DE19638025A1 - Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze - Google Patents
Brennstoffeinspritzventil mit integrierter ZündkerzeInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits aus der EP-OS 0 661 446 ein
Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze zum direkten Einspritzen von
Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine und zum Zünden des in den
Brennraum eingespritzten Brennstoffs bekannt. Das Brennstoffeinspritzventil umfaßt einen
Ventilkörper, welcher an seinem abspritzseitigen Ende eine von einem Ventilsitz
umgebene Ventilöffnung aufweist, die von einem Ventilschließkörper bei nicht erregter
Magnetspule verschlossen ist, der an einer sich im Inneren des Ventilkörpers erstreckenden
Ventilnadel angeordnet ist. Die Ventilnadel ist mittels der auf einen Anker einwirkenden
Magnetspule zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils elektromagnetisch betätigbar. Der
Ventilsitz und der Ventilschließkörper sind dabei an der zulaufseitigen Innenseite der
Ventilöffnung angeordnet und der Ventilkörper ist abspritzseitig zu einer zentralen
Zündelektrode ausgeformt, die von einer topfförmigen Gegenelektrode umgeben ist. Die
Zuführung der Hochspannung zu der zentralen Zündelektrode erfolgt über den
Ventilkörper, die Ventilnadel und eine über eine Rückstellfeder mit der Ventilnadel
verbundene axiale Verlängerung von dem der Abspritzöffnung gegenüberliegenden Ende
des Brennstoffeinspritzventils aus. Der Anker umschließt das zulaufseitige Ende der
Ventilnadel ringförmig und ist über einen Isolationskörper zu der Ventilnadel hin isoliert.
Die Zuleitung des Brennstoffs erfolgt über einen außenseitigen Ringkanal, der in das
zulaufseitige Ende des Ventilkörpers einmündet.
Bei diesem bekannten Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze ist nachteilig,
daß der zwischen dem Anker und dem Ventilkörper angeordnete Isolationskörper beim
Öffnen des Brennstoffeinspritzventils auf Zug belastet wird und daher eine entsprechende
formschlüssige Verbindung zwischen dem Anker und dem Isolationskörper einerseits und
dem Isolationskörper und der Ventilnadel andererseits vorgesehen sein muß. Zudem ist der
Isolationskörper relativ aufwendig geformt, um die Ventilnadel und die Rückstellfeder
außerhalb des Ventilkörpers allseitig isolierend zu umschließen. Da zur
Hochspannungsisolierung in der Regel keramische Werkstoffe eingesetzt werden, die
relativ spröde und daher schwer zu bearbeiten sind, erfordert die relativ komplexe
Ausformung des zwischen dem Anker und der Ventilnadel vorgesehenen Isolationskörpers
und der zur Hochspannungsisolierung notwendigen weiteren Isolationskörper einen relativ
großen Fertigungsaufwand. Andererseits neigen keramische Werkstoffe bei einer
dauerhaften Zugbelastung zu einer verfrühten Materialermüdung.
Ein weiteres Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze ist aus der EP-OS 0 632
198 bekannt. Bei diesem Brennstoffeinspritzventil ist weder zwischen der Ventilnadel und
dem mit der Ventilnadel verbundenen Anker noch zwischen dem Anker und einem dem
Anker gegenüberliegenden, mittels einer Magnetspule erregbaren Magnetkern eine
elektrische Isolation vorgesehen. Vielmehr ist ein zwischen dem Ventilkörper und dem
Gehäuse angeordneter Isolationskörper zulaufseitig so weit verlängert, daß er den
Magnetkern zur Magnetspule hin radial umschließt und somit einen
Hochspannungsüberschlag zur Magnetspule hin verhindert. Diese Konstruktion ermöglicht
jedoch nicht die Ausbildung eines geschlossenen, magnetischen Flußkreises aus
ferromagnetischem Material. Daher sind zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils
relativ große Magnetspulen-Ströme erforderlich, um den die Magnetspule durchdringenden
Magnetkern ausreichend zu magnetisieren.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit einer integrierten Zündkerze mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das
zwischen dem Anker und der Ventilnadel angeordnete Isolationselement bei der Betätigung
des Brennstoffeinspritzventils lediglich auf Druck beansprucht wird. Da das
Brennstoffeinspritzventil als außenöffnendes Ventil ausgebildet ist, ist die Ventilnadel zum
Öffnen des Brennstoffeinspritzventils mit einem Druck, nicht jedoch mit einem Zug zu
beaufschlagen, so daß das zwischen dem Anker und der Ventilnadel angeordnete
Isolationselement druck- und nicht zugbelastet wird. Das Isolationselement kann daher
relativ einfach, insbesondere zylinderförmig oder quaderförmig, ausgebildet sein, so daß
bei der Herstellung des vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff gefertigten
Isolationselements keine aufwendige Bearbeitung notwendig ist. Eine formschlüssige
Verbindung des Isolationselements mit der Ventilnadel, wie sie bei einer
Zugbeanspruchung des Isolationselements und der Ventilnadel erforderlich wäre, ist nicht
notwendig. Zur Vermittlung der von dem Anker über das Isolationselement auf die
Ventilnadel zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils ausgeübten Druckbeanspruchung ist
es ausreichend, daß das Isolationselement an der Ventilnadel kraftschlüssig anliegt. Dies
wird durch eine Anlagefeder erreicht, die den Anker über ein das Isolationselement
enthaltendes Zwischenstück mit der Ventilnadel in anliegendem Eingriff hält.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1 hat zudem den Vorteil, daß die Ventilnadel nach dem Bestromen der
Magnetspule aufgrund des anliegenden Eingriffs des Ankers mit der Ventilnadel sofort
anspricht. Hierdurch läßt sich ein für eine präzise Brennstoffzumessung vorteilhaftes,
schnelles Öffnen sowie eine sehr genaue Steuerung des Einspritzzeitpunktes erreichen.
Ferner ergibt sich der weitere Vorteil, daß beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils
nur die relativ geringe träge Masse der Ventilnadel an dem Ventilsitz anschlägt, da das die
Ventilnadel mit dem Anker verbindende Zwischenstück beim Schließen des
Brennstoffeinspritzventils kurzzeitig von der Ventilnadel abhebt und nicht von dem
Ventilsitz, sondern von der Anlagefeder zum Stillstand gebracht wird. Dadurch wird der
Verschleiß des Ventilsitzes und des Ventilschließkörpers verringert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
Der Ventilkörper ist vorzugsweise durch einen den Ventilkörper radial umgebenden,
einstückigen Isolationskörper zum Gehäuse hin isoliert. Das zulaufseitige Ende des
Ventilkörpers kann zu den Elementen der magnetischen Betätigung, insbesondere zur
Magnetspule, hin durch einen den Ventilkörper an dieser Seite überragenden Abschnitt des
Isolationskörpers isoliert sein. Dabei kann in dem den Ventilkörper überragenden
Abschnitt des Isolationskörpers eine axiale Bohrung vorgesehen sein, die das
Isolationselement umschließt, so daß sich durch die Kombination des Isolationskörpers mit
dem Isolationselement eine zulaufseitig und außenseitig vollständige Isolation des
Ventilkörpers ergibt. Bei seitlicher Zuführung der Hochspannung für die Zündelektrode
des so isolierten Ventilkörpers ergibt sich insgesamt der Vorteil einer vollständigen axialen
Trennung und Isolation der die Hochspannung führenden Elemente von den Elementen der
magnetischen Betätigung des Brennstoffeinspritzventils.
Die Vorspannung der Anlagefeder kann mittels einer justierbaren Federeinstellhülse
einstellbar sein. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß die von der Schließfeder ausgeübte
Schließkraft und die von der Anlagefeder in Öffnungsrichtung ausgeübte Anlagekraft so
aufeinander eingestellt werden können, daß der zur Erregung der Magnetspule beim
Öffnen des Brennstoffeinspritzventil notwendige Spulenstrom minimiert ist und
gleichzeitig ein zuverlässiges Schließen des Brennstoffeinspritzventils sichergestellt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil mit integrierter
Zündkerze, Fig. 2 den Bereich des Ventilsitzes des in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiels in einer vergrößerten Darstellung und Fig. 3 einen Schnitt durch ein
erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil entsprechend Fig. 1 mit einer
erfindungsgemäßen Weiterbildung.
Das in Fig. 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil mit integrierter Zündkerze zum
direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichteten,
fremdgezündeten Brennkraftmaschine und zum Zünden des in den Brennraum
eingespritzten Brennstoffs hat ein Gehäuse 1 aus einem elektrisch leitfähigen Material,
insbesondere aus Metall. Im Inneren des Gehäuses 1 ist ein ebenfalls aus einem elektrisch
leitfähigen Material, insbesondere Metall, ausgebildeter, rohrförmiger Ventilkörper 2
angeordnet, der zum Gehäuse 1 hin durch einen hochspannungsisolierenden
Isolationskörper 3 isoliert ist. Der Isolationskörper 3 ist vorzugsweise aus einem
keramischen Werkstoff gefertigt und hält der zum Zünden des Brennstoffs erforderlichen
Zündspannung stand.
An seinem abspritzseitigen Ende 4 weist der Ventilkörper 2 eine im Ausführungsbeispiel
gebogene erste Zündelektrode 5 auf, die einer an dem abspritzseitigen Ende 6 des
Gehäuses 1 angeordneten zweiten Zündelektrode 7 gegenüberliegt und mit dieser zur
Erzeugung einer den in den Brennraum eingespritzten Brennstoff zündenden
Funkenentladung zusammenwirkt. Zu diesem Zweck sind die Zündelektroden 5 und 7 über
ein Hochspannungskabel 8 und über ein nicht dargestelltes Zündungs-Steuergerät mit einer
ebenfalls nicht dargestellten Hochspannungsquelle verbunden. Eine als Verlängerung des
Hochspannungskabels 8 ausgeführte Hochspannungszuführung 9 ist durch eine
Anschlußbohrung 10 in dem Isolationskörper 3 hindurchgeführt und steht mit dem
Ventilkörper 2 in Kontakt. Der Kontakt zwischen der Hochspannungszuführung 9 und dem
Ventilkörper 2 kann in bekannter Weise durch Verquetschen, Verlöten oder dergleichen
erfolgen. Ein Masseleiter des Hochspannungskabels 8 ist in entsprechender Weise an dem
Gehäuse 1 elektrisch kontaktiert, so daß die von dem Hochspannungskabel 8 geführte
Zündspannung zwischen den Zündelektroden 5 und 7 ansteht und sich dort in bekannter
Weise in Form einer Funkenentladung entlädt.
Das Brennstoffeinspritzventil ist als außenöffnendes Brennstoffeinspritzventil ausgebildet.
Dabei erstreckt sich in einer axialen Längsbohrung 11 des Ventilkörpers 2 eine Ventilnadel
12 durch eine an dem abspritzseitigen Ende 4 des Ventilkörpers 2 ausgebildete
Ventilöffnung 13 hindurch. Die Ventilnadel 12 erweitert sich abspritzseitig der
Ventilöffnung 13 zu einem Ventilschließkörper 14, der mit einem die Ventilöffnung 13
abspritzseitig umgebenden Ventilsitz 15 zur Ausbildung eines Dichtsitzes zusammenwirkt.
Um die Ventilnadel 12 entgegen der mit x gekennzeichneten Abspritzöffnung des
Brennstoffeinspritzventils vorzuspannen und somit das Brennstoffeinspritzventil zu
schließen, ist eine Schließfeder 16 vorgesehen. Die Schließfeder 16 ist im
Ausführungsbeispiel in der Längsbohrung 11 des Ventilkörpers 2 angeordnet und erstreckt
sich die Ventilnadel 12 umschließend parallel zu deren Längserstreckung. Die Schließfeder
16 ist zwischen dem abspritzseitigen Ende 17 der Längsbohrung 11 des Ventilkörpers 2
und einer mit dem zulaufseitigen Ende 18 der Ventilnadel 12 verbundenen Ventil
nadel-Hülse 19 eingespannt. Beim Zusammenfügen des Ventilkörpers 2 mit der Ventilnadel 12,
der Rückstellfeder 16 und der Ventilnadel-Hülse 19 wird zunächst die Ventilnadel 12 von
der Abspritzseite her durch die Ventilöffnung 13 hindurchgeführt und anschließend die
Rückstellfeder 16 auf die Ventilnadel 12 aufgeschoben, bevor die Ventilnadel-Hülse 19 auf
die Ventilnadel 12 aufgesetzt und mit dieser durch Verschweißen, Verlöten oder
dergleichen verbunden wird. Beim Aufsetzen der Ventilnadel-Hülse 19 auf die Ventilnadel
12 wird die Rückstellfeder 16 so vorgespannt, daß der an der Ventilnadel 12 angeordnete
Ventilschließkörper 14 an dem Ventilsitz 15 mit einer ausreichenden Schließkraft anliegt,
so daß das Brennstoffeinspritzventil sicher geschlossen ist.
Der Isolationskörper 3 weist einen umlaufenden, kragenförmigen Bund 20 auf, der eine
Stirnplatte 21 des Gehäuses 1 hintergreift, um den Isolationskörper 3 in axialer Richtung
zu arretieren. Der Isolationskörper 3 überragt das zulaufseitige Ende 22 des Ventilkörpers
2 um einen Führungsabschnitt 23, der eine vorzugsweise zylinderförmige Bohrung 24
aufweist, in der ein vorzugsweise zylinderförmiges Isolationselement 25 vorzugsweise
koaxial zu der Ventilnadel 12 so einsetzbar ist, daß das Isolationselement 25 in axialer
Richtung bewegbar ist und dabei von dem Führungsabschnitt 23 geführt wird. Um den
Brennstoff durch die Bohrung 24 in dem Führungsabschnitt 23 des Isolationskörpers 3
hindurch in die sich an die Bohrung 24 anschließende Längsbohrung 11 des Ventilkörpers
2 zu leiten, kann der Durchmesser des Isolationselements 25 geringfügig geringer
bemessen sein als der Durchmesser der Bohrung 24 in dem Führungsabschnitt 23 des
Isolationskörpers 3, so daß zwischen der Innenfläche der Bohrung 24 und der Außenfläche
des Isolationselements 25 ein Ringspalt verbleibt, der den Durchfluß des Brennstoffs
ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich kann das Isolationselement axiale Rillen 26 oder
Bohrungen aufweisen, die den Brennstoff an dem Isolationselement 25 vorbei oder durch
das Isolationselement 25 hindurch leiten.
Durch den Isolationskörper 3 in Verbindung mit dem Isolationselement 25 ist der die
Hochspannung führende Ventilkörper 2 abgesehen von seiner abspritzseitigen Stirnfläche
27 allseitig isoliert. Ein Überschlagen der Hochspannung auf das Gehäuse 1 oder andere
elektrisch leitende Komponenten des Brennstoffeinspritzventils wird dadurch sicher
verhindert.
Zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils weist dieses in an sich bekannter Weise eine
Magnetspule 28 auf, die über eine nicht dargestellte Anschlußleitung mit einem ebenfalls
nicht dargestellten Einspritz-Steuergerät verbunden ist. Die Wicklung der Magnetspule 28
befindet sich auf einem Wicklungsträger 29 und ist von einem außenseitigen, ersten
magnetischen Leitelement 30 und einem sich an das erste magnetische Leitelement 30
anschließenden, zweiten magnetischen Leitelement 31 teilweise umgeben. Die aus einem
ferromagnetischen Material ausgebildeten Leitelemente 30 und 31 bilden zusammen mit
dem ebenfalls aus einem ferromagnetischen Material gefertigten, zylinderförmigen Anker
32 einen geschlossenen magnetischen Flußkreis. Der Anker 32 ist bezüglich der
Längsachse 33 des Brennstoffeinspritzventils bewegbar und wird bei Bestromen der
Magnetspule 28 in Richtung auf das zweite magnetische Leitelement 31 gezogen. Um den
Durchfluß des Brennstoffs durch den Anker 32 zu ermöglichen, weist dieser im
Ausführungsbeispiel zumindest eine axiale Bohrung 34 auf. Der Anker 32 könnte jedoch
alternativ auch umfänglich angeordnete Rillen aufweisen oder es könnte zwischen dem
Anker 32 und dem den Anker 32 führenden, ersten magnetischen Leitelement 30 sowie
dem Wicklungsträger 29 ein entsprechender Ringspalt ausgebildet sein. Der Anker 32 ist
mit dem Isolationselement 25 im Ausführungsbeispiel über einen Stift 35 verbunden, der
in eine an dem Isolationselement 25 ausgebildete Sackbohrung 36 eingreift.
Erfindungsgemäß wird der Anker 32 mittels einer in Öffnungsrichtung des
Brennstoffeinspritzventils wirkenden Anlagefeder 37 über ein aus dem Stift 35 und dem
Isolationselement 25 bestehendes Zwischenstück mit der Ventilnadel 12 in anliegendem
Eingriff gehalten. Die an der zulaufseitigen Stirnfläche 54 des Ankers 32 anliegende
Anlagefeder 37 stützt sich an einem zulaufseitigen Anschlußblock 38 ab und ist in diesem
in einer Stufenbohrung 39 geführt, die sich zulaufseitig zu einem Brennstoffeinlaßstutzen
40 verjüngt. Der Anschlußblock 38 ist mit dem ersten magnetischen Leitelement 30 z. B.
durch Verschrauben verbunden.
Bei nicht erregter Magnetspule 28 wird der an der Ventilnadel 12 angeordnete
Ventilschließkörper 14 mittels der Schließfeder 16 abspritzseitig an den Ventilsitz 15
gedrückt, so daß das Brennstoffeinspritzventil geschlossen ist. Bei Bestromen der
Magnetspule 28 zirkuliert in dem durch das erste magnetische Leitelement 30, das zweite
magnetische Leitelement 31 und den Anker 32 gebildeten magnetischen Flußkreis ein
magnetischer Fluß, der den Anker 32 in Richtung auf das zweite magnetische Leitelement
31 drückt. Auf diese Weise wird die Ventilnadel 12 über den Stift 35 und das
Isolationselement 25 in Öffnungsrichtung, d. h. in Abspritzrichtung x, mit einem
mechanischen Druck beaufschlagt, der den Ventilschließkörper 14 von dem Ventilsitz 15
abhebt und somit das Brennstoffeinspritzventil öffnet. Da der Anker 32 über den Stift 35
und das Isolationselement 25 mittels der Anlagefeder 37 fortwährend in anliegendem
Eingriff mit der Ventilnadel 12 gehalten wird, folgt die Bewegung der Ventilnadel 12
unmittelbar der Bewegung des Ankers 32, so daß das Brennstoffeinspritzventil nach
Bestromen der Magnetspule 28 sofort anspricht. Durch die Anlagefeder 37 wird daher eine
kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Anker 32 und der Ventilnadel 12 bewirkt, ohne
daß es einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Isolationselement 25 und der
Ventilnadel 12 einerseits und zwischen dem Isolationselement 25 und dem Stift 35
andererseits bedarf. Das Isolationselement 25 kann daher in äußerst einfacher Weise, z. B.
zylinderförmig, ausgebildet sein, was die Herstellung des vorzugsweise aus einem
keramischen und daher relativ spröden Material zu fertigenden Isolationselements 25
wesentlich vereinfacht.
Nach Abschalten des die Magnetspule 28 erregenden elektrischen Stromes wird das
Brennstoffeinspritzventil durch die Schließfeder 16 wieder geschlossen, indem der
Ventilschließkörper 14 an dem Ventilsitz 15 zur Anlage gebracht wird. Dabei ergibt sich
ein weiterer Vorteil der anliegenden, nicht formschlüssigen Verbindung zwischen dem
Isolationselement 25 und der Ventilnadel 12, da durch den Anschlag des
Ventilschließkörpers 14 an dem Ventilsitz 15 lediglich die relativ geringe träge Masse der
Ventilnadel 12 zum Stillstand gebracht werden muß. Das Isolationselement 25 kann dabei
kurzzeitig von dem zulaufseitigen Ende 18 der Ventilnadel 12 abheben, wobei die
gegenüber der Ventilnadel 12 wesentlich größere träge Masse des Ankers 32, des Stifts 35
und des Isolationselements 25 durch Deformation der Anlagefeder 37 zum Stillstand
gebracht wird. Die Anlagefeder 37 drückt den Anker 32 und das aus dem Stift 35 und dem
Isolationselement 25 bestehende Zwischenstück dann in Richtung auf die Ventilnadel 12
zurück, bis das Isolationselement 25 wieder an der Ventilnadel 12 anliegt. Da an dem
Ventilsitz 15 nur die relativ geringe Masse der Ventilnadel 12 anschlägt, wird der
Verschleiß des Ventilsitzes 15 gering gehalten. Die geringe Beanspruchung des
Ventilsitzes 15 und des Ventilschließkörpers 14 ist bei dem direkt in den Brennraum der
Brennkraftmaschine einspritzenden Brennstoffeinspritzventil besonders wichtig, da der
Ventilsitz 15 und der Ventilschließkörper 14 durch die Anordnung im bzw. nahe dem
Brennraum thermisch hoch belastet ist.
Die Anlagefeder 37 kann gegenüber der Schließfeder 16 relativ schwach bemessen sein, da
ihr lediglich die Aufgabe des Abbremsens des Ankers 32, des Stifts 35 und des
Isolationselements 25 beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils und die Vermittlung
eines Anlagedrucks, um den Anker 32 über das aus dem Stift 35 und dem
Isolationselement 25 bestehenden Zwischenstück mit der Ventilnadel 12 in anliegendem
Eingriff zu halten, zukommt.
Da das Isolationselement 25 bei der Betätigung des Brennstoffeinspritzventils
ausschließlich auf Druck, nicht jedoch auf Zug belastet wird, sind an die Zugbelastbarkeit
des vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff gefertigten Isolationselements 25 keine
besonderen Anforderungen zu stellen.
Die der elektromagnetischen Betätigung des Brennstoffeinspritzventils dienenden
Komponenten sind über den Isolationskörper 3 und das Isolationselement 25 von dem
Hochspannung führenden Ventilkörper 2 vollständig isoliert, so daß ein Überschlagen der
Hochspannung auf diese Komponenten wirkungsvoll verhindert ist, was die
Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen weitergebildeten Brennstoffeinspritzventils
erheblich verbessert.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausbildung der Ventilnadel 12 und des Ventilschließkörpers
14 im Bereich der an dem abspritzseitigen Ende 4 des Ventilkörpers 3 vorgesehenen
Ventilöffnung 13 in einer vergrößerten Darstellung.
Die Ventilnadel 12 erstreckt sich durch die Ventilöffnung 13 hindurch und weist an ihrem
abspritzseitigen Ende den Ventilschließkörper 14 auf. Der Ventilschließkörper 14 umfaßt
einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 41, der einer kegelstumpfförmigen Ventilsitzfläche
42 an dem Ventilsitz 15 gegenüberliegt. Zwischen dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 41
des Ventilschließkörpers 14 und der kegelstumpfförmigen Ventilsitzfläche 42 des
Ventilsitzes 15 entsteht daher beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils ein Ringspalt 43,
der den Spritzkegelwinkel des Brennstoffstrahls festlegt. Stromaufwärts des
Ventilschließkörpers 14 weist die Ventilnadel 12 einen zylindrischen Zumeßabschnitt 44
auf, der in einem zylindrischen Abschnitt 45 der Ventilöffnung 13 geführt ist. Zwischen
der Innenfläche des zylindrischen Abschnitts 45 der Ventilöffnung 13 und der Außenfläche
des Zumeßabschnitts 44 der Ventilnadel 12 befindet sich ein enger zylindrischer Ringspalt
46, der bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil als Brennstoff-Zumeßspalt dient.
Dabei ist es vorteilhaft, daß die für die Brennstoffzumessung eingestellte Drosselung am
zylindrischen Ringspalt 46 praktisch hubunabhängig ist und daß der als Abspritzöffnung
dienende Ringspalt 43 ohne Einfluß auf die Brennstoffzumessung relativ groß
dimensioniert werden kann, so daß die Gefahr eines nicht schließenden
Brennstoffeinspritzventils infolge von zwischen dem Ventilschließkörper 14 und dem
Ventilsitz 15 festsitzenden Schmutzpartikeln wesentlich verringert werden kann.
In Strömungsrichtung oberhalb des zylindrischen Zumeßabschnitts 44 weist die Ventilnadel
einen verjüngten Abschnitt 47 auf. In einem den verjüngten Abschnitt 47 der Ventilnadel
12 gegenüberliegenden, kegelstumpfförmigen Abschnitt 48 verjüngt sich die Ventilöffnung
13 in Strömungsrichtung von einem Abschnitt 49 mit erweitertem Durchmesser zu dem
bereits beschriebenen zylindrischen Abschnitt 45.
Selbstverständlich sind eine Vielzahl alternativer Ausbildungen der Ventilnadel 12, der
Ventilöffnung 13, des Ventilschließkörpers 14 und des Ventilsitzes 15 im Rahmen der
Erfindung denkbar. Im Hinblick auf die beabsichtigte Druckbeanspruchung der
Ventilnadel 12 zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils ist es lediglich wesentlich, daß
das Brennstoffeinspritzventil als außenöffnendes Ventil ausgebildet ist, bei dem der
Ventilschließkörper 14 an den Ventilsitz 15 abspritzseitig anliegt.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterbildung des anhand der Fig. 1 und 2
beschriebenen Brennstoffeinspritzventils mit integrierter Zündkerze. Die bereits
beschriebenen Komponenten sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß
sich eine diesbezügliche Beschreibung erübrigt.
Der Anschlußblock 38 ist gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
zulaufseitig zu dem Brennstoffeinlaßstutzen 40 hin erweitert. In dem Anschlußblock 38 ist
eine Längsbohrung 50 vorgesehen, in welche die Anlagefeder 37 eingeführt ist. Bei dem in
Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Längsbohrung 50 des Anschlußblocks
38 eine justierbare Federeinstellhülse 51 vorgesehen, deren axiale Lage in der
Längsbohrung 50 z. B. mittels eines Gewindes verstellbar ist. Für die Justage ist die
Federeinstellhülse 51 von dem Brennstoffeinlaßstutzen 40 aus zugänglich. Die
Federeinstellhülse 51 weist eine axiale Längsbohrung 52 auf, die im Ausführungsbeispiel
über eine Drossel 53 in die Längsbohrung 50 des Anschlußblocks 38 ausmündet.
Über die Federeinstellhülse 51 kann die Vorspannung der Anlagefeder 37 so justiert
werden, daß nach jedem Öffnen des Brennstoffeinspritzventils der Anker 32 über das aus
dem Stift 35 und dem Isolationselement 25 bestehende Zwischenstück rasch mit dem
zulaufseitigen Ende 18 der Ventilnadel 12 in anliegenden Eingriff gebracht werden kann
und andererseits das Brennstoffeinspritzventil aufgrund der resultierenden Kraftdifferenz
aus der in Schließrichtung wirkenden Federkraft der Schließfeder 16 und der in
Öffnungsrichtung wirkenden Federkraft der Anlagefeder 37 ohne Erregung der
Magnetspule 28 sicher geschlossen bleibt. Die von der Anlagefeder 37 ausgeübte
Federkraft ist daher geringer als die von der Schließfeder 16 ausgeübte Federkraft. Durch
eine entsprechende Wahl der von der Anlagefeder 37 auf den Anker 32 ausgeübten
Vorspannung läßt sich ferner der zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils notwendige
Spulenstrom der Magnetspule 28 minimieren.
Claims (11)
1. Brennstoffeinspritzventil mit einer integrierten Zündkerze zum direkten
Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine und zum Zünden
des in den Brennraum eingespritzten Brennstoffs mit
einem Ventilkörper, welcher an seinem abspritzseitigen Ende eine von einem Ventilsitz umgebene Ventilöffnung und eine erste Zündelektrode aufweist, wobei die Ventilöffnung von einem an einer Ventilnadel angeordneten Ventilschließkörper verschließbar ist und die Ventilnadel mittels einer auf einen Anker einwirkenden Magnetspule zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils elektromagnetisch betätigbar ist, und
einer von dem Ventilkörper hochspannungsisolierten zweiten Zündelektrode, die zur Erzeugung einer den in den Brennraum eingespritzten Brennstoff zündenden Funkenentladung mit der an dem Ventilkörper ausgebildeten ersten Zündelektrode zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Ventilnadel (12) durch die Ventilöffnung (13) hindurch bis zu dem abspritzseitig angeordneten Ventilschließkörper (14) erstreckt und eine Schließfeder (16) die Ventilnadel (12) entgegen ihrer in Abspritzrichtung (x) gerichteten Öffnungsrichtung so vorspannt, daß der Ventilschließkörper (14) an dem Ventilsitz (15) bei geschlossenem Brennstoffeinspritzventil abspritzseitig anliegt, und
daß der Anker (32) mittels einer in Öffnungsrichtung wirkenden Anlagefeder (37) über ein zwischen dem Anker (32) und der Ventilnadel (12) angeordnetes Zwischenstück (35, 25) mit der Ventilnadel (12) in anliegendem Eingriff gehalten wird, wobei das Zwischenstück (35, 25) ein hochspannungsisolierendes Isolationselement (25) umfaßt.
einem Ventilkörper, welcher an seinem abspritzseitigen Ende eine von einem Ventilsitz umgebene Ventilöffnung und eine erste Zündelektrode aufweist, wobei die Ventilöffnung von einem an einer Ventilnadel angeordneten Ventilschließkörper verschließbar ist und die Ventilnadel mittels einer auf einen Anker einwirkenden Magnetspule zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils elektromagnetisch betätigbar ist, und
einer von dem Ventilkörper hochspannungsisolierten zweiten Zündelektrode, die zur Erzeugung einer den in den Brennraum eingespritzten Brennstoff zündenden Funkenentladung mit der an dem Ventilkörper ausgebildeten ersten Zündelektrode zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Ventilnadel (12) durch die Ventilöffnung (13) hindurch bis zu dem abspritzseitig angeordneten Ventilschließkörper (14) erstreckt und eine Schließfeder (16) die Ventilnadel (12) entgegen ihrer in Abspritzrichtung (x) gerichteten Öffnungsrichtung so vorspannt, daß der Ventilschließkörper (14) an dem Ventilsitz (15) bei geschlossenem Brennstoffeinspritzventil abspritzseitig anliegt, und
daß der Anker (32) mittels einer in Öffnungsrichtung wirkenden Anlagefeder (37) über ein zwischen dem Anker (32) und der Ventilnadel (12) angeordnetes Zwischenstück (35, 25) mit der Ventilnadel (12) in anliegendem Eingriff gehalten wird, wobei das Zwischenstück (35, 25) ein hochspannungsisolierendes Isolationselement (25) umfaßt.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ventilkörper (12) bezüglich der Längsachse (33) des Brennstoffeinspritzventils
radial von einem hochspannungsisolierenden Isolationskörper (3) umgeben ist, der von
einem elektrisch leitfähigen Gehäuse (1) umschlossen ist, an dessen abspritzseitigen Ende
(6) die zweite Zündelektrode (7) angeordnet ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Isolationskörper (3) einen Führungsabschnitt (23) aufweist, der das der
Ventilöffnung (13) abgewandte, zulaufseitige Ende (22) des Ventilkörpers (2) überragt und
eine axiale Bohrung (24) aufweist, die das Isolationselement (25) so umschließt, daß das
Isolationselement (25) darin beweglich geführt ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Hochspannungszuführung (9) den Isolationskörper (3) in bezüglich der
Längsachse (33) des Brennstoffeinspritzventils radialer Richtung durchdringt und mit dem
Ventilkörper (2) verbunden ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Ventilnadel (12) im wesentlichen über die gesamte Länge des die Ventilnadel
(12) aufnehmenden Ventilkörpers (2) erstreckt und das Isolationselement (25) an dem dem
Ventilschließkörper (14) gegenüberliegenden, zulaufseitigen Ende (18) der Ventilnadel
(12) aufgrund der Beaufschlagung durch die Anlagefeder (23) bündig anliegt.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schließfeder (16) die Ventilnadel (12) umschließend im Inneren des Ventilkörpers
(12) angeordnet und zwischen dem abspritzseitigen Ende (4) des Ventilkörpers (12) und
dem zulaufseitigen Ende (18) der Ventilnadel (12) eingespannt ist.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verbindungsstück (25, 35) ein zwischen dem Anker (32) und dem
Isolationselement (25) angeordnetes stiftförmiges Element (35) umfaßt, das in eine
entsprechende Ausnehmung (36) des Isolationselements (25) einsteckbar ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anker (32), das stiftförmige Element (35), das Isolationselement (25) und die
Ventilnadel (12) axialsymmetrisch ausgebildet und zueinander koaxial angeordnet sind.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anlagefeder (37) eine dem Zwischenstück (25, 35) abgewandte Stirnseite (54) des
Ankers (32) beaufschlagt.
10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Anlagefeder (37) an einer justierbaren Federeinstellhülse (51) abstützt.
11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventilnadel (12) stromaufwärts des Ventilschließkörpers (14) einen zylindrischen
Zumeßabschnitt (44) aufweist, der von einem zylindrischen Abschnitt (45) der
Ventilöffnung (13) so umschlossen ist, daß zwischen der Außenfläche des zylindrischen
Zumeßabschnitts (44) der Ventilnadel (12) und der Innenfläche des zylindrischen
Abschnitts (45) der Ventilöffnung (13) ein zylindrischer Ringspalt (46) gebildet ist, der
einen Zumeßquerschnitt festlegt.
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