DE69718325T2

DE69718325T2 - Verfahren und vorrichtung zur kontrollierten zerstäubung für ein kraftstoffeinspritzventil eines verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE69718325T2
Application number: DE69718325T
Authority: DE
Inventors: B. Pace; R. Warner
Original assignee: Siemens Automotive Corp
Current assignee: Siemens Automotive Corp
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2017-07-12
Also published as: JP2000515946A; KR100372369B1; DE69718325D1; KR20000029453A; EP0914555B1; US5765750A; EP0914555A1; WO1998004828A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer gesteuerten Zerstäubung in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
Eine elektromagnetische Kraftstoffeinspritzvorrichtung verwendet eine Solenoideinheit, um ein Kraftstoffdosierventil mit einer Betätigungskraft zu beaufschlagen. Typischerweise bewegt sich ein kolbenförmiger Anker, der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtungsnadel lagert, zwischen einer geschlossenen Position, in der die Nadel in einem Nadelsitz sitzt und verhindert, daß Kraftstoff durch die Abgabeöffnung entweicht, und einer offenen Position, in der der Kraftstoff durch die Abgabeöffnung abgegeben wird, hin und her.
Die Abgabeöffnung ist typischerweise mit einer Abgabeöffnungsscheibe verkappt, die den Kraftstoff auf eine oder mehrere gewünschte Stellen richtet. Turbulenzen innerhalb der Einspritzvorrichtung, die über der Öffnungsscheibe auftreten, wie beispielsweise um den Nadelsitz herum, beeinflussen die Effizienz und den gerichteten Zustand des entstandenen Kraftstoffnebels nachteilig.
In der EP-A-0 750 110 (entsprechend der schwebenden amerikanischen Patentanmeldung 08/493 151 vom 21. Juni 1995, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme eingearbeitet wird) ist offenbart, daß es möglich ist, einen Strömungsbegradiger vorzusehen und im Kraftstoffkanal zwischen dem Nadelsitz und der Abgabeöffnungsscheibe anzuordnen. Dieser Strömungsbegradiger begradigt den Kraftstoffstrom, um ein verbessertes Strömungsmuster zu erreichen und auf diese Weise einen gezielteren Kraftstoffnebel vorzusehen.
Die DE-A-44 35 163 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzventil, in dem Einrichtungen zum Einstellen von Strömungsstörungen im Kraftstoff, wenn dieser aus dem Ventil herausströmt, vorgesehen sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des vorstehend erwähnten Strömungsbegradigers. Erfindungsgemäß kann eine gesteuerte Zerstäubung durch Einführung eines Elementes für eine gesteuerte Störung zwischen den Strömungsbegradiger und die Abgabeöffnungsscheibe erreicht werden. Bei alternativen Ausführungsformen können der Strömungsbegradiger und das Element für die gesteuerte Störung als einziges Strömungselement ausgebildet sein, um sowohl eine Strömungsbegradigung als auch eine gesteuerte Störung für eine gesteuerte Zerstäubung durchzuführen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 geschaffen.
Das Strömungselement umfaßt vorzugsweise einen Strömungsbegradiger, der in der Kraftstoffbahn abstromseitig des Nadelsitzes angeordnet ist, und ein Element für eine gesteuerte Störung, das in der Kraftstoffbahn abstromseitig des Strömungsbegradigers angeordnet ist. Ein Abstandshalter ist zwischen dem Strömungsbegradiger und dem Element für die gesteuerte Störung vorgesehen. Vorzugsweise kann ein zweiter Abstandshalter zwischen dem Element für die gesteuerte Störung und der Abgabeöffnungsscheibe angeordnet sein. Diesbezüglich werden vom ersten und zweiten Abstandshalter zwei Strömungserholungsbereiche gebildet. Das Element für die gesteuerte Störung ist vorzugsweise mit einer Vielzahl von Öffnungen verschiedener Formen versehen, die in der Kraftstoffbahn angeordnet sind.
Das Strömungselement kann ein einziges Strömungselement sein, das Strömungsstörungen entfernt und die Zerstäubung des Kraftstoffes steuert. Diesbezüglich kann das einzige Strömungselement in den Nadelsitz gedrückt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Ausbildung eines Kraftstoffeinspritzventiles für eine Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 10 zur Verfügung gestellt.
Gemäß diesem Verfahren kann Schritt (a) durchgeführt werden, indem ein Strömungsbegradiger in die Kraftstoffbahn abstromseitig des Nadelsitzes und ein Element für eine gesteuerte Störung in die Kraftstoffbahn abstromseitig des Strömungsbegradigers eingesetzt werden. Das Verfahren umfaßt das Einsetzen eines Abstandshalters zwischen den Strömungsbegradiger und das Element für die gesteuerte Störung. Vorzugsweise wird ein zweiter Abstandshalter zwischen dem Element für die gesteuerte Störung und der Abgabeöffnungsscheibe vorgesehen. Durch das Variieren einer Abmessung des ersten und/oder zweiten Abstandshalters kann ein Strömungstörungsniveau eingestellt werden. Darüber hinaus umfaßt das Störungselement ein in der Kraftstoffbahn angeordnetes Öffnungsmuster. Diesbezüglich umfaßt das Verfahren ferner das Variieren des Öffnungsmusters des Elementes für die gesteuerte Störung zur Einstellung eines Strömungsstörungsniveaus.
Schritt (a) kann durchgeführt werden, indem ein einziges Strömungselement eingesetzt wird, das Strömungsstörungen entfernt und die Zerstäubung des Kraftstoffes steuert.
Diese und andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich. Von diesen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einschließlich eines Strömungsbegradigers und eines Elementes für eine gesteuerte Störung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3A-3C Draufsichten von alternativen Ausführungsformen von Elementen für eine gesteuerte Störung; und
Fig. 4 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Eine Schnittansicht einer beispielhaften Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist in Fig. 1 gezeigt. Die Einspritzvorrichtung umfaßt eine hin- und hergehende Ankereinheit 12, die eine Einspritzvorrichtungsnadel 14 lagert. Die Einspritzvorrichtungsnadel 14 ist so geformt, daß sie in einer geschlossenen Position benachbart zu einer Abgabeöffnungsscheibe 18, die dazu dient, den Kraftstoff auf eine oder mehrere gewünschte Stellen zu richten, mit einem Nadelsitz 16 in Eingriff tritt. Wenn der Eingriff mit dem Nadelsitz 16 hergestellt ist, wird Kraftstoff daran gehindert, durch die Öffnungsscheibe 18 abgegeben zu werden.
Die Ankereinheit 12 und somit die Einspritzvorrichtungsnadel 14 ist in der Einspritzvorrichtung zwischen einer geschlossenen Position (wie in Fig. 1 gezeigt) und einer offenen Position hin- und herbewegbar. Eine Feder 20 steht mit der Ankereinheit 12 in Eingriff und drückt die Ankereinheit in Richtung auf die geschlossene Position. Eine elektromagnetische Spule 22 erzeugt ein Magnetfeld zum Anziehender Ankereinheit 12 und der Einspritzvorrichtungsnadel 14 gegen die Kraft der Feder 20 in die offene Position der Einspritzvorrichtungsnadel. Eine Antriebsschaltung 24 einer ECU beaufschlagt die elektromagnetische Spule 22 mit Strom.
Wenn sich die Einspritzvorrichtungsnadel 14 in ihrer offenen Position befindet, strömt Kraftstoff in der Einspritzvorrichtung rasch über den Nadelsitz 16 und durch die Abgabeöffnungsscheibe 18, die den Kraftstoff in Richtung auf die Verbrennungskammer im Ansaugkrümmer (nicht gezeigt) leitet. Der Nadelsitz 16 konvergiert in Richtung auf das Abgabeende der Einspritzvorrichtung, wie beispielsweise in den Fig. 1 und 2 gezeigt, wodurch Kraftstoffturbulenzen vor dessen Abgabe verursacht werden.
Wie man Fig. 2 entnehmen kann, ist erfindungsgemäß ein Strömungsbegradiger 28 in die Kraftstoffbahn abstromseitig des Nadelsitzes 16 eingesetzt. Der Strömungsbegradiger 28 dient zur Begradigung des Kraftstoffstromes, um ein verbessertes Strömungsmuster vorzusehen, wie in der vorstehend erwähnten schwebenden Patentanmeldung erwähnt ist. Er besteht vorzugsweise aus einem porösen Material, beispielsweise Sintermetall, Keramik, porösem Kunststoff, Siebmaterial oder anderem Maschenmaterial, und kann irgendeine geeignete Form, beispielsweise eine etwa ebene, rohrförmige, quadratische, runde oder ovale Form, besitzen, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Ein Element 30 für eine gesteuerte Störung ist abstromseitig des Strömungsbegradigers 28 zwischen den Strömungsbegradiger 28 und die Abgabeöffnungsscheibe 18 eingesetzt. Dieses Element 30 für eine gesteuerte Störung dient dazu, die Strömung auf gesteuerte Weise zu stören und für eine gesteuerte Zerstäubung zu sorgen. Das Element 30 besteht typischerweise aus Sintermetall, Keramik, porösem Kunststoff oder einem Siebmaterial oder anderem Maschenmaterial geeigneter Größe, das ein Öffnungsmuster besitzt. Eine Zerstäubung wird durchgeführt, wenn der Kraftstoff auf das Öffnungsmuster des Elementes für die gesteuerte Störung trifft, wodurch der Kraftstoff in Partikel aufgebrochen wird.
Wie in den Fig. 3A-C gezeigt, kann ein Öffnungsmuster mit diversen Konfigurationen einschließlich kreisförmiger Löcher, Keile oder Schlitze ausgebildet werden. Bei einigen Konfigurationen wird der Mittelbereich des Elementes 30 für die gesteuerte Störung blockiert (wie in Fig. 3B gezeigt), um den Kraftstoffstrom durch das Element 30 zu vergleichmäßigen. Durch Änderung der geometrischen Merkmale des Elementes 30, beispielsweise der Zahl der Öffnungen im Öffnungsmuster in Abhängigkeit von der Fläche der Öffnungen für unterschiedliche Dicken, kann eine Steuerung über das Strömungsstörungsniveau erreicht werden. Es versteht sich, daß der Fachmann auch andere Ausführungsformen vorschlagen kann, die für das Element 30 geeignet sind. Die Erfindung ist daher nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
Ein erster Abstandshalter 32 ist zwischen dem Strömungsbegradiger 28 und dem Element 30 für die gesteuerte Störung vorgesehen. Der erste Abstandshalter 32 begrenzt einen Erholungsbereich für den Kraftstoff, so daß eine geringere Porosität des Strömungsbegradigers erforderlich ist, um eine Strömungsbegradigung zu erreichen. In entsprechender Weise ist ein zweiter Abstandshalter 34 zwischen dem Element 30 für die gesteuerte Störung und der Abgabeöffnungsscheibe 18 vorgesehen, der einen zweiten Erholungsbereich für den Kraftstoff begrenzt. Durch Veränderung des Durchmessers und/oder der Höhe des ersten und zweiten Abstandshalters 32, 34 in Verbindung mit dem Element für die gesteuerte Störung kann ein einstellbares Niveau der Strömungsstörung erhalten werden, was zu veränderlichen Zerstäubungsgraden führt. Die Abstandshalter 32, 34 bestehen vorzugsweise aus den gleichen Materialien wie der Strömungsbegradiger 28 und/oder das Element. 30 für die gesteuerte Störung, und die Abstandshalter 32, 34 sind zusammen mit dem Strömungsbegradiger 28 und dem Element 30 für die gesteuerte Störung in der Einspritzvorrichtung befestigt, indem sie sandwichartig zwischen dem Nadelsitz 16 und der Abgabeöffnungsscheibe 18, die auf herkömmliche Weise befestigt sind, angeordnet sind.
Bei einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 4 gezeigt ist, ist ein Strömungselement 40 zwischen dem Nadelsitz 16 und die Abgabeöffnungsscheibe 18 eingesetzt. Dieses Strömungselement ist insbesondere so ausgebildet, daß der das Strömungselement passierende Kraftstoffstrom sowohl einer Strömungsbegradigung als auch einer gesteuerten Störung und somit einer gesteuerten Zerstäubung ausgesetzt ist. Mit anderen Worten, das Strömungselement 40 ist mit einer vorgegebenen Porosität versehen, um sowohl eine Strömungsbegradigung als auch eine gesteuerte Zerstäubung zu erreichen und sowohl die Funktion des Strömungsbegradigers 28 als auch die Funktion des Elementes 30 von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform zu erfüllen. Ein Abstandshalter 42 ist vorgesehen, um einen Kraftstofferholungsbereich zu begrenzen.
Bei noch einer anderen Anordnung kann das Element 30 für die gesteuerte Störung oder das Strömungselement 40 nach oben in den Nadelsitz 16 eingedrückt sein (wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 4 gezeigt), so daß auf vorteilhafte Weise das Sackvolumen und dadurch der Bereich für unerwünschten Restkraftstoff reduziert wird.
Erfindungsgemäß können Turbulenzen an der Abgabeöffnung vermieden und eine gesteuerte Zerstäubung erreicht werden, um für ein verbessertes Strömungsmuster zu sorgen. Dieses verbesserte Strömungsmuster führt zu einer besseren Einspritzgenauigkeit, verbesserten Emissionen, einem verbesserten Fahrvermögen und anderen Vorteilen.
Obwohl die Erfindung vorstehend in Verbindung mit den jetzigen praktischsten und bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, daß sie nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern auch diverse Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken soll, die unter die Lehre und den Umfang der nachfolgenden Patentansprüche fallen.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine mit

einer Ankereinheit (12) einschließlich einer Einspritzvorrichtungsnadel (14), die zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position hin- und herbewegbar ist;

einem Nadelsitz (16), der die Einspritzvorrichtungsnadel (14) in der geschlossenen Position aufnimmt;

einer Abgabeöffnung (18), die abstromseitig des Nadelsitzes (16) angeordnet ist und Kraftstoff in Richtung auf eine gewünschte Stelle leitet; und

mindestens einem Strömungselement (28, 30, 32, 34; 40, 42), das in einer Kraftstoffbahn zwischen dem Nadelsitz (16) und der Abgabeöffnung (18) angeordnet ist;

wobei sich die Abgabeöffnung in einer Scheibe befindet und das mindestens eine Strömungselement (28, 30, 32, 34; 4042) Strömungsstörungen, die aufstromseitig des Strömungselementes eingeführt worden sind, entfernt und Störungen der Strömung nach dem Strömungselement erzeugt, um die Zerstäubung des Kraftstoffes zu steuern, und wobei das Strömungselement und die Abgabeöffnungsscheibe so ausgerichtet sind, daß die Strömung direkt durch die Abgabeöffnungsscheibe gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstandshalter zwischen dem Störmungselement und der Abgabeöffnungsscheibe vorgesehen ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem das mindestens eine Strömungselement (28, 30, 32, 34; 40, 42) einen Strömungsbegradiger (28), der in der Kraftstoffbahn abstromseitig des Nadelsitzes (16) angeordnet ist, und ein Element (30) für eine gesteuerte Störung, das in der Kraftstoffbahn abstromseitig des Strömungsbegradigers (28) angeordnet ist, umfaßt.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, das des weiteren einen ersten Abstandshalter (32), der zwischen dem Strömungsbegradiger (28) und dem Element (30) für die gesteuerte Störung angeordnet ist, und einen zweiten Abstandshalter (34), der zwischen dem Element (30) für die gesteuerte Störung und der Abgabeöffnungsscheibe (18) angeordnet ist, aufweist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, bei dem der erste und zweite Abstandshalter (32, 34) zwei Strömungserholungsbereiche bilden.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Element (30) für die gesteuerte Störung eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die in der Kraftstoffbahn angeordnet sind.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, bei dem die in der Kraftstoffbahn angeordneten Öffnungen eine Vielzahl von geschlitzten Öffnungen umfassen.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, bei dem die in der Kraftstoffbahn angeordneten Öffnungen eine Vielzahl von keilförmigen Öffnungen umfassen.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem das mindestens eine Strömungselement (28, 30, 32, 34; 40, 42) ein einziges Strömungselement (40) zum Entfernen von Strömungsstörungen und zum Steuern der Zerstäubung des Kraftstoffes umfaßt.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, bei dem das einzige Strömungselement (40) in den Nadelsitz (16) gedrückt ist.

10. Verfahren zum Ausbilden eines Kraftstoffeinspritzventiles für eine Brennkraftmaschine, das eine Ankereinheit (12) einschließlich einer Einspritzvorrichtungsnadel (14), die zwischen einer geschlossenen und einer offenen Position hin- und herbewegbar ist, einen Nadelsitz (16), der die Einspritzvorrichtungsnadel (14) in der geschlossenen Position aufnimmt, und eine Abgabeöffnungsscheibe (18), die abstromseitig des Nadelsitzes (16) angeordnet ist, umfaßt, bei dem mindestens ein Strömungselement (28, 30, 32, 34; 40, 42) in eine Kraftstoffbahn zwischen dem Nadelsitz (16) und die Abgabeöffnungsscheibe (18) eingesetzt wird, um aufstromseitig des Strömungselementes eingeführte Strömungsstörungen zu entfernen und Störungen in die Strömung abstromseitig des Strömungselementes einzuführen und damit die Zerstäubung des Kraftstoffes zu steuern sowie die Strömung direkt durch die Abgabeöffnungsscheibe zu richten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstandshalter zwischen dem Strömungselement und der Abgabescheibe angeordnet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das mindestens eine Strömungselement (28, 30, 32, 34; 40, 42) einen Strömungsbegradiger (28) und ein Element (30) für eine gesteuerte Störung umfaßt, wobei der Strömungsbegradiger (28) in die Kraftstoffbahn abstromseitig des Nadelsitzes (16) und das Element (30) für die gesteuerte Störung in die Kraftstoffbahn abstromseitig des Strömungsbegradigers (28) eingesetzt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das mindestens eine Strömungselement (28, 30, 32, 34) einen ersten und einen zweiten Abstandshalter (32, 34) umfaßt, wobei der erste Abstandshalter (32) zwischen den Strömungsbegradiger (28) und das Element (30) für die gesteuerte Störung und der zweite Abstandshalter (34) zwischen das Element (30) für die gesteuerte Störung und die Abgabeöffnungsscheibe (18) eingesetzt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, das des weiteren das Verändern einer Abmessung des ersten und/oder zweiten Abstandshalters (32, 34) zur Einstellung eines Strömungstörungsniveaus umfaßt.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem das Element (30) für die gesteuerte Störung ein Öffnungsmuster aufweist, das in der Kraftstoffbahn angeordnet ist, wobei das Verfahren des weiteren das Verändern des Öffnungsmusters des Elementes (30) für die gesteuerte Störung zur Einstellung eines Strömungsstörungsniveaus umfaßt.