EP1322858A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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Publication number
EP1322858A1
EP1322858A1 EP01967027A EP01967027A EP1322858A1 EP 1322858 A1 EP1322858 A1 EP 1322858A1 EP 01967027 A EP01967027 A EP 01967027A EP 01967027 A EP01967027 A EP 01967027A EP 1322858 A1 EP1322858 A1 EP 1322858A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
swirl
fuel injection
injection valve
valve according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01967027A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guenter Dantes
Detlef Nowak
Matthias Waldau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1322858A1 publication Critical patent/EP1322858A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M61/1873—Valve seats or member ends having circumferential grooves or ridges, e.g. toroidal

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • a fuel injector which is characterized in that a guide and seat area is provided at the downstream end of the valve, which is formed by three disc-shaped elements.
  • a swirl element is embedded between a guide element and a valve seat element.
  • the guide element serves to guide an axially movable valve needle projecting through it, while a valve closing section of the valve needle interacts with a valve seat surface of the valve seat element.
  • the swirl element has an inner opening region with a plurality of swirl channels which do not communicate with the outer circumference of the swirl element in connection. The entire opening area extends completely over the axial thickness of the swirl element.
  • a fuel injector which is characterized in that it has a swirl disk downstream of a valve seat, which consists of at least one metallic Material consists of at least two swirl channels opening into a swirl chamber and in which all layers are directly adhered to one another by means of galvanic metal deposition (multilayer electroplating).
  • the swirl disk is installed in the valve such that its surface normal is inclined at an angle to the longitudinal axis of the valve which deviates from 0 °, so that a jet angle ⁇ to the longitudinal axis of the valve is achieved by the alignment of the swirl disk.
  • a disadvantage of the fuel injection valves known from the above-mentioned documents is, in particular, the high manufacturing and thus the cost.
  • complex manufacturing measures have to be taken.
  • the beam angles ⁇ and ⁇ cannot be realized with common swirl preparation methods.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that a swirl disk is easy to manufacture from individual swirl elements and can be used in any standard fuel injector. 'The number of swirl elements as well as the overlapping Brennstoff penbowitch formed through which fuel channels which give the fuel a swirl, there are arbitrary and can be adapted to the claims, the fuel injection valve in a simple manner in accordance with.
  • An inclination of the longitudinal axis of the valve seat body with respect to the longitudinal axis of the fuel injector is also advantageous for use in the case of oblique injection.
  • a swirl chamber is formed on the outlet side of the swirl disk, which is dimensioned such that a homogeneous swirl flow can form therein.
  • the arrangement of the swirl disk in an insert that can be inserted into the valve seat body is advantageous because the insert and the recess receiving the insert are easy to produce.
  • FIG. 1 shows a schematic section through a first exemplary embodiment of a fuel injector according to the invention
  • FIG. 2A shows a schematic section from the first exemplary embodiment of the fuel injector according to the invention shown in FIG. 1 in area II in FIG. 1,
  • FIG. 2B is a schematic plan view of the swirl disk in FIG. 2A in the outflow direction
  • FIG. 3A shows a schematic section from a second exemplary embodiment of the fuel injector according to the invention in area II in FIG. 1, and Fig. 3B is a schematic plan view of the swirl disk in Fig. 3A in the outflow direction.
  • a fuel injector 1 is in the form of a fuel injector 1 for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited
  • the fuel injection valve 1 is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.
  • the fuel injector 1 consists of a nozzle body 2, in which a valve needle 3 is arranged.
  • the valve needle 3 is operatively connected to a valve closing body 4, which cooperates with a valve seat surface 6 arranged on a valve seat body 5 to form a sealing seat.
  • the valve seat body 5 can be inserted into a recess 50 of the nozzle body 2.
  • fuel injector 1 is a fuel injector 1 that opens inward and has a spray opening 7.
  • the nozzle body 2 is sealed by a seal 8 against the outer pole 9 of a magnetic coil 10.
  • the magnet coil 10 is encapsulated in a coil housing 11 and wound on a coil carrier 12, which bears against an inner pole 13 of the magnet coil 10.
  • the inner pole 13 and the outer pole 9 are separated from one another by a gap 26 and are supported on a connecting component 29.
  • the magnet coil 10 is excited via a line 19 by an electrical current that can be supplied via an electrical plug contact 17.
  • the plug contact 17 is surrounded by a plastic sheath 18, which may be molded onto the inner pole 13.
  • valve needle 3 is guided in a valve needle guide 14, which is disc-shaped.
  • a paired adjusting washer 15 is used for stroke adjustment on the other side of the adjusting disk 15 there is an armature 20.
  • This is non-positively connected via a first flange 21 to the valve needle 3, which is connected to the first flange 21 by a weld seam 22.
  • a restoring spring 23 is supported on the first flange 21 and, in the present design of the fuel injector 1, is preloaded by a sleeve 24.
  • Fuel channels 30a and 30b run in the valve needle guide 14 and in the armature 20, which channels the fuel, which is supplied via a central fuel supply 16 and filtered by a filter element 25, to the spray opening 7.
  • the fuel injector 1 is sealed by a seal 28 'against a fuel line, not shown.
  • a swirl disk 34 is arranged on the inlet side of the valve seat body 5, which is formed in the present first exemplary embodiment from four swirl elements 36a to 36d.
  • the swirl elements 36 are welded to one another and to the valve seat body 5.
  • the valve needle 3 passes through the swirl disk 34 and is guided by a cardanic valve needle guide 46 to avoid center misalignments and canting.
  • the swirl elements 36 of the swirl disk 34 have fuel feedthroughs 35a to 35d which overlap to form fuel channels 37 which pull the swirl disk 34 through.
  • a detailed illustration of the drain elements 36 can be seen in FIGS. 2 and 3.
  • the armature 20 is acted upon by the return spring 23 against its stroke direction in such a way that the valve closing body 4 is held in sealing contact with the valve seat 6.
  • the magnetic coil 10 When the magnetic coil 10 is excited, it builds up a magnetic field which moves the armature 20 against the spring force of the return spring 23 in the stroke direction, the stroke being predetermined by a working gap 27 which is in the rest position between the inner pole 12 and the armature 20.
  • the armature 20 also carries the flange 21, which is welded to the valve needle 3, in the lifting direction.
  • the standing with the valve needle 3 is in operative connection valve-closure member 4 lifts off from valve seat surface 6 and on 'the fuel channels 30a and 30b and formed in the swirl plate 34.
  • Fuel channels 37 led to the ejection opening 7 fuel is discharged. This is preferably inclined at a spray angle ⁇ with respect to a longitudinal axis 45 of the fuel injection valve 1.
  • the armature 20 drops from the inner pole 13 after the magnetic field has been sufficiently reduced by the pressure of the return spring 23, as a result of which the flange 21 which is operatively connected to the valve needle 3 moves counter to the stroke direction.
  • the valve needle 3 is thereby moved in the same direction, as a result of which the valve-closure member 4 is seated on the valve seat surface 6 and the fuel injection valve 1 is closed.
  • FIG. 2A shows an enlarged sectional view of an enlarged view of the spray-side part of the first exemplary embodiment of a fuel injector according to the invention described in FIG. 1.
  • the section shown is designated II in FIG. 1.
  • the swirl disk 34 which is constructed from four swirl elements 36 in the present exemplary embodiment, is inserted into a central recess 47 of the fuel injection valve 1 and rests on the valve seat body 5.
  • the four swirl elements 36 are preferably welded or soldered to one another and to the valve seat body 5.
  • the swirl elements 36 can also be formed in multiple layers by means of galvanic processes.
  • the four swirl elements 36 each have an equal number of fuel feedthroughs 35.
  • the fuel feedthroughs 35 can be eroded, punched out, etched, drilled or produced by similar processes.
  • the fuel feedthroughs 35 are arranged offset from one another, so that they at least partially overlap one another.
  • the displacements of the individual swirl elements 36 must take place in the same direction.
  • the fuel feedthroughs must have an axial offset in order to generate a swirl, but can additionally also have a radial offset component.
  • the swirl disk 34 can be connected to the nozzle body 2 or to the valve seat body 5 by soldering, welding, or also by caulking, pressing in or similar methods.
  • the cross section of the fuel feedthroughs 35 can, as in the present exemplary embodiment, have a square shape with rounded corners. However, as shown in Fig. 2B, it can take any other form.
  • the fuel feedthroughs 35 can have a round or elongated cross section. Rounded shapes also have the advantage of a streamlined shape.
  • the sealing seat of the fuel injector ' 1 is designed in a conventional manner, the valve closing body 4 is formed on the valve needle 3 and extends through the swirl disk 34. In this way, the swirl disk 34 also forms a valve needle guide in the area of the sealing seat.
  • the valve closing body 4 interacts with the valve seat surface 6, which is formed on the valve seat body 5.
  • a swirl chamber 40 is formed on the inflow side of the valve seat surface 6 and is delimited by the valve seat body 5, the valve closing body 4 and the swirl disk 34.
  • the volume of the swirl chamber 40 is at best dimensioned such that a stable swirl flow which is homogeneous in a circumferential direction can form in the swirl chamber 40, the dead volume being kept as low as possible.
  • FIG. 2B shows a top view of the swirl disk 34 of the first exemplary embodiment of the fuel injector 1 according to the invention shown in FIG. 2A in the outflow direction.
  • the view shows the swirl element 36a on the inlet side, the four square, rounded fuel feedthroughs 35a of which are represented by a solid line in the present exemplary embodiment.
  • the fuel bushings 35b of the second swirl element 36b on the spray side are partially visible through the fuel bushings 35a of the first swirl element 36a.
  • the fuel feedthroughs 35b are again shown in solid lines in the FIGS hidden areas, however, dashed.
  • the fuel bushings 35c formed in the subsequent third swirl element 36c are almost no longer visible through the fuel bushings 35a of the swirl element 36a, since the fuel bushings 35a to 35c each overlap by approximately 50%.
  • the fuel bushings 35d of the fourth swirl element 36d are no longer visible through the fuel bushings 35a of the first swirl element 36a.
  • the swirl cheibe '34 also serves as a cardanic valve needle guide 46 for the valve closing body 4, the swirl elements 36 are annular with a central recess 48 in which the valve-closure member 4 is guided.
  • the cardanic valve needle guide 46 compensates for guide errors due to manufacturing inaccuracies in the upstream region of the fuel injector 1, since the valve closing body 4 is almost spherical and can therefore compensate for offsets in several degrees of freedom.
  • the valve needle 3 can be made, for example, in two parts from a ball as the valve closing body 4 and a shaft as the valve needle 3.
  • one-piece solutions as in the present exemplary embodiment with a correspondingly designed valve closing body 4 can also be used advantageously.
  • FIG. 3A shows. in the same representation as FIG. 2A, a second exemplary embodiment of the fuel injection valve 1 designed according to the invention. Corresponding components are provided with the same reference numerals.
  • the swirl disk 36 is arranged on the downstream side of the sealing seat.
  • the fuel injector 1 is designed as an oblique fuel injector 1, whereby a spray angle ⁇ can be set better than by an inclination of the spray opening 7.
  • a longitudinal axis 44 of a spray unit ' receiving the swirl disk 34 is inclined with respect to the longitudinal axis 45 of the fuel injection valve 1.
  • the longitudinal axis 44 of the spray unit 49 can, however, also coincide with the longitudinal axis 45 of the fuel injector 1, the spray angle ⁇ then again having to be achieved by an inclination of the spray opening 7, as in the exemplary embodiment shown in FIG. 2A.
  • the valve seat body 5 likewise has a cardanic valve needle guide 46 in order to counteract tilting and center offsets of the valve needle 3 by means of a spherical guide.
  • the valve closing body 4 is provided with at least one bevel 47 in the region of the cardanic valve needle guide 46.
  • the valve seat body 5 On the outflow side of the sealing seat, which is designed as in the first exemplary embodiment, the valve seat body 5 has a preferably cylindrical recess 43, into which an insert 41 can be inserted.
  • the insert 41 also has a cylindrical shape.
  • the swirl disk 34 which in the present exemplary embodiment has three swirl elements 36, is arranged in a recess 42 of the insert 41.
  • the swirl chamber 40 On the outflow side of the swirl disk 34, the swirl chamber 40 is formed, into which the fuel channels 37 formed from the overlapping fuel passages 35 of the swirl elements 36 open.
  • the swirl chamber 40 merges into the spray opening 7.
  • the swirl disk 34 has three swirl elements 36a to 36c and four fuel bushings 35 per swirl element 36. Due to the arrangement of the swirl disk 34 on the outflow side of the sealing seat, the swirl elements 36 are welded with each other or with the insert 41 is not absolutely necessary since the swirl elements 36 are always loaded in the outflow direction by the fuel pressure and therefore cannot shift against the flow direction. As a result, the modular structure of the fuel injection valve 1 can be further simplified. Nonetheless, gluing or welding the swirl elements 36 to one another or a one-piece galvanic production of the swirl disk 34 is advantageous so that the position of the fuel feedthroughs 35 can no longer change relative to one another after assembly, as a result of which the swirl effect and the fuel flow would be restricted.
  • FIG. 3B shows a top view of the swirl disk of the second exemplary embodiment of the fuel injector 1 according to the invention shown in FIG. 3A in the outflow direction.
  • the view shows the swirl element 36a on the inlet side, the square, rounded fuel feedthroughs 35a of which are represented by a solid line.
  • the fuel bushings 35b of the second swirl element 36b, which is closest on the spray side, are partially visible through the fuel bushings 35a of the first swirl element 36a.
  • the fuel feedthroughs 35b are again shown with solid lines, in contrast, in the hidden areas, with dashed lines.
  • the fuel bushings 35c formed in the subsequent third swirl element 36c are only in a very small area due to the fuel bushings 35a of the swirl element 36a visible since the fuel feedthroughs 35a to 35c each overlap by about 50%. Since the swirl elements 36 are not penetrated by the valve closing body 4 in the present embodiment, they are disc-shaped without a central recess 48.
  • the number of fuel feedthroughs 35 per swirl element 36 is mainly limited by the size of their cross section, i. H.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments and z. B. can also be used for fuel injection valves 1 with a larger number of swirl elements 36 or arbitrarily shaped, larger or smaller fuel feedthroughs 35 in any number and for any designs of fuel injection valves 1.

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfasst einen Ventilschliesskörper (4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, einen Dichtsitz bildet, und eine Drallscheibe (34) mit Brennstoffdurchführungen (35), wobei die Drallscheibe (34) aus mehreren Drallelementen (36) aufgebaut ist und die Drallelemente (36) jeweils gleich viele Brennstoffdurchführungen (35) aufweisen. Die Drallelemente (36) sind so zueinander versetzt angeordnet, dass sich die Brennstoffdurchführungen (35) zumindest teilweise überlappen.

Description

Brennstoffeinspritz entil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Aus der DE 197 36 682 AI ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches sich dadurch auszeichnet, daß am stromabwärtigen Ende des Ventils ein Führungs- und Sitzbereich vorgesehen ist, der von drei scheibenförmigen Elementen gebildet wird. Dabei ist ein Drallelement zwischen einem Führungselement und einem Ventilsitzelement eingebettet . Das Führungselement dient der Führung einer es durchragenden, axial beweglichen Ventilnadel, während ein Ventilschließabschnitt der Ventilnadel mit einer Ventilsitzfläche des Ventilsitzelements zusammenwirkt. Das ■ Drallelement weist einen inneren Öffnungsbereich mit mehreren Drallkanälen auf, die nicht mit dem äußeren Umfang des Drallelements in Verbindung stehen. Der gesamte Öffnungsbereich erstreckt sich vollständig über die axiale Dicke des Drallelements.
Ferner ist aus der DE 198 15 789 AI ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das sich dadurch auszeichnet, daß es eine Drallscheibe stromabwärts eines Ventilsitzes besitzt, die aus wenigstens -einem metallischen Material besteht, wenigstens- zwei in eine Drallkammer mündende Drallkanäle aufweist und bei der alle Schichten mittels galvanischer Metallabscheidung (Multilayergalvanik) unmittelbar haftfest aufeinander aufgebaut sind. Die Drallscheibe ist derart im Ventil eingebaut, daß ihre Flächennormale unter einem von 0° abweichenden Winkel zur Ventillängsachse schräg geneigt verläuft, so daß durch die Ausrichtung der Drallscheibe ein Strahlwinkel γ zur Ventillängsachse erzielt wird.
Nachteilig an den aus den obengenannten Druckschriften bekannten Brennstoffeinspritzventilen ist insbesondere der hohe Fertigungs- und damit Kostenaufwand. Um das Brennstoffeinspritzventil für beliebige Einsatzmöglichkeiten zu modifizieren, müssen aufwendige Fertigungsmaßnahmen ergriffen werden. Insbesondere sind die Strahlwinkel α und γ mit gängigen Drallaufbereitungsmethoden nicht realisierbar.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Drallscheibe aus einzelnen Drallelementen einfach herstellbar ist und in beliebige, serienmäßige Brennstoffeinspritzventile einsetzbar ist. Die Anzahl der Drallelemente sowie der einander überlappenden Brennstoffdurchfuhrungen, durch welche Brennstoffkanäle gebildet 'werden, die dem Brennstoff einen Drall erteilen, sind dabei beliebig und können gemäß den Ansprüchen an das Brennstoffeinspritzventil in einfacher Weise angepaßt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte . eiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Von Vorteil ist auch, daß die Drallscheibe je nach. Bauweise des Brennstoffeinspritzventils entweder zulaufseitig des Dichtsitzes oder ablaufseitig des Dichtsitzes angeordnet sein kann.
Auch eine Neigung der Längsachse des Ventilsitzkörpers gegenüber der Längsachse des Brennstoffeinspritzventils ist für die Anwendung bei schräger Einspritzung von Vorteil.
Vorteilhafterweise ist ablaufseitig der Drallscheibe eine Drallkammer ausgebildet, welche so dimensioniert ist, daß sich eine homogene Drallströmung darin ausbilden kann.
Die Anordnung der Drallscheibe in einem Einschub, der in den Ventilsitzkörper einschiebbar ist, ist von Vorteil, da der Einschub und die den Einschub aufnehmende Ausnehmung leicht herstellbar sind.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ,
Fig. 2A einen schematischen Ausschnitt aus dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in Fig. 1,
Fig. 2B eine schematische Aufsicht auf die Drallscheibe in Fig. 2A in Abströmrichtung,
Fig. 3A einen schematischen Ausschnitt aus einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in Fig. 1, und Fig. 3B eine schematische Aufsicht auf die Drallscheibe in Fig. 3A in Abströmrichtung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Brennstoffeinspritzventil 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.
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 auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Ventilsitzkδrper 5 ist in eine Ausnehmung 50 des Düsenkörpers 2 einsetzbar. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol 9 einer Magne spule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch einen Spalt 26 voneinander getrennt und stützen sich auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. 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 Kunststo fummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. An 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 Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
Ein zweiter Flansch 31, welcher mit der Ventilnadel 3 über eine Schweißnaht 33 verbunden ist, dient als unterer Ankeranschlag. Ein elastischer Zwischenring 32, welcher auf dem zweiten Flansch 31 aufliegt, vermeidet Prellen beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1.
In der Ventilnadelführung 14 und im Anker 20 verlaufen Brennstoffkanäle 30a und 30b, die den Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, zur Abspritzöffnung 7 leiten. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 ' gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet .
Zulaufseitig des Ventilsitzkörper 5 ist eine Drallscheibe 34 angeordnet, welche im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel aus vier Drallelementen 36a bis 36d gebildet ist. Die Drallelemente 36 sind miteinander sowie mit dem Ventilsitzkörper 5 verschweißt. Die Ventilnadel 3 durchgreift die Drallscheibe 34 und ist durch eine kardanische Ventilnadelführung 46 zur Vermeidung von Mittenversätzen und Verkanten geführt.
Die Drallelemente 36 der Drallscheibe 34 weisen Brennstoffdurchfuhrungen 35a bis 35d auf, die sich zu Brennstoffkanälen 37, die die Drallscheibe 34 duirchziehen, überlappen. Eine detaillierte Darstellung der DraLlelemente 36 ist den Fig. 2 und 3 zu entnehmen. Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 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 Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der über ' die Brennstoffkanäle 30a und 30b sowie die in der Drallscheibe 34 ausgebildeten Brennstoffkanäle 37 zur Abspritzöffnung 7 geführte Brennstoff wird abgespritzt. Diese ist vorzugsweise unter einem Abspritzwinkel γ gegenüber einer Längsachse 45 des Brennstoffeinspritzventils 1 geneigt.
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 Wirkverbindung stehende 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.
Fig. 2A zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung eine vergrößerte Ansicht des abspritzseitigen Teils des in Fig. 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils - 1. Der dargestellte Ausschnitt ist in Fig. 1 mit II bezeichnet.
Die Drallscheibe 34, die im vorliegenden Ausführuncsbeispiel aus vier Drallelementen 36 aufgebaut ist, ist in eine zentrale Ausnehmung 47 des Brennstoffeinspritzventils 1 eingeschoben und liegt auf dem Ventilsitzkörper 5 auf. Zur Sicherung gegen Verschiebungen oder Abheben beim Betätigen des Brennstoffeinspritzventils 1 sind die vier Drallelemente 36 untereinander sowie mit dem Ventilsitzkörper 5 vorzugsweise verschweißt oder verlötet. Die Drallelemente 36 können jedoch auch durch galvanische Verfahren mehrlagig ausgebildet werden.
Die vier Drallelemente 36 weisen jeweils eine gleiche Anzahl Brennstoffdurchfuhrungen 35 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier Brennstoffdurchfuhrungen 35a- 35d dargestellt. Die Anzahl ist jedoch unter Beachtung von Stabilitäts- und Durchflußerhaltungskriterien beliebig erweiterbar. Die Brennstoffdurchfuhrungen 35 können dabei erodiert, ausgestanzt, geätzt, gebohrt oder durch ähnliche Verfahren hergestellt werden. Zur Bildung eines einen Drall erzeugenden Brennstoffkanals 37, der sich von einer Zulaufseitigen Seite 38 zu einer ablaufseitigen Seite 39 der Drallscheibe 34- erstreckt , sind die Brennstoffdurchfuhrungen 35 gegeneinander versetzt angeordnet, so daß sie sich gegenseitig zumindest teilweise überlappen. Die Verschiebungen der einzelnen Drallelemente 36 muß dabei gleichsinnig erfolgen. Die Brennstoffdurchfuhrungen müssen zur Erzeugung eines Dralls einen axialen Versatz aufweisen, können jedoch zusätzlich auch eine radial Versatzkomponente aufweisen. Die Verbindung der Drallscheibe 34 mit dem Düsenkörper 2 bzw. mit dem Ventilsitzkörper 5 kann durch Löten, Schweißen, oder auch durch Verstemmen, Einpressen oder ähnliche Verfahren erfolgen.
Der Querschnitt der Brennstoffdurchfuhrungen 35 kann wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel quadratisch mit abgerundeten Ecken gestaltet sein. Wie in Fig. 2B dargestellt, kann er jedoch auch beliebige andere Formen annehmen. Beispielsweise können die Brennstoffdurchfuhrungen 35 einen runden oder langlochförmigen Querschnitt aufweisen. Abgerundete Formen weisen zusätzlich den Vorteil einer strömungsgünstigen Form auf.
Der Dichtsitz des Brennstoffeinspritzventils ' 1 ist in herkömmlicher Weise gestaltet, wobei der Ventilschließkörper 4 an der Ventilnadel 3 ausgebildet ist und die Drallscheibe 34 durchgreift. Auf diese Weise bildet die Drallscheibe 34 zugleich eine Ventilnadelführung im Bereich des Dichtsitzes. Der Ventilschließkörper 4 wirkt mit der Ventilsit.zflache 6, die am Ventilsitzkörper 5 ausgebildet ist, zusammen. Dabei ist zuströmseitig der Ventilsitzfläche 6 eine Drallkammer 40 ausgebildet, die durch den Ventilsitzkörper 5, den Ventilschließkörper 4 und die Drallscheibe 34 begrenzt ist.
Die durch die einander ■ überlappenden Brennstoffdurchfuhrungen 35 gebildeten Brennstoffkanäle 37 münden in die Drallkammer 40 ein. Das Volumen der Drallkammer 40 .ist dabei günstigenfalls so bemessen, daß sich eine stabile, in einer Umfangsrichtung homogene Drallströmung in der Drallkammer 40 ausbilden kann, wobei das Totvolumen so gering wie möglich gehalten wird.
Bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 strömt Brennstoff durch die Brennstoffkanäle 37 in die Drallkammer 40 ein und verläßt diese nach Abheben des Ventilschließkörpers 4 von der Ventilsitzfläche 6 durch die Abspritzöffnung 7. Der Drall wird dabei aufrechterhalten, wodurch der Brennstoff spiralig in den nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Fig. 2B stellt eine Aufsicht auf die Drallscheibe 34 des in Fig. 2A dargestellten ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 in Abströmrichtung dar.
Die Ansicht zeigt dabei das zulaufseitig erste Drallelement 36a, dessen im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier quadratische, abgerundete Brennstoffdurchfuhrungen 35a durch eine durchgezogene Linie dargestellt sind. Die Brennstoffdurchfuhrungen 35b des abspritzseitig zweiten Drallelements 36b sind durch die Brennstoffdurchfuhrungen 35a des ersten Drallelements 36a teilweise sichtbar. In den sichtbaren Bereichen sind die Brennstoffdurchfuhrungen 35b wieder mit durchgezogenen Linien dargestellt, in den verdeckten Bereichen hingegen gestrichelt. Die in dem darauffolgenden dritten Drallelement 36c ausgebildeten Brennstoffdurchfuhrungen 35c sind durch die Brennstoffdurchfuhrungen 35a des Drallelements 36a fast gar nicht mehr sichtbar, da sich die Brennstoffdurchfuhrungen 35a bis 35c zu jeweils etwa 50% überlappen. Demzufolge sind die Brennstoffdurchfuhrungen 35d des vierten Drallelements 36d durch die Brennstoffdurchfuhrungen 35a des ersten Drallelements 36a nicht mehr sichtbar.
Da die Dralls'cheibe 34 auch als kardanische Ventilnadelführung 46 für den Ventilschließkörper ,4 dient, sind die Drallelemente 36 ringförmig mit einer zentralen Ausnehmung 48 ausgebildet, in der der Ventilschließkörper 4 geführt ist. Durch die kardanische Ventilnadelführung 46 werden Führungsfehler aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten im zuströmseitigen Bereich des Brennstoffeinspritzventils 1 ausgeglichen, da der Ventilschließkörper 4 nahezu kugelförmig ausgebildet ist und dadurch Versätze in mehreren Freiheitsgraden ausgleichen kann. Die Ventilnadel 3 kann dabei beispielsweise zweiteilig aus einer Kugel als Ventilschließkörper 4 und einem Schaft als Ventilnadel 3 hergestellt werden. Aber auch einteilige Lösungen wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit entsprechend gestaltetem Ventilschließkörper 4 sind vorteilhaft einsetzbar .
Fig. 3A zeigt . in derselben Darstellung wie Fig. 2A ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1. Übereinstimmende Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zu dem in Fig. 2A dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 die Drallscheibe 36 abströmseitig des Dichtsitzes angeordnet. Außerdem ist das Brennstoffeinspritzventil 1 als schrägeinspritzendes Brennstoffeinspritzventil 1 ausgeführt, wodurch ein Abspritzwinkel γ besser eingestellt werden kann als durch eine Neigung der Abspritzöffnung 7. Eine Längsachse 44 .einer die Drallscheibe 34 aufnehmenden Abspritzeinheit' 49 ist dabei gegenüber der Längsachse 45 des Brennstoffeinspritzventils 1 geneigt. Die Längsachse 44 der Abspritzeinheit 49 kann aber auch mit der Längsachse 45 des Brennstoffeinspritzventils 1 zusammenfallen, wobei der Abspritzwinkel γ dann wieder wie in dem in Fig. 2A dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Neigung der Abspritzöffnung 7 erzielt werden muß.
Der Ventilsitzkörper 5 weist im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel ebenfalls eine kardanische Ventilnadelführung 46 auf, um Verkanten und Mittenversätzen der Ventilnadel 3 durch eine sphärische Führung entgegenzuwirken. Zur Brennstoffleitung ist der Ventilschließkörper 4 im Bereich der kardanischen Ventilnadelführung 46 mit mindestens einem Anschliff 47 versehen.
Abströmseitig des Dichtsitzes, der wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgestaltet ist, weist der Ventilsitzkörper 5 eine vorzugsweise zylindrische Ausnehmung 43 auf, in welchen ein Einschub 41 einschiebbar ist. Der Einschub 41 weist dabei ebenfalls eine zylindrische Form auf. In einer Ausnehmung 42 des Einschubs 41 ist die im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Drallelemente 36 aufweisende Drallscheibe 34 angeordnet. Abströmseitig der Drallscheibe 34 ist die Drallkammer 40 ausgebildet, in die die aus den einander überlappenden Brennstoffdurchfuhrungen 35 der Drallelemente 36 gebildeten Brennstoffkanäle 37 münden. Die Drallkammer 40 geht in die Abspritzöffnung 7 über.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Drallscheibe 34 drei Drallelemente 36a bis 36c und jeweils vier Brennstoffdurchfuhrungen 35 pro Drallelement 36 auf. Durch die Anordnung der Drallscheibe 34 abströmseitig des Dichtsitzes ist eine Verschweißung der Drallelemente 36 untereinander oder mit dem Einschub 41 nicht unbedingt nötig, da die Drallelemente 36 durch den Brennstoffdruck immer in Abströmrichtung belastet werden und sich deshalb nicht entgegen der Strömungsrichtung verschieben können. Dadurch kann der modulare Aufbau des Brennstoffeinspritzventils 1 weiter vereinfacht werden. Nichtsdestoweniger ist eine Verklebung oder Verschweißung der Drallelemente 36 untereinander oder eine einteilige galvanische Herstellung der Drallscheibe 34 von Vorteil, damit sich die Lage der Brennstoffdurchfuhrungen 35 gegeneinander nach der Montage nicht mehr verändern kann, wodurch die Drallwirkung und der Brennstoffdurchfluß eingeschränkt würden.
Bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 umströmt Brennstoff den Ventilschließkörper 4 über den Anschliff 47 und erhält nach dem Passieren des Dichtsitzes in der Drallscheibe 34 einen Drall. Dadurch bewegt sich der Brennstoff wiederum spiralförmig durch die Abspritzöffnung 7 in die nicht dargestellte Brennkammer.
Fig. 3B stellt eine Aufsicht auf die Drallscheibe des in Fig. 3A dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 in Abströmrichtung dar.
Die Ansicht zeigt dabei analog zu Fig. 2B das zulaufseitig erste Drallelement 36a, dessen quadratische, abgerundete Brennstoffdurchfuhrungen 35a durch eine durchgezogene Linie dargestellt sind. Die Brennstoffdurchfuhrungen 35b des abspritzseitig nächsten, zweiten Drallelements 36b sind durch die Brennstoffdurchfuhrungen 35a des ersten Drallelements 36a teilweise sichtbar. In den sichtbaren Bereichen sind die Brennstoffdurchfuhrungen 35b wieder mit durchgezogenen Linien, in den verdeckten Bereichen hingegen gestrichelt dargestellt. Die in dem darauffolgenden dritten Drallelement 36c ausgebildeten Brennstoffdurchfuhrungen 35c sind durch die Brennstoffdurchfuhrungen 35a des Drallelements 36a nur noch in einem sehr kleinen Bereich sichtbar, da sich die Brennstoffdurchfuhrungen 35a bis 35c zu jeweils etwa 50% überlappen. Da die Drallelemente 36 im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht vom Ventilschließkörper 4 durchgriffen werden, sind sie scheibenförmig ohne zentrale Ausnehmung 48 gestaltet.
Die Anzahl der Brennstoffdurchfuhrungen 35 pro Drallelement 36 ist hauptsächlich durch die Größe ihres Querschnitts limitiert, d. h. , je größer die Anzahl der Brennstoffdurchfuhrungen 35 pro Drallelement 36 wird, desto kleiner muß der Durchmesser der Brennstoffdurchfuhrungen 35 sein, um einen konstanten Brennstoffdurchfluß zu gewährleisten. Aus Stabilitätsgründen sollte zwischen den einzelnen Brennstoffdurchfuhrungen 35 jedes Drallelements 36 ein Abstand in der Größenordnung des Durchmessers der Brennstoffdurchfuhrungen 35 liegen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und z. B. auch für Brennstoffeinspritzventile 1 mit einer größeren Anzahl von Drallelementen 36 oder beliebig geformten, größeren oder kleineren Brennstoffdurchfuhrungen 35 in beliebiger Anzahl sowie für beliebige Bauformen von Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilschließkörper (4) , der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) , die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, einen Dichtsitz bildet, und mit einer Drallscheibe (34) mit Brennstoffdurchfuhrungen (35) , dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (34) aus mehreren Drallelementen (36) aufgebaut ist, wobei die Drallelemente (36) jeweils gleich viele Brennstoffdurchfuhrungen (35) aufweisen und die Drallelemente (36) so zueinander versetzt angeordnet sind, daß sich die Brennstoffdurchfuhrungen (35) zumindest teilweise überlappen.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich überlappenden Brennstoffdurchfuhrungen (35) der einzelnen Drallelemente (36) in ihrer Gesamtheit Brennstoffkanäle (37) bilden, die die Drallscheibe (34) von einer zulaufseitigen Seite (38) zu einer ablaufseitigen Seite (39) durchziehen.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (34) mindestens zwei Drallelemente (36) umfaßt .
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdurchfuhrungen (35) einen quadratischen, rechteckigen oder abgerundeten Querschnitt aufweisen.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdurchfuhrungen (35) jeweils gleichsinnig gegeneinander verdreht sind.
6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (34) zulaufseitig des Dichtsitzes angeordnet ist .
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (4) die Drallscheibe (34) durchgreift und von dieser geführt ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
dadurch gekennzeichnet, daß ablaufseitig der Drallscheibe (34) im Ventilsitzkörper (5) eine Drallkammer (40) ausgebildet ist, in welche die durch die überlappenden Brennstoffdurchfuhrungen (35) gebildeten Brennstoffkanäle (37) einmünden.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallelemente (36) der Drallscheibe (34) miteinander und mit dem Ventilsitzkörper (5) verschweißt sind.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (34) ablaufseitig des Dichtsitzes - angeordnet ist.
11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (34) in einer Ausnehmung (42) eines in eine abströmseitige Ausnehmung (43) des Ventilsitzkörper (5) einschiebbaren Einschubs (41) angeordnet ist.
12. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Längsachse (44) des Einschubs (41) gegenüber einer Längsachse (45) des Brennstoffeinspritzventils (1) geneigt ist .
13. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drallkammer (40) , in welche die aus den einander überlappenden Brennstoffdurchfuhrungen (35) gebildeten
Brennstoffkanäle (37) einmünden, zwischen der Drallscheibe
(34) und einer in dem Einschub (41) ausgebildeten Abspritzöffnung (7) ausgebildet ist.
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