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EP1073837A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number
EP1073837A1
EP1073837A1 EP99957895A EP99957895A EP1073837A1 EP 1073837 A1 EP1073837 A1 EP 1073837A1 EP 99957895 A EP99957895 A EP 99957895A EP 99957895 A EP99957895 A EP 99957895A EP 1073837 A1 EP1073837 A1 EP 1073837A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
axis
plane
swirl
valve seat
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.)
Granted
Application number
EP99957895A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1073837B1 (de
Inventor
Martin Mueller
Ralf Trutschel
Martin Buehner
Peter Land
Helmut Hennemann
Norbert Keim
Ulrich Klingner
Martin Andorfer
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 EP1073837A1 publication Critical patent/EP1073837A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1073837B1 publication Critical patent/EP1073837B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime 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
    • 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
    • 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
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection valve according to the preamble of claim 1, claim 13 and claim 14.
  • Fuel injection valve in which a fuel injection chamber is arranged downstream of a valve seat.
  • An axially movable valve needle interacts with the valve seat to open and close the valve and has a conical closing section in accordance with the contour of the valve seat.
  • an oblique swirl channel is provided on the outer circumference of the valve needle. The swirl channel opens into an annular swirl chamber which is formed between the valve needle and an outer valve housing. The fuel is led from this swirl chamber to the valve seat. From the valve seat following
  • Fuel injection chamber the fuel flows into an outlet opening, which begins slightly offset from the center of the bottom surface of the fuel injection chamber and runs downstream at an incline to the longitudinal axis of the valve.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of claim 1 and claim 13 has the advantage that it is inexpensive to manufacture in a particularly simple manner.
  • the injection valve is particularly simple at its downstream end and can nevertheless be mounted very precisely.
  • very good atomization and a very precise spraying of the fuel e.g. reached directly into a cylinder of an internal combustion engine.
  • a particularly even front of the hosed spray is achieved.
  • single strands in the spray with great penetration depth and speed can be avoided.
  • swirling fuel is supplied to the valve seat in the valve seat element in an extremely short flow path.
  • This very short flow path is also guaranteed insofar as the outlet opening begins immediately at the end of the valve seat surface, avoiding any collecting spaces.
  • the disk-shaped swirl element according to claim 1 is structured in a very simple manner and is therefore easy to shape.
  • the swirl element has the task of generating a swirl or rotary movement in the fuel. Since the swirl element is a single component, no restrictions are to be expected when handling it in the manufacturing process.
  • Advantageous further developments and improvements of the fuel injector specified in claim 1 are possible through the measures listed in the subclaims.
  • one and the same can be disc-shaped
  • Swirl element can be used for both left-hand and right-hand swirl. By installing the swirl element either with the front or with the back facing the valve seat, this variation can be accomplished extremely easily.
  • an inner opening area can be created in the swirl element with the simplest means, which extends over the entire axial thickness of the swirl element and is surrounded by an outer peripheral edge area.
  • installation aids are advantageously formed on the outer circumference of the swirl element.
  • the modular structure of the guide, swirl and valve seat elements and the associated separation of functions has the advantage that the individual components are very flexible can be designed so that different sprays to be sprayed (spray angle, static spray quantity) can be generated by simply varying an element.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of claim 13 has, in addition to the advantages already mentioned, the advantage that, due to the "skewed" arrangement of the outlet opening, swirling, finely atomized fuel sprays can be sprayed very specifically into particularly desired edge areas, for example of a cylinder, without, for example, a desired one Hollow cone distribution must be abandoned.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of claim 14 has the advantage that specially desired special jet shapes of the sprayed fuel can be achieved in a simple manner. These are particularly desirable when certain difficult installation conditions prevail on the internal combustion engine or when very specific oblique but not rotationally symmetrical fuel sprays e.g. are to be injected into the cylinder of an internal combustion engine in the case of direct petrol injection. In this way, spray cones deviating from an ideal hollow cone are sprayed, in which there is a certain shading area. On the side of the shading area, the spray cone can appear to be cut off, which means e.g. wall wetting to be avoided on this side is effectively prevented.
  • FIG. 1 shows it Embodiment of a fuel injection valve
  • Figure 2a is a plan view of a central area of a valve seat element for a so-called "right-hand swirl valve”
  • Figure 2b is a plan view of a central area of a valve seat element for a
  • FIG. 2c shows a plan view of a central region of a valve seat element with a two-dimensional offset of the outlet opening
  • FIG. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 2a
  • FIG. 4 shows a section along the line IV-IV in FIG 3 as a first exemplary embodiment according to the invention
  • FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment in a representation analogous to FIG. 4
  • FIG. 6 shows a fifth exemplary embodiment in a representation analogous to FIG. 4
  • FIG. 7 shows a simplified symbolic section through a spray cone, which according to FIG 5 and 6,
  • FIG. 8 shows an embodiment of a disk-shaped swirl element in a plan view
  • FIG. 9 shows an embodiment of a guide element in a
  • Figure 10 shows a second swirl element and Figure 11 shows a third swirl element.
  • the electromagnetically actuated valve in the form of an injection valve for fuel injection systems of spark-ignited internal combustion engines has a tubular, largely hollow cylindrical core 2, which is at least partially surrounded by a magnetic coil 1 and serves as the inner pole of a magnetic circuit.
  • the fuel injection valve is suitable especially as a high-pressure injection valve for the direct injection of fuel into a combustion chamber Internal combustion engine.
  • a stepped coil body 3 made of plastic takes up the winding of the magnetic coil 1 and, in conjunction with the core 2 and an annular, non-magnetic intermediate part 4 with an L-shaped cross section partially surrounded by the magnetic coil 1, enables a particularly compact and short structure of the injection valve in the area of the magnetic coil 1.
  • a continuous longitudinal opening 7 is provided in the core 2 and extends along a longitudinal valve axis 8.
  • the core 2 of the magnetic circuit also serves as a fuel inlet connection, the longitudinal opening 7 representing a fuel supply channel.
  • a fuel filter 15 is provided on the inlet side, which filters out those fuel components which, because of their size, could cause blockages or damage in the injection valve.
  • the fuel filter 15 is, for. B. fixed by pressing in the core 2.
  • the core 2 forms with the housing part 14 the inlet-side end of the fuel injector, the upper housing part 14, for example, just extending beyond the magnetic coil 1 as seen downstream in the axial direction.
  • a lower tubular housing part 18 connects tightly and firmly, which, for. B. an axially movable valve part consisting of an armature 19 and a rod-shaped valve needle 20 or encloses or receives an elongated valve seat support 21.
  • the two housing parts 14 and 18 are, for. B. firmly connected to each other with a circumferential weld.
  • the lower housing part 18 and the largely tubular valve seat support 21 are firmly connected to each other by screwing; Welding, soldering or flanging are also possible joining methods.
  • the sealing between the housing part 18 and the valve seat support 21 is carried out, for. B. by means of a sealing ring 22.
  • the valve seat support 21 has an inner through opening 24 over its entire axial extent, which runs concentrically to the longitudinal axis 8 of the valve.
  • valve seat carrier 21 With its lower end 25, which also represents the downstream end of the entire fuel injection valve, the valve seat carrier 21 surrounds a disk-shaped valve seat element 26 fitted in the through opening 24 with a valve seat surface 27 that tapers in the shape of a cone downstream.
  • the z. B. rod-shaped, a largely circular cross-section valve needle 20 is arranged, which has a valve closing section 28 at its downstream end.
  • This, for example spherical or partially spherical or rounded or tapered valve closing section 28 interacts in a known manner with the valve seat surface 27 provided in the valve seat element 26.
  • An outlet opening 32 for the fuel is introduced in the valve seat element 26 downstream of the valve seat surface 27. In Figure 1 this is
  • Outlet opening 32 is only shown as a blind hole, since the sectional view in FIG. 1 is a central section through the fuel injection valve, but the outlet opening 32 has an obliquely inclined extension to the longitudinal valve axis 8, as illustrated in FIG. 2a.
  • the outlet opening 32 in FIG. 1 therefore either runs into the drawing plane or out of it.
  • the injection valve is actuated electromagnetically in a known manner.
  • a piezo actuator as an excitable actuating element is also conceivable.
  • Actuation via a controlled pressure-loaded piston is also conceivable.
  • the armature 19 is connected to the end of the valve needle 20 facing away from the valve closing section 28, for . B. connected by a weld and aligned to the core 2.
  • armature 8 serves on the one hand a guide opening 34 provided in the valve seat support 21 at the end facing the armature 19 and on the other hand a disk-shaped guide element 35 with a dimensionally accurate guide opening 55 arranged upstream of the valve seat element 26.
  • the armature 19 is surrounded by the intermediate part 4 during its axial movement.
  • Another disk-shaped element namely a swirl element 47, is arranged between the guide element 35 and the valve seat element 26, so that all three elements 35, 47 and 26 lie directly on top of one another and are accommodated in the valve seat carrier 21.
  • the three disc-shaped elements 35, 47 and 26 are, for example, firmly connected to one another in a materially integral manner.
  • An adjusting sleeve 38 inserted, pressed or screwed into the longitudinal opening 7 of the core 2 serves to adjust the spring preload of the return spring 33, which is located on the adjusting sleeve 38 with its upstream side and is supported with its opposite side on the armature 19 by means of a centering piece 39.
  • one or more bore-like flow channels 40 are provided, through which the fuel can pass from the longitudinal opening 7 in the core 2 via connecting channels 41 formed downstream of the flow channels 40 near the guide opening 34 in the valve seat carrier 21 and into the through opening 24.
  • the stroke of the valve needle 20 is predetermined by the installation position of the valve seat element 26.
  • An end position of the valve needle 20 is when the solenoid 1 is not excited by the contact of the valve closing section 28 on the
  • Valve seat surface 27 of the valve seat element 26 is fixed, while the other end position of the valve needle 20 results when the magnet coil 1 is excited due to the contact of the armature 19 on the downstream end face of the core 2.
  • the surfaces of the components in the latter stop area are chromed, for example.
  • the electrical contacting of the magnetic coil 1 and thus its excitation takes place via contact elements 43, which are provided outside of the coil former 3 with a plastic encapsulation 44.
  • the plastic encapsulation 44 can also extend over further components (eg housing parts 14 and 18) of the fuel injector.
  • An electrical connection cable 45 runs out of the plastic encapsulation 44, via which the energization of the magnet coil 1 takes place.
  • the plastic encapsulation 44 projects through the upper housing part 14, which is interrupted in this area.
  • FIG. 2a is a plan view of a central region of the valve seat element 26 for a so-called “right-hand swirl valve”.
  • the valve seat surface 27, with which the valve closing section 28 of the valve needle tapers, is formed concentrically to the longitudinal axis 8 of the valve within the central region
  • two axes 49, 50 which are perpendicular to one another and which span imaginary planes in their direction of extension, whereby at the intersection of the two axes 49, 50 and of the two imaginary vertical planes, the longitudinal valve axis 8.
  • the first axis 49 is the axis running horizontally in FIG. 2a
  • the second axis 50 is the axis running vertically in FIG.
  • the two axes 49, 50 run in FIG. 2a only vertically and horizontally for better clarification. However, you can also take any other position rotated by 360 °. The only decisive factor is their perpendicular position to one another and their intersection on the valve longitudinal axis 8.
  • the valve seat surface 27 forms a conical section in the valve seat element 26, which ends at its downstream end in a bottom region 51 (FIGS. 3 and 4) with a small diameter.
  • the lowest point of the base area 51 does not lie on the longitudinal valve axis 8, but is offset on one of the axes 49 or 50, in FIG. 2a there is an offset z to the axis 50.
  • the outlet opening 32 extends in the downstream direction.
  • the entry plane 52 of the exit opening 32 coincides with the base region 51 and is therefore also present with an offset z to the axis 50.
  • the center 54 of the entry plane 52 is on the axis 49.
  • the outlet opening 32 extends up to its outlet plane 53 parallel to the plane defined along the axis 50, but not parallel to the longitudinal valve axis 8. Rather, it runs
  • Outlet opening 32 inclined to the longitudinal axis 8 of the valve in the downstream direction away from it, the center 54 of the outlet plane 53 also having the same offset z to the axis 50 when the outlet plane 53 is projected into the plane of the inlet plane 52.
  • the geometry of the outlet opening 32 can be characterized as off-center and axially oblique.
  • Figures 3 and 4 clearly illustrate the geometry described. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 2a, while FIG. 4 illustrates a section along the line IV-IV in FIG.
  • Figures 2a, 3 and 4 illustrate a first embodiment of this invention, in which the offset for the center axis 58 of the outlet opening 32 on which the two centers 54, 54 are v, to the axis 50 is smaller than the radius of the outlet opening 32.
  • the offset for the center axis 58 of the outlet opening 32 on which the two centers 54, 54 are v, to the axis 50 is smaller than the radius of the outlet opening 32.
  • FIGS. 2a and 4 clearly show that the right edge of the outlet opening 32, seen from the central axis 58, projects beyond the axis 50 or the valve longitudinal axis 8.
  • Another constructive feature of the outlet opening 32 is that when the entry plane 52 and the exit plane 53 are projected into one plane there is no overlap of the two planes 52, 53, as can be seen in FIGS. 2a and 3. This is indicated by a corresponding angle of inclination of the central axis 58 to the valve longitudinal axis 8 and the axial length of the
  • Exit opening 32 reached.
  • the outlet opening 32 ends, for example, in a convexly curved spray region 66.
  • swirl element 47 FIG. 11
  • FIG. 11 With a correspondingly selected swirl element 47 (FIG. 11), in combination with the valve seat element 26 shown in FIG. 2a, there is a so-called “right-hand swirl valve”.
  • outlet opening 32 is made mirrored about the axis 50 in the valve seat element 26, as shown in FIG. 2b as a second exemplary embodiment, a
  • Valve seat element 26 which together with an appropriately designed and upstream swirl element 47 (FIG. 10) results in a so-called “left-hand swirl valve”.
  • FIG. 2c shows a third exemplary embodiment which largely corresponds to that shown in FIG. 2a.
  • the entry plane 52 of the exit opening 32 is now two-dimensionally offset.
  • the center point 54 lies in this example Entry plane 52 also by an amount y to the axis 49.
  • Further exemplary embodiments, not shown, can be designed in such a way that the center 54 of the entry plane 52 lies at different points on the axis designated by the central axis 58.
  • the offset y should be small on both sides of the axis 49, so that the entry plane 52 still has a certain overlap with the axis 49, for example.
  • the axis 49 is set such that it in turn runs through the center point 54 and the valve longitudinal axis 8, it is found that the parallelism of the central axis 58 and axis 50 is eliminated.
  • the two-dimensional offset y, z therefore has the effect that the outlet opening 32 now runs “skewed”.
  • a swirl element 47 arranged upstream of the valve seat 27 is described in more detail with reference to FIG. 8.
  • swirling fuel is supplied to the cone section with the valve seat surface 27 in the valve seat element 26 in an extremely short flow path.
  • This very short flow path is also guaranteed insofar as the outlet opening 32 already begins directly at the end of the valve seat surface 27, avoiding any collecting spaces.
  • the guide element 35 has a dimensionally accurate inner guide opening 55 through which the valve needle 20 moves during its axial movement. From the outer circumference, the guide element 35 has a plurality of recesses 56 distributed over the circumference (see also FIG. 9), which guarantees a fuel flow along the outer circumference of the guide element 35 into the swirl element 47 and further towards the valve seat surface 27.
  • FIG. 5 and 6 show a fourth and a fifth exemplary embodiment in a sectional illustration analogous to FIG. 4. These examples differ only in the size of the displacement z of the example shown in Figures 2a, 3 and 4.
  • Outlet opening 32 on the axis 50 is offset so far from the axis 50 that the offset z is greater than the radius of the outlet opening 32.
  • FIG. 7 shows an idealized symbolic section through a spray cone 67, which arises when fuel is sprayed out of valves according to the exemplary embodiments according to FIGS. 5 and 6, a deviation from the rotational symmetry of a cone being present due to a certain shading area 68. On the side of the shading area 68, the spray cone 67 can appear to be cut off.
  • FIG. 8 shows a swirl element 47 embedded between guide element 35 and valve seat element 26 as a single component in a top view.
  • the Swirl element 47 can be produced inexpensively, for example by means of stamping, wire erosion, laser cutting, etching or other known methods from a sheet metal or by electrodeposition.
  • An inner opening region 90 is formed in the swirl element 47, which extends over the entire axial thickness of the swirl element 47.
  • the opening area 90 is formed by an inner swirl chamber 92, through which the valve closing section 28 of the valve needle 20 extends, and by a plurality of swirl channels 93 opening into the swirl chamber 92.
  • Swirl channels 93 open tangentially into the swirl chamber 92 and, with their ends 95 facing away from the swirl chamber 92, are not connected to the outer circumference of the swirl element 47. Rather, a peripheral edge region 96 remains between the ends 95 of the swirl channels 93 designed as inlet pockets and the outer circumference of the swirl element 47.
  • the swirl chamber 92 is delimited on the inside by the valve needle 20 (valve closing section 28) and on the outside by the wall of the opening area 90 of the swirl element 47. Due to the tangential confluence of the swirl channels 93 in the swirl chamber 92, the fuel receives an angular momentum which is maintained in the further flow up to the outlet opening 32. Due to the centrifugal force, the fuel is largely sprayed out in a hollow cone.
  • the ends 95 of the swirl channels 93 serve as collecting pockets, which form a large-area reservoir for the low-turbulence inflow of the fuel.
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a guide element 35, which, however, can also be used in many other embodiments.
  • the guide element 35 alternately has recesses 56 and tooth-like protruding areas 98 over its outer circumference.
  • the tooth-like areas 98 can be rounded, for example.
  • the guide element 35 is produced, for example, by stamping.
  • the recess bases 99 are inclined, so that the recess bases 99 advantageously run perpendicular to the axes of the swirl channels 93 of the swirl element 47 below.
  • FIGS. 10 and 11 are intended to indicate that it is possible at any time to equip a fuel injector according to the invention with a swirl element 47 which generates either a left-hand swirl or a right-hand swirl.
  • the valve seat elements 26 are to be varied with differently oriented outlet openings 32, as shown in FIGS. 2a and 2b.
  • one and the same disc-shaped swirl element 47 can be used for both left-hand and right-hand swirl.
  • the swirl element 47 according to FIG. 11 is only the mirrored swirl element 47 according to FIG. 10 or placed on the back.
  • Installation aids 100 molded. These installation aids 100 can for example have the form of notches, grooves or other depressions, of flats or also of protruding lugs or other elevations.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere ein Hochdruckeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine, das sich dadurch auszeichnet, dass an einem Ventilsitzelement (26) ein Kegelabschnitt mit einer Ventilsitzfläche (27) ausgebildet ist, an den sich unmittelbar stromabwärts eine Austrittsöffnung (32) anschliesst. Die Austrittsöffnung (32) besitzt eine Eintrittsebene (52), eine Austrittsebene (53) und eine Mittelachse (58), wobei der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) versetzt zur Ventillängsachse (8) liegt und die Mittelachse (58) schräg geneigt zur Ventillängsachse (8) verläuft. Stromaufwärts des Ventilsitzelements (26) ist ein scheibenförmiges Drallelement (47) angeordnet, das sowohl zur Erzeugung eines Rechtsdralls als auch eines Linksdralls einsetzbar ist.

Description

Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1, des Anspruchs 13 bzw. des Anspruchs 14.
Aus der DE 197 57 299 AI ist bereits ein
Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem stromabwärts eines Ventilsitzes eine Kraftstoffeinspritzkammer angeordnet ist. Mit dem Ventilsitz wirkt zum Öffnen und Schließen des Ventils eine axial bewegliche Ventilnadel zusammen, die entsprechend der Kontur des Ventilsitzes einen konisch verlaufenden Schließabschnitt besitzt . Stromaufwärts des Ventilsitzes ist am äußeren Umfang der Ventilnadel ein schräg verlaufender Drallkanal vorgesehen. Der Drallkanal mündet in eine ringförmige Wirbelkammer, die zwischen der Ventilnadel und einem äußeren Ventilgehäuse gebildet ist. Aus dieser Wirbelkammer wird der Kraftstoff zum Ventilsitz geführt. Aus der dem Ventilsitz nachfolgenden
Kraftstoffeinspritzkammer strömt der Kraftstoff in eine Austrittsöffnung, die geringfügig versetzt zum Mittelpunkt der Bodenoberfläche der Kraftstoffeinspritzkammer beginnt und schräg geneigt zur Ventillängsachse stromabwärts verläuft. Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 13 hat den Vorteil, dass es auf besonders einfache Art und Weise kostengünstig herstellbar ist. Dabei ist das Einspritzventil besonders an seinem stromabwärtigen Ende einfach und trotzdem sehr exakt montierbar. Des weiteren wird mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil eine sehr gute Zerstäubung und eine sehr exakte Abspritzung des Brennstoffs z.B. direkt in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine erreicht. Es wird eine besonders gleichmäßige Front des abgespritzten Sprays erzielt. Außerdem lassen sich Einzelsträhnen im Spray mit großer Penetrationstiefe und -geschwindigkeit vermeiden.
In besonders vorteilhafter Weise wird dem Ventilsitz im Ventilsitzelement drallbehafteter Brennstoff auf einem extrem kurzen Strömungsweg zugeführt. Dieser sehr kurze Strömungsweg wird auch insofern garantiert, dass die Austrittsöffnung bereits unmittelbar am Ende der Ventilsitzfläche unter Vermeidung von irgendwelchen Sammelräumen beginnt .
Das scheibenförmige Drallelement gemäß Anspruch 1 ist sehr einfach strukturiert und dadurch einfach ausformbar. Dem Drallelement kommt die Aufgabe zu, eine Drall- bzw. Drehbewegung im Brennstoff zu erzeugen. Da es sich bei dem Drallelement um ein Einzelbauteil handelt, sind bei dessen Handhabung im Herstellungsprozess keine Einschränkungen zu erwarten. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In idealer Weise kann ein und dasselbe scheibenförmige
Drallelement sowohl für Linksdrall als auch für Rechtsdrall eingesetzt werden. Durch den Einbau des Drallelements entweder mit der Vorderseite oder mit der Rückseite dem Ventilsitz zugewandt lässt sich diese Variation äußerst einfach bewerkstelligen.
Im Vergleich zu Drallkörpern, die an einer Stirnseite Nuten oder ähnliche drallerzeugende Vertiefungen aufweisen, kann in dem Drallelement mit einfachsten Mitteln ein innerer Öffnungsbereich geschaffen werden, der sich über die gesamte axiale Dicke des Drallelements erstreckt und von einem äußeren umlaufenden Randbereich umgeben ist.
Um eine eindeutige Einbaulage des Drallelements zu garantieren und eine Verwechslung zwischen Rechtsdrall und Linksdrall zu vermeiden bzw. eine Verdrehsicherung des Drallelements zu gestalten, sind am äußeren Umfang des Drallelements in vorteilhaf er Weise Einbauhilfen angeformt.
Durch eine Ausbildung eines der Führung der Ventilnadel dienenden Führungselements mit abwechselnden zahnförmig hervorstehenden Bereichen und dazwischenliegenden Ausnehmungen am äußeren Umfang ist auf einfache Weise eine Möglichkeit geschaffen, um ein optimales Einströmen in die Drallkanäle des darunterliegenden Drallelements zu garantieren.
Der modulare Aufbau der Elemente Führungs-, Drall- und Ventilsitzelement und die damit verbundene Funktionstrennung hat den Vorteil, dass die einzelnen Bauteile sehr flexibel gestaltet werden können, so dass durch einfache Variation eines Elements unterschiedliche abzuspritzende Sprays (Spraywinkel, statische Abspritzmenge) erzeugbar sind.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 13 hat zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen den Vorteil, dass aufgrund der „windschiefen" Anordnung der Austrittsöffnung drallbehaftete, feinstzerstäubte Brennstoffsprays ganz gezielt in besonders gewünschte Randbereiche z.B. eines Zylinders abspritzbar sind, ohne dass z.B. eine gewollte Hohlkegelverteilung aufgegeben werden muss .
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des -Anspruchs 14 hat den Vorteil, dass speziell gewünschte Sonderstrahlformen des abgespritzten Brennstoffs auf einfache Weise erzielbar sind. Diese sind besonders dann erwünscht, wenn bestimmte schwierige Einbauverhältnisse an der Brennkraftmaschine vorherrschen oder ganz gezielt schräge, aber nicht rotationssymmetrische Brennstoffsprays z.B. bei der Benzindirekteinspritzung in den Zylinder einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden sollen. Auf diese Weise werden von einem idealen Hohlkegel abweichende Spraykegel abgespritzt, bei denen ein gewisser Abschattungsbereich vorliegt. Auf der Seite des Abschattungsbereichs kann der Spraykegel wie abgeschnitten wirken, womit z.B. eine auf dieser Seite zu vermeidende Wandbenetzung wirkungsvoll verhindert wird.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Brennsto feinspritzventils, Figur 2a eine Draufsicht auf einen mittleren Bereich eines Ventilsitzelements für ein nach Definition sogenanntes „Rechtsdrall-Ventil", Figur 2b eine Draufsicht auf einen mittleren Bereich eines Ventilsitzelements für ein nach
Definition sogenanntes „Linksdrall -Ventil", Figur 2c eine Draufsicht auf einen mittleren Bereich eines Ventilsitzelements mit zweidimensionalem Versatz der Austrittsöffnung, Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Figur 2a, Figur 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Figur 3 als ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel in einer Darstellung analog Figur 4, Figur 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel in einer Darstellung analog Figur 4, Figur 7 einen vereinfachten symbolischen Schnitt durch einen Spraykegel, der beim -Abspritzen von Brennstoff aus Ventilen gemäß den Ausführungsbeispielen nach Figur 5 und 6 entsteht, Figur 8 ein Ausführungsbeispiel eines scheibenförmigen Drallelements in einer Draufsicht, Figur 9 ein Ausführungsbeispiel eines Führungselements in einer
Draufsicht, Figur 10 ein zweites Drallelement und Figur 11 ein drittes Drallelement.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in der Figur 1 beispielsweise als ein Ausführungsbeispiel dargestellte elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnetspule 1 zumindest teilweise umgebenen, als Innenpol eines Magnetkreises dienenden, rohrförmigen, weitgehend hohlzylindrischen Kern 2. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders als Hochdruckeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Ein beispielsweise gestufter Spulenkörper 3 aus Kunststoff nimmt eine Bewicklung der Magnetspule 1 auf und ermöglicht in Verbindung mit dem Kern 2 und einem ringförmigen, nichtmagnetischen, von der Magnetspule 1 teilweise umgebenen Zwischenteil 4 mit einem L-förmigen Querschnitt einen besonders kompakten und kurzen Aufbau des Einspritzventils im Bereich der Magnetspule 1.
In dem Kern 2 ist eine durchgängige Längsδffnung 7 vorgesehen, die sich entlang einer Ventillängsachse 8 erstreckt. Der Kern 2 des Magnetkreises dient auch als Brennstoffeinlaßstutzen, wobei die Längsöffnung 7 einen Brennstoffzufuhrkanal darstellt. Mit dem Kern 2 oberhalb der Magnetspule 1 fest verbunden ist ein äußeres metallenes (z. B. ferritisches) Gehäuseteil 14, das als Außenpol bzw. äußeres Leitelement den Magnetkreis schließt und die Magnetspule 1 zumindest in Umfangsrichtung vollständig umgibt. In der Längsöffnung 7 des Kerns 2 ist Zulaufseitig ein Brennstofffilter 15 vorgesehen, der für die Herausfiltrierung solcher Brennstoffbestandteile sorgt, die aufgrund ihrer Größe im Einspritzventil Verstopfungen oder Beschädigungen verursachen könnten. Der Brennstofffilter 15 ist z. B. durch Einpressen im Kern 2 fixiert.
Der Kern 2 bildet mit dem Gehäuseteil 14 das zulaufseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils, wobei sich das obere Gehäuseteil 14 beispielsweise in axialer Richtung stromabwärts gesehen gerade noch über die Magnetspule 1 hinaus erstreckt. An das obere Gehäuseteil 14 schließt sich dicht und fest ein unteres rohrförmiges Gehäuseteil 18 an, das z. B. ein axial bewegliches Ventilteil bestehend aus einem Anker 19 und einer stangenförmigen Ventilnadel 20 bzw. einen langgestreckten Ventilsitzträger 21 umschließt bzw. aufnimmt. Die beiden Gehäuseteile 14 und 18 sind z. B. mit einer umlaufenden Schweißnaht fest miteinander verbunden.
In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind das untere Gehäuseteil 18 und der weitgehend rohrförmige Ventilsitzträger 21 durch Verschrauben fest miteinander verbunden; Schweißen, Löten oder Bördeln stellen aber ebenso mögliche Fügeverfahren dar. Die Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil 18 und dem Ventilsitzträger 21 erfolgt z. B. mittels eines Dichtrings 22. Der Ventilsitzträger 21 besitzt über seine gesamte axiale Ausdehnung eine innere Durchgangsöffnung 24, die konzentrisch zu der Ventillängsachse 8 verläuft.
Mit seinem unteren Ende 25, das auch zugleich den s romabwärtigen Abschluss des gesamten Brennstoffeinspritzventils darstellt, umgibt der Ventilsitzträger 21 ein in der Durchgangsöffnung 24 eingepasstes scheibenförmiges Ventilsitzelement 26 mit einer sich stromabwärts kegels umpfförmig verjüngenden Ventilsitzfläche 27. In der Durchgangsöffnung 24 ist die z. B. stangenförmige, einen weitgehend kreisförmigen Querschnitt aufweisende Ventilnadel 20 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt 28 aufweist. Dieser beispielsweise kugelig oder teilweise kugelförmig bzw. abgerundet ausgebildete oder sich keglig verjüngende Ventilschließabschnitt 28 wirkt in bekannter Weise mit der im Ventilsitzelement 26 vorgesehenen Ventilsitzfläche 27 zusammen. Stromabwärts der Ventilsitzfläche 27 ist im Ventilsitzelement 26 eine Austrittsöffnung 32 für den Brennstoff eingebracht. In Figur 1 ist diese
Austrittsöffnung 32 nur als Sackloch dargestellt, da es sich bei der Schnittdarstellung in Figur 1 um einen mittigen Schnitt durch das Brennstoffeinspritzventil handelt, die Austrittsöffnung 32 jedoch eine schräg geneigte Erstreckung zur Ventillängsachse 8 hat, wie es Figur 2a veranschaulicht. Die Austrittsöffnung 32 in Figur 1 verläuft also entweder in die Zeichenebene hinein bzw. aus ihr heraus.
Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch. Ein Piezoaktor als erregbares Betätigungselement ist jedoch ebenso denkbar. Ebenso ist eine Betätigung über einen gesteuert druckbelasteten Kolben denkbar. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 20 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer in der Längsöffnung
7 des Kerns 2 angeordneten Rückstellfeder 33 bzw. Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem Kern 2, den Gehäuseteilen 14 und 18 und dem Anker 19. Der Anker 19 ist mit dem dem Ventilschließabschnitt 28 abgewandten Ende der Ventilnadel 20 z. B. durch eine Schweißnaht verbunden und auf den Kern 2 ausgerichtet. Zur Führung der Ventilnadel 20 während ihrer Axialbewegung mit dem Anker 19 entlang der Ventillängsachse
8 dient einerseits eine im Ventilsitzträger 21 am dem Anker 19 zugewandten Ende vorgesehene Führungsöffnung 34 und andererseits ein stromaufwärts des Ventilsitzelements 26 angeordnetes scheibenförmiges Führungselement 35 mit einer maßgenauen Führungsöffnung 55. Der Anker 19 ist während seiner Axialbewegung von dem Zwischenteil 4 umgeben. Zwischen dem Führungselement 35 und dem Ventilsitzelement 26 ist ein weiteres scheibenförmiges Element, und zwar ein Drallelement 47 angeordnet, so dass alle drei Elemente 35, 47 und 26 unmittelbar aufeinanderliegen und im Ventilsitzträger 21 Aufnahme finden. Die drei scheibenförmigen Elemente 35, 47 und 26 sind beispielsweise stoffschlüssig fest miteinander verbunden.
Eine in der Längsöffnung 7 des Kerns 2 eingeschobene, eingepresste oder eingeschraubte Einstellhülse 38 dient zur Einstellung der Federvorspannung der über ein Zentrierstück 39 mit ihrer stromaufwärtigen Seite an der Einstellhülse 38 anliegenden Rückstellfeder 33, die sich mit ihrer gegenüberliegenden Seite am Anker 19 abstützt. Im Anker 19 sind ein oder mehrere bohrungsähnliche Strömungskanäle 40 vorgesehen, durch die der Brennstoff von der Längsöffnung 7 im Kern 2 aus über stromabwärts der Strömungskanäle 40 ausgebildete Verbindungskanäle 41 nahe der Führungsöffnung 34 im Ventilsitzträger 21 bis in die Durchgangsöffnung 24 gelangen kann.
Der Hub der Ventilnadel 20 wird durch die Einbaulage des Ventilsitzelements 26 vorgegeben. Eine Endstellung der Ventilnadel 20 ist bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließabschnitts 28 an der
Ventilsitzfläche 27 des Ventilsitzelements 26 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 20 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 19 an der stromabwärtigen Stirnseite des Kerns 2 ergibt. Die Oberflächen der Bauteile im letztgenannten Anschlagbereich sind beispielsweise verchromt. Die elektrische Kontaktierung der Magnetspule 1 und damit deren Erregung erfolgt über Kontaktelemente 43, die noch außerhalb des Spulenkörpers 3 mit einer Kunststoffumspritzung 44 versehen sind. Die Kunststoffumspritzung 44 kann sich auch über weitere Bauteile (z. B. Gehäuseteile 14 und 18) des Brennstoffeinspritzventils erstrecken. Aus der Kunststoffumspritzung 44 heraus verläuft ein elektrisches Anschlusskabel 45, über das die Bestromung der Magnetspule 1 erfolgt. Die Kunststoffumspritzung 44 ragt durch das in diesem Bereich unterbrochene obere Gehäuseteil 14.
Figur 2a ist eine Draufsicht auf einen mittleren Bereich des Ventilsitzelements 26 für ein nach Definition sogenanntes „Rechtsdrall-Ventil". Konzentrisch zur Ventillängsachse 8 ist innerhalb des mittleren Bereichs die sich in stromabwärtiger Richtung kegelig verjüngende Ventilsitzfläche 27 ausgebildet, mit der der Ventilschließabschnitt 28 der Ventilnadel 20 zu einem Sitzventil zusammenwirkt. Zur Definition der Lage der Austrittsöffnung 32 im Ventilsitzelement 26 ist es notwendig, zwei senkrecht aufeinander stehende Achsen 49, 50 zu deklarieren, die in ihrer Erstreckungsrichtung jeweils gedachte Ebenen aufspannen, wobei im Schnittpunkt der beiden Achsen 49, 50 bzw. der beiden gedachten vertikalen Ebenen die Ventillängsachse 8 verläuft. Die erste Achse 49 ist die in Figur 2a waagerecht verlaufende Achse, und die zweite Achse 50 ist die in Figur 2a senkrecht verlaufende Achse.
Die beiden Achsen 49, 50 verlaufen dabei in Figur 2a nur zur besseren Verdeutlichung senkrecht und waagerecht. Sie können jedoch auch jede andere Position um 360° gedreht einnehmen. Entscheidend ist nur ihre senkrechte Stellung zueinander und ihr Schnittpunkt an der Ventillängsachse 8.
Die Ventilsitzfläche 27 bildet einen Kegelabschnitt im Ventilsitzelement 26, der an seinem stromabwärtigen Ende in einem Bodenbereich 51 (Figuren 3 und 4) mit geringem Durchmesser ausläuft. Erfindungsgemäß liegt der tiefste Punkt des Bodenbereichs 51 nicht auf der Ventillängsachse 8, sondern versetzt auf einer der Achsen 49 oder 50, in Figur 2a liegt ein Versatz z zur Achse 50 vor. Von der tiefsten Stelle des Bodenbereichs 51 ausgehend erstreckt sich die Austrittsöffnung 32 in stromabwärtiger Richtung. Die Eintrittsebene 52 der Austrittsöff ung 32 fällt mit dem Bodenbereich 51 zusammen und liegt also ebenso mit einem Versatz z zur Achse 50 vor. Allerdings befindet sich der Mittelpunkt 54 der Eintrittsebene 52 auf der Achse 49 liegend. Die Erstreckung der Austrittsoffnung 32 bis hin zu ihrer Austrittsebene 53 erfolgt parallel zur entlang der Achse 50 gedachten aufgespannten Ebene, jedoch nicht parallel zur Ventillängsachse 8. Vielmehr verläuft die
Austrittsöffnung 32 schräg geneigt zur Ventillängsachse 8 in stromabwärtiger Richtung von ihr weg, wobei der Mittelpunkt 54 der Austrittsebene 53 bei einer Projektion der Austrittsebene 53 in die Ebene der Eintrittsebene 52 ebenfalls den gleichen Versatz z zur Achse 50 aufweist. In Kurzform lässt sich die Geometrie der Austrittsöffnung 32 mit außermittig und achsschräg charakterisieren. Die Figuren 3 und 4 verdeutlichen die beschriebene Geometrie anschaulich. Dabei zeigt Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Figur 2a, während Figur 4 einen Schnitt entlang der Linie IV- IV in Figur 3 verdeutlicht. Die Figuren 2a, 3 und 4 veranschaulichen ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem der Versatz z der Mittelachse 58 der Austrittsöffnung 32, auf der die beiden Mittelpunkte 54, 54 v liegen, zur Achse 50 kleiner ist als der Radius der Austrittsöffnung 32. Besonders den
Figuren 2a und 4 ist dabei gut zu entnehmen, dass der rechte Rand der Austrittsöffnung 32 von der Mittelachse 58 aus gesehen über die Achse 50 bzw. die Ventillängsachse 8 übersteht. Ein weiteres konstruktives Merkmal der Austrittsöffnung 32 besteht darin, dass bei einer Projektion der Eintrittsebene 52 und der Austrittsebene 53 in eine Ebene keine Überlappung der beiden Ebenen 52, 53 vorliegt, wie den Figuren 2a und 3 entnehmbar ist. Dies wird durch einen entsprechenden Neigungswinkel der Mittelachse 58 zur Ventillängsachse 8 sowie die axiale Länge der
Austrittsöffnung 32 erreicht. Die Austrittsöffnung 32 endet beispielsweise in einem konvex ausgewölbten Abspritzbereich 66. Mit einem entsprechend ausgewählten Drallelement 47 (Figur 11) liegt in Kombination mit dem in Figur 2a gezeigten Ventilsitzelement 26 ein sogenanntes „Rechtsdrall- Ventil" vor.
Wird die Austrittsöffnung 32 gespiegelt um die Achse 50 im Ventilsitzelement 26 eingebracht, wie es Figur 2b als zweites Ausführungsbeispiel zeigt, so entsteht ein
Ventilsitzelement 26, das zusammen mit einem entsprechend ausgebildeten und vorgeschalteten Drallelement 47 (Figur 10) ein sogenanntes „Linksdrall -Ventil" ergibt.
In Figur 2c ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, das weitgehend dem in Figur 2a gezeigten entspricht. Jedoch ist die Eintrittsebene 52 der Austrittsöffnung 32 nun zweidimensional versetzt. Zusätzlich zum Versatz z zur Achse 50 liegt bei diesem Beispiel der Mittelpunkt 54 der Eintrittsebene 52 auch um einen Betrag y zur Achse 49 vor. Weitere nicht dargestellte Ausführungsbeispiele können derart gestaltet sein, dass der Mittelpunkt 54 der Eintrittsebene 52 an verschiedenen Punkten der mit Mittelachse 58 bezeichneten Achse liegt. In vorteilhafter Weise sollte der Versatz y zu beiden Seiten der Achse 49 jedoch gering sein, so dass die Eintrittsebene 52 z.B. noch eine gewisse Überschneidung mit der Achse 49 hat. Legt man durch Verdrehen der beiden senkrecht zueinander stehenden Achsen 49, 50 die Achse 49 derart, dass sie wiederum durch den Mittelpunkt 54 und die Ventillängsachse 8 verläuft, so stellt man fest, dass die Parallelität von Mittelachse 58 und Achse 50 aufgehoben ist. Der zweidimensionale Versatz y, z wirkt sich also dahingehend aus, dass die Austrittsöffnung 32 nun „windschief" verläuft.
Ein stromaufwärts des Ventilsitzes 27 angeordnetes Drallelement 47 wird anhand der Figur 8 näher beschrieben. In besonders vorteilhafter Weise wird dem Kegelabschnitt mit der Ventilsitzflache 27 im Ventilsitzelement 26 drallbehafteter Brennstoff auf einem extrem kurzen Strömungsweg zugeführt . Dieser sehr kurze Strömungsweg wird auch insofern garantiert, dass die Austrittsöffnung 32 bereits unmittelbar am Ende der Ventilsitzfläche 27 unter Vermeidung von irgendwelchen Sammelräumen beginnt. Das Führungselement 35 weist eine maßgenaue innere Führungsöffnung 55 auf, durch die sich die Ventilnadel 20 während ihrer Axialbewegung hindurch bewegt . Vom äußeren Umfang her besitzt das Führungselement 35 über den Umfang verteilt mehrere Ausnehmungen 56 (siehe auch Figur 9) , womit eine BrennstoffStrömung am äußeren Umfang des Führungselements 35 entlang in das Drallelement 47 hinein und weiter in Richtung zur Ventilsitzfläche 27 garantiert ist . In den Figuren 5 und 6 sind ein viertes und ein fünftes Ausführungsbeispiel in einer Schnittdarstellung analog Figur 4 gezeigt . Diese Beispiele unterscheiden sich nur durch die Größe des Versatzes z von dem Beispiel gemäß Figuren 2a, 3 und 4. Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Versatz z der Mittelachse 58 der Austrittsöffnung 32, auf der die beiden Mittelpunkte 54, 54 λ liegen, zur Achse 50 so gewählt, dass er gleich dem Radius der Austrittsöffnung 32 ist. Somit liegt der rechte Rand der
Austrittsöffnung 32 auf der Achse 50. Im Gegensatz dazu ist die Austrittsöffnung 32 bei dem Beispiel gemäß Figur 6 so weit zur Achse 50 versetzt angeordnet, dass der Versatz z größer ist als der Radius der Austrittsöffnung 32.
Mit den beiden letztgenannten Ausführungen der Austrittsöffnung 32 sind in vorteilhafter Weise Sonderstrahlformen des abgespritzten Brennstoffs erzielbar. Diese sind besonders dann erwünscht, wenn bestimmte schwierige Einbauverhältnisse an der Brennkraftmaschine vorherrschen oder ganz gezielt schräge, aber nicht rotationssymmetrische Brennstoffsprays z.B. bei der Benzindirekteinspritzung in den Zylinder einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden sollen. Figur 7 zeigt einen idealisierten symbolischen Schnitt durch einen Spraykegel 67, der beim Abspritzen von Brennstoff aus Ventilen gemäß den Ausführungsbeispielen nach Figur 5 und 6 entsteht, wobei durch einen gewissen Abschattungsbereich 68 eine Abweichung von der Rotationssymmetrie eines Kegels vorliegt. Auf der Seite des Abschattungsbereichs 68 kann der Spraykegel 67 wie abgeschnitten wirken.
In Figur 8 ist ein zwischen Führungselement 35 und Ventilsitzelement 26 eingebettetes Drallelement 47 als Einzelbauteil in einer Draufsicht dargestellt. Das Drallelement 47 kann kostengünstig beispielsweise mittels Stanzen, Drahterodieren, Laserschneiden, Ätzen oder anderen bekannten Verfahren aus einem Blech oder durch galvanische Abscheidung hergestellt werden. In dem Drallelement 47 ist ein innerer Öffnungsbereich 90 ausgeformt, der über die gesamte axiale Dicke des Drallelements 47 verläuf . Der Öffnungsbereich 90 wird von einer inneren Drallkammer 92, durch die sich der Ventilschließabschnitt 28 der Ventilnadel 20 hindurch erstreckt, und von einer Vielzahl von in die Drallkammer 92 mündenden Drallkanälen 93 gebildet. Die
Drallkanäle 93 münden tangential in die Drallkammer 92 und stehen mit ihren der Drallkammer 92 abgewandten Enden 95 nicht mit dem äußeren Umfang des Drallelements 47 in Verbindung. Vielmehr verbleibt zwischen den als Einlauftaschen ausgebildeten Enden 95 der Drallkanäle 93 und dem äußeren Umfang des Drallelements 47 ein umlaufender Randbereich 96.
Bei eingebauter Ventilnadel 20 wird die Drallkammer 92 nach innen von der Ventilnadel 20 (Ventilschließabschnitt 28) und nach außen durch die Wandung des Öffnungsbereichs 90 des Drallelements 47 begrenzt. Durch die tangentiale Einmündung der Drallkanäle 93 in die Drallkammer 92 bekommt der Brennstoff einen Drehimpuls aufgeprägt, der in der weiteren Strömung bis in die Austrittsöffnung 32 erhalten bleibt. Durch die Fliehkraft wird der Brennstoff weitgehend hohlkegelförmig abgespritzt. Die Enden 95 der Drallkanäle 93 dienen als Sammeltaschen, die großflächig ein Reservoir zum turbulenzarmen Einströmen des Brennstoffs bilden. Nach der S römungsumlenkung tritt der Brennstoff langsam und turbulenzarm in die eigentlichen tangentialen Drallkanäle 93 ein, wodurch ein weitgehend störungsfreier Drall erzeugbar ist . Der Figur 9 ist ein Ausführungsbeispiel eines Führungselements 35 entnehmbar, das jedoch in vielen anderen Ausführungs arianten ebenso einsetzbar ist. Über seinen äußeren Umfang besitzt das Führungselement 35 alternierend Ausnehmungen 56 und zahnförmig hervorstehende Bereiche 98. Die zahnförmigen Bereiche 98 können z.B. abgerundet ausgeformt sein. Die Herstellung des Führungselements 35 erfolgt z.B. durch Stanzen. Im Beispiel gemäß Figur 9 sind die Ausnehmungsgrunde 99 geneigt ausgebildet, so dass die Ausnehmungsgrunde 99 in vorteilhafter Weise senkrecht zu den Achsen der Drallkanäle 93 des darunterliegenden Drallelements 47 verlaufen.
Die Figuren 10 und 11 sollen andeuten, dass es jederzeit möglich ist, ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil mit einem entweder einen Linksdrall oder einen Rechtsdrall erzeugenden Drallelement 47 auszustatten. Entsprechend sind dann gemäß der Ausbildung des Drallelements 47 die Ventilsitzelemente 26 mit verschieden gerichteten Austrittsöffnungen 32 zu variieren, wie die Figuren 2a und 2b verdeutlichen. In idealer Weise kann ein und dasselbe scheibenförmige Drallelement 47 sowohl für Linksdrall als auch für Rechtsdrall eingesetzt werden. Wie die Figuren 10 und 11 zeigen, ist das Drallelement 47 nach Figur 11 nur das gespiegelte bzw. auf die Rückseite gelegte Drallelement 47 nach Figur 10. Um eine eindeutige Einbaulage des Drallelements 47 zu garantieren und eine Verwechslung zwischen Rechtsdrall und Linksdrall zu vermeiden bzw. eine Verdrehsicherung des Drallelements 47 zu gestalten, sind am äußeren Umfang des Drallelements 47 z.B. Einbauhilfen 100 angeformt. Diese Einbauhilfen 100 können beispielsweise die Form von Kerben, Nuten oder anderen Vertiefungen, von Abflachungen oder auch von hervorstehenden Nasen oder anderen Erhebungen haben .

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem erregbaren Betätigungselement (1, 2, 19), mit einer axial entlang einer Ventillängsachse (8) bewegbaren Ventilnadel (20) , die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt (28) aufweist, der zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (27) zusammenwirkt, wobei der Ventilsitz (27) an einem Ventilsitzelement (26) ausgebildet ist, mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (27) im
Ventilsitzelement (26) ausgebildeten Austrittsöffnung (32) , die eine Eintrittsebene (52), eine Austrittsebene (53) und eine Mittelachse (58) besitzt, wobei der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) versetzt zur Ventillängsachse (8) liegt und die Mittelachse (58) schräg geneigt zur Ventillängsachse (8) verläuft, und mit stromaufwärts des Ventilsitzes (27) angeordneten drallerzeugenden Mitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die drallerzeugenden Mittel in Form eines scheibenförmigen Drallelements (47) ausgeführt sind.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (47) unmittelbar stromaufwärts des Ventilsitzelements (26) an diesem anliegt.
3. Brennstoffeinspritzventil nach -Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (47) derart ausgestaltet ist, dass mit ihm sowohl ein Rechtsdrall als auch ein Linksdrall erzielbar ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (47) einen inneren Öffnungsbereich (90) mit mehreren Drallkanälen (93) besitzt, der sich vollständig über die gesamte axiale Dicke des Drallelements (47) erstreckt, wobei die Drallkanäle (93) durch einen umlaufenden Randbereich (96) nicht mit dem äußeren Umfang des Drallelements (47) in Verbindung stehen.
5. Brennstoffeinspritzventil nach /Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Öffnungsbereich (90) des Drallelements (47) mittels Stanzen ausformbar ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Öffnungsbereich (90) von einer inneren Drallkammer (92) und von einer Vielzahl von in die Drallkammer (92) mündenden Drallkanälen (93) gebildet ist .
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallkanäle (93) von der Drallkammer (92) entfernt liegende Enden (95) aufweisen, die als Einlauftaschen einen größeren Querschnitt besitzen als der Rest der Drallkanäle (93) .
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallelement (47) am äußeren Umfang Einbauhilfen (100) aufweist, die der eindeutigen Charakterisierung der Einbaulage des Drallelements (47) dienen.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden /Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) der Austrittsöffnung (32) eine erste gedachte horizontale Achse (49) verläuft, eine zweite gedachte horizontale Achse (50) senkrecht zur ersten Achse (49) verläuft und im Schnittpunkt der ersten und der zweiten Achse (49, 50) die Ventillängsachse (8) verläuft und der Mittelpunkt (54') der Austrittsebene (53) der Austrittsöffnung (32) bei einer Projektion in die Ebene der Eintrittsebene (52) den gleichen Versatz z zur zweiten Achse (50) hat wie der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) zur zweiten Achse (50) .
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) der Austrittsöffnung (32) eine erste gedachte horizontale Achse (49) verläuft, eine zweite gedachte horizontale Achse (50) senkrecht zur ersten Achse (49) verläuft und im Schnittpunkt der ersten und der zweiten Achse (49, 50) die Ventillängsachse (8) verläuft und der Mittelpunkt (54 der Austrittsebene (53) der
Austrittsöffnung (32) bei einer Projektion in die Ebene der Eintrittsebene (52) einen anderen Versatz z zur zweiten Achse (50) hat als der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) zur zweiten Achse (50) .
11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Projektion der Eintrittsebene (52) und der Austrittsebene (53) in eine Ebene keine Überlappung der beiden Ebenen (52, 53) vorliegt.
12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz als Ventilsitzfläche (27) einen Kegelabschnitt im Ventilsitzelement (26) bildet, der an seinem stromabwärtigen Ende in einem Bodenbereich (51) ausläuft, der unmittelbar die Eintrittsebene (52) der Austrittsöffnung (32) bildet.
13. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer
Brennkraftmaschine, mit einem erregbaren Betätigungselement (1, 2, 19), mit einer axial entlang einer Ventillängsachse (8) bewegbaren Ventilnadel (20) , die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt (28) aufweist, der zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (27) zusammenwirkt, wobei der Ventilsitz (27) an einem Ventilsitzelement (26) ausgebildet ist, mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (27) im Ventilsitzelement (26) ausgebildeten Austrittsöffnung (32), die eine Eintrittsebene (52), eine Austrittsebene (53) und eine Mittelachse (58) besitzt, wobei der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) versetzt zur Ventillängsachse (8) liegt und die Mittelachse (58) schräg geneigt zur Ventillängsachse (8) verläuft, und wobei durch den Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) der
Austrittsöffnung (32) eine erste gedachte horizontale Achse (49) verläuft, eine zweite gedachte horizontale Achse (50) senkrecht zur ersten Achse (49) verläuft und im Schnittpunkt der ersten und der zweiten Achse (49, 50) die Ventillängsachse (8) verläuft, und mit stromaufwärts des Ventilsitzes (27) angeordneten drallerzeugenden Mitteln (47), dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (32) derart angeordnet ist, dass der Mittelpunkt (54 ) der Austrittsebene (53) der Austrittsöffnung (32) bei einer Projektion in die Ebene der Eintrittsebene (52) einen anderen Versatz z zur zweiten Achse (50) hat als der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) zur zweiten Achse (50) .
14. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem erregbaren Betätigungselement (1, 2, 19), mit einer axial entlang einer Ventillängsachse (8) bewegbaren Ventilnadel (20) , die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt (28) aufweist, der zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (27) zusammenwirkt, wobei der Ventilsitz (27) an einem Ventilsitzelement (26) ausgebildet ist, mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (27) im
Ventilsitzelement (26) ausgebildeten Austrittsöffnung (32) , die eine Eintrittsebene (52), eine Austrittsebene (53) und eine Mittelachse (58) besitzt, wobei der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) versetzt zur Ventillängsachse (8) liegt und die Mittelachse (58) schräg geneigt zur Ventillängsachse (8) verläuft, und wobei durch den Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) der Austrittsöffnung (32) eine erste gedachte horizontale Achse (49) verläuft, eine zweite gedachte horizontale Achse (50) senkrecht zur ersten Achse (49) verläuft und im Schnittpunkt der ersten und der zweiten Achse (49, 50) die Ventillängsachse (8) verläuft, und mit stromaufwärts des Ventilsitzes (27) angeordneten drallerzeugenden Mitteln (47), dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (32) derart angeordnet ist, dass zwischen der Eintrittsebene (52) der Austrittsöffnung (32) und der zweiten Achse (50) kein Schnittpunkt vorliegt.
15. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die drallerzeugenden Mittel in Form eines scheibenförmigen Drallelements (47) ausgeführt sind.
16. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Projektion der Eintrittsebene (52) und der Austrittsebene (53) in eine Ebene keine Überlappung der beiden Ebenen (52, 53) vorliegt.
17. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz als
Ventilsitzfläche (27) einen Kegelabschnitt im Ventilsitzelement (26) bildet, der an seinem stromabwärtigen Ende in einem Bodenbereich (51) ausläuft, der unmittelbar die Eintrittsebene (52) der Austrittsöffnung (32) bildet.
18. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt (54v) der Austrittsebene (53) der Austrittsöffnung (32) bei einer Projektion in die Ebene der Eintrittsebene (52) den gleichen Versatz z zur zweiten Achse (50) hat wie der Mittelpunkt (54) der Eintrittsebene (52) zur zweiten Achse (50) .
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