DE102018218678A1 - Valve for metering a fluid, in particular fuel injection valve - Google Patents

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Abstract

Das erfindungsgemäße Ventil, insbesondere Brennstoffeinspritzventil zeichnet sich dadurch aus, dass es für höhere Fluiddrücke trotz reduzierter geometrischer Dimensionierung einsetzbar ist. Das Brennstoffeinspritzventil (1) umfasst einen erregbaren Aktuator (15) zur Betätigung eines Ventilschließabschnitts (21), der zusammen mit einer an einem Ventilsitzkörper (13) ausgebildeten Ventilsitzfläche (14) einen Dichtsitz bildet, und Abspritzöffnungen (4), die stromabwärts der Ventilsitzfläche (14) ausgebildet sind, und eine axial bewegbare Ventilnadel (11), die einen Ventilnadelschaft (19) aufweist, mit dem zusammen einteilig ein Führungsabschnitt (30) sowie der Ventilschließabschnitt (21) ausgeformt sind. Erfindungsgemäß ist zwischen dem zylindrischen Ventilnadelschaft (19) und dem Ventilschließabschnitt (21) der Führungsabschnitt (30) mit einer kugelförmigen Außenkontur ausgeformt.Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.The valve according to the invention, in particular the fuel injection valve, is distinguished by the fact that it can be used for higher fluid pressures despite the reduced geometrical dimensioning. The fuel injection valve (1) comprises an excitable actuator (15) for actuating a valve closing section (21), which forms a sealing seat together with a valve seat surface (14) formed on a valve seat body (13), and spray orifices (4) which are located downstream of the valve seat surface ( 14), and an axially movable valve needle (11) which has a valve needle shaft (19) with which a guide section (30) and the valve closing section (21) are formed in one piece. According to the invention, the guide section (30) is formed with a spherical outer contour between the cylindrical valve needle shaft (19) and the valve closing section (21). The fuel injection valve is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber of a mixture-compressing spark-ignition internal combustion engine.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a valve for metering a fluid, in particular a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.

In der 1 ist beispielhaft eine aus dem Stand der Technik bekannte Brennstoffeinspritzvorrichtung gezeigt, bei der ein in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine eingebautes Brennstoffeinspritzventil vorgesehen ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Das Ventil weist ein Ventilgehäuse auf, das u.a. einen einen Ventilsitzkörper aufnehmenden und mit dem Ventilsitzkörper fest verbundenen Ventilsitzträger umfasst. Mit dem Ventilsitzkörper wirkt ein Ventilschließkörper zu einem Dichtsitz zusammen. Der Ventilsitzkörper ist typischerweise eine Kugel, z.B. eine Kugellagerkugel, die an einem massiven Ventilnadelschaft z.B. mittels Schweißen befestigt ist. Zusammen bilden der Ventilsitzkörper und der Ventilnadelschaft eine axial bewegliche Ventilnadel, die u.a. im Bereich des kugelförmigen Ventilschließkörpers ihre untere Führung besitzt (z.B. DE 10 2005 052 255 A1 oder DE 100 55 513 A1 ).In the 1 shows, by way of example, a fuel injection device known from the prior art, in which a fuel injection valve is provided in a receiving bore in a cylinder head of an internal combustion engine. The fuel injection device is particularly suitable for use in fuel injection systems of mixed-compression spark-ignition internal combustion engines. The valve has a valve housing, which includes, among other things, a valve seat support which receives a valve seat body and is fixedly connected to the valve seat body. A valve closing body interacts with the valve seat body to form a sealing seat. The valve seat body is typically a ball, for example a ball bearing ball, which is fastened to a solid valve needle shaft, for example by means of welding. Together, the valve seat body and the valve needle shaft form an axially movable valve needle, which has its lower guide in the area of the spherical valve closing body (for example DE 10 2005 052 255 A1 or DE 100 55 513 A1 ).

Bekannt ist es ebenso bereits aus der DE 101 08 945 A1 , eine Ventilnadel in einem Brennstoffeinspritzventil für eine Brennstoffeinspritzanlage von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen vorzusehen, bei der an einem hohlen Ventilnadelschaft eine Kugel als Ventilschließkörper befestigt ist.It is also known from the DE 101 08 945 A1 to provide a valve needle in a fuel injection valve for a fuel injection system of mixed-compression spark-ignition internal combustion engines, in which a ball is attached to a hollow valve needle shaft as a valve closing body.

Außerdem ist aus der DE 10116 186 A1 bereits bekannt, eine Ventilnadel als massive stangenförmige, einen weitgehend kreisförmigen Querschnitt aufweisende Ventilnadel auszubilden, die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt aufweist, der aus der Stange unmittelbar mit hervorgeht. Dieser beispielsweise kugelig oder teilweise kugelförmig bzw. abgerundet ausgebildete oder sich keglig verjüngende Ventilschließabschnitt wirkt in bekannter Weise mit der im Ventilsitzelement vorgesehenen Ventilsitzfläche zusammen. Die untere Führung der Ventilnadel wird im Bereich eines Zylinderabschnitts der stangenförmigen Ventilnadel realisiert.It is also from the DE 10116 186 A1 Already known to form a valve needle as a solid rod-shaped, largely circular cross-section valve needle, which has a valve closing section at its downstream end, which emerges directly from the rod. This, for example, spherical or partially spherical or rounded or tapered valve closing section interacts in a known manner with the valve seat surface provided in the valve seat element. The lower guidance of the valve needle is realized in the area of a cylinder section of the rod-shaped valve needle.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Ventil zum Zumessen eines Fluids mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es für höhere Fluiddrücke trotz reduzierter geometrischer Dimensionierung einsetzbar ist. In vorteilhafter Weise ist die Geometrie der Ventilnadel an ihrem stromabwärtigen Ende derart optimiert, dass ein geringer Führungsdurchmesser der Ventilnadel erzielt ist, hydraulische Belastungen im Dichtsitzbereich reduziert sind und keine zusätzlichen Fügeschritte bei ihrer Herstellung benötigt werden.The valve according to the invention for metering a fluid with the characterizing features of claim 1 has the advantage that it can be used for higher fluid pressures despite reduced geometrical dimensions. The geometry of the valve needle is advantageously optimized at its downstream end in such a way that a small guide diameter of the valve needle is achieved, hydraulic loads in the sealing seat area are reduced and no additional joining steps are required during its manufacture.

Um diese Vorteile zu erreichen, ist erfindungsgemäß dazu zwischen dem zylindrischen Ventilnadelschaft und dem Ventilschließabschnitt der Führungsabschnitt mit einer kugelförmigen Außenkontur einteilig mit dem Ventilnadelschaft und dem Ventilschließabschnitt zusammen ausgeformt.In order to achieve these advantages, according to the invention, the guide section with a spherical outer contour is integrally formed together with the valve needle shaft and the valve closing section between the cylindrical valve needle shaft and the valve closing section.

Durch diese geometrische Auslegung wird die Hertzsche Pressung der Ventilnadel an der Ventilsitzfläche gegenüber bekannter kugeliger Ventilschließkörperlösungen reduziert. Auf diese Weise sind wiederum höhere Einspritzdrücke realisierbar. So können z.B. Kundenforderungen bei der Direkteinspritzung von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen mit Fluiddrücken von > 350 bar bis zu 500 - 600 bar umgesetzt werden. In vorteilhafter Weise können Ventilsitzkörper mit kleinerem Außendurchmesser eingesetzt werden, so dass auch die Durchmesser der Zylinderkopfbohrungen für die Ventile verkleinert werden können.This geometric design reduces the Hertzian pressure of the valve needle on the valve seat surface compared to known spherical valve closing body solutions. In this way, higher injection pressures can be realized. For example, Customer requirements for the direct injection of mixture-compressing spark-ignition internal combustion engines with fluid pressures of> 350 bar up to 500 - 600 bar can be implemented. Valve seat bodies with a smaller outside diameter can advantageously be used, so that the diameter of the cylinder head bores for the valves can also be reduced.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.Advantageous further developments and improvements of the valve specified in claim 1 are possible through the measures listed in the subclaims.

In vorteilhafter Weise liegen aufgrund der auf einen Drehpunkt M gelegten Mittelpunkte der Kugeln mit den Durchmessern D2 und D3 für den Führungsabschnitt und die Dichtsitzfläche der Ventilnadel keine Rundlaufabweichungen vom Dichtbereich zur Führung der Ventilnadel vor.Advantageously lie on a pivot point M placed centers of the balls with the diameters D2 and D3 no runout deviations from the sealing area for guiding the valve needle for the guide section and the sealing seat surface of the valve needle.

Aufgrund seiner Ausgestaltung dichtet der Ventilschließabschnitt kardanisch gegen die Ventilsitzfläche ab. Da der Durchmesser D2 des Führungsabschnitts unabhängig von der Größe des Durchmessers D3 der Dichtsitzfläche ist, kann der Führungsdurchmesser, der D2 entspricht, in vorteilhafter Weise kleiner als bei bekannten Lösungen ausgeführt werden. Toleranzbedingte Schrägstellungen der Ventilnadel können durch leichte Verdrehung bzw. Verkippung der Ventilnadel um den oben genannten Drehpunkt M ausgeglichen werden. Bei einer Schrägstellung der Ventilnadel kommt es in vorteilhafter Weise zu keiner Änderung des Dichtdurchmessers D4.Due to its design, the valve closing section gimbally seals against the valve seat surface. Because the diameter D2 of the guide section regardless of the size of the diameter D3 the sealing seat surface, the guide diameter, the D2 corresponds to be advantageously carried out smaller than in known solutions. Tolerance-related oblique positions of the valve needle can be caused by slight rotation or tilting of the valve needle around the pivot point mentioned above M be balanced. When the valve needle is inclined, there is advantageously no change in the sealing diameter D4 .

FigurenlisteFigure list

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

  • 1 einen schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil in einer bekannten Ausgestaltung mit einem Abspritzöffnungen aufweisenden Ventilsitzkörper am stromabwärtigen Ventilende,
  • 2 das abströmseitige Ventilende in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung als Ausschnitt II von 1 in einer vergrößerten Darstellung,
  • 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie III-III in 2 durch das abströmseitige Ventilende und
  • 4 eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäß ausgestalteten Ventilnadel im Bereich von unterer Führung und Ventilschließabschnitt.
Embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawing and in the following description explained in more detail. Show it
  • 1 3 shows a schematic section through a fuel injection valve in a known embodiment with a valve seat body having spray openings at the downstream valve end,
  • 2nd the downstream valve end in a configuration according to the invention as a cutout II from 1 in an enlarged view,
  • 3rd a sectional view along the line III-III in 2nd through the downstream valve end and
  • 4th an enlarged view of the valve needle designed according to the invention in the region of the lower guide and valve closing section.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Ein in 1 dargestelltes bekanntes Beispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht näher dargestellten Brennraum 25 einer Brennkraftmaschine. Allgemein ist die Erfindung anwendbar bei Ventilen zum Zumessen eines Fluids.An in 1 illustrated known example of a fuel injector 1 is in the form of a fuel injector 1 designed for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engines. The fuel injector 1 is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber, not shown 25th an internal combustion engine. In general, the invention is applicable to valves for metering a fluid.

Mit einem stromabwärtigen Ende ist das Brennstoffeinspritzventil 1 in eine Aufnahmebohrung 20 eines Zylinderkopfes 9 eingebaut. Ein Dichtring 2, insbesondere aus PTFE oder PTFE mit Füllstoffen, sorgt für eine optimale Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 gegenüber der Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9.With a downstream end is the fuel injector 1 in a mounting hole 20th of a cylinder head 9 built-in. A sealing ring 2nd , especially made of PTFE or PTFE with fillers, ensures an optimal seal of the fuel injector 1 opposite the wall of the location hole 20th of the cylinder head 9 .

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist an seinem zulaufseitigen Ende 3 eine Steckverbindung zu einer nicht gezeigten Brennstoffverteilerleitung auf, die durch einen Dichtring 5 zwischen einem Anschlussstutzen der Brennstoffverteilerleitung und einem Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgedichtet ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 verfügt über einen elektrischen Anschlussstecker 8 für die elektrische Kontaktierung zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1.The fuel injector 1 points at its inlet end 3rd a plug connection to a fuel distribution line, not shown, through a sealing ring 5 between a connection piece of the fuel distribution line and an inlet piece 7 of the fuel injector 1 is sealed. The fuel injector 1 has an electrical connector 8th for the electrical contact for actuating the fuel injector 1 .

Zwischen einem Ventilgehäuse 22 und einer z.B. rechtwinklig zur Längserstreckung der Aufnahmebohrung 20 verlaufenden Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 ist z.B. ein Entkopplungselement 24 eingelegt, das dem Ausgleich von Fertigungs- und Montagetoleranzen dient und eine querkraftfreie Lagerung auch bei leichter Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 sicherstellt. Außerdem erfolgt damit eine optimierte Geräuschentkopplung. Das Entkopplungselement 24 ist z.B. mittels einer Sicherungsscheibe 39 gesichert.Between a valve housing 22 and one, for example, at right angles to the longitudinal extent of the receiving bore 20th trending shoulder 23 the location hole 20th is for example a decoupling element 24th inserted, which serves to compensate for manufacturing and assembly tolerances and a lateral force-free storage even with slight misalignment of the fuel injector 1 ensures. This also results in optimized noise decoupling. The decoupling element 24th is, for example, using a lock washer 39 secured.

Das Ventilgehäuse 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 wird u.a. durch den Zulaufstutzen 7, aber auch von einem Düsenkörper 10 gebildet, in welchem eine Ventilnadel 11 angeordnet ist. Die Ventilnadel 11 steht bei einer solchen typischen und üblichen Ausführung mit einem kugelförmigen Ventilschließkörper 12 in Wirkverbindung, indem er an einem stangenförmigen Ventilnadelschaft 19 durch Schweißen fest verbunden ist. Der Ventilschließkörper 12 wirkt mit einer an einem Ventilsitzkörper 13 angeordneten Ventilsitzfläche 14 zu einem Dichtsitz zusammen. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens eine Abspritzöffnung 4 verfügt, typischerweise aber wenigstens zwei Abspritzöffnungen 4 aufweist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist jedoch idealerweise als Mehrloch-Einspritzventil ausgeführt und hat deshalb zwischen vier und dreißig Abspritzöffnungen 4.The valve housing 22 of the fuel injector 1 is inter alia through the inlet connection 7 , but also from a nozzle body 10th formed in which a valve needle 11 is arranged. The valve needle 11 stands in such a typical and usual design with a spherical valve closing body 12th in operative connection by being attached to a rod-shaped valve needle shaft 19th is firmly connected by welding. The valve closing body 12th acts with one on a valve seat body 13 arranged valve seat 14 to form a sealing seat. At the fuel injector 1 in the exemplary embodiment it is an inward opening fuel injector 1 which has at least one spray orifice 4th has, but typically at least two spray orifices 4th having. The fuel injector 1 is ideally designed as a multi-hole injection valve and therefore has between four and thirty spray orifices 4th .

Als Antrieb dient z.B. ein elektromagnetischer Kreis, der eine Magnetspule 15 als Aktuator umfasst, die in einem Spulengehäuse gekapselt und auf einen Spulenträger gewickelt ist, welcher einen Innenpol 16 umgibt. Zu dem elektroamagnetischen Kreis gehört weiterhin ein Anker 17, der auf der Ventilnadel 11 angeordnet ist. Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 17 von einer Rückstellfeder 18 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 12 an der Ventilsitzfläche 14 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 15 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 17 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 18 in Hubrichtung bewegt. Der Anker 17 nimmt die Ventilnadel 11 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 11 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 12 hebt von der Ventilsitzfläche 14 ab, und der Brennstoff wird durch die Abspritzöffnungen 4 abgespritzt.An electromagnetic circuit, for example a magnetic coil, serves as the drive 15 comprises as an actuator, which is encapsulated in a coil housing and wound on a coil carrier, which has an inner pole 16 surrounds. An armature also belongs to the electro-magnetic circuit 17th that on the valve pin 11 is arranged. In the idle state of the fuel injector 1 becomes the anchor 17th from a return spring 18th acted against its stroke direction so that the valve closing body 12th on the valve seat surface 14 is kept in a sealing system. When the solenoid is excited 15 this builds up a magnetic field, which is the anchor 17th against the spring force of the return spring 18th moved in the stroke direction. The anchor 17th takes the valve needle 11 also in the stroke direction. The one with the valve pin 11 related valve closing body 12th lifts from the valve seat 14 and the fuel will flow through the spray ports 4th hosed.

Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 17 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 18 vom Innenpol 16 ab, wodurch sich die Ventilnadel 11 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch setzt der Ventilschließkörper 12 auf der Ventilsitzfläche 14 auf, und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.If the coil current is switched off, the armature drops 17th after sufficient reduction of the magnetic field by the pressure of the return spring 18th from the inner pole 16 off, causing the valve needle 11 moved against the stroke direction. This sets the valve closing body 12th on the valve seat 14 on, and the fuel injector 1 will be closed.

Bei dieser Ausführung der Brennstoffeinspritzvorrichtung handelt es sich um ein System für die Benzindirekteinspritzung mit Brennstoffeinspritzventilen 1, die, wie gezeigt, mit einem elektromagnetischen Aktuator, aber auch mit Piezoaktoren betrieben und z.B. in einem Konstantdrucksystem eingesetzt werden.This version of the fuel injection device is a system for direct petrol injection with fuel injection valves 1 which, as shown, are operated with an electromagnetic actuator but also with piezo actuators and are used, for example, in a constant pressure system.

Die axial bewegliche Ventilnadel 11 besitzt ihren unteren Führungsbereich im Bereich des kugelförmigen Ventilschließkörpers 12 entlang einer zylindrischen Wandung der zentralen Öffnung des Ventilsitzkörpers 13. Der Führungsdurchmesser ist dabei vergleichsweise groß, da der kugelförmige Ventilschließkörper einen größeren Durchmesser besitzt als den des massiven Ventilnadelschaftes 19. Diese Dimensionierung bedingt wiederum einen vergleichsweise großen Durchmesser des Dichtsitzes sowie des Außendurchmessers des Ventilsitzkörpers 13, so dass eine hohe hydraulische Belastung des Dichtsitzes vorliegt. Bei einer solchen bekannten Lösung ist es zudem besonders wichtig, darauf zu achten, dass der Ventilnadelschaft 19 und der Ventilschließkörper 12 exakt koaxial zueinander verschweißt werden. The axially movable valve needle 11 has its lower guide area in the area of the spherical valve closing body 12th along a cylindrical wall of the central opening of the valve seat body 13 . The guide diameter is comparatively large because the spherical valve closing body has a larger diameter than that of the solid valve needle shaft 19th . This dimensioning in turn necessitates a comparatively large diameter of the sealing seat and the outside diameter of the valve seat body 13 , so that there is a high hydraulic load on the sealing seat. With such a known solution, it is also particularly important to ensure that the valve needle shaft 19th and the valve closing body 12th welded exactly coaxially to each other.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine an ihrem stromabwärtigen Ende in ihrer Geometrie optimierte Ventilnadel 11 für ein Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere eines Brennstoffeinspritzventils bereitzustellen, die geringere Führungsdurchmesser erlaubt und durch die sich reduzierte hydraulische Belastungen im Dichtsitzbereich ermöglichen lassen und die keine zusätzlichen Fügeschritte bei ihrer Herstellung benötigt.It is therefore an object of the invention to provide a valve needle which is optimized in its geometry at its downstream end 11 to provide for a valve for metering a fluid, in particular a fuel injection valve, which allows smaller guide diameters and which allows reduced hydraulic loads in the sealing seat area and which does not require any additional joining steps in their manufacture.

2 zeigt das abströmseitige Ventilende in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung als Ausschnitt II von 1 in einer vergrößerten Darstellung. Dabei ist ersichtlich, dass der Ventilnadelschaft 19 an seinem stromabwärtigen Ende einteilig in einen Ventilschließabschnitt übergeht, wobei zwischen dem mit konstantem Durchmesser ausgebildeten zylindrischen Ventilnadelschaft 19 und dem Ventilschließabschnitt 21 ein eine kugelförmige Außenkontur aufweisender Führungsabschnitt 30 ausgeformt ist. Anhand der 4 wird nachfolgend die erfindungsgemäße Geometrie des Ventilnadelschaftes 19 exakt beschrieben. 2nd shows the downstream valve end in a configuration according to the invention as a section II from 1 in an enlarged view. It can be seen that the valve needle shaft 19th merges in one piece at its downstream end into a valve closing section, between the cylindrical valve needle shaft formed with a constant diameter 19th and the valve closing section 21 a guide section having a spherical outer contour 30th is formed. Based on 4th is the geometry of the valve needle shaft according to the invention 19th exactly described.

3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie III-III in 2 durch das abströmseitige Ventilende. Diese Ansicht verdeutlicht die Ausformung von z.B. ein bis fünf, im dargestellten Beispiel drei als Durchflusstaschen dienende Ausnehmungen 31, die nutförmig, axial verlaufend in der inneren Öffnung des Ventilsitzkörpers 13 ausgebildet sind, um das ungehinderte Durchströmen des abzugebenden Fluids bis zur Ventilsitzfläche 14 zu gewährleisten. Die Ausnehmungen 31 sind dabei umfänglich, in idealer Weise gleichverteilt über den Umfang der inneren Öffnung des Ventilsitzkörpers 13 angeordnet. Zwischen den Ausnehmungen 31 befinden sich über den Umfang betrachtet jeweils zylindrische Wandungsbereiche aufweisende Führungsbereiche des Ventilsitzkörpers 13, an denen die Ventilnadel 11 während ihrer Axialbewegung auf Höhe des kugeligen Führungsabschnitts 30 geführt wird. Die Ausnehmungen 31 münden unterhalb der Führungsbereiche in einem radial weit ausgenommenen Raum des Ventilsitzkörpers 13, um den Einfluss der Ausnehmungen 31 auf das zu erzeugende Spraybild zu minimieren. 3rd shows a sectional view along the line III-III in 2nd through the downstream valve end. This view illustrates the shape of, for example, one to five, in the example shown three recesses serving as flow pockets 31 , the groove-shaped, axially extending in the inner opening of the valve seat body 13 are formed to the unimpeded flow of the fluid to be dispensed to the valve seat 14 to guarantee. The recesses 31 are extensive, ideally evenly distributed over the circumference of the inner opening of the valve seat body 13 arranged. Between the recesses 31 there are guide regions of the valve seat body each having cylindrical wall regions, viewed over the circumference 13 on which the valve needle 11 during their axial movement at the level of the spherical guide section 30th to be led. The recesses 31 open below the guide areas in a radially recessed space of the valve seat body 13 to the influence of the recesses 31 to minimize the spray image to be generated.

In der 4 ist eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäß ausgestalteten Ventilnadel 11 im Bereich von unterer Führung mit dem Führungsabschnitt 30 und Ventilschließabschnitt 21 zu sehen. Vom Anker 17 ausgehend verläuft der zylindrische Ventilnadelschaft 19 der Ventilnadel 11 in Richtung zum Ventilschließabschnitt 21 hin weitgehend mit einem konstanten Durchmesser D1. Am Nadelende folgt auf diesen konstantzylindrischen Abschnitt eine einstichartige Verjüngung, aus der dann nachfolgend der Führungsabschnitt 30 hervorgeht, der eine kugelförmige Außenkontur mit einem Durchmesser D2 besitzt. Dieser dient der unteren Führung der Ventilnadel 11 im Ventilsitzkörper 13. In stromabwärtiger Richtung schließt sich wiederum ein durchmesserverjüngter Schaftbereich an, der zylindrisch ausgeführt sein kann und dabei einen Durchmesser D6 aufweist. Darauf folgt der einteilig mitausgeformte Ventilschließabschnitt 21 mit einem Außendurchmesser D5. In einem kurzen Abschnitt bis zur Ventilsitzfläche 14 hin ist der Ventilschließabschnitt 21 mit einem konstanten Außendurchmesser D5 versehen, so dass dieser Abschnitt zylindrisch verläuft. Mit der kegelig ausgeführten Ventilsitzfläche 14 wirkt eine Dichtsitzfläche 28 des Ventilschließabschnitts 21 zum Dichtsitz zusammen, die sphärisch ausgeführt ist, und zwar mit einem Durchmesser D3. Erfindungsgemäß befinden sich die Mittelpunkte der gedachten Kreise bzw. Kugeln mit den Durchmessern D2 und D3 in einem Punkt auf der Mittelachse des Ventilnadelschaftes 19. Die Dichtsitzlinie zwischen Ventilsitzfläche 14 und Dichtsitzfläche 28 verläuft auf einem Durchmesser D4.In the 4th is an enlarged view of the valve needle designed according to the invention 11 in the area of the lower guide with the guide section 30th and valve closing section 21 to see. From the anchor 17th the cylindrical valve needle shaft starts out 19th the valve needle 11 towards the valve closing section 21 largely with a constant diameter D1 . At the end of the needle, this constant cylindrical section is followed by a puncture-like taper, from which the guide section then follows 30th emerges of a spherical outer contour with a diameter D2 owns. This serves to guide the valve needle at the bottom 11 in the valve seat body 13 . In the downstream direction, in turn, there is a tapered shaft area, which can be cylindrical and thereby have a diameter D6 having. This is followed by the one-piece molded valve closing section 21 with an outer diameter D5 . In a short section to the valve seat 14 is the valve closing section 21 with a constant outside diameter D5 provided so that this section is cylindrical. With the tapered valve seat 14 acts as a sealing seat 28 of the valve closing section 21 to the sealing seat, which is spherical, with a diameter D3 . According to the invention, the centers of the imaginary circles or spheres with the diameters are located D2 and D3 at a point on the central axis of the valve needle shaft 19th . The sealing seat line between the valve seat surface 14 and sealing seat 28 runs on a diameter D4 .

Aufgrund seiner Ausgestaltung dichtet der Ventilschließabschnitt 21 kardanisch gegen die Ventilsitzfläche 14 ab. Die Mittelpunkte der Kugeln mit Durchmesser D2 und D3 fallen zusammen und bilden einen Drehpunkt M. Da der Durchmesser D2 unabhängig von der Größe des Durchmessers D3 ist, kann der Führungsdurchmesser, der D2 entspricht, in vorteilhafter Weise kleiner als bei bekannten Lösungen ausgeführt werden. Toleranzbedingte Schrägstellungen der Ventilnadel 11 können durch leichte Verdrehung bzw. Verkippung der Ventilnadel 11 um den oben genannten Drehpunkt M ausgeglichen werden. Bei einer Schrägstellung der Ventilnadel 11 kommt es in vorteilhafter Weise zu keiner Änderung des Dichtdurchmessers D4. Aus Fertigungs- und Montagegründen sowie aus Gründen einer optimierten Abdichtung im Dichtsitz soll gelten: D1 > D2; speziell auch D1 > D2 > D5. Insbesondere lässt sich so der Führungsabschnitt 30 in seiner kugeligen Ausformung besser durch z.B. Schleifen oder Drehen bearbeiten. Denkbar ist jedoch auch, den Ventilschließabschnitt 21 mit einem Außendurchmesser D5 auszubilden, der dem des Führungsabschnitts 30 entspricht, also D2 = D5. Außerdem soll gelten: D2 > D6 < D5. Beispielhaft sollen praktische Größenangaben im Folgenden genannt sein: D1 = 2 mm; D2 = 1,8 mm; D3 = 3,2 mm; D4 = 1,35 mm; D5 = 1,6 mm; D6 = 1,3 mm. Diese Größenangaben sollen nur die Relationen zueinander ungefähr andeuten; Abweichungen von den konkreten Maßen sind denkbar. Diese Maßangaben beschränken die Erfindung insofern in keiner Weise.Due to its design, the valve closing section seals 21 gimbal against the valve seat 14 from. The centers of the balls with diameter D2 and D3 collapse and form a fulcrum M . Because the diameter D2 regardless of the size of the diameter D3 is the guide diameter that D2 corresponds to be advantageously carried out smaller than in known solutions. Tolerance-related oblique positions of the valve needle 11 can by slightly twisting or tilting the valve needle 11 around the pivot point mentioned above M be balanced. If the valve needle is tilted 11 there is advantageously no change in the sealing diameter D4 . For manufacturing and assembly reasons and for reasons of an optimized sealing in the sealing seat, the following should apply: D1>D2; especially D1>D2> D5. In particular, the guide section can be so 30th better work in its spherical shape by grinding or turning, for example. However, the valve closing section is also conceivable 21 with an outer diameter D5 train that of the guide section 30th corresponds, i.e. D2 = D5. The following should also apply: D2> D6 <D5. Practical size information should be mentioned below as an example: D1 = 2 mm; D2 = 1.8 mm; D3 = 3.2 mm; D4 = 1.35 mm; D5 = 1.6 mm; D6 = 1.3 mm. These sizes are only intended to roughly indicate the relationships to one another; Deviations from the concrete dimensions are conceivable. In this respect, these dimensions do not limit the invention in any way.

Der Durchmesser D5 soll so klein wie möglich gewählt werden, da auf diese Weise die hydraulische Öffnungskraft für die Ventilnadel 11 verkleinert werden kann. Wird der zylindrische Bereich des Ventilschließabschnitts 21 mit dem Außendurchmesser D5 nur sehr kurz ausgeführt (z.B. mit einer Länge von 0,2 mm), so ist auch der Unterdruckbereich sehr kurz, und die Öffnungskraft der Ventilnadel 11 kann minimiert werden.The diameter D5 should be chosen as small as possible, because in this way the hydraulic opening force for the valve needle 11 can be reduced. Becomes the cylindrical portion of the valve closing section 21 with the outside diameter D5 only very short (e.g. with a length of 0.2 mm), the vacuum range is also very short, and the opening force of the valve needle 11 can be minimized.

Durch diese geometrische Auslegung wird die Hertzsche Pressung der Ventilnadel 11 an der Ventilsitzfläche 14 gegenüber bekannter kugeliger Ventilschließkörperlösungen reduziert. Auf diese Weise sind wiederum höhere Einspritzdrücke realisierbar. So können z.B. Kundenforderungen bei der Direkteinspritzung von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen mit Fluiddrücken von > 350 bar bis zu 500 - 600 bar umgesetzt werden. In vorteilhafter Weise können Ventilsitzkörper 13 mit kleinerem Außendurchmesser eingesetzt werden, so dass auch die Durchmesser der Zylinderkopfbohrungen für die Ventile 1 verkleinert werden können.Through this geometric design, the Hertzian pressure of the valve needle becomes 11 on the valve seat surface 14 reduced compared to known spherical valve closing body solutions. In this way, higher injection pressures can be realized. For example, customer requirements can be implemented in the direct injection of mixed-compression spark-ignition internal combustion engines with fluid pressures of> 350 bar up to 500 - 600 bar. Valve seat bodies can advantageously 13 with a smaller outer diameter, so that the diameter of the cylinder head bores for the valves 1 can be reduced.

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Claims (10)

Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem erregbaren Aktuator (15) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (12), der zusammen mit einer an einem Ventilsitzkörper (13) ausgebildeten Ventilsitzfläche (14) einen Dichtsitz bildet, und wenigstens einer Abspritzöffnung (4), die stromabwärts der Ventilsitzfläche (14) ausgebildet ist, und mit einer Ventilnadel (11), die einen Ventilnadelschaft (19) aufweist, mit dem zusammen einteilig ein Führungsabschnitt (30) sowie ein Ventilschließabschnitt (21) ausgeformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zylindrischen Ventilnadelschaft (19) und dem Ventilschließabschnitt (21) der Führungsabschnitt (30) mit einer kugelförmigen Außenkontur ausgeformt ist.Valve for metering a fluid, in particular a fuel injection valve (1), in particular for injecting fuel directly into a combustion chamber, for fuel injection systems of internal combustion engines, with an excitable actuator (15) for actuating a valve closing body (12) which, together with one on a valve seat body ( 13) formed valve seat surface (14) forms a sealing seat, and at least one spray opening (4), which is formed downstream of the valve seat surface (14), and with a valve needle (11), which has a valve needle shaft (19), together with the one piece Guide section (30) and a valve closing section (21) are formed, characterized in that between the cylindrical valve needle shaft (19) and the valve closing section (21) the guide section (30) is formed with a spherical outer contour. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilnadelschaft (19) mit einem Durchmesser D1, der Führungsabschnitt (30) mit einem Durchmesser D2 und der Ventilschließabschnitt (21) mit einem Außendurchmesser D5 ausgeformt sind, wobei gilt D1 > D2, insbesondere D1 > D2 > D5.Valve after Claim 1 , characterized in that the valve needle shaft (19) is formed with a diameter D1, the guide section (30) with a diameter D2 and the valve closing section (21) with an outer diameter D5, D1> D2, in particular D1>D2> D5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilschließabschnitt (21) der Ventilnadel (11) eine Dichtsitzfläche (28) ausgeformt ist, die sphärisch mit einem Durchmesser D3 ausgeführt ist und mit der kegelig ausgeführten Ventilsitzfläche (14) zu dem Dichtsitz zusammenwirkt.Valve according to one of the preceding claims, characterized in that a sealing seat surface (28) is formed on the valve closing section (21) of the valve needle (11), which is designed spherically with a diameter D3 and interacts with the conical valve seat surface (14) to form the sealing seat . Ventil nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: D2 < D3 und sich die Mittelpunkte der gedachten Kreise bzw. Kugeln mit den Durchmessern D2 und D3 in einem Punkt M auf der Mittelachse des Ventilnadelschaftes (19) befinden.Valve after Claim 2 and 3rd , characterized in that: D2 <D3 and the centers of the imaginary circles or spheres with the diameters D2 and D3 are located at a point M on the center axis of the valve needle shaft (19). Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (11) mit einem weitgehend zylindrischen Ventilnadelschaft (19) über ihre axiale Länge verläuft, worauf eine einstichartige Verjüngung folgt, aus der dann nachfolgend der Führungsabschnitt (30) hervorgeht, dem sich in stromabwärtiger Richtung ein durchmesserverjüngter Schaftbereich anschließt, dem wiederum der einteilig mitausgeformte Ventilschließabschnitt (21) folgt.Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the valve needle (11) with a largely cylindrical valve needle shaft (19) extends over its axial length, which is followed by a puncture-like taper, from which the guide section (30) then follows, which is shown in FIG downstream, there is a tapered shaft region, which in turn is followed by the valve closing section (21), which is formed in one piece. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließabschnitt (21) in einem kurzen Abschnitt bis zur Ventilsitzfläche (14) hin mit einem konstanten Außendurchmesser D5 versehen ist, so dass dieser Abschnitt zylindrisch verläuft.Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the valve closing section (21) is provided in a short section up to the valve seat surface (14) with a constant outer diameter D5, so that this section is cylindrical. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Bereich des Ventilschließabschnitts (21) eine geringe axiale Länge hat, z.B. ca. 0,2 mm.Valve after Claim 6 , characterized in that the cylindrical region of the valve closing section (21) has a small axial length, for example approximately 0.2 mm. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtsitzlinie zwischen Ventilsitzfläche (14) und Dichtsitzfläche (28) auf einem Durchmesser D4 verläuft, wobei gilt D4 < D5 < D2.Valve after Claim 3 , characterized in that the sealing seat line between the valve seat surface (14) and the sealing seat surface (28) runs on a diameter D4, where D4 <D5 <D2. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (30) mit seiner kugelförmigen Außenkontur mittels Schleifen und/oder Drehen ausformbar ist.Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the guide section (30) can be shaped with its spherical outer contour by means of grinding and / or turning. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzkörper (13) in seiner inneren Öffnung ein bis fünf als Durchflusstaschen dienende Ausnehmungen (31) aufweist, die nutförmig verlaufen und zwischen denen über den Umfang betrachtet jeweils zylindrische Wandungsbereiche aufweisende Führungsbereiche des Ventilsitzkörpers (13) ausgebildet sind, an denen die Ventilnadel (11) während ihrer Axialbewegung auf Höhe des kugeligen Führungsabschnitts (30) geführt wird.Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the valve seat body (13) has in its inner opening one to five recesses (31) serving as flow pockets, which run in a groove-shaped manner and between which guide regions of the valve seat body (viewed over the circumference) each have cylindrical wall regions. 13) are formed, on which the valve needle (11) is guided during its axial movement at the level of the spherical guide section (30).
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