WO2006040246A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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WO2006040246A1
WO2006040246A1 PCT/EP2005/054698 EP2005054698W WO2006040246A1 WO 2006040246 A1 WO2006040246 A1 WO 2006040246A1 EP 2005054698 W EP2005054698 W EP 2005054698W WO 2006040246 A1 WO2006040246 A1 WO 2006040246A1
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WO
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fuel injection
injection valve
valve according
diameter
valve seat
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/054698
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Gesk
Guenter Dantes
Joerg Heyse
Andreas Krause
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
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Priority to US11/664,858 priority Critical patent/US20090200402A1/en
Priority to EP05794491A priority patent/EP1799996B1/de
Priority to CN2005800341857A priority patent/CN101035980B/zh
Priority to JP2007535135A priority patent/JP4646256B2/ja
Priority to DE502005009285T priority patent/DE502005009285D1/de
Publication of WO2006040246A1 publication Critical patent/WO2006040246A1/de

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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
    • F02M61/18Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1853Orifice plates

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
  • DE 4221 185 A1 already discloses a fuel injection valve which has a perforated disc with a plurality of outlet openings downstream of a fixed valve seat.
  • the perforated disc is initially provided with at least one outlet opening by punching, which runs parallel to the valve longitudinal axis. Then, the perforated disc is plastically deformed in its central region, which has the outlet openings, by deep drawing, so that the outlet openings extend inclined relative to the longitudinal axis of the valve and engage in
  • a fuel injection valve is already known in which a perforated disc with a plurality of outlet openings is provided downstream of the valve seat.
  • an inlet opening with a larger diameter is formed between an outlet opening in the valve seat body and the perforated disk, which forms an annular inflow cavity for the outlet openings.
  • the outlet openings of the perforated disc are in direct flow communication with the inflow opening and the annular inflow cavity and are thereby from the upper boundary of the inflow opening covered. In other words, there is a complete offset from the outlet port defining the inlet of the inflow port and the outlet ports.
  • valve seat body should in no case limit or cover the inlet openings in the upper functional level of the perforated disc.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that in a simple manner uniform atomization of the fuel is achieved, with a particularly high quality of preparation and Zerstäubungsgüte is achieved with very small fuel droplets.
  • This is achieved in an advantageous manner in that downstream of a valve seat, a perforated disc is provided as atomizing disc with a specific geometry of the outlet openings.
  • fuel sprays can be sprayed off with an atomization quality which is about 20 ⁇ m for the SMD, the so-called Sauter Mean Diameter of the fuel droplets, as an essential measure of the atomization quality.
  • the horizontal velocity components of the flow entering the outlet openings are not obstructed by the wall of the respective outlet opening at the entrance level, so that the fuel jet, when leaving the outlet opening, has the full intensity of the horizontal components generated in the onflow cavity and therefore fanned with maximum atomization.
  • an inflow opening with the annular Anströmhohlraum is provided, which is greater than an outlet opening downstream of the valve seat.
  • the valve seat body already assumes the function of influencing the flow in the perforated disk.
  • the formation of the inflow opening achieves an S-blow in the flow for atomization improvement of the fuel, since the valve-seat body with the upper boundary of the inflow opening covers the outlet openings of the perforated disk.
  • the perforated disks can be produced in a reproducible manner in an extremely precise and cost-effective manner in very large numbers simultaneously.
  • this production allows an extremely large design freedom, since the contours of the openings in the perforated disc can be selected freely.
  • FIG. 1 shows a partially illustrated injection valve
  • Figure 2 shows the detail II in Figure 1 with a Anströmhohlraum in the valve seat body and a plurality of outlet openings perforated disc in an enlarged view
  • Figure 3 shows a first embodiment of an inventively shaped outlet opening
  • Figure 4 shows a second embodiment an outlet opening formed according to the invention
  • FIGS. 5A to 5C show three production steps for producing a perforated disk according to the invention in the region of an outlet opening.
  • FIG. 1 is shown as an embodiment, a valve in the form of an injection valve for fuel injection systems of mixture-compression spark-ignition internal combustion engines partially.
  • the injection valve has a tubular valve seat carrier 1, which only schematically indicates a part of a valve housing and in which a longitudinal opening 3 is formed concentrically to a valve longitudinal axis 2.
  • a longitudinal opening 3 is formed concentrically to a valve longitudinal axis 2.
  • Spherical valve closing body 7 on whose circumference, for example, five flats 8 are provided for flowing past the fuel, is firmly connected.
  • the actuation of the injection valve takes place in a known manner, for example electromagnetically.
  • a schematically indicated electromagnetic circuit with a solenoid 10, an armature 11 and a core 12.
  • the armature 11 is connected to the valve closing body. 7 opposite end of the valve needle 5 by eg a trained by a laser weld and aligned with the core 12.
  • valve seat body 16 In the downstream end of the valve seat carrier 1 is a valve seat body 16, e.g. tightly assembled by welding. On its lower end face 17 facing away from the valve closing body 7, the valve seat body 16 is stepped, with a depression 20 being provided in a middle region around the valve longitudinal axis 2, in which a flat, single-pored perforated disk 23 is introduced.
  • the perforated disc 23 has a plurality of outlet openings 24, ideally up to four hundred outlet openings 24 due to the small opening widths.
  • an inflow opening 19 Upstream of the recess 20 and thus of the outlet openings 24 of the perforated disc 23, an inflow opening 19 is provided in the valve seat body 16, via which the individual outlet openings 24 are flown.
  • the inflow opening 19 has a
  • Diameter which is greater than the opening width of an outlet opening 27 in the valve seat body 16, from which the fuel flows incoming into the inflow opening 19 and ultimately into the outlet openings 24.
  • the inflow opening 19 is designed in the immediate inflow region of the outlet openings 24 with a special geometry.
  • the annular region of the inflow opening 19 which is larger in diameter relative to the outlet opening 27 is shown enlarged in FIG. 2 and is referred to below as the inflow cavity 26.
  • valve seat body 16 and perforated disc 23 are effected for example by a circumferential and dense, formed by a laser weld 25, which is placed outside of the inflow opening 19. After attachment of the perforated disc 23, this is sunk in the recess 20 opposite the end face 17th
  • the insertion depth of the valve seat body 16 with the perforated disc 23 in the L Lucassöfmung 3 determines the size of the stroke of the valve needle 5, since the one end position of the valve needle 5 with non-energized solenoid 10 by the system of the valve closing body 7 at a downstream conically tapered valve seat surface 29 of the valve seat body 16 is set.
  • the other end position of the valve needle 5 is fixed in the excited magnet coil 10, for example, by the system of the armature 11 to the core 12. The path between these two end positions of the valve needle 5 thus represents the hub.
  • the outlet openings 24 of the perforated disc 23 are in direct flow communication with the inflow opening 19 and the annular inflow cavity 26 and are thereby covered by the upper boundary of the inflow opening 19. In other words, there is a complete offset of the outlet opening 27 and the outlet openings 24 defining the inlet of the inflow opening 19. Due to the radial offset of the outlet openings 24 with respect to the outlet opening 27 results in an S-shaped flow pattern of the medium, here the fuel.
  • the perforated disc 23 is produced by means of galvanic metal deposition, wherein the production of the single-layer perforated disc 23 is particularly advantageous with the technique of the so-called lateral overgrowth, which is explained in more detail with reference to FIGS. 5A to 5C.
  • FIG. 2 shows an enlarged section II in FIG. 1 for clarifying the geometry of the onflow cavity 26 between a boundary surface 30 of the valve seat body 16 and the perforated disk 23 and the geometry of the outlet openings 24 in the perforated disk 23
  • Valve seat body 16 is configured, for example, such that the boundary surface 30, starting from the outlet opening 27, slopes away from the perforated disc 23 in a radially outwardly inclined manner.
  • entry planes 31 of the outlet openings 24, which extend perpendicular to the valve longitudinal axis 2 have an ever smaller height of the onflow cavity 26 (decrease in the height of the oncoming cavity 26, for example from 100 ⁇ m to 30 ⁇ m) and the flow on the way to the radially outer outlet openings 24 is constantly accelerated.
  • the up to four hundred outlet openings 24 are arranged, for example, on a plurality of concentric circular paths in the perforated disc 23.
  • the distances between the individual outlet openings 24 are, for example, about 120 to 150 ⁇ m.
  • the outlet openings 24 ideally have a trumpet-shaped contour, wherein an upstream inflow region 33 has a cylindrical cross-section.
  • the inflow region 33 has a significantly larger diameter than an immediately following opening region of the actual trumpet-shaped outlet opening 24.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate two exemplary embodiments of outlet openings 24 formed according to the invention.
  • the thickness Hl of the entire perforated disc 23 is about 50 to 100 microns.
  • the inflow region 33 of the outlet opening 24 only has a height H2 of approximately 3 to 5 ⁇ m.
  • the diameter D1 of the inflow region 33 of the outlet opening 24 is e.g. in the order of about 100 to 150 microns and is thus greater than the thickness Hl of the perforated disc 23. In this diameter-large inflow 33 follows so after about 3 to 5 microns axial length of the
  • Outlet opening 24 sharp-edged downstream a significantly smaller diameter portion having a diameter D2 of only about 30 to 100 microns.
  • D2 is thus the narrowest diameter of the entire outlet opening 24.
  • the outlet opening 24 expands, for example, continuously curved, in particular in a trumpet shape with a constant radius R of the curvature of the wall in the downstream direction.
  • a diameter D3 at the exit plane 34 of the outlet opening 24 is achieved, which largely corresponds to the diameter D1 of the inlet plane 31 and thus to the inflow region 33 and is therefore also approximately 100 to 150 ⁇ m.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 4 differs from the outlet opening 24 illustrated in FIG.
  • the trumpet-shaped opening region is subdivided into two sections, a first upstream section 35 having a substantially cylindrical contour, while the second downstream section 36 funnel-shaped contour possesses.
  • the first cylindrical portion 35 has a length H3 of approximately 20 to 50 ⁇ m.
  • the radii R of the curvatures of the walls of both embodiments of the outlet openings 24 are ideally constant and have their center exactly in the lower boundary angle of the inflow 33rd
  • FIGS. 5A to 5C explain the production steps of the production of the perforated disk 23 according to the invention, in particular in the region of an outlet opening 24.
  • a substrate body 37 On a substrate body 37, two photoresist layers 38, 39 are deposited on each other.
  • the second lacquer layer 39 is applied only after the masking, exposure and patterning of the first lacquer layer 38.
  • both resist layers 38, 39 are developed in one step, i. Unexposed areas of the paint layers 38, 39 are removed by wet-chemical means.
  • the coater tower 40 has a significantly larger diameter than in the second lacquer layer 39, which, however, is applied at a significantly greater height.
  • a next process step metal is electroplated onto the substrate body 37 around the paint towers 40 in a one-step process.
  • the electroplating layer 41 initially grows up from the substrate body 37 on the first lacquer layer 38, and overgrows this first lacquer layer 38 on its surface until the electroplating layer 41 completely touches the circumference of the second lacquer layer 39.
  • the electroplating is stopped at the moment in which a small galvanic layer thickness is present at the periphery of the second lacquer layer 39.

Landscapes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil zeichnet sich dadurch aus, dass stromabwärts eines einen festen Ventilsitz (29) aufweisenden Ventilsitzkörpers (16) eine Lochscheibe (23) angeordnet ist, die eine Vielzahl von Auslassöffnungen (24) besitzt. Unmittelbar stromaufwärts der Auslassöffnungen (24) ist eine Zuströmöffnung (19) mit einem ringförmigen Anströmhohlraum (26) vorgesehen. Der Ventilsitzkörper (16) deckt den Anströmhohlraum (26) derart ab, dass die stromabwärtigen Auslassöffnungen (24) der Lochscheibe (23) überdeckt sind. Die Auslassöffnungen (24) besitzen jeweils einen Einströmbereich (33), dessen Durchmesser D1 deutlich größer ist als der Durchmesser D2 eines scharfkantig unmittelbar stromabwärts darauf folgenden Bereichs, der den engsten Querschnitt der Auslassöffnung (24) bildet und von dem aus sich die Auslassöffnung (24) in Strömungsrichtung bis zu einem Durchmesser D3 trompetenförmig erweitert. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.

Description

Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Bekannt ist bereits aus der DE 4221 185 Al ein Brennstoffeinspritzventil, das stromabwärts eines festen Ventilsitzes eine Lochscheibe mit mehreren Auslassöffnungen aufweist. Die Lochscheibe wird zunächst mit zumindest einer Auslassöffnung durch Stanzen versehen, die parallel zur Ventillängsachse verläuft. Dann wird die Lochscheibe in ihrem mittleren Bereich, der die Auslassöffnungen aufweist, durch Tiefziehen plastisch verformt, so dass die Auslassöffnungen geneigt gegenüber der Ventillängsachse verlaufen und sich in
Strömungsrichtung kegelstumpfförmig bzw. konisch erweitern. Auf diese Weise werden gegenüber bis dahin bekannten Einspritzventilen eine gute Aufbereitung und eine gute Strahlstabilität des durch die Auslassöffnungen abgegebenen Mediums erzielt, jedoch ist der Herstellungsprozess der Lochscheibe mit ihren Auslassöffnungen sehr aufwändig. Die Auslassöffnungen sind unmittelbar stromabwärts einer Austrittsöffnung im Ventilsitzkörper vorgesehen und werden insofern direkt angeströmt.
Aus der JP 2001-046919 A ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem stromabwärts des Ventilsitzes eine Lochscheibe mit mehreren Auslassöffnungen vorgesehen ist. Dabei ist zwischen einer Austrittsöffnung im Ventilsitzkörper und der Lochscheibe eine Zuströmöffnung mit größerem Durchmesser ausgebildet, die einen ringförmigen Anströmhohlraum für die Auslassöffnungen bildet. Die Auslassöffnungen der Lochscheibe stehen mit der Zuströmöffnung und dem ringförmigen Anströmhohlraum in unmittelbarer Strömungsverbindung und werden dabei von der oberen Begrenzung der Zuströmöffnung überdeckt. Mit anderen Worten ausgedrückt liegt ein vollständiger Versatz von der den Einlass der Zuströmöffiiung festlegenden Austrittsöffiiung und den Auslassöffiiungen vor. Aufgrund des radialen Versatzes der Auslassöffnungen gegenüber der Austrittsöffnung im Ventilsitzkörper ergibt sich ein S-förmiger Strömungsverlauf des Brennstoffs, der eine zerstäubungsfördernde Maßnahme darstellt. Die den S-förmigen Verlauf der Strömung bestimmende Zuströmöffnung weist eine durchgehend konstante Höhe auf.
Aus der DE 196 07 277 Al ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil mit einer Lochscheibe bekannt, die mehrere, unterschiedliche Öffnungsgeometrien aufweisende Funktionsebenen besitzt. Die einzelnen Funktionsebenen der Lochscheibe werden mittels galvanischer
Metallabscheidung (Multilayergalvanik) aufeinander aufgebaut. Bei diesem Einspritzventil soll der Ventilsitzkörper die Einlassöffnungen in der oberen Funktionsebene der Lochscheibe in keinem Fall begrenzen bzw. überdecken.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise eine gleichmäßige Feinstzerstäubung des Brennstoffs erreicht wird, wobei eine besonders hohe Aufbereitungsqualität und Zerstäubungsgüte mit sehr kleinen Brennstofftröpfchen erzielt wird. Dies wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, dass stromabwärts eines Ventilsitzes eine Lochscheibe als Zerstäuberscheibe mit einer spezifischen Geometrie der Auslassöffnungen vorgesehen ist. Mit der erfindungsgemäßen Lochscheibe lassen sich Brennstoffsprays mit einer Zerstäubungsgüte abspritzen, die ca. 20 μm für den SMD, den sogenannten Sauter Mean Diameter der Brennstofftröpfchen als wesentliches Maß der Zerstäubungsqualität, beträgt.
Die horizontalen Geschwindigkeitskomponenten der in die Auslassöffnungen einmündenden Strömung werden durch die Wandung der jeweiligen Auslassöffnung an der Eintrittsebene nicht behindert, so dass der Brennstoffstrahl beim Verlassen der Auslassöffnung die volle Intensität der in dem Anströmhohlraum generierten Horizontalkomponenten besitzt und deshalb mit maximaler Zerstäubung auffächert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich. In vorteilhafter Weise ist im Ventilsitzkörper stromaufwärts der Auslassöffiiungen eine Zuströmöffiiung mit dem ringförmigen Anströmhohlraum vorgesehen, die größer ist als eine Austrittsöffiiung stromabwärts des Ventilsitzes. Auf diese Weise übernimmt der Ventilsitz- körper bereits die Funktion einer Strömungsbeeinflussung in der Lochscheibe. In besonders vorteilhafter Weise wird durch die Ausbildung der Zuströmöffnung ein S-Schlag in der Strömung zur Zerstäubungsverbesserung des Brennstoffs erreicht, da der Ventilsitzkörper mit der oberen Begrenzung der Zuströmöffnung die Auslassöffnungen der Lochscheibe überdeckt.
Mittels galvanischer Metallabscheidung lassen sich in vorteilhafter Weise die Lochscheiben in reproduzierbarer Weise äußerst präzise und kostengünstig in sehr großen Stückzahlen gleichzeitig herstellen. Außerdem erlaubt diese Herstellungsweise eine extrem große Gestaltungsfreiheit, da die Konturen der Öffnungen in der Lochscheibe frei wählbar sind.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein teilweise dargestelltes Einspritzventil, Figur 2 den Ausschnitt II in Figur 1 mit einem Anströmhohlraum im Ventilsitzkörper und einer eine Vielzahl von Auslassöffnungen aufweisenden Lochscheibe in einer vergrößerten Darstellung, Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgeformten Auslassöffnung, Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgeformten Auslassöffnung und Figuren 5A bis 5C drei Herstellungsschritte der Herstellung einer erfindungsgemäßen Lochscheibe im Bereich einer Auslassöffnung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der Figur 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen teilweise dargestellt. Das Einspritzventil hat einen nur schematisch angedeuteten, einen Teil eines Ventilgehäuses bildenden, rohrförmigen Ventilsitzträger 1, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine z. B. rohrförmige Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 6 mit einem z. B. - A -
kugelförmigen Ventilschließkörper 7, an dessen Umfang beispielsweise fünf Abflachungen 8 zum Vorbeiströmen des Brennstoffs vorgesehen sind, fest verbunden ist.
Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils dient ein schematisch angedeuteter elektromagnetischer Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11 und einem Kern 12. Der Anker 11 ist mit dem dem Ventilschließkörper 7 abgewandten Ende der Ventilnadel 5 durch z.B. eine mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht verbunden und auf den Kern 12 ausgerichtet.
In dem stromabwärts liegenden Ende des Ventilsitzträgers 1 ist ein Ventilsitzkörper 16 z.B. durch Schweißen dicht montiert. An seiner dem Ventilschließkörper 7 abgewandten, unteren Stirnseite 17 ist der Ventilsitzkörper 16 gestuft ausgeführt, wobei in einem mittleren Bereich rund um die Ventillängsachse 2 eine Vertiefung 20 vorgesehen ist, in der eine flache, einlagige Lochscheibe 23 eingebracht ist. Die Lochscheibe 23 weist eine Vielzahl von Auslassöffnungen 24, idealerweise aufgrund der geringen Öffnungsweiten bis zu vierhundert Auslassöffnungen 24 auf. Stromaufwärts der Vertiefung 20 und damit der Auslassöffnungen 24 der Lochscheibe 23 ist im Ventilsitzkörper 16 eine Zuströmöffnung 19 vorgesehen, über die die einzelnen Auslassöffnungen 24 angeströmt werden. Die Zuströmöffnung 19 besitzt dabei einen
Durchmesser, der größer ist als die Öffnungsweite einer Austrittsöffnung 27 im Ventilsitzkörper 16, aus der der Brennstoff kommend in die Zuströmöffnung 19 und letztlich in die Auslassöffnungen 24 einströmt.
Die Zuströmöffnung 19 ist im unmittelbaren Anströmbereich der Auslassöffnungen 24 mit einer besonderen Geometrie ausgeführt. Der gegenüber der Austrittsöffnung 27 durchmessergrößere Ringbereich der Zuströmöffnung 19 ist in der Figur 2 vergrößert dargestellt und wird im Folgenden als Anströmhohlraum 26 bezeichnet.
Die Verbindung von Ventilsitzkörper 16 und Lochscheibe 23 erfolgt beispielsweise durch eine umlaufende und dichte, mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht 25, die außerhalb der Zuströmöffnung 19 platziert ist. Nach der Befestigung der Lochscheibe 23 liegt diese in der Vertiefung 20 versenkt gegenüber der Stirnseite 17. Die Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 16 mit der Lochscheibe 23 in der Längsöfmung 3 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 5, da die eine Endstellung der Ventilnadel 5 bei nicht erregter Magnetspule 10 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 7 an einer sich stromabwärts konisch verjüngenden Ventilsitzfläche 29 des Ventilsitzkörpers 16 festgelegt ist. Die andere Endstellung der Ventilnadel 5 wird bei erregter Magnetspule 10 beispielsweise durch die Anlage des Ankers 11 an dem Kern 12 festgelegt. Der Weg zwischen diesen beiden Endstellungen der Ventilnadel 5 stellt somit den Hub dar.
Die Auslassöffnungen 24 der Lochscheibe 23 stehen mit der Zuströmöffnung 19 und dem ringförmigen Anströmhohlraum 26 in unmittelbarer Strömungsverbindung und werden dabei von der oberen Begrenzung der Zuströmöffnung 19 überdeckt. Mit anderen Worten ausgedrückt liegt ein vollständiger Versatz von der den Einlass der Zuströmöffnung 19 festlegenden Austrittsöffnung 27 und den Auslassöffnungen 24 vor. Aufgrund des radialen Versatzes der Auslassöffnungen 24 gegenüber der Austrittsöffnung 27 ergibt sich ein S-förmiger Strömungsverlauf des Mediums, hier des Brennstoffs.
Durch den sogenannten S-Schlag vor und innerhalb der Lochscheibe 23 mit mehreren starken Strömungsumlenkungen wird der Strömung eine starke, zerstäubungsfördernde Turbulenz aufgeprägt. Der Geschwindigkeitsgradient quer zur Strömung ist dadurch besonders stark ausgeprägt. Er ist ein Ausdruck für die Änderung der Geschwindigkeit quer zur Strömung, wobei die Geschwindigkeit in der Mitte der Strömung deutlich größer ist als in der Nähe der Wandungen. Die aus den Geschwindigkeitsunterschieden resultierenden erhöhten Scherspannungen im Fluid begünstigen den Zerfall in feine Tröpfchen nahe der Auslassöffnungen 24. Erfindungsgemäß wird durch die spezifische Geometrie der Auslassöffnungen 24 das Fluid noch zusätzlich in seiner Zerstäubung positiv beeinflusst, so dass ein noch weiter verbesserter Zerfall in feinste Tröpfchen erzielbar ist.
Die Lochscheibe 23 ist mittels galvanischer Metallabscheidung hergestellt, wobei die Herstellung der einlagigen Lochscheibe 23 insbesondere mit der Technik des sogenannten lateralen Überwachsens vorteilhaft ist, die anhand der Figuren 5A bis 5C näher erläutert wird.
Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt II in Figur 1 zur Verdeutlichung der Geometrie des Anströmhohlraums 26 zwischen einer Begrenzungsfläche 30 des Ventilsitzkörpers 16 und der Lochscheibe 23 sowie der Geometrie der Auslassöffnungen 24 in der Lochscheibe 23. Der Ventilsitzkörper 16 ist z.B. derart ausgestaltet, dass die Begrenzungsfläche 30 von der Austrittsöffnung 27 ausgehend zur Lochscheibe 23 radial nach außen hin stetig schräg geneigt abfällt. Dies führt dazu, dass über senkrecht zur Ventillängsachse 2 verlaufenden Eintrittsebenen 31 der Auslassöffnungen 24 eine immer geringere Höhe des Anströmhohlraums 26 vorliegt (Abfall der Höhe des Anströmhohlraums 26 z.B. von 100 μm auf 30 μm) und die Strömung auf dem Weg zu den radial äußeren Auslassöffnungen 24 stetig beschleunigt wird. Die bis zu vierhundert Auslassöffnungen 24 sind beispielsweise auf mehreren konzentrischen Kreisbahnen in der Lochscheibe 23 angeordnet. Die Abstände zwischen den einzelnen Auslassöffnungen 24 betragen beispielsweise ca. 120 bis 150 μm.
Die Auslassöffnungen 24 besitzen in idealer Weise eine trompetenförmige Kontur, wobei ein stromaufwärtiger Einströmbereich 33 einen zylindrischen Querschnitt besitzt. Der Einströmbereich 33 besitzt einen deutlich größeren Durchmesser als ein unmittelbar darauffolgender Öffnungsbereich der eigentlichen trompetenförmigen Auslassöffnung 24. Figuren 3 und 4 verdeutlichen zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäß ausgeformten Auslassöffnungen 24.
Um ein Verständnis zur absoluten Größe und zu den Größenverhältnissen der einzelnen Abschnitte der Auslassöffnung 24 zu bekommen, sollen anhand von Figur 3 im Folgenden beispielhaft einige Abmaße der Auslassöffnungen 24 genannt werden. Die Dicke Hl der gesamten Lochscheibe 23 beträgt ca. 50 bis 100 μm. Dabei weist der Einströmbereich 33 der Auslassöffnung 24 allerdings nur eine Höhe H2 von ca. 3 bis 5 μm auf. Der Durchmesser Dl des Einströmbereichs 33 der Auslassöffnung 24 liegt z.B. in der Größenordnung von ca. 100 bis 150 μm und ist damit größer als die Dicke Hl der Lochscheibe 23. Auf diesen durchmessergroßen Einströmbereich 33 folgt also nach ca. 3 bis 5 μm axialer Länge der
Auslassöffnung 24 stromabwärts scharfkantig ein deutlich durchmesserkleinerer Abschnitt, der einen Durchmesser D2 von nur ca. 30 bis 100 μm aufweist. D2 ist damit der engste Durchmesser der gesamten Auslassöffnung 24. Von diesem Durchmesser D2 ausgehend erweitert sich die Auslassöffnung 24 beispielsweise stetig gewölbt, insbesondere trompetenförmig mit einem konstanten Radius R der Wölbung der Wandung in stromabwärtiger Richtung. Auf diese Weise wird ein Durchmesser D3 an der Austrittsebene 34 der Auslassöffnung 24 erzielt, der weitgehend dem Durchmesser Dl der Eintrittsebene 31 und damit dem Einströmbereich 33 entspricht und also auch ca. 100 bis 150 μm beträgt. Das in Figur 4 gezeigte Ausfuhrungsbeispiel unterscheidet sich von der in Figur 3 dargestellten Auslassöffnung 24 vor allen Dingen darin, dass der trompetenförmige Öffnungsbereich in zwei Abschnitte untergliedert ist, wobei ein erster stromaufwärtiger Abschnitt 35 eine weitgehend zylindrische Kontur aufweist, während dein zweiter stromabwärtiger Abschnitt 36 eine trichterförmige Kontur besitzt. Bei einer Dicke Hl der Lochscheibe 23 von ca. 50 bis 100 μm weist der erste zylindrische Abschnitt 35 eine Länge H3 von ca. 20 bis 50 μm auf. Die Radien R der Wölbungen der Wandungen beider Ausführungsbeispiele der Auslassöffnungen 24 sind idealer Weise konstant und besitzen ihren Mittelpunkt exakt im unteren Begrenzungswinkel der Einströmbereiche 33.
Anhand der Figuren 5A bis 5C werden die Herstellungsschritte der Herstellung der erfindungsgemäßen Lochscheibe 23 insbesondere im Bereich einer Auslassöffnung 24 erläutert. Auf einen Substratkörper 37 werden zwei Fotolackschichten 38, 39 aufeinander abgeschieden. Die zweite Lackschicht 39 wird dabei erst nach dem Maskieren, Belichten und Strukturieren der ersten Lackschicht 38 aufgebracht. Nach dem Maskieren, Belichten und Strukturieren der zweiten Lackschicht 39 werden beide Lackschichten 38, 39 in einem Schritt entwickelt, d.h. unbelichtete Stellen der Lackschichten 38, 39 werden nasschemisch entfernt. Es bleiben auf dem Substratkörper 37 an den belichteten Stellen gestufte Lacktürme 40 als Reste der Lackschichten 38, 39 stehen, und zwar genau an den Stellen, an denen die Auslassöffnungen 24 der Lochscheibe 23 entstehen sollen. In der ersten Lackschicht 38 hat der Lackturm 40 einen deutlich größeren Durchmesser als in der zweiten Lackschicht 39, die dafür jedoch in deutlich größerer Höhe aufgebracht ist.
In einem nächsten Prozessschritt (Figur 5B) wird Metall auf den Substratkörper 37 um die Lacktürme 40 herum in einem einstufigen Prozess aufgalvanisiert. Die Galvanikschicht 41 wächst zunächst vom Substratkörper 37 aus an der ersten Lackschicht 38 hoch, und überwächst diese erste Lackschicht 38 an deren Oberfläche bis die Galvanikschicht 41 den Umfang der zweiten Lackschicht 39 komplett berührt. Die Galvanik wird in dem Moment gestoppt, in dem am Umfang der zweiten Lackschicht 39 eine geringe Galvanikschichtdicke vorhanden ist.
Durch das Überwachsen der ersten Lackschicht 38 ergibt sich um die zweite Lackschicht 39 im Bereich jedes Lackturms 40 ein gewünschter trichterförmiger oder trompetenförmiger Einzug in der Galvanikschicht 41 („laterales Überwachsen"). Dieser Einzug an jedem Lackturm 40 bildet letztlich den stark divergierenden Teil der jeweiligen Auslassöffnung 24 in der Lochscheibe 23. Nach dem Entfernen der Lacktürme 40 („Strippen") und des Substratkörpers 37 liegt eine einlagige Lochscheibe 23 mit einer Vielzahl von Auslassöfmungen 24 vor (Figur 5C). Wie der Pfeil in Figur 5C andeutet, werden die Auslassöffnungen 24 der Lochscheibe 23 im eingebauten Zustand in der Galvanikaufwachsrichtung durchströmt. Der zylindrische Abschnitt 35 der in Figur 4 gezeigten Auslassöffnung 24 mit dem engsten Querschnitt wird durch Abformen der zweiten Lackschicht 39 mit einer hohen Präzision gebildet.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse (2), mit einem einen festen Ventilsitz (29) aufweisenden Ventilsitzkörper (16), mit einem mit dem Ventilsitz (29) zusammenwirkenden Ventilschließkörper (7), der entlang der Ventillängsachse (2) axial bewegbar ist, und mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (29) angeordneten Lochscheibe (23), die eine Vielzahl von Auslassöffnungen (24) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (24) einen Einströmbereich (33) besitzen, dessen Durchmesser Dl deutlich größer ist als der Durchmesser D2 eines scharfkantig unmittelbar stromabwärts darauf folgenden Bereichs, der den engsten Querschnitt der Auslassöffnung (24) bildet und von dem aus sich die Auslassöffnung (24) in Strömungsrichtung bis zu einem Durchmesser D3 erweitert.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochscheibe (23) eine Dicke Hl von ca. 50 bis 100 μm hat.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmbereich (33) eine Höhe H2 von ca. 3 bis 5 μm hat.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich¬ net, dass der Einströmbereich (33) einen Durchmesser Dl von ca. 100 bis 150 μm hat.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (24) ihren kleinsten Durchmesser D2 im scharfkantigen Übergang vom Einströmbereich (33) hat, der ca. 30 bis 100 μm beträgt.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Auslassöffnung (24) bis zu einem Durchmesser D3 von ca. 100 bis 150 μm erweitert.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom scharfkantigen Übergang des Einströmbereichs (33) aus die Auslassöffnung (24) eine trompetenförmige oder trichterförmige Kontur aufweist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung der Wandung der Auslassöffnung (24) mit konstantem Radius R verläuft.
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius R der Wölbung der Wandung seinen Mittelpunkt im unteren Begrenzungswinkel des
Einströmbereichs (33) hat.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sich an den Einströmbereich (33) anschließende Öffnungsbereich in zwei Abschnitte (35, 36) untergliedert ist, einen ersten stromaufwärtigen Abschnitt (35) mit einer zylindrischen Kontur und einen zweiten stromabwärtigen Abschnitt (36) mit einer trichterförmigen Kontur.
11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochscheibe (23) bis zu vierhundert Auslassöffnungen (24) aufweist.
12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein stromaufwärts der Lochscheibe (23) ausgebildeter Anströmhohlraum (26) schräg geneigt ausgeführt ist.
13. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochscheibe (23) einlagig mittels galvanischer Metallabscheidung herstellbar ist.
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