EP2171255B1 - Throttle on a valve needle of a fuel injection valve for internal combustion engines - Google Patents

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EP2171255B1
EP2171255B1 EP20080760983 EP08760983A EP2171255B1 EP 2171255 B1 EP2171255 B1 EP 2171255B1 EP 20080760983 EP20080760983 EP 20080760983 EP 08760983 A EP08760983 A EP 08760983A EP 2171255 B1 EP2171255 B1 EP 2171255B1
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pressure chamber
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Robert Bosch GmbH
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, wie es vorzugsweise für die Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet wird. Hierbei ist insbesondere der Einsatz bei der Kraftstoffeinspritzung von selbstzündenden Brennkraftmaschinen von Vorteil.The invention relates to a fuel injection valve for internal combustion engines, as it is preferably used for the injection of fuel under high pressure directly into a combustion chamber of an internal combustion engine. In particular, use in the fuel injection of self-igniting internal combustion engines is advantageous.
  • Stand der TechnikState of the art
  • Die Einhaltung der Schadstoffgrenzwerte hat bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren hohe Priorität. Gerade das Common-Rail-Einspritzsystem hat hierbei einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung der Schadstoffe geleistet, wobei ein entscheidender Punkt ist, dass das Common-Rail-System unabhängig vom Einspritzdruck und von der Drehzahl und der Last des Motors präzise Einspritzungen zu jedem Zeitpunkt darstellen kann. Zur Einspritzung des Kraftstoffs sind hierbei hubgesteuerte Common-Rail-Injektoren bekannt, deren Ventilnadel servobetrieben ist. Die entsprechenden Steuerventile werden durch Piezo- oder Magnetaktoren gesteuert, die sehr schnell schalten und damit ein rasches Öffnen der Ventilnadeln ermöglichen.Compliance with the pollutant limit values has high priority in the development of internal combustion engines. Especially the common-rail injection system has made an important contribution to the reduction of pollutants, a key point being that the common-rail system, regardless of the injection pressure and the speed and load of the engine can represent precise injections at any time , To inject the fuel here stroke controlled common rail injectors are known, the valve needle is servo-operated. The corresponding control valves are controlled by piezo or magnetic actuators, which switch very quickly and thus enable a quick opening of the valve pins.
  • Zur Darstellung von verschiedenen Teileinspritzungen, insbesondere Vor- und Nacheinspritzungen mit sehr kleiner Kraftstoffmenge, ist es jedoch auch notwendig, dass die Düsennadel entsprechend schnell schließt. Hierzu sind verschiedene Konzepte entwickelt worden, beispielsweise eine permanente Niederdruckstufe an der Düsennadel, die ständig eine schließende Kraft ausübt und so die Schließbewegung der Ventilnadel beschleunigt. Eine solche Niederdruckstufe hat jedoch den Nachteil, dass es eine hohe Leckage mit sich bringt und damit eine höhere Pumpenleistung erforderlich macht, was zu Einbußen in der Effizienz des Systems führt und damit zu einem höheren Kraftstoffverbrauch. Dieser Umstand kann insbesondere beim Einführen noch höherer Drücke problematisch werden.However, in order to display different partial injections, in particular pre-injections and post-injections with a very small quantity of fuel, it is also necessary for the nozzle needle to close correspondingly quickly. For this purpose, various concepts have been developed, for example, a permanent low-pressure stage on the nozzle needle, which constantly exerts a closing force and thus accelerates the closing movement of the valve needle. However, such a low-pressure stage has the disadvantage that it brings with it a high leakage and thus a higher pump performance, resulting in lower system efficiency and higher fuel consumption. This fact can be problematic especially when introducing even higher pressures.
  • Aus diesem Grund werden neueste Injektoren für höchste Einspritzdrücke leckagefrei ausgeführt, indem auf diese Niederdruckstufe verzichtet wird. Damit stehen für das Schließen der Ventilnadeln jedoch nur geringe Kräfte zur Verfügung, was die Fähigkeit zur Einspritzung kleinster Mengen vermindert. Dieser Nachteil lässt sich nur sehr schwer kompensieren, beispielsweise durch die Verwendung von entsprechend schnell schaltenden Steuerventilen, was jedoch teuer und aufwendig ist.For this reason, the latest injectors for highest injection pressures are carried out without leakage, by dispensing with this low pressure stage. However, only small forces are available for closing the valve needles, which reduces the ability to inject small amounts. This disadvantage is very difficult to compensate, for example by the use of correspondingly fast switching control valves, which is expensive and expensive.
  • Ventilnadeln, wie sie beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 100 24 703 A1 bekannt sind, werden in einem mittleren Führungsabschnitt im Druckraum des Einspritzventils geführt, wobei der Kraftstoff durch zwei, drei oder vier Anschliffe an der Ventilnadel vorbeigeführt wird. Die dadurch bedingte Drosselstelle führt in diesem Bereich zu einem Druckabfall, so dass der Druck im Druckraum stromaufwärts des Führungsabschnitts höher ist als stromabwärts des Führungsabschnitts, was eine permanente schließende Kraft auf die Ventilnadeln bewirkt und die oben genannten Nachteile zum Teil ausgleicht. Hierbei tritt jedoch das Problem auf, dass die Drosselwirkung von der Viskosität des Kraftstoffs abhängt, welche wiederum eine Funktion des Drucks und der Temperatur ist. Damit ist der Druckabfall und somit die Nadelschließkraft in einem großen Betriebsbereich des Kraftstoffeinspritzventils von Temperatur und Druck abhängig, was zu einer Streuung der Kraftstoffzumessmenge von Einspritzung zu Einspritzung führt. Die dadurch bedingten Ungenauigkeiten bei der Kraftstoffmengenzumessung wirken sich negativ auf die Schadstoffemission der Brennkraftmaschine aus.Valve needles, as for example from the published patent DE 100 24 703 A1 are known, are guided in a central guide portion in the pressure chamber of the injection valve, wherein the fuel is passed by two, three or four polishes on the valve needle. The resulting throttling point results in a pressure drop in this area, so that the pressure in the pressure space upstream of the guide portion is higher than downstream of the guide portion, which causes a permanent closing force on the valve needles and partially compensates for the above-mentioned disadvantages. However, there is a problem that the throttling action depends on the viscosity of the fuel, which in turn is a function of the pressure and the temperature. Thus, the pressure drop and thus the needle closing force in a wide operating range of the fuel injection valve of temperature and pressure is dependent, which leads to a dispersion of the fuel metering amount of injection to injection. The consequent inaccuracies in the Kraftstoffmengenzumessung have a negative effect on the pollutant emission of the engine.
  • Kraftstoffeinspritzventile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind z.B. aus der DE 101 49 961 bekannt.Fuel injection valves according to the preamble of claim 1 are for example from the DE 101 49 961 known.
  • Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
  • Durch das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil wird eine definierte Drosselstelle geschaffen, die einen Druckabfall unabhängig von der Reynoldszahl des Kraftstoffs bewirkt, so dass die Drosselwirkung unabhängig von der Temperatur des Kraftstoffs ist. Dadurch wird eine permanente und konstante Schließkraft auf die Ventilnadel erreicht, die ein schnelles Nadelschließen und damit eine gute Kleinstmengenfähigkeit des Kraftstoffeinspritzventils sicherstellt. Hierzu ist zwischen der Ventilnadel und der Wand des Druckraums eine scharfkantige Spaltdrossel ausgebildet, die bei geeigneter Dimensionierung einen Druckabfall unabhängig von der Reynoldszahl des Kraftstoffs bewirkt. Die Reynoldszahl hängt unter anderem von der Dichte und der dynamischen Viskosität ab, die wiederum von der Temperatur des Kraftstoffs wesentlich bestimmt werden. Durch die Unabhängigkeit von der Reynoldszahl wird die Dämpfungswirkung der Spaltdrossel unabhängig von der Temperatur und damit konstant, was eine gleichbleibende Schließkraft auf die Ventilnadel bewirkt.By the fuel injection valve according to the invention, a defined throttle point is created, which causes a pressure drop independent of the Reynolds number of the fuel, so that the throttle effect is independent of the temperature of the fuel. This creates a permanent and constant closing force reaches the valve needle, which ensures a fast needle closing and thus a good minimum quantity capability of the fuel injection valve. For this purpose, a sharp-edged gap throttle is formed between the valve needle and the wall of the pressure chamber, which causes a pressure drop regardless of the Reynolds number of the fuel with suitable dimensioning. The Reynolds number depends, among other things, on the density and the dynamic viscosity, which in turn are essentially determined by the temperature of the fuel. Due to the independence of the Reynolds number, the damping effect of the gap choke is independent of the temperature and thus constant, which causes a constant closing force on the valve needle.
  • Die Spaltdrossel ist wird dabei durch einen Bund ausgebildet, der an seinem äußeren Rand eine scharfe Kante aufweist, so dass zwischen der Kante des Bundes und der Wand des Druckraums die scharfkantige Spaltdrossel gebildet wird. Der Bund kann hierbei, falls an der Ventilnadel ein Führungsabschnitt vorgesehen ist, sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts des Führungsabschnitts ausgebildet sein.The gap throttle is thereby formed by a collar which has a sharp edge at its outer edge, so that between the edge of the collar and the wall of the pressure chamber, the sharp-edged gap choke is formed. In this case, if a guide section is provided on the valve needle, the collar can be formed both upstream and downstream of the guide section.
  • Zur Durchleitung sind an dem Bund ein oder mehrere Anschliffe ausgebildet, die ebenfalls eine scharfe Kante aufweisen. Durch die Größe der Anschliffe kann der Durchfluss und damit die Drosselwirkung der Spaltdrossel und die Schließkraft bestimmt werden. Für eine Optimierung der Drosselwirkung bei gleichbleibender Stabilität des Bunds ist ein im Wesentlichen dreieckförmiger Querschnitt des Bunds von Vorteil, der durch drei Anschliffe zustande kommt. Hierbei kann der Bund einstückig mit der Ventilnadel ausgebildet werden oder auch nach Fertigstellung der Ventilnadel auf diese aufgeklebt, angeschweißt oder aufgeschrumpft werden.For passage one or more poles are formed on the collar, which also have a sharp edge. Due to the size of the polished sections, the flow and thus the throttle effect of the gap throttle and the closing force can be determined. For an optimization of the throttling effect with constant stability of the collar, a substantially triangular cross-section of the collar is advantageous, which is achieved by three bevels. Here, the federal government can be integrally formed with the valve needle or even after completion of the valve needle glued to this, welded or shrunk.
  • Zeichnungdrawing
  • In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil dargestellt. Es zeigt:
  • Figur 1
    einen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einem erfindungsgemäßen Einspritzventil,
    Figur 2
    das in Fig. 1 dargestellte Einspritzventil, wobei nur der brennraumseitige Teil mit den wesentlichen Komponenten schematisch dargestellt ist, und
    Figur 3b
    eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bunds und damit der Spaltdrossel und
    Figur 3a und Figur 3c
    verschiedene nicht erfindungsgemäße Ausgestaltungen des Bunds.
    In the drawing, an inventive fuel injection valve is shown. It shows:
    FIG. 1
    a longitudinal section through a fuel injector with an injection valve according to the invention,
    FIG. 2
    this in Fig. 1 shown injection valve, wherein only the combustion chamber side part is shown schematically with the essential components, and
    FIG. 3b
    an inventive design of the collar and thus the gap throttle and
    Figure 3a and Figure 3c
    various non-inventive embodiments of the federal government.
  • Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
  • In Fig.1 ist ein Kraftstoffinjektor im Längsschnitt dargestellt. Das Grundprinzip derartiger Einspritventile ist aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der bekannten Bauteile verzichtet werden kann und im folgenden deren Funktion nur kurz umrissen wird. Der Kraftstoffinjektor umfasst ein Kraftstoffeinspritzventil 1 und einen Injektorkörper 100, der ein Steuerventil 30 zur Steuerung der Einspritzung beinhaltet. Der Injektorkörper 100 ist mit dem Kraftstoffeinspritzventil 1 verbunden, das einen Ventilkörper 2 umfasst und in dem Einspritzöffnungen 8 vorhanden sind, über die der Kraftstoff ausgespritzt wird. Im Ventilkörper 2 ist eine Ventilnadel 3 angeordnet, die mit einer Kolbenstange 32 verbunden ist, wobei die Kolbenstange 32 mit ihrer Stirnseite einen Steuerraum 36 begrenzt, welcher in einer Hülse 38 ausgebildet ist. Durch die Feder 40 wird die Kolbenstange 32 und damit auch die Ventilnadel 3 gegen einen Ventilsitz 7 gedrückt, wodurch die Einspritzöffnungen 8 verschlossen werden.In Fig.1 a fuel injector is shown in longitudinal section. The basic principle of such Einspritventile is well known from the prior art, so that can be dispensed with a detailed description of the known components and the following function is only briefly outlined. The fuel injector includes a fuel injection valve 1 and an injector body 100 including a control valve 30 for controlling the injection. The injector body 100 is connected to the fuel injection valve 1, which comprises a valve body 2 and are provided in the injection ports 8, through which the fuel is ejected. In the valve body 2, a valve needle 3 is arranged, which is connected to a piston rod 32, wherein the piston rod 32 defines with its end face a control chamber 36 which is formed in a sleeve 38. By the spring 40, the piston rod 32 and thus also the valve needle 3 is pressed against a valve seat 7, whereby the injection openings 8 are closed.
  • Der Steuerraum 36 ist über eine Ablaufdrossel 42, die durch das Steuerventil 30 geöffnet oder verschlossen werden kann, mit einem drucklosen Leckölraum verbindbar. Hierzu wird ein Anker 31 des Steuerventils von einem Elektromagneten 33 angezogen, so dass die Ablaufdrossel 42 geöffnet wird und Kraftstoff aus dem Steuerraum 36 in den Leckölraum abfließen kann. Zur Beendigung der Einspritzung wird die Bestromung des Elektromagneten 33 abgeschaltet, und der Anker 31 gleitet federbeaufschlagt zurück in seine Ausgangsstellung und verschließt die Ablaufdrossel 42. Über die Zulaufdrossel 44 wird der abgeflossene Kraftstoff im Druckraum 36 ersetzt. Der verdichtete Kraftstoff wird dabei in einem Hochdruckspeicher 34 zur Verfügung gestellt, dem sogenannten Rail, und über eine Hochdruckleitung 35 dem Kraftstoffeinspritzventil zugeleitet.The control chamber 36 is connected via an outlet throttle 42, which can be opened or closed by the control valve 30, with a non-pressurized leakage oil space connectable. For this purpose, an armature 31 of the control valve is attracted by an electromagnet 33, so that the outlet throttle 42 is opened and fuel can flow from the control chamber 36 into the leakage oil space. To end the injection, the energization of the electromagnet 33 is turned off, and the armature 31 slides spring-loaded back into its initial position and closes the outlet throttle 42. About the inlet throttle 44, the drained fuel in the pressure chamber 36 is replaced. The compressed fuel is made available in a high-pressure accumulator 34, the so-called rail, and fed via a high-pressure line 35 to the fuel injection valve.
  • In Fig. 2 ist das Kraftstoffeinspritzventil der Fig. 1 vergrößert im Längsschnitt dargestellt, wobei nur der Teil des Einspritzventils dargestellt ist, der in Einbaulage dem Brennraum zugewandt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 umfasst einen Druckraum 5, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist und der dem Brennraum zu vom Ventilsitz 7 begrenzt wird, der im Wesentlichen konisch ausgebildet ist und von dem mehrere Einspritzöffnungen 8 ausgehen. Im Druckraum 5 ist die Ventilnadel 3 längsverschiebbar angeordnet, die kolbenförmig mit einer Achse 9 ausgebildet ist. Die Ventilnadel 3 wird in einem Führungsabschnitt 10 im Druckraum 5 geführt, so dass sie bezüglich des konischen Ventilsitzes 7 stets genau in der Mitte orientiert ist. Der Kraftstoff, der den Einspritzöffnungen 8 zufließt, fließt durch den zwischen der Ventilnadel 3 und der Wand des Druckraums 5 verbleibenden Ringspalt und wird im Bereich des Führungsabschnitts 10 durch mehrere Anschliffe 12 geleitet, die einen ausreichend großen Durchflussquerschnitt zur Verfügung stellen. An ihrem ventilsitzzugewandten Ende ist an der Ventilnadel 3 eine Dichtfläche 11 ausgebildet, mit der die Ventilnadel 3 mit dem Ventilsitz 7 zusammenwirkt. Dadurch wird bei Anlage der Ventilnadel 3 auf dem Ventilsitz 7 der Kraftstoffstrom aus dem Druckraum 5 zu den Einspritzöffnungen 8 unterbrochen und erst dann aufgesteuert, wenn die Ventilnadel 3 vom Ventilsitz 7 abhebt.In Fig. 2 is the fuel injection valve the Fig. 1 shown enlarged in longitudinal section, wherein only the part of the injection valve is shown, which faces in the installation position of the combustion chamber. The fuel injection valve 1 comprises a pressure chamber 5 which can be filled with fuel under high pressure and which is limited to the combustion chamber from the valve seat 7, which is substantially conical and from which several injection openings 8 emanate. In the pressure chamber 5, the valve needle 3 is arranged longitudinally displaceable, which is formed in a piston-shaped with an axis 9. The valve needle 3 is guided in a guide section 10 in the pressure chamber 5, so that it is always oriented with respect to the conical valve seat 7 exactly in the middle. The fuel, which flows into the injection openings 8, flows through the annular gap remaining between the valve needle 3 and the wall of the pressure chamber 5 and is guided in the region of the guide section 10 by a plurality of bevels 12, which provide a sufficiently large flow cross-section. At its valve seat facing the end of the valve needle 3, a sealing surface 11 is formed, with which the valve needle 3 cooperates with the valve seat 7. As a result, the fuel flow is interrupted from the pressure chamber 5 to the injection openings 8 and only turned on when the valve needle 3 lifts off the valve seat 7 when planting the valve needle 3 on the valve seat 7.
  • Stromaufwärts des Führungsabschnitts 10 ist an der Ventilnadel 3 ein Bund 17 ausgebildet, der sich ringförmig über den gesamten Umfang der Ventilnadel 3 erstreckt. Der Bund 17 ist an seiner Außenseite scharfkantig ausgebildet, wobei die so gebildete Kante 20 eine Länge L aufweist. Dadurch entsteht eine scharfkantige Spaltdrossel 15 zwischen der Wand des Druckraums 5 und der Kante 20.Upstream of the guide portion 10, a collar 17 is formed on the valve needle 3, which extends annularly over the entire circumference of the valve needle 3. The collar 17 is formed sharp-edged on its outer side, wherein the thus formed edge 20 has a length L. This results in a sharp-edged gap throttle 15 between the wall of the pressure chamber 5 and the edge 20th
  • Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritventils ist wie folgt: Zu Beginn des Einspritzzyklus ist die Ventilnadel 3 in ihrer Schließstellung, das heißt in Anlage am Ventilsitz 7. Die Ventilnadel 3 wird durch eine Schließkraft, die hydraulisch durch den Druck im Steuerraum 36 erzeugt wird, gegen den Ventilsitz 7 gepresst. Im Druckraum 5 steht Kraftstoff unter hohem Druck an, der jedoch auf Grund der Schließkraft keine resultierende Kraft in Längsrichtung auf die Ventilnadel 3 ausübt. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird die Schließkraft reduziert, und die Ventilnadel 3 hebt vom Ventilsitz 7 ab und gibt einen Kraftstoffstrom aus dem Druckraum 5 zu den Einspritzöffnungen 8 frei. Zum Schließen der Ventilnadel 3 wird die Schließkraft wieder erhöht, so dass die Ventilnadel 3 eine resultierende Kraft auf den Ventilsitz 7 erfährt und zurück in ihre Schließstellung gleitet.The operation of the Kraftstoffeinspritventils is as follows: At the beginning of the injection cycle, the valve needle 3 is in its closed position, that is in contact with the valve seat 7. The valve needle 3 is by a closing force, which is hydraulically the pressure in the control chamber 36 is generated, pressed against the valve seat 7. In the pressure chamber 5 fuel is at high pressure, but due to the closing force no resulting force in the longitudinal direction on the valve needle 3 exerts. If an injection takes place, then the closing force is reduced, and the valve needle 3 lifts off from the valve seat 7 and releases a flow of fuel from the pressure chamber 5 to the injection openings 8. To close the valve needle 3, the closing force is increased again, so that the valve needle 3 experiences a resultant force on the valve seat 7 and slides back into its closed position.
  • Um diese Schließbewegung zu beschleunigen wirkt der Bund 17 in folgender Weise: Durch die Spaltdrossel 15 ergibt sich dort ein Druckabfall, so dass in dem Teil des Druckraums 5, der stromaufwärts des Bundes 17 ist, ein höherer Druck herrscht, als stromabwärts. Dadurch wirkt eine hydraulische Kraft auf eine erste Druckfläche 22 des Bunds 17, die stromaufwärts gerichtet ist, welche größer ist als die hydraulische Kraft auf eine zweite Druckfläche 23, die gegenüber am Bund 17 ausgebildet ist. Diese resultierende hydraulische Kraft auf den Bund 17, die in Richtung des Ventilsitzes 7 gerichtet ist, hilft dabei, die Ventilnadel 3 schneller zu schließen als dies bei purer Erhöhung der Schließkraft auf das ventilsitzabgewandte Ende der Ventilnadel 3 der Fall wäre.To accelerate this closing movement of the collar 17 acts in the following manner: Through the gap throttle 15 there is a pressure drop, so that in the part of the pressure chamber 5, which is upstream of the collar 17, there is a higher pressure than downstream. As a result, a hydraulic force acts on a first pressure surface 22 of the collar 17, which is directed upstream, which is greater than the hydraulic force on a second pressure surface 23 which is formed opposite to the collar 17. This resulting hydraulic force on the collar 17, which is directed in the direction of the valve seat 7, helps to close the valve needle 3 faster than would be the case with pure increase in the closing force on the valve seat facing away from the valve needle 3.
  • Die Höhe dieser Schließkraft hängt entscheidend von der Größe des Druckabfalls an der Spaltdrossel 15 ab. Die Höhe des Druckabfalls ist wiederum abhängig vom Querschnitt der Spaltdrossel 15 und von der Viskosität des Kraftstoffs, welche eine Funktion der Temperatur und des Druck im Druckraum 5 ist. Durch die scharfkantige Ausbildung der Kante 20 wird erreicht, dass der Druckabfall und damit die Dämpfung an der Spaltdrossel 15 unabhängig von der Reynoldszahl ist und damit auch unabhängig von der Viskosität und Temperatur des Kraftstoffs. Somit ergibt sich eine stets gleichbleibende Schließkraft auf die Ventilnadel 3 und ein reproduzierbares Schließverhalten unabhängig vom Betriebspunkt und unabhängig von der Temperatur des Kraftstoffs.The amount of this closing force depends crucially on the size of the pressure drop across the gap throttle 15. The height of the pressure drop is in turn dependent on the cross section of the gap throttle 15 and the viscosity of the fuel, which is a function of the temperature and the pressure in the pressure chamber 5. The sharp-edged design of the edge 20 ensures that the pressure drop and thus the damping at the gap throttle 15 is independent of the Reynolds number and thus independent of the viscosity and temperature of the fuel. This results in an always constant closing force on the valve needle 3 and a reproducible closing behavior regardless of the operating point and regardless of the temperature of the fuel.
  • Der oben beschriebene Effekt tritt in ähnlicher Weise auch am Führungsabschnitt 10 bzw. an den Anschliffen 12 auf, jedoch hängt der Druckabfall hier deutlich von der Reynoldszahl ab. In diesem Ausführungsbeispiel ist deshalb darauf zu achten, dass die Anschliffe 12 so groß ausgebildet ist, dass kein oder nur ein sehr geringer Druckabfall mit einer entsprechenden zusätzlichen Schließkraft am Führungsabschnitt 10 entsteht.The effect described above also occurs in a similar manner on the guide section 10 or on the bevels 12, but the pressure drop here depends significantly on the Reynolds number. In this embodiment, therefore, care must be taken that the bevels 12 is formed so large that no or only a very low pressure drop with a corresponding additional closing force on the guide portion 10 is formed.
  • Fig. 3a zeigt eine Draufsicht auf den Bund 17 und die Spaltdrossel 15 eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. Wichtig für die Funktion ist, dass die Spaltdrossel 15 durch eine scharfe Kante 20 gebildet wird. Hierbei ist die Größe des hydraulischen Durchmessers DHyd entscheidend, der durch den durchströmten Querschnitt und die durchströmte Berandungslänge gegeben ist, wobei die Berandungslänge die Summe der inneren und äußeren Berandungslänge ist. Es gilt allgemein D Hyd = 4 durchströmter Querschnitt durchströmte Berandungslänge
    Figure imgb0001
    Fig. 3a shows a plan view of the collar 17 and the gap choke 15 of a non-inventive embodiment. Important for the function is that the gap throttle 15 is formed by a sharp edge 20. Here, the size of the hydraulic diameter D Hyd is decisive, which is given by the flow-through cross-section and the flow-through boundary length , wherein the boundary length is the sum of the inner and outer boundary length. It applies generally D Hyd = 4 perfused cross section flowed through Berandungslänge
    Figure imgb0001
  • Zur Erläuterung sei auf Fig. 3a verwiesen, bei der die Spaltdrossel 15 ein Ringspalt mit einem Außendurchmesser Da und einem Innendurchmesser Di ist, wobei der Außendurchmesser Da dem Innendurchmesser des Druckraums 5 und der Innendurchmesser Di dem Durchmesser des Bundes 17 entspricht. Der hydraulische Durchmesser DHyd ist dann in guter Näherung gegeben durch D Hyd = D a - D i
    Figure imgb0002
    For an explanation let me Fig. 3a referenced, in which the gap throttle 15 is an annular gap with an outer diameter D a and an inner diameter D i , wherein the outer diameter D a the inner diameter of the pressure chamber 5 and the inner diameter D i corresponds to the diameter of the collar 17. The hydraulic diameter D Hyd is then given in good approximation by D Hyd = D a - D i
    Figure imgb0002
  • Wenn L die Länge der Kante 20 ist, muss für die Unabhängigkeit von der Reynoldszahl bei einer Spaltdrossel 15 die Bedingung L / D Hyd < 5
    Figure imgb0003

    erfüllt sein, so dass sie im Sinne dieser Erfindung scharfkantig ist.
    If L is the length of the edge 20, for the independence of the Reynolds number for a gap choke 15, the condition L / D Hyd < 5
    Figure imgb0003

    be fulfilled, so that it is sharp-edged in the sense of this invention.
  • Ist D0 der Durchmesser der Ventilnadel 3 unmittelbar vor dem Bund 17, so ist die optimale Funktion dann gegeben, wenn darüber hinaus die Bedingung Engster Drosselquerschnitt der Spaltdrossel Querschnitt stromauf der Spaltdrossel < 0 , 2
    Figure imgb0004

    erfüllt ist. Im Fall der Fig. 2 und Fig. 3a ist dies gleichbedeutend mit D a 2 - D i 2 D a 2 - D i 2 < 0 , 2.
    Figure imgb0005
    If D 0 is the diameter of the valve needle 3 immediately in front of the collar 17, then the optimal function is given when in addition the condition Narrowest throttle cross-section of the gap choke Cross section upstream of the gap choke < 0 . 2
    Figure imgb0004

    is satisfied. In the case of Fig. 2 and Fig. 3a is this synonymous with D a 2 - D i 2 D a 2 - D i 2 < 0 . Second
    Figure imgb0005
  • Fig. 3b zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bundes 17, bei dem seitliche Anschliffe 25 vorgesehen sind, die dem Bund 17 im Querschnitt eine im Wesentlichen dreieckförmige Gestalt geben. Die Anschliffe 25 sind hier der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt und die Länge K dieser Anschliffe 25 richtet sich natürlich nach der Länge L des Bundes 17. Es kann statt dreier Anschliffe 25, wie in Fig. 3b dargestellt, auch eine größere Zahl von Anschliffen 25 vorgesehen sein, beispielsweise 4, 5 oder 6 Anschliffe 25. Fig. 3b shows an inventive embodiment of the collar 17, in which lateral poles 25 are provided, which give the collar 17 in cross section a substantially triangular shape. The polished sections 25 are exaggerated here for the sake of clarity and the length K of these polished sections 25 of course depends on the length L of the collar 17. Instead of three polished sections 25, as in FIG Fig. 3b shown, a larger number of bevels 25 may be provided, for example, 4, 5 or 6 poles 25th
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3b muss der hydraulische Durchmesser DHyd anders berechnet werden als bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3a. Ist S die Bogenlänge des Anschliffs 25, K die Kantenlänge des Anschliffs 25 und A die Fläche, die durch einen der Anschliffe 25 zwischen dem Anschliff 25 und der Wand des Druckraums 5 gebildet wird, so ergibt sich DHyd zu D Hyd = 4 A S + K
    Figure imgb0006
    According to the embodiment Fig. 3b the hydraulic diameter D Hyd must be calculated differently than in the embodiment according to Fig. 3a , If S is the arc length of the bevel 25, K is the edge length of the bevel 25 and A is the surface formed by one of the bevels 25 between the bevel 25 and the wall of the pressure chamber 5, D Hyd results D Hyd = 4 A S + K
    Figure imgb0006
  • Fig. 3c zeigt eine weitere nicht erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bundes 17, wobei hier die Spaltdrossel 15 durch mehrere Nuten 27 im Bund 17 realisiert ist und die maximale Länge L des Bundes 17 in diesem Fall von der Dimensionierung der Nuten 27 abhängt. Der verbleibende Spalt zwischen der Ventilnadel 3 und der Wand des Druckraums 6 ist dabei zwischen den Nuten 27 so bemessen, dass praktisch eine Dichtung vorliegt und der Kraftstoff somit ausschließlich durch die Nuten 27 fließt. Die Berandung der Nuten 27 ist dabei scharfkantig ausgebildet, so dass die Unabhängigkeit von Reynoldszahl erhalten bleibt. Fig. 3c shows a further non-inventive embodiment of the collar 17, in which case the gap throttle 15 is realized by a plurality of grooves 27 in the collar 17 and the maximum length L of the collar 17 in this case depends on the dimensions of the grooves 27. The remaining gap between the valve needle 3 and the wall of the pressure chamber 6 is dimensioned between the grooves 27 so that there is practically a seal and the fuel thus flows exclusively through the grooves 27. The boundary of the grooves 27 is sharp-edged, so that the independence of Reynolds number is maintained.
  • Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3c wird folgendermaßen berechnet: Ist b die Breite der Nut 27 und h die Tiefe, so gilt D Hyd = 2 h b h + b
    Figure imgb0007
    The embodiment according to Fig. 3c is calculated as follows: If b is the width of the groove 27 and h is the depth, then D Hyd = 2 H b H + b
    Figure imgb0007
  • Die Spaltdrossel 15 kann dabei innerhalb oder außerhalb des Führungsabschnitts 10 angeordnet sein.The gap choke 15 can be arranged inside or outside the guide section 10.
  • Eine von der Reynoldszahl unabhängige Drosselung an einer Spaltdrossel ist also nur zu erreichen, wenn diese gemäß der obigen Definitionen scharfkantig ist. Hierbei kann auf einer Seite der die Spaltdrossel 15 bildenden Bauteile eine scharfe Kante und auf der anderen Seite eine glatte Wand vorhanden sein, wie im obigen Beispiel die Wand des Druckraums 5. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Spaltdrossel 15 durch eine beidseitig scharfe Berandung gebildet wird, beispielsweise indem dem scharfkantigen Bund 17 im obigen Ausführungsbeispiel nach Fig. 3a ein ebenso scharfkantiger Grat an der Innenwand des Druckraums 5 gegenübersteht. Bei einem nicht allzu großen Öffnungshub der Ventilnadel 3 bleibt die Wirkung während des gesamten Öffnungsvorgangs erhalten. Es ist aber auch möglich, Bund und Grat sind so zueinander auszurichten, dass die maximale Dämpfungswirkung erst im geöffneten Zustand der Düsennadel 3 wirkt, also sich Bund und Grat genau gegenüber stehen, während zu Beginn der Öffnungshubbewegung nur eine geringe Dämpfung an der Spaltdrossel wirkt, was den Druckaufbau an den Einspritzöffnungen 8 begünstigt.An independent of the Reynolds number throttling a gap choke is therefore only reachable if it is sharp according to the above definitions. Here, on one side of the gap reactor 15 forming components may have a sharp edge and on the other side a smooth wall, as in the above example, the wall of the pressure chamber 5. It can also be provided that the gap choke 15 by a sharp edge on both sides is formed, for example by the sharp-edged collar 17 in the above embodiment Fig. 3a an equally sharp-edged ridge facing the inner wall of the pressure chamber 5. In a not too large opening stroke of the valve needle 3, the effect is maintained throughout the opening process. But it is also possible, collar and ridge are aligned with each other so that the maximum damping effect acts only in the open state of the nozzle needle 3, so the collar and ridge are exactly opposite, while at the beginning of the opening stroke only a small damping acts on the gap choke, which favors the pressure build-up at the injection openings 8.

Claims (2)

  1. Fuel injection valve for internal combustion engines, having a valve body (1) in which a pressure chamber (5) is formed, in which pressure chamber there is arranged in longitudinally displaceable fashion a valve needle (3) which interacts, by way of a sealing surface (11) formed on the valve needle (3), with a valve seat (7) that delimits the pressure chamber (5), wherein a fuel stream to at least one injection opening (8) is permitted or shut off by way of the interaction of the valve needle (3) with the valve seat (7), wherein the fuel stream flows between the valve needle (3) and the wall of the pressure chamber (5) to the injection openings (8), wherein a sharp-edged throttling gap (15) is formed between the valve needle (3) and the wall of the pressure chamber (5), and having a collar (17) which is formed on the valve needle (3) and which has a sharp edge (20) at its outer margin, such that the sharp-edged throttling gap (15) is formed between the collar (17) and the wall of the pressure chamber (5), characterized in that the collar (17) has a ground portion (25) or multiple ground portions (25) on its outer side, and in that the edge (20) of the collar (17) is of sharp-edged form in the region of the ground portions (25), wherein the region between the ground portions (25) substantially seals against the wall of the pressure chamber (5) such that the fuel passes the collar (17) practically only in the region of the ground portions (25), wherein the sharp-edged throttling gap (15) satisfies the condition L/DHyd < 5, wherein L is the length of the throttling gap (15) and DHyd is the hydraulic diameter (DHyd).
  2. Fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the valve needle (3) is guided, by way of a guide section (10) of the pressure chamber (5), by the wall of the pressure chamber (5), wherein the throttling gap (15) is arranged close to the guide section (10) in an upstream or downstream direction.
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