DE102010063307A1

DE102010063307A1 - Valve i.e. injection valve, for injecting e.g. fuel into fuel injection system of internal combustion engine, has inflow channel with output directly lying at hole inlet, where channel comprises smaller cross-section against spray hole

Info

Publication number: DE102010063307A1
Application number: DE201010063307
Authority: DE
Inventors: Andreas Krause; Martin Stahl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-06-21

Abstract

The valve has a hole inlet and a hole outlet (182) that are provided in a spray hole (18) for passing fluid. A channel output of an inflow channel (19) directly lies at the hole inlet of the spray hole, where the inflow channel comprises smaller cross-section against the spray hole. The channel output of the inflow channel lies in a hole wall of the spray hole. An atomization disk (20) rests immediately against a front end of a valve seat body (12). A spacer is arranged between the atomization disk and/or a channel disk.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Abspritzen eines Fluids, insbesondere von Kraftstoff oder einer Harnstoff-Wasser-Lösung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a valve for spraying a fluid, in particular fuel or a urea-water solution, according to the preamble of claim 1.

Bei einem bekannten Hochdruckeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Kraft- oder Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine ( DE 100 48 935 A1 ) weist die als Drallelement bezeichnete Zerstäubungsvorrichtung einer Spritzlochscheibe mit einer Öffnungsstruktur aus einem zentralen Einlassbereich, mindestens einem Drallkanal, mindestens einer Drallkammer und mindestens einem als Auslassöffnung bezeichneten Spritzloch auf, die an einem die Ventilöffnung enthaltenden Ventilsitzkörper befestigt ist. Die Spritzlochscheibe ist zumindest im Bereich der Öffnungsstruktur zweilagig ausgebildet, wobei die dem Ventilsitzkörper zugekehrte obere Lage den Einlassbereich, die Drallkammer und den mindestens einen Drallkanal aufweist, der vom Einlassbereich radial nach außen verläuft und in die zur Ventillängsachse versetzt liegende Drallkammer mündet. Die Öffnungsstruktur der oberen Lage entspricht somit weitgehend einer 6- bzw. einer 9-Form. In der unteren Lage ist das mindestens eine Spritzloch mittig zur Drallkammer angeordnet und von dieser ringförmig umgeben, so dass der Drallkanal einen Versatz zum Spritzloch hat. Die Spritzlochscheibe wird aus Blech hergestellt, wobei die Öffnungsstruktur mittels Stanzen, Prägen, Erodieren und/oder Laserbohren eingebracht wird.In a known high-pressure injection valve for direct injection of fuel or fuel into a combustion chamber of a mixture-compression, spark-ignited internal combustion engine ( DE 100 48 935 A1 ), which is referred to as a swirl element sputtering a spray orifice plate having an opening structure of a central inlet region, at least one swirl duct, at least one swirl chamber and at least one designated as outlet opening injection hole, which is attached to a valve opening containing the valve seat body. The spray perforated disk is formed in two layers at least in the region of the opening structure, the upper layer facing the valve seat body having the inlet region, the swirl chamber and the at least one swirl duct which extends radially outward from the inlet region and opens into the swirl chamber offset from the valve longitudinal axis. The opening structure of the upper layer thus largely corresponds to a 6 or a 9-form. In the lower position, the at least one injection hole is arranged centrally to the swirl chamber and surrounded by this annular, so that the swirl duct has an offset to the injection hole. The spray perforated disc is made of sheet metal, wherein the opening structure is introduced by means of stamping, embossing, erosion and / or laser drilling.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die unmittelbar im Locheintritt des Spritzlochs liegende Mündung. des Zulaufkanals und des damit verbundenen Wegfalls der dem Spritzloch vorgeordneten Drallkammer eine wesentlich kompaktere Bauweise erzielt wird, die die Unterbringung einer höheren Spritzlochzahl ermöglicht. Dies ist insbesondere für Einspritz- oder Dosierventile mit stark eingeschränktem Bauraum von Vorteil. Durch den Wegfall der Drallkammer wird der Fertigungsaufwand reduziert, wovon insbesondere materialabtragende Verfahren, wie Laserbohren oder Erodieren, profitieren, und werden die Fertigungskosten gesenkt. Durch Verzicht auf die Drallkammer werden zusätzliche Reibungsverluste vermieden und wird ein höherer Anteil des Systemdrucks in kinetischer Energie am Spritzlochaustritt umgesetzt. Anders als bei der bekannten Zerstäubungsvorrichtung mit Drallkammer wird bei dem erfindungsgemäßen Ventil der Fluiddurchfluss nicht durch das Zusammenspiel der Geometrien von Drallkanal, Drallkammer und Spritzloch bestimmt, sondern allein durch den drosselnden Querschnitt im Zuströmkanal, so dass Durchflusstoleranzen somit fast ausschließlich von Toleranzen des Querschnitts des Zuströmkanals abhängig sind.The valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that due to the directly in the hole inlet of the injection hole muzzle. the inlet channel and the associated omission of the spray hole upstream swirl chamber a much more compact design is achieved, which allows the accommodation of a higher number of spray holes. This is particularly advantageous for injection or metering valves with very limited space. The elimination of the swirl chamber reduces the production costs, which in particular benefit material-removing processes, such as laser drilling or erosion, and the production costs are reduced. By eliminating the swirl chamber additional friction losses are avoided and a higher proportion of the system pressure is converted into kinetic energy at the spray hole outlet. Unlike in the known atomizing device with swirl chamber, the fluid flow in the valve according to the invention is not determined by the interplay of the swirl channel, swirl chamber and injection hole geometries, but solely by the throttling cross section in the inflow channel, so that flow tolerances thus almost exclusively correspond to tolerances of the cross section of the inflow channel are dependent.

Insgesamt wird bei dem erfindungsgemäßen Ventil das Fluid auch bei niedrigem Systemdruck als gut zerstäubte Hohlkegellamelle mit relativ großem Strahlwinkel abgespritzt. Dadurch, dass der Querschnitt des Zuströmkanals deutlich kleiner als der des Spritzlochs ist, bildet sich im Spritzloch der für die Hohllamellenerzeugung notwendige Luftkern aus. Durchmesser und Länge des Spritzlochs sind dabei so abgestimmt, dass der Fluidfilm den gesamten Umfang am Spritzlochaustritt benetzt und somit eine geschlossene Hohlkegellamelle abgespritzt wird. Da die Drallbewegung der Fluidströmung über die Lochlänge kaum abgebaut wird, hat das Verhältnis von Lochlänge und Durchmesser des Spritzlochs einen nur geringen Einfluss auf die Zerstäubungsgüte, jedoch muss zur Erzielung einer geschlossenen Hohlkegellamelle bei Vergrößerung des Spritzlochdurchmessers auch die Spritzlochlänge vergrößert werden, da die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids am Kanalausgang des Zuströmkanals bzw. am Locheintritt des Spritzlochs vorgegeben ist.Overall, in the valve according to the invention, the fluid is sprayed at a low system pressure as a well-atomized hollow cone blade with a relatively large jet angle. Because the cross section of the inflow channel is significantly smaller than that of the injection hole, the air core required for hollow lamella production forms in the injection hole. Diameter and length of the spray hole are adjusted so that the fluid film wets the entire circumference at the spray hole outlet and thus a closed hollow cone blade is hosed. Since the swirling motion of the fluid flow over the hole length is hardly degraded, the ratio of hole length and diameter of the spray hole has only a small influence on the Zerstäubungsgüte, but must be increased to achieve a closed Hohlkegellamelle increasing the spray hole diameter and the spray hole length, since the flow velocity of the Fluids at the channel exit of the inflow channel or at the hole inlet of the injection hole is predetermined.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.The measures listed in the further claims advantageous refinements and improvements of the claim 1 valve are possible.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Zerstäubungsvorrichtung als einstückige Zerstäubungsscheibe ausgebildet, die mindestens einen Zuströmkanal und mindestens ein Spritzloch enthält und an einem die Ventilöffnung aufweisenden Ventilsitzkörper befestigt ist. Der Kanalaustritt des Zuströmkanals liegt unmittelbar in der Lochwand des Spritzlochs.According to an advantageous embodiment of the invention, the sputtering device is formed as a one-piece sputtering disc, which contains at least one inflow channel and at least one injection hole and is attached to a valve seat body having the valve opening. The channel outlet of the inflow channel is located directly in the hole wall of the injection hole.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Zerstäubungsvorrichtung zweiteilig mit einer Spritzloch- und einer Kanalscheibe ausgeführt, wobei mindestens ein Spritzloch in der Spritzlochscheibe und mindestens ein Zuströmkanal in der zwischen Ventilöffnung und Spritzlochscheibe angeordneten Kanalscheibe ausgebildet ist. Die Spritzlochscheibe und die Kanalscheibe liegen plan aneinander und sind fest miteinander verbunden. Das Ansetzen des Verbundes an die Stirnseite eines die Ventilöffnung aufweisenden Venitlsitzkörpers erfolgt kanalscheibenseitig. In diesem Fall mündet der Kanalaustritt des Zuströmkanals in die Stirnseite des Spritzlochs.According to an alternative embodiment of the invention, the atomizing device is designed in two parts with a spray hole and a channel disc, wherein at least one spray hole in the spray perforated disk and at least one inflow channel is formed in the channel disc arranged between the valve opening and spray perforated disk. The spray perforated disk and the channel disk lie flat against each other and are firmly connected to each other. The attachment of the composite to the end face of a valve opening having Venitlsitzkörpers carried channel side. In this case, the channel outlet of the inflow channel opens into the end face of the injection hole.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der einlagig als Zerstäubungsscheibe ausgebildeten Zerstäubungsvorrichtung bzw. der aus Spritzloch- und Kanalscheibe bestehenden zweilagigen Zerstäubungsscheibe einerseits und dem Ventilsitzkörper andererseits eine Ausgleichsscheibe angeordnet, die unmittelbar an der Stirnseite des Ventilsitzkörpers anliegt und eine zur Ventilöffnung koaxiale, zentrale Öffnung aufweist, deren Querschnitt mindestens so groß wie der Querschnitt der Ventilöffnung ist. Eine solche Ausgleichsscheibe kommt dann zum Tragen, wenn aufgrund von Fertigungstoleranzen, z. B. Schweißnahtspalt, es nicht möglich ist, die Zerstäubungsvorrichtung spaltfrei an den Ventilsitzkörper anzusetzen.According to an advantageous embodiment of the invention is formed between the single-layer as a sputtering disk Sputtering device or consisting of Spritzloch- and channel disc two-layer sputtering on the one hand and the valve seat body on the other hand arranged a shim directly on the front side of the valve seat body and has a valve opening coaxial, central opening whose cross section is at least as large as the cross section of the valve opening , Such a shim comes into play when due to manufacturing tolerances, eg. B. weld gap, it is not possible to attach the sputtering device gap-free to the valve seat body.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Zuströmkanal tangential zum Spritzloch angeordnet, wobei eine maximale Außermittigkeit des Zuströmkanals gegenüber dem Spritzloch angestrebt wird. Durch diese Anordnung des Zuströmkanals wird der aus dem Kanalausgang austretenden Fluidströmung ein Drehimpuls verliehen, so dass sich das Fluid als Film an die Spritzlochwand anlegt und durch die Zentrifugalkraft auf dem Weg zum Spritzlochaustritt zusätzlich ausgedünnt wird. Durchmesser und Länge des Spritzlochs sind dabei so ausgelegt, dass der Fluidfilm den gesamten Umfang des Spritzlochaustritts benetzt und somit das Ventil eine geschlossene Hohlkegellamelle abspritzt.According to a preferred embodiment of the invention, the inflow channel is arranged tangentially to the injection hole, with a maximum eccentricity of the inflow channel is sought with respect to the injection hole. As a result of this arrangement of the inflow channel, the fluid flow emerging from the channel outlet is imparted an angular momentum, so that the fluid acts as a film against the spray hole wall and is additionally thinned out by the centrifugal force on the way to the spray hole outlet. Diameter and length of the spray hole are designed so that the fluid film wets the entire circumference of the spray hole outlet and thus the valve cums a closed hollow cone blade.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Zuströmkanal radial zum Spritzloch ausgerichtet. Diese Platzierung des Zuströmkanals wird dann vorgesehen, wenn der durch die Rotationsgeschwindigkeit des Fluids bedingte große Strahlwinkel der abgespritzten Hohlkegellamelle reduziert werden soll. Die zuvor angestrebte Außermittigkeit des Zuströmkanals zum Spritzloch ist dann Null.According to an alternative embodiment of the invention, the inflow channel is aligned radially to the injection hole. This placement of the inflow channel is provided when the caused by the rotational speed of the fluid large jet angle of the abgespritzten Hohlkegellamelle is to be reduced. The previously intended eccentricity of the inflow channel to the injection hole is then zero.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Querschnitt des Zuströmkanals so gewählt, dass er der kleinste aller Querschnitte der Fluidströmungswege im Ventil ist. Daher sind bezüglich der Öffnungsstruktur der Zerstäubungsvorrichtung sowohl der Querschnitt der Ventilöffnung als auch der Querschnitt des Spritzloches ausreichend groß gewählt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich lediglich Maßtoleranzen des Zuströmkanals auf den Fluiddurchfluss auswirken und damit eine hohe Toleranzunempfindlichkeit des Fluiddurchflusses erreicht wird.According to an advantageous embodiment of the invention, the cross section of the inflow channel is chosen such that it is the smallest of all cross sections of the fluid flow paths in the valve. Therefore, both the cross section of the valve opening and the cross section of the spray hole are chosen sufficiently large with respect to the opening structure of the sputtering device. In this way, it is ensured that only dimensional tolerances of the inflow channel affect the fluid flow and thus a high tolerance insensitivity of the fluid flow is achieved.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die von Kanalein- und -ausgang begrenzte Länge des Strömungskanals nur so groß bemessen, dass im Zuströmkanal eine parallel zur Kanalachse ausgerichtete Strömung des Fluids erreicht wird, also eine vollständige Richtungsumlenkung des Fluidstroms von der Ventilöffnung in Richtung Längsachse des Zuströmkanals gewährleistet ist. Eine größere Länge des Zuströmkanals hat keine funktionalen Vorteile und führt lediglich zu unerwünschten Reibungsverlusten, die proportional mit der Kanallänge ansteigen.In accordance with an advantageous embodiment of the invention, the length of the flow channel limited by the channel inlet and outlet is only dimensioned such that a flow of the fluid oriented parallel to the channel axis is achieved in the inflow channel, ie a complete directional deflection of the fluid flow from the valve opening in the direction of the longitudinal axis Inflow channel is guaranteed. A longer length of the inflow channel has no functional advantages and only leads to undesirable friction losses, which increase in proportion to the channel length.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Vielzahl von Spritzlöchern auf einem zur Ventilachse konzentrischen Lochkreis angeordnet und die Zuströmkanäle tangential zu den Spritzlöchern ausgerichtet. Auf diese Weise ist die vorstehend beschriebene Geometrie des mindestens einen Spritzlochs mit dem mindestens einen Zuströmkanal mehrfach über den Umfang der Zerstäubungsvorrichtung platziert. Die Zuströmkanäle sind so angeordnet, dass in allen Spritzlöchern die Fluidströmungen eine gleichsinnige Drehung, z. B. im Uhrzeigersinn, erhalten. Dabei ergeben sich im Bereich der Überschneidung benachbarter Hohlkegellamellen entgegengesetzte Geschwindigkeitsrichtungen. Wirkt sich dieses in dem einen oder anderen Fall als nachteilig aus, sind gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung die Zuströmkanäle so angeordnet, dass in benachbarten Spritzlöchern die Flüssigkeitsströmungen eine zueinander inverse Drehung erfahren. In diesem Fall gibt es in den Überschneidungsbereichen benachbarter Spritzlöcher keine entgegengesetzte Geschwindigkeitsrichtungen.According to an advantageous embodiment of the invention, a plurality of spray holes is arranged on a concentric to the valve axis bolt circle and aligned the inflow channels tangentially to the spray holes. In this way, the above-described geometry of the at least one injection hole with the at least one inflow channel is placed several times over the circumference of the atomization device. The inflow channels are arranged so that in all spray holes, the fluid flows in the same direction rotation, z. B. clockwise, received. In the process, opposite velocity directions result in the region of the intersection of adjacent hollow cone louvers. If this is disadvantageous in one or the other case, according to a further alternative embodiment of the invention, the inflow channels are arranged such that in adjacent spray holes the liquid flows undergo an inverse rotation relative to each other. In this case, there are no opposite velocity directions in the intersection areas of adjacent spray holes.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail in the following description with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. Show it:

1 ausschnittweise einen Schnitt eines Ventils zum Abspritzen eines Fluids längs der Linie I-I in 2, 1 a section of a valve for spraying a fluid along the line II in FIG 2 .

2 einen Schnitt längs der Linie II-II in 1, 2 a section along the line II-II in 1 .

3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts III in 2 mit einer konstruktiven Modifikation, 3 an enlarged view of the section III in 2 with a constructive modification,

4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in 3, 4 a section along the line IV-IV in 3 .

5 einen Schnitt längs der Linie V-V in 4, 5 a section along the line VV in 4 .

6 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts III in 1 mit einer modifizierten Zerstäubungsvorrichtung, 6 an enlarged view of the section III in 1 with a modified sputtering device,

7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in 6, 7 a section along the line VII-VII in 6 .

8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in 7, 8th a section along the line VIII-VIII in 7 .

9 eine Draufsicht einer Zerstäubungsvorrichtung des Ventils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, 9 a top view of a sputtering device of the valve according to another embodiment,

10 eine gleiche Darstellung wie in 9 mit einer modifizierten Öffnungsstruktur. 10 a same representation as in 9 with a modified opening structure.

Das in 1 ausschnittweise dargestellte Ventil zum Abspritzen eines Fluids wird als Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine oder zum dosierten Einspritzen von zerstäubten Flüssigkeiten, wie z. B. Harnstoff-Wasser-Lösungen, in den Abgasstrang von Brennkraftmaschinen zwecks Nachbehandlung des Abgases eingesetzt. Von dem Einspritz- oder Dosierventil ist in 1 lediglich das abspritzseitige Ende des Ventils im Schnitt dargestellt. Das Ventil weist einen Teil des Ventilgehäuses bildenden, rohrförmigen Ventilsitzträger 11 auf, der mit einem Ventilsitzkörper 12 abgeschlossen ist. In dem Ventilsitzkörper 12, der zusammen mit dem Ventilsitzträger 11 einen Ventilraum 15 begrenzt, ist eine Ventilöffnung 13 und ein die Ventilöffnung 13 umgebender Ventilsitz 14 ausgebildet. Der Ventilsitz 14 wirkt zum Schließen und Freigeben der Ventilöffnung 13 mit einem kugelförmigen Schließkopf 161 einer Ventilnadel 16 zusammen, wobei der Schließkopf 161 in bekannter Weise durch eine auf die Ventilnadel 16 wirkende, hier nichtdargestellte Ventilschließfeder auf den Ventilsitz 14 aufgepresst wird. Das Abheben des Schließkopfes 161 von dem Ventilsitz 14 gegen die Rückstellkraft der Ventilschließfeder wird in bekannter Weise mittels eines an der Ventilnadel 16 angreifenden elektromagnetischen, elektrischen oder magnetostriktiven Aktors oder Aktuators bewirkt.This in 1 partially shown valve for spraying a fluid is used as an injection valve for injecting fuel in a fuel injection system of an internal combustion engine or for the metered injection of atomized liquids, such as. As urea-water solutions, used in the exhaust system of internal combustion engines for the purpose of aftertreatment of the exhaust gas. From the injection or metering valve is in 1 only the discharge-side end of the valve shown in section. The valve has a part of the valve housing forming, tubular valve seat carrier 11 on that with a valve seat body 12 is completed. In the valve seat body 12 that together with the valve seat carrier 11 a valve room 15 limited, is a valve opening 13 and a the valve opening 13 surrounding valve seat 14 educated. The valve seat 14 acts to close and release the valve opening 13 with a spherical closing head 161 a valve needle 16 together, with the closing head 161 in a known manner by a on the valve needle 16 acting, not shown here valve closing spring on the valve seat 14 is pressed on. The lifting of the closing head 161 from the valve seat 14 against the restoring force of the valve closing spring is in a known manner by means of a valve needle 16 acting electromagnetic, electrical or magnetostrictive actuator or actuator causes.

Der Ventilöffnung 13 ist eine Zerstäubungsvorrichtung 17 für das aus der Ventilöffnung 13 austretende Fluid in Strömungsrichtung des Fluids nachgeordnet. Die Zerstäubungsvorrichtung 17 weist mindestens ein Spritzloch 18 mit einem Locheintritt 181 und einem Lochaustritt 182 und mindestens einen zum Spritzloch 18 führenden Zuströmkanal 19 auf. Spritzloch 18 und Zuströmkanal 19 bilden zusammen eine Öffnungsstruktur der Zerstäubungsvorrichtung 17. Das Spritzloch 18 hat einen Lochquerschnitt, der über die von Locheintritt 181 und Lochaustritt 182 begrenzte Lochlänge L_S (8) konstant ist Der Zuströmkanal 19 besitzt einen im Bereich der Ventilöffnung 13 liegenden Kanaleingang 191 und einen am Locheintritt 181 des Spritzlochs 18 liegenden Kanalausgang 192, der unmittelbar in den Locheintritt 181 mündet. Der z. B. rechteckförmige Querschnitt des Zuströmkanals 19 ist deutlich kleiner als der Querschnitt des Spritzlochs 18. Die in 1 und 2 dargestellte Geometrie der Zerstäubungsvorrichtung 17 kann über den Umfang der Zerstäubungsvorrichtung 17 mehrfach platziert werden, wodurch sich eine Geometrie der aus Spritzlöchern 18 und Zuströmkanälen 19 bestehenden Öffnungsstruktur der Zerstäubungsvorrichtung 17 ergibt, wie sie in 9 und 10 dargestellt ist.The valve opening 13 is a sputtering device 17 for the out of the valve opening 13 downstream fluid downstream in the flow direction of the fluid. The atomizing device 17 has at least one spray hole 18 with a hole entry 181 and a hole exit 182 and at least one to the spray hole 18 leading inflow channel 19 on. spiracle 18 and inflow channel 19 together form an opening structure of the sputtering device 17 , The injection hole 18 has a hole cross-section that exceeds that of hole entry 181 and hole exit 182 limited hole length L _S ( 8th ) is constant The inflow channel 19 has one in the area of the valve opening 13 lying channel entrance 191 and one at the hole entrance 181 the injection hole 18 lying channel output 192 that enters directly into the hole 181 empties. The z. B. rectangular cross section of the inflow channel 19 is significantly smaller than the cross section of the spray hole 18 , In the 1 and 2 illustrated geometry of the sputtering device 17 can be beyond the scope of the sputtering device 17 be placed several times, resulting in a geometry of spray holes 18 and inflow channels 19 existing opening structure of the sputtering device 17 results in how they are in 9 and 10 is shown.

Im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 weist die Zerstäubungsvorrichtung 17 eine einstückige Zerstäubungsscheibe 20 mit mindestens einem Spritzloch 18 und mindestens einem Zuströmkanal 19 auf, wobei der Kanalausgang 192 des Zuströmkanals 19 in der Lochwand des Spritzlochs 18 unmittelbar am Locheintritt 181 liegt. Das Spritzloch 18 hat einen Lochquerschnitt, der über die von Locheintritt 181 und Lochaustritt 182 begrenzte Länge des Spritzlochs 18 konstant ist. Die Zerstäubungsscheibe 20 liegt unmittelbar an der von der Ventilöffnung 13 abgekehrten Stirnseite des Ventilsitzkörpers 12 an und ist an diesem befestigt. Die Zerstäubungsscheibe 20 mit der eingearbeiteten Öffnungsstruktur aus Spritzloch 18 und Zuströmkanal 19 ist in 1 im Schnitt und in 2 in Draufsicht zu sehen, wobei in 2 zur Verdeutlichung die Ventilöffnung 13, in die der Kanaleingang 191 des Zuströmkanals 19 hineinragt, strichliniert angedeutet ist. Wie in 2 und insbesondere noch in den nachfolgend beschriebenen Figuren zu sehen ist, ist der Querschnitt des Zuströmkanals 19 deutlich kleiner als der Querschnitt des Spritzlochs 18 und ist der kleinste aller Querschnitte der Fluidströmungswege im Ventil, so dass sich lediglich Maßtoleranzen des Zuströmkanals 19 auf den Fluiddurchfluss im Ventil auswirken. Die Kanallänge L_K (7) zwischen dem Kanaleingang 191 und dem Kanalausgang 192 des Zuströmkanals 19 ist nur so groß bemessen, dass im Zuströmkanal 19 eine parallel zur Kanalachse ausgerichtete Fluidströmung erreicht wird, also eine vollständige Richtungsumlenkung des Fluidstroms von der Ventilöffnung 13 in Richtung Längsachse des Zuströmkanals 19 erzielt wird. Eine darüberhinausgehende Länge des Zuströmkanals 19 führt lediglich zu unerwünschten Reibungsverlusten, die proportional mit der Kanallänge ansteigen. Wie ebenfalls aus den genannten Figuren ersichtlich ist, ist der Zuströmkanal 19 tangential zum Spritzloch 18 ausgerichtet. Durch den dadurch in dem Spritzloch 18 erzeugten Drehimpuls in der Fluidströmung legt sich das Fluid als Film an die Spritzlochwand an und wird durch die Zentrifugalkraft auf dem Weg zum Lochaustritt 182 zusätzlich ausgedünnt. Der in dem Spritzloch 18 erzeugte Drehimpuls steigt proportional zur Außermittigkeit A_K des Zuströmkanals 19 gegenüber dem Spritzloch 18 an. Die Außermittigkeit A_K ist durch die Gleichung A_K = R_s – B_K/2 definiert, wobei R_S der Radius des Spritzloches 18 und B_K die Kanalbreite des Zuströmkanals 19 ist (7 und 8). Um den Effekt der Zerstäubung zu optimieren, wird eine maximale Außermittigkeit A_K angestrebt, was durch eine möglichst kleine Kanalbreite B_K erreicht wird. Um den Fluidfilm im Spritzloch 18 optimal auszudünnen, ist der Querschnitt des Spritzloches 18 deutlich größer gewählt als der des Zuströmkanals 19, so dass sich im Spritzloch 18 ein Luftkern ausbilden kann, der zur Erzeugung der aus dem Spritzloch 18 austretenden Hohlkegellamelle notwendig ist. Die Länge L_S (8) des Spritzlochs 18 ist dabei so ausgelegt, dass der Fluidfilm im Spritzloch 18 den gesamten Umfang am Lochaustritt 182 des Spritzlochs 18 benetzt und somit eine geschlossene Hohlkegellamelle entsteht. Da die Umfangsgeschwindigkeit am Kanalausgang 192 des Zuströmkanals 19 vorgegeben ist, wird bei Vergrößerung des Durchmessers des Spritzloches 18 auch die Länge L_S des Spritzlochs 18 vergrößert, um den Fluidfilm eine vollständige Umdrehung im Spritzloch 18 zu ermöglichen.In the embodiment of 1 and 2 has the sputtering device 17 a one-piece atomizing disk 20 with at least one spray hole 18 and at least one inflow channel 19 on, with the channel output 192 of the inflow channel 19 in the perforated wall of the spray hole 18 immediately at the hole entrance 181 lies. The injection hole 18 has a hole cross-section that exceeds that of hole entry 181 and hole exit 182 limited length of the spray hole 18 is constant. The sputtering disk 20 lies directly at the of the valve opening 13 abgekehrten end face of the valve seat body 12 and is attached to this. The sputtering disk 20 with the incorporated opening structure from injection hole 18 and inflow channel 19 is in 1 on average and in 2 to be seen in plan view, wherein in 2 to clarify the valve opening 13 into which the channel entrance 191 of the inflow channel 19 protrudes, is indicated by dashed lines. As in 2 and in particular can still be seen in the figures described below, is the cross section of the inflow channel 19 significantly smaller than the cross section of the spray hole 18 and is the smallest of all cross sections of the fluid flow paths in the valve, so that only dimensional tolerances of the inflow channel 19 affect the fluid flow in the valve. The channel length L _K ( 7 ) between the channel entrance 191 and the channel output 192 of the inflow channel 19 is only sized so large that in the inflow channel 19 a parallel to the channel axis aligned fluid flow is achieved, so a complete directional deflection of the fluid flow from the valve opening 13 in the direction of the longitudinal axis of the inflow channel 19 is achieved. An additional length of the inflow channel 19 only leads to undesirable friction losses, which increase in proportion to the channel length. As can also be seen from the cited figures, the inflow channel is 19 tangential to the spray hole 18 aligned. By thereby in the spray hole 18 When the angular momentum generated in the fluid flow is generated, the fluid forms a film on the spray hole wall and becomes centrifugal force on the way to the hole exit 182 additionally thinned. The one in the spray hole 18 generated angular momentum increases in proportion to the eccentricity A _{K of} the inflow channel 19 opposite the spray hole 18 at. The eccentricity A _K is given by the equation A _K = R _s -B B _K / 2 defined where R _S is the radius of the injection port 18 and B _{K is} the channel width of the inflow channel 19 is ( 7 and 8th ). To the effect of atomization to optimize, a maximum eccentricity A _{K is} sought, which is achieved by the smallest possible channel width B _K. To the fluid film in the spray hole 18 To thinn out optimally, is the cross section of the spray hole 18 chosen significantly larger than that of the inflow channel 19 , so in the spray hole 18 an air core can form, which is used to generate the spray hole 18 Exiting Hohlkegellamelle is necessary. The length L _S ( 8th ) of the injection hole 18 is designed so that the fluid film in the spray hole 18 the entire circumference at the hole exit 182 the injection hole 18 wets and thus creates a closed hollow cone lamella. As the peripheral speed at the channel exit 192 of the inflow channel 19 is given, is at enlargement of the diameter of the spray hole 18 also the length L _{S of} the injection hole 18 increases the fluid film a full revolution in the spray hole 18 to enable.

Wie bereits erwähnt, ist der von der Rotationsgeschwindigkeit des Fluids im Spritzloch 18 abhängige Strahlwinkel der aus dem Spritzloch 18 austretenden Hohlkegellamelle relativ groß. Eine Verkleinerung dieses Strahlwinkels wird durch eine mittige Anordnung des Zuströmkanals 19 zum Spritzloch 18 erreicht, bei welcher der Zuströmkanal 19 radial zum Spritzloch 18 ausgerichtet ist. Der gleiche Effekt der Strahlwinkelreduzierung lässt sich auch durch eine Neigung des mindestens einen Spritzlochs 18 zur Ventilachse hin erzielen.As already mentioned, that of the rotational speed of the fluid in the injection hole 18 dependent beam angle of the spray hole 18 emerging hollow cone lamella relatively large. A reduction of this beam angle is achieved by a central arrangement of the inflow channel 19 to the injection hole 18 reached, in which the inflow channel 19 radially to the injection hole 18 is aligned. The same effect of the beam angle reduction can also be achieved by an inclination of the at least one injection hole 18 towards the valve axis.

Ist es aufgrund von Fertigungstoleranzen, z. B. Schweißnahtspalte, nicht möglich, die Zerstäubungsscheibe 20 spaltfrei an der vom Ventilraum 15 abgekehrten Stirnseite des Ventilsitzkörpers 12 anzubringen, wird – wie dies in dem Ausführungsbeispiel der 3 bis 5 dargestellt ist – zwischen der Zerstäubungsscheibe 20 und der Stirnseite des Ventilsitzkörpers 12 eine Ausgleichsscheibe 23 angeordnet. Die an dem Ventilsitzkörper 12 befestigte Ausgleichsscheibe 23 weist eine zentrale Öffnung 24 auf, deren Querschnitt mindestens so groß ist wie der Querschnitt der Ventilöffnung 13 und die koaxial zur Ventilöffnung 13 angeordnet ist. Darüber hinaus ist die Öffnungsstruktur der Zerstäubungsvorrichtung dahingehend modifiziert, dass der Querschnitt des Spritzlochs 18 sich über die Lochlänge konisch erweitert und im Lochaustritt 182 größer ist als im Locheintritt 181.Is it due to manufacturing tolerances, eg. B. weld gaps, not possible, the sputtering disc 20 gap-free at the of the valve space 15 abgekehrten end face of the valve seat body 12 is attached - as in the embodiment of the 3 to 5 is shown - between the sputtering disk 20 and the end face of the valve seat body 12 a shim 23 arranged. The on the valve seat body 12 attached shim 23 has a central opening 24 on, whose cross section is at least as large as the cross section of the valve opening 13 and coaxial with the valve opening 13 is arranged. Moreover, the opening structure of the sputtering apparatus is modified so that the cross section of the spray hole 18 extends conically over the hole length and in the hole exit 182 larger than in the hole entry 181 ,

Ein solches sich in Fluidströmungsrichtung konisch vergrößerndes Spritzloch 18 fördert aufgrund der Umfangszunahme in Fluidströmumgsrichtung die Ausdünnung der Hohlkegellamelle.Such in the fluid flow direction conically enlarging injection hole 18 promotes the thinning of the hollow cone lamella due to the increase in circumference in Fluidströmumgsrichtung.

Das in 3 bis 5 dargestellte Ausführungsbeipiel des Ventils ist gegenüber dem vorstehend beschriebenen Ventil lediglich bezüglich der Ausbildung der Zerstäubungsscheibe 20 modifiziert. In der Zerstäubungssscheibe 20 ist das Spritzloch 18 mit einem Lochquerschnitt ausgestattet, der sich über die Lochlänge L_S (8) konisch erweitert und im Lochaustritt 182 größer ist als im Locheintritt 181. Ein solches in Fluidströmungsrichtung sich konisch erweiterndes Spritzloch 18 fördert aufgrund seiner Umfangszunahme in Fluidströmungsrichtung die Ausdünnung der abgespritzten Hohlkegellamelle.This in 3 to 5 illustrated Ausführungsbeipiel the valve is compared to the valve described above only with respect to the formation of the sputtering disc 20 modified. In the sputtering disk 20 is the injection hole 18 equipped with a hole cross-section extending over the hole length L _S ( 8th ) conically enlarged and in the hole exit 182 larger than in the hole entry 181 , Such in the fluid flow direction conically widening injection hole 18 promotes the thinning of the abgespritzten hollow cone blade due to its increase in circumference in the fluid flow direction.

Das in 6 bis 8 ausschnittweise in verschiedenen Schnittdarstellungen gezeigte weitere Ausführungsbeispiel des Ventils besitzt ebenfalls eine gegenüber dem zu 1 und 2 beschriebenen Ventil modifizierte Zerstäubungsvorrichtung 17, die hier zweilteilig mit einer Spritzlochscheibe 21 und einer Kanalscheibe 22 ausgebildet ist. Die Spritzlochscheibe 21 ist mit mindestens einem Spritzloch 18 und die Kanalscheibe 22 mit mindestens einem Zuströmkanal 19 versehen. Die Kanalscheibe 22 ist zwischen der Spritzlochscheibe 21 und der vom Ventilraum 15 abgekehrten Stirnseite des Ventilsitzkörpers 12 angeordnet. Die Spritzlochscheibe 21 liegt plan an der Kanalscheibe 22 an und ist mit dieser zu einer Baueinheit fest verbunden. Bei lagerrichtiger Zuordnung von Spritzlochscheibe 21 und Kanalscheibe 22 führt der Zuströmkanal 19 zu dem Spritzloch 18 und mündet über seinen unmittelbar oberhalb der Stirnseite des Spritzlochs 18 liegenden Kanalausgang 192 in die Stirnseite des Spritzlochs 18, wie dies insbesondere aus 7 und 8 zu erkennen ist. Die Kanalscheibe 22 liegt unmittelbar an der Stirnseite des Ventilsitzkörpers 12 an. Die Baueinheit aus Kanalscheibe 22 und Spritzlochscheibe 21 ist an dem Ventilsitzkörper 12 befestigt.This in 6 to 8th In some sections shown in different sectional views another embodiment of the valve also has a relation to the 1 and 2 described valve modified sputtering device 17 , here two parts with a spray perforated disc 21 and a channel disc 22 is trained. The spray perforated disk 21 is with at least one spray hole 18 and the channel disk 22 with at least one inflow channel 19 Mistake. The channel disk 22 is between the spray disk 21 and the one from the valve room 15 abgekehrten end face of the valve seat body 12 arranged. The spray perforated disk 21 lies flat on the channel plate 22 and is firmly connected with this to a structural unit. In case of correct assignment of spray perforated disc 21 and channel disc 22 leads the inflow channel 19 to the spray hole 18 and flows through its immediately above the front of the spray hole 18 lying channel output 192 in the front of the spray hole 18 like this particular 7 and 8th can be seen. The channel disk 22 lies directly on the front side of the valve seat body 12 at. The assembly of channel plate 22 and spray disk 21 is on the valve seat body 12 attached.

Für den Fall, dass die Kanalscheibe 22 nicht spaltfrei an die Stirnseite des Ventilsitzkörpers 12 angelegt werden kann, ist auch hier das Anbringen einer Ausgleichsscheibe 23 zwischen Stirnseite des Ventilsitzkörpers 12 und Kanalscheibe 22 möglich, wie dies in dem Ausführungsbeispiel des Ventils gemäß 3 bis 5 für die Zerstäubungsscheibe 20 dargestellt und beschrieben ist.In the event that the channel disc 22 not gap-free on the front side of the valve seat body 12 can be created, here is the attachment of a shim 23 between the front side of the valve seat body 12 and channel disc 22 possible, as in the embodiment of the valve according to 3 to 5 for the atomizing disk 20 is shown and described.

Die vorstehend beschriebene und dargestellte Geometrie der Öffnungsstruktur der Zerstäubungsvorrichtung 17 mit einem Spritzloch 18 und einem Zuströmkanal 19 kann über den Umfang der Zerstäubungsvorrichtung 17 mehrfach platziert werden. Dies ist in den Ausführungsbeispielen der 9 und 10 dargestellt, wobei 9 und 10 jeweils eine Draufsicht der Zerstäubungsscheibe 20 in 1 und 2 zeigt. Die Vielzahl der Spritzlöcher 18 ist auf einem zur Ventilöffnung 13 konzentrischen Lochkreis angeordnet, und die Zuströmkanäle 19 sind tangential zu den Spritzlöchern 18 ausgerichtet. im Ausführungsbeispiel der 9 sind die Zuströmkanäle 19 bezüglich der Spritzlöcher 18 so angeordnet, dass in allen Spritzlöchern 18 die Fluidströmungen eine gleichsinnige Drehung erhalten. In 9 verläuft dabei die Drehung der Fluidströmung gegen den Uhrzeigersinn. Bei dem großen Strahlwinkel der aus den Spritzlöchern 18 austretenden Hohlkegellamellen überschneiden sich die Hohlkegellamellen benachbarter Spritzlöcher 18. Die im Überschneidungsbereich benachbarter Hohlkegellamellen entgegengesetzte Geschwindigkeitsrichtung der Fluidströmung in beiden Hohlkegellamellen kann in einigen Anwendungsfällen nachteilig für die Ventilfunktion sein. Eine Abhilfe wird durch die Anordnung der Zuströmkanäle 19 gemäß 10 erreicht. Die tangential in den Spritzlöchern 18 mündenden Zuströmkanäle 19 sind jeweils so angeordnet, dass in benachbarten Spritzlöchern 18 die Fluidströmungen zueinander inverser Drehrichtungen erhalten. Im Ausführungsbeispiel der 10 ist die Drehung der Fluidströmung im Spritzloch 18' im Uhrzeigersinn und im benachbarten Spritzloch 18'' entgegen dem Uhrzeigersinn. Im Überschneidungsbereich der beiden aus den Spritzlöchern 18' und 18'' austretenden Hohlkegellamellen ist die Geschwindigkeitsrichtung immer gleich.The above-described and illustrated geometry of the opening structure of the sputtering device 17 with a spray hole 18 and an inflow channel 19 can be beyond the scope of the sputtering device 17 be placed several times. This is the embodiment of the 9 and 10 shown, where 9 and 10 each a plan view of the sputtering disk 20 in 1 and 2 shows. The variety of spray holes 18 is on one to the valve opening 13 arranged concentric bolt circle, and the inflow channels 19 are tangential to the spray holes 18 aligned. in the embodiment of 9 are the inflow channels 19 concerning the injection holes 18 arranged so that in all spray holes 18 the fluid flows in the same direction rotation receive. In 9 while the rotation of the fluid flow runs counterclockwise. At the large jet angle of the spray holes 18 emerging hollow cone lamellae overlap the Hohlkegelllamellen adjacent spray holes 18 , The opposite in the overlap region of adjacent hollow cone lamellae velocity direction of the fluid flow in both hollow cone lamellae may be detrimental to the valve function in some applications. A remedy is the arrangement of the inflow channels 19 according to 10 reached. The tangential in the spray holes 18 opening inflow channels 19 are each arranged so that in adjacent spray holes 18 the fluid flows to each other inverse directions of rotation obtained. In the embodiment of 10 is the rotation of the fluid flow in the spray hole 18 ' clockwise and in the adjacent spray hole 18 '' counterclockwise. In the overlap area of the two from the spray holes 18 ' and 18 '' emerging hollow cone blades, the speed direction is always the same.

Die in 9 und 10 dargestellte Öffnungsstruktur in der Zerstäubungsscheibe 20 lässt sich selbstverständlich auch bei der aus Spritzlochscheibe 21 und Kanalscheibe 22 bestehenden Zerstäubungsvorrichtung 17 gemäß 6 bis 8 realisieren. In diesem Fall ist die Vielzahl der Spritzlöcher 18 in der Spritzlochscheibe 21 und die gleiche Zahl von Zuströmkanälen 19 in der Kanalscheibe 22 ausgebildet. Bei drehrichtiger Lage der Kanalscheibe 22 zur Spritzlochscheibe 21 münden alle Kanäle 19 tangential in die zugeordneten Spritzlöcher 18.In the 9 and 10 illustrated opening structure in the sputtering disk 20 Of course, it can also be used in the case of the spray perforated disc 21 and channel disc 22 existing atomizer 17 according to 6 to 8th realize. In this case, the variety of spray holes 18 in the spray perforated disk 21 and the same number of inflow channels 19 in the channel disk 22 educated. With rotational position of the channel disc 22 to the spray perforated disk 21 all channels open 19 tangential in the assigned spray holes 18 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10048935 A1 [0002]

Claims

Valve for injecting a fluid, in particular fuel or a urea-water solution, with a valve opening ( 13 ) to the outlet of the pressurized fluid and one of the valve opening ( 13 ) downstream atomization device ( 17 ) for the exiting fluid, the at least one injection hole ( 18 ) with a hole entry ( 181 ) and a hole exit ( 182 ) for the fluid and at least one to the injection hole ( 18 ) leading inflow channel ( 19 ) with a channel output ( 192 ) and one in the area of the valve opening ( 13 ) channel input ( 191 ), characterized in that the channel output ( 192 ) of the inflow channel ( 19 ) immediately at the hole entry ( 181 ) of the injection hole ( 18 ) and the inflow channel ( 19 ) opposite the injection hole ( 18 ) has a much smaller cross-section.

Valve according to claim 1, characterized in that the channel exit ( 192 ) of the inflow channel ( 19 ) in the perforated wall of the injection hole ( 18 ) lies.

Valve according to claim 2, characterized in that the at least one inflow channel ( 19 ) and the at least one injection hole ( 18 ) in a sputtering disk ( 20 ) are introduced, which at one the valve opening ( 13 ) having valve seat body ( 12 ) is attached.

Valve according to claim 3, characterized in that the sputtering disc directly on the end face of the valve seat body ( 12 ) is present.

Valve according to claim 1, characterized in that the inflow channel ( 19 ) via its channel output ( 192 ) in the front of the spray hole ( 18 ) opens.

Valve according to claim 5, characterized in that the at least one injection hole ( 18 ) in a spray perforated disk ( 21 ) and the at least one inflow channel ( 19 ) in an intermediate valve opening ( 13 ) and spray perforated disk ( 21 ) arranged channel plate ( 22 ) is trained.

Valve according to claim 6, characterized in that spray perforated disc ( 21 ) and channel plate ( 22 ) abut against each other and firmly connected to each other and with the channel plate ( 22 ) to the front side of the valve opening ( 13 ) having valve seat body ( 12 ) are attached.

Valve according to one of claims 3 to 7, characterized in that between the sputtering disc ( 20 ) or the channel plate ( 22 ) on the one hand and the valve seat body ( 12 ) on the other hand, a shim ( 23 ) is arranged, which directly on the front side of the valve seat body ( 12 ) and one to the valve opening ( 13 ) has coaxial, central opening whose cross section is at least as large as the cross section of the valve opening ( 13 ).

Valve according to one of claims 1 to 8, characterized in that the inflow channel ( 19 ) tangential to the injection hole ( 18 ) and preferably one to the injection hole ( 18 Has) maximum eccentricity _K A.

Valve according to one of claims 1 to 9, characterized in that the inflow channel ( 19 ) radially to the injection hole ( 18 ) is aligned.

Valve according to one of claims 1 to 10, characterized in that the cross section of the inflow channel ( 19 ) is the smallest of all cross sections of the fluid flow paths in the valve.

Valve according to one of claims 1 to 11, characterized in that the injection hole ( 18 ) has a hole cross-section which exceeds that of hole entry ( 181 ) and hole exit ( 182 ) limited hole length of the injection hole ( 18 ) is constant or to the hole exit ( 182 ) conically widened.

Valve according to one of claims 1 to 12, characterized in that a plurality of spray holes ( 18 ) on a valve opening ( 13 ) concentric bolt circle is arranged and the inflow channels ( 19 ) tangential to the spray holes ( 18 ) are aligned.

Valve according to claim 13, characterized in that the inflow channels ( 19 ) are arranged so that in all spray holes ( 18 ) the fluid flows receive a rotation in the same direction.

Valve according to claim 13, characterized in that the inflow channels ( 19 ) are arranged so that in adjacent spray holes ( 18 ) the fluid flows receive an inverse rotation to each other.