WO2002038939A2 - Brennstoffeinspritzventil und verfahren zur herstellung von ventilnadeln oder ventilschliesskörpern für brennstoffeinspritzventile - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil und verfahren zur herstellung von ventilnadeln oder ventilschliesskörpern für brennstoffeinspritzventile Download PDF

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fuel
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Martin Maier
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Robert Bosch Gmbh
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/162Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices
    • F02M61/163Means being injection-valves with helically or spirally shaped grooves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0664Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
    • F02M51/0671Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature having an elongated valve body attached thereto

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection valve according to the preamble of claim 1 and a method for producing valve needles of fuel injection valves according to the preamble of claim 11.
  • a fuel injection valve for the direct injection of fuel into the combustion chamber of a mixture-compressing internal combustion engine which has a solenoid-operated valve needle with helical swirl grooves for generating a swirl flow of the injection jet, the total cross-sectional area of the swirl grooves being at least half less than the cross-sectional area of the exit opening.
  • a fuel injector is proposed in DE 31 21 572 AI, which is used in particular for fuel injection systems of internal combustion engines.
  • the fuel injector includes a movable valve member which cooperates with a valve seat provided in a nozzle body, downstream of which one Processing hole is arranged.
  • a swirl insert is partially pressed into the processing bore and has swirl channels that are open to its circumference.
  • the swirl ducts are inclined in the axial direction from one end of the swirl insert to the longitudinal axis of the fuel injector and open tangentially into the processing bore.
  • the swirl channels also serve as metering channels, the throttling length of which can be changed by moving the swirl insert in the preparation bore.
  • a disadvantage of the fuel injection valves known from the above-mentioned publications is, in particular, the high manufacturing expenditure of the swirl inserts, which goes hand in hand with high manufacturing inaccuracy. Due to the irregularly shaped swirl grooves, inhomogeneities in the jet pattern and consequently combustion defects, increased exhaust gas values and increased fuel consumption occur.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of claim 1 and the method according to the invention with the characterizing features of claim 10 have the advantage that the swirl of the mixture cloud injected into the combustion chamber is prepared so that it has the operating state of the fuel injector through appropriately shaped swirl channels can be adapted and, on the other hand, that the production of the spin-processing components can be carried out inexpensively and highly flexibly by using computer-controlled laser processes.
  • a further advantage is that the swirl channels are limited only to the area enclosed by the guide disk, since this makes it possible to exert further influence on the throttling length of the swirl channels and thus on the fuel flow via the stroke of the valve needle.
  • the measures listed in the subclaims enable advantageous developments and improvements of the fuel injector specified in claim 1 and of the method specified in claim 10.
  • Asymmetrical shapes of the swirl channels are also due to the more uniform overlap of the individual fuel jets, in particular in part-load operation of the
  • Fuel injector is an advantage.
  • Fig. 1 shows an axial section through a first embodiment of an inventive
  • Fig. 3 is a schematic section along the line III-III in Fig. 2, and 4A-4E embodiments of swirl channels produced by means of the method according to the invention.
  • the fuel injection valve 1 is in the form of a fuel injection valve for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited
  • the fuel injection valve 1 is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 comprises a nozzle body 2, in which the valve needle 3 is arranged.
  • the valve needle 3 is operatively connected to a valve closing body 4, which cooperates with a valve seat surface 6 arranged on a valve seat body 5 to form a sealing seat.
  • fuel injector 1 is an inward opening fuel injector 1, which has at least one spray opening 7.
  • the nozzle body 2 is sealed by a seal 8 against the outer pole 9 of a solenoid 10.
  • the magnet coil 10 is encapsulated in a coil housing 11 and wound on a coil carrier 12, which bears against an inner pole 13 of the magnet coil 10.
  • the inner pole 13 and the outer pole 9 are separated from one another by a gap 26 and are supported on a connecting component 29.
  • the solenoid 10 is a Line 19 is excited by an electrical current that can be supplied via an electrical plug contact 17.
  • the plug contact 17 is surrounded by a plastic sheath 18, which can be molded onto the inner pole 13.
  • valve needle 3 is guided in a valve needle guide 14, which is disc-shaped.
  • a paired adjusting disc 15 is used for stroke adjustment.
  • An armature 20 is located on the other side of the adjusting disc 15.
  • a restoring spring 23 is supported on the first flange 21, which in the present design of the fuel injector 1 is preloaded by a sleeve 24.
  • a guide disk 34 is formed, which is used for a central alignment of the
  • Guide disc 34 has the valve needle 3 or in the present embodiment in one piece with the
  • Valve needle 3 trained valve closing body 4 swirl channels
  • Fuel channels 30a and 30b run in the valve needle guide 14 and in the armature 20.
  • the fuel is about one Central fuel supply 16 supplied and filtered by a filter element 25.
  • the fuel injector 1 is sealed by a seal 28 against a fuel line, not shown.
  • the armature 20 of. the return spring 23 against its stroke direction so that the valve closing body 4 is held on the valve seat 6 in sealing contact.
  • the magnetic coil 10 When the magnetic coil 10 is excited, it builds up a magnetic field which moves the armature 20 against the spring force of the return spring 23 in the stroke direction, the stroke being predetermined by a working gap 27 which is in the rest position between the inner pole 12 and the armature 20.
  • the armature 20 also carries the flange 21, which is welded to the valve needle 3, in the lifting direction.
  • the valve closing body 4, which is operatively connected to the valve needle 3, lifts off the valve seat surface 6 and the fuel is sprayed off.
  • the armature 20 drops from the inner pole 13 after the magnetic field has been sufficiently reduced by the pressure of the return spring 23, as a result of which the flange 21 which is operatively connected to the valve needle 3 moves counter to the stroke direction.
  • the valve needle 3 is thereby moved in the same direction, as a result of which the valve-closure member 4 is seated on the valve seat surface 6 and the fuel injection valve 1 is closed.
  • FIG. 2 shows an excerpt, schematic axial sectional view of the downstream end 'of the fuel injector 1 designed according to the invention in area II in FIG. 1. Elements already described are provided with the same reference numerals in all figures.
  • the valve needle 3 or the valve closing body 4, which in the preferred exemplary embodiment is integral with the Valve needle 3 is formed, a plurality of swirl channels 35 arranged circumferentially.
  • the swirl channels 35 extend essentially in the region of the guide disk 34 obliquely to a longitudinal axis 37 of the fuel injection valve 1 on the circumference 36 of the valve closing body 4.
  • the swirl channels 35 are closed radially outwardly, apart from an inlet and outlet section.
  • the guide disk is firmly connected to the valve seat body 5 by a weld 38 and thereby stabilizes the valve needle 3, so that center offsets and malfunctions of the fuel injector 1 caused thereby are counteracted.
  • any modeling of the mixture cloud injected into the combustion chamber of the internal combustion engine can take place. Since the swirl channels 35 are flush with the guide disk 34, the flow path of the fuel through the swirl channels 35 or the throttling length of the swirl channels 35 along the valve closing body 4 in the area of the guide disk 34 in the closed state of the fuel injection valve 1 is maximum. If the fuel injection valve 1 is opened by actuating the actuator 10, the valve closing body 4 lifts off the valve seat surface 6. As a result, the swirl channels 35 are displaced relative to the guide disk 34 in a stroke direction of the valve needle 3.
  • the flow path of the fuel flowing through the fuel injection valve 1 through the swirl channels 35 is thereby axially shifted, which makes it possible, with a suitable design of the swirl channels 35, to influence the spray pattern of the sprayed fuel.
  • Corresponding shapes of the swirl channels 35 are shown in FIGS. 4A to 4E.
  • FIG. 3 shows an excerpted sectional view of a section along the line designated III-III in FIG. 2 through the guide disk 34 and the valve closing body 4.
  • eight swirl channels 35 are provided at regular angular intervals on the circumference 36 of the valve closing body 4.
  • an asymmetrical cross-section was chosen to represent a variety of other possible shapes.
  • the cross section can also be uniformly rectangular, semicircular or triangular, and sector-shaped bevels are also conceivable.
  • the number of swirl channels 35 can be freely selected, as can their inclination relative to the longitudinal axis 37 of fuel injector 1.
  • a single swirl channel 35 can also be imagined, which extends spirally around the entire circumference 36 of valve closing body 4.
  • the number, shape and depth of the swirl channels 35 are preferably designed such that no undesired throttling effects can occur.
  • 4A to 4E show exemplary embodiments for preferred cross-sectional shapes of the swirl channels 35 formed on the valve closing body 4.
  • the swirl channels 35 are attached to the valve needle 3 and / or the valve closing body 4 by means of computer-assisted laser processing.
  • the particular advantage of laser processing is the high flexibility. If fuel injection valves 1 are to be provided with different swirl disks in accordance with conventional swirl processing, a separate punching or injection mold must be produced for each new swirl disk shape. However, due to the fixed shape of the swirl disk, the need to achieve a swirl preparation which is dependent on the operating state and has a corresponding influence on the jet pattern is not taken into account. Laser processing, on the other hand, only requires minor changes in the control software of the laser to generate new forms of swirl channels 35.
  • the method of laser processing according to the invention in conjunction with the exemplary cross-sectional shapes described below, ensures simple, precise and technically favorable production of the swirl channels 35, which also has the advantage of influencing the beam pattern depending on the operating state.
  • FIG. 4A shows a swirl channel 35 which has a tapering cross section in the outflow direction.
  • the basic shape is rectangular.
  • the same effect of reducing the cross section can also be achieved, for example, by a square shape.
  • the advantage of this shape of the swirl channels 35 lies in the acceleration of the fuel achieved according to the continuity equation by reducing the cross section through which the fuel flows.
  • the swirl channels 35 thus act like a convector.
  • FIG. 4B shows a swirl channel 35 which is widened in the outflow direction.
  • the advantage of this shape lies in particular in the homogenization of the injected jet, since the individual jets of the fuel flowing through the swirl channels 35 overlap and a closed injection cone is thereby generated.
  • a curved swirl channel 35 is shown. This has a constant cross section, but is bent under a freely selectable radius of curvature.
  • the direction of the individual fuel jets can be modeled arbitrarily by the bend, as a result of which the injected mixture cloud can be adapted to the combustion chamber geometry.
  • FIG. 4D shows a swirl channel 35, the radial depth of which is variable over the length of the swirl channel 35 and decreases in the outflow direction.
  • This cross-sectional shape is similar to that Shown in Fig. 4A and also acts like a convector.
  • the depth can also, as not shown further, increase in the outflow direction, which is particularly advantageous for part-load operation, since the mixture cloud from a hollow cone into an at least partially filled injection cone with a fat core, which is caused by the radially overlapping individual jets is generated, passes.
  • FIG. 4E shows the asymmetrical cross-sectional shape already described in FIG. 3. In this shape, the depth of the swirl channels 35 varies in a circumferential direction of the valve needle 3 or the valve closing body 4.
  • This cross-sectional shape lies in the homogenization of the mixture cloud, since it is possible to make the fuel jets wedge-shaped and thus to keep the overlapping area stoichiometric, since with a symmetrical jet shape the mixture in the overlapping area tends to become too rich.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiments shown and can be used in particular in the case of fuel injection valves 1 with piezoelectric or agnetostrictive actuators 10, for any shape of swirl channels 35 and in any design variant of fuel injection valve 1.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen umfasst einen Aktor (10) und eine durch den Aktor 810) betätigbare Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschliesskörpers (4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, wobei die Ventilnadel (3) und/oder der Ventilschliesskörper (4) zumindest einen umfänglich angebrachten Drallkanal (35) aufweist. Der zumindest eine Drallkanal (35) weist dabei entlang der Strömungsrichtung des Brennstoffs einen variablen Querschnitt auf. Der zumindest eine Drallkanal (35) weist dabei entlang der Strömungsrichtung des Brennstoffs einen variablen Querschnitt auf. Der zumindest eine Drallkanal (35) erfährt bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils (1) durch die Bewegung der Ventilnadel (3) in einer Hubrichtung eine axiale Verkürzung seiner drosselnden Länge.

Description

Brennstoffeinspri zventi1 und Verfahren zur Herstellung von Ventilnadeln oder Ventilschließkörpern für Brennstoffeinspritzventile
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1 und einem Verfahren zur Herstellung von Ventilnadeln von Brennstoffeinspritzventilen nach der Gattung des Anspruchs 11.
Aus der DE 38 08 635 C2 ist ein Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine bekannt, welches eine magnetbetätigte Ventilnadel mit schraubenförmigen Drallnuten zum Erzeugen einer Drallströmung des Einspritzstrahls aufweist, wobei die Gesamtquerschnittsfläche der Drallnuten um mindestens die Hälfte kleiner ist als die Querschnittsfläche der Ausgangsöffnung .
Weiterhin wird in der DE 31 21 572 AI ein Brennstoffeinspritzventil vorgeschlagen, das insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen dient. Das Brennstoffeinspritzventil umfaßt ein bewegliches Ventilteil, das mit einem in einem Düsenkörper vorgesehenen Ventilsitz zusammenwirkt, stromabwärts dessen eine Aufbereitungsbohrung angeordnet ist. In die Aufbereitungsbohrung ist ein Dralleinsatz teilweise eingepreßt, der zu seinem Umfang hin offene Drallkanäle hat. Die Drallkanäle verlaufen in axialer Richtung von einem zum anderen Ende des Dralleinsatzes gegenüber der Brennstoffeinspritzventillängsachse geneigt und münden tangential in die Aufbereitungsbohrung . Die Drallkanäle dienen gleichzeitig als Zumeßkanäle, deren drosselnde Länge durch Verschieben des Dralleinsatzes in der Aufbereitungsbohrung änderbar ist.
Nachteilig an den aus den oben genannten Druckschriften bekannten Brennstoffeinspritzventilen ist insbesondere der hohe Fertigungsaufwand der Dralleinsätze, der mit einer hohen Fertigungsungenauigkeit einhergeht. Durch ungleichmäßig geformte Drallnuten treten Inhomogenitäten im Strahlbild und in der Folge Mängel bei der Verbrennung, erhöhte Abgaswerte und ein erhöhter Brennstoffverbrauch auf.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 10 haben demgegenüber den Vorteil, daß einerseits der Drall der in den Brennraum eingespritzten Gemischwolke so aufbereitet ist, daß er durch entsprechend geformte Drallkanäle dem Betriebszustand des Brennstoffeinspritzventils angepaßt werden kann und andererseits, daß die Herstellung der drallaufbereitenden Komponenten durch den Einsatz von computergesteuerten Laserverfahren kostengünstig und hochflexibel erfolgen kann.
Weiterhin ist von Vorteil, daß sich die Drallkanäle ausschließlich auf den von der FührungsScheibe umschlossenen Bereich beschränken, da dadurch über den Hub der Ventilnadel eine weitere Einflußnahme auf die drosselnde Länge der Drallkanäle und somit auf die Brennstoffströmung möglich ist. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils und des im Anspruch 10 angegebenen Verfahrens möglich.
Von Vorteil ist insbesondere die Vielfalt von möglichen Formen für die Drallkanäle, die eine sehr gute Sprayaufbereitung unter Berücksichtigung des Betriebszustandes und der Stöchio etrie erlauben.
Vorteilhaft sind dabei vor allem Formen, die sich in Abspritzrichtung entweder in radialer oder in axialer Richtung oder in einer Kombination von beiden Richtungen verjüngen, wodurch die Brennstoffströmung durch die Drallkanäle beschleunigt werden kann.
Auch asymmetrische Formen der Drallkanäle sind durch die gleichmäßigere Überlappung der einzelnen Brennstoffstrahlen insbesondere im Teillastbetrieb des
Brennstoffeinspritzventils von Vorteil.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil im Bereich II in Fig. 1,
Fig. 3 einen schematischen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2, und Fig. 4A-4E Ausführungsbeispiele von mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Drallkanälen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bevor anhand der Figuren 2 bis 4 Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 mit einer erfindungsgemäß hergestellten Ventilnadel 3 näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 in einer Gesamtdarstellung bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werde .
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten
Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt einen Düsenkörper 2, in welchem die Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über mindestens eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch einen Spalt 26 voneinander getrennt und stützen sich auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
Ein zweiter Flansch 31, welcher mit der Ventilnadel 3 über eine Schweißnaht 33 verbunden ist, dient als unterer Ankeranschlag. Ein elastischer Zwischenring 32, welcher auf dem zweiten Flansch 31 aufliegt, vermeidet Prellen beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1.
Zulaufseitig des Dichtsitzes ist eine Führungsscheibe 34 ausgebildet, die für eine mittige Ausrichtung der
Ventilnadel 3 sorgt und somit einem Verkanten der
Ventilnadel 3 und nachfolgenden Ungenauigkeiten in der zugemessenen Brennstoffmenge entgegenwirkt. Im Bereich der
Führungsscheibe 34 weist die Ventilnadel 3 bzw. der im vorliegenden Ausführungsbeispiel einstückig mit der
Ventilnadel 3 ausgebildete Ventilschließkörper 4 Drallkanäle
35 auf, die durch das weiter unten näher beschriebene erfindungsgemäße Herstellungsverfahren an einem äußeren
Umfang 36 der Ventilnadel 3 bzw. des Ventilschließkörpers 4 angebracht sind. Eine genauere Darstellung der Drallkanäle
35 ist den Fig. 2 bis 4 zu entnehmen.
In der Ventilnadelführung 14 und im Anker 20 verlaufen Brennstoffkanäle 30a und 30b. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von . der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der Brennstoff wird abgespritzt.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
Fig. 2 zeigt in einer auszugsweisen, schematischen axialen Schnittdarstellung das abströmseitige Ende' des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich II in Fig. 1. Bereits beschriebene Elemente sind in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Wie bereits bezüglich Fig. 1 angesprochen, weist die Ventilnadel 3 bzw. der Ventilschließkörper 4, der im bevorzugten Ausführungsbeispiel einstückig mit der Ventilnadel 3 ausgebildet ist, mehrere umfänglich angeordnete Drallkanäle 35 auf. Die Drallkanäle 35 erstrecken sich dabei im wesentlichen im Bereich der Führungsscheibe 34 schräg zu einer Längsachse 37 des Brennstoffeinspritzventils 1 am Umfang 36 des Ventilschließkörpers 4. Dadurch sind die Drallkanäle 35 abgesehen von einem Zulauf- und Ablauf-Abschnitt nach radial außen abgeschlossen.
Die Führungsscheibe ist durch eine Schweißnaht 38 fest mit dem Ventilsitzkörper 5 verbunden und stabilisiert dadurch die Ventilnadel 3, so daß Mittenversätzen und dadurch bedingten Fehlfunktionen des Brennstoffeinspritzventils 1 entgegengewirkt wird.
Durch die spezielle Anordnung der Drallkanäle 35 kann in Verbindung mit der Form der Drallkanäle eine beliebige Modellierung der in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzten Gemischwolke erfolgen. Da die Drallkanäle 35 bündig mit der Führungsscheibe 34 abschließen, ist der Strömungsweg des Brennstoffs durch die Drallkanäle 35 bzw. die drosselnde Länge der Drallkanäle 35 entlang des Ventilschließkörpers 4 im Bereich der Führungsscheibe 34 in geschlossenem Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 maximal. Wird das Brennstoffeinspritzventil 1 durch Betätigung des Aktors 10 geöffnet, hebt der Ventilschließkörper 4 von der Ventilsitzfläche 6 ab. Dadurch werden die Drallkanäle 35 relativ zur Führungsscheibe 34 in einer Hubrichtung der Ventilnadel 3 verschoben. Der Strömungsweg des das Brennstoffeinspritzventil 1 durch die Drallkanäle 35 durchströmenden Brennstoffs wird dadurch axial verschoben, wodurch es bei geeigneter Gestaltung der Drallkanäle 35 möglich ist, Einfluß auf das Strahlbild des abgespritzten Brennstoffs zu nehmen. Entsprechende Formen der Drallkanäle 35 sind in Fig. 4A bis 4E dargestellt.
Fig. 3 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung einen Schnitt entlang der in Fig. 2 mit III-III bezeichneten Linie durch die Führungsscheibe 34 und den Ventilschließkörper 4. Im vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind acht Drallkanäle 35 in regelmäßigen Winkelabständen am Umfang 36 des Ventilschließkörpers 4 vorgesehen. Als Querschnittsform wurde stellvertretend für eine Vielzahl anderer möglicher Formen ein asymmetrischer Querschnitt gewählt. Der Querschnitt kann jedoch auch gleichmäßig rechteckig, halbrund oder dreieckig sein, auch sektorförmige Abschrägungen sind denkbar.
Die Anzahl der Drallkanäle 35 ist dabei frei wählbar, ebenso ihre Neigung relativ zur Längsachse 37 des Brennstoffeinspritzventils 1. So ist beispielsweise auch ein einzelner Drallkanal 35 vorstellbar, der sich spiralförmig um den ganzen Umfang 36 des Ventilschließkörpers 4 erstreckt. Vorzugsweise wird die Anzahl, Form und Tiefe der Drallkanäle 35 so ausgelegt, daß keine unerwünschten Drosseleffekte auftreten können.
Fig. 4A bis 4E zeigen Ausführungsbeispiele für bevorzugte Querschnittsformen der am Ventilschließkörper 4 ausgebildeten Drallkanäle 35.
Die Drallkanäle 35 werden dabei mittels computerunterstützter Laserbearbeitung an der Ventilnadel 3 und/oder dem Ventilschließkörper 4 angebracht. Der besondere Vorteil der Laserbearbeitung liegt dabei in der hohen Flexibilität. Sollen Brennstoffeinspritzventile 1 mit verschiedenen Drallscheiben gemäß konventioneller Drallaufbereitung versehen werden, muß für jede neue Drallscheibenform eine eigene Stanz- oder Spritzform hergestellt werden. Dabei bleibt jedoch durch die festgelegte Form der Drallscheibe vor allem die Notwendigkeit unberücksichtigt, eine vom Betriebszustand abhängige Drallaufbereitung mit entsprechender Einflußnahme auf das Strahlbild zu erreichen. Die Laserbearbeitung erfordert demgegenüber zur Erzeugung neuer Formen von Drallkanälen 35 lediglich geringfügige Änderungen in der Steuerungssoftware des Lasers. Das erfindungsgemäße Verfahren der Laserbearbeitung sorgt also in Verbindung mit den nachfolgend beschriebenen, beispielhaften Querschnittsformen für eine einfache, genaue und produktionstechnisch günstige Herstellung der Drallkanäle 35, die zudem noch den Vorteil der betriebszustandsabhängigen Strahlbildbeeinflussung aufweist.
Fig. 4A zeigt einen Drallkanal 35, welcher in Abströmrichtung einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist. Die Grundform ist dabei rechteckig. Ein gleicher Effekt der Querschnittsverringerung kann beispielsweise auch durch eine quadratische Form erzielt werden.
Der Vorteil dieser Form der Drallkanäle 35 liegt in der gemäß der Kontinuitätsgleichung erzielten Beschleunigung des Brennstoffs durch die Verringerung des durchflossenen Querschnitts. Die Drallkanäle 35 wirken somit wie ein Konvektor.
Fig. 4B stellt einen Drallkanal 35 dar, der in Abströmrichtung aufgeweitet ist. Der Vorteil dieser Form liegt insbesondere in einer Homogenisierung des eingespritzten Strahls, da sich die einzelnen Strahlen des durch die Drallkanäle 35 strömenden Brennstoffs überlappen und dadurch ein geschlossener Einspritzkegel erzeugt wird.
In Fig. 4C ist ein gebogener Drallkanal 35 dargestellt. Dieser weist einen konstanten Querschnitt auf, ist jedoch unter einem frei wählbaren Krümmungsradius gebogen. Durch die Biegung kann die Richtung der einzelnen Brennstoffstrahlen beliebig modelliert werden, wodurch die eingespritzte Gemischwolke der Brennraumgeometrie angepaßt werden kann.
Fig. 4D zeigt einen Drallkanal 35, dessen radiale Tiefe über die Länge des Drallkanals 35 variabel ist und in Abströmrichtung abnimmt. Diese Querschnittsform ähnelt der in Fig. 4A Dargestellten und wirkt ebenfalls wie ein Konvektor.
Die Tiefe kann dabei auch, wie nicht weiter dargestellt, in Abströmrichtung zunehmen, was insbesondere für den Teillastbetrieb von Vorteil ist, da die Gemischwolke aus einem Hohlkegel in einen zumindest teilweise gefüllten Einspritzkegel mit einem fetten Kern, der durch die sich nach radial innen überlappenden Einzelstrahlen erzeugt wird, übergeht.
Fig. 4E stellt die bereits in Fig. 3 beschriebene asymmetrische Querschnittsform dar. Bei dieser Form variiert die Tiefe der Drallkanäle 35 in einer Umfangsrichtung der Ventilnadel 3 bzw. des Ventilschließkörpers 4.
Der besondere Vorteil dieser Querschnittsform liegt in der Homogenisierung der Gemischwolke, da es möglich ist, die Brennstoffstrahlen keilig zu gestalten und damit den Überlappungsbereich den einzelnen Strahlen stöchiometrisch zu halten, da bei einer symmetrischen Strahlform das Gemisch im Überlappungsbereich dazu tendiert, zu fett zu werden.
Neben den beschriebenen Querschnittsformen sind eine Vielzahl weiterer Formen denkbar. Insbesondere ist es vorteilhaft, verschiedene Formen zu kombinieren, um die Vorteile der einzelnen Querschnittsformen zu vereinen. So ist beispielsweise eine Kombination aus den Formen in Fig. 4A und 4C oder der Formen aus 4A und 4D vorteilhaft.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und insbesondere bei Brennstoffeinspritzventilen 1 mit piezoelektrischen oder agnetostriktiven Aktoren 10, für beliebige Formen von Drallkanälen 35 und bei beliebigen Konstruktionsvarianten von Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1) für
Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem Aktor (10) und einer durch den Aktor (10) betätigbare
Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers
(4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, wobei die Ventilnadel (3) und/oder der Ventilschließkörper (4) zumindest einen umfänglich angebrachten Drallkanal (35) aufweist, der entlang der Strömungsrichtung des Brennstoffs einen variablen Querschnitt und/oder eine variable Form aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Drallkanal (35) bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils (1) durch eine Bewegung der Ventilnadel (3) in einer Hubrichtung eine axiale Verkürzung seiner drosselnden Länge erfährt.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Drallkanal (35) an einem Umfang (36) der Ventilnadel (3) und/oder des Ventilschließkörpers (4) ausgebildet ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Drallkanal (35) durch eine Führungsscheibe (34) radial nach außen abgeschlossen ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Drallkanal (35) auf den Bereich der Führungsscheibe (34) beschränkt ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Querschnitt des mindestens einen Drallkanals
(35) in Abströmrichtung verringert.
6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Querschnitt des mindestens einen Drallkanals
(35) in Abströmrichtung vergrößert.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Drallkanal (35) eine Biegung in axialer Richtung aufweist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine radiale Tiefe des mindestens einen Drallkanals (35) in Abströmrichtung abnimmt.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Drallkanal (35) einen asymmetrischen Querschnitt aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Ventilnadel (3) und/oder eines Ventilschließkörpers (4) für ein Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, umfassend einen Aktor (10) und die durch den Aktor (10) betätigbare Ventilnadel (3) zur Betätigung des Ventilschließkörpers (4) , der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, wobei die Ventilnadel (3) und/oder der Ventilschließkörper (4) zumindest einen an einem Umfang (36) angebrachten Drallkanal (35) aufweist, welcher einen in axialer Richtung variablen radialen Querschnitt aufweist, der entlang der Strömungsrichtung des Brennstoffs einen variablen Querschnitt und/oder eine variable Form aufweist, wobei der zumindest eine Drallkanal (35) bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils (1) durch die Bewegung der Ventilnadel (3) in einer Hubrichtung eine axiale Verkürzung seiner drosselnden Länge erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Drallkanal (35) durch computerunterstützte Laserbearbeitung in den äußeren Umfang (36) der Ventilnadel (3) und/oder des Ventilschließkörpers (4) eingebracht wird.
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