EP1382840A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents
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- EP1382840A1 EP1382840A1 EP03009122A EP03009122A EP1382840A1 EP 1382840 A1 EP1382840 A1 EP 1382840A1 EP 03009122 A EP03009122 A EP 03009122A EP 03009122 A EP03009122 A EP 03009122A EP 1382840 A1 EP1382840 A1 EP 1382840A1
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- F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
Definitions
- the invention relates to a fuel injection valve for Internal combustion engines from, as is the genus of the claim 1 corresponds.
- Such fuel injectors are known from the prior art. So the DE 196 shows 09 218 A1 a fuel injector that has a valve body with a bore. The hole will be on her combustion chamber end bounded by a conical valve seat, from which several injection channels branch off into the Combustion chamber of the internal combustion engine open. In the hole a valve needle arranged longitudinally displaceable, with a also conical valve sealing surface cooperates with the valve seat and so the fuel flow to the injection channels controls.
- injection channels are preferred here evenly over the circumference of the fuel injector distributed and there is within the injection channels an even flow of fuel. This achieves a high penetration depth of the fuel jet in the combustion chamber, what with large combustion chambers and thus large displacement for a quick distribution of the Fuel leads to good combustion.
- a high penetration depth of the fuel jets is not always an advantage.
- a jet of fuel shortly after it emerged strong from the injection channel of the fuel injector atomized in order to distribute the fuel as homogeneously as possible to reach in the combustion chamber.
- the fuel flow in the injection channel forms a vortex, i.e. a swirl or one Vortex around the longitudinal axis of the substantially cylindrical Injection channel.
- Such injectors are from the prior art Technology is also known, for example from the published patent application JP 11-082229 A or US 6 065 692.
- Injectors are grooved in the valve needle or generated a vortex by inserted flow disks, with which the above effects occur.
- These injectors have the disadvantage, however, that they each have only a single injection port and design for use in modern direct injection Internal combustion engines only suitable to a limited extent are.
- the fuel injector according to the invention with the characteristic Features of claim 1, however, points the advantage that, as with the known fuel injection valves several injection channels over the circumference of the fuel injection valve can be arranged distributed and creates a vortex in all injection channels becomes. This is the between the valve sealing surface and the Valve seat formed annular gap through which the fuel the injection channels flows, not over the entire circumference equally thick.
- the fuel flows depending the azimuth angle with respect to the longitudinal axis of the bore, into the injection channels at different speeds, so that at the inlet opening of the injection channels forms a speed gradient in the circumferential direction. This turns the fuel flow into an injection channel Whirling movement offset to the strong above mentioned Atomization of the escaping fuel in the combustion chamber.
- the valve needle at the level of the inlet openings of the injection channels designed with a cross section that is a triangle with convex corresponds to curved side surfaces. This enables in an inflow characteristic to the Injection channels leading to the desired vortex in the injection channel leads.
- the configuration is also advantageous the valve needle at the level of the inlet opening of the injection channels in the form of an oval, which also corresponds to the shown Inflow conditions leads.
- the is also advantageous Design of a valve needle at the level of the inlet openings has a cross section that is a hexagon corresponds, with the inner angle of the adjacent Sides are alternately larger and smaller than 120 °.
- the Inlet openings are preferably in a radial plane arranged to the longitudinal axis of the bore, so that in the same vortices are generated for all injection channels.
- the entry openings opposite surface of the valve needle is flattened, whereby the imaginary extension of the injection channels this area the valve needle cuts at an oblique angle.
- the inflow conditions for each injection channel modify separately.
- the desired inflow conditions with any number of injection channels.
- FIG. 1 shows a longitudinal section through an inventive Fuel injection valve, only the combustion chamber side End of the otherwise well known from the prior art Fuel injector is shown.
- a bore 3 In one Valve body 1 is formed a bore 3, the one Longitudinal axis 4 has.
- the bore 3 is on its combustion chamber side End of an essentially conical valve seat 5 limited, in which the inlet openings 107 several Injection channels 7 are arranged in the installed position of the Fuel injection valve in the internal combustion engine in the Combustion chamber of the same open.
- a piston-shaped Valve needle 10 arranged longitudinally displaceable combustion chamber end cooperates with the valve seat 5.
- the valve needle 10 has a cylindrical section 13, which is followed by a conical section 11, on which in turn a second cylindrical section 16 borders.
- the fuel under high Pressure can be filled.
- the closed position of the valve needle 10 that is when the valve sealing surface 12 on the valve seat 5 is present, the injection channels 7 through the valve needle 10 separated from the pressure chamber 8.
- the open position of the Valve needle 10 that is when the valve sealing surface 12 by a Longitudinal movement of the valve needle 10 is lifted off the valve seat 5 is, fuel flows from the pressure chamber 8 between the Valve sealing surface 12 and the valve seat 5 to the Inlet openings 107 of the injection channels 7 and injected there into the combustion chamber of the internal combustion engine.
- FIG. 2 shows a cross section along the line AA of FIG. 1 of a fuel injection valve, as is known from the prior art.
- the valve needle 10 here has a circular shape at the level of the inlet openings 107 of the injection channels 7, six of which are arranged here distributed over the circumference of the valve body 1. In the open position of the valve needle 10, this results in a circular annular gap 17 between the valve needle 10 and the valve seat 5, through which the fuel flows to the injection channels 7.
- FIG. 2A shows a part of the valve body 1 in a sectional representation in the area of the valve seat 5.
- an injection channel 7 is shown here, which is shown with an enlarged diameter for clarification.
- the tangential inlet velocities V L and V R of the fuel are of the same size, so that there is a uniform flow of the fuel in the injection channel 7 and thus the known high penetration depth into the combustion chamber of the internal combustion engine.
- FIG 3 shows like Figure 2 a cross section along the line A-A of Figure 1 of a first embodiment of the Fuel injection valve according to the invention.
- the valve needle 10 points at the level of the inlet openings 107 of the injection channels 7 has a shape corresponding to a hexagon, whereby six side surfaces 20 are formed on the valve needle 10 become.
- the inside angles of the adjoining side surfaces 20 is alternately smaller and larger than 120 °, so that the extension of the injection channels 7 lopsided Angle with the opposite side surface 20 forms.
- the annular gap 17 thus varies in its width the circumference of the valve body 1.
- the previously known shape the valve needle 10 is indicated by a dotted line, which means that the width D of the annular gap is not the same everywhere 17 is made clear.
- the gap between the side surface 20 of the valve needle 10 and the left edge of the inlet opening 107 of the injection channel 7 is smaller than the gap between the right edge of the inlet opening 107 and the side surface 20.
- injection channels 7 which are located next to the exemplary selected injection channel 7, the speed relationships are reversed as far as the left and right sides of the injection channel 7 are concerned, so that the vortex in these injection channels 7 has an opposite direction of rotation.
- the tangential speeds v L and v R in all injection channels 7 are indicated by arrows.
- FIG. 3A shows the inflow conditions at an injection channel 7 of the injection valve shown in FIG. 3 in the same representation as FIG. 2A.
- the tangential speed components v L and v R lead in the injection channel 7 to a vortex, which rotates counterclockwise as viewed from the inlet opening 107.
- FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a fuel injection valve according to the invention, again as a cross section along the line AA of FIG. 1.
- the valve needle 10 here has a triangular shape at the level of the inlet openings 107 of the injection channels 7 with convex, that is to say outwardly curved, side surfaces.
- Injection channels 7 have different orientations.
- the smallest width of the annular gap 17 is designated D 1 in FIG. 3, the largest is D 2 .
- This shape of the valve needle 10 is matched to six injection channels 7, which are arranged evenly distributed over the circumference of the valve body 1.
- valve needle 10 The usual circular shape of the valve needle 10 is indicated by a dotted line.
- valve needle 10 has a cross section that corresponds to a triangle with concave, that is to say curved inward, side surfaces.
- inflow conditions result which lead to a vortex in the injection channels 7 in the manner set out above.
- FIG. 5 shows another embodiment in the same Representation as in FIG. 4.
- the valve needle 10 has here Height of the inlet openings 107 a cross-sectional shape, which resembles a circular saw shape.
- the injection channels 7 are opposite side surfaces 20 of the valve needle 10 with regard to the imaginary extension of the injection channels 7 arranged obliquely, as in the embodiment 3 is the case.
- the inflow conditions are here however, identical on each injection channel 7, so that the vortex that forms in all injection channels 7 is the same Direction of rotation.
- Figure 6 shows a further embodiment, here only four injection channels 7 over the circumference of the valve body 1 are distributed. This requires a different shape the valve needle 10, which is at the level of the inlet openings 107 has an oval shape with pointed ends. Here too results from the changing in the circumferential direction Annular gap 17 inflow conditions into the injection channels 7, that create a vortex there.
- FIG 7 shows a further embodiment of the invention Fuel injector.
- the valve needle 10 is circular in the area of the inlet openings 107 designed as it is known from the prior art. Instead, the valve seat surface 5 is modified so that there are similar inflow conditions in the injection channels 7 result as with a correspondingly shaped valve needle 10.
- the valve seat 5 has a shape in cross section, which corresponds to a triangle with concave sides, thus about the shape, the valve needle in Figure 4 10 owns. This configuration has the advantage that the Valve needle 10 can remain unchanged and from the known Fuel injection valves can be taken over. Also the other configurations of the valve needle 10, which in the Figures 3, 5 and 6 are shown in an analogous manner are transferred to the shape of the valve seat 5 at a at the same time circular valve needle 10 in Area of entry openings 107.
- a vortex is not included all injection channels 7 is desired.
- This has the advantage that part of the injection channels 7 the fuel Inject far into the combustion chamber while the injection channels atomize the fuel more strongly with Vortex, so that the fuel injected through these injection channels only reached a low depth of penetration.
- the valve sealing surface 12 is in the area of the other inlet openings 107 designed so that the Inflow conditions over the entire inlet opening 107 are the same, as already shown in Figure 2.
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Abstract
Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), in dem eine eine Längsachse (4) aufweisende Bohrung (3) ausgebildet ist, die an ihrem brennraumseitigen Ende von einem Ventilsitz (5) begrenzt wird. Vom Ventilsitz (5) geht die Eintrittsöffnung (107) wenigstens eines Einspritzkanals (7) aus, der in den Brennraum der Brennkraftmaschine mündet. In der Bohrung (3) ist eine Ventilnadel (10) längsverschiebbar angeordnet, die mit einer Ventildichtfläche (12) mit dem Ventilsitz (5) zusammenwirkt und so den Kraftstoffzufluss zu dem wenigstens einen Einspritzkanal (7) steuert, so dass bei vom Ventilsitz (5) abgehobener Ventilnadel (10) ein Ringspalt (17) aufgesteuert wird, durch den Kraftstoff dem wenigstens einen Einspritzkanal (7) zuströmt. Die Breite des Ringspalts (17) weist nicht über den gesamten Umfang des Ventilkörpers (1) die gleiche Breite auf (Figur 1; Figur 4). <IMAGE> <IMAGE>
Description
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen aus, wie es der Gattung des Patentanspruchs
1 entspricht. Derartige Kraftstoffeinspritzventile
sind aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigt die DE 196
09 218 A1 ein Kraftstoffeinspritzventil, das einen Ventilkörper
mit einer Bohrung aufweist. Die Bohrung wird an ihrem
brennraumseitigen Ende von einem konischen Ventilsitz begrenzt,
von dem mehrere Einspritzkanäle abgehen, die in den
Brennraum der Brennkraftmaschine münden. In der Bohrung ist
eine Ventilnadel längsverschiebbar angeordnet, die mit einer
ebenfalls konischen Ventildichtfläche mit dem Ventilsitz zusammenwirkt
und so den Kraftstoffzufluss zu den Einspritzkanälen
steuert. Bei vom Ventilsitz abgehobener Ventilnadel
strömt Kraftstoff zwischen der Ventildichtfläche und dem
Ventilsitz hindurch zu den Eintrittsöffnungen der Einspritzkanäle
und wird von dort in den Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzt. Die Einspritzkanäle sind hierbei vorzugsweise
gleichmäßig über den Umfang des Kraftstoffeinspritzventils
verteilt und es herrscht innerhalb der Einspritzkanäle
eine gleichmäßige Strömung des Kraftstoffs.
Hierdurch erreicht man eine hohe Eindringtiefe des Kraftstoffstrahls
in den Brennraum, was bei großen Brennräumen
und damit großem Hubraum zu einer schnellen Verteilung des
Kraftstoffs führt und damit zu einer guten Verbrennung.
Eine hohe Eindringtiefe der Kraftstoffstrahlen ist jedoch
nicht immer von Vorteil. Insbesondere bei kleinen Brennkraftmaschinen
mit einem geringen Brennraumvolumen wird ein
Kraftstoffstrahl angestrebt, der bereits kurz nach Austritt
aus dem Einspritzkanal des Kraftstoffeinspritzventils stark
zersträubt, um eine möglichst homogene Verteilung des Kraftstoffs
im Brennraum zu erreichen. Dies kann beispielsweise
dadurch erreichen werden, dass der Kraftstoffstrom im Einspritzkanal
einen Vortex bildet, also einen Drall oder einen
Wirbel um die Längsachse des im wesentlichen zylindrischen
Einspritzkanals. Dies führt unmittelbar nach Austritt des
Kraftstoffs aus dem Einspritzkanal zu einer starken Zersträubung.
Solche Einspritzventile sind aus dem Stand der
Technik ebenfalls bekannt, beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
JP 11-082229 A oder der US 6 065 692. Bei diesen
Einspritzventilen wird durch Nuten in der Ventilnadel
bzw. durch eingelegte Strömscheiben ein Vortex erzeugt, womit
die oben angegebenen Wirkungen eintreten. Diese Einspritzventile
weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie jeweils
nur eine einzelne Einspritzöffnung aufweisen und konstruktionsbedingt
für den Einsatz in modernen direkteinspritzenden
Brennkraftmaschinen nur eingeschränkt geeignet
sind.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber
den Vorteil auf, dass wie bei den bekannten Kraftstoffeinspritzventilen
mehrere Einspritzkanäle über den Umfang
des Kraftstoffeinspritzventils verteilt angeordnet sein können
und in sämtlichen Einspritzkanälen ein Vortex erzeugt
wird. Hierzu ist der zwischen der Ventildichtfläche und dem
Ventilsitz ausgebildete Ringspalt, durch den der Kraftstoff
den Einspritzkanälen zuströmt, nicht über den gesamten Umfang
gleich dick ausgebildet. Der Kraftstoff strömt, abhängig
vom Azimutwinkel bezüglich der Längsachse der Bohrung,
mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in die Einspritzkanäle,
so dass sich an der Eintrittsöffnung der Einspritzkanäle
ein Geschwindigkeitsgradient in Umfangsrichtung ausbildet.
Dadurch wird der Kraftstoffstrom im Einspritzkanal in eine
Wirbelbewegung versetzt, die zu der oben erwähnten starken
Zerstäubung des austretenden Kraftstoffs im Brennraum führt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind
vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung
möglich.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ventilnadel
auf Höhe der Eintrittsöffnungen der Einspritzkanäle
mit einem Querschnitt gestaltet, der einem Dreieck mit konvex
gewölbten Seitenflächen entspricht. Dies ermöglicht in
einfacher Art und Weise eine Zuflusscharakteristik zu den
Einspritzkanälen, die zu dem erwünschten Vortex im Einspritzkanal
führt. Ebenso vorteilhaft ist die Ausgestaltung
der Ventilnadel auf Höhe der Eintrittsöffnung der Einspritzkanäle
in Form eines Ovals, was ebenfalls zu den dargestellten
Zuströmverhältnissen führt. Ebenso vorteilhaft ist die
Ausgestaltung einer Ventilnadel, die auf Höhe der Eintrittsöffnungen
einen Querschnitt aufweist, der einem Sechseck
entspricht, wobei die Innenwinkel der aneinandergrenzenden
Seiten abwechselnd größer und kleiner als 120° sind. Die
Eintrittsöffnungen sind hierbei vorzugsweise in einer Radialebene
zur Längsachse der Bohrung angeordnet, so dass in
allen Einspritzkanälen dieselben Vortices erzeugt werden.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die den Eintrittsöffnungen
gegenüberliegende Fläche der Ventilnadel abgeflacht ist, wobei
die gedachte Verlängerung der Einspritzkanäle diese Fläche
der Ventilnadel in einem schiefen Winkel schneidet. Dadurch
lassen sich die Einströmbedingungen für jeden Einspritzkanal
separat modifizieren. Außerdem lassen sich so
die gewünschten Einströmbedingungen bei einer beliebigen Anzahl
von Einspritzkanälen erreichen.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es
zeigt
- Figur 1
- einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil an dessen brennraumseitigen Ende,
- Figur 2
- den Querschnitt eines Kraftstoffeinspritzventils, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, entlang der Linie A-A der Figur 1,
- Figur 2A
- eine geschnittene Darstellung des Ventilkörpers im Bereich des Ventilsitzes,
- Figur 3
- ebenfalls einen Querschnitt entlang der Linie A-A der Figur 1 eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils,
- Figur 3A
- eine geschnittene Darstellung des Ventilkörpers im Bereich des Ventilsitzes mit dem Kraftstoffverlauf im Einspritzkanal,
- Figur 4,
- Figur 5 und
- Figur 6
- weitere Ausführungsbeispiele, die denselben Querschnitt wie Figur 3 darstellen, und
- Figur 7
- denselben Querschnitt wie Figur 3, jedoch weist die Ventilnadel hier einen kreisrunden Querschnitt auf.
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Kraftstoffeinspritzventil, wobei nur das brennraumseitige
Ende des ansonsten hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannten
Kraftstoffeinspritzventils dargestellt ist. In einem
Ventilkörper 1 ist eine Bohrung 3 ausgebildet, die eine
Längsachse 4 aufweist. Die Bohrung 3 wird an ihrem brennraumseitigen
Ende von einem im wesentlichen konischen Ventilsitz
5 begrenzt, in dem die Eintrittsöffnungen 107 mehrerer
Einspritzkanäle 7 angeordnet sind, die in Einbaulage des
Kraftstoffeinspritzventils in der Brennkraftmaschine in den
Brennraum derselben münden. In der Bohrung 3 ist eine kolbenförmige
Ventilnadel 10 längsverschiebbar angeordnet, deren
brennraumseitiges Ende mit dem Ventilsitz 5 zusammenwirkt.
Die Ventilnadel 10 weist einen zylindrischen Abschnitt
13 auf, an den sich ein konischer Abschnitt 11 anschließt,
an welchen wiederum ein zweiter zylindrischer Abschnitt
16 grenzt. An den zweiten zylindrischen Abschnitt 16
schließt sich eine konische Ventildichtfläche 12 an, mit der
die Ventilnadel 10 in ihrer Schließstellung am konischen
Ventilsitz 5 anliegt. Das brennraumseitige Ende der Ventilnadel
10 bildet die konische Ventilnadelspitze 15, die von
der Ventildichtfläche 12 durch eine Ringnut 14 getrennt ist.
Zwischen der Ventilnadel 10 und der Wand der Bohrung 3 ist
ein Druckraum 8 ausgebildet, der mit Kraftstoff unter hohem
Druck befüllt werden kann. In Schließstellung der Ventilnadel
10, das ist, wenn die Ventildichtfläche 12 am Ventilsitz
5 anliegt, werden die Einspritzkanäle 7 durch die Ventilnadel
10 vom Druckraum 8 getrennt. In Öffnungsstellung der
Ventilnadel 10, also wenn die Ventildichtfläche 12 durch eine
Längsbewegung der Ventilnadel 10 vom Ventilsitz 5 abgehoben
ist, strömt Kraftstoff aus dem Druckraum 8 zwischen der
Ventildichtfläche 12 und dem Ventilsitz 5 hindurch zu den
Eintrittsöffnungen 107 der Einspritzkanäle 7 und wird von
dort in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A der
Figur 1 eines Kraftstoffeinspritzventils, wie es aus dem
Stand der Technik bekannt ist. Die Ventilnadel 10 weist hier
auf Höhe der Eintrittsöffnungen 107 der Einspritzkanäle 7,
von denen hier sechs über den Umfang des Ventilkörpers 1
verteilt angeordnet sind, eine kreisrunde Form auf. Hierdurch
ergibt sich in Öffnungsstellung der Ventilnadel 10 ein
kreisrunder Ringspalt 17 zwischen der Ventilnadel 10 und dem
Ventilsitz 5, durch den der Kraftstoff den Einspritzkanälen
7 zuströmt. Durch die rotationssymmetrische Ausgestaltung
des Ringspalts 17, der über den gesamten Umfang des Ventilkörpers
1 eine konstante Breite D aufweist, ergibt sich überall
die gleiche Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs.
Betrachtet man die Geschwindigkeit des Kraftstoffstroms im
Bereich der Eintrittsöffnung 107 eines Einspritzkanals 7, so
ist die tangentiale Geschwindigkeit am linken Rand vL, wie
es in Figur 2 an allen Einspritzkanälen 7 angedeutet ist,
gleich groß wie die tangentiale Geschwindigkeit vR am rechten
Rand der Einspritzkanäle 7. Figur 2A zeigt einen Teil
des Ventilkörpers 1 in geschnittener Darstellung im Bereich
des Ventilsitzes 5. Exemplarisch geht hier ein Einspritzkanal
7 ab, der zur Verdeutlichung mit vergrößertem Durchmesser
dargestellt ist. Die tangentialen Einlaufgeschwindigkeiten
VL und VR des Kraftstoffs sind gleich groß, so dass sich
eine gleichmäßige Strömung des Kraftstoffs im Einspritzkanal
7 und damit die bekannt hohe Eindringtiefe in den Brennraum
der Brennkraftmaschine ergibt.
Figur 3 zeigt wie Figur 2 einen Querschnitt entlang der Linie
A-A der Figur 1 eines ersten Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils. Die Ventilnadel
10 weist auf Höhe der Eintrittsöffnungen 107 der Einspritzkanäle
7 eine Form auf, die einem Sechseck entspricht,
wodurch an der Ventilnadel 10 sechs Seitenflächen 20 gebildet
werden. Die Innenwinkel der aneinandergrenzenden Seitenflächen
20 ist abwechselnd kleiner und größer als 120°, so
dass die Verlängerung der Einspritzkanäle 7 einen schiefen
Winkel mit der jeweils gegenüberliegenden Seitenfläche 20
bildet. Der Ringspalt 17 variiert somit in seiner Breite über
den Umfang des Ventilkörpers 1. Die bisher bekannte Form
der Ventilnadel 10 ist durch eine gepunktete Linie angedeutet,
wodurch die nicht überall gleiche Breite D des Ringspalts
17 verdeutlicht wird.
Betrachtet man einen einzelnen Einspritzkanal 7, so ist der
Spalt zwischen der Seitenfläche 20 der Ventilnadel 10 und
dem linken Rand der Eintrittsöffnung 107 des Einspritzkanals
7 kleiner als der Spalt zwischen dem rechten Rand der Eintrittsöffnung
107 und der Seitenfläche 20. Dadurch ergibt
sich am rechten Rand ein höherer Strömungswiderstand des
Kraftstoffs im Ringspalt 17 und damit bezüglich des Einspritzkanals
7 eine geringere tangentiale Geschwindigkeit vR
beim Eintritt des Kraftstoffs. Am linken Rand hingegen ergibt
sich durch den geringeren Strömungswiderstand eine entsprechend
höhere tangentiale Geschwindigkeit vL. Durch diese
unterschiedlichen Eintrittsgeschwindigkeiten des Kraftstoffs
an beiden Seiten des Einspritzkanals 7 ergibt sich ein Vortex,
der beim Austritt des Kraftstoffs in den Brennraum der
Brennkraftmaschine zu einer starken Zersträubung führt und
damit zu einer geringeren Eindringtiefe. Bei den Einspritzkanälen
7, die neben dem exemplarisch ausgewählten Einspritzkanal
7 liegen, kehren sich, was die linke und rechte
Seite des Einspritzkanals 7 betrifft, die Geschwindigkeitsverhältnisse
um, so dass der Vortex in diesen Einspritzkanälen
7 eine gegensinnige Rotationsrichtung aufweist. In Figur
3 sind die tangentialen Geschwindigkeiten vL und vR in sämtlichen
Einspritzkanälen 7 durch Pfeile angedeutet.
Figur 3A zeigt in der gleichen Darstellung wie Figur 2A die
Einströmverhältnisse an einem Einspritzkanal 7 des in Figur
3 dargestellten Einspritzventils. Die tangentialen Geschwindigkeitskomponenten
vL und vR führen im Einspritzkanal 7 zu
einem Vortex, der hier von der Eintrittsöffnung 107 aus gesehen
im Gegenuhrzeigersinn rotiert.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzventils, wiederum als Querschnitt
entlang der Linie A-A der Figur 1. Die Ventilnadel
10 weist hier auf Höhe der Eintrittsöffnungen 107 der Einspritzkanäle
7 eine Dreiecksform auf mit konvex, also nach
außen gewölbten Seitenflächen. Auch hier erhält man ähnliche
Einströmverhältnisse wie bei dem in Figur 3 gezeigten Einspritzventil
und ebensolche Vortices, die bei benachbarten.
Einspritzkanälen 7 unterschiedliche Orientierung aufweisen.
Die kleinste Breite des Ringspalts 17 ist in der Figur 3 mit
D1 bezeichnet, die größte mit D2. Diese Form der Ventilnadel
10 ist auf sechs Einspritzkanäle 7 abgestimmt, die gleichmäßig
über den Umfang des Ventilkörpers 1 verteilt angeordnet
sind. Die übliche kreisrunde Form der Ventilnadel 10 ist
durch eine gepunktete Linie angedeutet. Alternativ kann es
auch vorgesehen sein, dass die Ventilnadel 10 einen Querschnitt
aufweist, der einem Dreieck mit konkav, also nach
innen gewölbten Seitenflächen entspricht. Auch hier ergeben
sich Einströmbedingungen, die in der oben dargelegten Weise
zu einem Vortex in den Einspritzkanälen 7 führen.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in derselben
Darstellung wie Figur 4. Die Ventilnadel 10 weist hier auf
Höhe der Eintrittsöffnungen 107 eine Querschnittsform auf,
die einer Kreissägenform ähnelt. Die den Einspritzkanälen 7
gegenüberliegenden Seitenflächen 20 der Ventilnadel 10 sind
bezüglich der gedachten Verlängerung der Einspritzkanäle 7
schräg angeordnet, wie dies auch bei dem Ausführungsbeispiel
der Figur 3 der Fall ist. Die Einströmverhältnisse sind hier
jedoch an jedem Einspritzkanal 7 identisch, so dass auch der
sich ausbildende Vortex in allen Einspritzkanälen 7 dieselbe
Rotationsrichtung hat.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei hier
nur vier Einspritzkanäle 7 über den Umfang des Ventilkörpers
1 verteilt angeordnet sind. Dies bedingt eine andere Form
der Ventilnadel 10, die auf Höhe der Eintrittsöffnungen 107
eine ovale Form mit angespitzten Enden aufweist. Auch hier
ergibt sich durch den sich in Umfangsrichtung ändernden
Ringspalt 17 Einströmbedingungen in die Einspritzkanäle 7,
die dort einen Vortex erzeugen.
Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzventils. Die Ventilnadel 10
ist hierbei im Bereich der Eintrittsöffnungen 107 kreisrund
gestaltet, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Statt dessen ist die Ventilsitzfläche 5 so modifiziert, so
dass sich ähnliche Einströmbedingungen in die Einspritzkanäle
7 ergeben wie bei einer entsprechend geformten Ventilnadel
10. Der Ventilsitz 5 weist im Querschnitt eine Form auf,
die einem Dreieck mit konkav gewölbten Seitenflächen entspricht,
also etwa die Form, die in Figur 4 die Ventilnadel
10 besitzt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die
Ventilnadel 10 unverändert bleiben kann und aus den bekannten
Kraftstoffeinspritzventilen übernommen werden kann. Auch
die anderen Ausgestaltungen der Ventilnadel 10, die in den
Figuren 3, 5 und 6 dargestellt sind, können in analoger Weise
auf die Form den Ventilsitzes 5 übertragen werden bei einer
gleichzeitig kreisrund ausgebildeten Ventilnadel 10 im
Bereich der Eintrittsöffnungen 107.
Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Vortex nicht bei
sämtlichen Einspritzkanäle 7 erwünscht ist. Zur besseren
Verteilung des Kraftstoffs bei größeren Brennräumen kann es
vorteilhaft sein, beispielsweise nur bei jedem zweiten Einspritzkanal
7 einen Vortex zu erzeugen. Dies hat den Vorteil,
dass ein Teil der Einspritzkanäle 7 den Kraftstoff
weit in den Brennraum einspritzen, während die Einspritzkanäle
mit Vortex den Kraftstoff stärker zerstäuben, so dass
der durch diese Einspritzkanäle eingespritzte Kraftstoff nur
eine geringe Eindringtiefe erreicht. In diesem Fall ist nur
bei einem Teil der Eintrittsöffnungen 107 die Ventilnadel 10
bzw. die Ventildichtfläche 12 so gestaltet, dass der Abstand
der Eintrittsöffnung 107 von der Ventildichtfläche 12 an wenigstens
zwei Stellen unterschiedlich ist, was die unterschiedlichen
Einströmgeschwindigkeiten verursacht und damit
eine Wirbelbildung. Die Ventildichtfläche 12 ist im Bereich
der übrigen Eintrittsöffnungen 107 so gestaltet, dass die
Einströmbedingungen über die gesamte Eintrittsöffnung 107
gleich sind, wie schon in Figur 2 dargestellt.
Claims (7)
- Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), in dem eine eine Längsachse (4) aufweisende Bohrung (3) ausgebildet ist, die an ihrem brennraumseitigen Ende von einem Ventilsitz (5) begrenzt wird, in dem die Eintrittsöffnung (107) wenigstens eines Einspritzkanals (7) ausgebildet ist, der in den Brennraum der Brennkraftmaschine mündet, und mit einer Ventilnadel (10), die in der Bohrung (3) längsverschiebbar angeordnet ist und die mit einer Ventildichtfläche (12) mit dem Ventilsitz (5) zusammenwirkt und so den Kraftstoffzufluss zu dem wenigstens einen Einspritzkanal (7) steuert, so dass bei vom Ventilsitz (5) abgehobener Ventilnadel (10) ein Ringspalt (17) aufgesteuert wird, durch den Kraftstoff dem wenigstens einen Einspritzkanal (7) zuströmt, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Einspritzkanal (7) der Abstand der Eintrittsöffnung (107) zur Ventildichtfläche (12) an wenigstens zwei Stellen der Eintrittsöffnung (107) unterschiedlich ist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (10) auf Höhe der Eintrittsöffnung (107) des wenigstens einen Einspritzkanals (7) einen Querschnitt aufweist, der einem Dreieck mit konvex gewölbten Seitenfläche entspricht.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (10) auf Höhe der Eintrittsöffnung (107) des wenigstens einen Einspritzkanals (7) einen ovalen Querschnitt aufweist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einspritzkanäle (7) ausgebildet sind, deren Eintrittsöffnungen (107) eine abgeflachte Seitenfläche (20) der Ventilnadel (10) gegenüberliegt, wobei die gedachte Verlängerung der Einspritzkanäle (7) die abgeflachte Seitenfläche (20) in einem schiefen Winkel schneidet.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (10) auf Höhe der Eintrittsöffnung (107) des wenigstens einen Einspritzkanals (7) einen Querschnitt aufweist, der einem Sechseck entspricht, wobei die Innenwinkel der aneinandergrenzenden Seitenflächen abwechselnd einen Winkel von weniger als 120° und mehr als 120° einschließen.
- Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (10) auf Höhe der wenigstens einen Eintrittsöffnung (107) einen kreisrunden Querschnitt aufweist.
- Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einspritzkanäle (7) über den Umfang des Ventilkörpers (1) verteilt angeordnet sind, wobei die Eintrittsöffnungen (107) der Einspritzkanäle (7) in einer Radialebene zur Längsachse (4) der Bohrung (3) liegen.
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