EP2510219A1 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

Kraftstoffeinspritzventil

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EP2510219A1
EP2510219A1 EP10773618A EP10773618A EP2510219A1 EP 2510219 A1 EP2510219 A1 EP 2510219A1 EP 10773618 A EP10773618 A EP 10773618A EP 10773618 A EP10773618 A EP 10773618A EP 2510219 A1 EP2510219 A1 EP 2510219A1
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EP
European Patent Office
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spray
hole
fuel injection
holes
injection valve
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10773618A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Birgit Woehlert
Martin Buehner
Marco Vorbach
Jens Koenig
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M61/1846—Dimensional characteristics of discharge orifices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/494—Fluidic or fluid actuated device making

Definitions

  • the present invention relates to a fuel injection valve for
  • Multi-hole nozzle and a method for producing the multi-hole nozzle are described.
  • the injection holes are prepared by erosion.
  • the injection holes are prepared by erosion.
  • Spray hole diameter within the multi-hole nozzle is possible. Therefore, the amount of fuel leaving each injection hole and the jet length is always the same size and not adjustable to different combustion chamber shapes.
  • Claim 1 in contrast, has the advantage that in this case a
  • a fuel injection valve is provided with a multi-hole nozzle having a plurality of spray holes through which the fuel is injected, wherein the multi-hole nozzle has at least two spray holes with different spray hole diameter. This makes it possible to divide the injected fuel mass flow in individual jets with different masses and inject with improved distribution and accuracy in the combustion chamber.
  • Spray hole diameter different. This makes it possible to distribute the injected fuel amount optimized with different beam lengths and adapted to different combustion chamber shapes and engine load ranges hole individual. The adapted individual beams become one
  • Diameter of an adjacent spray hole in series smaller and smaller.
  • Single jets is an individually preferred directional and mass distribution of the injected fuel spray reachable.
  • the centers of the injection holes are arranged on a circle.
  • all centers are located on an outlet side of the injection holes on a common plane. Due to this arrangement is a simple way of precise production of
  • center axes of the injection holes are arranged with respect to a valve center axis at an acute angle, in particular at different acute angles.
  • the diameter D of the injection holes is between 30 ⁇ ⁇ D ⁇ 300 ⁇ "Zusammen. Together with the number of injection holes, a significantly improved filling of the combustion chamber and of the ignitable mixture therein is achieved
  • Diameter allows a large variation difference between the individual beam lengths or injected fuel partial masses of the
  • UKP laser drilling ultrashort pulse laser drilling
  • each spray hole of the multi-hole nozzle produces an individual spray cone, the spray cones preferably being produced in such a way that no overlapping spray cones are formed.
  • the invention relates to a method for producing a multi-hole nozzle with a plurality of spray holes by means of laser drilling, wherein at least two injection holes are produced with different spray hole diameters. Due to this manufacturing process, injection holes can be made with independently any shapes and cross-sections, such as conicities, a trumpet shape, bottle shape and rectangular, triangular, slot-shaped, circular or oval cross-sections. Furthermore, by the manufacturing process fuel injection valves cost neutral in the
  • FIG. 1 shows an enlarged schematic representation of a multi-hole nozzle of a fuel injection valve according to the invention
  • Figure 2 is an enlarged sectional view of a portion of the
  • Figure 3 is an enlarged perspective view of the
  • Fuel injector emanating single jets.
  • Fuel injection valve for injecting fuel according to a preferred embodiment of the invention and a method for producing a multi-hole nozzle of the fuel injection valve described in detail.
  • FIG. 1 A multi-hole nozzle 2 of the invention shown in FIG. 1
  • Fuel injection valve 1 has a plurality of spray holes 4, 5, 6, 7, 8 and 9, the centers 40, 50, 60, 70, 80 and 90 are arranged on a concentric circle K at equal angular intervals.
  • the injection holes 4, 5, 6, 7, 8 and 9 in this case all have a different spray hole diameter D, which is identified by way of example in the spray hole 8. Starting from the largest injection hole diameter of the injection hole 9, the respective counter-clockwise adjacent injection hole has a smaller injection hole diameter.
  • Spray holes 4, 5, 6, 7, 8 and 9 are shown in Figure 1 for the sake of simplicity as
  • Outlet cross sections of the injection holes 4, 5, 6, 7, 8 and 9 can be formed independently of each other in any cross-sections and shapes.
  • Spray hole 8 extending axis A is inclined ⁇ with respect to a valve center axis M at an acute angle and a through the center 50 of a
  • Outlet side 20 of the injection hole 5 extending axis B is inclined at an acute angle ß with respect to the axis M. Due to the different diameter of the injection holes 5 and 8 and their different
  • Inclination angle ⁇ or ß with respect to the valve center axis M different sized fuel partial mass flows can be injected into preferred areas of the combustion chamber. Due to the different
  • Beam lengths of the injected fuel as shown schematically in Figure 3 with reference to three individual beams S1, S2 and S3.
  • the jet S1 which is injected from the smallest diameter spray hole 4 has a jet length L1
  • the jet S2 from the medium diameter spray hole 6 has a middle jet
  • Diameter has a large beam length L3. From the perspective view of Figure 3 is the three-dimensional orientation of the individual beams with respect to the valve center axis M and the resulting targeted spatial distribution of the fuel spray due to the hole individual
  • each spray cone is produced per spray hole, so that an individual, three-dimensional spray design is produced.
  • Each spray cone is preferably formed by a different amount of fuel and the spray can optimally to the respective combustion chamber geometry
  • spray holes can be adjusted.
  • the spray cones shown in Figure 3 each have the same pitch, but it is also possible that the spray cone have different slopes.
  • the spray cones do not overlap one another so that air-filled interspaces remain between the spray cones.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer Mehrlochdüse mit einer Vielzahl von Spritzlöchern, durch die der Kraftstoff eingespritzt wird, wobei die Mehrlochdüse wenigstens zwei Spritzlöcher mit unterschiedlichem Spritzlochdurchmesser aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrlochdüse mit einer Vielzahl von Spritzlöchern mittels Laserbohren, wobei wenigstens zwei Spritzlöcher unterschiedliche Spritzlochdurchmesser aufweisen.

Description

Beschreibung Titel
Kraftstoffeinspritzventil Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für
Verbrennungsmotoren mit Diesel- und Benzindirekteinspritzung mit einer
Mehrlochdüse sowie ein Verfahren zur Herstellung der Mehrlochdüse.
Bei Kraftstoffeinspritzventilen mit Mehrlochdüse des Standes der Technik, werden die Spritzlöcher durch Erodieren hergestellt. Hierbei ist der
Elektrodendurchmesser vorgegeben, so dass keine Variation der einzelnen
Spritzlochdurchmesser innerhalb der Mehrlochdüse möglich ist. Daher ist die aus jedem Spritzloch austretende Kraftstoff menge und deren Strahllänge immer gleichgroß und auf unterschiedliche Brennraumformen nicht einstellbar.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass hierbei ein
Kraftstoffeinspritzventil mit einer Mehrlochdüse mit einer Vielzahl von Spritzlöchern bereitgestellt wird, durch die der Kraftstoff eingespritzt wird, wobei die Mehrlochdüse wenigstens zwei Spritzlöcher mit unterschiedlichem Spritzlochdurchmesser aufweist. Hierdurch ist es möglich, den eingespritzten Kraftstoff-Massenstrom in Einzelstrahlen mit unterschiedlichen Teilmassen aufzuteilen und mit verbesserter Verteilung und Genauigkeit in den Brennraum einzuspritzen.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind alle
Spritzlochdurchmesser unterschiedlich. Hierdurch ist es möglich, die eingespritzte Kraftstoffmenge mit unterschiedlichen Strahllängen optimiert zu verteilen und an unterschiedliche Brennraumformen und Motor-Lastbereiche lochindividuell anzupassen. Durch die angepassten Einzelstrahlen werden eine
Wandbenetzung des Zylinders und/oder ein Abwaschen des darauf befindlichen Ölfilms sowie eine daraus resultierende Verschlechterung der Abgasemissionen verhindert. Vorzugsweise wird ausgehend vom größten Spritzlochdurchmesser ein
Durchmesser eines benachbarten Spritzlochs in Reihe immer kleiner. Mit den resultierenden nacheinander verringerten Längen und Teilmassen der
Einzelstrahlen ist eine individuell bevorzugte Richtungs- und Massenverteilung des eingespritzten Kraftstoffsprays erreichbar.
Weiterhin bevorzugt sind die Mittelpunkte der Spritzlöcher auf einem Kreis angeordnet. Darüber hinaus liegen vorzugsweise alle Mittelpunkte an einer Austrittsseite der Spritzlöcher auf einer gemeinsamen Ebene. Aufgrund dieser Anordnung wird auf einfache Weise eine präzise Fertigung des
Kraftstoffeinspritzventils mit exakt ausgerichteten und bemessenen
Spritzlochdurchmessern mit geringen Stückkosten ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Mittelachsen der Spritzlöcher in Bezug auf eine Ventilmittelachse in einem spitzen Winkel, insbesondere in unterschiedlichen spitzen Winkeln, angeordnet. Hierdurch kann ein auch in Richtung der Injektorlängsachse dreidimensional optimiert verteiltes Kraftstoffspray erzeugt und eingespritzt werden.
Vorzugsweise liegt der Durchmesser D der Spritzlöcher zwischen 30μηι < D < 300μη"ΐ. Zusammen mit der Anzahl der Spritzlöcher wird hierdurch eine deutlich verbesserte Füllung des Brennraums und des zündfähigen Gemischs darin erreicht. Der große Maßbereich zwischen minimalem und maximalem
Durchmesser ermöglicht hierbei eine große Variationsdifferenz zwischen den einzelnen Strahllängen bzw. eingespritzten Kraftstoff-Teilmassen des
Einspritzventils. Dadurch ist eine nahezu ideale Sprayverteilung im Brennraum erreichbar. Weiterhin bevorzugt werden in die Spritzlöcher mittels Laserbohren,
insbesondere UKP-Laserbohren (Ultrakurzpuls-Laserbohren), hergestellt.
Hierdurch wird die Fertigung der Spritzlöcher mit hochpräzisen lochindividuellen Durchmessern bzw. Querschnitten innerhalb einer Düse bzw. eines Ventilsitzes ermöglicht.
Besonders bevorzugt erzeugt jedes Spritzloch der Mehrlochdüse einen individuellen Spritzkegel, wobei die Spritzkegel vorzugsweise derart erzeugt werden, dass keine sich überschneidenden Spritzkegel gebildet werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrlochdüse mit einer Vielzahl von Spritzlöchern mittels Laserbohren, wobei wenigstens zwei Spritzlöcher mit unterschiedlichen Spritzlochdurchmessern hergestellt werden. Aufgrund dieses Herstellungsverfahrens können Spritzlöcher mit unabhängig voneinander beliebigen Formen und Querschnitten, wie Konizitäten, eine Trompetenform, Flaschenform sowie rechteckigen, dreieckigen, schlitzförmigen, kreisförmigen oder ovalen Querschnitten gefertigt werden. Ferner können durch das Herstellungsverfahren Kraftstoffeinspritzventile kostenneutral in im
Wesentlichen identischen Taktzeiten gefertigt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine vergrößerte schematische Darstellung einer Mehrlochdüse eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils,
Figur 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teilbereichs der
Mehrlochdüse, und
Figur 3 eine vergrößerte perspektivische Darstellung der aus dem
Kraftstoffeinspritzventil austretenden Einzelstrahlen.
Ausführungsform der Erfindung Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 ein
Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrlochdüse des Kraftstoffeinspritzventils detailliert beschrieben.
Eine in Figur 1 dargestellte Mehrlochdüse 2 des erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzventils 1 weist eine Vielzahl von Spritzlöchern 4, 5, 6, 7, 8 und 9 auf, deren Mittelpunkte 40, 50, 60, 70, 80 und 90 auf einem konzentrischen Kreis K in gleichen Winkelabständen angeordnet sind. Wie aus Figur 1 ferner ersichtlich, weisen die Spritzlöcher 4, 5, 6, 7, 8 und 9 hierbei alle einen unterschiedlichen Spritzlochdurchmesser D auf, der beispielhaft beim Spritzloch 8 gekennzeichnet ist. Ausgehend vom größten Spritzlochdurchmesser des Spritzlochs 9 weist das jeweils im Gegenuhrzeigersinn benachbarte Spritzloch einen kleineren Spritzlochdurchmesser auf. Die Austrittsquerschnitte der
Spritzlöcher 4, 5, 6, 7, 8 und 9 sind in Figur 1 der Einfachheit halber als
Kreisquerschnitte dargestellt. Hierbei sei angemerkt, dass die
Austrittsquerschnitte der Spritzlöcher 4, 5, 6, 7, 8 und 9 unabhängig voneinander auch in beliebigen Querschnitten und Formen ausgebildet sein können.
Wie aus der in Figur 2 gezeigten vergrößerten Schnittansicht längs einer Linie l-l von Figur 1 ersichtlich, liegen die hier sichtbaren Mittelpunkte 50, 80 der
Spritzlöcher 5 bzw. 8 an einer Austrittsseite sowie alle weiteren in Figur 2 nicht sichtbaren Mittelpunkte 40, 60, 70, 90 der Spritzlöcher 4, 6, 7, 9 hierbei auf einer gemeinsamen Ebene E. Eine durch den Mittelpunkt 80 einer Austrittsseite 10 des
Spritzlochs 8 verlaufende Achse A ist in Bezug auf eine Ventilmittelachse M um einen spitzen Winkel α geneigt und eine durch den Mittelpunkt 50 einer
Austrittsseite 20 des Spritzlochs 5 verlaufende Achse B ist um einen spitzen Winkel ß gegenüber der Achse M geneigt. Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der Spritzlöcher 5 und 8 und deren unterschiedliche
Neigungswinkel α bzw. ß in Bezug auf die Ventilmittelachse M können unterschiedlich große Kraftstoff-Teilmassenströme in bevorzugte Bereiche des Brennraums eingespritzt werden. Aufgrund der unterschiedlichen
Spritzlochdurchmesser ergeben sich hierbei zudem unterschiedliche
Strahllängen des eingespritzten Kraftstoffs, wie dies in Figur 3 schematisch anhand von drei Einzelstrahlen S1 , S2 und S3 dargestellt ist. Wie aus Figur 3 ersichtlich, weist der Strahl S1 , der aus dem Spritzloch 4 mit kleinstem Durchmesser eingespritzt wird, eine Strahllänge L1 auf, während der Strahl S2 aus dem Spritzloch 6 mit mittlerem Durchmesser eine mittlere
Strahllänge L2 aufweist und der Strahl S3 aus dem Spritzloch 9 mit größtem
Durchmesser eine große Strahllänge L3 aufweist. Aus der perspektivischen Darstellung von Figur 3 ist die dreidimensionale Ausrichtung der Einzelstrahlen in Bezug auf die Ventilmittelachse M und die daraus resultierende zielgerichtete räumliche Verteilung des Kraftstoffsprays aufgrund der lochindividuell
unterschiedlichen Austrittsquerschnitte deutlich veranschaulicht.
Wie in Figur 3 gezeigt, wird pro Spritzloch ein individueller Spritzkegel erzeugt, so dass ein individuelles, dreidimensionales Spraydesign erzeugt wird. Jeder Spritzkegel wird vorzugsweise durch eine unterschiedliche Kraftstoff menge gebildet und das Spray kann optimal an die jeweilige Brennraumgeometrie durch
Variation der Spritzlöcher angepasst werden. Die in Figur 3 gezeigten Spritzkegel weisen jeweils die gleiche Steigung auf, es ist jedoch auch möglich, dass die Spritzkegel unterschiedliche Steigungen aufweisen. Vorzugsweise gehen die Spritzkegel nicht ineinander über, so dass luftgefüllte Zwischenräume zwischen den Spritzkegeln verbleiben.
Bei der Herstellung der Mehrlochdüse 2 wird die Vielzahl der Spritzlöcher 40, 50, 60, 70, 80 und 90 mit unterschiedlichen Spritzlochdurchmessern und
gegebenenfalls unterschiedlichen Neigungswinkeln zur Ventilmittelachse M durch ein Ultrakurzpuls-Laserbohren (UKP-Laserbohren) hergestellt. Hierdurch können Spritzlöcher mit beliebigen Querschnitten, Formen und
Ausrichtungswinkeln mit im Vergleich zum Stand der Technik identischen
Taktzeiten und Kosten gefertigt werden. Durch das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil und das erfindungsgemäße
Herstellungsverfahren der Mehrlochdüse des Kraftstoffeinspritzventils kann die bei Verbrennungsmotoren mit Diesel- oder Benzindirekteinspritzung erforderliche schnelle Gemischzündung und vollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffsprays im Brennraum durch die lochindividuell dreidimensional definiert einstellbaren Strahlen entscheidend verbessert werden. Je größer hierbei ein
Querschnitt eines Spritzlochs ist, umso länger ist der ausgespritzte Strahl und umso größer ist die aus diesem Spritzloch ausgespritzte Teil-Kraftstoffmenge. Dies trägt neben einer möglichen Kraftstoffersparnis auch zu einer weiteren Senkung der Abgasemissionen bei.

Claims

Ansprüche
1 . Kraftstoffeinspritzventil, umfassend eine Mehrlochdüse (2) mit einer Vielzahl von Spritzlöchern (4, 5, 6, 7, 8, 9), durch die der Kraftstoff ausgespitzt wird, wobei die Mehrlochdüse (2) wenigstens zwei Spritzlöcher (4, 5, 6, 7, 8, 9) mit unterschiedlichem Spritzlochdurchmesser aufweist.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass alle Spritzlochdurchmesser unterschiedlich sind.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend vom größten Spritzlochdurchmesser ein Durchmesser eines benachbarten Spritzloches (4, 5, 6, 7, 8, 9) in Reihe immer kleiner wird.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte (40, 50, 60, 70, 80, 90) der
Spritzlöcher (4, 5, 6, 7, 8, 9) auf einem Kreis (K) angeordnet sind.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Mittelpunkte an einer Austrittsseite der Spritzlöcher (4, 5, 6, 7, 8, 9) auf einer gemeinsamen Ebene (E) liegen.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittelachsen (A, B) der Spritzlöcher (4, 5, 6, 7, 8, 9) in Bezug auf eine Ventilmittelachse (M) in einem spitzen Winkel (a, ß), insbesondere in unterschiedlichen spitzen Winkeln, angeordnet sind.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D der Spritzlöcher (4, 5, 6, 7, 8, 9) zwischen 30μηι < D < 300μηι liegt.
8. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzlöcher (4, 5, 6, 7, 8, 9) mittels Laserbohren, insbesondere UKP-Laserbohren hergestellt sind.
9. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrlochdüse je Spritzloch einen separaten Spritzkegel erzeugt, wobei jeder Spritzkegel individuell ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Mehrlochdüse mit einer Vielzahl von
Spritzlöchern (4, 5, 6, 7, 8, 9) mittels Laserbohren, wobei wenigstens zwei Spritzlöcher mit unterschiedlichen Spritzlochdurchmessern hergestellt werden.
EP10773618A 2009-12-09 2010-10-27 Kraftstoffeinspritzventil Withdrawn EP2510219A1 (de)

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