Einspritzventil

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Einspritzventil nach der Gattung des

Hauptanspruchs.

Aus der DE 196 36 396 AI ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das stromabwärts seiner Ventilsitzfläche, mit der ein Ventilschließkörper zum Öffnen und Schließen des Ventils zusammenwirkt, eine Lochscheibe aufweist. Diese aus einem Blech geformte, topfförmige Lochscheibe besitzt eine Vielzahl von

Abspritzöffnungen, durch die der Brennstoff beispielsweise in ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine in Richtung eines Einlassventils abgegeben wird. Diese Abspritzöffnungen werden durch Stanzen, Erodieren oder Laserstrahlbohren in die Lochscheibe eingebracht. Die Abspritzöffnungen weisen dabei über ihre axiale Länge durchgehend einen konstanten kreisförmigen bzw. elliptischen Querschnitt auf.

Aus der DE 199 37 961 AI ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das einen Brennstoffeinlass, eine erregbare Betätigungseinrichtung, durch die ein Ventilschließglied bewegbar ist, einen an einem Ventilsitzelement ausgebildeten festen Ventilsitz, mit dem das Ventilschließglied zum Öffnen und Schließen des Ventils zusammenwirkt, und wenigstens eine stromabwärts des Ventilsitzes vorgesehene Austrittsöffnung als Brennstoffauslass aufweist. Die wenigstens eine Austrittsöffnung hat an ihrem abspritzseitigen Ende einen Austrittsbereich, der in Form und/oder Größe und/oder Kontur von der restlichen Ausführung der

Austrittsöffnung abweicht, wobei der Austrittsbereich der Austrittsöffnung konvex oder konkav gewölbt, konisch zu- oder auseinander laufend, mehrfach gestuft o.ä. ausgeführt ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass auf kostengünstige Art pro Abspritzöffnung ein Spray erzeugt werden kann, das bezüglich seines Lamellenzerfalls eine sehr gute Zerstäubungsqualität liefert und insbesondere ein definierter Abriss der Strömung noch innerhalb der Abspritzöffnung erreicht wird, der in vorteilhafter Weise die Verkokungsneigung in der Abspritzöffnung wirkungsvoll reduziert.

Die abzuspritzende Flüssigkeit wird durch die im Übergang der wenigstens zwei Öffnungsabschnitte der Abspritzöffnung ausgebildete Abrisskante definierter und wirkungsvoller abgerissen als dies bei bekannten gestuften Abspritzöffnungen der Fall ist.

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

Vorteilhaft ist es, den von der Abrisskante ausgehend zurückversetzt nach radial außen verlaufenden Bodenbereich des zweiten Abspritzöffnungsabschnitts schräg geneigt, konkav gewölbt oder dachförmig auszubilden. Von Vorteil ist es, die Kontur der Abspritzöffnung mittels U KP- Laserbohren herzustellen. Mit diesem Verfahren lassen sich kostengünstig und mit hoher Präzision derartige Konturen exakt einformen. Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen axialen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik,

Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in Figur 1 dargestellten

Brennstoffeinspritzventil im Bereich II in Figur 1 mit einer ersten erfindungsgemäß ausgestalteten Abspritzöffnung eines Einspritzventils,

Figur 3 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäß ausgestalteten

Abspritzöffnung und

Figur 4 eine dritte Ausführung einer erfindungsgemäß ausgestalteten

Abspritzöffnung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bevor anhand der Figuren 2 bis 4 Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Einspritzventils näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Figur 1 ein bereits bekanntes

Brennstoffeinspritzventil bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.

Das in Figur 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 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. Es soll jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen werden, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Spritzlochs nur beispielhaft anhand eines solchen

Brennstoffeinspritzventils 1 beschrieben wird, die Erfindung jedoch auch an Brennstoffeinspritzventilen für die Saugrohreinspritzung, an

Brennstoffeinspritzventilen von selbstzündenden Brennkraftmaschinen oder auch an Einspritzventilen zur Einbringung von wässrigen Harnstofflösungen (z.B.

AdBlue™) in den Abgasstrang von Brennkraftmaschinen o.ä. umgesetzt sein kann.

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. Bei dem

Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens eine

Abspritzöffnung 7 verfügt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist jedoch

beispielsweise als Mehrloch- Einspritzventil ausgeführt und hat deshalb zwischen zwei und zwanzig Abspritzöffnungen 7. 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 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. Anstelle eines elektromagnetischen Aktuators kann auch ein piezoelektrischer, magnetostriktiver oder sonstiger Antrieb zur Betätigung des Ventilschließkörpers 4 zum Einsatz kommen. Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15.

Stromaufwärts 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 oberen Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem unteren

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 eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere

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 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden ist.

Zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 ist eine Vorhubfeder 38 angeordnet, welche den Anker 20 im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 in Anlage an dem zweiten Flansch 34 hält. Die Federkonstante der Vorhubfeder 38 ist dabei wesentlich kleiner als die Federkonstante der Rückstellfeder 23. Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 und der Vorhubfeder 38 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 zunächst entgegen der Federkraft der Vorhubfeder 38 in Hubrichtung bewegt, wobei ein Ankerfreiweg durch den

Abstand zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 vorgegeben ist. Nach Durchlaufen des Ankerfreiwegs nimmt der Anker 20 den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, entgegen der Federkraft der

Rückstellfeder 23 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der Anker 20 durchläuft dabei einen Gesamthub, der der Höhe des Arbeitsspaltes 27 zwischen dem Anker 20 und dem Innenpol 13 entspricht. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über die

Brennstoffkanäle 30 bis 32 geführte Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 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. Die Vorhubfeder 38 beaufschlagt den Anker 20 dann wiederum so, dass dieser nicht von dem zweiten Flansch 34 zurückprellt, sondern ohne Anschlagspreller in den Ruhezustand zurückkehrt.

Figur 2 zeigt in einer auszugsweisen axialen Schnittdarstellung den in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Abspritzöffnung 7. Die Abspritzöffnung 7 zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass sie aus zwei aufeinander folgenden Abspritzöffnungsabschnitten 7', 7" gebildet ist, wobei in Strömungsrichtung gemäß Pfeil 40 gesehen der erste Abspritzöffnungsabschnitt 7' eine kleinere Öffnungsweite, insbesondere bei einer zylindrischen Ausführung der Abspritzöffnungsabschnitte 7', 7" einen kleineren Durchmesser aufweist als die Öffnungsweite bzw. den Durchmesser des zweiten Abspritzöffnungsabschnitts 7".

Bei Brennstoffeinspritzventilen 1 zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine besteht ein erhebliches Risiko der

Belagbildung an den stromabwärtigen Bauteilen, wie Spritzlochscheiben und Ventilsitzkörpern. Insbesondere sind die Abspritzöffnungen 7 anfällig gegen eine Verkokung des freien Querschnitts, so dass es in nachteiliger Weise zu

Mindermengen gegenüber den gewünschten Abspritzmengen kommen kann. Entsprechend wünschenswert ist es, den Temperaturhaushalt im Bereich des stromabwärtigen Endes des Brennstoffeinspritzventils 1 rund um den

Ventilsitzkörper 5 gezielt einzustellen. Außerdem soll bestmöglich sichergestellt werden, dass über die Abspritzöffnungen 7 über die gesamte Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils 1 eine konstante Durchflussmenge abspritzbar ist. Es wurde herausgefunden, dass insbesondere bei gestuften Abspritzöffnungen 7, die in stromabwärtiger Richtung eine Öffnungsweitenvergrößerung besitzen, die Neigung zur Belagbildung, Verkokung und damit die Gefahr des Zusetzens des freien Querschnitts der Abspritzöffnungen 7 erheblich reduziert sind.

Besonders vorteilhaft ist es deshalb, die gestuften Abspritzöffnungen 7 spezifisch auszuformen. Im Übergang der wenigstens zwei Abspritzöffnungsabschnitte 7', 7" der Abspritzöffnung 7 ist eine Abrisskante 41 ausgebildet, die sich dadurch auszeichnet, dass sie von dem Material des Ventilsitzkörpers 5, des

Düsenkörpers oder einer Spritzlochscheibe mit einem Winkel von < 90° in diesem Bereich umlaufend gebildet wird. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, dass der vollständige Öffnungswinkel α der Abspritzöffnung 7 an der Abrisskante 41 > 270° über die gesamte umlaufende Abrisskante 41 beträgt, wodurch ein sehr definierter und wirkungsvoller Abriss des abzuspritzenden Fluids erreicht wird. Von der Abrisskante 41 ausgehend erstreckt sich damit zwangsläufig am Boden des zweiten Abspritzöffnungsabschnittes 7" der Abspritzöffnung 7 ein ringförmig umlaufender Bodenbereich 42, der zumindest teilweise zurückversetzt hinter der Übergangsebene, in der sich die Abrisskante 41 befindet, liegt.

In der Figur 2 ist eine Ausführungsform der Abspritzöffnung 7 gezeigt, bei der ausgehend von der Abrisskante 41 der nach radial außen zurückversetzt laufende Bodenbereich 42 schräg geneigt und eben verläuft, so dass der am tiefsten zurückliegende Ringbereich im äußeren Wandungsbereich des zweiten

Abspritzöffnungsabschnittes 7" der Abspritzöffnung 7 liegt.

In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Abspritzöffnung 7 in einem Ventilsitzkörper 5 in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittsdarstellung dargestellt. Der einzige wesentliche Unterschied zur in der Figur 2 gezeigten

Ausführungsform besteht darin, dass nun von der Abrisskante 41 ausgehend der nach radial außen zurückversetzt laufende Bodenbereich 42 konkav gewölbt verläuft, wobei auch hier z.B. der am tiefsten zurückliegende Ringbereich im äußeren Wandungsbereich des zweiten Abspritzöffnungsabschnittes 7" der Abspritzöffnung 7 liegt.

In einer dritten Ausführung einer Abspritzöffnung 7 in einem Ventilsitzkörper 5, die ebenfalls in einer mit Fig. 2 vergleichbaren Ausschnittsdarstellung in der Figur 4 gezeigt ist, ist der Bodenbereich 42 dachförmig ausgebildet. Ausgehend von der Abrisskante 41 verläuft der nach radial außen zurückversetzt laufende

Bodenbereich 42 schräg geneigt bis zu einer tiefsten Stelle, die nicht bündig mit dem äußeren Wandungsbereich des zweiten Abspritzöffnungsabschnittes 7" der Abspritzöffnung 7 verläuft. Vielmehr erstreckt sich von dieser tiefsten Stelle ein weiterer ebener und schräg geneigter Bodenbereich 42 in anderer

Neigungsrichtung bis hin zum äußeren Wandungsbereich des zweiten Abspritzöffnungsabschnittes 7" der Abspritzöffnung 7. Der Übergang des schräg geneigten Bodenbereichs 42 zum äußeren Wandungsbereich des zweiten Abspritzöffnungsabschnittes 7" der Abspritzöffnung 7 kann dabei, wie in Figur 4 gezeigt, in der Ebene der Abrisskante 41 liegen; dies ist jedoch keine

zwangsläufige Bedingung.

In idealer Weise werden die erfindungsgemäßen Konturen kostengünstig mittels U KP- Laserbohren (Ultrakurzpuls-Laserbohren) hergestellt. 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.