EP0861371B1

EP0861371B1 - Brennstoffeinspritzventil mit integrierter zündkerze

Info

Publication number: EP0861371B1
Application number: EP97938753A
Authority: EP
Inventors: Walter Benedikt; Franz Rieger; Rainer Norgauer; Christian Preussner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 2002-04-03
Anticipated expiration: 2017-08-11
Also published as: DE19638025A1; EP0861371A1; WO1998012431A1; JP2000500840A; DE59706859D1; US5983855A

Description

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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 Isolalionselement 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.

Zeichnung

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.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

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 Ventilnadel-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

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anlagefeder (37) an einer justierbaren Federeinstellhülse (51) abstützt.
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.