WO2006108729A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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WO2006108729A1
WO2006108729A1 PCT/EP2006/050925 EP2006050925W WO2006108729A1 WO 2006108729 A1 WO2006108729 A1 WO 2006108729A1 EP 2006050925 W EP2006050925 W EP 2006050925W WO 2006108729 A1 WO2006108729 A1 WO 2006108729A1
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WO
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outlet opening
fuel injection
injection valve
outlet
valve seat
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/050925
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Arndt
Markus Gesk
Guenter Dantes
Joerg Heyse
Andreas Krause
Kai Gartung
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to US11/886,833 priority patent/US20090206181A1/en
Priority to EP06708262A priority patent/EP1875067A1/de
Priority to BRPI0605913-9A priority patent/BRPI0605913A2/pt
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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
    • F02M61/1806Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • F02M61/184Discharge orifices having non circular sections
    • 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
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    • F02M61/18Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • F02M61/1833Discharge orifices having changing cross sections, e.g. being divergent
    • 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 disk 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.
  • the outlet openings have a round or elliptical cross section.
  • 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 outlet openings are provided downstream of a valve seat, which are flowed horizontally and are contoured so that the circumference of the outlet opening is maximized in relation to the cross section of the outlet opening.
  • the horizontal velocity components of the flow entering the entry plane are not obstructed by the wall of the respective outlet opening at the entry plane, so that the fuel jet has the full intensity of the horizontal components generated in the onflow cavity when exiting the exit opening and therefore fanning with maximum atomization.
  • the flow in the outlet openings is directional diffusional due to vortex formation.
  • the instant fanning avoids the liquid surface tension from contracting the emergent jet to a cylindrical jet of smaller free surface.
  • the increased free radiation surface favors the further disintegration into smaller droplets.
  • an inflow opening is provided with an annular inflow cavity, which is larger than an outlet opening downstream of the valve seat.
  • the valve seat body already assumes the function of influencing the flow in the perforated disc.
  • the formation of the inflow opening an S-blow in the flow for atomization improvement of the fuel reaches, since the valve seat body with the upper boundary of the inflow opening covers the outlet openings of the perforated disc.
  • perforated disks By means of electrodeposition, perforated disks can be produced in a reproducible manner in an extremely precise and cost-effective manner in very large numbers simultaneously.
  • this method of manufacture allows a great freedom of design in the contouring of the outlet openings in the perforated disc.
  • FIG. 1 shows a partially illustrated injection valve
  • Figure 2 shows the detail II in Figure 1 with the inventively designed area in an enlarged view
  • Figure 3 shows a first embodiment of a
  • Figure 6 shows a third embodiment of an outlet opening
  • Figure 6 shows a fourth embodiment of an outlet
  • Figure 7 shows a fifth embodiment of an outlet
  • Figure 8 shows a sixth embodiment of an outlet
  • Figure 9 shows a seventh embodiment of an outlet.
  • 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 a z.
  • the actuation of the injection valve takes place in a known manner, for example electromagnetically.
  • a known manner for example electromagnetically.
  • the armature 11 is connected to the valve closing body 7 facing away from the end of the valve needle 5 by, for example, a trained by a laser weld and aligned with the core 12. Die Anker 11 ist mit dem Elektromagnet 11own ,
  • 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. At its lower end face 17 facing away from the valve closing body 7, the valve seat body 16 is stepped, with a recess 20 being provided in a central area around the valve longitudinal axis 2, in which a flat, e.g. single-layer perforated disc 23 is introduced.
  • the perforated disc 23 has at least one, but ideally two to forty outlet openings 24.
  • 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 into the inflow opening 19 and ultimately into the outlet openings 24.
  • the inflow opening 19 is designed in the immediate onflow region of the outlet openings 24 in such a way that the flow reaches the outlet openings 24 substantially at right angles to the longitudinal extension of the outlet openings 24, ie horizontally in FIG.
  • 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, explained in more detail on the basis of this figure, 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 longitudinal opening 3 determines the size of the stroke of the valve needle 5, since the one end position of the valve needle 5 at 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 when the solenoid 10 is energized, for example determined by the plant 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 fluid is additionally positively influenced in its atomization by the specific geometry of the outlet openings 24 in connection with the horizontally approachable Anströmhohlraum 26, so that a even further improved decay in the finest droplets can be achieved.
  • the perforated disk 23 is produced, for example, by means of galvanic metal deposition, wherein the production of a single-layer perforated disk 23 is advantageous, in particular with the technique of lateral overgrowth.
  • a single-layer perforated disk 23 it is also possible to use a multi-layer perforated disk 23 in which, for example, the Anströmhohlraum 26 is directly integrated.
  • the outlet openings 24 ideally have a trumpet-shaped contour. From the cross section, the outlet openings 24 are formed with a polygonal shape, in particular a form comprising at least one triangle, or with a meandering shape having a plurality of arcs in the outer contour.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail II in FIG. 1 for clarifying the geometry of the onflow cavity 26 between the outlet opening 27 and the perforated disk 23.
  • the valve seat body 16 is configured in such a way that the onflow cavity 26 of the inflow opening 19 starting from the Austrittsöffiiung 27 above the perforated disc 23 extends radially outwardly very flat.
  • the inflow lumen 26 ideally extends radially outward beyond the outlet ports 24.
  • each Auslassöffiiung 24 also backspace side fed with a significant flow rate component.
  • Anströmhohlraums 26 understood. Consequently, the lateral velocity vectors are divergent at the exit of the outlet ports 24 and provide good atomization of the fuel.
  • FIGS. 3 to 9 show seven exemplary embodiments of outlet openings 24 according to the invention.
  • the outlet openings 24 are contoured such that the circumference of the outlet opening 24 is maximized in relation to the cross section of the outlet opening 24.
  • the cross-sectional shape of a fluid jet emerging from an outlet opening 24 largely corresponds to the cross-sectional shape of the outlet opening 24.
  • the free surface of a jet emerging from an outlet opening 24 is correspondingly large in relation to its sprayed off liquid quantity.
  • Outlet openings 24 horizontal flow of the outlet openings 24, the flow in the outlet openings 24 direction diffusely, i. the exiting fluid jet fanning out immediately after leaving the outlet opening 24.
  • the instant fanning avoids the liquid surface tension from contracting the emergent jet to a cylindrical jet of smaller free surface.
  • the increased free radiation surface favors the further disintegration into smaller droplets.
  • FIGS. 3 and 4 show two star-shaped outlet openings 24. These outlet openings 24 have e.g. five prongs 35, each having a triangular contour in itself. The number of pips 35 and their format, so theirs
  • Length a or width b are freely selectable.
  • the star-shaped outlet opening 24 can either be aligned so that a depression between two prongs 35 is directed radially directly onto the valve longitudinal axis 2 or the center of the perforated disk 23 (FIG. 3) or that a prong 35 with its tip extends radially directly onto the valve longitudinal axis 2 or the center of the perforated disc 23 shows ( Figure 4).
  • the arrows 32 are intended to indicate that the inflow of the outlet openings 24 is horizontal to their entry planes 31 or substantially at right angles to the longitudinal extent of the outlet openings 24 and, on the other hand, to indicate how the outlet opening 24 is aligned with the valve longitudinal axis 2.
  • FIG. 5 and 6 show two star-shaped outlet openings 24.
  • These outlet openings 24 have, for example, four prongs 35, each of which has a triangular contour in its own right.
  • the number of prongs 35 and their format, so their length a or width b are arbitrary.
  • the star-shaped outlet opening 24 may be either aligned so that a recess between two prongs 35 radially directly on the
  • Valve longitudinal axis 2 or the center of the perforated disc 23 is directed ( Figure 5) or that a tine 35 with its tip radially directly on the valve longitudinal axis 2 and the center of the perforated disc 23 shows ( Figure 6).
  • the arrows 32 are intended to indicate that the inflow of the outlet openings 24 is horizontal to their entry planes 31 or substantially at right angles to the longitudinal extent of the outlet openings 24 and, on the other hand, to indicate how the outlet opening 24 is aligned with the valve longitudinal axis 2.
  • FIGS. 7 and 8 two triangular outlet openings 24 are shown.
  • the outlet opening 24 has e.g. the shape of an equilateral triangle.
  • the outlet opening 24 is to be regarded as a tine 35.
  • Such a cross-sectional shape also favors the generation of vortices in the outlet opening 24.
  • the swirling movements within the outlet opening 24 induced due to the horizontal flow are schematically drawn in and identified by the reference numeral 36.
  • FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of an outlet opening 24 in cross-section.
  • This outlet opening 24 is formed with a plurality of arcs 35 'in the outer contour having meander-like shape.
  • the perforated disc 23 can be manufactured by microgalvanic, laser cutting, etching or punching technology.
  • the cross section of the outlet openings 24 is depending on
  • the outlet openings 24 have a clear opening width of e.g. at least 30 microns.

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Abstract

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil zeichnet sich dadurch aus, dass stromabwärts eines einen festen Ventilsitz (29) aufweisenden Ventilsitzkörpers (16) eine Lochscheibe (23) angeordnet ist, die wenigstens eine Auslassöffnung (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. Der Anströmhohlraum (26) unmittelbar stromaufwärts der wenigstens einen Auslassöffnung (24) ist so ausgelegt, dass eine Anströmung der wenigstens einen Auslassöffnung (24) weitgehend im rechten Winkel zur Längserstreckung der Auslassöffnung (24) erfolgt. Vom Querschnitt her ist die wenigstens eine Auslassöffnung (24) mit einer mehreckigen Form, insbesondere einer wenigstens ein Dreieck umfassenden Form, oder mit einer mehrere Bögen in der Außenkontur aufweisenden mäanderartigen Form ausgebildet. 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, wobei die Auslassöffnungen selbst den engsten Strömungsquerschnitt festlegen.
Aus der US 6,405,946 Bl 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 Auslassöffnungen besitzen einen runden bzw. elliptischen Querschnitt.
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 Auslassöffnungen vorgesehen sind, die horizontal angeströmt werden und so konturiert sind, dass der Umfang der Auslassöffnung im Verhältnis zum Querschnitt der Auslassöffnung maximiert ist. Die horizontalen Geschwindigkeitskomponenten der in die Eintrittsebene 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 horizontale Anströmung der Auslassöffnungen ist die Strömung in den Auslassöffnungen aufgrund von Wirbelbildung richtungsdiffus. Durch das sofortige Auffächern wird vermieden, dass die Flüssigkeitsoberflächenspannung den austretenden Strahl zu einem zylindrischen Strahl kleinerer freier Oberfläche zusammenzieht. Die vergrößerte freie Strahloberfläche begünstigt den weiteren Zerfall in kleinere Tröpfchen.
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 Auslassöffnungen eine Zuströmöffnung mit einem ringförmigen Anströmhohlraum vorgesehen, die größer ist als eine Austrittsöffnung stromabwärts des Ventilsitzes. Auf diese Weise übernimmt der Ventilsitzkörper 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 Lochscheiben in reproduzierbarer Weise äußerst präzise und kostengünstig in sehr großen Stückzahlen gleichzeitig herstellen. Außerdem erlaubt diese Herstellungsweise eine große Gestaltungsfreiheit bei der Konturierung der Auslassöffnungen in der Lochscheibe.
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 dem erfindungsgemäß ausgestalteten Bereich in einer vergrößerten Darstellung, Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Auslassöffnung, Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Auslassöffnung, Figur 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Auslassöffnung, Figur 6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Auslassöffnung, Figur 7 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Auslassöffnung, Figur 8 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Auslassöffnung und Figur 9 ein siebentes Ausführungsbeispiel 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. 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 - A - 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, z.B. einlagige Lochscheibe 23 eingebracht ist. Die Lochscheibe 23 weist wenigstens eine, idealerweise jedoch zwei bis vierzig 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 so ausgeführt, dass die Strömung weitgehend im rechten Winkel zur Längserstreckung der Auslassöffnungen 24, in der Figur 1 also entsprechend horizontal, zu den Auslassöffnungen 24 gelangt. Der gegenüber der Austrittsöffnung 27 durchmessergrößere Ringbereich der Zuströmöffnung 19 ist in der Figur 2 vergrößert dargestellt, anhand dieser Figur näher erläutert 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 Längsöffnung 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 so genannten 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 in Verbindung mit dem horizontal anströmbaren Anströmhohlraum 26 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 beispielsweise mittels galvanischer Metallabscheidung hergestellt, wobei die Herstellung einer einlagigen Lochscheibe 23 insbesondere mit der Technik des lateralen Überwachsens vorteilhaft ist. Anstelle einer einlagigen Lochscheibe 23 kann auch eine mehrlagig aufgebaute Lochscheibe 23 eingesetzt werden, in der dann z.B. der Anströmhohlraum 26 unmittelbar integriert ist. Die Auslassöffnungen 24 besitzen in idealer Weise eine trompetenförmige Kontur. Vom Querschnitt her sind die Auslassöffnungen 24 mit einer mehreckigen Form, insbesondere einer wenigstens ein Dreieck umfassenden Form, oder mit einer mehrere Bögen in der Außenkontur aufweisenden mäanderartigen Form ausgebildet.
Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt II in Figur 1 zur Verdeutlichung der Geometrie des Anströmhohlraums 26 zwischen der Austrittsöffnung 27 und der Lochscheibe 23. Der Ventilsitzkörper 16 ist derart ausgestaltet, dass der Anströmhohlraum 26 der Zuströmöffnung 19 von der Austrittsöffiiung 27 ausgehend oberhalb der Lochscheibe 23 radial nach außen sehr flach verläuft. Der Anströmhohlraum 26 erstreckt sich in idealer Weise radial nach außen über die Auslassöffiiungen 24 hinaus. Dadurch wird vor allen Dingen jede Auslassöffiiung 24 auch rückraumseitig mit einem nennenswerten Durchflussmengenanteil gespeist. Als Rückraum 33 wird der radial auswärts der jeweiligen Auslassöffiiung 24 liegende Bereich des
Anströmhohlraums 26 verstanden. Folglich sind die Quergeschwindigkeitsvektoren im Austritt der Auslassöffiiungen 24 divergent und sorgen für eine gute Zerstäubung des Brennstoffs.
In den Figuren 3 bis 9 sind sieben Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Auslassöffnungen 24 gezeigt. In vorteilhafter Weise sind die Auslassöffnungen 24 so konturiert, dass der Umfang der Auslassöffnung 24 im Verhältnis zum Querschnitt der Auslassöffnung 24 maximiert ist. Die Querschnittsform eines aus einer Auslassöffnung 24 austretenden Fluidstrahls entspricht weitgehend der Querschnittsform der Auslassöffnung 24. Die freie Oberfläche eines aus einer Auslassöffnung 24 austretenden Strahls ist im Verhältnis zu dessen abgespritzter Flüssigkeitsmenge entsprechend groß. Durch die zu Eintrittsebenen 31 der
Auslassöffnungen 24 horizontale Anströmung der Auslassöffnungen 24 ist die Strömung in den Auslassöffnungen 24 richtungsdiffus, d.h. der austretende Fluidstrahl fächert unmittelbar nach Verlassen der Auslassöffnung 24 auf. Durch das sofortige Auffächern wird vermieden, dass die Flüssigkeitsoberflächenspannung den austretenden Strahl zu einem zylindrischen Strahl kleinerer freier Oberfläche zusammenzieht. Die vergrößerte freie Strahloberfläche begünstigt den weiteren Zerfall in kleinere Tröpfchen.
In den Figuren 3 und 4 sind zwei sternförmige Auslassöffnungen 24 dargestellt. Diese Auslassöffnungen 24 weisen z.B. fünf Zacken 35 auf, die jeweils für sich gesehen eine dreieckförmige Kontur besitzen. Die Anzahl der Zacken 35 und auch ihr Format, also ihre
Länge a bzw. Breite b sind frei wählbar. Die sternförmige Auslassöffnung 24 kann entweder so ausgerichtet sein, dass eine Vertiefung zwischen zwei Zacken 35 radial direkt auf die Ventillängsachse 2 bzw. das Zentrum der Lochscheibe 23 gerichtet ist (Figur 3) oder dass eine Zacke 35 mit ihrer Spitze radial direkt auf die Ventillängsachse 2 bzw. das Zentrum der Lochscheibe 23 zeigt (Figur 4). Die Pfeile 32 sollen einerseits andeuten, dass die Anströmung der Auslassöffnungen 24 horizontal zu ihren Eintrittsebenen 31 bzw. weitgehend im rechten Winkel zur Längserstreckung der Auslassöffnungen 24 erfolgt und andererseits anzeigen, wie die Auslassöffnung 24 zur Ventillängsachse 2 ausgerichtet ist. In den Figuren 5 und 6 sind zwei sternförmige Auslassöfmungen 24 dargestellt. Diese Auslassöffnungen 24 weisen z.B. vier Zacken 35 auf, die jeweils für sich gesehen eine dreieckförmige Kontur besitzen. Die Anzahl der Zacken 35 und auch ihr Format, also ihre Länge a bzw. Breite b sind frei wählbar. Die sternförmige Auslassöffnung 24 kann entweder so ausgerichtet sein, dass eine Vertiefung zwischen zwei Zacken 35 radial direkt auf die
Ventillängsachse 2 bzw. das Zentrum der Lochscheibe 23 gerichtet ist (Figur 5) oder dass eine Zacke 35 mit ihrer Spitze radial direkt auf die Ventillängsachse 2 bzw. das Zentrum der Lochscheibe 23 zeigt (Figur 6). Die Pfeile 32 sollen einerseits andeuten, dass die Anströmung der Auslassöffnungen 24 horizontal zu ihren Eintrittsebenen 31 bzw. weitgehend im rechten Winkel zur Längserstreckung der Auslassöffnungen 24 erfolgt und andererseits anzeigen, wie die Auslassöffnung 24 zur Ventillängsachse 2 ausgerichtet ist.
In den Figuren 7 und 8 sind zwei dreieckförmige Auslassöffnungen 24 dargestellt. Im Querschnitt besitzt die Auslassöffnung 24 z.B. die Form eines gleichseitigen Dreiecks. Die Auslassöffnung 24 ist insofern als eine Zacke 35 anzusehen. Eine solche Querschnittsform begünstigt ebenfalls die Generierung von Wirbeln in der Auslassöffnung 24. Die aufgrund der horizontalen Anströmung induzierten Wirbelbewegungen innerhalb der Auslassöffnung 24 sind schematisch eingezeichnet und mit dem Bezugszeichen 36 gekennzeichnet.
In der Figur 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Auslassöffnung 24 im Querschnitt gezeigt. Diese Auslassöffnung 24 ist mit einer mehrere Bögen 35' in der Außenkontur aufweisenden mäanderartigen Form ausgebildet.
Die Lochscheibe 23 kann mikrogalvanisch, laserschneidtechnisch, ätztechnisch oder stanztechnisch hergestellt werden. Der Querschnitt der Auslassöffnungen 24 ist je nach
Herstellungsverfahren bzw. Einsatzwunsch über die gesamte Länge der Auslassöffnungen 24 konstant oder in Strömungsrichtung zunehmend, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Im Bereich der Eintrittsebenen 31 besitzen die Auslassöffnungen 24 eine lichte Öffnungsweite von z.B. wenigstens 30 μm.

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 wenigstens eine Auslassöffnung (24) besitzt, wobei ein Anströmhohlraum (26) unmittelbar stromaufwärts der wenigstens einen Auslassöffnung (24) so ausgelegt ist, dass eine Anströmung der wenigstens einen Auslassöffnung (24) weitgehend im rechten Winkel zur Längserstreckung der Auslassöffnung (24) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass vom Querschnitt her die wenigstens eine Auslassöffnung (24) mit einer mehreckigen Form, insbesondere einer wenigstens ein Dreieck umfassenden Form, oder mit einer mehrere Bögen (35') in der Außenkontur aufweisenden mäanderartigen Form ausgebildet ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anströmhohlraum (26) der ringförmige Außenbereich einer Zuströmöffnung (19) ist, die zwischen einer Austrittsöffnung (27) des Ventilsitzkörpers (16) und der Lochscheibe (23) vorgesehen ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Austrittsöffnung (27) und der wenigstens einen Auslassöffnung (24) ein vollständiger Versatz vorliegt.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Anströmhohlraum (26) radial nach außen über die wenigstens eine Auslassöffnung (24) hinaus mit einem Rückraum (33) erstreckt.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Auslassöffnung (24) im Querschnitt die Form eines gleichseitigen Dreiecks besitzt.
6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Auslassöffnung (24) im Querschnitt sternförmig ist.
7. Brennstoff einspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die sternförmige Auslassöffnung (24) mehrere dreieckförmige Zacken (35) aufweist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Auslassöffnung (24) eine trompetenförmige Kontur aufweist.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochscheibe (23) mittels galvanischer Metallabscheidung, laserschneidtechnisch oder stanztechnisch herstellbar ist.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lochscheibe (23) zwischen zwei und vierzig Auslassöffnungen (24) vorgesehen sind.
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