EP1382840B1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP1382840B1
EP1382840B1 EP03009122A EP03009122A EP1382840B1 EP 1382840 B1 EP1382840 B1 EP 1382840B1 EP 03009122 A EP03009122 A EP 03009122A EP 03009122 A EP03009122 A EP 03009122A EP 1382840 B1 EP1382840 B1 EP 1382840B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
injection
fuel
valve needle
fuel injection
Prior art date
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EP03009122A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1382840A1 (de
Inventor
Oliver Heinold
Gerhard Suenderhauf
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1382840A1 publication Critical patent/EP1382840A1/de
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Publication of EP1382840B1 publication Critical patent/EP1382840B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
    • F02M61/1893—Details of valve member ends not covered by groups F02M61/1866 - F02M61/188
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/162—Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • 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 is based on a fuel injection valve for Internal combustion engine, as it is the type of claim 1 corresponds.
  • a fuel injection valve for Internal combustion engine as it is the type of claim 1 corresponds.
  • Such fuel injection valves are known from the prior art.
  • the DE 196 shows 09 218 A1 a fuel injector, which is a valve body having a bore.
  • the hole will be at her combustion chamber end bounded by a conical valve seat, from which depart several injection channels in the Combustion chamber of the internal combustion engine open.
  • a valve needle arranged longitudinally displaceable, which 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 in this case preferably evenly over the circumference of the fuel injection valve distributed and it prevails within the injection channels a uniform flow of fuel. This achieves a high penetration depth of the fuel jet in the combustion chamber, resulting in large combustion chambers and thus large displacement to a rapid distribution of the Fuel leads and thus to a good combustion.
  • JP 59-136563 is a fuel injection valve known to be a single injection port with circular Cross-section, wherein the fuel flow through a Valve needle is controlled, which cooperates with a valve seat.
  • a pin is formed in the Injection opening protrudes, wherein the pin is an oval or having elliptical cross-section. This creates between the Tenon and the wall of the injection opening a gap, the narrow and has wide areas.
  • the fuel flows, depending from the azimuth angle with respect to the longitudinal axis of the bore, at different speeds into the injection channels, so that is at the inlet opening of the injection channels forms a velocity gradient in the circumferential direction.
  • the fuel flow in the injection channel in a Whirling motion that gives rise to the above-mentioned strong Atomization of the escaping fuel in the combustion chamber leads.
  • valve needle at the level of the inlet openings of the injection channels designed with a cross section of a triangle with convex corresponding to curved side surfaces. This allows in simple way of adding an inflow characteristic to the Injection channels leading to the desired vortex in the injection channel leads.
  • Design of a valve needle, at the level of the inlet openings has a cross section of a hexagon corresponds, with the interior angles of the adjacent Pages are alternately larger and smaller than 120 °.
  • the Inlet openings are in this case preferably in a radial plane arranged to the longitudinal axis of the bore, so that in all injection channels the same vortices are generated.
  • the inlet openings opposite surface of the valve needle is flattened, wherein 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. Plus, that's how it works the desired inflow conditions for any number reach of injection channels.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an inventive device Fuel injection valve, with only the combustion chamber side End of the otherwise well-known from the prior art Fuel injection valve is shown.
  • a bore 3 is formed, which is a Has longitudinal axis 4.
  • the bore 3 is at its combustion chamber side End of a substantially conical valve seat 5 limited, in which the inlet openings 107 of several Injection channels 7 are arranged in the installed position of the Fuel injection valve in the internal combustion engine in the Combustion open the same.
  • a piston-shaped Valve needle 10 arranged longitudinally displaceable, whose combustion chamber side end cooperates with the valve seat 5.
  • the valve needle 10 has a cylindrical portion 13, followed by a conical section 11, which in turn has a second cylindrical section 16 borders.
  • a pressure chamber 8 is formed, which is fuel with high Pressure can be filled.
  • the closed position of the valve needle 10 that is, when the valve sealing surface 12 at the valve seat 5 is applied, the injection ports 7 through the valve needle 10 separated from the pressure chamber 8.
  • opening position of Valve needle 10 so if the valve sealing surface 12 by a Longitudinal movement of the valve needle 10 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 through to the Inlets 107 of the injection channels 7 and is of there injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • FIG 2 shows a cross section along the line AA of Figure 1 of a fuel injection valve, as is known in the prior art.
  • the valve needle 10 has here at the level of the inlet openings 107 of the injection channels 7, of which six are arranged distributed over the circumference of the valve body 1 here, a circular shape. This results in the open position of the valve needle 10, 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. Due to the rotationally symmetrical configuration of the annular gap 17, which has a constant width D over the entire circumference of the valve body 1, the same flow velocity of the fuel results everywhere.
  • FIG. 2A shows a part of the valve body 1 in a sectional view in the region of the valve seat 5.
  • an injection channel 7 which is shown with an enlarged diameter for clarity, is used here.
  • the tangential inlet velocities V L and V R of the fuel are the same, 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 like FIG. 2, shows a cross section along the line A-A of Figure 1 of a first embodiment of the Inventive fuel injection valve.
  • the valve needle 10 has the height of the inlet openings 107 of the injection channels 7 has a shape that corresponds to a hexagon, whereby six side surfaces 20 are formed on the valve needle 10 become.
  • the interior angles of the adjoining side surfaces 20 is alternately smaller and larger than 120 °, so that the extension of the injection channels 7 a crooked Angle with the respective opposite side surface 20th forms.
  • the annular gap 17 thus varies in width over the circumference of the valve body 1.
  • the previously known form the valve needle 10 is indicated by a dotted line, whereby not the same width D of the annular gap everywhere 17 is clarified.
  • 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.
  • the lower flow resistance results in a correspondingly higher tangential velocity v L. Due to these different entry speeds of the fuel on both sides of the injection channel 7, a vortex results, which leads to a strong atomization when the fuel exits into the combustion chamber of the internal combustion engine and thus to a lower penetration depth.
  • the speed ratios so that the vortex in these injection channels 7 has an opposite direction of rotation.
  • the tangential velocities v L and v R in all injection channels 7 are indicated by arrows.
  • FIG. 3A shows, in the same representation as FIG. 2A, the inflow conditions at an injection channel 7 of the injection valve illustrated in FIG.
  • the tangential velocity components v L and v R lead in the injection channel 7 to a vortex, which here seen from the inlet opening 107 from rotating counterclockwise.
  • FIG. 4 shows another embodiment of a fuel injection valve according to the invention, again as a cross section along the line AA of Figure 1.
  • the valve needle 10 has here at the level of the inlet openings 107 of the injection channels 7 a triangular shape with convex, ie outwardly curved side surfaces.
  • Injection channels 7 have different orientation.
  • the smallest width of the annular gap 17 is denoted by D 1 in FIG. 3, the largest by D 2 .
  • This shape of the valve needle 10 is tuned to six injection channels 7, which are arranged distributed uniformly over the circumference of the valve body 1.
  • the usual circular shape of the valve needle 10 is indicated by a dotted line.
  • valve needle 10 has a cross section which corresponds to a triangle with concave, ie inwardly curved side surfaces. Again, there are inflow conditions that lead to a vortex in the injection channels 7 in the manner outlined above.
  • FIG 5 shows a further embodiment in the same Representation as Figure 4.
  • the valve needle 10 has here Height of the inlet openings 107 has a cross-sectional shape, which resembles a circular saw shape.
  • the injection channels 7th opposite side surfaces 20 of the valve needle 10 are with respect to the imaginary extension of the injection channels 7 arranged obliquely, as in the embodiment Figure 3 is the case.
  • the inflow conditions are here However, identical at each injection port 7, so that the forming vortex in all injection channels 7 the same Has direction of rotation.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment, wherein here only four injection channels 7 over the circumference of the valve body 1 are arranged distributed. This requires a different form the valve needle 10, at the level of the inlet openings 107th an oval shape with sharpened ends. Here too results from the changing in the circumferential direction Annular gap 17 inflow conditions in the injection channels 7, which create a vortex there.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the invention Fuel injector.
  • the valve needle 10th is here in the region of the inlet openings 107 circular designed as known from the prior art. Instead, the valve seat surface 5 is modified so that similar inflow conditions in the injection channels 7 result as in a correspondingly shaped valve needle 10.
  • the valve seat 5 has a shape in cross-section, which corresponds to a triangle with concavely curved side surfaces, that is about the shape, in Figure 4, the valve needle 10 owns.
  • This embodiment has the advantage that the Valve needle 10 can remain unchanged and from the known Fuel injection valves can be adopted.
  • the other embodiments of the valve needle 10, in the Figures 3, 5 and 6 are shown, in an analogous manner be transferred to the shape of the valve seat 5 at a at the same time circular shaped valve needle 10 in Area of the inlet openings 107th
  • a vortex is not included all injection channels 7 is desired.
  • all injection channels 7 is desired.
  • a vortex is not included all injection channels 7 is desired.
  • For better Distribution of the fuel with larger combustion chambers can be advantageous, for example, only every second injection channel 7 to create a vortex.
  • This has the advantage that a part of the injection channels 7 the fuel far into the combustion chamber, while the injection channels with Vortex atomize the fuel more strongly, so that the injected fuel through these injection channels only achieved a low penetration depth.
  • the valve needle 10th or the valve sealing surface 12 designed so that the distance the inlet opening 107 of the valve sealing surface 12 at least two digits is different, which is different Influx speeds caused and thus a vortex formation.
  • the valve sealing surface 12 is in the range the remaining inlet openings 107 designed so that the Inflow conditions over the entire inlet opening 107th are the same, as already shown in Figure 2.

Description

Stand der Technik
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.
Aus der Schrift JP 59-136563 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, das eine einzelne Einspritzöffnung mit kreisrundem Querschnitt aufweist, wobei der Kraftstoffzufluss durch eine Ventilnadel gesteuert wird, die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. An der Ventilnadel ist ein Zapfen ausgebildet, der in die Einspritzöffnung hineinragt, wobei der Zapfen einen ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweist. Dadurch entsteht zwischen dem Zapfen und der Wand der Einspritzöffnung ein Spalt, der enge und weite Bereiche aufweist.
Vorteile der Erfindung
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.
Zeichnung
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.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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 (6)

  1. 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 Eintrittsöffnungen (107) mehrerer Einspritzkanäle (7) ausgebildet sind, die in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden, 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 den Einspritzkanälen (7) steuert, so dass bei vom Ventilsitz (5) abgehobener Ventilnadel (10) ein Ringspalt (17) aufgesteuert wird, durch den Kraftstoff den Einspritzkanälen (7) zuströmt, wobei die mehreren Einspritzkanäle (7) über den Umfang des Ventilkörpers (1) verteilt angeordnet sind und die Eintrittsöffnungen (107) der Einspritzkanäle (7) in einer Radialebene zur Längsachse (4) der Bohrung (3) liegen, 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, und somit die Breite des Ringspalts (17) über die Erstreckung zwischen dem linken und rechten Rand der Eintrittsöffnung (107) unterschiedlich ist.
  2. 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.
  3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (10) auf Höhe der Eintrittsöffnung (107) des wenigstens einen Einspritzkanals (7) einen ovalen Querschnitt aufweist.
  4. 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.
  5. 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.
  6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (10) auf Höhe der wenigstens einen Eintrittsöffnung (107) einen kreisrunden Querschnitt aufweist.
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