WO2002050429A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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WO2002050429A1
WO2002050429A1 PCT/DE2001/004750 DE0104750W WO0250429A1 WO 2002050429 A1 WO2002050429 A1 WO 2002050429A1 DE 0104750 W DE0104750 W DE 0104750W WO 0250429 A1 WO0250429 A1 WO 0250429A1
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WO
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fuel
injection valve
fuel injection
swirl
valve according
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Application number
PCT/DE2001/004750
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English (en)
French (fr)
Inventor
Fevzi Yildirim
Guenther Hohl
Michael Huebel
Norbert Keim
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to JP2002551290A priority patent/JP2004516411A/ja
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0664—Injectors 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
    • F02M51/0671—Injectors 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/162—Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • AI is a fuel injection valve for the direct injection of fuel into the combustion chamber of a mixture-compressing, spark-ignited
  • Internal combustion engine which has a guide and seat area at the downstream end of the fuel injection valve, which is formed by three disc-shaped elements.
  • a swirl element is embedded between a guide element and a valve seat element.
  • the guide element serves to guide an axially movable valve needle projecting through it, while a valve closing section of the valve needle interacts with a valve seat surface of the valve seat element.
  • the swirl element has an inner opening area with a plurality of swirl channels which are not connected to the outer circumference of the swirl element. The entire opening area extends completely over the axial thickness of the swirl element.
  • a disadvantage of the fuel injector known from the abovementioned publication is in particular that Fixed swirl angle that cannot be adapted to different operating conditions such as partial and full load operation of an internal combustion engine. As a result, the cone opening angle of the injected mixture cloud cannot be adapted to the different operating states, which leads to inhomogeneities in the combustion, increased fuel consumption and increased exhaust gas emissions.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the swirl is adjustable depending on the operating state of the fuel injector, whereby a spray pattern adapted to the operating state of the fuel injector can be generated. This enables the mixture formation and the combustion process to be optimized.
  • the influence on the jet opening angle is advantageously effected via the pressure of the fuel flowing through the fuel injection valve, which produces a variable throttle effect according to the operating state by means of an elastic metering ring and thereby enables a direct influence on the swirl intensity.
  • the simple and inexpensive shape of the metering ring which is easy to manufacture from an elastic material and can be used without problems in standard fuel injection valves with conventional swirl preparation, is particularly advantageous.
  • the flexibility in the choice of the swirl disk is advantageous since the spray pattern can be shaped by any shape and number of swirl channels and can nevertheless be adapted to the operating state.
  • Another advantage is that the setting of the static flow through the fuel injection valve can also be carried out by the measure according to the invention, whereby scatter in the static flow can be reduced, which in turn has a positive effect on the fuel consumption and the exhaust gas values.
  • Fig. 1 shows an axial section through an embodiment of an inventive
  • FIG. 2 shows a schematic section through the spray-side end of the fuel injector designed according to the invention along the line II-II in FIG. 1, and
  • FIG. 3 shows a schematic section in area III in FIG. 1.
  • the fuel injection valve 1 is designed in the form of a fuel injection valve for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engines.
  • 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.
  • the fuel injector 1 is an inwardly 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 magnetic circuit.
  • a magnetic coil 10 is encapsulated in a coil housing 11 and wound on a coil support 12, which bears against an inner pole 13 of the magnetic circuit.
  • 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 magnet coil 10 is excited via a line 19 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 washer 15 is used for stroke adjustment.
  • An armature 20 is located on the other side of the adjusting washer 15. This armature is non-positively connected via a first flange 21 to the valve needle 3, which is connected to the first flange 21 by a weld seam 22.
  • a return spring 23 is supported, which in the present design of the Fuel injector 1 is biased by a sleeve 24.
  • a guide disk 34 On the inlet side of the sealing seat, a guide disk 34 is formed, which ensures a central alignment of the valve needle 3 and thus counteracts tilting of the valve needle 3 and subsequent inaccuracies in the metered amount of fuel.
  • a swirl disk 35 is arranged between the guide disk 34 and the valve seat body 5 and has swirl channels 36.
  • a measuring ring 37 is provided between the guide disk 34 and the swirl disk 35, on the one hand, and the nozzle body 2, on the other hand, which a measuring ring 37 is provided, which is preferably made of an elastic material and which is deformable under the influence of the system pressure prevailing in the fuel injector 1. A detailed description of the metering ring can be found in FIGS. 2 and 3.
  • Fuel channels 30a and 30b run in the valve needle guide 14 and in the armature 20.
  • the fuel is supplied via a central fuel supply 16 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 In the idle state of the fuel injection valve 1, the armature 20 is acted on by the return spring 23 against its stroke direction in such a way that the valve closing body 4 is held in sealing contact with the valve seat ⁇ .
  • the magnet coil 10 When the magnet 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 achieved by a position between the inner pole 12 and the Anchor 20 located working gap 27 is predetermined.
  • the armature 20 also carries the flange 21, which is welded to the valve needle 3, in the lifting direction.
  • 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 representation of a section along the line II-II through the outflow end of the fuel injector 1 shown in FIG. 1. Elements already described are provided with the same reference numerals in all the figures.
  • the section shown through the valve needle 3 and the swirl disk 35 shows the metering ring 37 already mentioned above in two different operating states of the fuel injector 1.
  • the swirl disk 35 is cut in one plane, the inlet side of an inlet end 38 of the metering ring 37 through the fuel injector 1 runs.
  • the number of swirl channels 36 in swirl disk 35 was limited to four in order to make the schematic representation clearer. However, more or fewer swirl channels 36 are also possible.
  • a swirl chamber 44 is formed, which is preferably dimensioned so that the swirl flow that remains remains homogeneous.
  • the volume of the swirl chamber 44 should be large be enough to avoid undesirable throttling effects, but small enough to minimize dead volume. This is particularly important in full load operation, so that the stoichiometry of the injected mixture cloud is ensured.
  • the Zumeßring ⁇ 37 is preferably made of an elastomeric material and designed in the form of a ring. It rests with an outer side 39 on an inner wall 40 of the nozzle body 2. With an outflow-side end face 41, it is supported on the valve seat body 5. A gap 42 is formed between the metering ring 37 and the swirl disk 35, the radial width of which, depending on the fuel pressure during operation of the fuel injector 1, is variable due to the elasticity of the metering ring 37.
  • the pressure of the fuel flowing through the fuel injection valve 1 is dimensioned such that there is a balance of forces which acts uniformly on the metering ring 37 in the radial and axial directions.
  • the gap 42 then has its smallest radial extent.
  • the fuel flow is also minimal, which leads to only a slight twisting of the fuel flowing comparatively slowly through the swirl channels 36.
  • a mixture cloud injected into the combustion chamber of the internal combustion engine also has only a slight widening, that is to say a small beam opening angle. This corresponds to the requirements for the mixture cloud in part-load operation.
  • the metering ring 37 experiences a deformation due to a shift in the force ratio acting in the radial and axial direction, which increases the axial expansion of the metering ring 37 and the radially inward expansion decreases , Accordingly, the gap 42 between the Metering ring 37 and the swirl disk 35, so that the throttling effect of the gap 42 decreases.
  • the amount of fuel flowing through the swirl channels 36 and their speed increase, which also increases the swirl. This results in an expansion of the mixture cloud injected into the combustion chamber, which thus has a larger jet opening angle and fills the combustion chamber 'homogeneously.
  • the different states of the elastic metering ring 37 are each represented by a separate line.
  • the line denoted by 37a denotes the basic state with a uniform loading of the metering ring 37 in the axial and radial directions, while the dashed line 37b represents the state of the maximum pressure and thus the maximum radial width of the gap 42.
  • FIG. 3 shows an excerpt from a sectional illustration of a detail from the fuel injector 1 according to the invention shown in FIG. 1 in area III in FIG. 1.
  • the swirl disk 35 was cut in the region of a swirl channel 36.
  • the arrow indicates the direction of flow of the fuel.
  • the unloaded state of the metering ring 37 is again designated 37a, the state loaded with maximum pressure is 37b.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiments shown and can also be used in particular in the case of fuel injection valves 1 with piezoelectric or magnetostrictive actuators 10 and in any design variants of fuel injection valves 1.

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine, umfasst einen Aktor (10), eine durch den Aktor (10) betätigbare Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschliesskörpers (4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und eine Drallscheibe (35), die über mindestens einen Drallkanals (36) verfügt. In einer Ausnehmung (43) eines Düsenkörpers (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) ist ein elastischer Zumessring (37) so angeordnet, dass ein Zumessquerschnitt des zumindest einen Drallkanals (36) abhängig von einem im Brennstoffeinspritzventil (1) während des Betriebs herrschenden Brennstoffdruck veränderbar ist.

Description

Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Aus der DE 197 36 682 AI ist ein Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten
Brennkraftmaschine bekannt, welches am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils einen Führungs- und Sitzbereich aufweist, der von drei scheibenförmigen Elementen gebildet wird. Dabei ist ein Drallelement zwischen einem Führungselernent und einem Ventilsitzelement eingebettet. Das Führungselement dient der Führung einer es durchragenden, axial beweglichen Ventilnadel, während ein Ventilschließabschnitt der Ventilnadel mit einer Ventilsitzfläche des Ventilsitzelements zusammenwirkt. Das Drallelement weist einen inneren Öffnungsbereich mit mehreren Drallkanälen auf, die nicht mit dem äußeren Umfang des Drallelements in Verbindung stehen. Der gesamte Öffnungsbereich erstreckt sich vollständig über die axiale Dicke des Drallelements.
Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere der festeingestellte Drallwinkel, der nicht den unterschiedlichen Betriebszuständen wie Teil- und Vollastbetrieb einer Brennkraftmaschine angepaßt werden kann. Dadurch kann auch der Kegelöffnungswinkel der eingespritzten Gemischwolke nicht an die verschiedenen Betriebszustände angepaßt werden, was zu Inhomogenitäten bei der Verbrennung, erhöhtem Brennstoffverbrauch sowie erhöhter Abgasemission führt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Drall abhängig vom Betriebszustand des Brennstoffeinspritzventils einstellbar ist, wodurch ein dem Betriebszustand des Brennstoffeinspritzventils angepaßtes Strahlbild erzeugt werden kann. Dadurch können die Gemischbildung sowie das Brennverfahren optimiert werden.
Die Einflußnahme auf den Strahlöffnungswinkel erfolgt dabei vorteilhafterweise über den Druck des das Brennstoffeinspritzventil durchströmenden Brennstoffs, der durch einen elastischen Zumeßring einen veränderlichen Drosseleffekt gemäß dem Betriebszustand erzeugt und dadurch eine direkte Einflußnahme auf die Drallintensität ermöglicht .
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Von Vorteil ist dabei insbesondere die einfache und kostengünstige Form des Zumeßrings, der leicht aus einem elastischen Material herstellbar und problemlos in serienmäßige Brennstoffeinspritzventile mit konventioneller Drallaufbereitung einsetzbar ist. Insbesondere ist dabei die Flexibilität bei der Wahl der Drallscheibe von Vorteil, da das Strahlbild durch eine beliebige Form und Anzahl von Drallkanälen formbar bleibt und trotzdem dem Betriebszustand angepaßt werden kann.
Weiterhin ist von Vorteil, daß die Einstellung des statischen Durchflusses durch das Brennstoffeinspritzventil durch die erfindungsgemäße Maßnahme ebenfalls erfolgen kann, wodurch Streuungen im statischen Durchfluß reduziert werden können, was sich wiederum auf den Brennstoffverbrauch und die Abgaswerte positiv auswirkt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch das abspritzseitige Ende des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils entlang der Linie II-II in Fig. 1, und
Fig. 3 einen schematischen Ausschnitt im Bereich III in Fig. 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bevor anhand der Figuren 2 und 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 näher beschrieben wird, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 in einer Gesamtdarstellung bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden. 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 eines Magnetkreises abgedichtet. Eine Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 des Magnetkreises 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. Zwischen der Führungsscheibe 34 und dem Ventilsitzkörper 5 ist eine Drallscheibe 35 angeordnet, welche Drallkanäle 36 aufweist. Zwischen der Führungsscheibe 34 und der Drallscheibe 35 einerseits und dem Düsenkörper 2 andererseits ist ein Zu eßring 37 vorgesehen, der vorzugsweise aus einem elastischen Material besteht und der unter dem Einfluß des im Brennstoffeinspritzventil 1 herrschenden Systemdrucks verformbar ist. Eine detaillierte Beschreibung des Zumeßrings ist den Fig. 2 und 3 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 β 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 Darstellung einen Schnitt entlang der Linie II-II durch das abströmseitige Ende des in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils 1. Bereits beschriebene Elemente sind in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Der dargestellte Schnitt durch die Ventilnadel 3 und die Drallscheibe 35 zeigt den bereits weiter oben erwähnten Zumeßring 37 in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen des Brennstoffeinspritzventils 1. Die Drallscheibe 35 ist dabei in einer Ebene geschnitten, die zulaufseitig einer Zulaufseitigen Stirnseite 38 des Zumeßrings 37 durch das Brennstoffeinspritzventil 1 verläuft. Die Anzahl der Drallkanäle 36 in der Drallscheibe 35 wurde auf vier begrenzt, um die schematisierte Darstellung übersichtlicher zu gestalten. Es sind jedoch auch mehr oder weniger Drallkanäle 36 möglich.
Zwischen der Ventilnadel 3 und der Drallscheibe 35 ist eine Drallkammer 44 ausgebildet, die vorzugsweise so dimensioniert ist, daß die entstehende Drallströmung homogen bleibt. Das Volumen der Drallkammer 44 sollte dabei groß genug sein, um unerwünschte Drosseleffekte zu vermeiden, aber klein genug, um das Totvolumen zu minimieren. Dies ist insbesondere im Vollastbetrieb wichtig, damit die Stöchiometrie der eingespritzten Gemischwolke gewährleistet ist.
Der Zumeßring 37 ■ ist vorzugsweise aus einem elastischen Polymer hergestellt und in Form eines Rings ausgeführt. Er liegt mit einer Außenseite 39 an einer Innenwandung 40 des Düsenkörpers 2 an. Mit einer abströmseitigen Stirnseite 41 stützt er sich auf dem Ventilsitzkörper 5 ab. Zwischen dem Zumeßring 37 und der Drallscheibe 35 ist ein Spalt 42 ausgebildet, dessen radiale Weite abhängig vom Brennstoffdruck während des Betriebs des Brennstoffeinspritzventils 1 bedingt durch die Elastizität des Zumeßrings 37 veränderlich ist.
Im Teillastbereich des Brennstoffeinspritzventils 1 ist der Druck des das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoffs so bemessen, daß ein Kräftegleichgewicht herrscht, welches gleichmäßig in radialer und axialer Richtung an dem Zumeßring 37 angreift. Der Spalt 42 weist dann seine geringste radiale Ausdehnung auf. Dadurch ist auch der Brennstoffdurchfluß minimal, was zu einer nur geringfügigen Verdrallung des vergleichsweise langsam durch die Drallkanäle 36 strömenden Brennstoffs führt. In der Folge weist auch eine in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzte Gemischwolke nur eine geringfügige Aufweitung, also einen kleinen Strahlöffnungswinkel, auf. Dies entspricht den Anforderungen an die Gemischwolke im Teillastbetrieb.
Wird der Brennstoffdruck erhöht, was dem Vollastbetrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 entspricht, erfährt der Zumeßring 37 bedingt durch eine Verschiebung des in radialer und axialer Richtung wirkenden Kräfteverhältnisses eine Verformung, die die axiale Ausdehnung des Zumeßrings 37 zu- und die radial nach innen gerichtete Ausdehnung abnehmen läßt. Entsprechend erweitert sich der Spalt 42 zwischen dem Zumeßring 37 und der Drallscheibe 35, so daß die drosselnde Wirkung des Spalts 42 abnimmt. In der Folge nimmt die die Drallkanäle 36 durchströmende Brennstoffmenge sowie deren Geschwindigkeit zu, wodurch auch der Drall verstärkt wird. Dadurch kommt es zu einer Aufweitung der in den Brennraum eingespritzten Gemischwolke, die somit einen größeren Strahlöffnungswinkel aufweist und den Brennraum 'homogen ausfüllt.
In Fig. 2 sind die unterschiedlichen Zustände des elastischen Zumeßrings 37 jeweils durch eine eigene Linie dargestellt. Dabei kennzeichnet die mit 37a bezeichnete Linie den Grundzustand mit einer gleichmäßigen Belastung des Zumeßrings 37 in axialer und radialer Richtung, während die gestrichelte Linie 37b den Zustand des maximalen Drucks und damit der maximalen radialen Weite des Spalts 42 darstellt.
Fig. 3 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus dem in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil 1 im Bereich III in Fig. 1.
Zur Verdeutlichung wurde die Drallscheibe 35 im Bereich eines Drallkanals 36 geschnitten. Der Pfeil bezeichnet die Zuströmrichtung des Brennstoffs. Der unbelastete Zustand des Zumeßrings 37 ist wieder mit 37a, der mit maximalem Druck belastete Zustand mit 37b bezeichnet.
Aus Fig. 3 wird deutlich, daß die radiale Weite des Spalts 42 direkt den Zumeßquerschnitt für die durchströmende Brennstoffmenge bestimmt. Folglich kann gemäß der Kontinuitätsgleichung die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs variiert werden, wodurch eine direkte Eingriffsmöglichkeit zur Anpassung der Drallintensität an den Betriebszustand des Brennstoffeinspritzventils 1 gegeben ist.
Da im Teillastbereich nicht die homogene Verteilung des Brennstoffs im Brennraum, sondern die Penetrationsweite im Vordergrund steht, führt auch eine langsame Drallströmung mit eventuell auftretenden Inhomogenitäten, die durch das Totvolumen der Drallkammer 44 hervorgerufen werden können, zu keiner Beeinträchtigung des Verbrennungsprozesses, während im Vollastbetrieb die Drallströmung einen hohen Grad an Homogenität aufweist und damit die Stöchiometrie der Gemischwolke optimierbar ist.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und insbesondere auch bei Brennstoffeinspritzventilen 1 mit piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktoren 10 und bei beliebigen Konstruktionsvarianten von Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine, mit einem Aktor (10), einer durch den Aktor (10) betätigbaren Ventilnadel (3) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und einer Drallscheibe (35) , die über mindestens einen Drallkanal (36) verfügt, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Zumeßring (37) so angeordnet ist, daß ein Zumeßquerschnitt des zumindest einen Drallkanals (36) abhängig von einem im Brennstoffeinspritzventil (1) während des Betriebs herrschenden Brennstoffdruck veränderbar ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zumeßring (37) mit einer Außenseite (39) an einer Innenwandung (40) eines Düsenkörpers (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) anliegt.
3. Brennsto feinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 oder
2 , dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zumeßring (37) mit einer abströmseitigen Stirnseite (41) an einem Ventilsitzkörper (5) des Brennstoffeinspritzventils (1) abstützt.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zuströmseitig der Drallscheibe .(35) eine Führungsscheibe (34) für die Ventilnadel (3) angeordnet und mit dieser verbunden ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zumeßring (37) die Drallscheibe (35) und die FührungsScheibe (34) radial außen umgibt.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zumeßring (37) und der Drallscheibe (35) ein Spalt (42) ausgebildet ist.
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den mindestens einen Drallkanal (36) durchströmende Brennstoffmenge proportional zur radialen Weite des Spalts (42) ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche einer zulaufseitigen Stirnseite (38) des Zumeßrings (37) relativ zu einer von dem Zumeßring (37) eingeschlossenen Fläche so bemessen ist, daß bei einer Zunahme des Brennstoffdrucks die radiale Weite des Spalts (42) zunimmt.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den zumindest einen Drallkanal (36) erzeugte Drall proportional zur Durchflußmenge des Brennstoffs ist.
10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlöffnungswinkel einer in den Brennraum eingespritzten Gemischwolke proportional zum Brennstoffdruck ist.
11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (35) und die Führungsscheibe (34) einteilig ausgebildet sind.
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