EP1346147A1 - Fuel-injection valve - Google Patents

Fuel-injection valve

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Publication number
EP1346147A1
EP1346147A1 EP01995612A EP01995612A EP1346147A1 EP 1346147 A1 EP1346147 A1 EP 1346147A1 EP 01995612 A EP01995612 A EP 01995612A EP 01995612 A EP01995612 A EP 01995612A EP 1346147 A1 EP1346147 A1 EP 1346147A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
swirl
fuel injection
valve
bypass
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Withdrawn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
EP01995612A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Fevzi Yildirim
Guenther Hohl
Michael Huebel
Norbert Keim
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 EP1346147A1 publication Critical patent/EP1346147A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0664—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
    • F02M51/0671—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature having an elongated valve body attached thereto
    • 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
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • Internal combustion engine which has a ' guide and seat area at the downstream end of the fuel injector, 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 are not related to the outer periphery of the swirl element in combination. The total opening area extends completely across the axial thickness of the swirl element.
  • a disadvantage of the fuel injector known from the abovementioned publication is in particular that Fixed swirl angle that cannot be adapted to different operating conditions such as partial and full load operation of an internal combustion engine. As a result, the cone opening angle ⁇ of the injected mixture cloud cannot be adapted to the various operating states, which leads to inhomogeneities in combustion, increased fuel consumption and increased exhaust gas emissions.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the swirl is adjustable depending on the operating state of the fuel injector, whereby a spray pattern adapted to the operating state of the fuel injector can be generated. This enables the mixture formation and the combustion process to be optimized.
  • the measures according to the invention are also used in a fuel injector continuous stroke can be used advantageously, since the desired modeling of the mixture cloud can also be carried out in a simple manner by means of a suitable geometry of the swirl channels.
  • the formation of a driver and the separation of the U-disc from the valve needle are advantageous, since the opening process of the fuel injector is not influenced by the lifting of the by-pass disc and the valve needle first goes through an undisturbed partial stroke until the driver strikes the by-pass disc.
  • Fig. 1 shows a partial axial section through a first
  • FIG. 2B is an enlarged detail in area II in Fig. 1, wherein the fuel injector is shown in the open state
  • FIG. 3A in the same representation as in Fig. 2A, a second embodiment of a Fuel injection valve according to the invention, wherein the fuel injection valve is shown in the closed state, and
  • FIG. 3B in the same representation as in Fig. 2B, a second embodiment of a fuel injector according to the invention, the fuel injector being shown in the open state.
  • a first exemplary embodiment of a fuel injection valve 1 designed according to the invention shown in FIG. 1 serves in particular for the direct injection of fuel into the combustion chamber of a spark-ignited, mixture-compressing internal combustion engine.
  • the fuel injector 1 comprises a solenoid 8 as actuator 27, which is encapsulated in a coil housing 9, a tubular inner pole 11 and a sleeve-shaped outer pole 14, which is welded to a nozzle body 2.
  • An armature 12 is operatively connected to a valve needle 3, which is formed in the spray direction towards a valve closing body 4.
  • the valve closing body 4 forms a sealing seat with a valve seat surface 6, which is formed on a valve seat body 5.
  • the fuel injection valve 1 opens inwards. At least one spray opening 7 is formed in the valve seat body 5.
  • a swirl device 15 is provided on the inflow side of the sealing seat, which comprises a guide disk 16, a bypass disk 17 and swirl channels 18.
  • the swirl device 15 is explained in more detail in the description of FIGS. 2A and 2B.
  • the armature 12 In the idle state of the fuel injection valve 1, the armature 12 is acted upon by the return spring 10 against a lifting direction in such a way that the valve closing body 4 is held in sealing contact with the valve seat surface 6.
  • the magnet coil 8 When the magnet coil 8 is excited, it builds up a magnetic field which moves the armature 12 against the spring force of the return spring 10 in the stroke direction.
  • the armature 12 also takes the valve needle 3 with it in the stroke direction.
  • the valve closing body 4 which is formed in one piece with the valve needle 3 in the exemplary embodiment, lifts off the valve seat surface 6, as a result of which the bypass disk 17, which is non-positively connected to the valve needle 3 by means of a weld seam 21, also moves in the stroke direction and thus a bypass channel 19 is opened. Fuel is passed through flow openings 20 in the guide disk 16 and through the bypass anal 19 and the swirl channels 18 past the sealing seat and into the at least one spray opening 7. A detailed representation of the process can be seen in FIGS. 2A and 2B.
  • the armature 12 drops from the inner pole 11 after the magnetic field has been sufficiently reduced by the force of the return spring 10, as a result of which the valve needle 3, which is operatively connected to the armature 12, moves against the stroke direction, the bypass disk 17 closes the bypass anal 19 , The valve closing body 4 is placed on the valve seat surface 6 and the fuel injector 1 is closed.
  • FIG. 2A shows an excerpted, schematic axial sectional view of the fuel injector 1 designed according to the invention in the closed state in area II in FIG. 1. Only those components are shown in the enlarged view that are essential in relation to the invention.
  • the design of the other components can be identical to a known fuel injection valve 1. Elements already described are included in all figures Matching reference numerals, so that a repetitive description is unnecessary.
  • a mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engine places different demands on the shape, stoichiometry and penetration capacity of the mixture cloud injected into the combustion chamber than in full-load operation in part-load operation.
  • the mixture cloud should have a relatively small opening angle ⁇ , a large penetration capacity, a narrow core area with a richer mixture due to the small opening angle ot and a very lean shell, while in full-load range a large opening angle ⁇ and thus an almost homogeneous filling of the cylinder ignitable mixture is required.
  • the modeling of the mixture cloud parameters can be made possible by influencing the swirl by the measures according to the invention described here. If the fuel emerges from the spray opening with a small swirl, a mixture cloud with a small opening angle is injected, while a strong swirl generates a large beam expansion and thus a mixture cloud with a large opening angle.
  • the invention is particularly advantageously applicable in connection with a fuel injector 1 with a multi-stage stroke or piezoelectric actuators 27.
  • the swirl device 15 indicated in FIG. 1 with a bypass channel 19 provides for the fuel flow through the swirl device 15 to be designed as a function of the stroke of the valve needle 3 of the fuel injection valve 1. 2A, the bypass channel 19 is closed, and the fuel can only flow through the swirl channels 18 in the closed state of the fuel injection valve 1.
  • FIG. 2B shows, in the same representation as FIG. 2A, the fuel injection valve 1 according to the invention in the open state.
  • the actuator 27, which is designed as a solenoid coil 8 in the present exemplary embodiment is actuated, the valve needle 3 is raised in a stroke direction counter to the flow direction of the fuel, as a result of which the bypass disk 17 connected to the valve needle 3 via a weld seam 21 is also moved in the stroke direction.
  • the fuel flows through flow openings 20 in the guide disk 16 to the bypass 19.
  • 3A and 3B illustrate a second exemplary embodiment of the fuel injection valve 1 according to the invention in the same view as FIGS. 2A and 2B.
  • the bypass disk 17 in the present second exemplary embodiment is not with the valve needle 3 through a weld seam 21 or through Pressed connected, but is plugged onto the valve needle 3 axially movable.
  • the valve needle 3 has a driver 24 which is positively connected to the valve needle 3 by means of a weld seam 25 or by pressing etc.
  • This embodiment is particularly advantageously applicable to fuel injectors 1 with a two-stage stroke.
  • valve needle 3 passes through a partial stroke, which is accompanied, for example, only by a slight increase in the bypass disc 17 via the driver 24 or even without an increase in the bypass disc 17, which is why the fuel has a large tangential swirl component after the sealing seat having.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments shown and is particularly in the case of fuel injectors 1 with a multi-stage stroke, in the case of fuel injectors 1 with piezoelectric or magnetostrictive actuators 27 and realizable in any design variants of fuel injection valves 1.

Abstract

The invention relates to a fuel-injection valve (1), in particular for fuel-injection systems of internal combustion engines. Said valve comprises an actuator (27), a valve needle (3), operated by said actuator (27), for actuating a valve closing body (4), which forms a seal seat with a valve seat surface (6) and a swirl device (15), which has at least one swirl channel (18) that is traversed by fuel with a tangential component in relation to a longitudinal axis (26) of the fuel-injection valve (1). The axial position of a bypass disc (17) that interacts with a valve needle (3) determines a cross-section of at least one bypass channel (19), which bypasses the swirl channel(s) (18) without a tangential component.

Description

Brennstoffeinspritzventil Fuel injector
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .The invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
Aus der DE 197 36 682 AI ist ein Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fre dgezündetenFrom DE 197 36 682 AI a fuel injection valve for the direct injection of fuel into the combustion chamber of a mixture-compressing, freely ignited
Brennkraftmaschine bekannt, welches am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils einen 'Führungs- und Sitzbereich aufweist, 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.Internal combustion engine is known, which has a ' guide and seat area at the downstream end of the fuel injector, 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 are not related to the outer periphery of the swirl element in combination. The total opening area extends completely across the axial thickness of the swirl element.
Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere der festeingestellte Drallwinkel, der nicht den unterschiedlichen Betriebszuständen wie Teil- und Vollastbetrieb einer Brennkraftmaschine angepaßt werden kann. Dadurch kann auch der Kegelöffnungswinkel α der eingespritzten Gemischwolke nicht an die verschiedenen Betriebszustände angepaßt werden, was zu Inhomogenitäten bei der Verbrennung, erhöhtem Brennstoffverbrauch sowie erhöhter Abgasemission führt.A disadvantage of the fuel injector known from the abovementioned publication is in particular that Fixed swirl angle that cannot be adapted to different operating conditions such as partial and full load operation of an internal combustion engine. As a result, the cone opening angle α of the injected mixture cloud cannot be adapted to the various operating states, which leads to inhomogeneities in combustion, increased fuel consumption and increased exhaust gas emissions.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Drall abhängig vom Betriebszustand des Brennstoffeinspritzventils einstellbar ist, wodurch ein dem Betriebszustand des Brennstoffeinspritzventils angepaßtes Strahlbild erzeugt werden kann. Dadurch können die Gemischbildung sowie das Brennverfahren optimiert werden.The fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the swirl is adjustable depending on the operating state of the fuel injector, whereby a spray pattern adapted to the operating state of the fuel injector can be generated. This enables the mixture formation and the combustion process to be optimized.
Von Vorteil ist insbesondere der einfache Aufbau der drallerzeugenden Komponenten, die gegenüber der herkömmlichen Drallaufbereitung lediglich um eine einfach herstellbare UmgehungsScheibe, die mit der Ventilnadel verbindbar ist, erweitert werden.Of particular advantage is the simple construction of the swirl-generating components, which, compared to the conventional swirl preparation, are only expanded by an easily produced bypass disk that can be connected to the valve needle.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.The measures listed in the subclaims allow advantageous developments and improvements of the fuel injector specified in the main claim.
Von Vorteil ist insbesondere die Möglichkeit, die erfindungsgemäßen Maßnahmen mit Brennstoffeinspritzventilen mit mehrstufigem Hub zu kombinieren und den verschiedenen Hubstellungen einen unterschiedlich starken Drall zuzuordnen.It is particularly advantageous to be able to combine the measures according to the invention with fuel injection valves with a multi-stage stroke and to assign a different twist to the different stroke positions.
Andererseits ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen auch in einem Brennstoffeinspritzventil mit kontinuierlichem Hub vorteilhaft anwendbar, da durch eine geeignete Geometrie der Drallkanäle ebenfalls auf einfache Weise die gewünschte Modellierung der Gemischwolke erfolgen kann.On the other hand, the measures according to the invention are also used in a fuel injector continuous stroke can be used advantageously, since the desired modeling of the mixture cloud can also be carried out in a simple manner by means of a suitable geometry of the swirl channels.
Von Vorteil ist auch die Ausbildung einer Drallkammer, in der die die Drallkanäle durchströmenden Brennstoffanteile mit denjenigen aus dem Umgehungskanal gemischt werden können, um so die Gemischwolke den Anforderungen gemäß dem aktuellen Betriebszustand zu beeinflussen.It is also advantageous to form a swirl chamber in which the fuel components flowing through the swirl channels can be mixed with those from the bypass channel in order to influence the mixture cloud according to the requirements in the current operating state.
Insbesondere ist dabei die Ausbildung eines Mitnehmers sowie die Trennung der U gehungsScheibe von der Ventilnadel von Vorteil, da der Öffnungsvorgang des Brennstoffeinspritzventils nicht durch das Anheben der UmgehungsScheibe beeinflußt wird und die Ventilnadel zunächst einen ungestörten Teilhub durchläuft, bis der Mitnehmer an der UmgehungsScheibe anschlägt.In particular, the formation of a driver and the separation of the U-disc from the valve needle are advantageous, since the opening process of the fuel injector is not influenced by the lifting of the by-pass disc and the valve needle first goes through an undisturbed partial stroke until the driver strikes the by-pass disc.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it:
Fig. 1 einen axialen Teilschnitt durch ein erstesFig. 1 shows a partial axial section through a first
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßenEmbodiment of an inventive
Brennstoffeinspritzventils,Fuel injector,
Fig. 2A einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich II in2A shows an enlarged detail in area II in
Fig. 1, wobei das Brennstoffeinspritzventil in geschlossenem Zustand dargestellt ist,1, wherein the fuel injector is shown in the closed state,
Fig. 2B einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich II in Fig. 1, wobei das Brennstoffeinspritzventil in geöffnetem Zustand dargestellt ist,2B is an enlarged detail in area II in Fig. 1, wherein the fuel injector is shown in the open state,
Fig. 3A in gleicher Darstellung wie in Fig. 2A ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils , wobei das Brennstoffeinspritzventil in geschlossenem Zustand dargestellt ist, undFig. 3A in the same representation as in Fig. 2A, a second embodiment of a Fuel injection valve according to the invention, wherein the fuel injection valve is shown in the closed state, and
Fig. 3B in gleicher Darstellung wie in Fig. 2B ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils , wobei das Brennstoffeinspritzventil in geöffnetem Zustand dargestellt ist.Fig. 3B in the same representation as in Fig. 2B, a second embodiment of a fuel injector according to the invention, the fuel injector being shown in the open state.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Ein in Fig. 1 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer fremdgezündeten, gemischverdichtenden Brennkraftmaschine.A first exemplary embodiment of a fuel injection valve 1 designed according to the invention shown in FIG. 1 serves in particular for the direct injection of fuel into the combustion chamber of a spark-ignited, mixture-compressing internal combustion engine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt eine Magnetspule 8 als Aktor 27, die in einem Spulengehäuse 9 gekapselt ist, einen rohrförmigen Innenpol 11 und einen hülsenförmigen Außenpol 14, welcher mit einem Düsenkörper 2 verschweißt ist. Ein Anker 12 steht in Wirkverbindung mit einer Ventilnadel 3, welche in Abspritzrichtung zu einem Ventilschließkörper 4 ausgebildet ist. Der Ventilschließkörper 4 bildet mit einer Ventilsitzfläche 6, welche an einem Ventilsitzkörper 5 ausgebildet ist, einen Dichtsitz. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1. Im Ventilsitzkörper 5 ist mindestens eine Abspritzöffnung 7 ausgebildet.The fuel injector 1 comprises a solenoid 8 as actuator 27, which is encapsulated in a coil housing 9, a tubular inner pole 11 and a sleeve-shaped outer pole 14, which is welded to a nozzle body 2. An armature 12 is operatively connected to a valve needle 3, which is formed in the spray direction towards a valve closing body 4. The valve closing body 4 forms a sealing seat with a valve seat surface 6, which is formed on a valve seat body 5. In the exemplary embodiment, the fuel injection valve 1 opens inwards. At least one spray opening 7 is formed in the valve seat body 5.
Zuströmseitig des Dichtsitzes ist eine Drallvorrichtung 15 vorgesehen, welche eine Führungsscheibe 16, eine Umgehungsscheibe 17 und Drallkanäle 18 umfaßt. Die Drallvorrichtung 15 wird in der Beschreibung der Figuren 2A und 2B näher erläutert. Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 12 von der Rückstellfeder 10 entgegen einer Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 8 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 12 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 10 in Hubrichtung bewegt. Der Anker 12 nimmt die Ventilnadel 3 ebenfalls, in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 im Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildete Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, wodurch auch die durch eine Schweißnaht 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbundene Umgehungsscheibe 17 in Hubrichtung bewegt und damit ein Umgehungskanal 19 (Bypass) geöffnet wird. Brennstoff wird durch Durchströmöffnungen 20 in der Führungsscheibe 16 sowie durch den Umgehungs anal 19 und die Drallkanäle 18 am Dichtsitz vorbei in die wenigstens eine Abspritzöffnung 7 geleitet. Eine detaillierte Darstellung des Vorgangs ist den Fig. 2A und 2B zu entnehmen.A swirl device 15 is provided on the inflow side of the sealing seat, which comprises a guide disk 16, a bypass disk 17 and swirl channels 18. The swirl device 15 is explained in more detail in the description of FIGS. 2A and 2B. In the idle state of the fuel injection valve 1, the armature 12 is acted upon by the return spring 10 against a lifting direction in such a way that the valve closing body 4 is held in sealing contact with the valve seat surface 6. When the magnet coil 8 is excited, it builds up a magnetic field which moves the armature 12 against the spring force of the return spring 10 in the stroke direction. The armature 12 also takes the valve needle 3 with it in the stroke direction. The valve closing body 4, which is formed in one piece with the valve needle 3 in the exemplary embodiment, lifts off the valve seat surface 6, as a result of which the bypass disk 17, which is non-positively connected to the valve needle 3 by means of a weld seam 21, also moves in the stroke direction and thus a bypass channel 19 is opened. Fuel is passed through flow openings 20 in the guide disk 16 and through the bypass anal 19 and the swirl channels 18 past the sealing seat and into the at least one spray opening 7. A detailed representation of the process can be seen in FIGS. 2A and 2B.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 12 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch die Kraft der Rückstellfeder 10 vom Innenpol 11 ab, wodurch sich die mit dem Anker 12 in Wirkverbindung stehende Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt, die Umgehungsscheibe 17 den Umgehungs anal 19 verschließt, der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.If the coil current is switched off, the armature 12 drops from the inner pole 11 after the magnetic field has been sufficiently reduced by the force of the return spring 10, as a result of which the valve needle 3, which is operatively connected to the armature 12, moves against the stroke direction, the bypass disk 17 closes the bypass anal 19 , The valve closing body 4 is placed on the valve seat surface 6 and the fuel injector 1 is closed.
Fig. 2A zeigt in einer auszugsweisen, schematischen axialen Schnittdarstellung das erfindungsgemäß ausgestaltete Brennstoffeinspritzventil 1 in geschlossenem Zustand im Bereich II in Fig. 1. Es werden in der vergrößerten Darstellung nur diejenigen Komponenten gezeigt, die in Bezug auf die Erfindung von wesentlicher Bedeutung sind. Die Ausgestaltung der übrigen Komponenten kann mit einem bekannten Brennstoffeinspritzventil 1 identisch sein. Bereits beschriebene Elemente sind in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.FIG. 2A shows an excerpted, schematic axial sectional view of the fuel injector 1 designed according to the invention in the closed state in area II in FIG. 1. Only those components are shown in the enlarged view that are essential in relation to the invention. The design of the other components can be identical to a known fuel injection valve 1. Elements already described are included in all figures Matching reference numerals, so that a repetitive description is unnecessary.
Eine gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine stellt im Teillastbetrieb andere Anforderungen an die Form, die Stöchio etrie und das Penetrationsvermögen der in den Brennraum eingespritzten Gemischwolke als im Vollastbetrieb. Im Teillastbetrieb sollte die Gemischwolke einen relativ kleinen Öffnungswinkel α, ein großes Penetrationsvermögen, einen durch den kleinen Öffnungswinkel ot bedingten schmalen Kernbereich mit fetterem Gemisch und eine sehr magere Hülle besitzen, während im Vollastbereich ein großer Öffnungswinkel α und damit eine nahezu homogene Füllung des Zylinders mit zündfähigem Gemisch erforderlich ist.A mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engine places different demands on the shape, stoichiometry and penetration capacity of the mixture cloud injected into the combustion chamber than in full-load operation in part-load operation. In part-load operation, the mixture cloud should have a relatively small opening angle α, a large penetration capacity, a narrow core area with a richer mixture due to the small opening angle ot and a very lean shell, while in full-load range a large opening angle α and thus an almost homogeneous filling of the cylinder ignitable mixture is required.
Die Modellierung der Parameter der Gemischwolke kann durch die vorliegend beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen durch eine Beeinflussung des Dralls ermöglicht werden. Tritt nämlich der Brennstoff unter geringem Drall aus der Abspritzöffnung aus, wird eine Gemischwolke mit einem kleinen Öffnungswinkel eingespritzt, während ein starker Drall eine große Strahlaufweitung und somit eine Gemischwolke mit großem Öffnungswinkel erzeugt. Die Erfindung ist insbesondere in Verbindung mit einem Brennstoffeinspritzventil 1 mit mehrstufigem Hub oder piezoelektrischen Aktoren 27 vorteilhaft anwendbar.The modeling of the mixture cloud parameters can be made possible by influencing the swirl by the measures according to the invention described here. If the fuel emerges from the spray opening with a small swirl, a mixture cloud with a small opening angle is injected, while a strong swirl generates a large beam expansion and thus a mixture cloud with a large opening angle. The invention is particularly advantageously applicable in connection with a fuel injector 1 with a multi-stage stroke or piezoelectric actuators 27.
Die in Fig. 1 angedeutete Drallvorrichtung 15 mit einem Umgehungskanal 19 sieht dabei vor, den Brennstoffdurchfluß durch die Drallvorrichtung 15 abhängig vom Hub der Ventilnadel 3 des Brennstoffeinspritzventils 1 zu gestalten. Im geschlossenen Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 ist, wie in Fig. 2A ersichtlich, der Umgehungskanal 19 geschlossen, und der Brennstoff kann ausschließlich durch die Drallkanäle 18 strömen.The swirl device 15 indicated in FIG. 1 with a bypass channel 19 provides for the fuel flow through the swirl device 15 to be designed as a function of the stroke of the valve needle 3 of the fuel injection valve 1. 2A, the bypass channel 19 is closed, and the fuel can only flow through the swirl channels 18 in the closed state of the fuel injection valve 1.
Fig. 2B zeigt in gleicher Darstellung wie Fig. 2A das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 in geöffnetem Zustand. Wird der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Magnetspule 8 ausgeführte Aktor 27 betätigt, wird die Ventilnadel 3 in einer Hubrichtung entgegen der Strömungsrichtung des Brennstoffs angehoben, wodurch die mit der Ventilnadel 3 über eine Schweißnaht 21 verbundene Umgehungsscheibe 17 ebenfalls in Hubrichtung bewegt wird. Dadurch wird der Umgehungskanal 19 freigegeben, _ wobei die Menge des durchströmenden Brennstoffs von der axialen Stellung der Ventilnadel 3 bzw. dem Abstand der Umgehungsscheibe 17 von einer zulaufseifigen Seite 22 der Drallkanäle 18 abhängt. Der Brennstoff fließt dabei über Durchströmöffnungen 20 in der FührungsScheibe 16 zum Umgehungs anal 19.FIG. 2B shows, in the same representation as FIG. 2A, the fuel injection valve 1 according to the invention in the open state. If the actuator 27, which is designed as a solenoid coil 8 in the present exemplary embodiment, is actuated, the valve needle 3 is raised in a stroke direction counter to the flow direction of the fuel, as a result of which the bypass disk 17 connected to the valve needle 3 via a weld seam 21 is also moved in the stroke direction. This bypasses the bypass channel 19, the amount of fuel flowing through depending on the axial position of the valve needle 3 or the distance of the bypass disk 17 from an inlet side 22 of the swirl channels 18. The fuel flows through flow openings 20 in the guide disk 16 to the bypass 19.
Während die Strömung in den Drallkanälen 18 eine tangentiale Komponente in Bezug auf eine Längsachse 26 des Brennstoffeinspritzventils 1 hat, besteht für die Strömung in dem Umgehungskanal 19 keine tangentiale, sondern nur eine radiale Komponente.While the flow in the swirl channels 18 has a tangential component with respect to a longitudinal axis 26 of the fuel injector 1, there is no tangential, but only a radial component for the flow in the bypass channel 19.
Da der durch den Umgehungskanal 19 strömende Brennstoffanteil in einer Drallkammer 23 mit demjenigen Anteil des Brennstoffs, der durch die Drallkanäle 18 strömt, wieder zusammengeführt wird, entsteht eine Gemischwolke, die verdrallte und unverdrallte Anteile enthält. Dadurch kann bei geeigneter Geometrie der drallerzeugenden Komponenten eine Gemischwolke, die die dem Betriebszustand des Brennstoffeinspritzventils 1 angemessenen Eigenschaften aufweist, erzeugt werden.Since the fuel portion flowing through the bypass channel 19 is brought together again in a swirl chamber 23 with that portion of the fuel flowing through the swirl channels 18, a mixture cloud is formed which contains swirled and untwisted portions. With a suitable geometry of the swirl-generating components, a mixture cloud which has the properties appropriate to the operating state of the fuel injector 1 can thereby be generated.
Fig. 3A und 3B stellen ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 in der gleichen Ansicht wie Fig. 2A und 2B dar.3A and 3B illustrate a second exemplary embodiment of the fuel injection valve 1 according to the invention in the same view as FIGS. 2A and 2B.
Im Unterschied zum ersten, in Fig. 2A und 2B dargestellten Ausführungsbeispiel ist die UmgehungsScheibe 17 im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel nicht mit der Ventilnadel 3 durch eine Schweißnaht 21 oder durch Aufpressen verbunden, sondern ist auf die Ventilnadel 3 axial beweglich aufgesteckt.In contrast to the first exemplary embodiment shown in FIGS. 2A and 2B, the bypass disk 17 in the present second exemplary embodiment is not with the valve needle 3 through a weld seam 21 or through Pressed connected, but is plugged onto the valve needle 3 axially movable.
Die Ventilnadel 3 weist einen Mitnehmer 24 auf, der über eine Schweißnaht 25 oder durch Aufpressen etc. mit der Ventilnadel 3 formschlüssig verbunden ist. Diese Ausführung ist insbesondere • mit Brennstoffeinspritzventilen 1 mit zweistufigem Hub vorteilhaft anwendbar.The valve needle 3 has a driver 24 which is positively connected to the valve needle 3 by means of a weld seam 25 or by pressing etc. This embodiment is particularly advantageously applicable to fuel injectors 1 with a two-stage stroke.
Ist das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen, herrschen dieselben Bedingungen wie in dem in Fig. 2A dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil 1. Der Umgehungskanal 19 ist geschlossen, der Brennstoff strömt ausschließlich durch die Drallkanäle 18, wie in Fig. 3A ersichtlich.If the fuel injection valve 1 is closed, the same conditions prevail as in the first exemplary embodiment of a fuel injection valve 1 according to the invention shown in FIG. 2A. The bypass channel 19 is closed, the fuel flows exclusively through the swirl channels 18, as can be seen in FIG. 3A.
Wird das Brennstoffeinspritzventil 1 in eine erste Hubstellung geschaltet, durchläuft die Ventilnadel 3 einen Teilhub, der beispielsweise nur mit einer geringfügigen Anhebung der Umgehungsscheibe 17 über den Mitnehmer 24 oder sogar ohne Anhebung der Umgehungsscheibe 17 einhergeht, weshalb der Brennstoff nach dem Dichtsitz eine große tangentiale Drallkomponente aufweist.If the fuel injection valve 1 is switched to a first stroke position, the valve needle 3 passes through a partial stroke, which is accompanied, for example, only by a slight increase in the bypass disc 17 via the driver 24 or even without an increase in the bypass disc 17, which is why the fuel has a large tangential swirl component after the sealing seat having.
Wird das Brennstoffeinspritzventil 1 in eine zweite Hubstellung geschaltet, die einem größeren Hub entspricht, strömt mehr Brennstoff durch den weiter geöffneten Umgehungskanal 19, da der Mitnehmer 24 die Umgehungsscheibe 17 weiter angehoben hat. Dadurch verschiebt sich das mengenmäßige Verhältnis von verdralltem zu unverdralltem Brennstoff, da mehr Brennstoff durch den Umgehungskanal 19 als durch die Drallkanäle 18 strömt. In der Folge sinkt der Öffnungswinkel α der eingespritzten Gemischwolke, während die Penetration ansteigt.If the fuel injection valve 1 is switched to a second stroke position, which corresponds to a larger stroke, more fuel flows through the bypass channel 19, which is opened further, since the driver 24 has raised the bypass disc 17 further. This shifts the quantitative ratio of swirled to untwisted fuel, since more fuel flows through the bypass channel 19 than through the swirl channels 18. As a result, the opening angle α of the injected mixture cloud decreases while the penetration increases.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und ist insbesondere bei Brennstoffeinspritzventilen 1 mit mehrstufigem Hub, bei Brennstoffeinspritzventilen 1 mit piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktoren 27 und bei beliebigen Konstruktionsvarianten von Brennstoffeinspritzventilen 1 realisierbar. The invention is not limited to the exemplary embodiments shown and is particularly in the case of fuel injectors 1 with a multi-stage stroke, in the case of fuel injectors 1 with piezoelectric or magnetostrictive actuators 27 and realizable in any design variants of fuel injection valves 1.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Brennstoffeinspritzventil (1) für1. Fuel injector (1) for
Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem Aktor (27), einer durch den Aktor (27) betätigbarenFuel injection systems of internal combustion engines, with an actuator (27), one which can be actuated by the actuator (27)
Ventilnadel (3) zur Betätigung eines VentilschließkörpersValve needle (3) for actuating a valve closing body
(4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und einer Drallvorrichtung (15), die zumindest einen Drallkanal (18) aufweist, der von Brennstoff mit einer Tangentialkomponente bezüglich einer Längsachse (26) des Brennstoffeinspritzventils (1) durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Stellung einer mit der Ventilnadel (3) in Wirkverbindung stehenden Umgehungsscheibe (17) einen Querschnitt von zumindest einem Umgehungskanal (19) bestimmt, der den zumindest einen Drallkanal (18) ohne Tangentialkomponente umgeht.(4), which forms a sealing seat together with a valve seat surface (6), and a swirl device (15) which has at least one swirl channel (18) through which fuel with a tangential component flows with respect to a longitudinal axis (26) of the fuel injection valve (1) characterized in that the axial position of a bypass disc (17) which is operatively connected to the valve needle (3) determines a cross section of at least one bypass duct (19) which bypasses the at least one swirl duct (18) without a tangential component.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsscheibe (17) in einer Geschlossen-Stellung des Brennstoffeinspritzventils (1) an einer zulaufseitigen Seite (22) des zumindest einen Drallkanals (18) anliegt.2. Fuel injector according to claim 1, characterized in that the bypass disc (17) in a closed position of the fuel injector (1) on an inlet side (22) of the at least one swirl channel (18).
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Offen-Stellung des Brennstoffeinspritzventils (1) ein Umgehungskanal (19) zwischen der Umgehungsscheibe (17) und dem zumindest einen Drallkanal (18) ausgebildet ist.3. Fuel injection valve according to claim 2, characterized in that that a bypass duct (19) is formed between the bypass disc (17) and the at least one swirl duct (18) in an open position of the fuel injection valve (1).
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (3) eine FührungsScheibe (16) , in der mindestens eine Durchströmöffnung (20) ausgebildet ist, durchgreift.4. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the valve needle (3) passes through a guide disk (16) in which at least one flow opening (20) is formed.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine ' ringförmige Drallkammer (23) zwischen der Ventilnadel (3), der UmgehungsScheibe (17) und dem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist.5. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that an ' annular swirl chamber (23) between the valve needle (3), the bypass disc (17) and the valve seat body (5) is formed.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Drallkanal (18) in die Drallkammer (23) einmündet.6. Fuel injection valve according to claim 5, characterized in that the at least one swirl channel (18) opens into the swirl chamber (23).
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umgehungskanal (19) in die Drallkammer (23) einmündet.7. Fuel injection valve according to claim 5 or 6, characterized in that the bypass channel (19) opens into the swirl chamber (23).
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die UmgehungsScheibe (17) axial verschiebbar an der Ventilnadel (3) angeordnet ist.8. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 7, characterized in that the bypass disk (17) is arranged axially displaceably on the valve needle (3).
9. Brennstoffeinspritzventil nach 7Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mitnehmer (24) kraftschlüssig mit der Ventilnadel (3) verbunden ist, der nach Durchlaufen eines Teilhubs an der Umgehungsscheibe (17) anschlägt und die Umgehungsscheibe (17) dadurch in Hubrichtung anhebt. 9. Fuel injection valve according to claim 7, characterized in that a driver (24) is non-positively connected to the valve needle (3), which after passing through a partial stroke of the bypass disc (17) strikes and thereby raises the bypass disc (17) in the stroke direction.
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