DE19847625A1 - Brennstoff-Einspritzventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffein­ spritzventil oder eine Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschi­ ne.

Gemäß der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-272432 ist die Einspritzbohrung eines Einspritzventils wie ein Schlitz ge­ formt. Der aus dieser Einspritzbohrung eingespritzte Brennstoff bildet einen flachen dreieckigen Strahl mit einer relativ klei­ nen Dicke, wobei nahezu der gesamte Brennstoff in ausreichenden Kontakt mit der Luft gelangt und vorteilhaft zerstäubt wird. Die Einspritzbohrung ist mit einem einzelnen Brennstoffspeicher in dem Einspritzventil verbunden. Der Brennstoff wird durch die Einspritzöffnung eingespritzt, wenn der Druck des Brennstoffs in dem Brennstoffspeicher ansteigt.

Bei dem vorgenannten Einspritzventil ist die Einspritzgeschwin­ digkeit von Brennstoff von jedem Abschnitt der Einspritzbohrung nicht gleich, sogar wenn der gleiche Brennstoffdruck aus dem Brennstoffspeicher auf jeden der Abschnitte der Einspritzbohrung ausgeübt wird, d. h. die Einspritzgeschwindigkeit an beiden En­ den ist durch die Wandoberflächen der Einspritzbohrung beein­ trächtigt und ist allgemein gegenüber der des Mittelabschnitts der Einspritzbohrung verzögert. Wenn die Einspritzgeschwindig­ keit so gewählt wird, daß sich der von dem zentralen Abschnitt der Einspritzbohrung eingespritzte Brennstoff auf vorteilhafte Weise verteilt, ist folglich die Einspritzgeschwindigkeit des Brennstoffs von jedem Ende der Einspritzbohrung sehr niedrig und der Brennstoff wird übermäßig auf beide Seiten des dreieckigen Brennstoffstrahls verteilt. Folglich kann das vorgenannte Ein­ spritzventil keinen Brennstoffstrahl erzeugen, der einen allge­ mein vorzuziehenden Diffusions- oder Verteilungsgrad hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich, ein Ein­ spritzventil für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welches einen dreieckigen Brennstoffstrahl bilden kann, der einen allge­ mein vorzuziehenden Verteilungsgrad hat.

Erfindungsgemäß ist ein Einspritzventil vorgesehen, das eine Einspritzbohrung mit einer Breite größer als eine Höhe davon hat und Einrichtungen aufweist, um vor dem Einspritzen dem Brenn­ stoff eine Wirbelkomponente um die Mittelachse der Einspritzboh­ rung aufzuprägen.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer Direkteinspritzungs-Fremdzünderbrennkraftmaschine zeigt, die mit einem Einspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung ausge­ stattet ist.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die die nähere Umge­ bung einer Einspritzbohrung in dem Einspritzventil von Fig. 1 zeigt.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht, wenn Fig. 2 aus der Rich­ tung des Pfeils A gesehen ist.

Fig. 4 ist eine Ansicht, die eine Modifikation der Einspritzboh­ rung zeigt.

Fig. 5 ist eine Ansicht, die eine andere Modifikation der Ein­ spritzbohrung zeigt.

Fig. 6 ist eine Ansicht, die eine Modifikation des die Ein­ spritzbohrung eines Brennstoffdurchlasses berührenden dritten Abschnitts zeigt.

Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die eine andere Modifikation des die Einspritzbohrung des Brennstoffdurchlasses berührenden drit­ ten Abschnitts zeigt.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Teil einer Fremdzündungs-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung zeigt, die mit einem Einspritzventil 7 gemäß einem ersten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Einlaßanschluß und 2 bezeichnet einen Auslaßanschluß. Der Einlaßanschluß ist mit dem Zylinder über ein Einlaßventil 3 und der Auslaßanschluß 2 ist mit dem Zy­ linder über ein Auslaßventil 4 verbunden. Bezugszeichen 5 be­ zeichnet einen Kolben und 6 bezeichnet eine Zündkerze, die in einem oberen Teil der Brennkammer angeordnet ist. Das Einspritz­ ventil 7 spritzt den Brennstoff direkt in den Zylinder in Rich­ tung auf die obere Oberfläche des Kolbens in der späteren Hälfte eines Verdichtungshubs ein. In der oberen Oberfläche des Kolbens 5 oder dem Kolbenboden, ist eine Ablenknut 5a zum Ablenken des von dem Einspritzventil 7 eingespritzten Brennstoffs in Richtung auf die Zündkerze 6 ausgebildet.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die die nähere Umge­ bung einer Einspritzbohrung des Einspritzventils 7 zeigt, und Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils von Fig. 2 aus der Richtung eines Pfeils A gesehen. In diesen Zeichnungen bezeichnet Bezugszeichen 71 einen Einspritzventilkörper. Ein Brennstoffdurchlaß 72 ist in dem Einspritzventilkörper 71 ausge­ bildet. Ein Spitzenabschnitt 73, der ein separates Teil ist, ist an dem Einspritzventilkörper 71 durch Schweißen oder dergleichen angebracht. Eine Einspritzbohrung 74 ist in dem Spitzenabschnitt 73 ausgebildet.

Der Brennstoffdurchlaß 72 hat einen ersten zylindrischen Ab­ schnitt 72a kleinen Durchmessers in Kontakt mit der Einspritz­ bohrung 74, einen zweiten konischen Abschnitt 72b in Kontakt mit dem ersten Abschnitt 72a und einen dritten zylindrischen Ab­ schnitt 72c mit einem großen Durchmesser in Kontakt mit dem zweiten Abschnitt 72b. Bezugszeichen 75 bezeichnet einen Ventil­ körper, der in dem Brennstoffdurchlaß 72 angeordnet ist. Der Ventilkörper 75 hat einen Dichtabschnitt 75a zur Anlage gegen den zweiten Abschnitt 72b des Brennstoffdurchlasses 72 und zum Verschließen des Brennstoffdurchlasses 72, einen Gleitabschnitt 75b, der auf dem dritten Abschnitt 72c des Brennstoffdurchlasses 72 gleitet, und eine Betätigungswelle 75c, die mit dem Gleitab­ schnitt 75b verbunden ist. Eine Spiralnut 75d ist auf dem Gleit­ abschnitt 75b des Ventilkörpers 75 in einer Spiralform um die Mittelachse der Einspritzbohrung 74 ausgebildet.

Um den Brennstoff einzuspritzen, wird der Ventilkörper 75 in Fig. 2 nach oben gezogen. Folglich passiert der Hochdruckbrenn­ stoff in dem dritten Abschnitt 72c des Brennstoffdurchlasses 72 die Spiralnut 75d und wird mit einer Wirbelkomponente um die Mittelachse der Einspritzbohrung 74 beaufschlagt. Dann wird der Brennstoff zu dem dritten Abschnitt 72a des Brennstoffdurchlas­ ses 72 durch den zweiten Abschnitt 72b des Brennstoffdurchlasses 72 geführt und wird aus der Einspritzbohrung 74 eingespritzt.

Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, hat die Einspritzbohrung 74 ei­ ne längliche Kreisform oder die Form eines Langlochs mit nahezu gleichbleibendem Querschnitt längs der Mittelachse. Wie zuvor beschrieben wurde, wurde der Brennstoff mit einer Wirbelkompo­ nente um die Mittelachse der Einspritzbohrung 74 beaufschlagt, bevor er eingespritzt wird und passiert die Einspritzbohrung 74 mit länglichem Kreisquerschnitt während er wirbelt. Weil die Einspritzbohrung 74 eine Breite (w) hat, die größer ist als eine Höhe (h) davon, wird mehr Brennstoff mit einer Geschwindigkeits­ komponente in der Richtung der Breite der Einspritzbohrung, als Brennstoff mit einer Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Höhe der Einspritzbohrung von der Einspritzbohrung 74 einge­ spritzt. Der Brennstoff mit einer Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Breite der Einspritzbohrung verteilt sich nahezu gleichmäßig in der Breitenrichtung, um dadurch einen flachen und dreieckigen Brennstoffstrahl zu bilden, der eine relativ kleine Dicke hat und der allgemein vorteilhaft verteilt ist, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Der dreieckige Brennstoffstrahl ermög­ licht es dem gesamten Brennstoff in ausreichenden Kontakt mit der in den Zylinder angesaugten Luft zu kommen und vorteilhaft zerstäubt zu werden.

Wenn das Brennstoffeinspritzventil 7 für die Direkteinsprit­ zungs-Fremdzündungsbrennkraftmaschine gemäß Fig. 1 verwendet wird, wird der von dem eingespritzten Brennstoff gebildete drei­ eckige Strahl durch die in der oberen Oberfläche des Kolbens ausgebildete Ablenkungsnut 5a in Richtung auf die Zündkerze 6 abgelenkt, wenn der Brennstoff in einem Verdichtungshub einge­ spritzt wird, um eine Schichtverbrennung zu erreichen. Der Strahl hat sogar an den Seiten einen vorteilhaften Verteilungs­ grad und folglich kann eine Störung der Verbrennung infolge von übermagerten Bedingungen verhindert werden und somit ist eine vorteilhafte Schichtverbrennung realisiert. Der so gebildete Brennstoffstrahl hat eine relativ geringe Dicke, was es ermög­ licht, den Abstand zwischen der niedrigsten und höchsten Positi­ on des Kolbens zu vergrößern, bei dem der Brennstoff durch die Ablenkungsnut 5a in der oberen Oberfläche des Kolbens in Rich­ tung auf die Zündkerze 6 abgelenkt werden kann. Während dieser relativ langen Zeitspanne kann eine relativ große Menge von Brennstoff eingespritzt werden und der Bereich der Schichtver­ brennung kann in Richtung auf die Hochlastseite ausgedehnt wer­ den. Sogar wenn das Brennstoffeinspritzventil 7 für eine Direkteinspritzungs-Fremdzündungsbrennkraftmaschine verwendet wird, in welcher der in einem Verdichtungshub direkt einge­ spritzte Brennstoff eine geschichtete Brennstoffmischung in der Nähe der Zündkerze bildet, kann eine Störung der Verbrennung in­ folge von übermagerten Bedingungen verhindert werden, und somit kann eine vorteilhafte Schichtverbrennung realisiert werden. Weil zudem die Dicke des Brennstoffstrahls relativ klein ist, trifft der Brennstoff nicht auf den Kolben auf, sogar wenn der Kolben sich beträchtlich dem oberen Totpunkt nähert, und die Einspritzung des Brennstoffs kann fortgesetzt werden. Somit kann der Brennstoff mit einer relativ großen Menge eingespritzt wer­ den, und der Bereich der Schichtverbrennung kann in Richtung auf die Hochlastseite ausgedehnt werden.

In einer Direkteinspritzungs-Fremdzündungsbrennkraftmaschine, in der eine Brennkammer in Form einer Ausnehmung in der oberen Oberfläche des Kolbens ausgebildet ist, ist die Dicke des Brenn­ stoffstrahls ferner weiterhin relativ gering, was es ermöglicht, den Abstand zwischen den niedrigsten und höchsten Position des Kolbens zu vergrößern, wo der eingespritzte Brennstoff in die Brennkammer eingespritzt werden kann. Folglich kann eine relativ große Menge an Brennstoff in die Brennkammer eingeführt werden und der Bereich der Schichtverbrennung kann in Richtung auf die Hochlastseite ausgedehnt werden. Ferner hat der dreieckige Brennstoffstrahl, der durch das Brennstoffeinspritzventil 7 die­ ses Ausführungsbeispiels gebildet ist, sogar auf den Seiten ei­ nen vorteilhaften Verteilungs- oder Diffusionsgrad, wie oben be­ schrieben wurde. Dies bedeutet, daß der Brennstoff nicht übermä­ ßig auf den Seiten des dreieckigen Brennstoffstrahls verteilt ist und der eingespritzte Brennstoff zuverlässig innerhalb eines vorbestimmten Winkels (θ) in Breitenrichtung eingeschlossen ist. Dies ist vorteilhaft zum zuverlässigen Zuführen des gesamten eingespritzten Brennstoffs in die Brennkammer in Breitenrich­ tung. Die Begrenzung des eingespritzten Brennstoffs innerhalb eines vorbestimmten Winkels (θ) in Breitenrichtung ist vorteil­ haft beim Einspritzen des Brennstoffs an eine gewünschte Stelle, wenn der Brennstoff bei einem Ansaughub in die Direkteinsprit­ zungs-Fremdzündungsbrennkraftmaschine eingespritzt wird, oder wenn der Brennstoff in eine Brennkraftmaschine mit Einlaßan­ schlußeinspritzung eingespritzt wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Spiralnut 75d, die in dem Gleitabschnitt 75b des Ventilkörpers 75 ausgebildet ist, zum Aufprägen einer Wirbelkomponente auf den Brennstoff verwendet. Jedoch kann die Spiralnut an jeder anderen Position ausgebildet werden, wenn die Wirbelkomponente dem Brennstoff aufgeprägt wer­ den kann, bevor er eingespritzt wird. Das Brennstoffeinspritz­ ventil 7 dieses Ausführungsbeispiels verwendet den Wirbel des Brennstoffs, um den Brennstoffstrahl mit einer dreieckigen Form zu bilden und folglich muß die Weite der Einspritzbohrung im Un­ terschied zum Stand der Technik nicht mit einem vorbestimmten Winkel auswärts ausgedehnt werden. Dies gestattet eine einfache Herstellung der Einspritzbohrung, was eine Verminderung der Be­ arbeitungskosten ermöglicht. Wenn, wie beim Stand der Technik, die Breite der Einspritzbohrung mit einem vorbestimmten Winkel ausgedehnt oder aufgeweitet wird, muß der in Kontakt mit der Einspritzbohrung stehende Abschnitt des Brennstoffdurchlasses mit einer konischen Form oder mit einer halbkugligen Form ausge­ führt werden, um eine Differenz des Brennstoffdrucks in Abhän­ gigkeit von der Einspritzrichtung zu vermindern. Dies ist jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel nicht erforderlich, was eine ein­ fache Herstellung des Einspritzventilkörpers gestattet. Ferner ist der Spitzenabschnitt 73, in welchem die Einspritzbohrung ausgebildet ist, ein separates Teil, was es leicht macht, die Einspritzbohrung herzustellen. Wenn die Einspritzbohrung schad­ haft gearbeitet ist, ist zudem lediglich der Spitzenabschnitt verdorben.

Fig. 4 zeigt eine Modifikation der Einspritzbohrung. Die Ein­ spritzbohrung 74' hat einen rechteckigen Querschnitt. Vorzugs­ weise sind die Ecken des rechteckigen Querschnitts gekrümmt oder mit Radien versehen, um das Wirbeln des Brennstoffs in der Ein­ spritzbohrung 74' beim Einspritzen des Brennstoffs zu gestatten. Wie die vorgenannte Einspritzbohrung 74 mit dem länglichen Kreisquerschnitt, d. h. dem Langloch, hat die Einspritzbohrung 74' eine Breite (w), die größer ist als eine Höhe (h) davon und folglich kann mehr Brennstoff mit einer Geschwindigkeitskompo­ nente in Richtung der Breite der Einspritzbohrung, als Brenn­ stoff mit einer Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Höhe der Einspritzbohrung aus der Einspritzbohrung 74' eingespritzt werden. Folglich verteilt sich der Brennstoff mit einer Ge­ schwindigkeitskomponente in Breitenrichtung der Einspritzbohrung nahezu gleichmäßig in Breitenrichtung, um dadurch einen flachen und dreieckigen Brennstoffstrahl zu bilden, der eine relativ ge­ ringe Dicke hat und der allgemein vorteilhaft verteilt ist, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist.

Fig. 5 zeigt eine andere Modifikation der Einspritzbohrung. Die­ se Einspritzbohrung 74'' hat einen elliptischen Querschnitt. Auch bei der Verwendung dieser Querschnittsform hat die Ein­ spritzbohrung eine Breite (w), die größer ist, als eine Höhe (h) davon. Folglich kann mehr Brennstoff mit einer Geschwindigkeits­ komponente in der Richtung der Breite der Einspritzbohrung, als Brennstoff mit einer Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Höhe der Einspritzbohrung aus der Einspritzbohrung 74'' einge­ spritzt werden, um dadurch einen flachen und dreieckigen Brenn­ stoffstrahl zu bilden, der eine relativ geringe Dicke hat und der allgemein vorteilhaft verteilt ist.

Fig. 6 zeigt eine Modifikation des dritten Abschnitts, der in Kontakt mit der Einspritzbohrung des Brennstoffdurchlasses ist. Der dritte Abschnitt 72a' ist durch einen zylindrischen Ab­ schnitt mit einem kleinen Durchmesser auf der Ventilkörperseite und einem konischen Abschnitt auf der Einspritzbohrungsseite versehen, die in dem Einspritzventilkörper 71' ausgebildet sind. Bei dem dritten Abschnitt 72a' hat der eingespritzte Brennstoff eine Druckkomponente in der Breitenrichtung der Einspritzbohrung 74 und wird noch leichter in Breitenrichtung der Einspritzboh­ rung verteilt.

Fig. 7 zeigt eine weitere Modifikation des dritten Abschnitts in Kontakt mit der Einspritzbohrung des Brennstoffdurchlasses. Der dritte Abschnitt 72a'' besteht aus einem halbkugeligen oder halbsphärischen Abschnitt, der in dem Einspritzventilkörper 71'' ausgebildet ist. Wenn der dritte Abschnitt mit einer halbkugeli­ gen Form ausgebildet ist, hat der eingespritzte Brennstoff die Druckkomponente in Breitenrichtung der Einspritzbohrung 74 und wird noch leichter in Breitenrichtung der Einspritzbohrung ver­ teilt.

Der dritte Abschnitt des Brennstoffdurchlasses hat die kugelige oder sphärische Form und berührt die Einspritzbohrung. Bei dem dritten Abschnitt beeinflußt jedoch kein anderer Abschnitt als der Grenzabschnitt zur Einspritzbohrung die Richtung zum Bedrucken des Brennstoffs. Entsprechend wird der gleiche Effekt er­ zielt, wenn die Grenzlinie zur Einspritzbohrung 74 ein Bogen auf einer Querebene innerhalb der Höhe der Einspritzbohrung ist. Auf der Basis einer gleichen Idee kann die Grenzlinie zur Einspritz­ bohrung 74 auf der Querebene innerhalb der Höhe der Einspritz­ bohrung gefaltet werden, sogar wenn der gesamte dritte Abschnitt des Brennstoffdurchlasses keine konische Form hat.

Es ist ein Brennstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Eine Einspritzbohrung davon hat eine Breite, die größer ist als eine Höhe davon. Bei dem Brennstoffeinspritzven­ til wird dem Brennstoff vor dessen Einspritzung eine Wirbelkom­ ponente um die Mittelachse der Einspritzbohrung durch eine Spi­ ralnut aufgeprägt.

Claims (2)

1. Brennstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine mit einer Einspritzbohrung (74, 74', 74''), die eine Breite (w) hat, die größer ist als eine Höhe (h) davon, und Einrichtungen aufweist, um dem Brennstoff, vor dessen Einspritzung, eine Wir­ belkomponente um die Mittelachse der Einspritzbohrung (74, 74', 74'') aufzuprägen.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei die Ein­ spritzbohrung (74, 74', 74'') einen nahezu konstanten Quer­ schnitt längs der Mittelachse hat.