EP1336046A2 - Fuel injection valve - Google Patents

Fuel injection valve

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Publication number
EP1336046A2
EP1336046A2 EP01993759A EP01993759A EP1336046A2 EP 1336046 A2 EP1336046 A2 EP 1336046A2 EP 01993759 A EP01993759 A EP 01993759A EP 01993759 A EP01993759 A EP 01993759A EP 1336046 A2 EP1336046 A2 EP 1336046A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
fuel injection
flow
fuel
swirl
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Withdrawn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
EP01993759A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Maier
Guenther Hohl
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 EP1336046A2 publication Critical patent/EP1336046A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/162—Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the type of the main claim.
  • a fuel injector in which two flow paths are also formed for generating a bi-flux flow. They are produced in a separate component that is inserted downstream of the sealing seat. The component is manufactured in a multi-layer process and inserted into a recess at the downstream end of the fuel injector. The fuel steel is sprayed directly from the swirl-generating component. The fuel flow is divided into an axial and a swirling flow component in the component. The axial portion of the flow is fed eccentrically back to the swirling fuel flow, as a result of which the cone on which the fuel is sprayed is inclined towards the central axis of the fuel injector.
  • the fuel flow is split downstream of the sealing seat and reunited. A change in the axial proportion of the fuel flow can therefore not be made during opening and closing.
  • the multilayer swirl element also requires a complex manufacturing process and must be used in the fuel injection valve oriented due to the asymmetrical arrangement of the axial flow channel. This increases the manufacturing costs for the fuel injector.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing feature of the main claim has the advantage that no complex additional component is required to generate an axial flow component, but an unavoidable leakage flow is used in a targeted manner by simple measures becomes. The costs for this are low because hardly any additional manufacturing steps are required.
  • the variation in the length of the flow-limiting axial channel over the valve lift makes it possible to change the axial flow component during the opening or closing process of the fuel injector.
  • the enrichment or leaning of the sprayed fuel jet that can be achieved in this way leads to improved combustion and thus ultimately reduces the harmful gas emissions.
  • FIG. 1 is a schematic partial section through a first embodiment of a fuel injector according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic partial section in section II of FIG. 1 through the first exemplary embodiment of a fuel injector according to the invention;
  • Fuel injection valve 1 is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 comprises 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.
  • fuel injector 1 is an electromagnetically actuated fuel injector 1, which has a spray opening 7.
  • the nozzle body 2 is against the outer pole of a magnet coil 10 by a seal 8 sealed.
  • 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 can be molded onto the inner pole 13.
  • the valve needle 3 is guided in a disk-shaped valve needle guide 14. This is paired with a shim 15, which is used to adjust the valve needle stroke.
  • An armature 20 is located on the upstream side of the adjusting disk 15. This armature is non-positively connected to the valve needle 3 via a flange 21, which is connected to the flange 21 by a weld seam 22.
  • a restoring spring 23 is supported on the flange 21 and, in the present design of the fuel injector 1, is preloaded by a sleeve 24 pressed into the inner pole 13.
  • Fuel channels 30a, 30b run in the valve needle guide 14 and in the armature 20.
  • a filter element 25 is arranged in a central fuel feed 16.
  • the fuel injection valve 1 is sealed by a seal 28 against a fuel line, not shown.
  • the armature 20 In the idle state of the fuel injection valve 1, the armature 20 is acted upon by the return spring 23 against the stroke direction via the flange 21 on the valve needle 3 in such a way that the valve closing body 4 is held in sealing contact with the valve seat surface 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 achieved by a position between the inner pole 13 and the Anchor 20 located working gap 27 is predetermined.
  • the armature 20 takes the flange 21, which is welded to the valve needle 2, and thus also 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 reaching the spray opening 7 via swirl channels 32 and an axial channel 35 is sprayed off.
  • a swirl disk 31 is arranged upstream of the valve seat body 5, in which a guide recess 34 for guiding the valve needle 3 and swirl channels 32 for producing a swirl in the fuel flow are introduced.
  • the valve needle 3 is cylindrical in the region of the guide recess 34 and has a change in its radial extent.
  • the swirl disk 31 arranged upstream of the valve seat body 5 has swirl channels 32 for generating swirl. These are introduced, for example, as grooves in the downward surface of the valve seat body 5 and have a tangential component with respect to the longitudinal axis 38 of the fuel injector 1. You will be through the upstream surface of the valve seat body 5 supplemented to closed channels. Furthermore, the swirl disk 31 has a guide recess 34, on the downstream side of which a swirl chamber 33 is arranged, which is designed as a radial extension of the guide recess 34.
  • the swirl channels 32 preferably open tangentially into the swirl chamber 33.
  • the volume pressurized with fuel upstream of the swirl disk 31 is connected to the swirl channels 32 by fuel channels 30c, which are introduced into the swirl disk 31 parallel to the longitudinal axis 38 of the fuel injection valve 1.
  • valve needle 3 penetrates the guide recess 34 and the swirl chamber 33 of the swirl disk 31 and forms the axial channel 35 together with the guide recess 34
  • valve needles 3 and 4 Annular gap in the form of a hollow cylinder.
  • valve needles 3 and 4 Annular gap in the form of a hollow cylinder.
  • Valve closing body 4 made in one piece. However, an embodiment with two components, which are welded together, for example, is also possible.
  • the axial channel 35 has a change in cross section, which is formed by a change in the radial extension of the valve needle 3.
  • the axial channel 35 is divided into two areas.
  • the flow restricting portion 36 of the axial channel 35 is a thin-walled annular gap area which is obtained by a clearance for guiding the valve needle 3 in the swirl disk 31 , The fit is chosen so that it forms a strong throttle point for the axial flow.
  • the resulting leakage depends on the length of the flow-restricting part 36, the maximum can be equal to the length of the guide recess 34.
  • an enlarged part 37 follows, which opens out in the swirl chamber 33.
  • the length of the stroke of the valve needle 3 is smaller than the length of the flow-restricting part 36 of the axial channel 35 in the idle state of the fuel injector 1.
  • Two design variants are conceivable. If the length of the flow-limiting part 36 of the axial channel 35 is only slightly longer than the stroke length of the valve needle 3, this leads to a significant change in the leakage during the valve stroke.
  • the shortening of the length of the flow-limiting part 36 of the axial channel 35 relevant for the formation of a flow resistance increases the leakage flow. This leads to an increase in the axial flow component in the fuel to be sprayed off.
  • the spray pattern of the sprayed fuel is less fanned out.
  • the proportion of the fuel sprayed on the longitudinal axis 38 of the fuel injection valve 1 increases with the opening of the fuel injection valve 1.
  • Fig. 3 shows a second embodiment, in which during the opening process of the
  • Fuel injector 1 the proportion of the axial fuel flow decreases.
  • the axial channel 35 formed as an annular gap in the form of a hollow cylinder through which the fuel flow receives an axial component when the fuel injector 1 is open.
  • the axial channel 35 is in turn divided into a flow-restricting part 36 and an enlarged part 37.
  • the flow restricting part 36 is arranged on the downstream side of the guide recess 34.
  • the valve needle 3 Upstream, the valve needle 3 has a radial taper, which forms the enlarged part 37 of the axial channel 35 with the guide recess 34.
  • the length of the part of the valve needle 3 which forms the flow-restricting part 36 is at least so long that it projects into the guide recess 34 upstream of the swirl chamber 33 in the idle state.
  • the length of the flow-restricting part 36 of the axial channel 35 is increased.
  • the flow resistance along this ring-shaped or hollow-cylindrical, flow-limiting part 36 of the axial channel 35 increases as a result and the axial proportion of the fuel flow is reduced.
  • the spray pattern of the fuel is further fanned out.
  • the flow-limiting part 36 of the axial channel 35 can be long compared to the stroke of the valve needle 3, as in the first embodiment. As a result, the independence of the leakage flow from the valve needle stroke can also be set when the flow restriction is arranged on the downstream side of the guide recess.
  • the gap between the valve needle 3 and the guide recess 34 is used in both exemplary embodiments to set the leakage.
  • a concentrated or fanned-out spray pattern is achieved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

A fuel injection valve (1) for internal combustion engine fuel injection systems, comprising a valve needle (3) and a valve sealing body (4) which cooperates therewith and interacts with a valve seat surface (6) arranged in a valve seat body (5) in order to produce a tight seat. At least one turbulence channel is disposed downstream from the tight seat and provided with a tangential component in relation to a longitudinal axis (38) of the fuel injection valve (1). An axial channel (35) is provided between the valve sealing body (4) and the guide recess (34) of the turbulence disk (31), comprising an axial component in relation to the longitudinal axis (38) of the fuel injection valve (1). The axial channel (35) is configured as an annular gap and has a throughflow limiting part (36) and an expanded part (37).

Description

Brennstoffeinspritzventil Fuel injector
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach Gattung des Hauptanspruchs .The invention relates to a fuel injector according to the type of the main claim.
Aus der US 5 108 037 sind drallerzeugende Brennstoffeinspritzventile bekannt, bei denen zwei Strömungswege für den Brennstoff ausgebildet sind. Die Brennstoffströmung wird im Bereich des Ventilschließkörpers in zwei Komponenten aufgespaltet. Der eine Teil des Brennstoffs durchströmt in einer Drallscheibe angeordnete Drallkanäle. Die BrennstoffStrömung wird dabei mit einer Umfangsgeschwindigkeit beaufschlagt, die zu einem Abspritzen des Brennstoffs auf einem Kegelmantel führt. Die Drallscheibe besitzt eine zentrale Bohrung, die zur Führung des Ventilschließkδrpers verwendet wird. Der zwischen der Führungsbohrung und dem Ventilschließkörper ausgebildete Spalt wird gezielt genutzt, um einen Brennstoffleckagestro zu ermöglichen, der ohne Drall in axialer Richtung durch die Führungsbohrung strömt. Stromaufwärts des Dichtsitzes treffen die drallbehaftete und die axiale Brennstoffströmung aufeinander. Die sich mischenden BrennstoffStrömungen werden gemeinsam abgespritzt. Dadurch kann der Brennstoff nicht nur auf einem Kegelmantel, sonder als Vollkegel abgespritzt werden. Aus der DE 198 75 795 AI ist weiterhin ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ebenfalls zwei Strömungswege zur Erzeugung einer Bi-Flux Strömung ausgebildet sind. Sie werden in einem eigenen Bauteil erzeugt, das stromabwärts des Dichtsitzes eingesetzt ist. Das Bauteil wird in einem Mehrschichtverfahren hergestellt und in eine Ausnehmung am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils eingesetzt. Der Brennstoff trahl wird direkt aus dem drallerzeugenden Bauteil abgespritzt. In dem Bauteil erfolgt die Aufteilung der BrennstoffStrömung in einen axialen und einen drallbehafteten Strömungsanteil. Der Axialanteil der Strömung wird der drallbehafteten BrennstoffStrömung dabei exzentrisch wieder zugeführt, wodurch der Kegel auf dem der Brennstoff abgespritzt wird gegen die Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils geneigt wird.Swirl-generating fuel injection valves are known from US Pat. No. 5,108,037, in which two flow paths are formed for the fuel. The fuel flow is split into two components in the area of the valve closing body. One part of the fuel flows through swirl channels arranged in a swirl disk. The fuel flow is subjected to a peripheral speed that leads to the fuel being sprayed off on a conical jacket. The swirl disk has a central bore which is used to guide the valve closing body. The gap formed between the guide bore and the valve closing body is used in a targeted manner to enable a fuel leakage flow that flows through the guide bore in the axial direction without swirl. Upstream of the sealing seat, the swirled and axial fuel flows meet. The mixing fuel flows are sprayed together. This means that the fuel can be sprayed not only on a cone jacket, but also as a full cone. From DE 198 75 795 AI a fuel injector is also known, in which two flow paths are also formed for generating a bi-flux flow. They are produced in a separate component that is inserted downstream of the sealing seat. The component is manufactured in a multi-layer process and inserted into a recess at the downstream end of the fuel injector. The fuel steel is sprayed directly from the swirl-generating component. The fuel flow is divided into an axial and a swirling flow component in the component. The axial portion of the flow is fed eccentrically back to the swirling fuel flow, as a result of which the cone on which the fuel is sprayed is inclined towards the central axis of the fuel injector.
Bei dem aus der US 5 108 037 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist die Vergrößerung der Toleranz zwischen dem Ventilschließkörper und der Führungsbohrung von Nachteil . Sie ist erforderlich um einen ausreichenden Leckagestrom zur Erzeugung einer Axialströmung zu erreichen. Durch die Verwendung eines kugelförmigen Ventilschließkörpers und der damit verbundenen linienförmigen Drosselstelle sind unvermeidbare Schwankungen des Passmaßes mit starken Streuungen des axialen Strömungsanteils verbunden. Dadurch erhöht sich die Ausschußquote bei der Herstellung des Brennstoffeinspritzventils .In the fuel injector known from US Pat. No. 5,108,037, the increase in the tolerance between the valve closing body and the guide bore is disadvantageous. It is necessary to achieve a sufficient leakage flow to generate an axial flow. Due to the use of a spherical valve closing body and the associated linear throttling point, unavoidable fluctuations in the fit are associated with strong scattering of the axial flow component. This increases the reject rate in the manufacture of the fuel injector.
Weiterhin nachteilig ist die schlechtere Führung des Ventilschließkörpers. Der Ventilschließkörper wird während des Abspritzvorgangs von Brennstoff umströmt. Durch die Kugelgeometrie und das vergrößerte Spiel zwischen dem Ventilschließkörper und der Führungsbohrung wird die Neigung zum Schwingen erhöht. Dadurch kann es zur Ausbildung einer instationären Strömung kommen. Der Verschleiß des Brennstoffeinspritzventils erhöht sich. Ferner ist eine Beeinflussung des Verhältnisses zwischen axialer und drallbehafteter Strömung während des Öffnungsund Schließvorgangs nicht möglich. Die Einstellung wird für den Fall des vollständig geöffneten Brennstoffeinspritzventils optimiert und ist demgemäß während des Öffnens und Schließens des Brennstoffeinspritzventils ein Kompromiß, der zu einer schlechteren Verbrennung führt.Another disadvantage is the poorer guidance of the valve closing body. Fuel flows around the valve closing body during the spraying process. Due to the spherical geometry and the increased play between the valve closing body and the guide bore, the tendency to oscillate is increased. This can lead to the formation of an unsteady flow. The wear of the fuel injector increases. Furthermore, it is not possible to influence the relationship between the axial and swirling flow during the opening and closing process. The setting is optimized for the case of the fully opened fuel injector and is accordingly a compromise during the opening and closing of the fuel injector, which leads to poorer combustion.
Bei dem aus der DE 198 15 795 AI bekannten Brennstoffeinspritzventil ist dagegen die Anordnung stromabwärts des Dichtsitzes nachteilig. Dadurch kann es leicht zur einer Verkokung des drallerzeugenden Bauteils kommen. Eine zuverlässige und konstante Aufbereitung des abzuspritzenden Brennstoffs kann so nicht sichergestellt werden. Als Konsequenz verschlechtert sich die Zerstäubung und es kommt letztlich zu einer erhöhten Schadstoffbelastung durch die verschlechterte Verbrennung.In the fuel injector known from DE 198 15 795 AI, however, the arrangement downstream of the sealing seat is disadvantageous. This can easily lead to coking of the swirl-generating component. A reliable and constant preparation of the fuel to be sprayed cannot be ensured in this way. As a consequence, the atomization deteriorates and ultimately there is an increased pollutant load due to the deteriorated combustion.
Der Brennstoffström wird stromabwärts des Dichtsitzes aufgespalten und wieder vereint . Eine Veränderung des axialen Anteils der BrennstoffStrömung kann daher während des Öffnens und Schließens nicht vorgenommen werden.The fuel flow is split downstream of the sealing seat and reunited. A change in the axial proportion of the fuel flow can therefore not be made during opening and closing.
Das mehrschichtig aufgebaute Drallelement erfordert darüber hinaus ein aufwendiges Herstellverfahren und muß aufgrund der asymmetrischen Anordnung des axialen Strömungskanals orientiert in das Brennsto feinspritzventil eingesetzt werden. Dadurch erhöhen sich die Fertigungskosten für das Brennstoffeinspritzventil .The multilayer swirl element also requires a complex manufacturing process and must be used in the fuel injection valve oriented due to the asymmetrical arrangement of the axial flow channel. This increases the manufacturing costs for the fuel injector.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Demgegenüber hat das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs den Vorteil, daß zur Erzeugung eines axialen Strömungsanteils kein aufwendiges zusätzliches Bauteil erforderlich ist, sondern eine unvermeidbare Leckageströmung durch einfache Maßnahmen gezielt eingesetzt wird. Die Kosten dafür sind gering, da kaum zusätzliche Fertigungsschritte erforderlich sind.In contrast, the fuel injector according to the invention with the characterizing feature of the main claim has the advantage that no complex additional component is required to generate an axial flow component, but an unavoidable leakage flow is used in a targeted manner by simple measures becomes. The costs for this are low because hardly any additional manufacturing steps are required.
Weiterhin ist die Einstellung der Leckrate über die Länge des durchflußbegrenzenden Spalts vorteilhaft, da hierdurch die Führung des Ventilschließkörpers nicht negativ beeinflußt wird. Die Führung der Ventilnadel erfolgt über eine Fläche und wird deswegen von Schwankungen im Durchmesser der Ventilnadel weniger stark beeinflußt, als dies bei eine Führung entlang einer Umfangslinie geschieht.Furthermore, the setting of the leakage rate over the length of the flow-limiting gap is advantageous, since the guidance of the valve closing body is not adversely affected thereby. The valve needle is guided over a surface and is therefore less influenced by fluctuations in the diameter of the valve needle than is the case when guided along a circumferential line.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils möglich.Advantageous developments of the fuel injector according to the invention are possible through the measures listed in the subclaims.
Die Variation der Länge des durchflußbegrenzenden Axialkanals über den Ventilhub macht eine Veränderung des axialen Strömungsanteils während des Öffnungs- bzw. Schließvorgangs des Brennstoffeinspritzventils möglich. Die so erreichbare Anreicherung oder Abmagerung des abgespritzten BrennstoffStrahls führt zu einer verbesserten Verbrennung und reduziert somit schließlich die Schadgasemissio .The variation in the length of the flow-limiting axial channel over the valve lift makes it possible to change the axial flow component during the opening or closing process of the fuel injector. The enrichment or leaning of the sprayed fuel jet that can be achieved in this way leads to improved combustion and thus ultimately reduces the harmful gas emissions.
Ferner ist die einfache Bildung von Varianten des Brennstoffeinspritzventils vorteilhaft. Eine individuelle Anpassung an die speziellen Erfordernisse einer vorgesehenen Brennkraftmaschine ist durch Variantenbildung eines einzigen Bauteils möglich.Furthermore, the simple formation of variants of the fuel injection valve is advantageous. An individual adaptation to the special requirements of an intended internal combustion engine is possible by forming a variant of a single component.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments are shown in simplified form in the drawing and are explained in more detail in the description below. Show it:
Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ; Fig. 2 einen schematischen Teilschnitt im Ausschnitt II der Fig. 1 durch das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils;Figure 1 is a schematic partial section through a first embodiment of a fuel injector according to the invention. FIG. 2 shows a schematic partial section in section II of FIG. 1 through the first exemplary embodiment of a fuel injector according to the invention;
Fig. 3 einen schematischen Teilschnitt im Ausschnitt II der Fig. 1 durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils;3 shows a schematic partial section in section II of FIG. 1 through a second exemplary embodiment of a fuel injector according to the invention;
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Bevor anhand der Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Brennstoffeinspritzventile 1 näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 in einer Gesamtdarstellung bezüglich seiner wesentlichen Bestandteile kurz erläutert werdend.Before two exemplary embodiments of fuel injection valves 1 according to the invention are described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3, the fuel injection valve 1 according to the invention will first be briefly explained in terms of its essential components with reference to FIG. 1 in an overall view.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt . DasThe fuel injection valve 1 is designed in the form of a fuel injection valve 1 for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engines. The
Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.Fuel injection valve 1 is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt einen 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 elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol einer Magnetspule 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 Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.The fuel injection valve 1 comprises 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. In the exemplary embodiment, fuel injector 1 is an electromagnetically actuated fuel injector 1, which has a spray opening 7. The nozzle body 2 is against the outer pole of a magnet coil 10 by a seal 8 sealed. 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 can be molded onto the inner pole 13.
Die Ventilnadel 3 ist in einer scheibenförmig ausgeführten Ventilnadelführung 14 geführt. Dieser ist eine Einstellscheibe 15 zugepaart, welche zur Einstellung des Ventilnadelhubes dient. Auf der stromaufwärtigen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem Flansch 21 verbunden ist. Auf dem Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine in den Innenpol 13 eingepreßte Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.The valve needle 3 is guided in a disk-shaped valve needle guide 14. This is paired with a shim 15, which is used to adjust the valve needle stroke. An armature 20 is located on the upstream side of the adjusting disk 15. This armature is non-positively connected to the valve needle 3 via a flange 21, which is connected to the flange 21 by a weld seam 22. A restoring spring 23 is supported on the flange 21 and, in the present design of the fuel injector 1, is preloaded by a sleeve 24 pressed into the inner pole 13.
In der Ventilnadelführung 14 und im Anker 20 verlaufen Brennstoffkanäle 30a, 30b. In einer zentralen Brennstoffzufuhr 16 ist ein Filterelement 25 angeordnet. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet.Fuel channels 30a, 30b run in the valve needle guide 14 and in the armature 20. A filter element 25 is arranged in a central fuel feed 16. The fuel injection valve 1 is sealed by a seal 28 against a fuel line, not shown.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 über den Flansch 21 an der Ventilnadel 3 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 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 2 verschweißt ist, und damit die Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über Drallkanäle 32 und einen Axialkanal 35 zu der Abspritzöffnung 7 gelangende Brennstoff wird abgespritzt.In the idle state of the fuel injection valve 1, the armature 20 is acted upon by the return spring 23 against the stroke direction via the flange 21 on the valve needle 3 in such a way that the valve closing body 4 is held in sealing contact with the valve seat surface 6. 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 achieved by a position between the inner pole 13 and the Anchor 20 located working gap 27 is predetermined. The armature 20 takes the flange 21, which is welded to the valve needle 2, and thus also 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 reaching the spray opening 7 via swirl channels 32 and an axial channel 35 is sprayed off.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf den Flansch 21 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich die Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch setzt der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf, und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.If the coil current is switched 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 on the flange 21, as a result of which the valve needle 3 moves counter to the stroke direction. As a result, the valve closing body 4 rests on the valve seat surface 6 and the fuel injection valve 1 is closed.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Stromaufwärts des Ventilsitzkörpers 5 ist eine Drallscheibe 31 angeordnet, in der eine Führungsausnehmung 34 zur Führung der Ventilnadel 3 und Drallkanäle 32 zur Erzeugung eines Dralls in der BrennstoffStrömung eingebracht sind. Die Ventilnadel 3 ist im Bereich der Führungsausnehmung 34 zylinderförmig und weist eine Änderung ihrer radialen Ausdehnung auf. Bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil 1 bildet sich entlang eines Axialkanals 35 zwischen Führungsausnehmung 34 und Ventilnadel 3 eine axiale BrennstoffStrömung aus und addiert sich zu der drallbeaufschlagten tangentialen BrennstoffStrömung der Drallkanäle 32. Die Addition der TeilStrömungen ergibt beim Abspritzen ein Summenstrahlbild.2 shows a first exemplary embodiment of a fuel injection valve 1 according to the invention. A swirl disk 31 is arranged upstream of the valve seat body 5, in which a guide recess 34 for guiding the valve needle 3 and swirl channels 32 for producing a swirl in the fuel flow are introduced. The valve needle 3 is cylindrical in the region of the guide recess 34 and has a change in its radial extent. When the fuel injection valve 1 is open, an axial fuel flow is formed along an axial channel 35 between the guide recess 34 and valve needle 3 and is added to the tangential fuel flow of the swirl channels 32 which is subjected to swirl. The addition of the partial flows results in a cumulative spray pattern when sprayed.
Die stromaufwärts des Ventilsitzkörpers 5 angeordnete Drallscheibe 31 weist zur Drallerzeugung Drallkanäle 32 auf. Diese sind beispielsweise als Nuten in die stro abwärtige Fläche des Ventilsitzkörpers 5 eingebracht und weisen eine Tangentialkomponente gegenüber der Längsachse 38 des Brennstoffeinspritzventils 1 auf. Sie werden durch die stromaufwärtige Fläche des Ventilsitzkörpers 5 zu geschlossenen Kanälen ergänzt. Weiterhin weist die Drallscheibe 31 eine Führungsausnehmung 34 auf, an deren stromabwärtiger Seite eine Drallkammer 33 angeordnet ist, welche als radiale Erweiterung der Führungsausnehmung 34 ausgebildet ist. Die Drallkanäle 32 münden vorzugsweise tangential in die Drallkammer 33.The swirl disk 31 arranged upstream of the valve seat body 5 has swirl channels 32 for generating swirl. These are introduced, for example, as grooves in the downward surface of the valve seat body 5 and have a tangential component with respect to the longitudinal axis 38 of the fuel injector 1. You will be through the upstream surface of the valve seat body 5 supplemented to closed channels. Furthermore, the swirl disk 31 has a guide recess 34, on the downstream side of which a swirl chamber 33 is arranged, which is designed as a radial extension of the guide recess 34. The swirl channels 32 preferably open tangentially into the swirl chamber 33.
Das stromaufwärts der Drallscheibe 31 mit Brennstoff bedrückte Volumen ist mit den Drallkanälen 32 durch Brennstoffkanäle 30c verbunden, die parallel zur Längsachse 38 des Brennstoffeinspritzventils 1 in die Drallscheibe 31 eingebracht sind. Sie sind z. B. als Nuten in die radial äußere Begrenzungsfläche der Drallscheibe 31 eingebracht und werden von der Innenwand des Düsenkörpers 2 zu Brennstoffkanälen verschlossen.The volume pressurized with fuel upstream of the swirl disk 31 is connected to the swirl channels 32 by fuel channels 30c, which are introduced into the swirl disk 31 parallel to the longitudinal axis 38 of the fuel injection valve 1. You are e.g. B. introduced as grooves in the radially outer boundary surface of the swirl disk 31 and are closed by the inner wall of the nozzle body 2 to fuel channels.
Die Ventilnadel 3 durchdringt die Führungsausnehmung 34 und die Drallkammer 33 der Drallscheibe 31 und bildet zusammen mit der Führungsausnehmung 34 den Axialkanal 35 alsThe valve needle 3 penetrates the guide recess 34 and the swirl chamber 33 of the swirl disk 31 and forms the axial channel 35 together with the guide recess 34
Ringspalt in Form eines HohlZylinders aus. In der dargestellten Bauform sind Ventilnadel 3 undAnnular gap in the form of a hollow cylinder. In the design shown, valve needles 3 and
Ventilschließkörper 4 einstückig ausgeführt. Ebenso ist jedoch eine Ausführung mit zwei Bauteilen möglich, die beispielsweise miteinander verschweißt werden.Valve closing body 4 made in one piece. However, an embodiment with two components, which are welded together, for example, is also possible.
Der Axialkanal 35 weist eine Querschnittsänderung auf, welche durch eine Veränderung der radialen Ausdehnung der Ventilnadel 3 gebildet wird. Der Axialkanal 35 wird dadurch in zwei Bereiche gegliedert. Im stromaufwärtigen Bereich der Drallscheibe 31 befindet sich ein für den axialen Anteil der BrennstoffStrömung durchflußbegrenzender Teil 36 des Axialkanals 35. • Der durchflußbegrenzende Teil 36 des Axialkanals 35 ist ein dünnwandiger Ringspaltbereich, der sich durch eine Spielpassung zur Führung der Ventilnadel 3 in der Drallscheibe 31 ergibt. Die Passung ist so gewählt, daß sie für die Axialströmung eine starke Drosselstelle bildet. Die daraus resultierende Leckage ist abhängig von der Länge des durchflußbegrenzenden Teils 36, die maximal gleich der Länge der Führungsausnehmung 34 sein kann. In stromabwärtiger Richtung schließt sich ein erweiterter Teil 37 an, der in der Drallkammer 33 ausmündet.The axial channel 35 has a change in cross section, which is formed by a change in the radial extension of the valve needle 3. The axial channel 35 is divided into two areas. In the upstream portion of the swirl disk 31 is a durchflußbegrenzender for the axial portion of the fuel flow section 36 of the axial channel 35. • The flow restricting portion 36 of the axial channel 35 is a thin-walled annular gap area which is obtained by a clearance for guiding the valve needle 3 in the swirl disk 31 , The fit is chosen so that it forms a strong throttle point for the axial flow. The resulting leakage depends on the length of the flow-restricting part 36, the maximum can be equal to the length of the guide recess 34. In the downstream direction, an enlarged part 37 follows, which opens out in the swirl chamber 33.
Die Länge des Hubes der Ventilnadel 3 ist kleiner als die Länge des durchflußbegrenzenden Teils 36 des Axialkanals 35 im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1. Dabei sind zwei Ausführungsvarianten denkbar. Ist die Länge des durchflußbegrenzenden Teils 36 des Axialkanals 35 nur geringfügig länger als die Hublänge der Ventilnadel 3, führt dies zu einer wesentlichen Änderung der Leckage während des Ventilhubes. Die Verkürzung der für die Ausbildung eines Strömungswiderstandes relevanten Länge des durchflußbegrenzenden Teils 36 des Axialkanals 35 erhöht den Leckagestrom. Dies führt zu einer Erhöhung des axialen Strömungsanteils in dem abzuspritzenden Brennstoff. Das Abspritzbild des abgespritzten Brennstoffs ist weniger aufgef chert. Der Anteil des auf der Längsachse 38 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgespritzten Brennstoffs steigt mit der Öffnung des Brennstoffeinspritzventils 1 an.The length of the stroke of the valve needle 3 is smaller than the length of the flow-restricting part 36 of the axial channel 35 in the idle state of the fuel injector 1. Two design variants are conceivable. If the length of the flow-limiting part 36 of the axial channel 35 is only slightly longer than the stroke length of the valve needle 3, this leads to a significant change in the leakage during the valve stroke. The shortening of the length of the flow-limiting part 36 of the axial channel 35 relevant for the formation of a flow resistance increases the leakage flow. This leads to an increase in the axial flow component in the fuel to be sprayed off. The spray pattern of the sprayed fuel is less fanned out. The proportion of the fuel sprayed on the longitudinal axis 38 of the fuel injection valve 1 increases with the opening of the fuel injection valve 1.
Durch Verlängerung des durchflußbegrenzenden Teils 36 des Axialkanals 35 kann eine zunehmend von der Öffnung des Brennstoffeinspritzventils 1 unabhängige Leckage eingestellt werden. Die relative Längenänderung des durchflußbegrenzenden Teils 36 des Axialkanals 35 durch den Hub der Ventilnadel 3 in Gegenstromrichtung beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 ist klein, so daß die Auswirkungen auf den Leckagestrom vernachlässigbar sind. Das Verhältnis von axialem Strömungsanteil zu drallbeaufschlagtem Strömungsanteil bleibt nahezu konstant und das Abspritzbild ändert sich während der gesamten Abspritzdauer nicht.By extending the flow-restricting part 36 of the axial channel 35, an increasingly independent leakage from the opening of the fuel injector 1 can be set. The relative change in length of the flow-restricting part 36 of the axial channel 35 due to the stroke of the valve needle 3 in the countercurrent direction when the fuel injector 1 is opened is small, so that the effects on the leakage flow are negligible. The ratio of the axial flow component to the swirl-loaded flow component remains almost constant and the spray pattern does not change during the entire spray duration.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem während des ÖffnungsVorgangs desFig. 3 shows a second embodiment, in which during the opening process of the
Brennstoffeinspritzventils 1 der Anteil der axialen BrennstoffStrömung abnimmt. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Ventilnadel 3 und der Führungsausnehmung 34 der Drallscheibe 31 ein Axialkanal 35 als Ringspalt in Form eines HohlZylinders ausgebildet, durch den die Brennstoffströmung bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil 1 eine axiale Komponente erhält. Durch eine Änderung der radialen Ausdehnung der Ventilnadel 3 wird der Axialkanal 35 wiederum in einen durchflußbegrenzenden Teil 36 und einen erweiterten Teil 37 unterteilt. Der durchflußbegrenzende Teil 36 ist an der stromabwärtigen Seite der Führungsausnehmung 34 angeordnet. Stromaufwärts weist die Ventilnadel 3 eine radiale Verjüngung auf, die mit der Führungsausnehmung 34 den erweiterten Teil 37 des Axialkanals 35 bildet. Die Längenausdehnung des Teils der Ventilnadel 3, der den durchflußbegrenzenden Teil 36 bildet, ist dabei mindestens so lang, daß er in Ruhezustand in die Führungsausnehmung 34 stromaufwärts der Drallkammer 33 hineinragt.Fuel injector 1 the proportion of the axial fuel flow decreases. As in the first embodiment is between the valve needle 3 and Guide recess 34 of the swirl disk 31 an axial channel 35 formed as an annular gap in the form of a hollow cylinder through which the fuel flow receives an axial component when the fuel injector 1 is open. By changing the radial extent of the valve needle 3, the axial channel 35 is in turn divided into a flow-restricting part 36 and an enlarged part 37. The flow restricting part 36 is arranged on the downstream side of the guide recess 34. Upstream, the valve needle 3 has a radial taper, which forms the enlarged part 37 of the axial channel 35 with the guide recess 34. The length of the part of the valve needle 3 which forms the flow-restricting part 36 is at least so long that it projects into the guide recess 34 upstream of the swirl chamber 33 in the idle state.
Beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 wird die Länge des durchflußbegrenzenden Teils 36 des Axialkanals 35 vergrößert. Der Strömungswiderstand entlang dieses ringförmig bzw. hohlzylinderförmig ausgebildeten, durchflußbegrenzenden Teils 36 des Axialkanals 35 vergrößert sich dadurch und der axiale Anteil an der BrennstoffStrömung reduziert sich. Das Abspritzbild des Brennstoffs ist dadurch weiter aufgefächert. Der durchflußbegrenzende Teil 36 des Axialkanals 35 kann ebenso wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel lang gegenüber dem Hub der Ventilnadel 3 sein. Dadurch ist auch bei der Anordnung der Durchflußbegrenzung an der stromabwärtigen Seite der Führungsausnehmung die Unabhängigkeit der Leckageströmung von dem Ventilnadelhub einstellbar.When the fuel injection valve 1 is opened, the length of the flow-restricting part 36 of the axial channel 35 is increased. The flow resistance along this ring-shaped or hollow-cylindrical, flow-limiting part 36 of the axial channel 35 increases as a result and the axial proportion of the fuel flow is reduced. The spray pattern of the fuel is further fanned out. The flow-limiting part 36 of the axial channel 35 can be long compared to the stroke of the valve needle 3, as in the first embodiment. As a result, the independence of the leakage flow from the valve needle stroke can also be set when the flow restriction is arranged on the downstream side of the guide recess.
Bei konstanter Leckströmung während des gesamten Abspritzvorgangs dient bei beiden Ausführungsbeispielen das Spaltmaß zwischen Ventilnadel 3 und Führungsausnehmung 34 zur Einstellung der Leckage. Durch Verändern des Paßmaßes wird ein konzentriertes bzw. aufgef chertes Abspritzbild erreicht . In the case of constant leakage flow during the entire spraying process, the gap between the valve needle 3 and the guide recess 34 is used in both exemplary embodiments to set the leakage. By changing the fit, a concentrated or fanned-out spray pattern is achieved.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Brennstoffeinspritzventil (1) für1. Fuel injector (1) for
Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einer Ventilnadel (3) und einem damit in Wirkverbindung stehenden Ventilschließkörper (4) , der mit einer in einem Ventilsitzkörper (5) angeordneten Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, mit stromaufwärts des Dichtsitzes zumindest einem Drallkanal (32) , der eine Tangentialkomponente gegenüber einer Längsachse (38) des Brennstoffeinspritzventils (1) aufweist, und mit einem zwischen dem Ventilschließkörper (4) und einer Führungsausnehmung (34) der Drallscheibe (31) ausgebildeten Axialkanal (35) , der gegenüber der Längsachse (38) des Brennstoffeinspritzventils (1) eine Axialkomponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialkanal (35) als Ringspalt ausgebildet ist und einen durchflußbegrenzenden (36) und einen erweiterten Teil (37) aufweist.Fuel injection systems of internal combustion engines with a valve needle (3) and a valve closing body (4) that is operatively connected to it, which cooperates with a valve seat surface (6) arranged in a valve seat body (5) to form a sealing seat, with at least one swirl channel (32) upstream of the sealing seat, which has a tangential component with respect to a longitudinal axis (38) of the fuel injection valve (1), and with an axial channel (35) formed between the valve closing body (4) and a guide recess (34) of the swirl disk (31), which is opposite the longitudinal axis (38) of the Fuel injection valve (1) has an axial component, characterized in that the axial channel (35) is designed as an annular gap and has a flow-restricting part (36) and an enlarged part (37).
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der durchflußbegrenzende Teil (36) des Axialkanals (35) an dem stromaufwärtigen Ende der Führungsausnehmung (34) angeordnet ist. 2. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the flow-restricting part (36) of the axial channel (35) is arranged at the upstream end of the guide recess (34).
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durchflußbegrenzende Teil (36) des Axialkanals (35) an dem stromabwärtigen Ende der Führungsausnehmung (34) angeordnet ist.3. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the flow-restricting part (36) of the axial channel (35) is arranged at the downstream end of the guide recess (34).
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts des Axialkanals (35) eine Drallkammer (33) angeordnet ist, die von einer Drallscheibe (31) begrenzt ist .4. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that a swirl chamber (33) is arranged downstream of the axial channel (35), which is limited by a swirl disk (31).
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (32) in die Drallkammer (33) ausmünden. 5. Fuel injection valve according to claim 4, characterized in that the swirl channels (32) open into the swirl chamber (33).
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