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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.
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Es ist bekannt, dass bei Einspritzventilen für Brennkraftmaschinen für die Sprayaufbereitung im Niederdruckbereich das Kollidieren von zwei Strahlen nach Spritzlochaustritt angewendet wird. So zeigt beispielsweise die
DE 10 2006 041 476 A1 ein Einspritzventil mit einer Mehrzahl von Spritzlochpaaren bestehend aus jeweils zwei Spritzlöchern, die zur Erzielung einer Strahlkollision konvergent zueinander verlaufen.
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Weiterhin sind Einspritzventile bekannt, bei denen stromabwärts des Ventilsitzes eine Lochscheibe mit Spritzlöchern vorgesehen ist. Dabei ist zwischen einer Austrittsöffnung im Ventilsitzkörper und der Lochscheibe ein Anströmhohlraum mit größerem Durchmesser als der Durchmesser der Austrittsöffnung ausgebildet, wobei die Spritzlöcher mit der Austrittsöffnung im Ventilsitzkörper in unmittelbarer Strömungsverbindung stehen und dabei von einer oberen Begrenzung des Anströmhohlraums überdeckt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt liegt ein vollständiger radialer Versatz von der den Einlass des Anströmhohlraums festlegenden Austrittsöffnung im Ventilsitzkörper und den Spritzlöchern vor. So kann bei derartigen Einspritzventilen ein S-förmiger Strömungsverlauf des Brennstoffs, der eine zerstäubungsfördernde Maßnahme darstellt, ausbildet werden. Ein derartiges Einspritzventil ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 049 278 A1 bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse, mit einem festen Ventilsitz aufweisenden Ventilsitzkörper, mit einem mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilschließkörper, der entlang der Ventillängsachse axial bewegbar ist, und mit einer stromabwärts des Ventilsitzkörpers angeordneten Lochscheibe mit wenigstens einem Spritzlochpaar aus zwei Spitzlöchern mit jeweils einer Spritzlochachse vorgeschlagen. Die Spritzlochachsen der zwei Spritzlöcher eines Spritzlochpaars verlaufen zur Erzielung einer Strahlkollision konvergent zueinander. Erfindungsgemäß ist zwischen einer Austrittsöffnung des Ventilsitzkörpers und der Lochscheibe ein Anströmhohlraum vorgesehen, wobei der Anströmhohlraum einen Hohlraumdurchmesser senkrecht zu der Ventillängsachse aufweist, der größer ist als ein Austrittsdurchmesser der Austrittsöffnung senkrecht zu der Ventillängsachse.
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Vorteile der Erfindung
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Es ist bekannt, dass bei Einspritzventilen für Brennkraftmaschinen für die Sprayaufbereitung im Niederdruckbereich das Kollidieren von zwei Strahlen nach Spritzlochaustritt angewendet wird. Das Kollidieren der zwei Strahlen nach Lochaustritt findet typischerweise zwischen zwei laminaren Primärstrahlen statt. Die laminaren Primärstrahlen werden zum einen durch ein großes Verhältnis von Spritzlochlänge zu Spritzlochdurchmesser und zum anderen durch eine direkte Anströmung der Spritzlöcher erzeugt. Nach der Kollision brechen die Strahlen auf. Der Strahlaufbruch nach der Kollision findet dann senkrecht zu einer durch die kollidierenden Strahlen definierten Strahlebene statt. Auf diese Weise werden sogenannte Flachsprays erzeugt.
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In dem erfindungsgemäßen Einspritzventil ist zwischen der Austrittsöffnung des Ventilkörpers und der Lochscheibe ein Anströmhohlraum vorgesehen, wobei der Anströmhohlraum einen Hohlraumdurchmesser aufweist, der größer ist als ein Austrittsdurchmesser der Austrittsöffnung. Anstelle der direkten Anströmung der Spritzlöcher vor der Strahlkollision wird durch einen Ventilsitz mit einem Anströmhohlraum erreicht, dass die Strömung vor den Spritzlöchern umgelenkt wird. Die Umlenkung der Strömung hat zur Folge, dass die Strahlen bereits vor der Kollision turbulente Anteile aufweisen. Mit der Zunahme des Turbulenzgrades verändert sich vorteilhaft die Sprayform. Während bei der Kollision von laminaren Primärstrahlen ein Strahlaufbruch senkrecht zu einer durch die zwei kollidierten Strahlen definierten Strahlebene erfolgt, kann der Strahl bei den durch das erfindungsgemäße Einspritzventil erzeugten Primärstrahlen mit stark turbulenten Anteilen auch in der Strahlebene aufbrechen. Solche flachen Sprays, die in der Strahlebene aufbrechen, haben eine höhere Robustheit gegenüber Fertigungstoleranzen in Abhängigkeit der Spritzlochposition. Durch das Einstellen des Turbulenzgrades durch die Geometrie des Ventilsitzes, der Lochscheibe, des Anströmhohlraums und der Spritzlöcher ist es darüber hinaus möglich auch ein rundes Spray mit dieser Zerstäubungsmethode zu erzeugen. Somit kann durch das erfindungsgemäße Einspritzventil ein vorteilhaft homogenes Spray in verschiedenen Formen erzeugt werden. Durch die Variation der Geometrie kann der Turbulenzgrad der Primärstrahlen vorteilhaft variiert werden und damit gleichzeitig die Form des Sprays vorteilhaft variiert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
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In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel beträgt der Quotient aus dem Hohlraumdurchmesser des Anströmhohlraums und dem Austrittsdurchmesser der Austrittsöffnung zwischen 1,5 und 5. Bei einem derartigen Verhältnis von Hohlraumdurchmesser des Anströmhohlraums und Austrittsdurchmesser der Austrittsöffnung können durch die damit erzeugte S-förmige Führung des einzuspritzenden Mediums von der Austrittsöffnung in den Anströmhohlraum zu den Spritzlöchern eine zur Erzeugung einer gewünschten Form des Sprays besonders vorteilhafte Primärstrahlen mit turbulenten Anteilen erzeugt werden.
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Es erweist sich weiterhin als Vorteil, wenn der Quotient aus einem Abstand der zwei ein Spritzlochpaar bildenden Spritzlöcher und dem Austrittsdurchmesser zwischen 0,5 und 5 beträgt. Durch ein derartiges Verhältnis zwischen dem Abstand der zwei ein Spritzlochpaar bildenden Spritzlöcher und dem Austrittsdurchmesser kann die Strömung in dem Anströmungshohlraum vorteilhaft umgelenkt werden und somit turbulente Anteile in den aus den Spritzlöcher austretenden Primärstrahlen erzeugt werden, so dass nach Kollision der turbulenten Primärstrahlen ein vorteilhaft homogenes Spray erzeugt werden kann und eine gewünschte Sprayform erzeugt werden kann.
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Besonders vorteilhaft beträgt der Quotient aus einer Lochlänge der Spritzlöcher und einem Lochdurchmesser der Spritzlöcher zwischen 0,5 und 5, womit für die Erzeugung der Sprayform besonders vorteilhafte Primärstrahlen erzeugt werden können.
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Eine weitere Verbesserung der Homogenität und der Form des Sprays ergibt sich, wenn der Quotient aus der Lochlänge der Spritzlöcher und einer Hohlraumhöhe des Anströmhohlraums zwischen 0,25 und 5 beträgt. Dieser Bereich erweist sich als strömungsdynamisch besonders vorteilhaft um die gewünschte Sprayform zu erzeugen.
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Besonders vorteilhaft beträgt eine Lochneigung, die den Winkel zwischen der Ventillängsachse und einer Spritzlochachse bezeichnet, zwischen 10 Grad und 60 Grad. Auf diese Weise kann ein vorteilhaft gutes und homogenes Spray auf einer gewünschten Höhe, in einem gewünschten Abstand von der Lochscheibe und in der gewünschten Form erzeugt werden.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 schematisch einen Verlauf des einzuspritzenden Mediums zur Sprayerzeugung bei einem Einspritzventil gemäß dem Stand der Technik,
- 2 einen Querschnitt durch die in 1 dargestellten Primärstrahlen,
- 3 einen Querschnitt durch das in 1 dargestellte Spray,
- 4 schematisch einen Verlauf des einzuspritzenden Mediums zur Sprayerzeugung bei einem erfindungsgemäßen Einspritzventil,
- 5 einen Querschnitt durch die in 4 dargestellten Primärstrahlen,
- 6 einen Querschnitt durch das in 4 dargestellte Spray,
- 7 ein teilweise dargestelltes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einspritzventils,
- 8 ein zweites teilweise dargestelltes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einspritzventils,
- 9 einen vergrößerten Ausschnitt des in 7 dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einspritzventils
- 10 ein drittes teilweise dargestelltes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einspritzventils.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Einspritzventil 1 ist zur Einspritzung oder Zumessung eines einzuspritzenden Mediums 40 beispielsweise für Brennkraftmaschinen vorgesehen. Beispielsweise kann das Einspritzventil 1 als Brennstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Brennstoff beispielsweise in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine vorgesehen sein. Das erfindungsgemäße Einspritzventil kann aber beispielsweise auch zu Einspritzung von Wasser als einzuspritzendes Medium beispielsweise in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine vorgesehen sein. Das erfindungsgemäße Einspritzventil kann beispielsweise auch in der Abgasnachbehandlung bei Dieselfahrzeugen, beispielsweise zum Zumessen einer Harnstoffwasserlösung (AdBlue) als einzuspritzendes Medium in den Abgasstrang, verwendet werden.
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1 zeigt schematisch einen Verlauf eines einzuspritzenden Mediums zur Sprayerzeugung bei einem Einspritzventil gemäß dem Stand der Technik, bei dem für die Sprayaufbereitung im Niederdruckbereich das Kollidieren von zwei Primärstrahlen 41 nach Austritt aus Spritzlöchern 24 angewendet wird. In 1 ist ein Koordinatensystem dargestellt, das eine x-Richtung x, eine z-Richtung z und eine y-Richtung y zeigt. Die x-Richtung x und die z-Richtung z liegen in der Zeichenebene und stehen senkrecht aufeinander. Die y-Richtung y steht senkrecht zur x-Richtung x und zur z-Richtung z und weist in die Zeichenebene hinein. In 1 ist zur Darstellung des Verlaufs des einzuspritzenden Mediums zur Sprayerzeugung ein Ventilsitzkörper 16 eines Einspritzventils und eine an dem Ventilsitzkörper 16 angebrachte Lochscheibe 23 dargestellt. Ein in dem Ventilsitzkörper 16 ausgebildeter Innenraum 28 ist mit dem einzuspritzenden Medium 40 beispielsweise mit Kraftstoff gefüllt und zu der Seite hin, zu der daseinzuspritzende Medium 40 abgespritzt wird, von der Lochscheibe 23 begrenzt. In der Lochscheibe 23 ist ein Spritzlochpaar aus zwei Spritzlöchern 24 mit jeweils einer Spritzlochachse S ausgebildet. Die Spritzlochachsen S verlaufen zur Erzielung einer Strahlkollision konvergent zueinander. Somit werden durch die zwei das Spritzlochpaar bildenden Spritzlöcher 24 zwei Primärstrahlen 41 aus dem einzuspritzenden Medium 40 derart erzeugt, dass sie in einem Kollisionspunkt 42 zusammentreffen und kollidieren und anschließend ein Spray 43 erzeugt wird. Ein Schnittpunkt der Spritzlochachsen S definiert dabei den Kollisionspunkt 42. Durch die in 1 dargestellte Geometrie des Ventilsitzkörper 16 und der Lochscheibe 23 und durch eine direkte Anströmung der Spritzlöcher 24 werden laminare Primärstrahlen 41 erzeugt, die in 2 als Querschnitt in der x-y-Ebene dargestellt sind. Nach der Kollision in dem Kollisionspunkt 42 brechen die Primärstrahlen 41 auf. Der Strahlaufbruch nach der Kollision findet bei der Kollision zweier laminarer Primärstrahlen 41 dann senkrecht zu einer durch die kollidierenden Strahlen definierten Strahlebene statt. Auf diese Weise werden sogenannte Flachsprays erzeugt. 3 zeigt ein solches flaches Spray 43 in einem Querschnitt durch die x-y-Ebene. Als Strahlebene wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung die Ebene bezeichnet, in der die beiden Spritzlochachsen S der beiden ein Spritzlochpaar bildenden Spritzlöcher 24 liegen. Die Strahlebene entspricht in den Figuren der x-z-Ebene.
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4 zeigt schematisch einen Verlauf des einzuspritzenden Mediums zur Sprayerzeugung bei einem erfindungsgemäßen Einspritzventil. In 4 ist ein Koordinatensystem dargestellt, das eine x-Richtung x, eine z-Richtung z und eine y-Richtung y zeigt. Die x-Richtung x und die z-Richtung z liegen in der Zeichenebene und stehen senkrecht aufeinander. Die y-Richtung y steht senkrecht zur x-Richtung x und zur z-Richtung z und weist in die Zeichenebene hinein. 4 zeigt schematisch einen Ventilsitzkörper 16 mit einer Lochscheibe 23 und einen schematischen Verlauf des einzuspritzenden Mediums zur Sprayerzeugung bei einem erfindungsgemäßen Einspritzventil. In der stromabwärts des Ventilsitzkörpers 16 angeordneten Lochscheibe 23 ist ein Spritzlochpaar aus zwei Spritzlöchern 24 mit jeweils einer Spritzlochachse S ausgebildet. Die Spritzlochachsen S der zwei Spritzlöcher 24 des Spritzlochpaars verlaufen zur Erzielung einer Strahlkollision konvergent zueinander, so dass zwei von den zwei Spritzlöchern 24 ausgehende Primärstrahlen 41 in einem Kollisionspunkt 42 zusammentreffen und an dem Kollisionspunkt 42 zur Erzeugung eines Sprays 43 kollidieren.
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Wie in 4 schematisch dargestellt, ist in dem erfindungsgemäßen Einspritzventil zwischen einer Austrittsöffnung 27 des Ventilsitzkörpers 16 und der Lochscheibe 23 ein Anströmhohlraum 26 vorgesehen, wobei der Anströmhohlraum 26 einen Hohlraumdurchmesser D26 aufweist, der größer ist als Austrittsdurchmesser D27 der Austrittsöffnung 27 (4). Anstelle der direkten Anströmung der Spritzlöcher 24 durch das einzuspritzende Medium 40 vor der Strahlkollision, wie sie im Stand der Technik (1) erfolgt, wird durch einen Ventilsitzkörper 16 mit einem derartigen Anströmhohlraum 26 erreicht, dass die Strömung vor den Spritzlöchern 24 umgelenkt wird. Die Umlenkung der Strömung des einzuspritzenden Mediums 40 von der Austrittsöffnung 27 über den Anströmhohlraum 26 zu den Spritzlöchern 24 hat zur Folge, dass die Primärstrahlen 41 bereits vor der Kollision turbulente Anteile besitzen, was in 5 schematisch anhand eines Querschnitts durch die Primärstrahlen 41 dargestellt ist. Mit der Zunahme des Turbulenzgrades verändert sich vorteilhaft die Sprayform. Während bei den Primärstrahlen 41 mit geringem Turbulenzanteil ein Strahlaufbruch senkrecht zu einer durch die zwei kollidierten Strahlen definierten Strahlebene, also in der y-z-Ebene erfolgt (1, 3), bricht der Strahl bei den durch das erfindungsgemäße Einspritzventil erzeugten stark turbulenten Primärstrahlen 41 in der Strahlebene, also in der x-z-Ebene auf. Solche flache Sprays 43, die in der Strahlebene, also in der x-z-Ebene aufbrechen, haben eine höhere Robustheit gegenüber Fertigungstoleranzen in Abhängigkeit der Spritzlochposition. Durch das Einstellen des Turbulenzgrades durch die Geometrie des Ventilsitzkörpers 16, der Lochscheibe 23, des Anströmhohlraums 26 und der Spritzlöcher 24 ist es darüber hinaus möglich auch ein rundes Spray 43 mit dieser Zerstäubungsmethode zu erzeugen. Somit kann durch das erfindungsgemäße Einspritzventil 1 die durch Umlenkung der Strömung erzeugten turbulenten Anteile der Primärstrahlen 41 und die anschließende Kollision der Primärstrahlen 41 ein vorteilhaft homogenes Spray 43 in verschiedenen Formen erzeugt werden. Die verschiedenen Formen des Sprays 43, die durch das erfindungsgemäße Einspritzventil 1 erzeugt werden können, sind schematisch in 6 dargestellt. Mit zunehmendem Turbulenzgrad kann die Form des Sprays 43 vorteilhaft von einer flachen sich in der y-z-Ebene erstreckenden Form (6, links), zu einer runden Form (6, Mitte) bis hin zu einer flachen sich in der x-z-Ebene erstreckenden Form (6, rechts) erzeugt werden. Die Form kann dabei durch die Geometrien des Ventilsitzkörpers 16, der Lochscheibe 23 und des Anströmhohlraums 26 bestimmt werden.
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So erweist es sich für die in 6 dargestellten Formen des Sprays 43 und für die Variation zwischen den dargestellten Formen des Sprays 43 als vorteilhaft, wenn der Quotient aus dem Hohlraumdurchmesser D26 des Anströmhohlraums 26 und dem Austrittsdurchmesser D27 der Austrittsöffnung zwischen 1,5 und 5 beträgt. Weiterhin vorteilhaft beträgt der Quotient aus einem Abstand B24 der zwei ein Spritzlochpaar bildenden Spritzlöcher 24 und dem Austrittsdurchmesser D27 zwischen 0,5 und 5 beträgt. Darüber hinaus ist es vorteilhaft wenn der Quotient aus einer Lochlänge L24 der Spritzlöcher 24 und einem Lochdurchmesser D24 der Spritzlöcher 24 zwischen 0,5 und 5 beträgt und /oder der Quotient aus der Lochlänge L24 der Spritzlöcher 24 und einer Hohlraumhöhe H26 des Anströmhohlraums 26 zwischen 0,25 und 5 beträgt. Weiterhin erweist sich eine Lochneigung LN, die zwischen 10 Grad und 60 Grad beträgt, als vorteilhaft, wobei die Lochneigung den Winkel zwischen der Ventillängsachse 2 und einer Spritzlochachse S bezeichnet.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einspritzventils 1. Es handelt sich dabei beispielsweise um ein Ventil in der Form eines Einspritzventils für gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, ein Einspritzventil zum Einspritzen von Wasser, ein Einspritzventil zum Einspritzen einen Harnstoffwasserlösung in einen Abgasstrang oder um jedes andere Einspritzventil, das dazu vorgesehen ist, ein einzuspritzendes Medium dosiert einzuspritzen. Das Einspritzventil 1 ist in 7 teilweise und schematisch dargestellt. Das Einspritzventil 1 hat beispielsweise einen nur schematisch angedeuteten, einen Teil des Ventilsitzgehäuses bildenden, beispielsweise rohrförmig ausgebildeten Ventilsitzträger 35, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine beispielsweise rohrförmige Ventilnadel 5 angeordnet. Die Ventilnadel 5 ist beispielsweise an ihrem stromabwärtigen Ende 6 mit einem beispielsweise kugelförmigen Ventilschließkörper 7 fest verbunden. Der Ventilschließkörper 7, der entlang der Ventillängsachse 2 axial bewegbar ist, wirkt mit einem Ventilsitz 29 zusammen. Der Ventilsitz 29 ist beispielsweise an einem Ventilsitzkörper 16 ausgebildet. An einem Umfang des Ventilschließkörpers 7 sind beispielsweise fünf Abflachungen 8 zum Vorbeiströmen des einzuspritzenden Mediums s vorgesehen.
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Die Betätigung des Einspritzventils kann in bekannter Weise, beispielsweise elektromagnetisch erfolgen. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. zum Schließen des Einspritzventils dient ein schematisch angedeuteter magnetischer Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11 und einem Kern 12. Der Anker 11 ist beispielsweise mit dem Ventilschließkörper 7 abgewandten Ende der Ventilnadel 5 beispielsweise durch eine Schweißnaht verbunden und auf den Kern 12 ausgerichtet.
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In einem stromabwärts liegenden Ende des Ventilsitzträgers 35 ist ein Ventilsitzkörper 16 beispielsweise durch Schweißen dicht montiert. An seiner dem Ventilschließkörper 7 abgewandten unteren Stirnseite 17 kann beispielsweise eine Lochscheibe 23 mit in der Lochscheibe 23 ausgebildeten Spritzlöcher 24 vorgesehen sein. Die Lochscheibe 23 ist stromabwärts des Ventilsitzkörpers 16 angeordnet. Der Ventilsitzkörper 16 kann an seiner unteren Stirnseite beispielsweise gestuft ausgeführt sein. So kann im mittleren Bereich rund um die Ventillängsachse 2 beispielsweise eine Vertiefung 20 vorgesehen sein, in der eine flache, beispielsweise einlagige Lochscheibe 23 eingebracht sein kann. Stromaufwärts der Spritzlöcher 24 der Lochscheibe 23 ist im Ventilsitzkörper 16 ein Anströmhohlraum 26 vorgesehen, über den die einzelnen Spritzlöcher 24 angeströmt werden. Der Anströmhohlraum 26 weist einen Hohlraumdurchmesser D26 senkrecht zu der Ventillängsachse 2 auf, der größer ist als ein Austrittsdurchmesser D27 der Austrittsöffnung 27 senkrecht zu der Ventillängsachse 2, aus der das einzuspritzende Medium kommend in den Anströmhohlraum 26 und letztlich in die Spritzlöcher 24 einströmt. Der Ventilsitzkörper 16 ist beispielsweise rotationssymmetrisch zur Ventillängsachse 2 ausgebildet.
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Die Verbindung von Ventilsitzkörper 16 und Lochscheibe 23 erfolgt beispielsweise durch eine umlaufend und dichte Schweißnaht 25 die außerhalb des Anströmhohlraums 26 platziert ist.
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Die Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 16 mit der Lochscheibe 23 in der Längsöffnung 3 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 5, da die eine Endstellung der Ventilnadel 5 bei nicht erregter Magnetspule 10 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 7 an einer sich stromabwärts konisch verjüngenden Ventilsitzfläche 29 des Ventilsitzkörpers 16 festgelegt ist. Die andere Endstellung der Ventilnadel 5 wird bei erregter Magnetspule 10 ist beispielsweise durch die Anlage des Ankers 11 an dem Kern 12 festgelegt. Der Weg zwischen diesen beiden Endstellungen der Ventilnadel 5 stellt somit den Hub dar.
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Die Spritzlöcher 24 der Lochscheibe 23 stehen mit dem Anströmhohlraum 26 in unmittelbarer Strömungsverbindung und werden dabei von der oberen Begrenzung des Anströmhohlraums 26 überdeckt. Mit anderen Worten ausgedrückt liegt ein vollständiger Versatz in einer Richtung senkrecht zur Ventillängsachse 2 von der den Einlass der Anströmhohlraums 26 festlegenden Austrittsöffnung 27 und den Spritzlöchern 24 vor. Aufgrund des beispielsweise radialen Versatzes der Spritzlöcher 24 gegenüber der Austrittsöffnung 27 ergibt sich ein S-förmiger Strömungsverlauf des Mediums, hier beispielsweise des einzuspritzenden Mediums. Durch den sogenannten S-Schlag vor und innerhalb der Lochscheibe 23 mit mehreren starken Strömungsumlenkungen wird die Strömung eine zerstäubungsfördernde Turbulenz aufgeprägt. Der Geschwindigkeitsgradient quer zur Strömung ist dadurch besonders stark ausgeprägt. Er ist ein Ausdruck für die Änderung der Geschwindigkeit quer zur Strömung, wobei die Geschwindigkeit in der Mitte der Strömung deutlich größer ist als in der Nähe der Wandungen. Die aus den Geschwindigkeitsunterschieden resultierenden erhöhten Scherspannungen im Fluid begünstigen die Turbulenz der Primärstrahlen 41 des einzuspritzenden Mediums 40 nach den Spritzlöchern 24. Der Grad dieser Turbulenz kann vorteilhaft durch die Geometrien des Anströmhohlraums 26, der Austrittsöffnung 27 und der Lochscheibe 23 und deren Verhältnisse zueinander variiert werden und somit kann, wie anhand der schematischen Darstellungen 3 bis 6 dargestellt, die Form des Sprays vorteilhaft variiert werden.
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In einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einspritzventils (8) ist im Unterschied zu dem in 7 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel die Lochscheibe 23 beispielsweise genapft ausgebildet. Der Ventilsitzkörper 16 kann, wie ebenfalls in 8 dargestellt, im Unterschied zu dem in 7 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel an seiner unteren Stirnseite eben, und ohne Abstufung ausgebildet sein.
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9 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des in 7 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einspritzventils 1, in dem die erfindungsgemäße Geometrie des Ventilsitzkörpers 16 und der Lochscheibe 23 dargestellt ist.
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In diesem ersten Ausführungsbeispiel beträgt der Quotient aus dem Hohlraumdurchmesser D26 des Anströmhohlraums 26 und dem Austrittsdurchmesser D27 der Austrittsöffnung 27 zwischen 1,5 und 5. Der Anströmhohlraum 26 ist beispielsweise den Spritzerlöchern 24 gegenüberliegend von einer Begrenzungsfläche 30 des Ventilsitzkörpers 16 begrenzt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Begrenzungsfläche 30 des Ventilsitzkörpers 16 eben ausgebildet und verläuft senkrecht zur Ventillängsachse 2 in einer Ebene. Auf der der Begrenzungsfläche 30 gegenüberliegenden Seite ist der Anströmhohlraum 26 durch die Lochscheibe 23 begrenzt. In bezüglich der Ventillängsachse 2 radialer Richtung ist der Anströmhohlraum 26 in diesem Ausführungsbeispiel durch eine zylinderförmige konzentrisch zur Ventillängsachse 2 an dem Ventilsitzkörper 16 ausgebildete Außenwand 31 begrenzt.
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Die Lochscheibe 23 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ebene Scheibe gleichmäßiger Dicke mit einer der Begrenzungsfläche 30 des Ventilsitzkörpers 16 zugewandten ebenen Oberseite 36 der Lochscheibe 23 einer von der Oberseite 36 der Lochscheibe 23 abgewandten Unterseite 37 der Lochscheibe 23 ausgebildet. Die Oberseite 36 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel parallel zu der Unterseite 37 und gleichzeitig parallel zu der Begrenzungsfläche 30 des Ventilsitzkörpers 16.
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In der Lochscheibe 23 sind Spritzlöcher 24 ausgebildet, die sich von der Oberseite 36 der Lochscheibe 23 zur Unterseite 37 der Lochscheibe 23 erstrecken. Die Spritzlöcher 24 können beispielsweise durch UKP-Laser, Stanzen, Bohren, Mikrofräsen, Erodieren oder andere geeignete Fertigungsverfahren gefertigt sein. In dem Ausführungsbeispiel ist ein Spritzlochpaar mit zwei Spritzlöcher 24 mit jeweils einer Spritzlochachse S dargestellt. Die Spritzlochachsen S der das Spritzlochpaar bildenden Spritzlöcher 24 verlaufen zur Erzielung einer Strahlkollision konvergent zueinander. Somit kollidieren die in 7 bis 10 nicht dargestellten stromabwärts der Spritzlöcher 24 erzeugten Primärstrahlen 41 aus dem einzuspritzenden Medium in einem Kollisionspunkt 42 und bilden nach der Kollision in dem Kollisionspunkt 42 ein Spray 43. Die Spritzlöcher 24 weisen eine Lochneigung LN auf. Die Lochneigung LN bezeichnet den Winkel zwischen der Ventillängsachse 2 und einer Spritzlochachse S. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Lochneigung zwischen 10° und 60°. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die zwei ein Spritzlochpaar bildenden Spritzlöcher 24 die gleiche Lochneigung LN auf. Die Lochscheibe 23 ist beispielsweise symmetrisch bezüglich wenigstens einer durch die Ventillängsachse 2 verlaufenden Ebene ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Spritzlöcher 24 als zylinderförmige Kanäle ausgebildet, wobei die Spritzlochachsen S die Achsen der Zylinder bilden. Somit weisen die die Spritzlöcher 24 in einem Querschnitt senkrecht zu der Spritzlochachse S eine kreisförmige Form auf. Sie können aber auch andere geeignete Formen der Querschnitte wie beispielsweise ovale oder mehreckige Formen aufweisen.
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Weiterhin beträgt der Quotient aus einem Abstand B24 der zwei ein Spritzlochpaar bildenden Spritzlöcher 24 und dem Austrittsdurchmesser D27 der Austrittsöffnung 27 zwischen 0,5 und 5. Die Spritzlöcher 24 weisen jeweils eine Lochlänge L24 und einem Lochdurchmesser D24 auf. Die Lochlänge entspricht in diesem Ausführungsbeispiel dem Abstand zwischen der Oberseite 36 der Lochscheibe 24 und der Unterseite 37 der Lochscheibe 24 und wird in Richtung der Ventillängsachse 2 gemessen. Der Lochdurchmesser D24 wird senkrecht zur Spritzlochachse S gemessen. Der Quotient aus der Lochlänge L24 der Spritzlöcher 24 und dem Lochdurchmesser de 24 der Spritzlöcher 24 beträgt in diesem Ausgangsbeispiel zwischen 0, 5 und 5. Der Anströmhohlraum 26 weist eine Hohlraumhöhe H26 auf. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Quotient aus der Lochlänge L24 der Spritzlöcher 24 und der Hohlraumhöhe H26 des Anströmhohlraums 26 zwischen 0,5 und 5. Der Anströmhohlraum 26 ist dabei beispielsweise zylinderförmig ausgebildet, wobei die Ventillängsachse 2 des Einspritzventils 1 die Längsachse des zylinderförmigen Anströmhohlraums 26 bildet.
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In 10 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels dargestellt. In Unterschied zu dem in 9 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des Einspritzventils ist in dem dritten Ausführungsbeispiel die Begrenzungsfläche 30 nicht in einer Ebene ausgebildet. In dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Begrenzungsfläche 30 derart ausgebildet, dass sich ein kreisförmiger Querschnitt des Anströmhohlraums 26 in einer Ebene senkrecht zu der Ventillängsachse 2 ausgehend von der Austrittsöffnung 17 zu der Lochscheibe 23 hin in einem Bereich kontinuierlich vergrößert. Die Begrenzungsfläche 30 liegt somit in diesem Ausführungsbeispiel auf einem Kegel. Der Anströmhohlraum 26 ist hier beispielsweise trichterförmig ausgebildet. Der Hohlraumdurchmesser H 26 bezeichnet dabei den größten Durchmesser des Anströmhohlraums 26 senkrecht zu der Ventillängsachse 2 und somit den Durchmesser des größten kreisförmigen Querschnitts des Anströmhohlraums 26 senkrecht zu der Ventillängsachse 2. In einer Richtung senkrecht zu der Ventillängsachse 2 betrachtet wird der Anströmhohlraum 26 ausgehend von der Austrittöffnung 17 zu den Spritzlöchern 24 hin enger. Dadurch kann in diesem Ausführungsbeispiel die Turbulenz vorteilhaft gezielt erhöht werden. Wie in 10 dargestellt schließt die Begrenzungsfläche 30 in dem Querschnitt mit einer Ebene senkrecht zur Ventillängsachse 2 einen Winkel BN ein. Der Winkel BN kann vorteilhaft zwischen 0° und 45° betragen.
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Selbstverständlich sind noch weitere Ausführungsbeispiele und Mischformen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006041476 A1 [0002]
- DE 102004049278 A1 [0003]
