EP1195516A2 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1195516A2
EP1195516A2 EP01123836A EP01123836A EP1195516A2 EP 1195516 A2 EP1195516 A2 EP 1195516A2 EP 01123836 A EP01123836 A EP 01123836A EP 01123836 A EP01123836 A EP 01123836A EP 1195516 A2 EP1195516 A2 EP 1195516A2
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EP
European Patent Office
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fuel
valve
fuel injection
injection valve
valve needle
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EP01123836A
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EP1195516A3 (de
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Guenter Dantes
Detlef Nowak
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/12—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship providing a continuous cyclic delivery with variable pressure
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
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    • F02M51/0664—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
    • F02M51/0671—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 having an elongated valve body attached thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for

Definitions

  • the invention is based on a fuel injector according to the genus of the main claim.
  • DE 196 25 059 A1 describes a fuel injection valve known which in a flow path of the fuel from one fuel feed to a spray opening several Has fuel channels, the cross section for a given Fuel pressure the hosed down per unit of time Amount of fuel determined.
  • To the fuel distribution in a sprayed fuel cloud is to be influenced at least a part of the fuel channels aligned so that directly through the fuel jets emerging from them the spray opening are sprayed.
  • a disadvantage of the from the above publication known fuel injector is in particular that the fuel channels in a plane perpendicular to Apply the direction of flow of the fuel, the openings So on a circular line around one with the valve seat support connected valve needle guide are arranged. This can the one flowing through the fuel injector Amount of fuel when lifting the valve closing body from The sealing seat cannot be dosed precisely enough. In particular is the ratio of the maximum amount of fuel sprayed to minimally hosed fuel amount relatively small.
  • the number of holes is not sufficient to to generate a sufficiently homogeneous cloud of fuel that the stoichiometric requirements for a complete Burning is enough. This is further compounded by the big one Diameter of the fuel channels reinforced.
  • the fuel injector according to the invention with the has characteristic features of the main claim in contrast, the advantage that any characteristic by the arrangement of the fuel channels or their number generated can be, so that the metering behavior of Fuel injector in relation to the opening and Closing times are improved.
  • valve needle guide The hollow cylindrical shape of the valve needle guide is simple producible and can either be made in one piece with the Valve seat support made or attached to this.
  • valve closing body in the Valve needle guide has besides the improvement and control the metering properties a stabilizing effect on the Stroke course of the valve needle because of lateral offsets excluded are.
  • the valve closing body can after Place the closing process very precisely on the sealing seat.
  • the gaps in the rows of fuel channels ensure freely selectable injection dynamics and malleable Spray pattern created by the targeted introduction of Fuel channels at individual points in the Valve needle guidance can be influenced.
  • FIGS fuel injector 1 Before one of the exemplary embodiments of FIGS fuel injector 1 according to the invention closer should be described for a better understanding of the Invention first with reference to FIG. 1 an already known apart from the measures according to the invention Embodiments of identical construction fuel injector 1 briefly explained with regard to its essential components become.
  • the fuel injector 1 is in the form of a Fuel injection valve for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited Running internal combustion engines.
  • the Fuel injector 1 is particularly suitable for not injecting fuel directly into one Shown combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the fuel injector 1 consists of a Nozzle body 2, in which a valve needle 3 is arranged.
  • the valve needle 3 stands with a valve closing body 4 in Active connection with a valve seat body 5 arranged valve seat surface 6 to a sealing seat interacts.
  • the fuel injector 1 is acting it is an inward opening in the exemplary embodiment Fuel injector 1, which has a Spray opening 7 has.
  • the nozzle body 2 is through a Seal 8 against the outer pole 9 of a magnetic coil 10 sealed.
  • the magnet coil 10 is in a coil housing 11 encapsulated and wound on a bobbin 12, which bears against an inner pole 13 of the magnet coil 10.
  • the Inner pole 13 and outer pole 9 are through a gap 26 separated from each other and are based on one Connecting component 29 from.
  • the solenoid 10 is a Line 19 from via an electrical plug contact 17th supplyable electric current excited.
  • the plug contact 17 is surrounded by a plastic sheath 18, which on Inner pole 13 may be molded.
  • the valve needle 3 is in a valve needle guide 14 led, which is disc-shaped.
  • a paired adjusting disc 15 is used for stroke adjustment the other side of the shim 15 is a Anchor 20.
  • This stands over a first flange 21 non-positively in connection with the valve needle 3, which by a weld seam 22 with the first flange 21 connected is.
  • One is supported on the first flange 21 Return spring 23, which in the present design of the Fuel injector 1 through a sleeve 24 Bias is brought.
  • a second flange 31, which with the valve needle 3 over a weld 33 is connected serves as the lower one Armature stop.
  • valve needle guide 14 in the armature 20 and on Valve seat body 5 run fuel channels 30a to 30c, which is the fuel which has a central Fuel supply 16 is supplied and through a filter element 25 is filtered, lead to the spray port 7.
  • the Fuel injector 1 is against by a seal 28 a fuel line, not shown sealed.
  • valve needle 3 If the coil current is switched off, the armature 20 falls sufficient degradation of the magnetic field by the pressure of the Return spring 23 from the inner pole 13, whereby the valve needle 3 is in operative connection with the flange 21 moved against the stroke direction. The valve needle 3 will thereby moving in the same direction, causing the Valve closing body 4 is placed on the valve seat 6 and the fuel injector 1 is closed.
  • FIG. 2 shows an excerpt of a sectional illustration first embodiment of an inventive Fuel injector 1. The section shown is designated II in Fig. 1.
  • Fuel injector 1 has a Valve needle guide 31, which on an inlet side End face 32 of the valve seat body 5 is formed.
  • the Valve needle guide 31 can be connected to valve seat body 5 be formed in one piece or for example by Welding, soldering or similar processes with the Valve seat body 5 may be connected.
  • the valve needle guide 31 is hollow cylindrical.
  • valve needle 3 a spherical valve closing body 4.
  • the Valve closing body 4 forms with the on the Valve seat body 5 formed valve seat 6 a Sealing seat.
  • the valve closing body 4 is by the Valve needle guide 31 guided, the valve closing body 4 with a guide line 33 on an inner wall 38 of FIG Valve needle guide 31 is present. Between the guide line 33 and the sealing seat are several in the valve needle guide 31 Rows 34 of fuel channels 35 arranged, which are from a radially outer side 36 of the valve needle guide 31 extend to a radially inner side 39.
  • the fuel channels 35 can either be perpendicular to a central axis 37 of the fuel injection valve 1 run or at an angle ⁇ with respect to Center axis 37 vertical alignment in the outflow direction be inclined. The latter is hydrodynamically more favorable.
  • the fuel channels 35 By arranging the fuel channels 35 accordingly can be a characteristic curve which shows the dynamic flow of Fuel through the fuel injector Dependence on a stroke of the valve needle 3, can be set or modeled. By appropriate The stroke setting of the valve needle 3 then flows as much Fuel through the fuel channels 35, as in the frame the flow accuracy to be achieved is necessary.
  • Fig. 3 shows a schematic section along the line III-III in Fig. 2 by the valve needle guide 31 of the first Embodiment in the area of the fuel channels 35
  • Fuel channels 35 of the adjacent rows 34 are in the illustrated embodiment extensively to each other staggered to make the mixture cloud as homogeneous as possible to create.
  • the fuel channels 35 can also be without circumferential offset.
  • the fuel channels should 35 a very small diameter, for example smaller than 100 ⁇ m, in particular less than or equal to 70 ⁇ m, exhibit.
  • the production of such small-bore holes can be done for example by means of laser processing.
  • the fuel channels 35 Since the fuel channels 35 generate a swirl one tangential component relative to the central axis 37 of the Have fuel injector 1, the appears Cross section of the fuel channels 35 in Fig. 3 oval.
  • the Orientation of the tangential components of the Fuel channels 35 can be in each row 34 be in the same direction relative to the other rows 34.
  • the present embodiment of an inventive Fuel injector 1 thus connects the Twist preparation with a refinement of the measured Amount of fuel.
  • FIG. 4 to 7 show in the same sectional plane as FIG. 3 further embodiments of the invention Fuel injector 1 with different Arrangements of the fuel channels 35 each in connection with the by the appropriate arrangement of Fuel channels 35 generated characteristic.
  • the characteristic curves represent the relationship between the dynamic flow rate through the Fuel injector 1 during opening in Dependence on the valve needle stroke uniform arrangement of the fuel channels 35 increases Flow with the stroke of the valve needle 3 relatively uniform to go to a constant saturation value, which is the static flow through the Fuel injector 1 in the open state represents.
  • FIG. 4A has one Similar arrangement of the fuel channels 35 as that in Fig. 3rd shown on, but the fuel channels 35 are not circumferentially offset from each other, but in one lattice-like structure directly one below the other arranged.
  • the characteristics of those in FIGS. 3 and 4A The exemplary embodiments shown correspond to those in FIG. 4B schematically shown characteristic.
  • the arrangement of the fuel channels 35 is changed by z. B. the rows 34 are no longer complete Fuel channels 35 are equipped, but gaps 40 the characteristic changes. Becomes for example, as shown in Fig. 5A, in more detail in two rows 34 arranged every second for the sealing seat Skipped fuel channel 35, the characteristic, as in Fig. 5B shown, deformed S-shaped.
  • the opening process initially flows a smaller one Amount of fuel through the fuel injector 1 to the valve closing body 4 also the complete rows 34th releases and after a steeper increase than in Fig. 4B the Saturation value is reached.
  • FIG. 6A The embodiment shown in FIG. 6A is dispensed with to further fuel channels 35 so that the gaps 40 become longer, and the number of Rows 34 is reduced. Because of the now very isolated Fuel channels 35 flow at the beginning of the opening process only a very small amount of fuel, which then at Release of the other rows 34 very quickly on the Saturation increases and almost a step-like Course reached, as shown in Fig. 6B.
  • the characteristic curves shown in FIGS. 6B and 7B have the advantage that the desired amount of fuel in can be attributed to a short period of time and the Flow quickly goes into saturation, causing the opening and Closing times of the fuel injector 1 favorable can be influenced.
  • All of the exemplary embodiments have in common that a very small minimum amount of fuel q min can be achieved, as a result of which the ratio q max / q min of the maximum amount of fuel that can be injected q max to the minimum amount of fuel that can be injected q min is increased.
  • the invention is not based on the illustrated Embodiment limited and z. B. also for Fuel injectors 1 with piezoelectric and magnetostrictive actuators or any arrangement of Fuel channels 35 applicable.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfaßt einen Aktor (10) zur Betätigung einer Ventilnadel (3), wobei die Ventilnadel (3) an einem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (4) aufweist, der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, einen Dichtsitz bildet. Brennstoffkanäle (35) sind in einer mit dem Ventilsitzkörper (5) verbundenen oder einstückig ausgebildeten Ventilnadelführung (31) in mehreren Reihen (34) umfänglich in der Ventilnadelführung (31) angeordnet, wobei die Anzahl der Brennstoffkanäle (35) und ihre Lage zueinander so gewählt ist, daß dadurch eine Kennlinie, die den dynamischen Brennstofffluß (qdyn) durch das Brennstoffeinspritzventil (1) in Abhängigkeit von einem Hub (h) der Ventilnadel (3) darstellt, eingestellt wird. <IMAGE> <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE 196 25 059 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches in einem Strömungsweg des Brennstoffs von einem Brennstoffzulauf zu einer Abspritzöffnung mehrere Brennstoffkanäle aufweist, deren Querschnitt bei gegebenem Brennstoffdruck die jeweils pro Zeiteinheit abgespritzte Brennstoffmenge bestimmt. Um die Brennstoffverteilung in einer abgespritzten Brennstoffwolke zu beeinflussen, ist zumindest ein Teil der Brennstoffkanäle so ausgerichtet, daß die von ihnen austretenden Brennstoffstrahlen direkt durch die Abspritzöffnung gespritzt werden.
Nachteilig an dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß die Brennstoffkanäle in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Brennstoffs ansetzen, die Öffnungen also auf einer Kreislinie um eine mit dem Ventilsitzträger verbundene Ventilnadelführung angeordnet sind. Dadurch kann die das Brennstoffeinspritzventil durchfließende Brennstoffmenge bei Abheben des Ventilschließkörpers vom Dichtsitz nicht genau genug dosiert werden. Insbesondere ist das Verhältnis von maximal abgespritzter Brennstoffmenge zu minimal abgespritzter Brennstoffmenge relativ klein.
Ferner ist die Anzahl der Bohrungen nicht ausreichend, um eine hinreichend homogene Brennstoffwolke zu erzeugen, die den stöchiometrischen Anforderungen für eine vollständige Verbrennung genügt. Dies wird zusätzlich durch den großen Durchmesser der Brennstoffkanäle verstärkt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine beliebige Kennlinie durch die Anordnung der Brennstoffkanäle bzw. ihre Anzahl erzeugt werden kann, so daß das Zumeßverhalten des Brennstoffeinspritzventils in Bezug auf die Öffnungs- und Schließzeiten verbessert wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Die hohlzylindrische Form der Ventilnadelführung ist einfach herstellbar und kann entweder einstückig mit dem Ventilsitzträger hergestellt oder an diesem befestigt sein.
Die Führung des Ventilschließkörpers in der Ventilnadelführung hat neben der Verbesserung und Steuerung der Zumeßeigenschaften eine stabilisierende Wirkung auf den Hubverlauf der Ventilnadel, da seitliche Versätze ausgeschlossen sind. Der Ventilschließkörper kann nach dem Schließvorgang sehr präzise auf dem Dichtsitz aufsetzen.
Die Lücken in den Reihen der Brennstoffkanäle sorgen für eine frei wählbare Einspritzdynamik und ein formbares Strahlbild, die durch das gezielte Einbringen von Brennstoffkanälen an einzelnen Stellen der Ventilnadelführung beeinflußbar sind.
Durch die Anordnung der Brennstoffkanäle mit einer tangentialen Komponente relativ zur Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils erhält der Brennstoff einen Drall, welcher für eine gute Aufbereitung der Gemischwolke sorgt.
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 Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2
einen schematischen Ausschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in Fig. 1,
Fig. 3
einen schematischen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4A-B
ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 mit der dazugehörigen Kennlinie,
Fig. 5A-B
ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 mit der dazugehörigen Kennlinie,
Fig. 6A-B
ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 mit der dazugehörigen Kennlinie, und
Fig. 7A-B
ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 mit der dazugehörigen Kennlinie.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bevor anhand der Figuren 2 bis 7 Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 ein bereits bekanntes, abgesehen von den erfindungsgemäßen Maßnahmen zu den Ausführungsbeispielen baugleiches Brennstoffeinspritzventil 1 bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 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.
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. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch einen Spalt 26 voneinander getrennt und stützen sich auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. 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.
Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. An 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 Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
Ein zweiter Flansch 31, welcher mit der Ventilnadel 3 über eine Schweißnaht 33 verbunden ist, dient als unterer Ankeranschlag. Ein elastischer Zwischenring 32, welcher auf dem zweiten Flansch 31 aufliegt, vermeidet Prellen beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1.
In der Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und am Ventilsitzkörper 5 verlaufen Brennstoffkanäle 30a bis 30c, die den Brennstoff, welcher über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert wird, zur Abspritzöffnung 7 leiten. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 am Ventilsitz 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 Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der über die Brennstoffkanäle 30a bis 30c zur Abspritzöffnung 7 geführte Brennstoff wird 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 Wirkverbindung stehende 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.
Fig. 2 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Der dargestellte Ausschnitt ist in Fig. 1 mit II bezeichnet.
Das in Fig. 2 darstellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 weist eine Ventilnadelführung 31 auf, welche an einer zulaufseitigen Stirnseite 32 des Ventilsitzkörpers 5 ausgebildet ist. Die Ventilnadelführung 31 kann dabei mit dem Ventilsitzkörper 5 einstückig ausgebildet sein oder beispielsweise durch Schweißen, Löten oder ähnliche Verfahren mit dem Ventilsitzkörper 5 verbunden sein. Die Ventilnadelführung 31 ist hohlzylindrisch ausgebildet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Ventilnadel 3 einen kugelförmigen Ventilschließkörper 4 auf. Der Ventilschließkörper 4 bildet mit der auf dem Ventilsitzkörper 5 ausgebildeten Ventilsitzfläche 6 einen Dichtsitz. Der Ventilschließkörper 4 wird durch die Ventilnadelführung 31 geführt, wobei der Ventilschließkörper 4 mit einer Führungslinie 33 an einer Innenwandung 38 der Ventilnadelführung 31 anliegt. Zwischen der Führungslinie 33 und dem Dichtsitz sind in der Ventilnadelführung 31 mehrere Reihen 34 von Brennstoffkanälen 35 angeordnet, welche sich von einer radial äußeren Seite 36 der Ventilnadelführung 31 zu einer radial inneren Seite 39 erstrecken.
Die Brennstoffkanäle 35 können dabei entweder senkrecht zu einer Mittelachse 37 des Brennstoffeinspritzventils 1 verlaufen oder unter einem Winkel α gegenüber der zur Mittelachse 37 senkrechten Ausrichtung in Abströmrichtung geneigt sein. Letzteres ist hydrodynamisch günstiger.
Sobald die Ventilnadel 3 durch Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 entgegen der Strömungsrichtung des Brennstoffs bewegt wird, werden die Brennstoffkanäle 35 der Reihen 34 freigegeben. Brennstoff strömt von einer radial äußeren Seite 36 der Ventilnadelführung 31 durch die Brennstoffkanäle 35 in Richtung Dichtsitz.
Durch eine entsprechende Anordnung der Brennstoffkanäle 35 kann eine Kennlinie, welche den dynamischen Durchfluß von Brennstoff durch das Brennstoffeinspritzventil in Abhängigkeit von einem Hub der Ventilnadel 3 darstellt, eingestellt bzw. modelliert werden. Durch entsprechende Hubeinstellung der Ventilnadel 3 fließt dann so viel Brennstoff durch die Brennstoffkanäle 35, wie dies im Rahmen der zu erzielenden Durchflußgenauigkeit notwendig ist.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 durch die Ventilnadelführung 31 des ersten Ausführungsbeispiels im Bereich der Brennstoffkanäle 35. Die Brennstoffkanäle 35 der benachbarten Reihen 34 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel umfänglich zueinander versetzt angeordnet, um eine möglichst homogene Gemischwolke zu erzeugen. Die Brennstoffkanäle 35 können jedoch auch ohne umfänglichen Versatz angeordnet sein. Um die erforderliche Zumeßgenauigkeit zu erreichen, sollten die Brennstoffkanäle 35 einen sehr kleinen Durchmesser, beispielsweise kleiner als 100 µm, insbesondere kleiner oder gleich 70 µm, aufweisen. Die Herstellung solcher kleinkalibrigen Bohrungen kann beispielsweise mittels Laserbearbeitung erfolgen.
Da die Brennstoffkanäle 35 zur Erzeugung eines Dralls eine tangentiale Komponente relativ zur Mittelachse 37 des Brennstoffeinspritzventils 1 aufweisen, erscheint der Querschnitt der Brennstoffkanäle 35 in Fig. 3 oval. Die Orientierung der tangentialen Komponenten der Brennstoffkanäle 35 kann dabei in jeder Reihe 34 gleichsinnig relativ zu den übrigen Reihen 34 sein. Das vorliegende Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 verbindet somit die Drallaufbereitung mit einer Verfeinerung der zugemessenen Brennstoffmenge.
Fig. 4 bis 7 zeigen in der gleichen Schnittebene wie Fig. 3 weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 mit unterschiedlichen Anordnungen der Brennstoffkanäle 35 jeweils in Verbindung mit der durch die entsprechende Anordnung von Brennstoffkanälen 35 erzeugte Kennlinie.
Die Kennlinien stellen den Zusammenhang zwischen der dynamischen Durchflußmenge durch das Brennstoffeinspritzventil 1 während des Öffnungsvorgangs in Abhängigkeit vom Ventilnadelhub dar. Bei einer gleichförmigen Anordnung der Brennstoffkanäle 35 steigt der Durchfluß mit dem Hub der Ventilnadel 3 relativ gleichförmig an, um dann in einen konstanten Sättigungswert überzugehen, welcher den statischen Durchfluß durch das Brennstoffeinspritzventil 1 in geöffnetem Zustand repräsentiert.
Das in Fig. 4A dargestellte Ausführungsbeispiel weist eine ähnliche Anordnung der Brennstoffkanäle 35 wie das in Fig. 3 dargestellte auf, jedoch sind die Brennstoffkanäle 35 nicht umfänglich versetzt zueinander, sondern in einer gitterähnlichen Struktur unmittelbar untereinander angeordnet. Die Kennlinien der in Fig. 3 und Fig. 4A dargestellten Ausführungsbeispiele entsprechen der in Fig. 4B schematisch dargestellten Kennlinie.
Wird die Anordnung der Brennstoffkanäle 35 verändert, indem z. B. die Reihen 34 nicht mehr vollständig mit Brennstoffkanälen 35 ausgestattet sind, sondern Lücken 40 aufweisen, verändert sich die Kennlinie. Wird beispielsweise, wie in Fig. 5A dargestellt, in zwei näher zum Dichtsitz angeordneten Reihen 34 jeder zweite Brennstoffkanal 35 ausgelassen, wird die Kennlinie, wie in Fig. 5B gezeigt, S-förmig verformt. Zu Beginn des Öffnungsvorgangs fließt also zunächst eine kleinere Brennstoffmenge durch das Brennstoffeinspritzventil 1, bis der Ventilschließkörper 4 auch die vollständigen Reihen 34 freigibt und nach einem steileren Anstieg als in Fig. 4B der Sättigungswert erreicht wird.
Das in Fig. 6A dargestellte Ausführungsbeispiel verzichtet auf weitere Brennstoffkanäle 35, so daß die Lücken 40 umfänglich länger werden, wobei außerdem die Anzahl der Reihen 34 reduziert ist. Durch die nun sehr vereinzelten Brennstoffkanäle 35 fließt zu Beginn des Öffnungsvorgangs nur noch eine sehr geringe Brennstoffmenge, die dann bei Freigabe der übrigen Reihen 34 sehr schnell auf den Sättigungswert ansteigt und beinahe einen stufenförmigen Verlauf erreicht, wie in Fig. 6B dargestellt.
Auch das in Fig. 7A dargestellte Ausführungsbeispiel führt zu einem schnellen Anstieg des Brennstoffdurchflusses, da die näher zum Dichtsitz liegenden Reihen 34 von Brennstoffkanälen 35 noch vollständig besetzt sind, während die übrigen Reihen 34 nur noch vereinzelte Brennstoffkanäle 35 bzw. große Lücken 40 aufweisen oder die Brennstoffkanäle 35 gänzlich fehlen. Die zugehörige Kennlinie ist in Fig. 7B dargestellt.
Insbesondere die in Fig. 6B und 7B gezeigten Kennlinien haben den Vorteil, daß die gewünschte Brennstoffmenge in einem kurzen Zeitraum zugemessen werden kann und der Durchfluß rasch in Sättigung geht, wodurch die Öffnungs- und Schließzeiten des Brennstoffeinspritzventils 1 günstig beeinflußt werden können.
Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß eine sehr kleine minimale Brennstoffmenge qmin erreicht werden kann, wodurch das Verhältnis qmax/qmin der maximal einspritzbaren Brennstoffmenge qmax zur minimal einspritzbaren Brennstoffmenge qmin erhöht wird.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und z. B. auch für Brennstoffeinspritzventile 1 mit piezoelektrischen und magnetostriktiven Aktoren oder beliebige Anordnungen von Brennstoffkanälen 35 anwendbar.
Bezugszeichenliste
1
Brennstoffeinspritzventil
2
Düsenkörper
3
Ventilnadel
4
Ventilschließkörper
5
Ventilsitzkörper
6
Ventilsitzfläche
7
Abspritzöffnung
8
Dichtung
9
Außenpol
10
Magnetspule
11
Spulengehäuse
12
Spulenträger
13
Innenpol
14
Ventilnadelführung
15
Einstellscheibe
16
zentrale Brennstoffzufuhr
17
Steckkontakt
18
Kunststoffummantelung
19
elektrische Leitung
20
Anker
21
Flansch
22
Schweißnaht
23
Rückstellfeder
24
Hülse
25
Filterelement
26
Drosselspalt
27
Arbeitsspalt
28
Dichtung
29
Verbindungsbauteil
30a-30c
Brennstoffkanal
31
Ventilnadelführung
32
zulaufseitige Stirnseite des Ventilsitzträgers 5
33
Führungslinie
34
Reihen
35
Brennstoffkanäle
36
radial äußere Seite der Ventilnadelführung 31
37
Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils 1
38
Innenwandung der Ventilnadelführung 31
39
radial innere Seite der Ventilnadelführung 31
40
Lücken zwischen den Brennstoffkanälen 35

Claims (11)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Aktor (10) zur Betätigung einer Ventilnadel (3), wobei die Ventilnadel (3) an einem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (4) aufweist, der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (6), die an einem Ventilsitzkörper (5) ausgebildet ist, einen Dichtsitz bildet, und mit Brennstoffkanälen (35), die in einer mit dem Ventilsitzkörper (5) verbundenen oder einstückig ausgebildeten Ventilnadelführung (31) angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffkanäle (35) in mehreren Reihen (34) umfänglich in der Ventilnadelführung (31) angeordnet sind, wobei die Anzahl der Brennstoffkanäle (35) und ihre Lage zueinander so gewählt ist, daß dadurch eine Kennlinie, die einen dynamischen Brennstofffluß (qdyn) durch das Brennstoffeinspritzventil (1) in Abhängigkeit von einem Hub (h) der Ventilnadel darstellt, eingestellt wird.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadelführung (31) an einer zulaufseitigen Stirnseite (32) des Ventilsitzkörpers (5) ausgebildet ist.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadelführung (31) sich von der Stirnseite (32) des Ventilsitzkörpers (5) hohlzylindrisch erstreckt.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (4) so ausgeformt ist, daß er im Bereich einer Führungslinie (33) an einer Innenwandung (38) der Ventilnadelführung (31) anliegt.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffkanäle (35) eine Tangentialkomponente gegenüber einer Mittelachse (37) des Brennstoffeinspritzventils (1) aufweisen.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Tangentialkomponenten der Reihen (34) gleichsinnig orientiert sind.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Reihen (34) Lücken (40) zwischen den Brennstoffkanälen (35) aufweist.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen (34), welche Lücken (40) aufweisen, im abspritzseitigen Teil der Ventilnadelführung (31) angeordnet sind.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen (34), welche Lücken (40) aufweisen, im zulaufseitigen Teil der Ventilnadelführung (31) angeordnet sind.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Lücken (40) umfänglich versetzt zueinander angeordnet sind.
  11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Lücken (40) unterschiedlicher Reihen (34) bezüglich Anzahl und/oder umfänglicher Länge unterschiedlich bemessen sind.
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