EP1327068A2 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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Publication number
EP1327068A2
EP1327068A2 EP01986331A EP01986331A EP1327068A2 EP 1327068 A2 EP1327068 A2 EP 1327068A2 EP 01986331 A EP01986331 A EP 01986331A EP 01986331 A EP01986331 A EP 01986331A EP 1327068 A2 EP1327068 A2 EP 1327068A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
fuel injection
injection valve
valve
channels
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Withdrawn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
EP01986331A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guenter Dantes
Detlef Nowak
Joerg Heyse
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1327068A2 publication Critical patent/EP1327068A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the type of the main claim.
  • a fuel injection valve which has a plurality of fuel channels in a flow path of the fuel from a fuel inlet to a spray opening, the cross section of which at a given fuel pressure determines the amount of fuel sprayed per unit of time.
  • at least some of the fuel channels are oriented in such a way that the fuel jets emerging from them are sprayed directly through the spray opening.
  • a disadvantage of the fuel injection valve known from the abovementioned publication is in particular that the fuel channels start in a plane perpendicular to the flow direction of the fuel, that is to say the openings are arranged on a circular line around a valve needle guide connected to the valve seat body.
  • the number of holes is not sufficient to produce a sufficiently homogeneous fuel cloud that meets the stoichiometric requirements for complete combustion. This is further reinforced by the large diameter of the fuel channels.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that a swirl flow caused by the fuel flowing through the fuel channels into the swirl chamber remains homogeneous without compensating measures in the circumferential direction, the volume of the swirl chamber being so small that the Swirl flow can also be obtained during the dead time of the fuel injector.
  • the fuel channels are formed in a hollow cylindrical valve needle guide, which is either formed in one piece with the valve seat body or connected to it, so that center offsets and tilting of the valve needle are prevented.
  • the design of the fuel channels in an annular insert, which can be inserted into the valve seat body, is particularly easy to manufacture and can be used for any type of fuel injector, since the valve seat body only has to have a cylindrical recess for receiving the insert.
  • the shape of the swirl chamber, which is designed as a recess on the spraying side of the insert, is also advantageous.
  • the volume can be selected by a corresponding turning or a similar processing and adapted to the requirements.
  • FIG. 1 shows a schematic section through an embodiment of a fuel injection valve according to the prior art
  • FIG. 2A shows a schematic section through a first
  • FIG. 2B is a schematic section through the first embodiment shown in FIG. 2A along the line IIB-IIB in FIG. 2A,
  • FIG. 3A shows a schematic section through a second exemplary embodiment of a fuel injector according to the invention in the area ITA in FIG. 1,
  • FIG. 3B is a schematic section through the second embodiment shown in FIG. 3A along the line IIB-IIB in FIG. 3A,
  • 3C is a schematic section along the line IIIC-IIIC in Fig. 3A,
  • Fig. 4A is a schematic section through a third embodiment of an inventive Fuel injector in the area IIA in Fig. 1, and
  • Fig. 4B is a plan view of the third embodiment of the invention shown in Fig. 4A
  • the fuel injection valve 1 is in the form of a fuel injection valve for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited
  • 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 fuel injection valve 1 is a fuel injection valve 1 that opens inwards and has an injection opening 7.
  • the nozzle body 2 is sealed by a seal 8 against the outer pole 9 of a solenoid 10.
  • the magnet coil 10 is in a coil housing
  • 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 can 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 disc 15 is used for stroke adjustment.
  • An armature 20 is located on the other side of the adjusting disc 15.
  • a restoring spring 23 is supported on the first flange 21, which in the present design of the fuel injector 1 is preloaded by a sleeve 24.
  • Fuel channels 30a to 30c run, which conduct 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.
  • the armature 20 In the idle state of the fuel fine injection valve 1, 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 on the valve seat 6 in sealing contact.
  • Excitation of the magnetic coil 10 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 located 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 valve closing body 4, which is operatively connected to the valve needle 3, lifts off the valve seat surface 6 and the fuel led to the spray opening 7 via the fuel channels 30a to 30c is sprayed off.
  • 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 excerpted sectional view of a first embodiment of a fuel injector 1 according to the invention.
  • the section shown is designated IIA in FIG. 1.
  • the part of the fuel injector 1 on the spray side shown in FIG. 2A shows the nozzle body 2 with the valve seat body 5 inserted therein. At least one spray opening 7 is formed in the valve seat body 5.
  • the valve seat body 5 is connected to the nozzle body 2 via a weld 45.
  • the valve seat body 5 has a first annular recess 41, in which an annular insert 40 is inserted.
  • Fuel channels 35 are formed in the annular insert 40.
  • the fuel channels 35 are in two rows 34 which are arranged concentrically to one another Form rings, arranged.
  • Fuel channels 35 can be arranged radially one behind the other or circumferentially offset from one another.
  • a second annular recess 42 Downstream of the first annular recess 41, a second annular recess 42 is formed, which forms a swirl chamber 43.
  • Fuel channels 35 in annular insert 40 open into swirl chamber 43. They thus extend from an inlet-side end face of the valve seat body 5, in which the first annular recess 41 is formed, into the swirl chamber 43.
  • the fuel channels 35 should have a very small diameter, for example less than 100 ⁇ m, in particular less than or equal to 70 ⁇ m.
  • Such small-bore holes can be produced, for example, by means of laser processing.
  • the fuel channels 35 are inclined at an angle in the spray direction relative to a plane which runs parallel to the inlet side end face 44 of the valve seat body 5.
  • the angle of inclination ⁇ can take place, for example, by correspondingly adapting the axial diameter of the annular insert 40.
  • the fuel channels 35 In order to impart a swirl to the fuel flowing through the fuel channels 35, the fuel channels 35 have a tangential component relative to the central axis 37 of the fuel injection valve 1. After flowing through the fuel channels 35, the fuel collects in the swirl chamber 43, causing a swirl flow in a circumferential direction.
  • the swirled fuel can pass through the spray opening 7 into the Combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine are injected.
  • FIG. 2B shows a schematic section through the first exemplary embodiment of a fuel injector 1 according to the invention shown in FIG. 2A along the line IIB-IIB in FIG. 2A.
  • the fuel channels 35 are arranged in two rows 34, the fuel channels 35 being arranged offset in one circumference in the two rows 34.
  • the fuel channels 35 have a very small diameter, which is for example between 100 ⁇ m and 70 ⁇ m.
  • the number n of fuel channels 35 is only limited by the stability requirement. This means that a web must remain between two adjacent fuel channels 35 which is at least as wide as the diameter of the fuel channels.
  • at least 10 fuel channels 35 are advantageously provided, at least 50 fuel channels and even more advantageously at least 100 fuel channels.
  • FIG. 3A shows a schematic section through a second exemplary embodiment of a fuel injector 1 according to the invention, likewise in area IIA in FIG. 1.
  • the valve seat carrier 5 has a hollow cylindrical valve needle guide 31, which is either formed in one piece with the valve seat body 5 or is connected to it, for example by soldering, welding or similar methods.
  • the valve needle guide 31 has fuel channels 35 which extend from a radially outer side 36 of the valve needle guide 31 to a radially inner side of the valve needle guide 31.
  • the fuel channels 35 are arranged in several rows 34. In the present second exemplary embodiment, four rows 34 are provided.
  • the valve closing body 4 is in the valve needle guide 31 guided. It lies against an inner wall 38 of the valve needle guide 31 with at least one circumferential guide line 33, the valve closing body 4 being spherical in the present exemplary embodiment.
  • a swirl chamber 43 is formed between the valve closing body 4, the inner wall 38 of the valve needle guide 31 and the valve seat surface 6. This can be designed, for example, to reduce the volume of the swirl chamber 43 in the form of a spherical shell.
  • FIG. 3B shows a schematic section through the second exemplary embodiment of a fuel injector 1 according to the invention shown in FIG. 3A along the line IIB-IIB in FIG. 3A.
  • the sectional plane in FIG. 3A lies along a row 34 of fuel channels 35.
  • four fuel channels 35 in the first and in the third quadrant are shown as representative of all fuel channels 35, which are arranged in four rows 34 in the valve needle guide 31 .
  • the fuel channels 35 are again tangential Component provided relative to a central axis 37 of the fuel injector 1.
  • the fuel channels 35 open into the swirl chamber 43 on the radially inner side 39 of the valve needle guide 31. Due to the large number of fuel channels 35, a largely homogeneous swirl flow in the circumferential direction is also generated in the present second exemplary embodiment.
  • FIG. 3C shows a schematic section along the line IIIC-IIIC in FIG. 3A. Since the fuel channels 35, as already mentioned above, have a tangential component relative to the central axis 37 of the fuel injection valve 1 for generating a swirl, the cross section of the fuel channels 35 appears oval in FIG. 3C. The orientation of the tangential components of the fuel channels 35 is oriented in the same direction in each row 34 relative to the other rows 34.
  • Fig. 4A shows a schematic section through a third embodiment of an inventive
  • Fuel injector 1 also in area IIA in FIG. 1.
  • the essential components of the present exemplary embodiment correspond to the first exemplary embodiment shown in FIG. 2A.
  • the annular insert 40 in the first recess 41 which is formed in the inlet-side end face 44 of the valve seat body 5, has only one row 34 of fuel channels 35 arranged circumferentially. As in the first exemplary embodiment, these are inclined at an angle ⁇ with respect to a plane defined by the inlet side end face 44 of the valve seat body 5.
  • the fuel channels 35 open into the swirl chamber 43, which is formed by the second recess 42 in the valve seat body 5.
  • the fuel channels 35 have a larger diameter in order to take account of the reduced number of fuel channels 35. The amount of fuel flowing through is always the same, so that the product of cross-sectional area and number of fuel channels 35 is also the same.
  • FIG. 4B shows a top view of the third exemplary embodiment of a fuel injection valve 1 according to the invention shown in FIG. 4A.
  • Representative individual fuel channels 35 are again shown in the annular insert 40. They also have a tangential component relative to the central axis 37 of the fuel injector, around a swirl flow. to create. As indicated in FIG. 4B, the fuel channels 35 are inclined at an angle ⁇ relative to the plane defined by the inlet side end face 44 of the valve seat body 5.
  • the number n is at least 10, but is advantageously significantly larger and is, for example, 50 or 100 or more.
  • the large number n of fuel channels 35 has several advantages: Firstly, the large number n means that the diameters of the fuel channels 35 do not have to meet high requirements. Any inaccuracies in the manufacturing process are averaged out by the large number n, since statistically as many larger and smaller fuel channels 35 are available. It is sufficient if a statistical mean value comes close to the desired diameter.
  • the swirl flow becomes increasingly homogeneous, while local fuel accumulations, so-called strands, occur in a small number of fuel channels 35, which is avoided in particular when fuel is directly injected into the combustion chamber of a mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engine should.
  • This is particularly favored by large volumes of the swirl chamber 43, since that in the swirl chamber 43 Existing fuel comes to a standstill during the dead time of the fuel injector 1 between two injection cycles and only has to be rotated again during the next injection cycle. At the beginning of the injection cycle, this leads to a fuel injection that is too high in quantity, while less or even too little fuel is subsequently injected. This is avoided by the small swirl chamber volumes according to the invention and the large number n of fuel channels 35.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments and z. B. can also be used for fuel injection valves 1 with piezoelectric or magnetostrictive actuators 10 and for any arrangement of fuel channels 35 in the rows 34.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, weist einen Aktor (10) zur Betätigung einer Ventilnadel (3) auf, wobei die Ventilnadel (3) an einem abspritzseitigen Ende einen Ventilschliesskörper (4) aufweist, der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, einen Dichtsitz bildet. In einer mit dem Ventilsitzkörper (5) verbundenen oder einstückig ausgebildeten Ventilnadelführung (31) sind Brennstoffkanäle (35) angeordnet, die in eine Drallkammer (43) münden. Die Anzahl der Brennstoffkanale (35) ist so bemessen, dass eine in der Drallkammer (43) erzeugte Drallströmung in einer Umfangsrichtung homogen ist.

Description

Brennstoffeinspritz entil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Haupt nspruchs .
Aus der DE 196 25 059 AI ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches in einem Strömungsweg des Brennstoffs von einem Brennstoffzulauf zu einer Abspritzöffnung mehrere Brennstoffkanale aufweist, deren Querschnitt bei gegebenem Brennstoffdruck die jeweils pro Zeiteinheit abgespritzte Brennstoffmenge bestimmt. Um die Brennstoffverteilung in einer abgespritzten Brennstoffwolke zu beeinflussen, ist zumindest ein Teil der Brennstoffkanale so ausgerichtet, daß die von ihnen austretenden Brennstoffstrahlen direkt durch die Abspritzöffnung gespritzt werden.
Nachteilig an dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstof einspritzventil ist insbesondere, daß die Brennstoffkanale in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Brennstoffs ansetzen, die Öffnungen also auf einer Kreislinie um eine mit dem Ventilsitzkörper verbundene Ventilnadelfuhrung angeordnet sind. Dadurch kann die das Brennstoffeinspritzventil durchfließende Brennstoffmenge bei Abheben des Ventilschließkörpers vom Dichtsitz nicht genau genug dosiert werden. Ferner ist die Anzahl der Bohrungen nicht ausreichend, um eine hinreichend homogene Brennstoffwolke zu erzeugen, die den stöchiometrischen Anforderungen für eine vollständige Verbrennung genügt. Dies wird zusätzlich durch den großen Durchmesser der Brennstoffkanale verstärkt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine durch den Brennstoff, der durch die Brennstoffkanale in die Drallkammer strömt, verursachte Drallströmung ohne ausgleichende Maßnahmen in Umfangsrichtung homogen bleibt, wobei das Volumen der Drallkammer so gering ist, daß die Drallströmung auch während der Totzeit des Brennstoffeinspritzventil s erhalten werden kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Von Vorteil ist insbesondere, daß die große Anzahl der Brennstoffkanale für eine sehr homogene Gemischwolke sorgt.
Vorteilhafterweise sind die Brennstoffkanale in einer hohlzylindrischen Ventilnadelfuhrung ausgebildet, die entweder einstückig mit dem Ventilsitzkörper ausgebildet oder mit diesem verbunden ist, so daß Mittenversätze und Verkanten der Ventilnadel verhindert werden.
Die Ausbildung der Brennstoffkanale in einem ringförmigen Einsatz, welcher in den Ventilsitzkörper einsetzbar ist, ist besonders einfach herstellbar und für beliebige Bauformen von Brennstoffeinspritzventilen anwendbar, da der Ventilsitzkörper lediglich eine zylindrische Ausnehmung zur Aufnahme des Einsatzes aufweisen muß. Von Vorteil ist auch die Form der Drallkammer, die als Ausnehmung abspritzseitig des Einsatzes ausgebildet ist. Das Volumen kann dabei durch ein entsprechendes Ausdrehen oder eine ähnliche Bearbeitung beliebig gewählt und den Anforderungen angepaßt werden.
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 Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritz- ventils gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2A einen schematischen Schnitt durch ein erstes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils im Bereich IIA in Fig. 1,
Fig. 2B einen schematischen Schnitt durch das in Fig. 2A dargestellte erste Ausführungsbeispiel entlang der Linie IIB-IIB in Fig. 2A,
Fig. 3A einen schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich ITA in Fig. 1,
Fig. 3B einen schematischen Schnitt durch das in Fig. 3A dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entlang der Linie IIB-IIB in Fig. 3A,
Fig. 3C einen schematischen Schnitt entlang der Linie IIIC-IIIC in Fig. 3A,
Fig. 4A einen schematischen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich IIA in Fig. 1 , und
Fig. 4B eine Aufsicht auf das in Fig. 4A dargestellte dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bevor anhand der Figuren 2 bis 4 Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der
• Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 ein bereits bekanntes, abgesehen von den erfindungsgemäßen Maßnahmen zu den Ausführungsbeispielen baugleiches Brennstoffeinspritzventil
I bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden .
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 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. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzδffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse
II 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 Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelfuhrung 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 Ventilnadelfuhrung 14, im Anker 20 und am Ventilsitzkörper 5 verlaufen Brennstoffkan le 30a bis 30c, 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 .
Im Ruhezustand des Brennsto feinspritzventils 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 Brennstoffkan le 30a bis 30c zur Abspritzöffnung 7 geführte Brennstoff wird 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 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 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Der dargestellte Ausschnitt ist in Fig. 1 mit IIA bezeichnet.
Der in Fig. 2A dargestellte abspritzseitige Teil des Brennstoffeinspritzventils 1 zeigt den Düsenkörper 2 mit dem darin eingesetzten Ventilsitzkörper 5. Im Ventilsitzkörper 5 ist mindestens eine Abspritzöffnung 7 ausgebildet. Der Ventilsitzkörper 5 ist mit dem Düsenkörper 2 über eine Schweißnaht 45 verbunden.
Der Ventilsitzkörper 5 weist eine erste ringförmige Ausnehmung 41 auf, in welcher ein ringförmiger Einsatz 40 eingesetzt ist. In dem ringförmigen Einsatz 40 sind Brennstoffkanale 35 ausgebildet. Im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel sind die Brennstoffkanale 35 dabei in zwei Reihen 34, welche konzentrisch zueinander angeordnete Ringe bilden, angeordnet. Die Brennstoffkan le 35 können dabei radial hintereinander oder auch umfänglich gegeneinander versetzt angeordnet sein.
Abströmseitig der ersten ringförmigen Ausnehmung 41 ist eine zweite ringförmige Ausnehmung 42 ausgebildet, welche eine Drallkammer 43 bildet. Die Brennstoffkan le 35 in dem ringförmigen Einsatz 40 münden in die Drallkammer 43 ein. Sie erstrecken sich somit von einer Zulaufseifigen Stirnseite des Ventilsitzkörpers 5, in welcher die erste ringförmige Ausnehmung 41 ausgebildet ist, bis in die Drallkammer 43.
Um die erforderliche Zumeßgenauigkeit zu erreichen, sollten die Brennstoffkanale 35 einen sehr kleinen Durchmesser, beispielsweise kleiner als 100 μm, insbesondere kleiner oder gleich 70 μm, aufweisen. Die Herstellung solcher kleinkalibrigen Bohrungen kann beispielsweise mittels Laserbearbeitung erfolgen.
Die Brennstoffkanale 35 sind gegenüber einer Ebene, welche parallel zur Zulaufseitigen Stirnseite 44 des Ventilsitzkörpers 5 verläuft, unter einem Winkel in Abspritzrichtung geneigt. Der Neigungswinkel α kann beispielsweise durch eine entsprechende Anpassung des axialen Durchmessers des ringförmigen Einsatzes 40 erfolgen. Um dem die Brennstoffkanale 35 durchströmenden Brennstoff einen Drall zu erteilen, weisen die Brennstoffkanale 35 eine tangentiale Komponente relativ zur Mittelachse 37 des Brennstoffeinspritzventils 1 auf. Nach Durchströmen der Brennstoffkanale 35 sammelt sich der Brennstoff in der Drallkammer 43, wobei er in einer U fangsricb-tung eine DrallStrömung hervorruft. Je mehr Brennstof kanale 35 vorhanden sind, desto homogener kann die Drallströmung werden und desto geringer sind die Verluste, welche in der Totzeit des Brennstoffeinspritzventils 1 zwischen zwei Einspritzzyklen auftreten. Sobald die Ventilnadel 3 in einer Hubrichtung vom Dichtsitz abhebt, kann der mit einem Drall versehene Brennstoff durch die Abspritzöffnung 7 in die nicht dargestellte Brennkammer einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
Fig. 2B zeigt einen schematischen Schnitt durch das in Fig. 2A dargestellte erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 entlang der Linie IIB-IIB in Fig. 2A. In dem in Fig. 2B dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Brennstoffkanale 35 in zwei Reihen 34 angeordnet, wobei die Brennstoffkan le 35 in einer Umfangsrichtung gegeneinander versetzt in den beiden Reihen 34 angeordnet sind. Die Brennstoffkanale 35 weisen einen sehr geringen Durchmesser auf, welcher beispielsweise zwischen 100 μm und 70 μm liegt. Die Anzahl n der Brennstoffkan le 35 ist lediglich durch die Stabilitätsforderung begrenzt. Das bedeutet, daß zwischen zwei benachbarten Brennstoffkanälen 35 ein Steg stehenbleiben muß, welcher mindestens so breit ist wie der Durchmesser der Brennstoffkanale. Vorteilhaft sind mindestens 10 Brennstoffkanale 35 weiter vorteilhaft mindestens 50 Brennstoffkanale und noch weiter vorteilhaft mindestens 100 Brennstoffkanale vorgesehen.
Fig. 3A zeigt einen schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ebenfalls im Bereich IIA in Fig. 1.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3A weist der Ventilsitzträger 5 eine hohlzylindrische Ventilnadelfuhrung 31 auf, welche mit dem Ventilsitzkörper 5 entweder einstückig ausgebildet ist oder mit diesem beispielsweise durch Löten, Schweißen oder ähnliche Verfahren verbunden ist. Die Ventilnadelfuhrung 31 weist Brennsto fkanale 35 auf, welche sich von einer radial äußeren Seite 36 der Ventilnadelfuhrung 31 zu einer radial inneren Seite der Ventilnadelfuhrung 31 erstrecken. Die Brennstoffkanale 35 sind in mehreren Reihen 34 angeordnet. Im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel sind vier Reihen 34 vorgesehen. In der Ventilnadelfuhrung 31 ist der Ventilschließkörper 4 geführt. Er liegt dabei an einer Innenwandung 38 der Ventilnadelfuhrung 31 mit mindestens einer umfänglichen Führungslinie 33 an, wobei der Ventilschließkörper 4 im vorliegenden Ausführungsbeispiel kugelförmig gestaltet ist.
Bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 strömt Brennstoff von der radial äußeren Seite 36 der Ventilnadelfuhrung 31 durch die Brennstoffkanale 35 zur radial inneren Seite 39 der Ventilnadelfuhrung 31 und von dort über den Dichtsitz in die Abspritzöffnung 7. Die Brennstoffkanale 35 sind dabei vorzugsweise parallel zu einer beispielsweise durch die Führungslinie 33 vorgegebenen Ebene ausgerichtet. Zwischen dem Ventilschließkörper 4, der Innenwandung 38 der Ventilnadelfuhrung 31 und der Ventilsitzfläche 6 ist eine Drallkammer 43 ausgebildet. Diese kann beispielsweise zur Reduzierung des Volumens der Drallkammer 43 kugelschalenförmig ausgeführt sein.
Bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 erzeugt der durch die Brennsto fkan le 35 in Richtung Abspritzöffnung 7 strömende Brennstoff eine Drallströmung in der Drallkammer 43. Durch die große Anzahl von Brennstoffkanälen 35, welche in mindestens vier Reihen 34 angeordnet sind, entsteht eine weitgehend homogene Drallströmung, welche auch während der Totzeit des Brennstoffeinspritzventils 1 zwischen zwei Einspritzzyklen nicht zum Erliegen kommt.
Fig. 3B zeigt einen schematischen Schnitt durch das in Fig. 3A dargestellte zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 entlang der Linie IIB-IIB in Fig. 3A.
Die Schnittebene in Fig. 3A liegt entlang einer Reihe 34 von Brennstoffkanälen 35. In Fig. 3B sind stellvertretend für alle Brennstoffkanale 35, welche umfänglich in der Ventilnadelfuhrung 31 in vier Reihen 34 angeordnet sind, jeweils vier Brennstoffkanale 35 im ersten und im dritten Quadranten dargestellt. Zur Erzeugung eines Dralls sind die Brennstoffkan le 35 wiederum mit einer tangentialen Komponente relativ zu einer Mittelachse 37 des Brennstoffeinspritzventils 1 versehen. Die Brennstoffkanale 35 münden an der radial inneren Seite 39 der Ventilnadelfuhrung 31 in die Drallkammer 43 ein. Durch die große Anzahl der Brennstoffkan le 35 wird auch im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel eine weitestgehend homogene Drallströmung in Umfangsrichtung erzeugt.
Fig. 3C zeigt einen schematischen Schnitt entlang der Linie IIIC-IIIC in Fig. 3A. Da die Brennstoffkan le 35, wie bereits weiter oben erwähnt, zur Erzeugung eines Dralls eine tangentiale Komponente relativ zur Mittelachse 37 des Brennstoffeinspritzventils 1 aufweisen, erscheint der Querschnitt der Brennstoffkanale 35 in Fig. 3C oval. Die Orientierung der tangentialen Komponenten der Brennstoffkanale 35 ist dabei in jeder Reihe 34 relativ zu den übrigen Reihen 34 gleichsinnig orientiert.
Fig. 4A zeigt einen schematischen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils 1 ebenfalls im Bereich IIA in Fig. 1.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel entspricht in seinen wesentlichen Bauteilen dem in Fig. 2A dargestellten ersten Ausfuhrungsbeispiel. Im Unterschied zu diesem weist der ringförmige Einsatz 40 in der ersten Ausnehmung 41, welche in der Zulaufseitigen Stirnseite 44 des Ventilsitzkörpers 5 ausgebildet ist, nur eine Reihe 34 umfänglich angeordneter Brennstoffkanale 35 auf. Diese sind wie im ersten Ausfuhrungsbeispiel unter einem Winkel α gegenüber einer durch die Zulaufseitige Stirnseite 44 des Ventilsitzkörpers 5 festgelegten Ebene geneigt. Die Brennstoffkanale 35 münden in die Drallkammer 43, welche durch die zweite Ausnehmung 42 im Ventilsitzkörper 5 gebildet wird. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weisen die Brennstof kan le 35 einen größeren Durchmesser auf, um der verminderten Anzahl der Brennstoffkan le 35 Rechnung zu tragen. Die durchfließende Brennstoffmenge ist jeweils gleich, so daß das Produkt aus Querschnittsfläche und Anzahl der Brennstoffkanale 35 ebenfalls gleich ist.
Fig. 4B zeigt eine Aufsicht auf das in Fig. 4A dargestellte dritte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Stellvertretend sind wiederum einzelne Brennstoffkan le 35 in dem ringförmigen Einsatz 40 dargestellt. Sie weisen ebenfalls eine tangentiale Komponente relativ zur Mittelachse 37 des Brennstoffeinspritzventils auf, um eine Drallströmung . zu erzeugen. Die Brennstoffkanale 35 sind, wie in Fig. 4B angedeutet, gegenüber der durch die Zulaufseitige Stirnseite 44 des Ventilsitzkörpers 5 festgelegten Ebene unter dem Winkel α geneigt.
Allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß sie eine große Anzahl n von Brennstoffkanälen 35 aufweisen. Dabei beträgt die Anzahl n mindestens 10, ist jedoch vorteilhaft deutlich größer und beträgt beispielsweise 50 oder auch 100 oder mehr. Die große Anzahl n von Brennstoffkanälen 35 hat dabei mehrere Vorteile: Zum einen braucht durch die große Anzahl n keine hohe Anforderung an die Genauigkeit der Durchmesser der Brennstoffkanale 35 gestellt zu werden. Etwaige Ungenauigkeiten beim Herstellungsprozeß werden durch die große Anzahl n wieder herausgemittelt , da statistisch gesehen ebenso viele größere wie kleinere Brennstoffkanale 35 vorhanden sind. Es genügt, wenn ein statistischer Mittelwert dem gewünschten Durchmesser nahekommt .
Zum anderen wird durch eine Erhöhung der Anzahl n der Brennstoffkanale 35 die Drallströmung zunehmend homogener, während bei wenigen Brennstoffkanälen 35 lokale Mengenanhäufungen von Brennstoff, sogenannte Strähnen, auftreten, was insbesondere bei der direkten Einspritzung von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine vermieden werden sollte. Dies wird insbesondere auch durch große Volumina der Drallkammer 43 begünstigt, da der in der Drallkammer 43 vorhandene Brennstoff während der Totzeit des Brennstoffeinspritzventils 1 zwischen zwei Einspritzzyklen zum Stillstand kommt und beim nächsten Einspritzzyklus erst wieder in Rotation versetzt werden muß. Dadurch kommt es zum Beginn des Einspritzzyklus zu einer mengenmäßig zu starken Brennstoffeinspritzung, während danach weniger oder sogar zu wenig Brennstoff eingespritzt wird. Dies wird durch die erfindungsgemäß kleinen Drallkammervolumina und die große Anzahl n von Brennstoffkanälen 35 vermieden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und z. B. auch für Brennstoffeinspritzventile 1 mit piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktoren 10 und für beliebige Anordnungen von Brennstoffkanälen 35 in den Reihen 34 anwendbar.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Aktor (10) zur Betätigung einer Ventilnadel (3), wobei die Ventilnadel (3) an einem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (4) aufweist, der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, einen Dichtsitz bildet, und mit Brennstoffkanälen (35), die in einer mit dem Ventilsitzkörper (5) verbundenen oder einstückig ausgebildeten Ventilnadelfuhrung (31) angeordnet sind und in eine Drallkammer (43) münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Brennstoffkanale (35) so bemessen ist, daß eine in der Drallkammer (43) erzeugte Drallströmung in einer Umfangsrichtung homogen ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Brennstoffkanale (35) mindestens 10 beträgt .
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffkanale (35) in einer Ventilnadelfuhrung (31) ausgebildet sind, die den Ventilschließkörper (4) hohlzylindrisch umgibt.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkammer (43) durch den Ventilschließkörper (4) , den Ventilsitzkörper (5) und die Ventilnadelfuhrung (31) begrenzt ist .
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffkan le (35) in einer Ebene senkrecht zu einer Mittelachse (37) des Brennstoffeinspritzventils (1) ausgebildet sind.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffkanale (35) in einem ringförmigen Einsatz (40) ausgebildet sind.
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Einsatz (40) in eine ersten ringförmigen Ausnehmung (41) des Ventilsitzkörpers (5) einsetzbar ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste ringförmige Ausnehmung (41) in einer zulaufseitigen Stirnseite (44) des Ventilsitzkörpers (5) ausgebildet ist.
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (3) den ringförmigen Einsatz (40) durchgreift und von diesem geführt ist.
10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkammer (43) durch eine zweite ringförmige Ausnehmung (42) gebildet ist, deren Durchmesser kleiner als der der ersten ringförmigen Ausnehmung (41) ist.
11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite ringförmige Ausnehmung (42) abströmseitig der ersten ringförmigen Ausnehmung (41) angeordnet ist .
12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennsto fkan le (35) in dem ringförmigen Einsatz (40) in einer umlaufenden Reihe (34) angeordnet sind.
13. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffkanale (35) in dem ringförmigen Einsatz (40) in mehreren umlaufenden Reihen (34) angeordnet sind.
14. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen (34) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
15. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffkan le (35) in dem ringförmigen Einsatz (40) gegenüber der Mittelachse (37) des Brennstoffeinspritzventils (1) geneigt sind.
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