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EP1328722A1 - Fuel injection valve - Google Patents

Fuel injection valve

Info

Publication number
EP1328722A1
EP1328722A1 EP01986748A EP01986748A EP1328722A1 EP 1328722 A1 EP1328722 A1 EP 1328722A1 EP 01986748 A EP01986748 A EP 01986748A EP 01986748 A EP01986748 A EP 01986748A EP 1328722 A1 EP1328722 A1 EP 1328722A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
fuel injection
valve seat
seat body
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01986748A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Sebastian
Jens Pohlmann
Martin Maier
Guenter Dantes
Detlef Nowak
Joerg Heyse
Joerg Schlerfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1328722A1 publication Critical patent/EP1328722A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • 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
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
    • F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/162—Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/12—Other methods of operation
    • F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • Fuel injection valves in which swirl-generating elements are incorporated in a valve seat body are known, for example, from DE 41 31 499 Cl.
  • the swirl-generating element is designed in the form of grooves which are introduced into the valve seat body and open at an injection opening.
  • the amount of fuel to be sprayed is metered through the cross section of the spray opening. This is arranged either in the valve seat body or in a perforated disk arranged at the downstream end of the fuel injector.
  • the swirl-generating elements are located upstream of the sealing seat and are introduced as grooves in a central recess in the valve seat body, which serves as a guide for the valve closing body.
  • the swirl grooves open towards the center axis of the fuel injection valve become channels through the valve closing body, which is preferably spherical closed. This defines a cross section within the swirl channels through which the fuel is metered.
  • a disadvantage of the fuel injector known from DE 41 31 499 Cl is the arrangement of the swirl generation downstream of the sealing seat.
  • the robustness of the swirl-generating elements which limits the design options of the component, since e.g. B. Minimum requirements for material thickness must be met.
  • a pre-jet is also formed which has no swirl.
  • the resulting poor atomization leads to poor combustion.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing feature of the main claim has the advantage that the swirling fuel flow reaches the spray opening without a strong deflection.
  • the swirl-generating elements are arranged protected upstream of the sealing seat.
  • the decoupling of the swirl generation from the metering of the fuel to be sprayed is also advantageous for production.
  • the dimensional tolerances of the swirl-generating elements can be selected relatively roughly, which enables the use of inexpensive manufacturing processes.
  • the metering quantity is also set while maintaining the unchanged valve seat body, by changing an annular gap which is generated by a shoulder in the valve closing body.
  • changing the contour of the shoulder can influence the opening and closing behavior.
  • Another advantage of this is that there is no dead volume downstream of the swirl generation. The formation of a swirl in the fuel flow thus already occurs during the opening process of the fuel injector.
  • FIG. 1 is a schematic partial section through an embodiment of a fuel injector according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic partial section in section II of FIG. 1 of the exemplary embodiment of a fuel injector according to the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic section along the line III-III in FIG. 2.
  • the fuel injector 1 is in the form of a fuel injector 1 for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited
  • Fuel injection valve 1 is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 comprises a nozzle body 2, in which a valve needle 3 is arranged.
  • the valve needle 3 is operatively connected to a valve closing body 4, which cooperates with a valve seat surface 6 arranged on a valve seat body 5 to form a sealing seat.
  • the fuel injection valve 1 is an electromagnetically actuated fuel injection valve 1, which has an injection opening 7.
  • the nozzle body 2 is sealed by a seal 8 against the outer pole of a solenoid 10.
  • the magnet coil 10 is encapsulated in a coil housing 11 and wound on a coil carrier 12, which bears against an inner pole 13 of the magnet coil 10.
  • the Inner pole 13 and outer pole 9 are separated from one another by a gap 26 and are supported on a connecting component 29.
  • the magnet coil 10 is excited via a line 19 by an electrical current that can be supplied via an electrical plug contact 17.
  • the plug contact 17 is surrounded by a plastic sheath 18, which can be molded onto the inner pole 13.
  • valve needle 3 is guided in a disk-shaped valve needle guide 14. This is one
  • Valve needle stroke serves. On the upstream side of the
  • Adjustment disc 15 is an anchor 20. This is non-positively connected to the valve needle 3 via a flange 21, which is connected to the valve needle by a weld 22
  • Flange 21 is connected. On the flange 21, a return spring 23 is supported, which in the present
  • Inner pole 13 pressed sleeve 24 is brought to bias.
  • Fuel channels 30a, 30b run in the valve needle guide 14 and in the armature 20.
  • a filter element 25 is arranged in a central fuel feed 16.
  • the fuel injection valve 1 is sealed by a seal 28 against a fuel line, not shown.
  • the armature 20 In the idle state of the fuel injection valve 1, the armature 20 is acted upon by the return spring 23 against the stroke direction via the flange 21 on the valve needle 3 in such a way that the valve closing body 4 is held in sealing contact with the valve seat surface 6.
  • the magnet coil 10 When the magnet coil 10 is excited, it builds up a magnetic field which moves the armature 20 against the spring force of the return spring 23 in the stroke direction, the stroke being predetermined by a working gap 27 which is in the rest position between the inner pole 13 and the armature 20.
  • the armature 20 takes the flange 21, which is welded to the valve needle 2, and thus also the valve needle 3 Stroke direction with.
  • the valve closing body 4, which is operatively connected to the valve needle 3, lifts off the valve seat surface 6, and the fuel reaching the spray opening 7 via swirl channels 36 and a subsequent annular gap 37 is sprayed off.
  • the swirl-generating assembly consists of the valve seat body 5, the valve needle 3 and the valve closing body 4 which is operatively connected to the valve needle 3.
  • valve seat body 5 On its upstream side 33, the valve seat body 5 has a guide recess 38 which serves to guide the valve needle 3 in the axial direction.
  • a preferably conical taper follows on which valve seat surface 6 is arranged.
  • the spray opening 7 follows downstream of the taper.
  • Swirl channels 36 are introduced into the valve seat body 5 on the upstream side 33 of the valve seat body 5. They are open to the upstream surface 33 of the valve seat body 5 and preferably open tangentially into the guide recess 38.
  • the swirl channels are designed as grooves in the valve seat body 5.
  • the bottom 39 of the grooves forms the downstream boundary surface of the swirl channels 36 and is preferably arranged on a conical jacket, the opening angle ⁇ of which is identical to the opening angle ⁇ which the conical valve seat surface 6 encloses with the central axis 35 of the fuel injection valve 1.
  • the valve needle 3 has upstream of the upstream surface 33 of the valve seat body 5 a radial extension 31, so that the upstream open swirl channels 36 are at least partially covered in the radial direction.
  • the axial flow fraction of the fuel can thus be varied when the fuel injection valve 1 is open.
  • the extent of the radial enlargement 31 is smaller than the inside diameter of the nozzle body 2.
  • the changes in the axial component of the fuel flow during the opening and closing of the fuel injection valve 1 can, for. B. can be influenced by a conical or funnel-shaped design of the upstream surface 33 of the valve seat body 5. An influence by the corresponding surface 32 of the radial extension 31 is also possible.
  • the valve closing body 4 connected to the valve needle 3 has a radial extent which is smaller than the guide recess 38 of the valve seat body 5.
  • the cross-sectional area of the annular gap 37 thus formed between the valve closing body 4 and the valve seat body 5 determines the metering of the fuel to be sprayed off.
  • the height of the annular gap 37 defined by the valve needle 3 is to be selected so that at least when the fuel injection valve 1 is open, the swirl channels 36 are connected to the annular gap 37. If the valve needle 3 together with the valve closing body 4 is in its open end position when the magnet coil 10 is excited, the cross-sectional area of the annular gap 37 represents the smallest cross section of the fuel stream to be flowed through on the way to the spray opening 7.
  • FIG. 3 shows an excerpted sectional illustration of the exemplary embodiment of a shown in FIG Fuel injection valve 1 according to the invention.
  • the swirl channels 36 open tangentially into the annular gap 37 which is formed between the valve closing body 4 and the guide recess 38 of the valve seat body 5.
  • the sum of the cross-sectional areas of the opening of the swirl channels 36 is larger than the cross-sectional area of the annular gap 37 formed between the guide recess 38 of the valve seat body 5 and the valve closing body 5 ,

Landscapes

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

The invention relates to a fuel injection valve (1) for fuel injection systems of internal combustion engines. Said fuel injection valve comprises a valve needle (3) and a valve closing body (4), which is interactively connected to the valve needle and which interacts with a valve seat surface (6) inside a valve seat body (5) in order to effect a tight seat. The fuel injection valve also comprises at least one turbulence-generating element that is arranged upstream from the tight seat inside the valve seat body (5). The turbulence-generating element consists of one or more turbulence channels (36), which is/are open toward the upstream side (33) of the valve seat body (5) and which is/are inserted into said upstream side (33) of the valve seat body (5).

Description

Brennstoffeinspritzventil Fuel injector
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .The invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
Brennstoffeinspritzventile, bei denen drallerzeugende Elemente in einem Ventilsitzkorper eingebracht sind, sind zum Beispiel aus der DE 41 31 499 Cl bekannt. Das drallerzeugende Element ist in Form von Nuten ausgeführt, die in den Ventilsitzkorper eingebracht sind und an einer Abspritzöffnung münden. Die Zumessung der abzuspritzenden Brennstoffmenge erfolgt durch den Querschnitt der Abspritzöffnung. Diese ist entweder in dem Ventilsitzkorper oder in einer an dem stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils angeordneten Lochscheibe angeordnet .Fuel injection valves in which swirl-generating elements are incorporated in a valve seat body are known, for example, from DE 41 31 499 Cl. The swirl-generating element is designed in the form of grooves which are introduced into the valve seat body and open at an injection opening. The amount of fuel to be sprayed is metered through the cross section of the spray opening. This is arranged either in the valve seat body or in a perforated disk arranged at the downstream end of the fuel injector.
Ein weiteres Brennstoffeinspritzventil , bei dem die Drallerzeugung durch Nuten erfolgt, ist aus der DE 42 31 448 Cl bekannt. Die drallerzeugenden Elemente befinden sich stromaufwärts des Dichtsitzes und sind als Nuten in eine zentrale Ausnehmung des Ventilsitzkörpers eingebracht, die als Führung für den Ventilschließkörper dient. Die zur Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils hin offenen Drallnuten werden durch den Ventilschließkörper, der vorzugsweise kugelförmig ausgeführt ist, zu Kanälen geschlossen. Hierdurch wird ein Querschnitt innerhalb der Drallkanäle definiert, durch welchen die Zumessung des Brennstoffs erfolgt.Another fuel injector, in which the swirl is generated by grooves, is known from DE 42 31 448 Cl. The swirl-generating elements are located upstream of the sealing seat and are introduced as grooves in a central recess in the valve seat body, which serves as a guide for the valve closing body. The swirl grooves open towards the center axis of the fuel injection valve become channels through the valve closing body, which is preferably spherical closed. This defines a cross section within the swirl channels through which the fuel is metered.
Nachteilig bei dem aus der DE 41 31 499 Cl bekannten Brennstoffeinspritzventil ist die Anordnung der Drallerzeugung stromabwärts des Dichtsitzes. Insbesondere bei direkt einspritzenden Brennstoffeinspritzventilen ist die Gefahr der Verschmutzung durch Verkokung groß. Bei der Konstruktion ist insbesondere auf Robustheit der drallerzeugenden Elemente zu achten, wodurch die Auslegungsmöglichkeiten des Bauelementes eingeschränkt sind, da z. B. Mindestanforderungen an die Materialstärke einzuhalten sind.A disadvantage of the fuel injector known from DE 41 31 499 Cl is the arrangement of the swirl generation downstream of the sealing seat. In the case of direct injection fuel injectors in particular, there is a high risk of contamination by coking. In the construction, particular attention should be paid to the robustness of the swirl-generating elements, which limits the design options of the component, since e.g. B. Minimum requirements for material thickness must be met.
Weiterhin nachteilig ist, daß durch die Anordnung stromabwärts des Dichtsitzes ein Totvolumen gebildet wird, aus dem nach Beendigung des Abspritzvorgangs Brennstoff austreten kann. Dieses Nachtropfen führt zu einer unvollständigen und unkontrollierten Verbrennung, welche in hohem Maße Schadstoffe erzeugt. Darüber hinaus erschwert die einstückige Ausführung von Düsenkδrper und Ventilsitzkorper das Einbringen der Nuten. Bei der Fertigung eventuell auftretende Überschreitungen von Bauteiltoleranzen führen somit zum Ausschuß eines teueren Bauteils.Another disadvantage is that the arrangement downstream of the sealing seat forms a dead volume from which fuel can escape after the end of the spraying process. This dripping leads to incomplete and uncontrolled combustion, which produces a high level of pollutants. In addition, the one-piece design of the nozzle body and valve seat body complicates the introduction of the grooves. Any exceedances of component tolerances that occur during production thus lead to the rejection of an expensive component.
Bei dem aus der DE 42 31 448 Cl bekannten Einspritzventil, ist die Ergänzung der Nuten zu Drallkanälen durch den kugelförmigen Ventilschließkörper von Nachteil. Durch die Kugelgeometrie des Ventilschließkörpers werden die Drallnuten nur an der Umfangslinie des Ventilschließkörpers zu Drallkanälen verschlossen. Hierdurch ist ein Leckagestrom schwierig zu verhindern, da sich die Bauteiltoler-ar-zen mehrerer Teil addieren. Durch . die Ausbildung des Dichtspaltes als Linie macht sich dies besonders kritisch bemerkbar. Als Folge davon ergibt sich eine große Schwankungsbreite der zugemessenen Brennstoffmenge . Weiterhin nächteilig ist die erforderliche starke Umlenkung der BrennstoffStrömung. Diese ergibt sich durch die Anordnung der Drallkanäle auf der Zylinderwand der Ausnehmung, die zur Führung des Ventilschließkörpers dient. Die anschließende Drallkammer ist erforderlich, um eine gleichmäßig drallbehaftete Strömung zu erzeugen. Die damit verbundene Umlenkung der Strömung führt jedoch zu starken Strömungsverlusten, welche sich in einem verschlechterten Abspritzbild bemerkbar machen.In the injection valve known from DE 42 31 448 Cl, the addition of the grooves to swirl channels by the spherical valve closing body is disadvantageous. Due to the spherical geometry of the valve closing body, the swirl grooves are closed to swirl channels only on the circumferential line of the valve closing body. This makes it difficult to prevent a leakage flow since the component tolerances of several parts add up. By . the formation of the sealing gap as a line makes this particularly critical. As a result, the metered amount of fuel fluctuates widely. A further disadvantage is the required strong redirection of the fuel flow. This results from the arrangement of the swirl channels on the cylinder wall of the recess, which is used to guide the valve closing body. The subsequent swirl chamber is required to generate a uniform swirled flow. The associated deflection of the flow, however, leads to severe flow losses, which are noticeable in a worsened spray pattern.
Während des Öffnungsvorgangs des Brennstoffeinspritzventils kommt es zudem zur Ausbildung eines Vorstrahls, der keinen Drall aufweist. Die daraus resultierende schlechte Zerstäubung führt zu einer mangelhaften Verbrennung.During the opening process of the fuel injector, a pre-jet is also formed which has no swirl. The resulting poor atomization leads to poor combustion.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die drallbehaftete BrennstoffStrömung ohne starke Umlenkung zu der Abspritzöffnung gelangt. Gleichzeitig sind die drallerzeugenden Elemente geschützt stromaufwärts des Dichtsitzes angeordnet. Für die Fertigung ist ferner die Entkopplung der Drallerzeugung von der Zumessung des abzuspritzenden Brennstoffs von Vorteil . Die Maßtoleranzen der drallerzeugenden Elemente können relativ grob gewählt werden, wodurch der Einsatz kostengünstiger Fertigungsverfahren ermöglicht wird.The fuel injector according to the invention with the characterizing feature of the main claim has the advantage that the swirling fuel flow reaches the spray opening without a strong deflection. At the same time, the swirl-generating elements are arranged protected upstream of the sealing seat. The decoupling of the swirl generation from the metering of the fuel to be sprayed is also advantageous for production. The dimensional tolerances of the swirl-generating elements can be selected relatively roughly, which enables the use of inexpensive manufacturing processes.
Durch die in den Unteransprüchen ausgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.Advantageous further developments of the fuel injector specified in the main claim are possible through the measures set out in the subclaims.
Die Anpassung des .Brennstoffeinspritzventils an Kundenanforderungen im Hinblick auf zuzumessende Brennstoffmenge sowie Abspritzbild ist einfach möglich. Sie erfolgt durch Ändern lediglich eines Bauteils, mit dem sowohl die Drallerzeugung beeinflußt werden kann, als auch die Zumessung der Brennstoffmenge . Durch Beeinflussen des Axialanteils der BrennstoffStrömung kann die Drallerzeugung variiert werden. Dies führt zur Änderung des Kegelmantels, auf dem der Brennstoff abgespritzt wird.It is easy to adapt the fuel injector to customer requirements with regard to the amount of fuel to be metered and the spray pattern. It is done by changing only one component that can be used to influence both the swirl generation and the metering of the amount of fuel. By influencing the The swirl generation can be varied in the axial proportion of the fuel flow. This leads to a change in the cone shell on which the fuel is sprayed off.
Die Einstellung der Zumeßmenge erfolgt ebenfalls unter Beibehaltung des unveränderten Ventilsitzkörpers, durch Änderung eines Ringspaltes, der durch einen Absatz im Ventilschließkörper erzeugt wird. Neben der Definition einer Zumeßmenge bei vollständig geöffnetem Brennstoffeinspritzventil ist durch Ändern der Kontur des Absatzes eine Beeinflussung des Öffnungs- und Schließverhaltens möglich.The metering quantity is also set while maintaining the unchanged valve seat body, by changing an annular gap which is generated by a shoulder in the valve closing body. In addition to the definition of a metered quantity when the fuel injector is fully open, changing the contour of the shoulder can influence the opening and closing behavior.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Anordnung der Drallkanäle auf einen Kegelmantel, dessen Winkel identisch ist mit dem Winkel der Ventilsitzfläche. Durch den dadurch bedingtenAn arrangement of the swirl channels on a conical jacket, the angle of which is identical to the angle of the valve seat surface, is also advantageous. Because of that
Entfall starker Strömungsumlenkung abwärts derNo strong flow deflection down the
Drallerzeugung, kommt es zu keinem Verlust in derSwirl generation, there is no loss in the
Umfangsgeschwindigkeit des Brennstoffs auf dem Weg zur Abspritzöffnung hin.The peripheral speed of the fuel on the way to the spray opening.
Als weiteren Vorteil ergibt sich daraus der Entfall eines Totvolumens stromabwärts der Drallerzeugung. Die Ausbildung eines Dralls in der BrennstoffStrömung entsteht somit bereits während des Öffnungsvorgangs des Brennstoffeinspritzventils . Die verbesserteAnother advantage of this is that there is no dead volume downstream of the swirl generation. The formation of a swirl in the fuel flow thus already occurs during the opening process of the fuel injector. The improved
Drallaufbereitung während des Öffnens und Schließens sorgt letztlich für eine verbesserte Verbrennung und führt somit zu einem geringeren Schadstoffausstoß.Twist preparation during opening and closing ultimately improves combustion and thus leads to lower pollutant emissions.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it:
Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ; Fig. 2 einen schematischen Teilschnitt im Ausschnitt II der Fig. 1 des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ; undFigure 1 is a schematic partial section through an embodiment of a fuel injector according to the invention. FIG. 2 shows a schematic partial section in section II of FIG. 1 of the exemplary embodiment of a fuel injector according to the invention; and
Fig. 3 einen schematische Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2.3 shows a schematic section along the line III-III in FIG. 2.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Bevor anhand der Fig. 2 und 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 näher beschrieben wird, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von Fig. 1 das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 in einer Gesamtdarstellung bezüglich seiner wesentlichen Bestandteile kurz erläutert werde .Before an exemplary embodiment of a fuel injection valve 1 according to the invention is described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3, the fuel injection valve 1 according to the invention in its entirety with respect to its essential components will first be briefly explained with reference to FIG. 1.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündetenThe fuel injector 1 is in the form of a fuel injector 1 for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited
Brennkraftmaschinen ausgeführt . DasRunning internal combustion engines. The
Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.Fuel injection valve 1 is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt einen Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist . Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkorper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzδffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen den Außenpol einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist 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.The fuel injection valve 1 comprises a nozzle body 2, in which a valve needle 3 is arranged. The valve needle 3 is operatively connected to a valve closing body 4, which cooperates with a valve seat surface 6 arranged on a valve seat body 5 to form a sealing seat. In the exemplary embodiment, the fuel injection valve 1 is an electromagnetically actuated fuel injection valve 1, which has an injection opening 7. The nozzle body 2 is sealed by a seal 8 against the outer pole of a solenoid 10. The magnet coil 10 is encapsulated in a coil housing 11 and wound on a coil carrier 12, which bears against an inner pole 13 of the magnet coil 10. The Inner pole 13 and outer pole 9 are separated from one another by a gap 26 and are supported on a connecting component 29. The magnet coil 10 is excited via a line 19 by an electrical current that can be supplied via an electrical plug contact 17. The plug contact 17 is surrounded by a plastic sheath 18, which can be molded onto the inner pole 13.
Die Ventilnadel 3 ist in einer scheibenförmig ausgeführten Ventilnadelführung 14 geführt. Dieser ist eineThe valve needle 3 is guided in a disk-shaped valve needle guide 14. This is one
Einstellscheibe 15 zugepaart, welche zur Einstellung desPaired shim 15, which for setting the
Ventilnadelhubes dient. Auf der stromaufwartigen Seite derValve needle stroke serves. On the upstream side of the
Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit demAdjustment disc 15 is an anchor 20. This is non-positively connected to the valve needle 3 via a flange 21, which is connected to the valve needle by a weld 22
Flansch 21 verbunden ist. Auf dem Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegendenFlange 21 is connected. On the flange 21, a return spring 23 is supported, which in the present
Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine in denDesign of the fuel injector 1 by one in the
Innenpol 13 eingepreßte Hülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.Inner pole 13 pressed sleeve 24 is brought to bias.
In der Ventilnadelführung 14 und im Anker 20 verlaufen Brennstoffkanäle 30a, 30b. In einer zentralen Brennstoffzufuhr 16 ist ein Filterelement 25 angeordnet. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet.Fuel channels 30a, 30b run in the valve needle guide 14 and in the armature 20. A filter element 25 is arranged in a central fuel feed 16. The fuel injection valve 1 is sealed by a seal 28 against a fuel line, not shown.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 über den Flansch 21 an der Ventilnadel 3 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 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt den Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 2 verschweißt ist, und damit die Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung mit . Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über Drallkanäle 36 und einem sich anschließenden Ringspalt 37 zu der Abspritzöffnung 7 gelangende Brennstoff wird abgespritzt.In the idle state of the fuel injection valve 1, the armature 20 is acted upon by the return spring 23 against the stroke direction via the flange 21 on the valve needle 3 in such a way that the valve closing body 4 is held in sealing contact with the valve seat surface 6. When the magnet coil 10 is excited, it builds up a magnetic field which moves the armature 20 against the spring force of the return spring 23 in the stroke direction, the stroke being predetermined by a working gap 27 which is in the rest position between the inner pole 13 and the armature 20. The armature 20 takes the flange 21, which is welded to the valve needle 2, and thus also the valve needle 3 Stroke direction with. The valve closing body 4, which is operatively connected to the valve needle 3, lifts off the valve seat surface 6, and the fuel reaching the spray opening 7 via swirl channels 36 and a subsequent annular gap 37 is sprayed off.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf den Flansch 21 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich die Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch setzt der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf, und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.If the coil current is switched off, the armature 20 drops from the inner pole 13 after the magnetic field has been sufficiently reduced by the pressure of the return spring 23 on the flange 21, as a result of which the valve needle 3 moves counter to the stroke direction. As a result, the valve closing body 4 rests on the valve seat surface 6 and the fuel injection valve 1 is closed.
Fig. 2 zeigt eine auszugsweise Schnittdarstellung der drallerzeugenden Baugruppe eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Die drallerzeugende Baugruppe besteht aus dem Ventilsitzkorper 5, der Ventilnadel 3 und dem mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung stehenden Ventilschließkörper 4.2 shows a partial sectional view of the swirl-generating assembly of a fuel injector 1 according to the invention. The swirl-generating assembly consists of the valve seat body 5, the valve needle 3 and the valve closing body 4 which is operatively connected to the valve needle 3.
An seiner stromaufwartigen Seite 33 weist der Ventilsitzkorper 5 eine Führungsausnehmung 38 auf, welche zur Führung der Ventilnadel 3 in axialer Richtung dient . Stromabwärts schließt sich eine vorzugsweise konusformige Verjüngung an, auf der die Ventilsitzfläche 6 angeordnet ist. Stromabwärts der Verjüngung schließt sich die Abspritzδffnung 7 an. An der stromaufwartigen Seite 33 des Ventilsitzkörpers 5 sind Drallkanäle 36 in den Ventilsitzkorper 5 eingebracht. Sie sind zu der stromaufwartigen Fläche 33 des Ventilsitzkörpers 5 offen und münden vorzugsweise tangential in die Führungsausnehmung 38. Die Drallkanäle sind als Nuten in dem Ventilsitzkorper 5 ausgebildet. Der Boden 39 der Nuten bildet die stromabwärtige Begrenzungsfläche der Drallkanäle 36 und ist vorzugsweise auf einem Kegelmantel angeordnet , dessen Öffnungswinkel α identisch mit dem Öffnungswinkel ß ist, den die kegelförmige Ventilsitzfläche 6 mit der Mittelachse 35 des Brennstoffeinspritzventils 1 einschließt. Die Ventilnadel 3 weist stromaufwärts der stromaufw rtigen Fläche 33 des Ventilsitzkörpers 5 eine radiale Erweiterung 31 auf, so daß die stromaufwärts offenen Drallkanäle 36 zumindest teilweise in radialer Richtung abgedeckt werden. Abhängig von der radialen Ausdehnung der radialen Erweiterung 31 und vom Abstand der stromabwärtigen Fläche 32 der radialen Erweiterung 31 von der stromaufwartigen Fläche 33 des Ventilsitzkörpers 5 kann somit bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil 1 der axiale Strömungsanteil des Brennstoffs variiert werden. Die Ausdehnung der radialen Erweiterung 31 ist dabei kleiner als der Innendurchmesser des Düsenkδrpers 2. Die Änderungen der Axialkomponente der BrennstoffStrömung während des Öffnens und Schließens des Brennstoffeinspritzventils 1 kann z. B. durch eine kegel- oder trichterförmige Ausführung der stromaufwartigen Fläche 33 des Ventilsitzkörpers 5 gezielt beeinflußt werden. Ebenso ist eine Beeinflussung durch die korrespondierende Fläche 32 der radialen Erweiterung 31 möglich.On its upstream side 33, the valve seat body 5 has a guide recess 38 which serves to guide the valve needle 3 in the axial direction. A preferably conical taper follows on which valve seat surface 6 is arranged. The spray opening 7 follows downstream of the taper. Swirl channels 36 are introduced into the valve seat body 5 on the upstream side 33 of the valve seat body 5. They are open to the upstream surface 33 of the valve seat body 5 and preferably open tangentially into the guide recess 38. The swirl channels are designed as grooves in the valve seat body 5. The bottom 39 of the grooves forms the downstream boundary surface of the swirl channels 36 and is preferably arranged on a conical jacket, the opening angle α of which is identical to the opening angle β which the conical valve seat surface 6 encloses with the central axis 35 of the fuel injection valve 1. The valve needle 3 has upstream of the upstream surface 33 of the valve seat body 5 a radial extension 31, so that the upstream open swirl channels 36 are at least partially covered in the radial direction. Depending on the radial extent of the radial extension 31 and the distance between the downstream surface 32 of the radial extension 31 and the upstream surface 33 of the valve seat body 5, the axial flow fraction of the fuel can thus be varied when the fuel injection valve 1 is open. The extent of the radial enlargement 31 is smaller than the inside diameter of the nozzle body 2. The changes in the axial component of the fuel flow during the opening and closing of the fuel injection valve 1 can, for. B. can be influenced by a conical or funnel-shaped design of the upstream surface 33 of the valve seat body 5. An influence by the corresponding surface 32 of the radial extension 31 is also possible.
Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 weist eine radiale Ausdehnung auf, die kleiner ist als die Führungsausnehmung 38 des Ventilsitzkörpers 5. Die Querschnittsfläche des so zwischen dem Ventilschließkörper 4 und dem Ventilsitzkorper 5 ausgebildeten Ringspalts 37 bestimmt die Zumessung des abzuspritzenden Brennstoffs. Die durch die Ventilnadel 3 festgelegte Höhe des Ringspaltes 37 ist dabei so zu wählen, daß zumindest bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil 1 die Drallkanäle 36 mit dem Ringspalt 37 in Verbindung stehen. Befindet sich die Ventilnadel 3 mitsamt dem Ventilschließkörper 4 bei erregter Magnetspule 10 in ihrer geöffneten Endposition, stellt die Querschnittsflache des Ringspaltes 37 den kleinsten zu durchströmenden Querschnitt des BrennstoffStromes auf dem Weg zu der Abspritzöffnung 7 dar.The valve closing body 4 connected to the valve needle 3 has a radial extent which is smaller than the guide recess 38 of the valve seat body 5. The cross-sectional area of the annular gap 37 thus formed between the valve closing body 4 and the valve seat body 5 determines the metering of the fuel to be sprayed off. The height of the annular gap 37 defined by the valve needle 3 is to be selected so that at least when the fuel injection valve 1 is open, the swirl channels 36 are connected to the annular gap 37. If the valve needle 3 together with the valve closing body 4 is in its open end position when the magnet coil 10 is excited, the cross-sectional area of the annular gap 37 represents the smallest cross section of the fuel stream to be flowed through on the way to the spray opening 7.
Fig. 3 zeigt eine auszugsweise Schnittdarstellung des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Die Drallkanäle 36 münden dabei in den Ringspalt 37, der zwischen dem Ventilschließkörper 4 und der Führungsausnehmung 38 des Ventilsitzkörpers 5 ausgebildet ist, tangential aus. Die Summe der Querschnittsflächen der ausmündungender Drallkanäle 36 ist größer als die Querschnittsfläche des zwischen Führungsausnehmung 38 des Ventilsitzkörpers 5 und Ventilschließkörper 5 ausgebildeten Ringspalts 37. Die Einstellung der Querschnittsflächen der Ausmündungen kann dabei .durch Vergrößern der axialen Ausdehnung des Ventilschließkörpers 4 im Bereich des Ringspaltes 37 erfolgen. FIG. 3 shows an excerpted sectional illustration of the exemplary embodiment of a shown in FIG Fuel injection valve 1 according to the invention. The swirl channels 36 open tangentially into the annular gap 37 which is formed between the valve closing body 4 and the guide recess 38 of the valve seat body 5. The sum of the cross-sectional areas of the opening of the swirl channels 36 is larger than the cross-sectional area of the annular gap 37 formed between the guide recess 38 of the valve seat body 5 and the valve closing body 5 ,

Claims

Ansprüche Expectations
1. Brennstoffeinspritzventil (1) für1. Fuel injector (1) for
Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einer Ventilnadel (3) und einem mit der Ventilnadel (3) verbundenen Ventilschließkörper (4) , der mit einer in einem Ventilsitzkorper (5) angeordneten Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und mit zumindest einem drallerzeugenden Element, das stromaufwärts des Dichtsitzes in dem Ventilsitzkorper (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als drallerzeugendes Element ein oder mehrere zur stromaufwartigen Seite (33) des Ventilsitzkδrpers (5) hin offene Drallkanäle (36) in die stromaufwärtige Seite (33) des Ventilsitzkörpers (5) eingebracht sind.Fuel injection systems of internal combustion engines with a valve needle (3) and a valve closing body (4) connected to the valve needle (3), which cooperates with a valve seat surface (6) arranged in a valve seat body (5) to form a sealing seat, and with at least one swirl-generating element is arranged upstream of the sealing seat in the valve seat body (5), characterized in that one or more swirl channels (36) open to the upstream side (33) of the valve seat body (5) as the swirl-generating element into the upstream side (33) of the valve seat body (5 ) are introduced.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (3) stromaufwärts der stromaufwartigen Seite (33) des Ventilsitzkörpers (5) eine radiale Erweiterung (31) aufweist.2. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the valve needle (3) upstream of the upstream side (33) of the valve seat body (5) has a radial extension (31).
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erweiterung (31) auf ihrer stromabwärtigen Seite (32) eine mit der stromaufwartigen Seite (33) des Ventilsitzkörpers (5) korrespondierende Geometrie aufweist. 3. Fuel injection valve according to claim 2, characterized in that the radial extension (31) on its downstream side (32) has a geometry corresponding to the upstream side (33) of the valve seat body (5).
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (4) eine radiale Ausdehnung aufweist, die kleiner als die radiale Ausdehnung der Ventilnadel (3) ist.4. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the valve closing body (4) has a radial extent which is smaller than the radial extent of the valve needle (3).
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts der Drallkanäle (36) zwischen dem Ventilschließkörper (4) und einer Ausnehmung (40) des Ventilsitzkörpers (5) ein Ringspalt (37) ausgebildet ist, dessen Querschnittsfläche die kleinste von dem Brennstoff zu durchströmende Qüerschnittsflache bildet.5. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that an annular gap (37) is formed downstream of the swirl channels (36) between the valve closing body (4) and a recess (40) of the valve seat body (5), the cross-sectional area of which is the smallest cross-sectional area to be flowed through by the fuel.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (37) den Dichtsitz von den Drallkanälen (36) trennt.6. Fuel injection valve according to claim 5, characterized in that the annular gap (37) separates the sealing seat from the swirl channels (36).
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (36) in den Ventilsitzkorper (5) eingebrachte, zur stromaufwartigen Seite (33) hin offene Nuten sind.7. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the swirl channels (36) in the valve seat body (5) introduced to the upstream side (33) are open grooves.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der stromaufwartigen Seite (33) abgewandten Böden (39) der als Nuten ausgebildeten Drallkanäle (36) auf einer ersten Kegelfläche (41) liegen.8. Fuel injection valve according to claim 7, characterized in that the upstream side (33) facing floors (39) of the swirl channels (36) formed as grooves lie on a first conical surface (41).
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitzfläche (6) eine zweite Kegelfläche (42) bildet und der Öffnungswinkel (α) der ersten Kegelfläche (41) mit dem Öffnungswinkel (ß) der zweiten Kegelfläche (42) jeweils gegenüber einer Mittelachse (35) des9. Fuel injection valve according to claim 8, characterized in that the valve seat surface (6) forms a second conical surface (42) and the opening angle (α) of the first conical surface (41) with the opening angle (β) of the second conical surface (42) in each case with respect to a central axis (35) of the
Brennstoffeinspritzventils (1) im wesentlichen übereinstimmt . Fuel injector (1) essentially coincides.
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