WO2019110167A1 - Ventil zum zumessen eines fluids, insbesondere brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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groove
valve seat
seat body
fuel injection
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Peter Keck
Heribert Duetsch
Tobias Knorsch
Jens Soerensen
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M51/0685—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature and the valve being allowed to move relatively to each other or not being attached to each other

Definitions

  • Valve for metering a fluid in particular fuel injection valve
  • the invention is based on a valve for metering a fluid
  • valve according to the invention for metering a fluid with the
  • Characteristic features of claim 1 has the advantage of an improved Inlet of the medium, in particular fuel to the spray orifices.
  • a central region of the valve seat body of the valve in particular a fuel injection valve, protruding axially in the manner of a dome
  • the upstream entrance level in each case in a relation to the continuous on the valve seat body continuous inner contour formed recessed, annular circumferential groove.
  • the design according to the invention offers greater security against the growth of the injection openings ("coking"). Considering the globally fluctuating fuel quality, this robust behavior is a great advantage.
  • the groove in the inlet region which comes radially from the outside ideally has a flatter flank than in the radial inward direction
  • the upstream entry plane of the respective ejection openings in the radially outer flank of the groove lies near the groove bottom.
  • the ejection openings can also occupy different locations of the groove (groove base, inner and outer flank) with their entry levels.
  • the depth of the groove should be a maximum of 300 pm in order to ensure the optimum inflow inflow.
  • Fig. 1 shows a schematic section through a fuel injection valve in a known embodiment having a spray-discharge openings
  • Valve seat body at the downstream end of the valve
  • FIG. 2 shows a valve seat body with spray openings as a section II of Fig. 1 in an enlarged view
  • FIG. 3 shows a first embodiment according to the invention of a valve seat body with an inlet groove as detail III-VII of FIG. 2, FIG.
  • Fig. 4 shows a second embodiment according to the invention an
  • Valve seat body with an inlet groove as a section III-VII of Fig. 2,
  • FIG. 5 is a third embodiment of a valve seat body according to the invention with an inlet groove as a section III-VII of Fig. 2,
  • Fig. 6 shows a fourth inventive embodiment of a valve seat body with an inlet groove as a section III-VII of Fig. 2 and
  • FIG. 7 shows a fifth exemplary embodiment of a valve seat body according to the invention with an inlet groove as detail III-VII of FIG. 2.
  • a known example of a fuel injection valve 1 shown in FIG. 1 is in the form of a fuel injection valve 1 for fuel injection systems of mixture-compression spark-ignition internal combustion engines.
  • the fuel injection valve 1 is suitable in particular for the direct injection of fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine.
  • the invention is applicable to valves for metering a fluid.
  • the fuel injection valve 1 consists of a nozzle body 2, in which a valve needle 3 is arranged.
  • the valve needle 3 is in operative connection with a valve closing body 4, which is arranged with a valve seat body 5 on a
  • Valve seat surface 6 cooperates to a sealing seat.
  • Nozzle body 2 can also be made in one piece.
  • Fuel injection valve 1 is in the exemplary embodiment to an inwardly opening fuel injection valve 1, which via at least one
  • the fuel injection valve 1 is ideally designed as a multi-hole injection valve and therefore has between four and thirty
  • the nozzle body 2 is sealed by a seal 8 against a valve housing 9.
  • the drive is e.g. an electromagnetic circuit comprising a solenoid coil 10 as an actuator, which is encapsulated in a coil housing 11 and wound on a bobbin 12, which rests against an inner pole 13 of the magnetic coil 10.
  • the inner pole 13 and the valve housing 9 are separated by a constriction 26 and connected to each other by a non-ferromagnetic connecting member 29.
  • the magnetic coil 10 is energized via a line 19 from a via an electrical plug contact 17 can be supplied with electric current.
  • the plug contact 17 is surrounded by a plastic casing 18, which may be molded on the inner pole 13. Alternatively, piezoelectric or magnetostrictive actuators can be used.
  • valve needle 3 is guided in a valve needle guide 14, which is designed disk-shaped.
  • armature 20 On the other side of the dial 15, there is an armature 20. This is a non-positively connected via a first flange 21 with the valve needle 3, which is connected by a weld 22 with the first flange 21.
  • a return spring 23 On the first flange 21, a return spring 23 is supported, which in the present design of the fuel injection valve 1 by an adjusting sleeve 24
  • valve needle guide 14 in the armature 20 and on a guide body 41 extend fuel channels 30, 31 and 32.
  • the fuel is supplied via a central fuel supply 16 and filtered by a filter element 25.
  • Fuel injection valve 1 is sealed by a seal 28 against a fuel distributor line, not shown, and by a further seal 36 against a cylinder head, not shown.
  • Damping element 33 which consists of an elastomeric material arranged. It rests on a second flange 34 which is non-positively connected to the valve needle 3 via a weld seam 35.
  • Valve-closing body 4 is held on the valve seat surface 6 in sealing engagement.
  • the armature 20 drops after sufficient degradation of the magnetic field by the pressure of the return spring 23 from the inner pole 13, whereby the valve connected to the needle 3 in communication first flange 21 moves against the stroke direction.
  • the valve needle 3 is thereby in the same direction moves, whereby the valve closing body 4 touches on the valve seat surface 6 and the fuel injection valve 1 is closed.
  • the valve seat body 5 is configured with a central region 44 which forms the ejection openings 7 and is projecting outwards in the direction of discharge, rotationally symmetrical with respect to a valve longitudinal axis 40.
  • the center region 44 has a spherically convex convex curvature as a ball point.
  • the dome-like middle region 44 of the valve seat body 5 is largely fluid and in steady progress in the flat and flat face 43 of the valve seat body 5 via.
  • an annular bead or the like may also be used in the transition region. be provided.
  • a major problem with gasoline direct injection is the formation of a soot layer on the outside of the center region 44 of the valve seat body 5. This soot layer is formed during engine operation. Under the influence of
  • Injection introduced fuel so that it can evaporate only slowly and does not fully participate in the actual combustion.
  • the slowly evaporating fuel leads locally to an inhomogeneous mixture formation with a fuel-free zone in the area of the valve tip.
  • the resulting fat burning in turn leads to a significantly increased production of
  • the formed soot deposit can interact directly with the fuel spray and thus result in a mixture formation that is altered compared to the originally installed component.
  • this soot deposition process leads to a narrowing of the fuel jet and thus to an increased fuel penetration into the combustion chamber.
  • the object of the invention is to reduce the above-described soot deposition process and, consequently, to minimize the negative consequences described above. Therefore, according to the invention, the feed of the fuel to the Spray orifices 7 improved, so that the pulse is preserved in the fuel, the pressure drop to the spray orifices 7 but is reduced. This ensures better atomization of the fuel. The better atomization in turn leads to less wetting of the valve tip (center region 44) and better engine behavior. Both minimize the growth of a soot layer on the injector surface, in particular on the outside of the valve seat body 5 pointing into the combustion chamber with its center region 44. Advantageously, the formation of soot particles is minimized and a change in the spray via the special feed conditions at the inlet of the injection openings 7 the life of the fuel injection valve 1 is avoided.
  • FIG. 2 shows a valve seat body 5 with ejection openings 7 as section II of FIG. 1 in an enlarged view. From the figure 2 shows that downstream and radially inwardly provided on the inner contour of the valve seat body 5 valve seat surface 6 according to the invention one opposite to the
  • Valve seat body 5 continuous inner contour recessed, annular circumferential groove 45 is formed, from which the at least two spray openings 7 go out.
  • the ejection openings 7 are formed in such a way that their upstream entry plane 70 lies in each case in the recessed, annular circumferential groove 45.
  • the groove 45 serves as an inlet groove for the ejection openings. 7
  • each valve seat body 5 are shown with an inlet groove 45 as a section III-VII of Figure 2.
  • contours of the groove 45 deviating from the illustrated contours are conceivable.
  • the annular circumferential groove 45 does not necessarily have to rotate continuously through 360 °, but rather may have interruptions which then do not change the character of the inlet groove 45 in the region of the ejection openings 7.
  • the contours of the grooves 45 may in cross section, for example, circular ( Figure 3), elliptical longitudinally ( Figure 4), elliptical transverse (Figure 5), sharp-edged angled ( Figure 6) or trapezoidal be formed with angled spout ( Figure 7).
  • Figure 3 circular
  • Figure 4 elliptical longitudinally
  • Figure 5 elliptical transverse
  • Figure 5 sharp-edged angled
  • Figure 6 trapezoidal be formed with angled spout
  • the depth of the groove 45 should be a maximum of 300 pm. It is conceivable, the groove bottom of the groove 45 with the upstream entrance plane 70 of the respective
  • Spray holes 7 coincide. As can be seen from FIGS. 3 to 7, however, the upstream entry plane 70 of the respective ejection openings 7 can be advantageously placed in the radially outer flank of the groove 45 near the groove bottom for ideal inflow flow.
  • the relationship should hold that the radius of the groove 45 is less than or equal to 2 times the diameter of the ejection opening 7 in the entry plane 70.
  • the groove 45 with straight or
  • Trapezoidal flanks must be the angle between the two flanks of the groove 45 between 60 ° and 150 °, wherein the inlet angle of the radially outer flank to the z-axis may be at least 10 ° and a maximum of 70 °.
  • the ejection openings 7 in the valve seat body 5 can both with a
  • the ejection side extending precursor as shown in all versions by dashed lines, be formed, but also cylindrical, conical with positive or negative opening angle or multi-stepped o.ä. run.
  • all shapes for the ejection openings 7 are conceivable, from round to oval to polygonal. In this case, the spray-discharge openings 7 by means
  • dome-shaped center region 44 can therefore be effected by means of machining (for example turning, grinding, honing), by forming (for example extrusion molding) or by primary molding (for example metal injection molding) or by 3D printing , Apart from steel but also other metallic materials or ceramic materials for the valve seat body 5 come into question.
  • the groove 45 may either be introduced directly in the molding process of the valve seat body 5 or in a subsequent process step, e.g. be formed by ECM (Electrochemical Machining). While the ECM (Electrochemical Machining). While the ECM (Electrochemical Machining). While the ECM (Electrochemical Machining). While the ECM (Electrochemical Machining). While the ECM (Electrochemical Machining). While the ECM (Electrochemical Machining). While the ECM (Electrochemical Machining).
  • Spray openings 7 e.g. from the outside of the center region 44 of the
  • Valve seat body 5 are introduced by means of laser drilling, the groove 45 is formed from the inside of the valve seat body 5 at the desired contour location.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments and e.g. applicable for differently arranged ejection openings 7 and for any construction of inwardly opening multi-hole fuel injectors 1.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Das erfindungsgemäße Ventil, insbesondere Brennstoffeinspritzventil zeichnet sich dadurch aus, dass eine besonders hohe Struktur- und Schwingfestigkeit des Ventilsitzkörpers (5) vorliegt. Das Brennstoffeinspritzventil (1) umfasst einen erregbaren Aktuator zur Betätigung eines Ventilschließkörpers, der zusammen mit einer an dem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und Abspritzöffnungen (7), die stromabwärts der Ventilsitzfläche (6) ausgebildet sind, wobei die Abspritzöffnungen (7) in einem kuppenartig in Abspritzrichtung nach außen stehenden Mittenbereich (44) des Ventilsitzkörpers (5) eingebracht sind. Im Ventilsitzkörper (5) sind wenigstens zwei Abspritzöffnungen (7) ausgeformt, deren stromaufwärtige Eintrittsebene (70) jeweils in einer gegenüber der am Ventilsitzkörper (5) stetigen Innenkontur vertieft ausgebildeten, ringförmig umlaufenden Nut (45) liegt, um einen Zulauf zu den Abspritzöffnungen (7) zu optimieren. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.

Description

Beschreibung
Titel
Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen eines Fluids,
insbesondere einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des
Hauptanspruchs.
Es ist bereits hinlänglich bekannt, an Brennstoffeinspritzventilen Ventilsitzkörper mit einem die Abspritzöffnungen umfassenden, kuppenartig in Abspritzrichtung nach außen stehenden Mittenbereich des Ventilsitzkörpers auszugestalten. Entweder handelt es sich dabei um eine Kegelkuppe mit einer konischen Mantelfläche im Mittenbereich (z.B. DE 10 2013 219 027 Al) oder um eine Kugelkuppe mit einer sphärisch konvex nach außen verlaufenden Wölbung (z.B. EP 2 333 306 Al). In beiden Fällen geht der kuppenartige Mittenbereich des Ventilsitzkörpers fließend und in stetigem Fortgang in eine ebene und flache Stirnfläche des Ventilsitzkörpers über. Bei solchen Brennstoffeinspritzventilen für die direkte Einspritzung von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine verlaufen die
Abspritzöffnungen von der Innenkontur des die Abspritzöffnungen aufweisenden Bauteils, in der Regel des Ventilsitzkörpers, bis zu dessen Außenkontur als zylindrische oder gestufte Bohrungen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil zum Zumessen eines Fluids mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil eines verbesserten Zulaufs des Mediums, insbesondere Brennstoffs zu den Abspritzöffnungen.
Erfindungsgemäß ist ein kuppenartig axial hervorstehender Mittenbereich des Ventilsitzkörpers des Ventils, insbesondere Brennstoffeinspritzventils mit
Abspritzöffnungen versehen, deren stromaufwärtige Eintrittsebene jeweils in einer gegenüber der am Ventilsitzkörper stetigen Innenkontur vertieft ausgebildeten, ringförmig umlaufenden Nut liegt.
Ein sich daraus ergebender Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im
Motorbetrieb auf der Außenseite des kuppenartigen Mittenbereichs weniger Rußablagerungen entstehen als bei bekannten Brennstoffeinspritzventilen. Durch das erfindungsgemäße Design des Ventilsitzkörpers in Verbindung mit der optimierten Zulaufanströmung der Abspritzöffnungen wird im Bauteil eine
Temperaturverteilung erreicht, die das rasche Anwachsen der Rußbeläge verhindert.
Aufgrund der geringen Belagsbildung an der Oberfläche des Ventilsitzkörpers bietet das erfindungsgemäße Design eine größere Sicherheit gegen das Zuwachsen der Abspritzöffnungen („Verkokung“). Unter Berücksichtigung der weltweit stark schwankenden Brennstoffqualität ist dieses robuste Verhalten von großem Vorteil.
Weiterhin vorteilhaft ist es, dass auch der durch den Motordauerbetrieb
hervorgerufene Anstieg der Partikelemissionen im Abgas geringer ausfällt als bei Brennstoffeinspritzventilen nach dem Stand der Technik (Reduzierung des PN- Drift).
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Nut im Querschnitt asymmetrisch auszubilden.
Dabei besitzt dann in idealer Weise die Nut im radial von außen kommenden Zulaufbereich eine flachere Flanke als im radial nach innen stehenden
Flankenbereich. In optimaler Art und Weise liegt die stromaufwärtige Eintrittsebene der jeweiligen Abspritzöffnungen in der radial äußeren Flanke der Nut nahe dem Nutgrund.
Alternativ kann sie aber auch mit dem Nutgrund zusammenfallen. An ein und demselben Ventil können die Abspritzöffnungen zudem unterschiedliche Stellen der Nut (Nutgrund, Innen- und Außenflanke) mit ihren Eintrittsebenen besetzen.
In vorteilhafter Weise sollte die Tiefe der Nut maximal 300 pm betragen, um die optimale Zulaufanströmung zu gewährleisten.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil in einer bekannten Ausgestaltung mit einem Abspritzöffnungen aufweisenden
Ventilsitzkörper am stromabwärtigen Ventilende,
Fig. 2 einen Ventilsitzkörper mit Abspritzöffnungen als Ausschnitt II von Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung,
Fig. 3 ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers mit einer Einlaufnut als Ausschnitt lll-VII von Fig. 2,
Fig. 4 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines
Ventilsitzkörpers mit einer Einlaufnut als Ausschnitt lll-VII von Fig. 2,
Fig. 5 ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers mit einer Einlaufnut als Ausschnitt lll-VII von Fig. 2,
Fig. 6 ein viertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers mit einer Einlaufnut als Ausschnitt lll-VII von Fig. 2 und
Fig. 7 ein fünftes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ventilsitzkörpers mit einer Einlaufnut als Ausschnitt lll-VII von Fig. 2.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Ein in Figur 1 dargestelltes bekanntes Beispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Allgemein ist die Erfindung anwendbar bei Ventilen zum Zumessen eines Fluids.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer an einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten
Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Ventilsitzkörper 5 und
Düsenkörper 2 können auch einteilig ausgeführt sein. Bei dem
Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens eine
Abspritzöffnung 7 verfügt, typischerweise aber wenigstens zwei Abspritzöffnungen 7 aufweist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist jedoch idealerweise als Mehrloch- Einspritzventil ausgeführt und hat deshalb zwischen vier und dreißig
Abspritzöffnungen 7. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen ein Ventilgehäuse 9 abgedichtet. Als Antrieb dient z.B. ein elektromagnetischer Kreis, der eine Magnetspule 10 als Aktuator umfasst, die in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt ist, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und das Ventilgehäuse 9 sind durch eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann. Alternativ sind auch piezoelektrische oder magnetostriktive Aktuatoren verwendbar.
Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. Auf der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Einstellhülse 24 auf
Vorspannung gebracht wird.
In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem Führungskörper 41 verlaufen Brennstoffkanäle 30, 31 und 32. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das
Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere Dichtung 36 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet.
Auf der stromabwärtigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges
Dämpfungselement 33, welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt auf einem zweiten Flansch 34 auf, welcher über eine Schweißnaht 35 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden ist.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der
Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der
Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird.
Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 in Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der Brennstoff wird durch die Abspritzöffnungen 7 abgespritzt.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
Der Ventilsitzkörper 5 ist mit einem die Abspritzöffnungen 7 umfassenden, kuppenartig in Abspritzrichtung nach außen stehenden, rotationssymmetrisch zu einer Ventillängsachse 40 ausgebildeten Mittenbereich 44 ausgestaltet. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist der Mittenbereich 44 als Kugelkuppe sphärisch konvex nach außen gewölbt ausgeführt. Der kuppenartige Mittenbereich 44 des Ventilsitzkörpers 5 geht weitgehend fließend und in stetigem Fortgang in die ebene und flache Stirnfläche 43 des Ventilsitzkörpers 5 über. Alternativ kann aber auch im Übergangsbereich eine Ringsicke o.ä. vorgesehen sein.
Ein wesentliches Problem bei der Benzindirekteinspritzung ist die Bildung einer Rußschicht auf der Außenseite des Mittenbereichs 44 des Ventilsitzkörpers 5. Diese Rußschicht entsteht während des Motorbetriebes. Unter Einwirkung der
Verbrennungswärme zersetzen sich auf der Kuppenoberfläche deponierte
Kraftstoffreste. Diese poröse Rußschicht wiederum speichert während der
Einspritzung eingebrachten Kraftstoff, so dass dieser nur langsam abdampfen kann und nicht vollständig an der eigentlichen Verbrennung teilnimmt. Der langsam verdampfende Kraftstoff führt lokal zu einer inhomogenen Gemischbildung mit einer kraftstoffrei chen Zone im Bereich der Ventilspitze. Die hieraus resultierende fette Verbrennung führt wiederum zu einer signifikant erhöhten Produktion von
Rußpartikeln.
Zusätzlich kann der gebildete Rußbelag abhängig von seiner Form direkt mit dem Kraftstoffspray interagieren und so zu einer gegenüber dem ursprünglich eingebauten Bauteil veränderten Gemischbildung führen. In der Regel führt dieser Rußablagerungsprozess zu einer Einengung des Kraftstoffstrahles und damit zu einer erhöhten Kraftstoffpenetration in den Brennraum.
Aufgabe der Erfindung ist es, den vorbeschriebenen Rußablagerungsprozess zu reduzieren und damit einhergehend die oben beschriebenen negativen Folgen zu minimieren. Erfindungsgemäß wird deshalb der Zulauf des Kraftstoffes zu den Abspritzöffnungen 7 verbessert, so dass der Impuls im Kraftstoff bewahrt wird, der Druckabfall zu den Abspritzöffnungen 7 aber reduziert wird. Dadurch wird eine bessere Zerstäubung des Kraftstoffes gewährleistet. Die bessere Zerstäubung führt wiederum zu einer geringeren Benetzung der Ventilkuppe (Mittenbereich 44) und einem besseren Motorverhalten. Beides minimiert das Wachstum einer Rußschicht auf der Injektoroberfläche, insbesondere an der Außenseite des in den Brennraum zeigenden Ventilsitzkörpers 5 mit seinem Mittenbereich 44. In vorteilhafter Weise wird über die besonderen Zulaufbedingungen am Eintritt der Abspritzöffnungen 7 die Entstehung von Rußpartikeln minimiert und eine Veränderung des Sprays über die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils 1 vermieden.
In der Figur 2 ist ein Ventilsitzkörper 5 mit Abspritzöffnungen 7 als Ausschnitt II von Figur 1 in einer vergrößerten Darstellung gezeigt. Aus der Figur 2 geht hervor, dass stromabwärts und radial einwärts der an der Innenkontur des Ventilsitzkörpers 5 vorgesehenen Ventilsitzfläche 6 erfindungsgemäß eine gegenüber der am
Ventilsitzkörper 5 stetigen Innenkontur vertieft ausgebildete, ringförmig umlaufende Nut 45 ausgeformt ist, von der die wenigstens zwei Abspritzöffnungen 7 ausgehen. Mit anderen Worten ausgedrückt sind die Abspritzöffnungen 7 derart ausgeformt, dass deren stromaufwärtige Eintrittsebene 70 jeweils in der vertieft ausgebildeten, ringförmig umlaufenden Nut 45 liegt. Die Nut 45 dient dabei als Einlaufnut für die Abspritzöffnungen 7.
In den Figuren 3 bis 7 sind fünf verschiedene Ausführungsformen beispielhaft für die Möglichkeiten der Konturgebung der Nut 45 gezeigt, wobei jeweils Ventilsitzkörper 5 mit einer Einlaufnut 45 als Ausschnitt III- VII von Figur 2 dargestellt sind. Auch von den dargestellten Konturen abweichende Konturen der Nut 45 sind denkbar.
Die ringförmig umlaufende Nut 45 muss nicht zwingend um 360° ununterbrochen umlaufen, sie kann vielmehr Unterbrechungen aufweisen, die dann aber den Charakter der Einlaufnut 45 im Bereich der Abspritzöffnungen 7 nicht verändern.
Die Konturen der Nuten 45 können im Querschnitt beispielsweise kreisförmig (Figur 3), elliptisch längsliegend (Figur 4), elliptisch querliegend (Figur 5), scharfkantig gewinkelt (Figur 6) oder trapezförmig mit gewinkeltem Auslauf (Figur 7) ausgebildet sein. Einerseits ist es denkbar, die Kontur so vorzusehen, dass sie im Querschnitt weitgehend spiegelsymmetrisch um eine Nutmittelachse erscheint. Andererseits kann es für einen optimierten Zulauf des Kraftstoffs zu den Abspritzöffnungen 7 sinnvoll sein, die Nut 45 im Querschnitt asymmetrisch auszubilden, wobei die Nut 45 dann im radial von außen kommenden Zulaufbereich eine flachere Flanke besitzt als im radial nach innen stehenden Flankenbereich, so wie dies insbesondere die Figuren 3, 6 und 7 verdeutlichen.
Die Tiefe der Nut 45 sollte maximal 300 pm betragen. Es ist denkbar, den Nutgrund der Nut 45 mit der stromaufwärtigen Eintrittsebene 70 der jeweiligen
Abspritzöffnungen 7 zusammenfallen zu lassen. Wie den Figuren 3 bis 7 jedoch zu entnehmen ist, kann in vorteilhafter Weise die stromaufwärtige Eintrittsebene 70 der jeweiligen Abspritzöffnungen 7 zur idealen Zulaufanströmung in die radial äußere Flanke der Nut 45 nahe dem Nutgrund gelegt werden.
Bei einer mit einem Radius versehenen Nut 45 sollte die Beziehung gelten, dass der Radius der Nut 45 kleiner/gleich 2 mal dem Durchmesser der Abspritzöffnung 7 in der Eintrittsebene 70 ist. Bei einer Umsetzung der Nut 45 mit geraden bzw.
trapezförmigen Flanken muss der Winkel zwischen den beiden Flanken der Nut 45 zwischen 60° und 150° betragen, wobei der Einlaufwinkel der radial äußeren Flanke zur z-Achse mindestens 10° und maximal 70° betragen darf.
Die Abspritzöffnungen 7 im Ventilsitzkörper 5 können sowohl mit einer
durchmessergrößeren, zur Abspritzseite hin verlaufenden Vorstufe, wie in allen Ausführungen durch Strichlinien gezeigt, ausgebildet sein, aber auch zylindrisch, konisch mit positivem oder negativem Öffnungswinkel oder mehrfach gestuft o.ä. verlaufen. Im Querschnitt sind alle Formen für die Abspritzöffnungen 7 denkbar, von rund über oval bis mehreckig. Dabei werden die Abspritzöffnungen 7 mittels
Erodieren, Laserbohren oder Stanzen hergestellt. Denkbar ist es auch, die
Abspritzöffnungen 7 durch 3D-Druck zu erzeugen. Als typischer Werkstoff für den Ventilsitzkörper 5 kann Stahl verwendet werden. Die Herstellung des kuppenartigen Mittenbereichs 44 kann deshalb mittels Zerspanen (z. B. Drehen, Schleifen, Honen), durch Umformen (z. B. Fließpressen) oder auch durch Urformen (z. B. Metal Injection Molding) oder durch 3D-Drucken erfolgen. Abgesehen von Stahl kommen aber auch andere metallische Werkstoffe oder keramische Werkstoffe für den Ventilsitzkörper 5 in Frage.
Die Nut 45 kann entweder im Ausformungsprozess des Ventilsitzkörpers 5 unmittelbar mit eingebracht oder in einem nachträglichen Prozessschritt, wie z.B. durch ECM (Electrochemical Machining) eingeformt werden. Während die
Abspritzöffnungen 7 z.B. von der Außenseite des Mittenbereichs 44 des
Ventilsitzkörpers 5 mittels Laserbohren eingebracht werden, wird die Nut 45 von der Innenseite des Ventilsitzkörpers 5 an der gewünschten Konturstelle eingeformt. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiele beschränkt und z.B. für andersartig angeordnete Abspritzöffnungen 7 sowie für beliebige Bauweisen von nach innen öffnenden Mehrloch-Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.

Claims

Ansprüche
1. Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem erregbaren
Aktuator (10) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (4), der zusammen mit einer an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) einen Dichtsitz bildet, und wenigstens einer Abspritzöffnung (7), die stromabwärts der
Ventilsitzfläche (6) ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine Abspritz Öffnung (7) in einem kuppenartig in Abspritzrichtung nach außen stehenden Mittenbereich (44) des Ventilsitzkörpers (5) eingebracht ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens zwei Abspritzöffnungen (7) ausgeformt sind, deren
stromaufwärtige Eintrittsebene (70) jeweils in einer gegenüber der am
Ventilsitzkörper (5) stetigen Innenkontur vertieft ausgebildeten, ringförmig umlaufenden Nut (45) liegt.
2. Ventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nut (45) als Einlaufnut für die Abspritzöffnungen (7) dient.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ringförmig umlaufende Nut (45) ununterbrochen verläuft oder wenigstens eine Unterbrechung aufweist.
4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Nutgrund der Nut (45) mit der stromaufwärtigen Eintrittsebene (70) der jeweiligen Abspritzöffnungen (7) zusammenfällt.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die stromaufwärtige Eintrittsebene (70) der jeweiligen Abspritzöffnungen (7) in der radial äußeren Flanke der Nut (45) nahe dem Nutgrund liegt.
6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Tiefe der Nut (45) maximal 300 pm beträgt.
7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nut (45) im Querschnitt asymmetrisch ausgebildet ist.
8. Ventil nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nut (45) im radial von außen kommenden Zulaufbereich eine flachere Flanke besitzt als im radial nach innen stehenden Flankenbereich.
9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der kuppenartige Mittenbereich (44) rotationssymmetrisch zu einer
Ventillängsachse (40) ausgeformt ist.
10. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen zwei und dreißig Abspritzöffnungen (7) in dem Ventilsitzkörper (5) vorgesehen sind.
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