DE102018219649A1 - Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere Brennstoffeinspritzventil Download PDF

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Abstract

Das erfindungsgemäße Ventil, insbesondere Brennstoffeinspritzventil zeichnet sich dadurch aus, dass eine besonders hohe Struktur- und Schwingfestigkeit des Ventilsitzkörpers (5) vorliegt. Das Brennstoffeinspritzventil (1) umfasst einen erregbaren Aktuator zur Betätigung eines Ventilschließkörpers, der zusammen mit einer an dem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und Abspritzöffnungen (7), die stromabwärts der Ventilsitzfläche (6) ausgebildet sind, wobei die Abspritzöffnungen (7) in einem kuppenartig in Abspritzrichtung nach außen stehenden Mittenbereich (44) des Ventilsitzkörpers (5) eingebracht sind. Die wenigstens eine Abspritzöffnung (7) beginnt in Strömungsrichtung gesehen mit einer Einlaufstufe (70), wobei die Einlaufstufe (70) einen mindestens 10 % größeren Durchmesser besitzt als den Durchmesser der eigentlichen Abspritzöffnung (7) und die Länge der Einlaufstufe (70) zwischen 20 % und 80 %, insbesondere zwischen 40 % bis 60 %, der Gesamtlänge aus Einlaufstufe (70) und Abspritzöffnung (7) beträgt.Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • In den 1, 2a, 2b und 2c sind Ausführungsformen von bekannten Ventilsitzkörpern gezeigt. Dabei zeigen die 2a, 2b und 2c in schematischen Darstellungen drei grundsätzliche typische Bauarten von Abspritzöffnungen aufweisenden Ventilsitzkörpern. Während bei der bekannten und bewährten Lösung gemäß 2c der Ventilsitzkörper mit einer ebenen und flachen Stirnfläche das stromabwärtige Ventilende des Brennstoffeinspritzventils zum Brennraum hin abschließt, sind bei den ebenfalls bekannten Lösungen gemäß 2a und 2b die Ventilsitzkörper mit einem die Abspritzöffnungen umfassenden, kuppenartig in Abspritzrichtung nach außen stehenden Mittenbereich des Ventilsitzkörpers ausgestaltet. Entweder handelt es sich dabei um eine Kegelkuppe mit einer konischen Mantelfläche im Mittenbereich (z.B. DE 10 2013 219 027 A1 ) oder um eine Kugelkuppe mit einer sphärisch konvex nach außen verlaufenden Wölbung (z.B. EP 2 333 306 A1 ). In beiden Fällen geht der kuppenartige Mittenbereich des Ventilsitzkörpers fließend und in stetigem Fortgang in eine ebene und flache Stirnfläche des Ventilsitzkörpers über.
  • Bei derartigen Ventilsitzkörpern ist der gesamte Kuppenbereich ein festigkeitskritischer Bereich. Er wird beansprucht durch den millionenfachen Einschlag der Ventilnadel mit seinem Ventilschließkörper. Außerdem wirkt der Systemdruck des Brennstoffs auf die gesamte Innenseite des kuppenartigen Mittenbereichs vollflächig. Diese Lasten wirken mit dem Risiko einer Verbiegung des Kuppenbereichs mit negativem Einfluss auf die Qualität der Ventilsitzfläche, auf die Dichtheitsanforderungen und die Dauerfestigkeit des Ventilsitzkörpers in diesem Bereich.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Ventil zum Zumessen eines Fluids mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat neben der einfachen und kostengünstigen Herstellbarkeit zahlreiche weitere Vorteile. Erfindungsgemäß ist ein Mittenbereich des Ventilsitzkörpers des Ventils mit wenigstens einer Abspritzöffnung versehen, die in Strömungsrichtung gesehen mit einer Einlaufstufe beginnt, wobei die Einlaufstufe einen mindestens 10 % größeren Durchmesser besitzt als den Durchmesser der eigentlichen Abspritzöffnung. Außerdem beträgt die Länge der Einlaufstufe zwischen 20 % und 80 %, insbesondere zwischen 40 % bis 60 %, der Gesamtlänge aus Einlaufstufe und Abspritzöffnung. Diese Einlaufstufe führt bei gegebener Wandstärke zu einer Limitierung der Spritzlochlänge, was den Strahlaufbruch begünstigt und somit die Penetration des Fluidsprays in vorteilhafter Weise vermindert.
  • Durch den im Vergleich zur Abspritzöffnung vergrößerten Querschnitt der Einlaufstufe sinken die Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids im Bereich der Umlenkung von der Ventilsitzfläche in die Abspritzöffnung. Die verringerten Strömungsgeschwindigkeiten führen zum einen zu einer verminderten Kavitationsneigung der Flüssigkeit und damit zum anderen zu einer erhöhten Lochfüllung. Dieser Effekt äußert sich in einer verbesserten Übereinstimmung zwischen Loch- und Strahlachse, wodurch die Anpassung des abzuspritzenden Sprays an die jeweilige Innengeometrie des Brennraums erleichtert wird. Zudem kann die verringerte Kavitationsneigung die Lebensdauer des Ventils erhöhen, da eine Materialerosion aufgrund von implodierenden Dampfblasen weitgehend vermieden wird.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils, insbesondere Brennstoffeinspritzventils möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist es, den Mittenbereich des Ventilsitzkörpers kuppenartig auszubilden und den kuppenartig axial hervorstehenden Mittenbereich des Ventilsitzkörpers so auszuführen, dass er radial außerhalb der Mündungsbereiche aller Abspritzöffnungen in einer vertieften Senke endet, von der aus sich nach radial außen ein wiederum axial hervorstehender Randbereich des Ventilsitzkörpers anschließt, so dass im Querschnitt eine insgesamt wellenförmige Kuppenkontur des Ventilsitzkörpers gebildet ist.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im Motorbetrieb auf der Außenseite des kuppenartigen Mittenbereichs weniger Rußablagerungen entstehen als bei bekannten Brennstoffeinspritzventilen. Durch das Design des Ventilsitzkörpers wird im Bauteil eine Temperaturverteilung erreicht, die das rasche Anwachsen der Rußbeläge verhindert.
  • Aufgrund der geringen Belagsbildung an der Oberfläche des Ventilsitzkörpers bietet das Design eine größere Sicherheit gegen das Zuwachsen der Abspritzöffnungen („Verkokung“). Unter Berücksichtigung der weltweit stark schwankenden Brennstoffqualität ist dieses robuste Verhalten von großem Vorteil.
  • Weiterhin vorteilhaft ist es, dass auch der durch den Motordauerbetrieb hervorgerufene Anstieg der Partikelemissionen im Abgas geringer ausfällt als bei Brennstoffeinspritzventilen nach dem Stand der Technik (Reduzierung des PN-Drift).
  • Besonders vorteilhaft ist es, dass die Geometrieauslegung der Abspritzöffnungen in Verbindung mit der Geometrieauslegung des Ventilsitzkörpers in seinem dem Brennraum zugewandten Bereich sehr flexibel an gewünschte Einbaubedingungen und Anforderungen an den Motorbetrieb anpassbar ist.
  • Figurenliste
  • 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,
    • 2a, 2b, 2c schematische Darstellungen von verschiedenen bekannten Bauarten Abspritzöffnungen aufweisender Ventilsitzkörper als Ausschnitt II - III von 1 in einer jeweils vergrößerten Darstellung,
    • 3 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel von Abspritzöffnungen in einem Ventilsitzkörper in einer mit 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung und
    • 4 eine erfindungsgemäß ausgeformte Abspritzöffnung in einer vergrößerten Darstellung als Ausschnitt IV von 3.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 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 dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine. Allgemein ist die Erfindung anwendbar bei Ventilen zum Zumessen eines Fluids.
  • Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer an einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Ventilsitzkörper 5 und Düsenkörper 2 können auch einteilig ausgeführt sein. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens eine Abspritzöffnung 7 verfügt, typischerweise aber wenigstens zwei Abspritzöffnungen 7 aufweist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist jedoch idealerweise als Mehrloch-Einspritzventil ausgeführt und hat deshalb zwischen vier und dreißig Abspritzöffnungen 7. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen ein Ventilgehäuse 9 abgedichtet. Als Antrieb dient z.B. ein elektromagnetischer Kreis, der eine Magnetspule 10 als Aktuator umfasst, die in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt ist, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und das Ventilgehäuse 9 sind durch eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann. Alternativ sind auch piezoelektrische oder magnetostriktive Aktuatoren verwendbar.
  • Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. Auf der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Einstellhülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
  • In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem Führungskörper 41 verlaufen Brennstoffkanäle 30, 31 und 32. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere Dichtung 36 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet.
  • Auf der stromabwärtigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 33, welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt auf einem zweiten Flansch 34 auf, welcher über eine Schweißnaht 35 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden ist.
  • Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der Brennstoff wird durch die Abspritzöffnungen 7 abgespritzt.
  • Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
  • In den 1, 2a, 2b und 2c sind Ausführungsformen von bekannten Ventilsitzkörpern 5 gezeigt, um zu verdeutlichen, dass es sehr unterschiedlich ausgeformte Ventilsitzkörper 5 gibt, in denen Abspritzöffnungen 7 einbringbar sind. Die 2a, 2b und 2c zeigen in sehr schematischen Darstellungen drei grundsätzliche typische Bauarten von Abspritzöffnungen 7 aufweisenden Ventilsitzkörpern 5. Während bei der bekannten und bewährten Lösung gemäß 2c der Ventilsitzkörper 5 mit einer ebenen und flachen Stirnfläche 43 das stromabwärtige Ventilende des Brennstoffeinspritzventils 1 zum Brennraum hin abschließt, sind bei den ebenfalls bekannten Lösungen gemäß 2a und 2b die Ventilsitzkörper 5 mit einem die Abspritzöffnungen 7 umfassenden, kuppenartig in Abspritzrichtung nach außen stehenden, rotationssymmetrisch zu einer Ventillängsachse 40 ausgebildeten Mittenbereich 44 des Ventilsitzkörpers 5 ausgestaltet. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2a handelt es sich dabei um eine Kegelkuppe mit einer konischen Mantelfläche im Mittenbereich 44, während der Mittenbereich 44 der Ausführungsform gemäß 2b als Kugelkuppe sphärisch konvex nach außen gewölbt ausgeführt ist. In beiden Fällen geht der kuppenartige Mittenbereich 44 des Ventilsitzkörpers 5, ähnlich der Ausführung gemäß 2c, fließend und in stetigem Fortgang in die ebene und flache Stirnfläche 43 des Ventilsitzkörpers 5 über. Die bekannten Abspritzöffnungen 7 besitzen dabei eine zylindrische Kontur (2c) oder sind mit einer oder mehreren Vorstufen versehen, die sich stromabwärts an die eigentlichen Abspritzöffnungen 7 anschließen und insofern die Länge der eigentlichen Abspritzöffnungen 7 verkürzen (2a, 2b).
  • Stromabwärts des Ventilsitzes 6 strömt das Fluid, hier der Brennstoff, je nach Geometrieauslegung mit einem unterschiedlich hohen Turbulenzgrad zu den einzelnen Locheintrittskanten der Abspritzöffnungen 7. Je nach Lochform liegt der Strahlschwerpunkt (Massen- und Volumenschwerpunkt der Flüssigphase) in der Realität nicht unbedingt mittig in der Abspritzöffnung 7 bzw. der stromabwärts folgenden Vorstufe. Die starken Umlenkungsvorgänge führen am Locheintritt zu einer starken Fluidablösung, die sich bis zum Lochaustritt fortsetzen kann. Die Gemischaufbereitung hat einen wesentlichen Einfluss auf die Emissionswerte bei der Einspritzung von Brennstoff. Mit steigenden Spritzlochlängen nimmt die Penetration des Brennstoffsprays in der Regel zu, was zu einer ungewünschten Benetzung der Brennraumwände und damit einhergehend zu einer Erhöhung der Partikelemissionen führen kann. Dies können auch die Länge der Abspritzöffnungen verkürzende Vorstufen an Abspritzöffnungen wegen der bereits erwähnten Problematik der Fluidablösung nicht immer verhindern. Ziel der Erfindung ist deshalb die Entkopplung der Lochlänge von der Wandstärke des Ventilsitzkörpers 5 im Bereich der Abspritzöffnungen 7, ohne dem Brennraum zugewandte Vorstufen an den Abspritzöffnungen 7 ausformen zu müssen.
  • Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Abspritzöffnung 7 derart ausgestaltet, dass in Strömungsrichtung gesehen die Abspritzöffnung 7 mit einer Einlaufstufe 70 beginnt, wobei die Einlaufstufe 70 einen mindestens 10 % größeren Durchmesser besitzt als den Durchmesser der eigentlichen Abspritzöffnung 7 und die Länge der Einlaufstufe 70 zwischen 20 % und 80 %, insbesondere zwischen 40 % bis 60 %, der Gesamtlänge aus Einlaufstufe 70 und Abspritzöffnung 7 beträgt. Diese Einlaufstufe 70 führt bei gegebener Wandstärke zu einer Limitierung der Spritzlochlänge, was den Strahlaufbruch begünstigt und somit die Penetration des Fluidsprays in vorteilhafter Weise vermindert.
  • In der 3 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel von Abspritzöffnungen 7 in einem Ventilsitzkörper 5 in einer mit 2 vergleichbaren Ausschnittdarstellung dargestellt. Der kuppenartige Mittenbereich 44 ist in idealer Weise rotationssymmetrisch zur Ventillängsachse 40 ausgeformt und endet radial außerhalb der Mündungsbereiche aller Abspritzöffnungen 7 in einer umlaufenden vertieften Senke 47, die ähnlich einer Ringsicke eingekerbt ist. Von der eingekerbten Senke 47 aus schließt sich nach radial außen ein wiederum axial hervorstehender Randbereich 48 des Ventilsitzkörpers 5 an, so dass im Querschnitt eine insgesamt wellenförmige Kuppenkontur des Ventilsitzkörpers 5 gebildet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Senke 47 und der Übergang der radial äußeren Senkenkante zum Randbereich 48 jeweils mit einem recht kleinen Radius gerundet ausgebildet. Der Randbereich 48 weist hier eine ebene und flache Stirnfläche 43 auf.
  • Der Mittenbereich 44 liegt dabei gegenüber dem sich nach radial außen erstreckenden Randbereich 48 des Ventilsitzkörpers 5 bezüglich seiner axialen Erstreckung entweder zurückversetzt oder vorgesetzt oder beide Bereiche 44, 48 liegen mit ihren Stirnflächen 43 ungefähr in ein und derselben Ebene. Dargestellt ist in der 3 eine optimierte Gestaltungsvariante, bei der der Mittenbereich 44 gegenüber dem sich nach radial außen erstreckenden Randbereich 48 des Ventilsitzkörpers 5 bezüglich seiner axialen Erstreckung geringfügig vorgesetzt liegt.
  • Von der Senke 47, die als Entlastungsnut dient, läuft die Kontur nach radial außen in einem Winkel von 0° bis maximal 70° zur senkrechten Ventillängsachse 40 zur Stirnfläche 43 des Ventilsitzkörpers 5 aus. Je nach Design kann der Winkel auch mit einem Radius größer als 0,5 mm ersetzt werden. Die Senke 47 dient zudem der Zirkulation von Luft, die den Strahlaufbruch des Fluidsprays begünstigt. Außerdem hilft sie, die im Randbereich der Senke 47 mündenden Abspritzöffnungen 7 vor Ablagerungen von Verbrennungsprodukten und Brennraumgasen zu schützen.
  • In der 4 ist eine erfindungsgemäß ausgeformte Abspritzöffnung 7 in einer vergrößerten Darstellung als Ausschnitt IV von 3 gezeigt. Dabei wird besonders ersichtlich, dass die Einlaufstufe 70 der eigentlichen Abspritzöffnung 7 strömungstechnisch vorgelagert ist. Die Einlaufstufe 70 folgt in Strömungsrichtung unmittelbar dicht hinter der Ventilsitzfläche 6, wobei die Einlaufstufe 70 eine größere Öffnungsweite bzw. einen größeren Durchmesser besitzt als die Öffnungsweite bzw. den Durchmesser der eigentlichen Abspritzöffnung 7. Der Unterschied zwischen Öffnungsweite bzw. Durchmesser von Einlaufstufe 70 zu Abspritzöffnung 7 soll mindestens 10 % betragen. Eine Größenordnung bis zu 40 % ist denkbar.
  • Die Länge der Einlaufstufe 70 beträgt zwischen 20 % und 80 %, insbesondere zwischen 40 % bis 60 %, der Gesamtlänge aus Einlaufstufe 70 und Abspritzöffnung 7. In der 4 ist eine bevorzugte Ausführungsvariante gezeigt, bei der die Länge der Einlaufstufe 70 zwischen 40 % bis 60 % der Gesamtlänge aus Einlaufstufe 70 und Abspritzöffnung 7 beträgt.
  • Die Einlaufstufe 70 und die Abspritzöffnung 7 verlaufen in vorteilhafter Weise mit ihren Mittelachsen fluchtend zueinander. Denkbar ist jedoch auch, dass die Einlaufstufe 70 exzentrisch zur Abspritzöffnung 7 verläuft. Ebenso kann die Einlaufstufe 70 unter einem Verkippungswinkel zur Abspritzöffnung 7 verlaufen.
  • Während in 4 eine Abspritzöffnung 7 gezeigt ist, der genau eine Einlaufstufe 70 zugeordnet ist, ist es auch möglich, die Einlaufstufe 70 selbst mindestens ein weiteres Mal zu stufen, wobei der Durchmesser mit jeder Stufe in stromabwärtiger Richtung zur Abspritzöffnung 7 hin dann abnimmt, die letzte Stufe vor der Abspritzöffnung 7 aber immer noch mindestens 10 % in ihrer Öffnungsweite größer ist als die Öffnungsweite der Abspritzöffnung 7. Die Einlaufstufe 70 bzw. jede Unterstufe der Einlaufstufe 70 hat eine Länge von mindestens 50 µm.
  • Im Querschnitt sind alle Formen für die Einlaufstufen 70 und Abspritzöffnungen 7 denkbar, von rund über oval bis mehreckig. Neben einer zylindrischen Ausführung ist ebenfalls eine positiv oder negativ konische axiale Ausformung denkbar. Bei allen Ausgestaltungen werden die Einlaufstufen 70 und Abspritzöffnungen 7 mittels Erodieren, Laserbohren oder Stanzen hergestellt. Die Abspritzöffnungen 7 können am Spritzlocheintritt bzw. -austritt entweder scharfkantig gefertigt werden oder aber z.B. durch hydroerosives Erodieren verrundet werden.
  • Durch den im Vergleich zur Abspritzöffnung 7 vergrößerten Querschnitt der Einlaufstufe 70 sinken die Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids im Bereich der Umlenkung von der Ventilsitzfläche 6 in die Abspritzöffnung 7. Die verringerten Strömungsgeschwindigkeiten führen zum einen zu einer verminderten Kavitationsneigung der Flüssigkeit und damit zum anderen zu einer erhöhten Lochfüllung. Dieser Effekt äußert sich in einer verbesserten Übereinstimmung zwischen Loch- und Strahlachse, wodurch die Anpassung des abzuspritzenden Sprays an die jeweilige Innengeometrie des Brennraums erleichtert wird. Zudem kann die verringerte Kavitationsneigung die Lebensdauer des Ventils 1 erhöhen, da eine Materialerosion aufgrund von implodierenden Dampfblasen weitgehend vermieden wird.
  • Als typischer Werkstoff für den Ventilsitzkörper 5 kann Stahl verwendet werden. Die Herstellung des kuppenartigen Mittenbereichs 44 kann deshalb mittels Zerspanen (z. B. Drehen, Schleifen, Honen), durch Umformen (z. B. Fließpressen) oder auch durch Urformen (z. B. Metal Injection Molding) erfolgen. Abgesehen von Stahl kommen aber auch andere metallische Werkstoffe oder keramische Werkstoffe für den Ventilsitzkörper 5 in Frage.
  • Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und z.B. für andersartig angeordnete Abspritzöffnungen 7 sowie für beliebige Bauweisen von nach innen öffnenden Mehrloch-Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102013219027 A1 [0002]
    • EP 2333306 A1 [0002]

Claims (10)

  1. 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 (10) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und wenigstens einer Abspritzöffnung (7), die stromabwärts der Ventilsitzfläche (6) ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine Abspritzöffnung (7) in einem Mittenbereich (44) des Ventilsitzkörpers (5) eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Abspritzöffnung (7) in Strömungsrichtung gesehen mit einer Einlaufstufe (70) beginnt, wobei die Einlaufstufe (70) einen mindestens 10 % größeren Durchmesser besitzt als den Durchmesser der eigentlichen Abspritzöffnung (7) und die Länge der Einlaufstufe (70) zwischen 20 % und 80 %, insbesondere zwischen 40 % bis 60 %, der Gesamtlänge aus Einlaufstufe (70) und Abspritzöffnung (7) beträgt.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufstufe (70) und die Abspritzöffnung (7) mit ihren Mittelachsen fluchtend zueinander verlaufen.
  3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufstufe (70) exzentrisch zur Abspritzöffnung (7) verläuft.
  4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufstufe (70) unter einem Verkippungswinkel zur Abspritzöffnung (7) verläuft.
  5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufstufe (70) mindestens ein weiteres Mal selbst gestuft ist, wobei der Durchmesser mit jeder Stufe in stromabwärtiger Richtung zur Abspritzöffnung (7) hin abnimmt.
  6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufstufe (70) bzw. jede Unterstufe der Einlaufstufe (70) eine Länge von mindestens 50 µm hat.
  7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Querschnitt eine insgesamt wellenförmige Kuppenkontur des Ventilsitzkörpers (5) gebildet ist.
  8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenbereich (44) des Ventilsitzkörpers (5) kuppenartig in Abspritzrichtung nach außen steht und der kuppenartige Mittenbereich (44) rotationssymmetrisch zu einer Ventillängsachse (40) ausgeformt ist und eine Senke (47) radial außerhalb der Abspritzöffnungen (7) umlaufend verläuft.
  9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenbereich (44) gegenüber dem sich nach radial außen erstreckenden Randbereich (48) des Ventilsitzkörpers (5) bezüglich seiner axialen Erstreckung entweder zurückversetzt oder vorgesetzt liegt oder beide Bereiche (44, 48) mit ihren Stirnflächen (43) ungefähr in ein und derselben Ebene liegen.
  10. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei und dreißig Abspritzöffnungen (7) in dem Ventilsitzkörper (5) vorgesehen sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2333306A1 (de) 2008-09-05 2011-06-15 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Brennstoffeinspritzventil und verfahren zur montage zweier teile davon
DE102013219027A1 (de) 2012-09-26 2014-03-27 Denso Corporation Kraftstoffeinspritzventil

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