WO2005042968A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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WO2005042968A1
WO2005042968A1 PCT/EP2004/052604 EP2004052604W WO2005042968A1 WO 2005042968 A1 WO2005042968 A1 WO 2005042968A1 EP 2004052604 W EP2004052604 W EP 2004052604W WO 2005042968 A1 WO2005042968 A1 WO 2005042968A1
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WO
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elevations
fuel
wall
fuel injection
injection valve
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/052604
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English (en)
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Inventor
Stefan Arndt
Martin Maier
Joerg Heyse
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Priority to JP2006537281A priority patent/JP2007509285A/ja
Priority to US10/577,801 priority patent/US20080035130A1/en
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    • 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
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/188—Spherical or partly spherical shaped valve member ends
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/162—Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • No. 4,759,335 is known with a valve closing body, which cooperates with a sealing seat of a valve seat, and with a downstream of the sealing seat
  • Fuel injector produces a spray, the average drop diameter of which for future use
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the atomization is improved in a simple manner by arranging bumps or elevations influencing the fuel flow in the flow exit area. In this way, the average droplet diameter of the spray can be used without the need for additional auxiliary energy be reduced so that lower exhaust emissions can be achieved.
  • the flow exit area is formed by a first wall and a second wall opposite the first wall, an outlet gap being formed between the first wall and the second wall, since the fuel jet flows out of the fuel injection valve in a defined manner in this way.
  • the second wall ends with a second trailing edge after the first wall with a first trailing edge, since this represents a particularly simple embodiment.
  • the elevations have a height measured perpendicular to a surface of the flow exit area, which is less than 100 micrometers and greater than the roughness peaks of the base area.
  • the projections are arranged in the exit gap, since a so-called Karmann ⁇ specific vortex street is generated in this manner, the periodically detaching vortices create turbulence, so that the fuel spray as disintegrates into smaller droplets in the prior art. It is also advantageous if the elevations are arranged downstream of the first trailing edge, since in this way the fuel jet already breaks down into many individual jets with a large jet surface at the elevations.
  • the elevations are cylindrical, tetrahedral, pyramid-shaped, conical, prismatic, cuboid, hemispherical or knob-shaped, since in this way a sufficiently large amount of turbulence can be generated in the fuel jet emerging from the fuel injection valve to cover the surface of the fuel jet Excite vibrations and thereby atomize the fuel jet into very small drops.
  • the height of the elevations increases or decreases continuously or step-wise downstream, since the fuel jet is split into many individual jets at the elevations, which then collide less frequently downstream with other individual jets.
  • the elevations are arranged in rows provided transversely to the flow, the rows being provided, for example, offset from one another.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a fuel injection valve
  • FIG. 2 shows a partial plan view of the first exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a partial plan view of the third exemplary embodiment
  • FIG. 7 a fifth exemplary embodiment
  • FIG. 8 a so-called A valve
  • FIG. 9 a so-called I valve.
  • Fig.l shows simplified a first embodiment of a fuel injector designed according to the invention.
  • the fuel injector is used to atomize fuel as a spray to reduce fuel consumption and exhaust emissions.
  • the fuel is injected, for example, in the so-called intake manifold injection into an intake pipe or in the so-called direct injection directly into a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the fuel injector has a valve housing 1 with an inlet channel 2 for the fuel.
  • a schematically represented actuator 3 for the axial adjustment of a valve needle 4 is arranged in the valve housing 1.
  • the actuator 3 is, for example, one with an excitable coil interacting magnetic armature, a hydraulic element, a piezo actuator or the like.
  • the valve needle 4 is axially movable in the valve housing 1 and has, for example, a needle shaft 7 facing the actuator 3 and a valve closing body 8 facing away from the actuator 3.
  • the actuator 3 transmits its movement directly or indirectly to the needle shaft 7 of the valve needle 4, as a result of which the valve closing body 8 interacting with a valve seat 9
  • Fuel injection valve opens or closes in the direction of a valve axis 5.
  • the fuel injection valve has, for example, a so-called spherical conical seat, the valve seat 9 being, for example, conical and the valve closing body 8 having a spherical or radial section 10 which interacts with the valve seat 9.
  • the fuel injector can of course also have a different design, for example a ball-ball seat, a cone-cone seat or a cone-ball seat.
  • the valve closing body 8 lies tightly over its entire circumference on the valve seat 9 with line or surface contact, which is referred to below as the sealing seat 11.
  • Flow exit area 14 from which the fuel is admixed as a so-called free jet to the air drawn in by the internal combustion engine.
  • the flow exit area 14 is through a first
  • Wall 15 and a second wall 16 opposite the first wall 15 are formed, an outlet gap 17 being formed between the first wall 15 and the second wall 16, through which the fuel 20 flows out when the fuel injection valve is open.
  • the first wall 15 extends from the sealing seat 11 to a first trailing edge 18 and the second wall 16 extends from the sealing seat 11 in the direction of flow to a second trailing edge 19.
  • the first wall 15 and the second wall 16 can, for example, be connected to one another in one piece or can also be provided on a separate part in each case.
  • the outlet gap 17 is designed as a closed flow channel, the cross section of which can have any shape, for example circular, ring-shaped or rectangular.
  • the second wall 16 with the second trailing edge 19 ends on the side facing away from the sealing seat 11 downstream of the first trailing edge 18 of the first wall 15.
  • the first trailing edge 18 and the second trailing edge 19 can of course also lie in a same plane perpendicular to the valve axis 5.
  • the fuel flow protrude into it and influence or disrupt it in this way.
  • the elevations 22 are opposite a base surface 23 of the base wall, for example formed on the second wall 16
  • the flow exit area 14 is raised and has a height measured perpendicular to the base 23, which is, for example, less than 100 micrometers and greater than the height of the roughness peaks of the base 23.
  • the elevations 22 can be arranged side by side as desired, for example in one or more rows 24 which are transverse to the flow (FIG. 2).
  • the rows 24 are arranged one behind the other as seen in the direction of flow, with the elevations 22 of a row 24, for example the elevations 22 of the adjacent rows 24 are arranged offset from one another.
  • the elevations 22 can be arranged in the outlet gap 17 and / or with the second trailing edge 19 lying downstream, downstream of the first trailing edge 18.
  • the elevations 22 can be provided on the first wall 15 and / or on the second wall 16.
  • the elevations 22 protrude from one of the two walls 15, 16 into the outlet gap 17 and can extend as far as the opposite wall 15, 16.
  • the bumps or elevations 22 are, for example, cylindrical, tetrahedral, pyramidal, conical, prismatic, cuboid, hemispherical, knob-shaped or similar.
  • the elevations 22 can be aligned with the flow as desired, for example the elevations 22 can be aligned with an edge or a surface in the direction of the flow.
  • Pyramids and tetrahedra have a streamlined shape that avoids or at least reduces flow turbulence on the downstream side, so that little or no deposits occur on the downstream side of the pyramids or tetrahedra.
  • the fuel is conducted in the valve housing 1 starting from the inlet channel 2 to the valve closing body 8 upstream of the sealing seat 11.
  • Fuel injection valve lifts the valve closing body 8 from the sealing seat 11, so that fuel flows through an outlet opening formed between the valve closing body 8 and the valve seat 9 into the fuel jet Outlet gap 17 of the flow outlet region 14 flows out.
  • Flow exit area 14 of the fuel injection valve downstream of the second trailing edge 19 as a complete free jet and breaks down into many small individual drops. The smaller the average drop diameter, the lower the consumption of the internal combustion engine and the lower the exhaust gas emissions.
  • the fuel jet emerging through the outlet gap 17 when the fuel injection valve is open flows around and / or overflows the elevations 22, considerable turbulence being generated in the flow, which excite vibrations on the surface of the fuel jet. Due to the vibrations on the surface of the fuel jet, the fuel jet breaks up into particularly small drops. This improvement in atomization is achieved without using additional energy.
  • the arrangement of the elevations 22 in the flow exit area 14 is therefore a simple and inexpensive way of producing smaller drop diameters than in the prior art.
  • the fuel jet is already divided into many individual jets when flowing around and / or overflowing the elevations 22, since the flow follows the oblique surfaces transversely to Main flow is deflected and tears off at the downstream edges of the elevations 22 as a free jet.
  • the individual jets generated on the elevations 22 have a larger jet surface overall than the fuel jet upstream of the elevations 22.
  • the elevations 22 are also produced, for example, by roughening, sandblasting, roller burnishing, micro-embossing, laser ablation, etching, micro-electroplating or applying a coating.
  • FIG. 2 shows, in a plan view, a simplified partial view of the first exemplary embodiment according to FIG.
  • the parts that remain the same or have the same effect as the fuel injector according to FIG. 1 are identified by the same reference numerals.
  • FIG 3 shows in a partial section, simplified, a second exemplary embodiment of a fuel injection valve.
  • the fuel injector according to FIG. 3 differs from the fuel injector according to FIG. 1 in that the elevations 22 are not designed as pyramids but as cylinders.
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of a fuel injection valve in simplified form in a partial section.
  • the fuel injection valve according to FIG. 4 differs from the fuel injection valve according to FIG. 1 in that the elevations 22 are not designed as pyramids but as tetrahedra.
  • the height of the elevations 22, for example the tetrahedron, can decrease or increase gradually or continuously in the flow direction. Since the individual beams 26 tearing off at the elevations 22 tear off as a free jet at different distances from the base area 23, there are few collisions between the individual beams 26, so that these are retained and have a large surface area.
  • the height of the elevations 22 of a row 24 is constant, for example, but can also be changed, for example according to a sine curve.
  • FIG. 5 shows, in a top view, a simplified partial view of the third exemplary embodiment according to FIG.
  • the parts that remain the same or have the same effect as the fuel injection valve according to FIG. 1 are identified by the same reference numerals.
  • FIG. 6 shows, in a partial section, a fourth exemplary embodiment of a fuel injector in a simplified manner.
  • the parts that are the same or have the same effect as the fuel injection valve according to FIGS. 1 to 5 are identified by the same reference numerals.
  • the fuel injector according to FIG. 6 differs from the fuel injector according to FIG. 1 in that the elevations 22 are designed as knobs.
  • the elevations 22 are applied galvanically, for example, as a structural layer 25.
  • the structural layer 25 consists of a flat layer 26 on which, for example, hemispherical elevations 22 are provided.
  • the structure layer 25 is made of chrome, for example. The diameter of the hemispherical
  • Elevations 22 are, for example, between 0 and 30 micrometers.
  • the structure layer 25 can be produced, for example, by means of a known structure chromium process.
  • the thickness of the structural layer 25 continuously decreases, for example, at an edge of the structural layer 25 facing the sealing seat 11, in order to avoid a step that disturbs the fuel flow.
  • the production of the structural layer 25 does not require high-precision machining of the surface and is therefore simple and inexpensive.
  • FIG. 7 shows in a partial section, simplified, a fifth exemplary embodiment of a fuel injector.
  • the parts that are the same or have the same effect as the fuel injection valve according to FIGS. 1 to 6 are identified by the same reference numerals.
  • the fuel injector according to FIG. 7 differs from the fuel injector according to FIG. 1 in that the elevations 22 in the outlet gap 17 of the
  • Flow exit area 14 are arranged and extend from the first wall 15 to the second wall 16.
  • a so-called vortex trail is formed in the flow downstream of each elevation 22, which is also referred to as Karmann ⁇ see vortex street.
  • vortices periodically detach from each elevation 22 in the
  • FIG. 8 shows a simplified so-called A-valve
  • Valve closing body 8 performs a stroke seen in the flow direction to the outside.
  • the first wall 15 on the valve seat 9 and the second wall 16 is at the t
  • Valve closing body 8 formed.
  • the valve closing body 8 widens from an end of the needle shaft 7 facing away from the actuator 3 in the flow direction up to the second trailing edge 19, which is downstream in the flow direction compared to the first trailing edge 18 formed on the valve seat 9.
  • the valve seat 9 widens downstream of the sealing seat 11 up to the first trailing edge 18.
  • the outlet gap 17 is provided between the valve closing body 8 and the valve seat 9.
  • the elevations 22 are provided, for example, on the valve closing body 8 downstream of the sealing seat 11 and upstream of the second trailing edge 19 and / or on the valve seat 9 downstream of the sealing seat 11 and upstream of the first trailing edge 18.
  • FIG. 9 shows in simplified form a so-called I-valve, the valve closing body 8 of which carries out a stroke against the flow direction inwards.
  • the first wall 15 and the second wall 16, which are formed on a valve seat body 31, form the outlet gap 17 which is designed as a flow channel.
  • the flow channel downstream of the valve seat is, for example, cylindrical in a first region 29 and then widens in a second Area 30 conical in the direction of flow.
  • the first trailing edge 18 and the second trailing edge 19 lie in one plane.
  • the elevations 22 are arranged, for example, in the second region 30.
  • the fuel injection valve When the fuel injection valve is open, the fuel is set into rotation, for example by means of a swirl disk, not shown, so that the flow entering the outlet gap 17 forms a rotationally symmetrical lamella due to the centrifugal force and flows along the first wall 15 and the second wall 16.
  • the fuel flows around and overflows the elevations 22 and is atomized downstream of the elevations 22.

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Abstract

Bekannte Brennstoffeinspritzventile haben einen Ventilschliesskörper, der mit einem Dichtsitz eines Ventilsitzes zusammenwirkt, und einen stromab des Dichtsitzes angeordneten Strömungsaustrittsbereich, wobei das mit den Brennstoffeinspritzventilen erzeugte Kraftstoffspray einen mittleren Tropfendurchmesser aufweist, der für zukünftige Abgasemissionsvorschriften nicht hinreichend gering ist. Bei dem erfindungsgemässen Brennstoffeinspritzventil wird auf einfache Art und Weise die Zerstäubung verbessert und der gemittelte Tropfendurchmesser ohne zusätzliche Hilfsenergie verringert. Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, in dem Strömungsaustrittsbereich (14) die Kraftstoffströmung beeinflussende Erhebungen (22) anzuordnen.

Description

Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Brennstoffeinspritzventil aus der
US 4 759 335 bekannt mit einem Ventilschließkörper, der mit einem Dichtsitz eines Ventilsitzes zusammenwirkt, und mit einem stromab des Dichtsitzes angeordneten
Strömungsaustrittsbereich. Das bekannte
Brennstoffeinspritzventil erzeugt ein Spray, dessen mittlerer Tropfendurchmesser für zukünftige
Abgasemissionsvorschriften nicht hinreichend gering ist.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise die Zerstäubung verbessert wird, indem in dem Strömungsaustrittsbereich die KraftstoffStrömung beeinflussende Unebenheiten bzw. Erhebungen angeordnet sind. Auf diese Weise kann der mittlere Tropfendurchmesser des Sprays ohne Aufwendung von zusätzlicher Hilfsenergie verringert werden, so daß geringere Abgasemissionen erreichbar sind.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Strömungsaustrittsbereich durch eine erste Wandung und eine der ersten Wandung gegenüberliegende zweite Wandung gebildet ist, wobei zwischen der ersten Wandung und der zweiten Wandung ein Austrittsspalt gebildet ist, da der Kraftstoffstrahl auf diese Weise definiert geführt aus dem Brennstoffeinspritzventil ausströmt.
Auch vorteilhaft ist, wenn in Strömungsrichtung gesehen die zweite Wandung mit einer zweiten Abströmkante nach der ersten Wandung mit einer ersten Abströmkante endet, da dies eine besonders einfache Ausführungsform darstellt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel haben die Erhebungen eine senkrecht zu einer Oberfläche des Strömungsaustrittsbereichs gemessene Höhe, die kleiner ist als 100 Mikrometer und größer ist als die Rauhigkeitsspitzen der Grundfläche.
Sehr vorteilhaft ist, wenn die Erhebungen im Austrittsspalt angeordnet sind, da auf diese Weise eine sogenannte Karmann Λsche Wirbelstraße erzeugbar ist, deren periodisch ablösende Wirbel Turbulenz erzeugen, so daß der Kraftstoffstrahl in kleinere Tropfen als beim Stand der Technik zerfällt. Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Erhebungen stromab der ersten Abströmkante angeordnet sind, da der Kraftstoffstrahl auf diese Weise bereits an den Erhebungen in viele Einzelstrahlen mit großer Strahloberfläche zerfällt.
Des weiteren vorteilhaft ist, wenn die Erhebungen zylinderförmig, tetraederförmig, pyramidenförmig, kegelförmig, prismaförmig, quaderförmig, halbkugelförmig oder noppenförmig ausgebildet sind, da auf diese Weise eine hinreichend große Turbulenz in dem aus dem Brennstoffeinspritzventil austretenden Kraftstoffstrahl erzeugbar ist, um die Oberfläche des KraftstoffStrahls zum Schwingen anzuregen und den Kraftstoffstrahl dadurch in sehr kleine Tropfen zu zerstäuben.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Höhe der Erhebungen stromabwärts kontinuierlich oder stufenförmig ansteigt oder abnimmt, da der Kraftstoffstrahl an den Erhebungen in viele Einzelstrahlen aufgespalten wird, die dann stromab weniger häufig mit anderen Einzelstrahlen kollidieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Erhebungen in quer zur Strömung vorgesehenen Reihen angeordnet, wobei die Reihen beispielsweise zueinander versetzt vorgesehen sind.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, die Erhebungen mittels Aufrauhen, Mikroprägen, Laserabtragen, Ätzen, Mikrogalvanik oder Aufbringen einer Beschichtung zu erzeugen, da dies geeignete Verfahren zum Herstellen der Erhebungen sind. Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen Fig.l ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils, Fig.2 eine abschnittsweise Draufsicht auf das erste Ausführungsbeispiel, Fig.3 ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig.4 ein drittes Ausführungsbeispiel, Fig.5 eine abschnittsweise Draufsicht auf das dritte Ausführungsbeispiel, Fig.6 ein viertes Ausführungsbeispiel, Fig.7 ein fünftes Ausführungsbeispiel, Fig.8 ein sogenanntes A-Ventil und Fig.9 ein sogenanntes I- Ventil.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig.l zeigt vereinfacht ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Brennstoffeinspritzventils .
Das Brennstoffeinspritzventil dient dazu, Kraftstoff als Spray fein zu zerstäuben, um den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen zu senken. Der Kraftstoff wird beispielsweise bei der sogenannten Saugrohreinspritzung in ein Ansaugrohr oder bei der sogenannten Direkteinspritzung direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt .
Das Brennstoffeinspritzventil hat ein Ventilgehäuse 1 mit einem Eingangskanal 2 für den Kraftstoff. In dem Ventilgehäuse 1 ist ein schematisch dargestellter Aktor 3 zur axialen Verstellung einer Ventilnadel 4 angeordnet. Der Aktor 3 ist beispielsweise ein mit einer erregbaren Spule zusammenwirkender Magnetanker, ein Hydraulikelement, ein Piezoaktor oder ähnliches.
Die Ventilnadel 4 ist in dem Ventilgehäuse 1 axial beweglich vorgesehen und weist beispielsweise einen dem Aktor 3 zugewandten Nadelschaft 7 und einen dem Aktor 3 abgewandten Ventilschließkörper 8 auf. Der Aktor 3 überträgt seine Bewegung direkt oder indirekt auf den Nadelschaft 7 der Ventilnadel 4, wodurch der mit einem Ventilsitz 9 zusammenwirkende Ventilschließkörper 8 das
Brennstoffeinspritzventil in Richtung einer Ventilachse 5 öffnet oder schließt. Das Brennstoffeinspritzventil weist beispielsweise einen sogenannten Kugel-Kegelsitz auf, wobei der Ventilsitz 9 beispielsweise kegelförmig ausgebildet ist und der Ventilschließkörper 8 einen mit dem Ventilsitz 9 zusammenwirkenden Kugel- oder Radienabschnitt 10 aufweist. Das Brennstoffeinspritzventil kann aber selbstverständlich auch eine andere Ausbildung, beispielsweise einen Kugel- Kugelsitz, einen Kegel-Kegelsitz oder einen Kegel-Kugelsitz aufweisen. Bei geschlossenem Brennstoffeinspritzventil liegt der Ventilschließkörper 8 über seinen gesamten Umfang an dem Ventilsitz 9 mit Linien- oder Flächenberührung dicht an, was im folgenden als Dichtsitz 11 bezeichnet wird.
Stromab des Ventilsitzes 9 schließt sich ein
Strömungsaustrittsbereich 14 an, von dem aus der Kraftstoff als sogenannter Freistrahl der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft zugemischt wird.
Der Strömungsaustrittsbereich 14 ist durch eine erste
Wandung 15 und eine der ersten Wandung 15 gegenüberliegende zweite Wandung 16 gebildet, wobei zwischen der ersten Wandung 15 und der zweiten Wandung 16 ein Austrittsspalt 17 gebildet ist, durch den der Kraftstoff 20 bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil ausströmt. Die erste Wandung 15 erstreckt sich vom Dichtsitz 11 ausgehend bis zu einer ersten Abströmkante 18 und die zweite Wandung 16 vom Dichtsitz 11 ausgehend in Strömungsrichtung bis zu einer zweiten Abströmkante 19.
Die erste Wandung 15 und die zweite Wandung 16 können beispielsweise einteilig miteinander verbunden oder auch jeweils an einem separaten Teil vorgesehen sein. Der Austrittsspalt 17 ist als ein geschlossener Strömungskanal ausgeführt, dessen Querschnitt beliebige Form haben kann, beispielsweise kreisförmig, ringförmig oder rechteckförmig. Die zweite Wandung 16 mit der zweiten Abströmkante 19 endet auf der dem Dichtsitz 11 abgewandten Seite stromab der ersten Abströmkante 18 der ersten Wandung 15. Die erste Abströmkante 18 und die zweite Abströmkante 19 können aber selbstverständlich auch in einer gleichen zur Ventilachse 5 senkrechten Ebene liegen.
Erfindungsgemäß sind in dem Strömungsaustrittsbereich 14 Unebenheiten bzw. Erhebungen 22 angeordnet, die in die
KraftstoffStrömung hineinragen und diese auf diese Weise beeinflussen bzw. stören.
Die Erhebungen 22 sind gegenüber einer beispielsweise an der zweiten Wandung 16 ausgebildeten Grundfläche 23 des
Strömungsaustrittsbereichs 14 erhaben ausgebildet und haben eine senkrecht zu der Grundfläche 23 gemessene Höhe, die beispielsweise kleiner als 100 Mikrometer und größer ist als die Höhe der Rauhigkeitsspitzen der Grundfläche 23.
Die Erhebungen 22 können beliebig nebeneinander angeordnet sein, beispielsweise in einer oder mehreren, quer zur Strömung stehenden Reihen 24 (Fig.2). Die Reihen 24 sind in Strömungsrichtung gesehen hintereinander angeordnet, wobei beispielsweise jeweils die Erhebungen 22 einer Reihe 24 zu den Erhebungen 22 der benachbarten Reihen 24 zueinander versetzt angeordnet sind.
Die Erhebungen 22 können in dem Austrittsspalt 17 und/oder bei stromabwärts liegender zweiter Abströmkante 19 stromab der ersten Abströmkante 18 angeordnet sein. Die Erhebungen 22 können an der ersten Wandung 15 und/oder an der zweiten Wandung 16 vorgesehen sein. Die Erhebungen 22 ragen von einer der beiden Wandungen 15,16 ausgehend in den Austrittsspalt 17 hinein und können bis an die gegenüberliegende Wandung 15,16 reichen.
Die Unebenheiten bzw. Erhebungen 22 sind beispielsweise zylinderförmig, tetraederförmig, pyramidenförmig, kegelförmig, prismaförmig, quaderförmig, halbkugelförmig, noppenförmig oder ähnlich ausgebildet.
Die Ausrichtung der Erhebungen 22 zur Strömung ist beliebig, beispielsweise können die Erhebungen 22 mit einer Kante oder einer Fläche in Richtung der Strömung ausgerichtet sein.
Pyramiden und Tetraeder haben eine strömungsgünstige Form, die Strömungsverwirbelungen auf der stromabwärtigen Seite vermeidet oder zumindest verringert, so daß keine oder nur wenig Ablagerungen an der stromabwärtigen Seite der Pyramiden oder Tetraeder auftreten.
Der Kraftstoff wird im Ventilgehäuse 1 ausgehend vom Eingangskanal 2 bis an den Ventilschließkörper 8 stromauf des Dichtsitzes 11 geleitet. Beim Öffnen des
Brennstoffeinspritzventils hebt der Ventilschließkörper 8 von dem Dichtsitz 11 ab, so daß Kraftstoff über eine zwischen dem Ventilschließkörper 8 und dem Ventilsitz 9 gebildete Ausgangsöffnung als Kraftstoffstrahl in den Austrittsspalt 17 des Strömungsaustrittsbereichs 14 ausströmt.
In dem Austrittsspalt 17 wird der Kraftstoffstrahl über den gesamten Umfang durch die Fläche des
Strömungsaustrittsbereichs 14 geführt, während der Kraftstoffstrahl bei in Strömungsrichtung stromabwärts liegender zweiter Abströmkante 19 stromab der ersten Abströmkante 18 als Teilfreistrahl nur noch teilweise am Umfang geführt ist. Der Kraftstoffstrahl verläßt den
Strömungsaustrittsbereich 14 des Brennstoffeinspritzventils stromab der zweiten Abströmkante 19 als vollständiger Freistrahl und zerfällt in viele kleine Einzeltropfen. Je geringer der gemittelte Tropfendurchmesser ist, desto geringer ist der Verbrauch der Brennkraftmaschine und desto geringer sind die Abgasemissionen.
Der bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil durch den Austrittsspalt 17 austretende Kraftstoffstrahl umströmt und/oder überströmt die Erhebungen 22, wobei in der Strömung erhebliche Turbulenzen erzeugt werden, die an der Oberfläche des KraftstoffStrahls Schwingungen anregen. Durch die Schwingungen an der Oberfläche des KraftstoffStrahls zerfällt der Kraftstoffstrahl in besonders kleine Tropfen. Diese Verbesserung der Zerstäubung ist erreicht, ohne zusätzliche Energie aufzuwenden. Die Anordnung der Erhebungen 22 im Strömungsaustrittsbereich 14 ist daher eine einfache und kostengünstige Art und Weise, kleinere Tropfendurchmesser als beim Stand der Technik zu erzeugen.
Wenn die Erhebungen 22, wie beispielsweise die Pyramiden und die Tetraeder, schräge Flächen aufweisen, wird der Kraftstoffstrahl beim Umströmen und/oder Überströmen der Erhebungen 22 bereits in viele Einzelstrahlen geteilt, da die Strömung den schrägen Flächen folgend quer zur Hauptströmung abgelenkt wird und jeweils an den stromabwärtigen Kanten der Erhebungen 22 als Freistrahl abreißt. Die an den Erhebungen 22 erzeugten Einzelstrahlen haben insgesamt eine größere Strahloberfläche als der Kraftstoffstrahl stromauf der Erhebungen 22.
Die Erhebungen 22 sind beispielsweise auch mittels Aufrauhen, Sandstrahlen, Rollieren, Mikroprägen, Laserabtragen, Ätzen, Mikrogalvanik oder Aufbringen einer Beschichtung erzeugt.
Fig.2 zeigt in einer Draufsicht vereinfacht eine Teilansicht des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig.l. Bei dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.2 sind die gegenüber dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.l gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .
Fig.3 zeigt in einem Teilschnitt vereinfacht ein zweites Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils .
Bei dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.3 sind die gegenüber dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.l und Fig.2 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das Brennstoffeinspritzventil nach Fig.3 unterscheidet sich von dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.l darin, daß die Erhebungen 22 nicht als Pyramiden, sondern als Zylinder ausgebildet sind.
Fig.4 zeigt in einem Teilschnitt vereinfacht ein drittes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils .
Bei dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.4 sind die gegenüber dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.l bis Fig.3 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das Brennstoffeinspritzventil nach Fig.4 unterscheidet sich von dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.l darin, daß die Erhebungen 22 nicht als Pyramiden, sondern als Tetraeder ausgebildet sind.
Die Höhe der Erhebungen 22, beispielsweise der Tetraeder, kann in Strömungsrichtung stufenweise oder kontinuierlich abnehmen oder zunehmen. Da die an den Erhebungen 22 abreißenden Einzelstrahlen 26 im unterschiedlichen Abstand zur Grundfläche 23 als Freistrahl abreißen, kommt es zu wenig Kollisionen zwischen den Einzelstrahlen 26, so daß diese erhalten bleiben und eine große Oberfläche aufweisen.
Die Höhe der Erhebungen 22 einer Reihe 24 ist beispielsweise konstant, kann aber auch verändert werden, beispielsweise gemäß einer Sinuskurve.
Fig.5 zeigt in einer Draufsicht vereinfacht eine Teilansicht des dritten Ausführungsbeispiels gemäß Fig.4. Bei dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.5 sind die gegenüber dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.l gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig.6 zeigt in einem Teilschnitt vereinfacht ein viertes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils .
Bei dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.6 sind die gegenüber dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.l bis Fig.5 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Das Brennstoffeinspritzventil nach Fig.6 unterscheidet sich von dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.l darin, daß die Erhebungen 22 als Noppen ausgebildet sind.
Die Erhebungen 22 sind beispielsweise als eine Strukturschicht 25 galvanisch aufgetragen. Die Strukturschicht 25 besteht aus einer ebenen Schicht 26, auf der beispielsweise halbkugelförmige Erhebungen 22 vorgesehen sind. Die Strukturschicht 25 ist beispielsweise aus Chrom hergestellt. Der Durchmesser der halbkugelförmigen
Erhebungen 22 liegt beispielsweise zwischen 0 und 30 Mikrometern. Die Strukturschicht 25 läßt sich beispielsweise mittels eines bekannten Strukturchromverfahrens herstellen. Die Dicke der Strukturschicht 25 nimmt beispielsweise an einem dem Dichtsitz 11 zugewandten Rand der Strukturschicht 25 kontinuierlich ab, um einen die KraftstoffStrömung störenden Absatz zu vermeiden.
Die Herstellung der Strukturschicht 25 erfordert keine hochpräzise Bearbeitung der Oberfläche und ist daher einfach und kostengünstig.
Fig.7 zeigt in einem Teilschnitt vereinfacht ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils .
Bei dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.7 sind die gegenüber dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.l bis Fig.6 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Das Brennstoffeinspritzventil nach Fig.7 unterscheidet sich von dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.l darin, daß die Erhebungen 22 im Austrittsspalt 17 des
Strömungsaustrittsbereichs 14 angeordnet sind und von der ersten Wandung 15 zur zweiten Wandung 16 reichen. Bei Anordnung der Erhebungen 22 im Austrittsspalt 17 bildet sich in der Strömung stromab jeder Erhebung 22 eine sogenannte Wirbelschleppe aus, die auch als Karmann Λsehe Wirbelstraße bezeichnet wird. Mit der Strömung lösen periodisch Wirbel von jeder Erhebung 22 ab, die in der
( Strömung zusätzliche Turbulenz erzeugen und auf diese Weise ein Zerfallen des KraftstoffStrahls in möglichst kleine Tropfen fördern. Je kleiner der angeströmte Querschnitt der Erhebung 22 ist und je kleiner die Abstände zwischen den Erhebungen 22 sind, desto höher ist die von der Wirbelschleppe erzeugte Turbulenz. Das Versetzen der einzelnen Reihen 24 zueinander erhöht ebenso die Turbulenz im Kraftstoffstrahl . Fig.8 zeigt vereinfacht ein sogenanntes A-Ventil, dessen
Ventilschließkörper 8 einen Hub in Strömungsrichtung gesehen nach außen ausführt.
Bei dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.8 sind die gegenüber dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.l bis Fig.7 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Wandung 15 am Ventilsitz 9 und die zweite Wandung 16 an tdem
Ventilschließkörper 8 ausgebildet. Der Ventilschließkörper 8 erweitert sich von einem dem Aktor 3 abgewandten Ende des Nadelschafts 7 ausgehend in Strömungsrichtung bis zu der zweiten Abströmkante 19, die gegenüber der an dem Ventilsitz 9 ausgebildeten ersten Abströmkante 18 in Strömungsrichtung stromabwärts liegt. Der Ventilsitz 9 erweitert sich stromab des Dichtsitzes 11 bis zu der ersten Abströmkante 18.
Zwischen dem Ventilschließkörper 8 und dem Ventilsitz 9 ist der Austrittsspalt 17 vorgesehen. Die Erhebungen 22 sind beispielsweise am Ventilschließkörper 8 stromab des Dichtsitzes 11 und stromauf der zweiten Abströmkante 19 und/oder am Ventilsitz 9 stromab des Dichtsitzes 11 und stromauf der ersten Abströmkante 18 vorgesehen.
Fig.9 zeigt vereinfacht ein sogenanntes I-Ventil, dessen Ventilschließkörper 8 einen Hub entgegen der Strömungsrichtung nach innen ausführt.
Bei dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.9 sind die gegenüber dem Brennstoffeinspritzventil nach Fig.l bis Fig.8 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel bilden die erste Wandung 15 und die zweite Wandung 16, die an einem Ventilsitzkörper 31 ausgebildet sind, den als Strömungskanal ausgebildeten Austrittsspalt 17. Der Strömungskanal ist stromab des Ventilsitzes in einem ersten Bereich 29 beispielsweise zylindrisch ausgeführt und erweitert sich anschließend in einem zweiten Bereich 30 in Strömungsrichtung kegelförmig. Die erste Abströmkante 18 und die zweite Abströmkante 19 liegen in einer Ebene. Die Erhebungen 22 sind beispielsweise in dem zweiten Bereich 30 angeordnet.
Bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil wird der Kraftstoff beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Drallscheibe in Rotation versetzt, so daß die in den Austrittsspalt 17 eintretende Strömung durch die Zentrifugalkraft eine rotationssymmetrische Lamelle bildet und an der ersten Wandung 15 und der zweiten Wandung 16 entlang strömt. Dabei umströmt und überströmt der Kraftstoff die Erhebungen 22 und wird stromab der Erhebungen 22 fein zerstäubt.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil mit einem Ventilschließkörper, der mit einem Dichtsitz eines Ventilsitzes zusammenwirkt, und mit einem stromab des Dichtsitzes angeordneten Strömungsaustrittsbereich für Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strömungsaustrittsbereich (14) die KraftstoffStrömung beeinflussende Erhebungen (22) angeordnet sind.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsaustrittsbereich (14) durch eine erste Wandung (15) und eine der ersten Wandung (15) gegenüberliegende zweite Wandung (16) gebildet ist, wobei zwischen der ersten Wandung (15) und der zweiten Wandung (16) ein Austrittsspalt (17) vorgesehen ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (22) an der ersten Wandung (15) und/oder an der zweiten Wandung (16) des Strömungsaustrittsbereichs (14) angeordnet sind.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wandung (16) mit einer zweiten Abströmkante (19) gegenüber der ersten Wandung (15) mit einer ersten Abströmkante (13) in Strömungsrichtung nach der ersten Abströmkante (18) endet .
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (22) eine senkrecht zu einer Oberfläche (23) des Strömungsaustrittsbereichs (14) gemessene Höhe aufweisen, die kleiner ist als 100 Mikrometer und größer ist als die Rauhigkeitsspitzen der Oberfläche (23) .
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (22) im Austrittsspalt (17) angeordnet sind.
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (22) stromab der ersten Abströmkante (18) angeordnet sind.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (22) zylinderförmig, tetraederförmig, pyramidenförmig, kegelförmig, prismaförmig, quaderförmig, halbkugelförmig oder noppenförmig ausgebildet sind.
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Erhebungen (22) stromabwärts kontinuierlich oder stufenförmig ansteigt oder abnimmt.
10.Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (22) in einer oder mehreren, quer zur Strömung angeordneten Reihen (24) vorgesehen sind.
11.Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (22) von Reihe (24) zu Reihe (24) zueinander versetzt angeordnet sind.
12. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (22) mittels Aufrauhen, Mikroprägen, Laserabtragen, Ätzen, Mikrogalvanik oder Aufbringen einer Beschichtung erzeugt sind.
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