt.

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 Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils in elner Gesamtansicht ; Fig. 2A einen schematischen Schnitt durch den abspritzseitigen Teil des in Fig. l dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im. Bereich IIA in Fig.

1 ; und Fig. 2B eine Unteransicht der erfindungsgemäßen Flammschutzkapsel entgegen der Strömungsrichtung in Fig. 2A.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Fig. 1 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils l für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.

Das Brennstoffeinspritzventil l besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist.

Die Ventilnadel 3 steht beispielsweise über eine Schweißnaht 41 in Wirkverbindung mit einem Ventilschließkörper 4, 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 im vorliegenden Beispiel über sechs Abspritzöffnungen 7 verfügt.

Der, Düsenkörper. 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer als Aktor für die Ventilnadel 3 wirkenden 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.

Abströmseitig des Ankers 20 ist ein zweiter Flansch 31 angeordnet, der als unterer Ankeranschlag dient. Er ist über eine Schweißnaht 33 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden. Zwischen dem Anker 20 und dem zweiten Flansch 31 ist ein elastischer Zwischenring 32 zur Dämpfung von Ankerprellern beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 angeordnet.

In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und am Ventilsitzkörper 5 verlaufen Brennstoffkanäle 30a bis 30c.

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 Verteilerleitung abgedichtet.

Erfindungsgemäß weist das Brennstoffeinspritzventil 1 an dem Ventilsitzkörper 5, der in einer Ausnehmung 34 des Düsenkörpers 2 angeordnet und beispielsweise mittels einer Schweißnaht 35 mit diesem verbunden ist, eine Flammschutzkapsel 36 auf, welche abströmseitig der Abspritzöffnungen 7 angebracht ist. Die Flammschutzkapsel 36 vermindert durch ihre Anordnung abströmseitig der Abspritzöffnungen 7 die Verkokungsneigung und beugt so Fehlfunktionen des Brennstoffeinspritzventils 1 durch Verstopfen der Abspritzöffnungen 7 und einer unzulässigen Verringerung des Brennstoffdurchflusses vor. Ein abspritzseitiges Ende 37 des Brennstoffeinspritzventils 1 mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist in den Fig. 2A und 2B näher dargestellt.

Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der erste Flansch 21 an der Ventilnadel 3 von der Rückstellfeder 23 entgegen einer Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Der Anker 20 liegt auf dem Zwischenring 32 auf, der sich auf dem zweiten Flansch 31 abstützt. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt. Dabei nimmt der Anker 20 den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, und damit die Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, wodurch der Brennstoff an den Abspritzöffnungen 7 abgespritzt wird.

Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf den ersten Flansch 21 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich die Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch setzt der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf, und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen. Der Anker 20 setzt auf dem durch-den zweiten Flansch 31 gebildeten Ankeranschlag auf.

Fig. 2A zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung den in Fig. 1 mit IIA bezeichneten Ausschnitt aus dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils l.

Wie bereits in Fig. 1 angedeutet, weist der Ventilsitzkörper 5 im Ausführungsbeispiel an einer dem nicht weiter dargestellten Brennraum zugewandten. abströmseitigen Stirnseite 38 eine Flammschutzkapsel 36 auf. Die Flammschutzkapsel 36 ist entweder teilkugelförmig ausgebildet und weist einen Durchmesser auf, der beispielsweise zwischen einem Viertel des Durchmessers des Düsenkörpers 2 und dem dreifachen-Durchmesser des Düsenkörpers 2 liegt. Die Flammschutzkapsel 36 kann auch der Kontur des stromabwärtigen Endes des Brennstoffeinspritzventils 1 angepaßt und mit einem Abstand der Flammschutzkapsel 36 vom Brennstoffeinspritzventil 1 zwischen 0,1 mm bis 1,0 mm angeordnet sein.

Die Flammschutzkapsel 36 umfaßt Durchtrittsöffnungen 39, deren Anzahl derjenigen der'Abspritzöffnungen 7 entspricht.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Flammschutzkapsel 36 sechs Durchtrittsöffnungen 39 auf. Die Durchtrittsöffnungen 39 sind dabei so dimensioniert, daß die durch die Abspritzöffnungen 7 abgespritzten Einspritzstrahlen nicht durch die Flammschutzkapsel 36 behindert werden. Dementsprechend kann die Größe der Durchtrittsöffnungen 39 beispielsweise zwischen dem zweifachen und dem zehnfachen des Durchmessers'der Abspritzöffnungen 7 liegen. Die Positionierung der

Durchtrittsöffnungen 39 auf der hälbkugelförmigen Flammschutzkapsel 36 muß entsprechend angepaßt sein.

Durch die Anordnung der Flammschutzkapsel 36 abströmseitig der Abspritzöffnungen. 7 kann die Verkokung der Abspritzöffnungen 7 reduziert werden. Da der Durchmesser der Abspritzöffnungen 7 typischerweise ca. 100 Am beträgt, ist die Gefahr, daß die Abspritzöffnungen 7 durch Verkokung mit der Zeit verstopfen und somit die Durchflußmenge unzulässig stark eingeschränkt wird, gewöhnlich relativ groß. Dies ist insbesondere durch die hohen Temperaturen beim Durchzünden der in den Brennraum eingespritzten Gemischwolke bedingt, da sich dadurch Bestandteile des Brennstoff s'an der Spitze des Brennstoffeinspritzventils 1 absetzen. Durch die Anbringung der Flammschutzkapsel 36. kann die Oberflächentemperatur im Austrittsbereich der Abspritzöffnungen 7 so weit reduziert werden, daß die Abspritzöffnungen 7 nicht durch Verkokungsrückstände zuwachsen können. Die Flammschutzkapsel 36 verhindert dadurch die Ausbreitung der Flammfront im Bereich zwischen der Flammschutzkapsel 36 und dem Ventilsitzkörper 5.

Zum Ausgleich des die Flammschutzkapsel 36 durchströmenden Massenstroms weist die Flammschutzkapsel 36 Ausgleichsöffnungen 40 auf. Diese sind vorzugsweise in demjenigen Bereich der teilkugelförmigen Flammschutzkapsel 36 angeordnet, der sich an den Düsenkörper 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 anschließt. Der Durchmesser der Ausgleichsöffnungen 40 liegt vorzugsweise zwischen dem zwei- bis dreißigfachen des Durchmessers der Abspritzöffnungen 7.

Fig. 2B zeigt in einer Unteransicht entgegen der Strömungsrichtung des Brennstoffs das abströmseitige Ende 37 des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 mit der daran fixierten Flammschutzkapsel 36.

Die Flammschutzkapsel 36 weist im bevorzugten Ausführungsbeispiel sechs Durchtrittsöffnungen 39 auf, die in regelmäßigen Winkelabständen zueinander auf einem zu

einer Achse des Brennstoffeinspritzventils 1 konzentrischen Kreis angeordnet sind. Durch eine entsprechende.

Dimensionierung der Durchtrittsöffnungen 39 kann eine Benetzung der Flammschutzkapsel 36 mit Brennstoff verhindert werden. Die Ausgleichsöffnungen 40 sind ebenfalls auf einem zur Achse des Brennstoffeinspritzventils 1 konzentrischen Kreis zuströmwärts der Durchtrittsöffnungen 39 angeordnet, wobei jeweils eine Ausgleichsöffnung 40 und eine Durchtrittsöffnung 39 auf einem Längenkreis der teilkugelförmigen Flammschutzkapsel 36 angeordnet sind.

Diese Anordnung kann je nach den Anforderungen an die einzuspritzende Gemischwolke auch versetzt oder in voneinander abweichender Anzahl der Öffnungen 39 und 40 verändert werden.

Die Flammschutzkapsel 36 ist bedingt durch ihre einfache 'Herstellungsweise ohne'großen Aufwand an. Anordnungen von Abspritzöffnungen 7 anpaßbar, welche beispielsweise über mehr oder weniger oder über ungleichmäßig angeordnete Abspritzöffnungen 7 verfügen.

Weiterhin ist es möglich, die Flammschutzkapsel 36 nicht am abströmseitigen Ende 37 des Brennstoffeinspritzventils 1 sondern im Brennraum der Brennkraftmaschine über der Mündung einer nicht weiter dargestellten Aufnahmebohrung eines nicht weiter dargestellten Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine, in welcher das Brennstoffeinspritzventil 1 montiert ist, anzubringen. Der Vorteil dabei ist, daß die Flammschutzfunktion unabhängig von der Einbautiefe des Brennstoffeinspritzventils 1 im Zylinderkopf ist. Dabei müssen die. Durchtrittsöffnungen 39 in der Flammschutzkapsel 36 lediglich so dimensioniert sein, daß eine geringfügige Veränderung des Abstandes zwischen den Abspritzöffnungen 7 und den Durchtrittsöffnungen 39 nicht zu einer Benetzung der Flammschutzkapsel 36 und zu einer Störung des Einspritzvorganges führt. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und für beliebige Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.