DE102007062191A1 - Fuel injection valve for fuel injection system of mixture-compressing spark ignition internal-combustion engine, has discharge ports formed in region of channel ends of inflow channel that tapers in channel width - Google Patents

Fuel injection valve for fuel injection system of mixture-compressing spark ignition internal-combustion engine, has discharge ports formed in region of channel ends of inflow channel that tapers in channel width Download PDF

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Abstract

The valve has a valve seat body (16) with a valve seat (29) and a valve closing body (7) that cooperates with the seat, where the closing body is axially movable along a valve longitudinal axis (2). An atomizing device is arranged downstream of the seat and is designed as a multi-fan jet nozzle (23) with multiple slot-shaped discharge ports. The nozzle has an inflow channel in the direction of flow, where the channel follows the discharge ports in the direction of flow. The discharge ports are formed in a region of the channel ends of the inflow channel that tapers in channel width.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.The The invention is based on a fuel injection valve after Genus of the main claim.

Aus der DE 196 36 396 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem stromabwärts der Ventilsitzfläche eine Lochscheibe vorgesehen ist, die eine Vielzahl von Abspritzöffnungen aufweist. Die günstigerweise zehn bis zwanzig Abspritzöffnungen befinden sich in einer Ebene der Lochscheibe, die senkrecht zur Ventillängsachse verläuft. Der größte Teil der Abspritzöffnungen ist schräg bzw. geneigt in der Lochscheibe eingebracht, so dass die Öffnungsachsen der Abspritzöffnungen keine Parallelität zur Ventillängsachse besitzen. Da die Neigungen der Abspritzöffnungen unterschiedlich gewählt werden können, ist eine Divergenz der abzuspritzenden Einzelstrahlen leicht erreichbar. Die Abspritzöffnungen sind beispielsweise durch Laserstrahlbohren in der Lochscheibe in einer weitgehend einheitlichen Größe eingebracht. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.From the DE 196 36 396 A1 A fuel injection valve is already known, in which a perforated disc is provided downstream of the valve seat surface, which has a plurality of injection openings. The zweckigerweise ten to twenty spray orifices are located in a plane of the perforated disc, which is perpendicular to the valve longitudinal axis. The largest part of the ejection openings is obliquely or inclined introduced into the perforated disc, so that the opening axes of the ejection openings have no parallelism to the valve longitudinal axis. Since the inclinations of the ejection openings can be chosen differently, a divergence of the individual jets to be sprayed is easily achievable. The ejection openings are introduced, for example, by laser drilling in the perforated disk in a largely uniform size. The fuel injector is particularly suitable for fuel injection systems of mixture-compression spark-ignition internal combustion engines.

Aus der DE 198 47 625 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem am stromabwärtigen Ende eine schlitzförmige Austrittsöffnung vorgesehen ist. Die Austrittsöffnung ist entweder in einer Lochscheibe oder unmittelbar im Düsenkörper selbst ausgebildet. Die schlitzförmigen Austrittsöffnungen sind stets zentral an der Ventillängsachse eingebracht, so dass die Abspritzung des Brennstoffs achsparallel aus dem Brennstoffeinspritzventil heraus erfolgt. Stromaufwärts des Ventilsitzes ist eine Drallnut vorgesehen, die den zum Ventilsitz strömenden Brennstoff in eine kreisförmige Drehbewegung versetzt. Die flache Austrittsöffnung sorgt dafür, dass der Brennstoff fächerartig abgespritzt wird.From the DE 198 47 625 A1 A fuel injection valve is already known in which a slot-shaped outlet opening is provided at the downstream end. The outlet opening is formed either in a perforated disc or directly in the nozzle body itself. The slot-shaped outlet openings are always introduced centrally on the valve longitudinal axis, so that the injection of the fuel takes place axially parallel from the fuel injection valve out. Upstream of the valve seat, a swirl groove is provided, which sets the fuel flowing to the valve seat in a circular rotational movement. The flat outlet opening ensures that the fuel is hosed fan-like.

Bekannt ist zudem noch ein Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine aus der US 6,019,296 A , bei dem am stromabwärtigen Ende eine schlitzförmige Austrittsöffnung vorgesehen ist, aus der Brennstoff unter einem Winkel zur Ventillängsachse austreten kann.Also known is still a fuel injector for direct injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine from the US 6,019,296 A in that at the downstream end, a slot-shaped outlet opening is provided, can emerge from the fuel at an angle to the valve longitudinal axis.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise eine gleichmäßige Feinstzerstäubung des Brennstoffs erreicht wird, wobei eine besonders hohe Aufbereitungsqualität und Zerstäubungsgüte mit sehr kleinen Fluidtröpfchen erzielt wird. In idealer Weise besitzt die scheibenförmige Multi-Fächerstrahl-Düse am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils eine Vielzahl von sehr kleinen Abspritzöffnungen, die schlitzförmig gezielt so ausgeführt sind, dass aus der Multi-Fächerstrahl-Düse eine Vielzahl von räumlich versetzten Fächerstrahlen austreten, die Lamellenpakete bilden, wobei sich die einzelnen Flüssigkeitslamellen divergent zueinander bewegen und eine Lufteinsaugung zwischen die Fächerstrahlen ermöglichen. Auf diese Weise sind Brennstoffsprays mit extrem kleinen Brennstofftröpfchen mit einem Sauter Mean Diameter (SMD) von ca. 20 μm abspritzbar. Insofern kann sehr wirkungsvoll die HC-Emission der Brennkraftmaschine deutlich reduziert werden.The inventive fuel injection valve with The characterizing features of claim 1 has the advantage that in a simple way a uniform atomizing of the fuel is achieved, with a particularly high quality of treatment and atomization quality with very small fluid droplets is achieved. Ideally has the disc-shaped Multi-fan jet nozzle at the downstream End of the fuel injector a variety of very small Spray openings, the slot-shaped specifically so that are running out of the multi-fan jet nozzle a variety of spatially offset fan beams emerge, the lamella packages form, with each liquid lamellae Divergent move to each other and a Lufteinsaugung between the Enable fan beams. That way are Fuel sprays with extremely small fuel droplets can be sprayed off with a Sauter Mean Diameter (SMD) of approx. 20 μm. Insofar can very effectively the HC emission of the internal combustion engine be significantly reduced.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.By the measures listed in the dependent claims are advantageous developments and improvements of the claim 1 specified fuel injector possible.

In idealer Weise handelt es sich bei der Multi-Fächerstrahl-Düse um eine Scheibe, die im Bereich ihrer Abspritzöffnungen zweilagig ausgeführt ist, wobei in einer ersten oberen stromaufwärtigen Lage wenigstens ein Anströmkanal ausgebildet ist, dem in Strömungsrichtung richtungsparallele schlitzförmige Abspritzöffnungen folgen. Der Anströmkanal überdeckt jede Abspritzöffnung in einer genau definierten Weise und zwar in radialer Richtung vom Zentrum der Multi-Fächerstrahl-Düse ausgehend abweichend. Der wenigstens eine Anströmkanal hat im Bereich des Strömungseingangs von der Austrittsöffnung des Ventilsitzkörpers kommend die größte Kanalbreite, wobei die Kanalbreite zu den Kanalenden, an denen die Abspritzöffnungen angeordnet sind, nach außen hin abnimmt. Die schlitzförmigen Abspritzöffnungen verlaufen weitgehend im rechten Winkel zum Anströmkanal und haben in idealer Weise eine größere Länge als die Breite des Anströmkanals, so dass wirkungsvoll ein Auffächern des Brennstoffs und somit jeweils ein gewünschter Fächerstrahl erzielt wird.In Ideally, it is the multi-fan jet nozzle around a disc, which is in the area of their injection openings is executed in two layers, with a first upper upstream situation at least one inflow channel is formed, the direction parallel to the flow direction follow slot-shaped spray openings. The inflow channel covers each spray opening in a well-defined manner and although in the radial direction from the center of the multi-fan jet nozzle starting divergent. The at least one inflow channel has in the region of the flow input from the outlet opening the valve seat body coming the largest Channel width, where the channel width to the channel ends, where the Spray orifices are arranged, to the outside decreases. The slit-shaped injection openings run largely at right angles to the inflow channel and ideally have a longer length as the width of the inflow channel, so that effective a fanning of the fuel and thus each one desired Fan beam is achieved.

Das Design der erfindungsgemäßen Multi-Fächerstrahl-Düse bietet die nötigen geometrischen Freiheitsgrade zur variantenabhängigen Richtungs- und Auffächerungs- Steuerung der einzelnen Fächerstrahlen. Mit den vorhandenen Geometrieparametern lässt sich die Strahlsteuerung sehr gut beherrschen.The Design of the multi-fan jet nozzle according to the invention offers the necessary geometric degrees of freedom for variant-dependent Directional and fan-out control of individual fan beams. With the existing geometry parameters, the Control jet control very well.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenembodiments The invention are shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it

1 ein teilweise dargestelltes Ventil in der Form eines Brennstoffeinspritzventils mit einem Ausführungsbeispiel einer Multi-Fächerstrahl-Düse in einer Seitenansicht und schematisch angedeuteten Flüssigkeitslamellen, 1 a partially illustrated valve in the form of a fuel injection valve with an embodiment of a multi-fan jet nozzle in a side view and schematically indicated liquid fins,

2 einen außermittigen Schnitt durch das Ventilende im Bereich der Multi-Fächerstrahl-Düse entlang der Linie II-II in 3, 2 an off-center section through the valve end in the region of the multi-fan jet nozzle along the line II-II in 3 .

3 einen Schnitt durch das Ventilende entlang der Linie III-III in 2, 3 a section through the valve end along the line III-III in 2 .

4 das Detail IV aus 3 mit der Großdarstellung von schlitzförmigen Abspritzöffnungen in der Draufsicht, 4 the detail IV off 3 with the large representation of slot-shaped spray orifices in plan view,

5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Multi-Fächerstrahl-Düse und 5 A second embodiment of a multi-fan jet nozzle and

6 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Multi-Fächerstrahl-Düse. 6 A third embodiment of a multi-fan jet nozzle.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In der 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen teilweise dargestellt. Das Brennstoffeinspritzventil hat einen nur schematisch angedeuteten, einen Teil eines Ventilgehäuses bildenden, rohrförmigen Ventilsitzträger 1, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine z. B. rohrförmige Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 6 mit einem z. B. kugelförmigen Ventilschließkörper 7, an dessen Umfang beispielsweise fünf Abflachungen 8 zum Vorbeiströmen des Brennstoffs vorgesehen sind, fest verbunden ist.In the 1 For example, as an embodiment, a valve in the form of an injector for fuel injection systems of mixture-compression spark-ignition internal combustion engines is partially shown. The fuel injection valve has an only schematically indicated, forming part of a valve housing, tubular valve seat carrier 1 in which concentric to a valve longitudinal axis 2 a longitudinal opening 3 is trained. In the longitudinal opening 3 is a z. B. tubular valve needle 5 arranged at its downstream end 6 with a z. B. spherical valve closing body 7 , on the circumference, for example, five flats 8th are provided for flowing past the fuel, is firmly connected.

Die Betätigung des Brennstoffeinspritzventils erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise elektromagnetisch. Eine Betätigung des Brennstoffeinspritzventils mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor ist jedoch ebenso denkbar. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Brennstoffeinspritzventils dient ein schematisch angedeuteter elektromagnetischer Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11 und einem Kern 12. Der Anker 11 ist mit dem dem Ventilschließkörper 7 abgewandten Ende der Ventilnadel 5 durch z. B. eine mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht verbunden und auf den Kern 12 ausgerichtet.The actuation of the fuel injection valve takes place in a known manner, for example electromagnetically. An actuation of the fuel injection valve with a piezoelectric or magnetostrictive actuator is also conceivable. For the axial movement of the valve needle 5 and thus to open against the spring force of a return spring, not shown, or closing the fuel injection valve is a schematically indicated electromagnetic circuit with a magnetic coil 10 , an anchor 11 and a core 12 , The anchor 11 is with the valve closing body 7 opposite end of the valve needle 5 by z. B. connected by means of a laser weld and connected to the core 12 aligned.

In dem stromabwärts liegenden Ende des Ventilsitzträgers 1 ist ein Ventilsitzkörper 16 z. B. durch Schweißen dicht montiert. An der dem Ventilschließkörper 7 abgewandten, unteren Stirnseite 17 des Ventilsitzkörpers 16 ist eine scheibenförmige Multi-Fächerstrahl-Düse 23 als Zerstäubereinrichtung befestigt. Die Verbindung von Ventilsitzkörper 16 und Multi-Fächerstrahl-Düse 23 erfolgt beispielsweise durch eine umlaufende und dichte, mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht 26, die z. B. an der Stirnseite 17 oder am äußeren Umfang von Ventilsitzkörper 16 und Multi-Fächerstrahl-Düse 23 vorgesehen ist. Die Befestigung der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 erfolgt in jedem Falle so, dass ein mittlerer Düsenbereich 28 der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 mit einer Vielzahl von sehr kleinen schlitzförmigen Abspritzöffnungen 25 ohne negative Verformungseinflüsse bleibt.In the downstream end of the valve seat carrier 1 is a valve seat body 16 z. B. tightly mounted by welding. At the valve closing body 7 facing away, lower end face 17 of the valve seat body 16 is a disk-shaped multi-fan jet nozzle 23 attached as atomizer. The connection of valve seat body 16 and multi-fan jet nozzle 23 For example, by a circumferential and dense, formed by a laser weld 26 that z. B. at the front 17 or on the outer periphery of valve seat body 16 and multi-fan jet nozzle 23 is provided. The attachment of the multi-fan jet nozzle 23 takes place in each case so that a central nozzle area 28 the multi-fan jet nozzle 23 with a large number of very small slit-shaped injection openings 25 without negative deformation influences remains.

In dem Ventilsitzkörper 16 ist stromabwärts einer Ventilsitzfläche 29 eine Austrittsöffnung 27 vorgesehen, von der aus der abzuspritzende Brennstoff unmittelbar in den Düsenbereich 28 der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 eintritt. Die Multi-Fächerstrahl-Düse 23 ist z. B. eben ausgeführt und liegt plan an der Stirnseite 17 des Ventilsitzkörpers 16 an. Die Ausbildung des abspritzseitigen Ventilendes wird vor allen Dingen in den 2 bis 4 deutlich. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Abspritzöffnungen 25 in einer spezifischen Schlitzform und deren Verteilung über den Düsenbereich 28 treten aus der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 Flüssigkeitslamellen 30 aus, wobei sich die einzelnen Flüssigkeitslamellen 30 divergent zueinander bewegen und in 1 nur schematisch angedeutet sind. Die zum Zentrum der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 nächstliegende Flüssigkeitslamelle 30 besitzt den kleinsten Winkel α zur Mittelachse der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 und hier entsprechend auch zur Ventillängsachse 2, während die vom Zentrum der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 entferntestliegende Flüssigkeitslamelle 30 den größten Winkel, hier δ, zur Mittelachse der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 bzw. zur Ventillängsachse 2 aufweist. Es gilt also α < β < γ < δ usw.In the valve seat body 16 is downstream of a valve seat surface 29 an outlet opening 27 provided, from which the fuel to be sprayed directly into the nozzle area 28 the multi-fan jet nozzle 23 entry. The multi-fan jet nozzle 23 is z. B. just run and is flat on the front page 17 of the valve seat body 16 at. The formation of the discharge-side valve end is above all in the 2 to 4 clear. Due to the inventive design of the ejection openings 25 in a specific slot shape and their distribution over the nozzle area 28 emerge from the multi-fan jet nozzle 23 liquid lamellae 30 out, whereby the individual liquid lamellae 30 divergent to each other and move in 1 are indicated only schematically. Which is the center of the multi-fan jet nozzle 23 nearest liquid lamella 30 has the smallest angle α to the central axis of the multi-fan jet nozzle 23 and here also corresponding to the valve longitudinal axis 2 while that from the center of the multi-fan jet nozzle 23 most remote liquid lamella 30 the largest angle, here δ, to the central axis of the multi-fan jet nozzle 23 or to the valve longitudinal axis 2 having. It therefore holds α <β <γ <δ, etc.

2 zeigt einen außermittigen Schnitt durch das Ventilende im Bereich der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 entlang der Linie II-II in 3, während 3 einen Schnitt durch das Ventilende entlang der Linie III-III in 2 zeigt. In der 4 ist das Detail IV aus 3 mit der Großdarstellung von schlitzförmigen Abspritzöffnungen 25 in der Draufsicht dargestellt. Aus diesen Figuren wird deutlich, dass jede Abspritzöffnung 25 eine spezifische Öffnungskontur besitzt. In der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 ist anströmseitig zumindest ein Anströmkanal 40 (in 3 sind zwei Anströmkanäle 40 gezeigt) vorgesehen, dem stromabwärtig die Abspritzöffnungen 25 folgen. 2 shows an off-center section through the valve end in the region of the multi-fan jet nozzle 23 along the line II-II in 3 , while 3 a section through the valve end along the line III-III in 2 shows. In the 4 is the detail IV off 3 with the large representation of slit-shaped spray orifices 25 shown in plan view. From these figures it is clear that each spray opening 25 has a specific opening contour. In the multi-fan jet nozzle 23 is on the inflow side at least one inflow channel 40 (in 3 are two inflow channels 40 shown), the downstream of the spray orifices 25 consequences.

In einer ersten oberen stromaufwärtigen Lage der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 verlaufen die Anströmkanäle 40. Die Anströmkanäle 40 zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich radial außen an ihren Kanalenden im Bereich der Abspritzöffnungen 25 in ihrem Durchflussquerschnitt, insbesondere in ihrer Kanalbreite verjüngen. Die Abspritzöffnungen 25 besitzen jeweils einen z. B. rechteckförmigen Grundriss, sind aber in ihrer Schlitzbreite veränderlich, wobei die Schlitzbreite der Abspritzöffnungen 25 bei abnehmender Kanalbreite des Anströmkanals 40 zunimmt. Dabei ist die Schlitzbreite ungefähr umgekehrt proportional zur Kanalbreite an der Stelle, an der sich die entsprechende Abspritzöffnung 25 befindet. Die Querschnittsflächen der Abspritzöffnungen 25 sind insofern weitgehend konstant, womit über alle Abspritzöffnungen 25 ein ähnlich großer Strömungsdurchsatz ermöglicht ist. Die Abspritzöffnungen 25 erstrecken sich unter einem Winkel, insbesondere im rechten Winkel zur Grunderstreckung des Anströmkanals 40.In a first upper upstream position of the multi-fan jet nozzle 23 run the inflow channels 40 , The inflow channels 40 to draw characterized by the fact that they are radially outward at their channel ends in the region of the injection openings 25 taper in their flow area, in particular in their channel width. The injection openings 25 each have a z. B. rectangular plan, but are variable in their slot width, the slot width of the spray openings 25 with decreasing channel width of the inflow channel 40 increases. The slot width is approximately inversely proportional to the channel width at the point at which the corresponding injection opening 25 located. The cross-sectional areas of the injection openings 25 are so far largely constant, bringing about all spray openings 25 a similar flow rate is possible. The injection openings 25 extend at an angle, in particular at right angles to the basic extent of the inflow channel 40 ,

Die zwei Anströmkanäle 40 sind z. B. außermittig in der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 eingebracht. Der Querschnitt der Anströmkanäle 40 ist weitgehend rechteckförmig, an den Kanalenden jedoch durch die Kanalbreitenreduzierung trapezförmig bzw. dreieckförmig. Die Strömung gelangt von der Austrittsöffnung 27 in die Anströmkanäle 40 und von dort horizontal in die schlitzförmigen Abspritzöffnungen 25, die gezielt an gewünschten Stellen stromabwärts der Anströmkanäle 40 auf der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 platziert sind. Entsprechend den beiden Anströmkanälen 40 sind die Abspritzöffnungen 25 ebenfalls zweireihig parallel angeordnet, wobei die schlitzförmigen Abspritzöffnungen 25 richtungsparallel zueinander verlaufen. Die einzelnen Abspritzöffnungen 25 einer Reihe, also eines zugeordneten Anströmkanals 40 sind dabei genau auf Lücke lateral versetzt zu den Abspritzöffnungen 25 des anderen Anströmkanals 40 platziert. So berühren sich die austretenden Fächerstrahlen 30 beider Schlitzreihen nicht. Die Abspritzöffnungen 25 liegen außerhalb des Durchmessers der Austrittsöffnung 27, so dass stets eine Anströmung über die Anströmkanäle 40 erfolgt.The two inflow channels 40 are z. B. off-center in the multi-fan jet nozzle 23 brought in. The cross section of the inflow channels 40 is largely rectangular, but trapezoidal or triangular at the channel ends by the channel width reduction. The flow passes from the outlet opening 27 in the inflow channels 40 and from there horizontally into the slot-shaped spray orifices 25 , specifically at desired locations downstream of the flow channels 40 on the multi-fan jet nozzle 23 are placed. According to the two inflow channels 40 are the injection openings 25 also arranged in two rows in parallel, wherein the slot-shaped spray openings 25 parallel to each other. The individual spray openings 25 a row, ie an associated inflow channel 40 are exactly laterally offset to the discharge openings 25 of the other inflow channel 40 placed. This is how the exiting fan beams touch 30 not both slot rows. The injection openings 25 are outside the diameter of the outlet opening 27 , so that always a flow over the inflow channels 40 he follows.

Die Abspritzöffnungen 25 haben eine größere Länge als die Breite des Anströmkanals 40 im Bereich der jeweiligen Abspritzöffnung 25, so dass wirkungsvoll ein Auffächern des Brennstoffs und somit jeweils ein gewünschter Fächerstrahl erzielt wird. Die Abspritzöffnungen 25 werden also an deren Enden durch die Stirnseite 17 des Ventilsitzkörpers 16 abgedeckt. Die nicht abgedeckte Schlitzquerschnittsfläche einer jeden Abspritzöffnung 25 ist üblicherweise als engster Querschnitt im Strömungspfad durchflussbestimmend. Jedem Ende der Anströmkanäle 40 sind im Ausführungsbeispiel je zwei Abspritzöffnungen 25 zugeordnet, es ist jedoch eine davon abweichende Anzahl ebenso denkbar. Stromabwärts der zuerst versorgten Abspritzöffnung 25 muss der Anströmkanal 40 nur noch die Durchflussmenge für die zweite stromabwärtig gelegene Abspritzöffnung 25 durchleiten. Entsprechend ist dort der Kanalströmungsquerschnitt größer oder gleich dem Strömungsquerschnitt der zweiten stromabwärtigen Abspritzöffnung 25. Damit erklärt sich bei konstanter Kanaltiefe die Variation der Kanalbreite. Allerdings kann die Kanalbreite auch so eingestellt werden, dass der Anströmkanal 40 drosselt, d. h. der lokale Kanalquerschnitt ist kleiner als der Querschnitt der stromabwärts davon in Summe zu versorgenden Abspritzöffnungen 25.The injection openings 25 have a greater length than the width of the inflow channel 40 in the region of the respective injection opening 25 , so that effectively a fanning of the fuel and thus in each case a desired fan beam is achieved. The injection openings 25 so be at the ends of the front page 17 of the valve seat body 16 covered. The uncovered slot cross-sectional area of each ejection opening 25 is usually flow restricting as the narrowest cross section in the flow path. Each end of the flow channels 40 are in the embodiment each two spray orifices 25 assigned, but it is a different number also conceivable. Downstream of the first supplied spray opening 25 must the inflow channel 40 only the flow rate for the second downstream injection port 25 by conduct. Accordingly, there is the channel flow cross-section greater than or equal to the flow cross-section of the second downstream spray orifice 25 , This explains the variation of the channel width with constant channel depth. However, the channel width can also be adjusted so that the inflow channel 40 throttles, ie the local channel cross-section is smaller than the cross-section of the downstream of it to be supplied in total injection orifices 25 ,

4 zeigt das Strömungsfeld über zwei benachbarte Abspritzöffnungen 25, die gemeinsam über ein Ende eines Anströmkanals 40 versorgt werden. Dabei ist das Kollisionsprinzip zu erkennen, welches zur Ausbildung eines Fächerstrahls 30 hinter jeder Abspritzöffnung 25 führt. Das Verhältnis zwischen Kanalbreite und Länge der Abspritzöffnungen 25 bestimmt den Auffächerungsgrad der Flüssigkeitslamellen 30. Damit alle Flüssigkeitslamellen 30 ähnlich breit auffächern, wird das Verhältnis von Kanalbreite und Schlitzlänge in Näherung konstant gehalten, wodurch die am weitesten an den Kanalenden gelegenen Abspritzöffnungen 25 wegen der dort geringsten Kanalbreite die kleinsten Schlitzlängen aufweisen. Die Längen der Abspritzöffnungen 25 können aber auch konstant oder beliebig variabel über die Schlitzreihe sein. In Kanallängsrichtung werden die aus den Abspritzöffnungen 25 austretenden Flüssigkeitslamellen 30 von der Ventillängsachse 2 wegzeigend gekippt. Dies ist Folge eines Impulsungleichgewichts der auf jede Abspritzöffnung 25 von beiden Seiten zulaufenden Kollisionsströme im Anströmkanal 40. Dabei ist der Impuls des Kollisionsstromes höher, der in Richtung der Kanalenden läuft. Zum Kanalende hin wird die Kippung der dort gelegenen Flüssigkeitslamellen 30 stärker, d. h. das Impulsungleichgewicht wird größer. Da die Kippung der Flüssigkeitslamellen 30 zu den Kanalenden hin zunimmt, ist sichergestellt, dass benachbarte Flüssigkeitslamellen 30 divergent zueinander abspritzen und sich dadurch nicht berühren. Auf diese Weise besitzt die innerste Flüssigkeitslamelle 30 den kleinsten Winkel α zur Mittelachse der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 und die radial äußerste Flüssigkeitslamelle 30 den größten Winkel zur Mittelachse der Multi-Fächerstrahl-Düse 23 (α < β < γ < δ usw.). Als gesamtes Lamellenpaket bilden die divergenten Flüssigkeitslamellen 30 die gewünschte Strahlform. Die Kippung bzw. das Impulsungleichgewicht werden gezielt über die entsprechend an jeder Abspritzöffnung 25 eingestellte Kanalbreite definiert. 4 shows the flow field over two adjacent spray openings 25 , which together over one end of a flow channel 40 be supplied. In this case, the collision principle can be seen, which is to form a fan beam 30 behind each spray opening 25 leads. The ratio between channel width and length of the spray openings 25 determines the fanning level of the liquid fins 30 , So all liquid fins 30 Similarly broad fan out, the ratio of channel width and slot length is kept constant in approximation, whereby the injection ports located furthest at the channel ends 25 have the smallest slot lengths because of the smallest channel width there. The lengths of the spray openings 25 but can also be constant or variable over the row of slots. In channel longitudinal direction are from the spray orifices 25 leaking fluid lamellae 30 from the valve longitudinal axis 2 tilted pointing away. This is due to a momentum imbalance on each ejection port 25 from both sides converging collision currents in the inflow channel 40 , In this case, the momentum of the collision current is higher, which runs in the direction of the channel ends. Towards the end of the channel, the tilting of the liquid fins located there 30 stronger, ie the impulse imbalance becomes larger. Because the tilting of the liquid fins 30 increases toward the channel ends, it is ensured that adjacent liquid fins 30 divergent cumshot each other and do not touch. In this way, the innermost liquid lamella has 30 the smallest angle α to the central axis of the multi-fan jet nozzle 23 and the radially outermost liquid lamella 30 the largest angle to the central axis of the multi-fan jet nozzle 23 (α <β <γ <δ etc.). The entire disk set forms the divergent liquid fins 30 the desired beam shape. The tilting or impulse imbalance are targeted over the corresponding at each spray opening 25 defined channel width defined.

Die Abspritzöffnungen 25 müssen nicht mittig zum Anströmkanal 40 positioniert werden. In Richtung der Kanalbreite dürfen die Abspritzöffnungen 25 beliebig lateral versetzt sein. Durch den lateralen Versatz wird die austretende Flüssigkeitslamelle 30 in Richtung des Versatzes gekippt, so dass sie von der Ventillängsachse 2 wegzeigend radial nach außen abgespritzt wird. Dieser Kippwinkel sollte für alle Fächerstrahlen 30 einer Schlitzreihe identisch eingestellt sein. In einer zweiten Schlitzreihe kann die Asymmetrie (Außermittigkeit) identisch der ersten Schlitzreihe erzeugt werden oder abweichend davon. Werden die Asymmetrien zweier Schlitzreihen entgegengesetzt gewählt, so sind die beiden Fächerstrahlreihen auch senkrecht zur Zeichenebene der 1 divergent zueinander abgespritzt, wodurch insgesamt eine doppelte Divergenz vorliegt.The injection openings 25 do not have to be in the middle of the inflow channel 40 be positioned. In the direction of the channel width, the spray openings may 25 be arbitrarily laterally offset. Due to the lateral offset becomes the exiting liquid lamella 30 tilted in the direction of the offset, leaving it from the valve longitudinal axis 2 pointing away radially outward is hosed. This tilt angle should be for all fan beams 30 be set identically to a row of slots. In a second row of slots, the asymmetry (eccentricity) can be generated identically to the first row of slots or different from it. If the asymmetries of two rows of slots chosen opposite, the two fan beam rows are also perpendicular to the plane of the 1 hosed divergent to each other, resulting in a total of double divergence.

Die schlitzförmigen Abspritzöffnungen 25 können als Rechteck oder Langloch, oval oder gekrümmt bogenförmig ausgeführt sein. Anstelle der trapezförmigen bzw. dreieckförmigen Kanalenden der Anströmkanäle 40 ist es auch denkbar, die Verjüngungen der Kanalbreiten der Anströmkanäle 40 stufenartig vorzunehmen.The slit-shaped injection openings 25 can be designed as a rectangle or slot, oval or curved curved. Instead of the trapezoidal or triangular channel ends of the inflow channels 40 It is also conceivable, the tapers of the channel widths of the flow channels 40 make stepwise.

In den 5 und 6 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele einer Multi-Fächerstrahl-Düse 23 dargestellt. Diese Varianten unterscheiden sich von der in den 2 bis 4 gezeigten Düse 23 hauptsächlich in der Geometrie des Anströmkanals 40. Mit diesen Ausgestaltungen sind (in die Zeichenebene der 1 hinein) gekippte Flüssigkeitslamellen 30 generierbar, wie dies auch mit der zuvor beschriebenen Möglichkeit der außermittig angeordneten Abspritzöffnungen 25 denkbar ist. Bei beiden Beispielen der 5 und 6 sind die Anströmkanäle 40 abgewinkelt. Entweder ist die Kanalmittelachse des Anströmkanals 40 unmittelbar an den sich verjüngenden Kanalenden abgewinkelt (5) oder erfolgt die Abwinkelung der Kanalmittelachse in einem mittleren Bereich des Anströmkanals 40 (6). Anstelle eines abgewinkelten Anströmkanals 40 kann der Anströmkanal 40 auch bogenförmig über seine Kanallänge verlaufen.In the 5 and 6 are two further embodiments of a multi-fan jet nozzle 23 shown. These variants differ from those in the 2 to 4 shown nozzle 23 mainly in the geometry of the inflow channel 40 , With these configurations are (in the plane of the 1 into) tilted liquid fins 30 can be generated, as with the previously described possibility of eccentrically arranged injection orifices 25 is conceivable. In both examples the 5 and 6 are the inflow channels 40 angled. Either the channel center axis of the inflow channel 40 Angled directly at the tapered channel ends ( 5 ) or the deflection of the channel center axis takes place in a central region of the inflow channel 40 ( 6 ). Instead of an angled inflow channel 40 can the inflow channel 40 also arcuate over its channel length.

Die Multi-Fächerstrahl-Düse 23 wird z. B. durch galvanische Abscheidung aufgebaut (Multilayergalvanik). Andererseits ist es jedoch ebenso denkbar, die Multi-Fächerstrahl-Düse 23 stanz- und prägetechnisch, erodiertechnisch oder ätztechnisch herzustellen.The multi-fan jet nozzle 23 is z. B. by galvanic deposition (multilayer electroplating). On the other hand, it is also conceivable, the multi-fan jet nozzle 23 stamping and embossing technology, eroding technology or etching technology to produce.

Die Zerstäubungsqualität des Fächerstrahls bzw. des Lamellenzerfalls ist so hoch, dass Brennstoffsprays mit extrem kleinen Brennstofftröpfchen mit einem Sauter Mean Diameter (SMD) von ca. 20 μm abspritzbar sind. Auf diese Weise kann sehr wirkungsvoll die HC-Emission der Brennkraftmaschine deutlich gegenüber bekannter Einspritzanordnungen reduziert werden.The Atomization quality of the fan beam or The lamellar decay is so high that fuel sprays with extreme small fuel droplets with a Sauter Mean Diameter (SMD) of about 20 microns can be sprayed off. This way you can very effective the HC emission of the engine significantly be reduced compared to known injection arrangements.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19636396 A1 [0002] - DE 19636396 A1 [0002]
  • - DE 19847625 A1 [0003] - DE 19847625 A1 [0003]
  • - US 6019296 A [0004] - US 6019296 A [0004]

Claims (11)

Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse (2), mit einem einen festen Ventilsitz (29) aufweisenden Ventilsitzkörper (16), mit einem mit dem Ventilsitz (29) zusammenwirkenden Ventilschließkörper (7), der entlang der Ventillängsachse (2) axial bewegbar ist, mit einer Austrittsöffnung (27) im Ventilsitzkörper (16) und mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (29) angeordneten Zerstäubereinrichtung, wobei die Zerstäubereinrichtung als Multi-Fächerstrahl-Düse (23) mit einer Mehrzahl von Abspritzöffnungen (25) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Multi-Fächerstrahl-Düse (23) anströmseitig wenigstens einen Anströmkanal (40) besitzt, dem in Strömungsrichtung schlitzförmige Abspritzöffnungen (25) folgen, die im Bereich eines sich in seiner Kanalbreite verjüngenden Kanalendes des Anströmkanals (40) ausgeformt sind.Fuel injection valve for fuel injection systems of internal combustion engines, having a valve longitudinal axis ( 2 ), with a fixed valve seat ( 29 ) having valve seat body ( 16 ), with one with the valve seat ( 29 ) cooperating valve closing body ( 7 ), along the valve longitudinal axis ( 2 ) is axially movable, with an outlet opening ( 27 ) in the valve seat body ( 16 ) and with a downstream of the valve seat ( 29 ) arranged atomizer, wherein the atomizing device as a multi-fan jet nozzle ( 23 ) with a plurality of injection openings ( 25 ), characterized in that the multi-fan jet nozzle ( 23 ) on the inflow side at least one inflow channel ( 40 ) has, in the flow direction slot-shaped spray openings ( 25 ), which in the region of a tapering in its channel width channel end of the inflow channel ( 40 ) are formed. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Multi-Fächerstrahl-Düse (23) scheibenförmig ausgebildet ist.Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the multi-fan jet nozzle ( 23 ) is disc-shaped. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Anströmkanal (40) beidseitig der Austrittsöffnung (27) verläuft, wobei jedes Kanalende wenigstens eine Abspritzöffnung (25) versorgt.Fuel injection valve according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one inflow channel ( 40 ) on both sides of the outlet opening ( 27 ), each channel end having at least one injection opening ( 25 ) provided. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Anströmkanäle (40) vorgesehen sind, die außermittig zur Austrittsöffnung (27) verlaufen.Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of inflow passages ( 40 ) are provided, the off-center to the outlet opening ( 27 ). Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abspritzöffnungen (25) weitgehend im rechten Winkel zur Erstreckung des Kanalendes des Anströmkanals (40) erstrecken.Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the injection openings ( 25 ) substantially at right angles to the extension of the channel end of the inflow channel ( 40 ). Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Anströmkanal (40) eine rechteckförmige Grundform aufweist, von dem aus sich die Kanalenden trapezförmig, dreieckförmig oder stufenartig verjüngend erstrecken.Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one inflow channel ( 40 ) has a rectangular basic shape, from which extend the channel ends trapezoidal, triangular or step-like tapered. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Anströmkanal (40) abgewinkelt oder bogenförmig verläuft.Fuel injection valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one inflow channel ( 40 ) angled or arcuate runs. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzbreite der Abspritzöffnungen (25) mit abnehmender Kanalbreite des Anströmkanals (40) zunimmt.Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the slot width of the injection openings ( 25 ) with decreasing channel width of the inflow channel ( 40 ) increases. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzbreite der Abspritzöffnung (25) ungefähr umgekehrt proportional zur Kanalbreite an der Stelle ist, an der sich die entsprechende Abspritzöffnung (25) befindet, so dass die Schlitzquerschnittsfläche aller Abspritzöffnungen (25) weitgehend konstant ist.Fuel injection valve according to claim 8, characterized in that the slot width of the injection opening ( 25 ) is approximately inversely proportional to the channel width at the point at which the corresponding injection orifice ( 25 ), so that the slot cross-sectional area of all spray-discharge openings ( 25 ) is largely constant. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abspritzöffnungen (25) derart abgemessen, ausgerichtet und/oder verteilt sind, dass die zum Zentrum der Multi-Fächerstrahl-Düse (23) nächstliegende Flüssigkeitslamelle (30) den kleinsten Winkel α zur Mittelachse der Multi-Fächerstrahl-Düse (23) besitzt, während die vom Zentrum der Multi-Fächerstrahl-Düse (23) entferntestliegende Flüssigkeitslamelle (30) den größten Winkel δ, γ zur Mittelachse der Multi-Fächerstrahl-Düse (23) aufweist.Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the injection openings ( 25 ) are dimensioned, aligned and / or distributed in such a way that they reach the center of the multi-fan jet nozzle ( 23 ) nearest liquid lamella ( 30 ) the smallest angle α to the central axis of the multi-fan jet nozzle ( 23 ), while those from the center of the multi-fan jet nozzle ( 23 ) remotely located liquid lamella ( 30 ) the largest angle δ, γ to the central axis of the multi-fan jet nozzle ( 23 ) having. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (23) durch galvanische Abscheidung aufgebaut ist.Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle ( 23 ) is constructed by electrodeposition.
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