WO2013092892A1 - Fuel injection valve for internal combustion engines - Google Patents

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WO2013092892A1
WO2013092892A1 PCT/EP2012/076445 EP2012076445W WO2013092892A1 WO 2013092892 A1 WO2013092892 A1 WO 2013092892A1 EP 2012076445 W EP2012076445 W EP 2012076445W WO 2013092892 A1 WO2013092892 A1 WO 2013092892A1
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WO
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nozzle needle
fuel injection
injection valve
valve according
sealing surface
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/076445
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Henning Kreschel
Kai Sutter
Andreas Rau
Andreas Gruenberger
Wilhelm Christ
Alexander VILLMANN
Matthias Horn
Thomas Schwarz
Wolfgang Stoecklein
Thomas Pauer
Stephan Amelang
Lorenz Zerle
Andreas Rettich
Markus Rueckle
Philipp Wachter
Marco Beier
Sven SIAUW
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0073—Pressure balanced valves

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve, as it is preferably used for the injection of fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • Fuel injection valves as used for the injection of fuel under high pressure in the combustion chambers of internal combustion engines, usually have a nozzle body in which a pressure chamber is formed. Fuel is introduced under high pressure into the pressure chamber and introduced into the combustion chamber through one or more injection openings.
  • a nozzle needle which is arranged longitudinally displaceable in the pressure chamber, wherein the nozzle needle has a sealing surface which cooperates for opening and closing of the injection openings with a seat surface, wherein only a single injection port can be provided.
  • the nozzle needle has a substantially conical sealing surface, which cooperates with a likewise conical valve seat.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage over that the nozzle needle can be moved directly with an electromagnet, which allows a fast movement of the nozzle needle and precise control of injection start and end of injection, even with several rapid successive fuel injections.
  • the seat surface is formed as a flat surface which surrounds the inlet openings of the injection openings, so that the injection openings are sealed directly at their inlet openings.
  • a large part of the sealing surface, which is formed on the nozzle needle pressurized pressure in the pressure chamber, so that a total of virtually equalizing the force of the nozzle needle is achieved in the longitudinal direction. Leave the forces necessary for the movement of the nozzle needle Apply through the electromagnet, the end of the nozzle needle remote from the combustion chamber serves as a plunger armature.
  • the seat is advantageously designed as a flat annular surface. This allows, in particular in conjunction with a sealing surface on the nozzle needle, which is formed as a flat end face, a simple seal and a plurality of injection openings, so that the total number of injection ports compared to the known injectors need not be reduced. If a plurality of annular surfaces are present, they are spaced apart so that the fuel can flow freely therebetween, whereby all injection ports are supplied with injection pressure during injection with sufficient fuel.
  • the end of the nozzle needle facing away from the sealing surface advantageously protrudes into the electromagnet and thus forms the plunger armature.
  • the electromagnet comprises for this purpose a coil which surrounds the nozzle needle, so that in the region of the nozzle needle, a magnetic field is generated, through which the nozzle needle is pulled into the coil when a corresponding current flows through the coil.
  • the end of the nozzle needle which projects into the electromagnet, be designed as a permanent magnet, wherein the permanent magnet is advantageously designed as a dipole magnet.
  • the nozzle needle moves in the longitudinal direction in its open or closed position.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a schematically illustrated inventive fuel injection valve
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment, the representation corresponding to that in FIG. 1, Figure 3 is an enlarged perspective view of the designated III
  • the fuel injection valve has a housing 1, which comprises a nozzle body 2 and a holding body 4, which are clamped with the interposition of a throttle plate 5 and an iron core 6 by means of a clamping nut 7 against each other, in the drawing, only the immediately adjacent to the iron core 6 part of Holding body 4 is shown.
  • a pressure chamber 3 is formed, in which via a formed in the holding body 4 high-pressure bore 25 through the iron core 6 and a connecting bore 26 in the throttle plate 5, can be introduced from a high-pressure fuel source, not shown here fuel.
  • a piston-shaped nozzle needle 10 is arranged longitudinally displaceable, the combustion chamber-side end face is ground flat and thus forms a flat sealing surface 18 which cooperates with a plurality of seating surfaces 20.
  • the seat surfaces 20 are formed as flat annular surfaces which surround the inlet openings 111 of a plurality of injection openings 11 formed in the nozzle body 2, as FIG. 3 shows in a perspective view of the detail of FIG.
  • the annular seat surfaces 20 are arranged in a common plane, so that upon contact of the sealing surface 18 on the seat surfaces 20 all injection ports 11 are sealed and sealed against the fuel in the pressure chamber 3.
  • the nozzle needle 10 is guided in the pressure chamber 3 in a guide section 23, wherein the fuel flow is made sure to the injection openings 11 by a plurality of poles 24 on the nozzle needle 10.
  • a closing spring 15 is arranged under pressure bias, which is designed as a helical compression spring and the nozzle needle 10 surrounds. By the closing spring 15, the nozzle needle 10 is pressed with a biasing force against the seat surface 20, so that the injection openings 11 remain closed even when the engine is switched off.
  • An annular seat 20 results when the injection opening 11 is perpendicular to the bottom of the pressure chamber 2.
  • the injection port 11 is made oblique, e.g. shown in Figure 2, at least the inlet opening 111 is not a circle, but an ellipse.
  • the outer contour of the seat 20 may be executed in this case, either also elliptical, or circular. In the latter case, the seat surface 20 is a surface with a circular outer contour and an elliptical inner contour.
  • the iron core 6 is part of an electromagnet 35, which further comprises a coil 37 which surrounds the longitudinal axis of the fuel injection valve and which is connected to electrical terminals 38, 39 which are surrounded by insulating sleeves 44.
  • the electrical connections 38, 39 are connected to lines 40, via which a current fed from a voltage source 42 can be passed through the coil.
  • the voltage source 42 consists, for example, of a voltage-supplied control unit, so that the coil current for controlling the injection can be switched on and off precisely and with very short switching times.
  • the polarity of the electromagnet 35 can be adjusted.
  • the nozzle needle end 110 opposite the sealing surface 18 projects through an opening in the throttle disk 5 into the coil space 36 formed in the iron core 6, the coil 37 being sealed against the coil space 36 by a non-magnetic sleeve 43.
  • the non-magnetic sleeve 43 also serves to prevent a magnetic short circuit of the electromagnet 35.
  • the fuel which is fed through the high-pressure bore 25 in the fuel injection valve, flows into the coil space 36 and thus surrounds the nozzle needle end 110th
  • the pressure chamber 3 is filled with fuel under high pressure when the fuel injection valve is in operation, so that the nozzle needle 10 is pressurized by the fuel pressure on all sides. Since also on the sealing surface 18 and on the injection openings 11 facing away from the end face of the nozzle needle 10 is a hydraulic Force acts by the fuel in the pressure chamber 3, the nozzle needle 10 as a whole is largely force balanced in the longitudinal direction, that is, that at most a small resultant force acts in the longitudinal direction. Since the seats 20 have only a very small area, they have virtually no impact on the balance of forces.
  • the electromagnet is energized.
  • the magnetic field generated within the coil space 36 pulls the nozzle needle 10 away from the seat surface 20, thus exposing the entrance openings 111, and fuel flows from the pressure space 3 into the injection openings 11 and is injected therefrom into a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the opening movement of the nozzle needle 10 continues either until it comes to rest with its Düsennade- lende 110 on the throttle plate 5, or the nozzle needle 10 is operated ballistically, that is, the direction of movement reverses, even before the nozzle needle 10th has arrived at the throttle plate 5.
  • the coil current can also be easily switched off, so that the nozzle needle 10 is closed solely by the force of the closing spring 15.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the fuel injection valve according to the invention in the same illustration as in Fig. 1, wherein only the nozzle needle has been modified. It is thus dispensed with the representation of the components that are identical already shown in Fig. 1.
  • the nozzle needle 10 has at its nozzle needle end 110 to a permanent magnet 12 which is designed so that it protrudes with a part of its extension in the electromagnet 35.
  • the permanent magnet 12 is designed as a dipole magnet, wherein a pole forms the end of the nozzle needle 10.
  • the permanent magnet 12 thus forms an external magnetic field which, depending on the direction of the coil current, is the same or opposite to the field of the electromagnet 35.
  • FIG. 4 shows, in a cross section, the structure of the injection openings 11 and the associated seating surfaces 20.
  • Each injection opening 11 has an inlet opening 111, which is arranged inside the pressure space 2.
  • Each inlet opening 111 is surrounded by an annular seat surface 20, the outer diameter is not substantially greater than the diameter of the injection openings 11.
  • the seating surfaces 20 may be composed of annular surfaces whose outer diameter, for example, 300 ⁇ is and thus form a flat annular surface whose thickness is 100 ⁇ .
  • the size of the seats 20 must be adapted to the forces acting, so that there is no plastic deformation in this area.
  • the volume associated with the combustion chamber and filled with fuel in the injection valve shown here is limited to the volume of the injection openings 11.
  • high temperatures result, through which a part of the fuel with which the injection openings 11 are filled , burns.
  • this fuel since this fuel is not atomized, it burns only incomplete and flows with the exhaust gas flow from the combustion chamber.
  • the here with the combustion chamber related volume is extremely small, since the typical diameter of an injection port 11, which is usually designed as a cylindrical bore, only about 150 ⁇ amounts to a length of about 1 mm. The hydrocarbon emissions are thus reduced to a minimum and do not have to be removed by a complex exhaust aftertreatment from the exhaust gas.

Abstract

A fuel injection valve with a housing (1) which comprises a nozzle body (2) and a holding body (4), wherein a pressure space (2) with a nozzle needle (10) arranged in a longitudinally movable manner therein is formed in the housing (1). The nozzle needle (10) interacts with a sealing surface (18) for opening and closing at least one injection opening (11) with a seat surface (20), wherein the at least one injection opening (11) has an inlet opening (111) in the pressure space (2). Furthermore, a solenoid (35) is arranged in the housing (1). The seat surface (20) forms a flat surface which surrounds the inlet opening (111) of the at least one injection opening (11), wherein that end of the nozzle needle (110) which faces away from the sealing surface (18) interacts with the solenoid (35) and, in the process, forms a permanently magnetic solenoid plunger.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen  Fuel injection valve for internal combustion engines
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, wie es vorzugsweise zur Einspritzung von Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine Verwendung findet. The invention relates to a fuel injection valve, as it is preferably used for the injection of fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine.
Stand der Technik State of the art
Kraftstoffeinspritzventile, wie sie für die Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck in Brennräume von Brennkraftmaschinen Verwendung finden, weisen zumeist einen Düsenkörper auf, in dem ein Druckraum ausgebildet ist. In den Druckraum wird Kraftstoff unter hohem Druck eingeleitet und durch eine oder mehrere Einspritzöffnungen in den Brennraum eingebracht. Zur Steuerung der Einspritzung dient eine Düsennadel, die im Druckraum längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Düsennadel eine Dichtfläche aufweist, die zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnungen mit einer Sitzfläche zusammenwirkt, wobei auch nur eine einzige Einspritzöffnung vorgesehen sein kann. Bei den bekannten Kraftstoffeinspritzventilen, wie sie beispielsweise aus der DE 10 2009 045 486 AI bekannt sind, weist die Düsennadel eine im Wesentlichen konische Dichtfläche auf, die mit einem ebenfalls konischen Ventilsitz zusammenwirkt. Fuel injection valves, as used for the injection of fuel under high pressure in the combustion chambers of internal combustion engines, usually have a nozzle body in which a pressure chamber is formed. Fuel is introduced under high pressure into the pressure chamber and introduced into the combustion chamber through one or more injection openings. To control the injection is a nozzle needle which is arranged longitudinally displaceable in the pressure chamber, wherein the nozzle needle has a sealing surface which cooperates for opening and closing of the injection openings with a seat surface, wherein only a single injection port can be provided. In the known fuel injection valves, as are known for example from DE 10 2009 045 486 AI, the nozzle needle has a substantially conical sealing surface, which cooperates with a likewise conical valve seat.
Zur Bewegung der Düsennadel in ihrer Längsrichtung werden im Stand der Technik zumeist hydraulische Kräfte eingesetzt, da aufgrund des hohen Einspritzdruckes von bis zu 2500 bar, wie er bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen Verwendung findet, eine direkte Bewegung der Düsennadel entgegen den hydraulischen Kräften durch Magnet- oder Piezoaktoren ausscheidet. Die Düsennadel wird hierbei durch den hydraulischen Druck in einem Steuerraum in ihrer Schließstellung, d.h. in Anlage an der Sitzfläche gehalten. Wird der Druck im Steuerraum abgesenkt, so bewegt sich die Düsennadel - angetrieben durch den hydraulischen Druck im Druckraum - von der Sitzfläche weg und gibt einen Durchflussquerschnitt frei, so dass Kraftstoff aus dem Druckraum zu den Ein- spritzöffnungen fließen kann. Durch erneutes Erhöhen des Druckes im Steuerraum wird die Düsennadel wieder in ihre Schließstellung, d.h. in Anlage an die Sitzfläche gedrückt. To move the nozzle needle in its longitudinal direction usually hydraulic forces are used in the prior art, as due to the high injection pressure of up to 2500 bar, as used in auto-ignition internal combustion engines use, a direct movement of the nozzle needle against the hydraulic forces by magnetic or piezoelectric actuators excretes. The nozzle needle is held by the hydraulic pressure in a control chamber in its closed position, ie in abutment against the seat. Will the pressure lowered in the control chamber, the nozzle needle moves - driven by the hydraulic pressure in the pressure chamber - away from the seat surface and releases a flow cross-section, so that fuel can flow from the pressure chamber to the injection openings. By again increasing the pressure in the control chamber, the nozzle needle is again pressed into its closed position, ie in abutment against the seat.
Um eine schnelle Steuerung der Düsennadel zu erreichen sind Ansätze bekannt, die Düsennadel kraftausgeglichen zu gestalten, das heißt, dass sich die hydraulischen Kräfte in Längsrichtung auf die Düsennadel weitgehend gegeneinander wegheben und in Längsrichtung keine resultierende hydraulische Kraft auf die Düsennadel wirkt. Aus der DE 10 2007 032 741 AI ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die Düsennadel zumindest in ihrer geöffneten Stellung weitgehend kraftausgeglichen ist. Dies erlaubt zwar ein schnelles Schließen der Düsennadel, jedoch bleibt hier das Problem, dass zu Beginn der Einspritzung die Düsennadel nicht allein mit Hilfe von Aktoren aus ihrer Schließstellung bewegt werden kann. Ein Kraftausgleich der Düsennadel sowohl im geschlossenen als auch im geöffneten Zustand ist so nicht möglich. In order to achieve a quick control of the nozzle needle approaches are known to make the nozzle needle force balanced, that is, the hydraulic forces in the longitudinal direction of the nozzle needle largely cancel each other and in the longitudinal direction no resulting hydraulic force acts on the nozzle needle. From DE 10 2007 032 741 AI a fuel injection valve is known in which the nozzle needle is at least largely balanced in force in its open position. Although this allows a fast closing of the nozzle needle, but here remains the problem that at the beginning of the injection, the nozzle needle can not be moved alone with the help of actuators from its closed position. A force balance of the nozzle needle both in the closed and in the open state is not possible.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Düsennadel direkt mit einem Elektromagneten bewegt werden kann, was eine schnelle Bewegung der Düsennadel und eine genaue Steuerung von Einspritzbeginn und Einspritzende ermöglicht, auch bei mehreren schnell aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzungen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Sitzfläche als eine ebene Fläche ausgebildet ist, die die Eintrittsöffnungen der Einspritzöffnungen umgibt, so dass die Einspritzöffnungen direkt an deren Eintrittsöffnungen abgedichtet werden. Dadurch wird ein Großteil der Dichtfläche, die an der Düsennadel ausgebildet ist, vom Kraftstoff druck im Druckraum beaufschlagt, so dass insgesamt praktisch ein Kraftausgleich der Düsennadel in Längsrichtung erreicht wird. Die für die Bewegung der Düsennadel notwendigen Kräfte lassen sich durch den Elektromagneten aufbringen, wobei das brennraumabgewandte Ende der Düsennadel als Tauchanker dient. The fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage over that the nozzle needle can be moved directly with an electromagnet, which allows a fast movement of the nozzle needle and precise control of injection start and end of injection, even with several rapid successive fuel injections. This is achieved in that the seat surface is formed as a flat surface which surrounds the inlet openings of the injection openings, so that the injection openings are sealed directly at their inlet openings. As a result, a large part of the sealing surface, which is formed on the nozzle needle, pressurized pressure in the pressure chamber, so that a total of virtually equalizing the force of the nozzle needle is achieved in the longitudinal direction. Leave the forces necessary for the movement of the nozzle needle Apply through the electromagnet, the end of the nozzle needle remote from the combustion chamber serves as a plunger armature.
Die Sitzfläche ist in vorteilhafter Weise als ebene Kreisringfläche ausgebildet. Dies erlaubt, insbesondere in Verbindung mit einer Dichtfläche an der Düsennadel, die als ebene Stirnfläche ausgebildet ist, eine einfache Abdichtung auch einer Vielzahl von Einspritzöffnungen, so dass die Gesamtzahl der Einspritzöffnungen gegenüber den bekannten Einspritzventilen nicht reduziert werden muss. Sind mehrere Kreisringflächen vorhanden, so sind diese so voneinander beabstandet, dass der Kraftstoff frei dazwischen fließen kann, wodurch alle Einspritzöffnungen während der Einspritzung mit ausreichend Kraftstoff unter Einspritzdruck versorgt werden. The seat is advantageously designed as a flat annular surface. This allows, in particular in conjunction with a sealing surface on the nozzle needle, which is formed as a flat end face, a simple seal and a plurality of injection openings, so that the total number of injection ports compared to the known injectors need not be reduced. If a plurality of annular surfaces are present, they are spaced apart so that the fuel can flow freely therebetween, whereby all injection ports are supplied with injection pressure during injection with sufficient fuel.
Das der Dichtfläche abgewandte Ende der Düsennadel ragt vorteilhafterweise in den Elektromagneten und bildet so den Tauchanker. Der Elektromagnet umfasst dazu eine Spule, die die Düsennadel umgibt, so dass im Bereich der Düsennadel ein Magnetfeld erzeugt wird, durch welches die Düsennadel in die Spule gezogen wird, wenn ein entsprechender Strom durch die Spule fließt. The end of the nozzle needle facing away from the sealing surface advantageously protrudes into the electromagnet and thus forms the plunger armature. The electromagnet comprises for this purpose a coil which surrounds the nozzle needle, so that in the region of the nozzle needle, a magnetic field is generated, through which the nozzle needle is pulled into the coil when a corresponding current flows through the coil.
Um die Wirkung des Tauchankers zu verstärken kann das Ende der Düsennadel, das in den Elektromagneten ragt, als Permanentmagnet ausgebildet sein, wobei der Permanentmagnet vorteilhafterweise als Dipolmagnet ausgebildet ist. Je nach Orientierung des äußeren, vom Elektromagneten erzeugten Magnetfeldsund des magnetischen Feldes des Permanentmagneten bewegt sich die Düsennadel in Längsrichtung in ihre Öffnungs- oder Schließstellung. To enhance the effect of the plunger armature, the end of the nozzle needle, which projects into the electromagnet, be designed as a permanent magnet, wherein the permanent magnet is advantageously designed as a dipole magnet. Depending on the orientation of the outer, generated by the electromagnet magnetic field and the magnetic field of the permanent magnet, the nozzle needle moves in the longitudinal direction in its open or closed position.
Zeichnungen drawings
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt In the drawings, embodiments of the fuel injection valve according to the invention are shown. It shows
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein schematisch dargestelltes erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil,  1 shows a longitudinal section through a schematically illustrated inventive fuel injection valve,
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei die Darstellung der in Figur 1 entspricht, Figur 3 eine vergrößerte perspektivische Darstellung des mit III bezeichnetenFIG. 2 shows a further exemplary embodiment, the representation corresponding to that in FIG. 1, Figure 3 is an enlarged perspective view of the designated III
Ausschnitts der Figur 1 und Detail of Figure 1 and
Figur 4 im Längsschnitt das brennraumseitige Ende des erfindungsgemäßen Figure 4 in longitudinal section the combustion chamber end of the invention
Kraftstoffeinspritzventils.  Fuel injector.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil schematisch im Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Düsenkörper 2 und einen Haltekörper 4 umfasst, die unter Zwischenlage einer Drosselscheibe 5 und eines Eisenkerns 6 mittels einer Spannmutter 7 gegeneinander verspannt sind, wobei in der Zeichnung nur der unmittelbar an den Eisenkern 6 grenzende Teil des Haltekörpers 4 dargestellt ist. Im Düsenkörper 2 ist ein Druckraum 3 ausgebildet, in den über eine im Haltekörper 4 ausgebildete Hochdruckbohrung 25, durch den Eisenkern 6 und eine Verbindungsbohrung 26 in der Drosselscheibe 5, von einer hier nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle Kraftstoff eingeleitet werden kann. Im Druckraum 3 ist eine kolbenförmige Düsennadel 10 längsverschiebbar angeordnet, deren brennraumseitige Stirnfläche flach geschliffen ist und die so eine ebene Dichtfläche 18 bildet, die mit mehreren Sitzflächen 20 zusammenwirkt. Die Sitzflächen 20 sind als ebene Ringflächen ausgebildet, die im Düsenkörper 2 ausgebildete Eintrittsöffnungen 111 mehrerer Einspritzöffnungen 11 umgeben, wie Figur 3 in einer perspektivischen Darstellung des mit III bezeichneten Ausschnitts von Figur 1 zeigt. Die ringförmigen Sitzflächen 20 sind dabei in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, so dass bei Anlage der Dichtfläche 18 an den Sitzflächen 20 sämtliche Einspritzöffnungen 11 verschlossen und gegen den Kraftstoff im Druckraum 3 abgedichtet werden. Die Düsennadel 10 ist im Druckraum 3 in einem Führungsabschnitt 23 geführt, wobei der Kraftstoff ström zu den Einspritzöffnungen 11 durch mehrere Anschliffe 24 an der Düsennadel 10 sicher gestellt ist. Zwischen einem Absatz an der Düsennadel 10 und der Drosselscheibe 5 ist eine Schließfeder 15 unter Druckvorspannung angeordnet, die als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und die Düsennadel 10 umgibt. Durch die Schließfeder 15 wird die Düsennadel 10 mit einer Vorspannungskraft gegen die Sitzfläche 20 gedrückt, damit die Einspritzöffnungen 11 auch bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine verschlossen bleiben. 1 shows a fuel injection valve according to the invention is shown schematically in longitudinal section. The fuel injection valve has a housing 1, which comprises a nozzle body 2 and a holding body 4, which are clamped with the interposition of a throttle plate 5 and an iron core 6 by means of a clamping nut 7 against each other, in the drawing, only the immediately adjacent to the iron core 6 part of Holding body 4 is shown. In the nozzle body 2, a pressure chamber 3 is formed, in which via a formed in the holding body 4 high-pressure bore 25 through the iron core 6 and a connecting bore 26 in the throttle plate 5, can be introduced from a high-pressure fuel source, not shown here fuel. In the pressure chamber 3, a piston-shaped nozzle needle 10 is arranged longitudinally displaceable, the combustion chamber-side end face is ground flat and thus forms a flat sealing surface 18 which cooperates with a plurality of seating surfaces 20. The seat surfaces 20 are formed as flat annular surfaces which surround the inlet openings 111 of a plurality of injection openings 11 formed in the nozzle body 2, as FIG. 3 shows in a perspective view of the detail of FIG. The annular seat surfaces 20 are arranged in a common plane, so that upon contact of the sealing surface 18 on the seat surfaces 20 all injection ports 11 are sealed and sealed against the fuel in the pressure chamber 3. The nozzle needle 10 is guided in the pressure chamber 3 in a guide section 23, wherein the fuel flow is made sure to the injection openings 11 by a plurality of poles 24 on the nozzle needle 10. Between a shoulder on the nozzle needle 10 and the throttle plate 5, a closing spring 15 is arranged under pressure bias, which is designed as a helical compression spring and the nozzle needle 10 surrounds. By the closing spring 15, the nozzle needle 10 is pressed with a biasing force against the seat surface 20, so that the injection openings 11 remain closed even when the engine is switched off.
Eine kreisringförmige Sitzfläche 20 ergibt sich, wenn die Einspritzöffnung 11 senkrecht zum Grund des Druckraums 2 verläuft. Wird die Einspritzöffnung 11 jedoch schräg ausgeführt, wie z.B. in Figur 2 gezeigt, so ist zumindest die Eintrittsöffnung 111 kein Kreis, sondern eine Ellipse. Die Außenkontur der Sitzfläche 20 kann in diesem Fall entweder ebenfalls elliptisch ausgeführt sein, oder aber kreisförmig. In letzterem Fall ist die Sitzfläche 20 eine Fläche mit kreisförmiger Außenkontur und einer elliptischen Innenkontur. An annular seat 20 results when the injection opening 11 is perpendicular to the bottom of the pressure chamber 2. However, if the injection port 11 is made oblique, e.g. shown in Figure 2, at least the inlet opening 111 is not a circle, but an ellipse. The outer contour of the seat 20 may be executed in this case, either also elliptical, or circular. In the latter case, the seat surface 20 is a surface with a circular outer contour and an elliptical inner contour.
Der Eisenkern 6 ist Teil eines Elektromagneten 35, der darüber hinaus eine Spule 37 umfasst, die die Längsachse des Kraftstoffeinspritzventil umgibt und die mit elektrischen Anschlüssen 38, 39 verbunden ist, die von isolierenden Hülsen 44 umgeben sind. Die elektrischen Anschlüsse 38, 39 sind mit Leitungen 40 verbunden, über die ein Strom gespeist aus einer Spannungsquelle 42 durch die Spule geleitet werden kann. Die Spannungsquelle 42 besteht dabei beispielsweise aus einem mit Spannung versorgten Steuergerät, so dass der Spulenstrom zur Steuerung der Einspritzung präzise und mit sehr kurzen Schaltzeiten ein- und ausgeschaltet werden kann. Auch die Polung des Elektromagneten 35 lässt sich so einstellen. The iron core 6 is part of an electromagnet 35, which further comprises a coil 37 which surrounds the longitudinal axis of the fuel injection valve and which is connected to electrical terminals 38, 39 which are surrounded by insulating sleeves 44. The electrical connections 38, 39 are connected to lines 40, via which a current fed from a voltage source 42 can be passed through the coil. The voltage source 42 consists, for example, of a voltage-supplied control unit, so that the coil current for controlling the injection can be switched on and off precisely and with very short switching times. The polarity of the electromagnet 35 can be adjusted.
Das der Dichtfläche 18 gegenüberliegenden Düsennadelende 110 ragt durch eine Öffnung in der Drosselscheibe 5 bis in den im Eisenkern 6 ausgebildeten Spulenraum 36, wobei die Spule 37 durch eine unmagnetische Hülse 43 gegen den Spulenraum 36 abgedichtet ist. Die unmagnetische Hülse 43 dient auch dazu, einen magnetischen Kurzschluss des Elektromagneten 35 zu verhindern. Der Kraftstoff, der durch die Hochdruckbohrung 25 in das Kraftstoffeinspritzventil eingespeist wird, fließt in den Spulenraum 36 und umgibt damit das Düsennadelende 110. The nozzle needle end 110 opposite the sealing surface 18 projects through an opening in the throttle disk 5 into the coil space 36 formed in the iron core 6, the coil 37 being sealed against the coil space 36 by a non-magnetic sleeve 43. The non-magnetic sleeve 43 also serves to prevent a magnetic short circuit of the electromagnet 35. The fuel, which is fed through the high-pressure bore 25 in the fuel injection valve, flows into the coil space 36 and thus surrounds the nozzle needle end 110th
Der Druckraum 3 ist mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt, wenn das Kraftstoffeinspritzventil in Betrieb ist, so dass die Düsennadel 10 vom Kraftstoff druck allseitig beaufschlagt wird. Da auch auf die Dichtfläche 18 und auf die den Ein- spritzöffnungen 11 abgewandte Stirnseite der Düsennadel 10 eine hydraulische Kraft durch den Kraftstoff im Druckraum 3 wirkt, ist die Düsennadel 10 als ganzes weitgehend in Längsrichtung kraftausgeglichen, das heißt, dass allenfalls eine geringe resultierende Kraft in Längsrichtung wirkt. Da die Sitzflächen 20 nur eine sehr kleine Fläche haben, wirken sie sich auf die Kräftebilanz praktisch nicht aus. The pressure chamber 3 is filled with fuel under high pressure when the fuel injection valve is in operation, so that the nozzle needle 10 is pressurized by the fuel pressure on all sides. Since also on the sealing surface 18 and on the injection openings 11 facing away from the end face of the nozzle needle 10 is a hydraulic Force acts by the fuel in the pressure chamber 3, the nozzle needle 10 as a whole is largely force balanced in the longitudinal direction, that is, that at most a small resultant force acts in the longitudinal direction. Since the seats 20 have only a very small area, they have virtually no impact on the balance of forces.
Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird der Elektromagnet bestromt. Das Magnetfeld, das innerhalb des Spulenraums 36 entsteht, zieht die Düsennadel 10 von der Sitzfläche 20 weg und gibt damit die Eintrittsöffnungen 111 frei, und Kraftstoff fließt aus dem Druckraum 3 in die Einspritzöffnungen 11 und wird von dort in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Öffnungsbewegung der Düsennadel 10 setzt sich entweder solange fort, bis diese mit ihrem Düsennade- lende 110 an der Drosselscheibe 5 zur Anlage kommt, oder aber die Düsennadel 10 wird ballistisch betrieben, das heißt, dass sich die Bewegungsrichtung umkehrt, noch ehe die Düsennadel 10 an der Drosselscheibe 5 angelangt ist. Zur Beendigung der Einspritzung wird der Spulenstrom durch die Spule 37 und damit auch das Magnetfeld umpolt, welches nun dem Feld des Permanentmagneten entgegengerichtet ist, was zu einem beschleunigten Schließen der Düsennadel 10 führt. Alternativ kann der Spulenstrom auch einfach abgeschaltet werden, so dass die Düsennadel 10 allein durch die Kraft der Schließfeder 15 geschlossen wird. If an injection takes place, the electromagnet is energized. The magnetic field generated within the coil space 36 pulls the nozzle needle 10 away from the seat surface 20, thus exposing the entrance openings 111, and fuel flows from the pressure space 3 into the injection openings 11 and is injected therefrom into a combustion chamber of the internal combustion engine. The opening movement of the nozzle needle 10 continues either until it comes to rest with its Düsennade- lende 110 on the throttle plate 5, or the nozzle needle 10 is operated ballistically, that is, the direction of movement reverses, even before the nozzle needle 10th has arrived at the throttle plate 5. To end the injection of the coil current is reversed by the coil 37 and thus also the magnetic field, which is now directed opposite to the field of the permanent magnet, resulting in an accelerated closing of the nozzle needle 10. Alternatively, the coil current can also be easily switched off, so that the nozzle needle 10 is closed solely by the force of the closing spring 15.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil in derselben Darstellung wie in Fig. 1, wobei nur die Düsennadel abgeändert wurde. Es wird damit auf die Darstellung der Bauteile verzichtet, die identisch bereits in Fig. 1 gezeigt sind. Die Düsennadel 10 weist an ihrem Düsennadelende 110 einen Permanentmagneten 12 auf, der so gestaltet ist, dass er mit einem Teil seiner Ausdehnung in den Elektromagneten 35 hineinragt. Der Permanentmagnet 12 ist dabei als Dipolmagnet ausgebildet, wobei ein Pol das Ende der Düsennadel 10 bildet. Der Permanentmagnet 12 bildet so ein äußeres Magnetfeld aus, das je nach Richtung des Spulenstroms dem Feld des Elektromagneten 35 gleich- oder entgegengerichtet ist. Durch das zusätzliche Magnetfeld des Permanentmagneten 12 wird die Kraft auf die Düsennadel 10 verstärkt, so dass die Bewegung der Düsennadel 10 mit geringerem Strom erfolgen kann. Dies erlaubt kürzere Schaltzeiten und damit schnellere Öffnungs- und Schließvorgänge. Figur 4 zeigt in einem Querschnitt schematisch den Aufbau der Einspritzöffnungen 11 und der dazugehörigen Sitzflächen 20. Jede Einspritzöffnung 11 weist eine Eintrittsöffnung 111 auf, die innerhalb des Druckraums 2 angeordnet ist. Jede Eintrittsöffnung 111 ist von einer ringförmigen Sitzfläche 20 umgeben, deren Außendurchmesser nicht wesentlich größer ist als der Durchmesser der Einspritzöffnungen 11. Wenn die Einspritzöffnungen 11 einen Durchmesser von beispielsweise 100 μηι aufweisen, können die Sitzflächen 20 aus Ringflächen zusammengesetzt sein, deren Außendurchmesser beispielsweise 300 μηι beträgt und die somit eine ebene Kreisringfläche bilden, deren Dicke 100 μηι beträgt. Die Größe der Sitzflächen 20 muss an die wirkenden Kräfte angepasst werden, so dass es zu keinen plastischen Verformungen in diesem Bereich kommt. Figure 2 shows another embodiment of the fuel injection valve according to the invention in the same illustration as in Fig. 1, wherein only the nozzle needle has been modified. It is thus dispensed with the representation of the components that are identical already shown in Fig. 1. The nozzle needle 10 has at its nozzle needle end 110 to a permanent magnet 12 which is designed so that it protrudes with a part of its extension in the electromagnet 35. The permanent magnet 12 is designed as a dipole magnet, wherein a pole forms the end of the nozzle needle 10. The permanent magnet 12 thus forms an external magnetic field which, depending on the direction of the coil current, is the same or opposite to the field of the electromagnet 35. Due to the additional magnetic field of the permanent magnet 12, the force is amplified on the nozzle needle 10, so that the movement of the nozzle needle 10 can be done with less current. This allows shorter switching times and thus faster opening and closing operations. FIG. 4 shows, in a cross section, the structure of the injection openings 11 and the associated seating surfaces 20. Each injection opening 11 has an inlet opening 111, which is arranged inside the pressure space 2. Each inlet opening 111 is surrounded by an annular seat surface 20, the outer diameter is not substantially greater than the diameter of the injection openings 11. If the injection openings 11 have a diameter of 100 μηι, for example, the seating surfaces 20 may be composed of annular surfaces whose outer diameter, for example, 300 μηι is and thus form a flat annular surface whose thickness is 100 μηι. The size of the seats 20 must be adapted to the forces acting, so that there is no plastic deformation in this area.
Das mit dem Brennraum in Verbindung stehende und mit Kraftstoff gefüllte Volumen beschränkt sich bei dem hier gezeigten Einspritzventil auf das Volumen der Einspritzöffnungen 11. Während des Verbrennungsvorgangs im Brennraum entstehen hohe Temperaturen, durch die auch ein Teil des Kraftstoffs, mit dem die Einspritzöffnungen 11 gefüllt sind, verbrennt. Da dieser Kraftstoff jedoch nicht zerstäubt ist, verbrennt er nur unvollständig und strömt mit dem Abgasstrom aus dem Brennraum. Das hier mit dem Brennraum in Verbindung stehende Volumen ist jedoch äußerst klein, da der typische Durchmesser einer Einspritzöffnung 11, die in der Regel als zylindrische Bohrung ausgeführt ist, nur etwa 150 μηι beträgt bei einer Länge von etwa 1 mm. Die Kohlenwasserstoffemissionen sind somit auf ein Minimum reduziert und müssen nicht durch eine aufwendige Abgasnachbehandlung aus dem Abgas entfernt werden. The volume associated with the combustion chamber and filled with fuel in the injection valve shown here is limited to the volume of the injection openings 11. During the combustion process in the combustion chamber, high temperatures result, through which a part of the fuel with which the injection openings 11 are filled , burns. However, since this fuel is not atomized, it burns only incomplete and flows with the exhaust gas flow from the combustion chamber. However, the here with the combustion chamber related volume is extremely small, since the typical diameter of an injection port 11, which is usually designed as a cylindrical bore, only about 150 μηι amounts to a length of about 1 mm. The hydrocarbon emissions are thus reduced to a minimum and do not have to be removed by a complex exhaust aftertreatment from the exhaust gas.

Claims

Ansprüche claims
1. Kraftstoffeinspritzventil mit einem Gehäuse (1), das einen Düsenkörper (2) und einen Haltekörper (4) umfasst, wobei in dem Gehäuse (1) ein Druckraum (2) mit einer darin längsbewegbar angeordneten Düsennadel (10) ausgebildet ist, und die Düsennadel (10) mit einer Dichtfläche (18) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung (11) mit einer Sitzfläche (20) zusammenwirkt, wobei die wenigstens eine Einspritzöffnung (11) eine Eintrittsöffnung (111) im Druckraums (2) aufweist, und mit einem Elektromagneten (35), der im Gehäuse (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzfläche (20) eine ebene Fläche bildet, die die Eintrittsöffnung (111) der wenigstens einen Einspritzöffnung (11) umgibt, und dass das der Dichtfläche (18) abgewandte Ende der Düsennadel (110) mit dem Elektromagneten (35) zusammenwirkt und dabei einen magnetischen Tauchanker bildet. A fuel injection valve comprising a housing (1) comprising a nozzle body (2) and a holding body (4), wherein in the housing (1) a pressure chamber (2) is formed with a longitudinally movable arranged nozzle needle (10), and Nozzle needle (10) with a sealing surface (18) for opening and closing at least one injection port (11) with a seat (20) cooperates, wherein the at least one injection port (11) has an inlet opening (111) in the pressure chamber (2), and with an electromagnet (35) which is arranged in the housing (1), characterized in that the seat surface (20) forms a flat surface which surrounds the inlet opening (111) of the at least one injection opening (11) and that of the sealing surface (11). 18) facing away from the end of the nozzle needle (110) cooperates with the electromagnet (35) and thereby forms a magnetic plunger armature.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzfläche (20) als ebene Kreisringfläche ausgebildet ist, die die Eintrittsöffnung (111) der wenigstens einen Einspritzöffnung (11) umgibt. 2. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the seat surface (20) is designed as a flat annular surface which surrounds the inlet opening (111) of the at least one injection opening (11).
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzfläche (20) eine Außenkontur und eine Innenkontur aufweist, wobei die Innenkontur elliptisch ausgebildet ist und die Außenkontur elliptisch oder kreisförmig ausgebildet ist. 3. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the seat surface (20) has an outer contour and an inner contour, wherein the inner contour is elliptical and the outer contour is elliptical or circular.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Einspritzöffnungen (11) im Düsenkörper (2) ausgebildet sind und die Düsennadel (10) mit ihrer Dichtfläche (18) an allen Sitzflächen (20) gleichzeitig anliegt, wenn die Düsennadel (20) die Einspritzöffnungen (11) verschließt. 4. Fuel injection valve according to claim 1, 2 or 3, characterized in that at least two injection openings (11) in the nozzle body (2) are formed and the nozzle needle (10) with its sealing surface (18) on all seats (20) simultaneously applied, if the nozzle needle (20) closes the injection openings (11).
5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (10) eine ebene Stirnfläche aufweist, die die Dichtfläche (18) bildet. 5. Fuel injection valve according to claim 1 or 4, characterized in that the nozzle needle (10) has a flat end face which forms the sealing surface (18).
6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisringförmigen Sitzflächen (20) voneinander beabstandet sind. 6. Fuel injection valve according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the annular seating surfaces (20) are spaced from each other.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der Dichtfläche (18) abgewandte Ende der Düsennadel (10) in den Elektromagneten (35) ragt. 7. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the sealing surface (18) facing away from the end of the nozzle needle (10) in the electromagnet (35) protrudes.
8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (35) eine Spule (37) umfasst, die die Düsennadel (10) umgibt. 8. Fuel injection valve according to claim 1 or 7, characterized in that the electromagnet (35) comprises a coil (37) surrounding the nozzle needle (10).
9. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das der Dichtfläche (18) abgewandte Ende der Düsennadel (110) als Permanentmagnet (12) ausgebildet ist. 9. Fuel injection valve according to one of claims 1, 7 or 8, characterized in that the sealing surface (18) facing away from the end of the nozzle needle (110) is designed as a permanent magnet (12).
10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (12) ein Dipolmagnet ist. 10. Fuel injection valve according to claim 9, characterized in that the permanent magnet (12) is a dipole magnet.
11. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (12) zumindest teilweise innerhalb des Elektromagneten (35) angeordnet ist. 11. Fuel injection valve according to one of claims 9 or 10, characterized in that the permanent magnet (12) is at least partially disposed within the electromagnet (35).
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