EP1900933B1 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1900933B1
EP1900933B1 EP20070016402 EP07016402A EP1900933B1 EP 1900933 B1 EP1900933 B1 EP 1900933B1 EP 20070016402 EP20070016402 EP 20070016402 EP 07016402 A EP07016402 A EP 07016402A EP 1900933 B1 EP1900933 B1 EP 1900933B1
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EP
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injection valve
fuel injection
valve according
fuel
roughness
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EP20070016402
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EP1900933A3 (de
EP1900933A2 (de
Inventor
Bernd Hoss
Aschraf Dr. Abdelfattah
Stefan Henrici
Bodo Dr. Durst
Stephan Missy
Florian Dr. Preuss
Wolfgang Dr. Kern
Erik Schünemann
Gottfried Drexler
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/06—Fuel-injection apparatus having means for preventing coking, e.g. of fuel injector discharge orifices or valve needles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/80—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly
    • F02M2200/8069—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly involving removal of material from the fuel apparatus, e.g. by punching, hydro-erosion or mechanical operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/90—Selection of particular materials
    • F02M2200/9038—Coatings

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve having the features of the preamble of patent claim 1.
  • a cylinder head for an internal combustion engine with a combustion chamber provided in the spark plug is described. Furthermore, the cylinder head has an injection nozzle having a housing end face, which has a closure element which can be moved via an actuator and has a closure body. The housing end face of the injection nozzle forms with the closure body in the closed state a common, planar surface.
  • the ignition safety is ensured at each operating point of the internal combustion engine and a change in the fuel jet geometry by combustion residues at the nozzle opening of the injection nozzle is anticipated.
  • soot may deposit during prolonged operation of the internal combustion engine in the region of the tip of the injection nozzle, whereby the fuel jet pattern is changed.
  • Object of the present invention is to show a measure that avoids a change in the atomization of the fuel, or the fuel spray pattern over time.
  • the tip of the fuel injection valve receives a geometry from the production, as obtained by the fuel injection valve in the prior art only by deposits of soot particles at the top over the term.
  • the fuel injection valve according to the invention has a geometry which corresponds to that of an aged fuel injection valve. The embodiment according to the invention thus does not change the atomization of the fuel or the fuel spray pattern and thus the mixture formation in the internal combustion engine over time.
  • the roughness can be achieved by any geometric fatiguenausformmaschine according to claim 4.
  • the roughness can be achieved by mechanical or chemical processing.
  • FIGS. 1, 1 a and 2 apply the same reference numbers for identical components.
  • Fig. 1 shows the tip of a inventively designed fuel injection valve 1. Shown is a half-section, wherein a housing 2 cut and a closure element 4 is shown with a housing-side closure body 5 is not cut. The cut surface of the housing 2 is hatched. Since the fuel injection valve 1 is rotationally symmetrical, only one side is shown along a longitudinal axis 9.
  • the closure element 4 is arranged to be movable in a bore 3 in the housing 2 and can be actuated by an actuating element, not shown. With the closure body 5, the bore 3 can be opened and closed. For this purpose, the exit region of the bore has an unnumbered rotationally symmetrical sealing seat between the housing 2 and the closure element 5.
  • the closure element 4 is lifted to open the bore 3, for spraying fuel in an environment 7 of the housing 2.
  • this may be a piezo fuel injection valve.
  • a fuel then flows through an annular gap between the closure element 4 and the bore 3 into the environment 7.
  • the closure body 5 has a radially outer flow-off edge 6 for the fuel.
  • the closure body 5 has a roughness 8 at least in the region of the flow separation edge 6 on the side facing the environment 7.
  • This roughness 8 simulates the deposition of soot in this area for a newly produced fuel injection valve 1.
  • a subsequent deposition of soot thus does not change the mixture-forming properties of the inventively designed fuel injection valve.
  • Fig. 1a shows an enlarged detail of the flow separation edge 6 with the roughness 8. It can be clearly seen that the environment 7 facing the area around along the flow separation edge 6 has the roughness 8 according to the invention.
  • the roughness 8 preferably has a surface roughness R t of between 0.5 and 200 ⁇ m.
  • the housing 2 it is also possible for the housing 2 to have a roughness 8 in the region of the closure body 5, likewise on the side facing the surroundings 7.
  • the roughness 8 can of Grooves and / or raised areas may be formed. These grooves and / or raised regions preferably have a width or a diameter of between 0.5 and 100 ⁇ m. Furthermore, the grooves and / or raised regions are preferably spaced apart by a maximum of 1000 ⁇ m. Of course, the grooves and / or raised areas may also intersect or intersect.
  • the roughness 8 can be generated by material removal.
  • the material removal can be achieved for example by mechanical or chemical processing.
  • mechanical processing is meant, for example, grinding or blasting with a hard material.
  • chemical material removal is meant, for example, the etching of the surface, for example with an acid.
  • a closure body 5 is shown in the direction of the longitudinal axis 9. Arrows symbolize a machining direction in the processing of the closure body 5 for the inventive design of the fuel injection valve 1.
  • the machining process is carried out in the present embodiment largely perpendicular to the flow separation edge 6. In other processing variants, the machining can also be done obliquely to the flow separation edge 6.
  • any liquid fuel such. As gasoline or diesel or RME (rapeseed methyl ester), etc. are injected.
  • the fuel injection valve 1 according to the invention is preferably used in internal combustion engines with a high-pressure injection of the fuel directly into the combustion chamber. Of course, it can also be used in conjunction with a low-pressure injection.

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

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Sie geht von der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 12 969 A1 aus. In dieser ist ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einer im Brennraum vorgesehenen Zündkerze beschrieben. Weiter weist der Zylinderkopf eine eine Gehäusestirnseite aufweisende Einspritzdüse auf, die ein über ein Stellglied bewegbares Verschlusselement mit einem Verschlusskörper aufweist. Die Gehäusestirnseite der Einspritzdüse bildet mit dem Verschlusskörper im geschlossenen Zustand eine gemeinsame, plane Oberfläche. Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung wird die Zündsicherheit in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine gewährleistet und eine Veränderung der Kraftstoffstrahlgeometrie durch Verbrennungsrückstände an der Düsenöffnung der Einspritzdüse wird vorweggenommen.
  • Trotz der vorgeschlagenen Ausgestaltung kann sich bei längerem Betrieb der Brennkraftmaschine im Bereich der Spitze der Einspritzdüse Ruß ablagern, wodurch das Kraftstoffstrahlbild verändert wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Maßnahme aufzuzeigen, die eine Veränderung der Zerstäubung des Kraftstoffes, bzw. des Kraftstoffstrahlbildes über die Zeit vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Pa-tentanspruchs 1 gelöst.
    Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung erhält die Spitze des Kraftstoffeinspritzventils ab der Produktion eine Geometrie, wie sie das Kraftstoffeinspritzventil im Stand der Technik erst durch Ablagerungen von Russpartikel an der Spitze über die Laufzeit erhält. Somit weist das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil eine Geometrie auf, die der eines gealterten Kraftstoffeinspritzventils entspricht. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung verändert sich somit die Zerstäubung des Kraftstoffes, bzw. das Kraftstoffstrahlbild und somit die Gemischbildung in der Brennkraftmaschine über die Zeit nicht.
  • Eine weitere Verbesserung wird mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 erzielt.
  • Mit einer Rautiefe Rt gemäß Patentanspruch 3 wird der erfindungsgemäße Effekt erzielt.
  • Die Rauheit kann gemäß Patentanspruch 4 durch beliebige geometrische Oberflächenausformungen erzielt werden.
  • In den Größenbereichen gemäß der Patentansprüche 5 und 6 ist der erfindungsgemäße Effekt besonders effektiv.
  • Gemäß Patentanspruch 7 kann die Rauheit durch mechanische oder chemische Bearbeitung erzielt werden.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in drei Figuren näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Kraftstoffeinspritzventil.
    Fig. 1 a
    zeigt eine Ausschnittsvergrößerung einer Strömungsabrisskante am Kraftstoffeinspritzventil.
    Fig. 2
    zeigt ein Beispiel zur Bearbeitung eines erfindungsgemäß ausgestalteten Verschlusselementes.
  • In den Figuren 1, 1 a und 2 gelten für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
  • Fig. 1 zeigt die Spitze eines erfindungsgemäß ausgestalteten Kraftstoffeinspritzventils 1. Dargestellt ist ein Halbschnitt, wobei ein Gehäuse 2 geschnitten und ein Verschlusselement 4 mit einem gehäuseseitigen Verschlusskörper 5 nicht geschnitten dargestellt ist. Die geschnittene Oberfläche des Gehäuses 2 ist schraffiert. Da das Kraftstoffeinspritzventil 1 rotationssymmetrisch aufgebaut ist, ist nur eine Seite längs einer Längsachse 9 abgebildet. Das Verschlusselement 4 ist in einer Bohrung 3 im Gehäuse 2 hubbeweglich angeordnet und von einem nicht dargestellten Stellelement betätigbar. Mit dem Verschlusskörper 5 kann die Bohrung 3 geöffnet und verschlossen werden. Hierfür weist der Austrittsbereich der Bohrung einen nicht bezifferten rotationssymmetrischen Dichtsitz zwischen dem Gehäuse 2 und dem Verschlusselement 5 auf.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein nach außen öffnendes Kraftstoffeinspritzventil 1, d. h. das Verschlusselement 4 wird zum Öffnen der Bohrung 3, zum Abspritzen von Kraftstoff in eine Umgebung 7 von dem Gehäuse 2 abgehoben. Beispielsweise kann es sich hier um ein Piezo-Kraftstoffeinspritzventil handeln. Ein Kraftstoff fließt dann durch einen Ringspalt zwischen dem Verschlusselement 4 und der Bohrung 3 in die Umgebung 7. Für eine verbesserte Gemischaufbereitung weist der Verschlusskörper 5 eine radial außen verlaufende Strömungsabrisskante 6 für den Kraftstoff auf.
  • Erfindungsgemäß weist der Verschlusskörper 5 zumindest im Bereich der Strömungsabrisskante 6 auf der der Umgebung 7 zugewandten Seite eine Rauheit 8 auf. Durch diese Rauheit 8 wird für ein neu produziertes Kraftstoffeinspritzventil 1 die Ablagerung von Ruß in diesem Bereich simuliert. Eine spätere Ablagerung von Russ verändert somit nicht die Gemisch bildenden Eigenschaften des erfindungsgemäß ausgestalteten Kraftstoffeinspritzventils 1.
  • Fig. 1a zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der Strömungsabrisskante 6 mit der Rauheit 8. Klar erkennbar ist, dass der der Umgebung 7 zugewandte Bereich um entlang der Strömungsabrisskante 6 die erfindungsgemäße Rauheit 8 aufweist. Die Rauheit 8 weist bevorzugt eine Rautiefe Rt zwischen 0,5 und 200 µm auf.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass das Gehäuse 2 im Bereich des Verschlusskörpers 5, ebenfalls auf der der Umgebung 7 zugewandten Seite eine Rauheit 8 aufweist. Die Rauheit 8 kann von Riefen und/oder erhabenen Bereichen gebildet sein. Bevorzugt weisen diese Riefen und/oder erhabenen Bereiche eine Breite bzw. einen Durchmesser zwischen 0,5 und 100 µm auf. Weiterhin sind die Riefen und/oder erhabenen Bereiche bevorzugt maximal 1000 µm voneinander beabstandet. Selbstverständlich können sich die Riefen und/oder erhabenen Bereiche auch überschneiden bzw. kreuzen.
  • Die Rauheit 8 kann durch Materialabtrag erzeugt werden. Der Materialabtrag kann beispielsweise durch mechanische oder chemische Bearbeitung erzielt werden. Unter mechanischer Bearbeitung wird beispielsweise Schleifen oder Strahlen mit einem Hartstoff verstanden. Unter chemischem Materialabtrag wird beispielsweise das Ätzen der Oberfläche, beispielsweise mit einer Säure verstanden.
  • In Fig. 2 ist ein Verschlusskörper 5 in Richtung der Längsachse 9 dargestellt. Pfeile symbolisieren eine Bearbeitungsrichtung bei der Bearbeitung des Verschlusskörpers 5 zur erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Kraftstoffeinspritzventils 1. Der Bearbeitungsvorgang erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel weitgehend senkrecht zur Strömungsabrisskante 6. Bei weiteren Bearbeitungsvarianten kann die Bearbeitung auch schräg zur Strömungsabrisskante 6 erfolgen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil 1 kann jeder flüssige Kraftstoff, wie z. B. Benzin oder Diesel oder RME (Rapsmethylester) etc. eingespritzt werden. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil 1 in Brennkraftmaschinen mit einer Hochdruckeinspritzung des Kraftstoffes direkt in den Brennraum eingesetzt. Selbstverständlich kann es auch in Verbindung mit einer Niederdruckeinspritzung eingesetzt werden.
  • Zusammengefasst ergeben sich folgende Vorteile:
    • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die im gealterten Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 1 erreichte Spraystruktur schon im Neuzustand erreicht. Die Brennkraftmaschine läuft bereits im Neuzustand aussetzerfrei. Dies hebt die Kundenzufriedenheit und senkt die Gewährleistungskosten. Des Weiteren können in der Produktion größere Toleranzen zugelassen werden. Dies senkt darüber hinaus Produktionskosten.
    Bezugszeichenliste:
    • 1.
    Kraftstoffeinspritzventil
    2.
    Gehäuse
    3.
    Bohrung
    4.
    Verschlusselement
    5.
    Verschlusskörper
    6.
    Strömungsabrisskante
    7.
    Umgebung
    8.
    Rauheit
    9.
    Längsachse

Claims (7)

  1. Kraftstoffeinspritzventil (1), insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (2) mit einer Bohrung (3) durch die Kraftstoff förderbar ist, wobei in der Bohrung (3) ein von einem Stellelement betätigbares Verschlusselement (4) mit einem gehäuseseitigen Verschlusskörper (5), der eine Strömungsabrisskante (6) für eingespritzten Kraftstoff aufweist, angeordnet ist, mit dem bei einer Lageveränderung aus dem Gehäuse (1) heraus die Bohrung (3) gegenüber einer Umgebung (7) des Kraftstoffeinspritzventils (1) öffenbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskörper (5) zumindest im Bereich stromabwärts der Strömungsabrisskante (6) auf der der Umgebung (7) zugewandten Seite eine weitgehend senkrecht zur Strömungsabrisskante (6) ausgerichtete Rauheit (8) aufweist, die durch Materialabtrag erzeugt ist.
  2. Kraftstoffeinspritzventil nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) im Bereich des Verschlusskörpers (5) auf der der Umgebung (7) zugewandten Seite eine Rauheit (8) aufweist.
  3. Kraftstoffeinspritzventil nach Patentanspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit (8) eine Rautiefe Rt zwischen 0,5 und 200 µm aufweist.
  4. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit (8) durch Riefen und/oder erhabene Bereiche gebildet ist.
  5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen und/oder erhabenen Bereiche eine Breite zwischen 0,5 und 100 µm aufweisen.
  6. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen und/oder erhabenen Bereiche maximal 1000 µm voneinander beabstandet sind.
  7. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit (8) durch mechanische oder chemische Bearbeitung erzeugt ist.
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