EP1307652A1 - Fuel injection valve - Google Patents

Fuel injection valve

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Publication number
EP1307652A1
EP1307652A1 EP01962569A EP01962569A EP1307652A1 EP 1307652 A1 EP1307652 A1 EP 1307652A1 EP 01962569 A EP01962569 A EP 01962569A EP 01962569 A EP01962569 A EP 01962569A EP 1307652 A1 EP1307652 A1 EP 1307652A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
fuel injection
injection valve
combustion chamber
dead volume
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01962569A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Joerg Heyse
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 EP1307652A1 publication Critical patent/EP1307652A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/188—Spherical or partly spherical shaped valve member ends
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • the direct injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine generally occurs, in particular in the case of direct petrol injection or the injection of diesel.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the Advantage that these aforementioned negative effects of coking (soot deposition) are restricted or eliminated, particularly at the valve tip protruding into the combustion chamber, with its outlet openings.
  • coking deposits in the outlet openings can be largely prevented. Due to the buoyancy of the gas phase compared to the liquid phase, the gas remains in the device for storing combustion chamber gas.
  • the spray parameters and the valve function can be stably maintained over their long service life even when fuel is directly injected into a combustion chamber on the fuel injectors.
  • FIG. 1 shows a partially illustrated fuel injector and FIG. 2 shows a schematic section through an outlet opening with a liquid column standing therein and tearing off.
  • FIG. 1 a valve in the form of an injection valve for fuel injection systems of mixed-compression spark-ignition internal combustion engines is partially shown as an exemplary embodiment.
  • the injection valve has a tubular valve seat support 1, in which a longitudinal opening 3 is formed concentrically with a valve longitudinal axis 2.
  • a longitudinal opening 3 is formed concentrically with a valve longitudinal axis 2.
  • a longitudinal opening 3 is formed concentrically with a valve longitudinal axis 2.
  • the injection valve is actuated in a known manner, for example electromagnetically.
  • a schematically indicated electromagnetic circuit with a solenoid 10, an armature 11 and a core 12 is used for the axial movement of the valve needle 5 and thus for opening against the spring force of a return spring (not shown) or closing the injection valve.
  • the armature 11 is connected to the valve closing body 7 opposite end of the valve needle 5 by z.
  • B. a weld seam formed by means of a laser is connected and aligned with the core 12.
  • a guide opening 15 of a valve seat body 16 is used to guide the valve closing body 7 during the axial movement Core 12 facing away from the end of the valve seat support 1 in the concentric to the longitudinal axis 2 of the longitudinal opening 3 is sealed by welding.
  • the valve seat body 16 is, for example, cup-shaped, with a jacket part 17 of the valve seat body 16 merging in the direction of the armature 11 into a collar 18 resting on the valve seat carrier 1.
  • the valve seat body 16 On the side opposite the collar 18, the valve seat body 16 has a base part 19 which is, for example, convexly curved.
  • the insertion depth of the valve seat body 16 determines the size of the stroke of the valve needle 5, since the one end position of the valve needle 5 when the magnet coil 10 is not energized due to the valve closing body 7 resting on a valve seat surface 22 which is conically tapered or slightly curved at the bottom part 19 of the valve seat body 16 is set.
  • the other end position of the valve needle 5 is determined when the solenoid 10 is excited, for example by the armature 11 resting on the core 12. The path between these two end positions of the valve needle 5 thus represents the stroke.
  • the spherical valve closing body 7 interacts with the frustoconical or curved valve seat surface 22 of the valve seat body 16, which lies between the guide opening 15 and several in a central region of the base part 19 of the valve seat body 16 introduced outlet openings 23 is formed.
  • the bottom part 19 forms the spray region of the fuel injector.
  • the fuel injection valve is designed in particular as a so-called multi-hole valve, which is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber, not shown.
  • the outlet openings 23 are aligned, for example, at different angles to the valve longitudinal axis 2, with, for example, all outlet openings 23 moving away from the valve longitudinal axis 2 in the downstream direction at an angle.
  • the fuel injection valve according to the invention is to a large extent to prevent coking deposits of the combustion chamber in the area of the outlet openings 23 from clogging them and thus to change the injection quantities considerably over the life of the valve.
  • valve closing body 7 and the curved bottom part 19 of the valve seat body 16 are formed with different radii, when the fuel injection valve is closed, there is a closed space within the annular valve seat surface 22 in the area of the outlet openings 23 between the valve closing body 7 and the bottom part 19, which has a dead volume 25 represents.
  • gas storage in the dead volume 25 should take place in order to avoid coking deposits at the outlet openings 23.
  • FIG. 2 schematically shows an outlet opening 23.
  • Valve closing body 7 is pressed back to the valve seat surface 22 at the end of the injection process, the flow through the outlet openings 23 is stopped abruptly. So no more fuel flows through the
  • the liquid column 27 which emerges from the outlet openings 23 immediately before the valve closes has a certain inertia due to its mass.
  • the negative pressure in the liquid column 27 which arises as a result of the closing of the valve and the associated stop of the flow in the sealing seat area becomes greater, starting from an outlet plane 28 of the outlet opening 23, in the upstream direction within the outlet opening 23 due to inertia.
  • the vapor pressure of the liquid falls below.
  • a vapor phase suddenly forms, as a result of which the part 30 of the liquid column 27 located downstream of this point 29 tears away from the remaining liquid due to inertia.
  • a meniscus of the liquid is formed within the outlet opening 23, at which there is a phase boundary between the liquid and the gas surrounding the valve.
  • all components directly on the combustion chamber are subject to extreme heat, including a direct injection valve, especially those in the combustion chamber protruding outlet openings 23.
  • coking residues can form in particular at the phase boundary mentioned above, which accumulate on the wall of the outlet opening 23 and lead to the disadvantages to be overcome which have already been explained.
  • annular coking deposits are formed in the outlet openings 23 at a certain depth, which disadvantageously constrict the flow.
  • this device for gas storage is designed as a central blind bore 33 in the valve closing body 7 on its surface facing the dead volume 25.
  • the blind bore 33 is with combustion chamber gas or with the
  • the valve closing body 7 from the valve seat surface 22 increases the liquid pressure in the dead volume 25, as a result of which the gas volume in the blind bore 33 is compressed. The gas is pressed deeper into the blind bore 33. When the valve closes, the liquid pressure decreases again and the gas volume expands again within the blind bore 33. Since the inflow of further liquid into the dead volume 25 is prevented when the valve is closed, the inertia of the liquid which just emerged creates a negative pressure in the liquid phase. This can the gas volume of the blind bore 33 expand even further, so that it partially reaches the dead volume 25. The volume of liquid displaced in this way can flow out of the outlet opening 23.
  • a plurality of smaller blind bores 33 can also be arranged side by side on the valve needle end facing the outlet openings 23 or on
  • Valve closing body 7 may be provided. This has the advantage that the cross section of the individual blind bores 33 is smaller for the same gas storage volume and thus the capillary action in the blind bores 33 increases. The stored gas can thus be driven out of the blind holes 33 even less by flow forces of the liquid.
  • valve needle tip or the valve closing body 7 are not exclusively the components of the fuel injector on which the blind bores 33 according to the invention can be formed. Rather, it is only necessary to ensure that the blind bores 33 have access to the dead volume 25 and that the gas volume cannot escape from the gas storage volume by means of buoyancy.

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Abstract

The invention relates to a fuel injection valve, in particular, a fuel injection valve extending directly into a combustion chamber of an internal combustion engine, with an energisable actuator (10, 11, 12), a valve closing body (7) displaced by said actuator (10, 11, 12), a fixed valve seat (22) with which the valve closing body (7) co-operates to open and close the valve, a fuel outlet formed, in a downstream spray region, from at least one outlet opening (23), arranged downstream of the valve seat (22) and with a dead volume (25), formed upstream of the spray region with at least one outlet opening (23). A device for the storage of combustion chamber gas is provided in the valve closing body (7) in the form of a blind drilling (33) with direct access to the dead volume (25).

Description

BrennstoffeinspritzventilFuel injector
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .The invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
Bei motorischem Betrieb tritt allgemein bei der Direkteinspritzung eines Brennstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei der Benzindirekteinspritzung bzw. der Einspritzung von Diesel-In the case of engine operation, the direct injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine generally occurs, in particular in the case of direct petrol injection or the injection of diesel.
Kraftstoff, das Problem auf, dass die in den Brennraum ragende stromabwärtige Spitze des Einspritzventils durch Brennstoffablagerungen verkokt bzw. sich in der Flammenfront gebildete Rußpartikel an der Ventilspitze anlagern. Bei bisher bekannten in den Brennraum ragenden Einspritzventilen besteht deshalb über ihre Lebensdauer die Gefahr einer negativen Beeinflussung der Sprayparameter (z.B. statische Strömungsmenge, Strahl inkel , Tropfchengröße, Strähnigkeit), die zu LaufStörungen der Brennkraftmaschine bzw. bis zu einem Ausfall des Einspritzventils führen kann.Fuel, the problem that the downstream tip of the injection valve protruding into the combustion chamber cokes due to fuel deposits or soot particles formed in the flame front accumulate on the valve tip. In the case of previously known injection valves projecting into the combustion chamber, there is therefore a risk of a negative influence on the spray parameters (e.g. static flow quantity, jet angle, droplet size, stringiness) over their service life, which can lead to malfunctions of the internal combustion engine or to failure of the injection valve.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass diese vorgenannten negativen Effekte der Verkokung (Rußablagerung) besonders an der in den Brennraum ragenden Ventilspitze mit ihren Austrittsöffnungen eingeschränkt bzw. beseitigt sind. Durch das erfindungsgemäße Ausbilden einer Einrichtung zur Speicherung von Brennraumgas mit Zugang zu dem zwischen Ventilnadelende und die Austrittsöffnungen umfassendem Abspritzbereich gelegenen Totvolumen können Verkokungsablagerungen in den Austrittsöffnungen weitgehend verhindert werden. Durch den Auftrieb der Gasphase gegenüber der Flüssigkeitsphase verbleibt das Gas in der Einrichtung zur Speicherung von Brennraumgas .The fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the Advantage that these aforementioned negative effects of coking (soot deposition) are restricted or eliminated, particularly at the valve tip protruding into the combustion chamber, with its outlet openings. By designing a device for storing combustion chamber gas according to the invention with access to the dead volume located between the valve needle end and the spray area comprising the outlet openings, coking deposits in the outlet openings can be largely prevented. Due to the buoyancy of the gas phase compared to the liquid phase, the gas remains in the device for storing combustion chamber gas.
Auf diese Weise können die Sprayparameter und die Ventilfunktion auch bei direkter Einspritzung von Brennstoff in einen Brennraum an den Brennstoffeinspritzventilen über ihre lange Lebensdauer stabil aufrechterhalten werden.In this way, the spray parameters and the valve function can be stably maintained over their long service life even when fuel is directly injected into a combustion chamber on the fuel injectors.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des imThe measures listed in the dependent claims are advantageous further developments and improvements in
Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.Main claim specified fuel injector possible.
Von Vorteil ist es, eine oder mehrere Sackbohrungen am den Austrittsöffnungen zugewandten Ventilnadelende bzw. amIt is advantageous to have one or more blind bores on the valve needle end facing the outlet openings or on
Ventilschließkörper an dessen dem Totvolumen zugewandter Oberfläche vorzusehen. Dabei ist sicherzustellen, dass die Sackbohrungen Zugang zu dem Totvolumen haben und dass das Gasvolumen per Auftriebskraft nicht aus dem Gasspeichervolumen entweichen kann.To provide valve closing body on the surface facing the dead volume. It must be ensured that the blind holes have access to the dead volume and that the gas volume cannot escape from the gas storage volume due to buoyancy.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen Figur 1 ein teilweise dargestelltes Brennstoffeinspritzventil und Figur 2 einen schematischen Schnitt durch eine Austrittsöffnung mit einer darin stehenden und abreißenden Flüssigkeitssäule.An embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawing and in the following Description explained in more detail. FIG. 1 shows a partially illustrated fuel injector and FIG. 2 shows a schematic section through an outlet opening with a liquid column standing therein and tearing off.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In der Figur 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraf maschinen teilweise dargestellt. Das Einspritzventil hat einen 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 stromabwartigen 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 FIG. 1, a valve in the form of an injection valve for fuel injection systems of mixed-compression spark-ignition internal combustion engines is partially shown as an exemplary embodiment. The injection valve has a tubular valve seat support 1, in which a longitudinal opening 3 is formed concentrically with a valve longitudinal axis 2. 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 of which, for example, five flats 8 are provided for the fuel to flow past, is firmly connected.
Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils 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 injection valve is actuated in a known manner, for example electromagnetically. A schematically indicated electromagnetic circuit with a solenoid 10, an armature 11 and a core 12 is used for the axial movement of the valve needle 5 and thus for opening against the spring force of a return spring (not shown) or closing the injection valve. The armature 11 is connected to the valve closing body 7 opposite end of the valve needle 5 by z. B. a weld seam formed by means of a laser is connected and aligned with the core 12.
Zur Führung des Ventilschließkörpers 7 während der Axialbewegung dient eine Führungsöffnung 15 eines Ventilsitzkörpers 16, der in das stromabwärts liegende, dem Kern 12 abgewandte Ende des Ventilsitzträgers 1 in der konzentrisch zur Ventillängsachse 2 verlaufenden Längsöffnung 3 durch Schweißen dicht montiert ist. Der Ventilsitzkörper 16 ist beispielsweise becherförmig ausgeführt, wobei ein Mantelteil 17 des Ventilsitzkörpers 16 in Richtung zum Anker 11 hin in einen an dem Ventilsitzträger 1 anliegenden Kragen 18 übergeht. Auf der dem Kragen 18 gegenüberliegenden Seite weist der Ventilsitzkörper 16 ein Bodenteil 19 auf, das z.B. konvex gewölbt ist.A guide opening 15 of a valve seat body 16 is used to guide the valve closing body 7 during the axial movement Core 12 facing away from the end of the valve seat support 1 in the concentric to the longitudinal axis 2 of the longitudinal opening 3 is sealed by welding. The valve seat body 16 is, for example, cup-shaped, with a jacket part 17 of the valve seat body 16 merging in the direction of the armature 11 into a collar 18 resting on the valve seat carrier 1. On the side opposite the collar 18, the valve seat body 16 has a base part 19 which is, for example, convexly curved.
Die Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 16 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel 5, da die eine Endstellung der Ventilnadel 5 bei nicht erregter Magnetspule 10 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 7 an einer sich stromabwärts konisch verjüngenden bzw. geringfügig gewölbt ausgebildeten Ventilsitzfläche 22 am Bodenteil 19 des Ventilsitzkörpers 16 festgelegt ist. Die andere Endstellung der Ventilnadel 5 wird bei erregter Magnetspule 10 beispielsweise durch die Anlage des Ankers 11 an dem Kern 12 festgelegt. Der Weg zwischen diesen beiden Endstellungen der Ventilnadel 5 stellt somit den Hub dar. Der kugelförmige Ventilschließkörper 7 wirkt mit der kegelstumpfförmigen bzw. gewölbten Ventilsitzfläche 22 des Ventilsitzkörpers 16 zusammen, die zwischen der Führungsöffnung 15 und mehreren in einem zentralen Bereich des Bodenteils 19 des Ventilsitzkörpers 16 eingebrachten Austrittsöffnungen 23 ausgebildet ist. Das Bodenteil 19 bildet den Abspritzbereich des Brennstoffeinspritzventils .The insertion depth of the valve seat body 16 determines the size of the stroke of the valve needle 5, since the one end position of the valve needle 5 when the magnet coil 10 is not energized due to the valve closing body 7 resting on a valve seat surface 22 which is conically tapered or slightly curved at the bottom part 19 of the valve seat body 16 is set. The other end position of the valve needle 5 is determined when the solenoid 10 is excited, for example by the armature 11 resting on the core 12. The path between these two end positions of the valve needle 5 thus represents the stroke. The spherical valve closing body 7 interacts with the frustoconical or curved valve seat surface 22 of the valve seat body 16, which lies between the guide opening 15 and several in a central region of the base part 19 of the valve seat body 16 introduced outlet openings 23 is formed. The bottom part 19 forms the spray region of the fuel injector.
Das Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere als sogenanntes Mehrlochventil ausgeführt, das sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum eignet . Dabei sind in dem Bodenteil 19 des Ventilsitzkörpers 16 wenigstens zwei, aber auch vier oder noch deutlich mehr Austrittsöffnungen 23 z.B. mittels Erodieren, Laserbohren oder Stanzen eingebracht. Für eine gewünschte Ausfüllung des Brennraums mit Brennstoff sind die Austrittsöffnungen 23 beispielsweise mit unterschiedlichen Winkeln zur Ventillängsachse 2 ausgerichtet, wobei sich z.B. alle Austrittsöffnungen 23 in stromabwartiger Richtung unter einem Winkel von der Ventillängsachse 2 entfernen.The fuel injection valve is designed in particular as a so-called multi-hole valve, which is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber, not shown. There are at least two but also four in the bottom part 19 of the valve seat body 16 or significantly more outlet openings 23, for example by means of eroding, laser drilling or punching. For a desired filling of the combustion chamber with fuel, the outlet openings 23 are aligned, for example, at different angles to the valve longitudinal axis 2, with, for example, all outlet openings 23 moving away from the valve longitudinal axis 2 in the downstream direction at an angle.
Insbesondere derartige Mehrlochventile für die Direkteinspritzung von Brennstoff in einen Brennraum, deren Austrittsöffnungen direkt der Brennraumatmosphäre ausgesetzt sind, sind stark verkokungsanfällig. Im ungünstigen Fall können solche Austrittsöffnungen an ihrem Umfang durch Verkokungsanlagerungen zuwachsen, wodurch die gewünschten Einspritzmengen nicht mehr in zulässigem Maße dosiert und zugemessen werden können.In particular, such multi-hole valves for the direct injection of fuel into a combustion chamber, the outlet openings of which are directly exposed to the combustion chamber atmosphere, are highly susceptible to coking. In the unfavorable case, such outlet openings can grow on their circumference through coking deposits, as a result of which the desired injection quantities can no longer be metered and metered to an admissible extent.
Mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil soll in hohem Maße vermieden werden, dass Verkokungsablagerungen des Brennraums im Bereich der Austrittsöffnungen 23 diese zusetzen und so die Einspritzmengen über die Lebensdauer des Ventils erheblich verändern.The fuel injection valve according to the invention is to a large extent to prevent coking deposits of the combustion chamber in the area of the outlet openings 23 from clogging them and thus to change the injection quantities considerably over the life of the valve.
Da der Ventilschließkörper 7 und das gewölbte Bodenteil 19 des Ventilsitzkörpers 16 mit unterschiedlichen Radien ausgeformt sind, liegt bei geschlossenem Brennstoffeinspritzventil innerhalb der ringförmig umlaufenden Ventilsitzfläche 22 im Bereich der Austrittsöffnungen 23 zwischen dem Ventilschließkörper 7 und dem Bodenteil 19 ein abgeschlossener Zwischenraum vor, der ein Totvolumen 25 darstellt. Erfindungsgemäß soll zur Vermeidung der Verkokungsanlagerungen an den Austrittsöffnungen 23 eine Gasspeicherung im Totvolumen 25 erfolgen. Bevor dieses Funktionsprinzip der Gasspeicherung beschrieben wird, soll im folgenden kurz das Entstehen von Verkokungsablagerungen erläutert werden.Since the valve closing body 7 and the curved bottom part 19 of the valve seat body 16 are formed with different radii, when the fuel injection valve is closed, there is a closed space within the annular valve seat surface 22 in the area of the outlet openings 23 between the valve closing body 7 and the bottom part 19, which has a dead volume 25 represents. According to the invention, gas storage in the dead volume 25 should take place in order to avoid coking deposits at the outlet openings 23. Before this functional principle of gas storage the formation of coking deposits will be briefly explained below.
Anhand von Figur 2, die eine Austrittsöffnung 23 schematisch zeigt, werden die Vorgänge der Durchströmung und der Verkokung nachfolgend erläutert . Wenn derThe flow and coking processes are explained below with reference to FIG. 2, which schematically shows an outlet opening 23. If the
Ventilschließkörper 7 am Ende des Einspritzvorgangs zurück an die Ventilsitzfläche 22 gedrückt wird, wird der Durchfluss durch die Austrittsöffnungen 23 abrupt gestoppt. Es fließt also kein Brennstoff mehr durch denValve closing body 7 is pressed back to the valve seat surface 22 at the end of the injection process, the flow through the outlet openings 23 is stopped abruptly. So no more fuel flows through the
Dichtsitzbereich an der Ventilsitzfläche 22 vorbei in das Totvolumen 25 nach.Sealing seat area past the valve seat surface 22 into the dead volume 25.
Die unmittelbar vor dem Schließen des Ventils noch aus den Austrittsöffnungen 23 austretende Flüssigkeitssäule 27 besitzt aufgrund ihrer Masse eine gewisse Trägheit. Der infolge des Schließens des Ventils und des damit verbundenen Stops des Durchflusses im Dichtsitzbereich entstehende Unterdruck in der Flüssigkeitssäule 27 wird ausgehend von einer Austrittsebene 28 der Austrittsöffnung 23 in stromauf ärtiger Richtung innerhalb der Austrittsöffnung 23 trägheitsbedingt größer. An einer bestimmten Stelle 29 innerhalb der Flüssigkeitssäule 27 wird der Dampfdruck der Flüssigkeit unterschritten. An dieser Stelle 29 bildet sich schlagartig eine Dampfphase aus, wodurch der stromabwärtig dieser Stelle 29 gelegene Teil 30 der Flüssigkeitssäule 27 trägheitsgetrieben von der restlichen Flüssigkeit abreißt.The liquid column 27 which emerges from the outlet openings 23 immediately before the valve closes has a certain inertia due to its mass. The negative pressure in the liquid column 27 which arises as a result of the closing of the valve and the associated stop of the flow in the sealing seat area becomes greater, starting from an outlet plane 28 of the outlet opening 23, in the upstream direction within the outlet opening 23 due to inertia. At a certain point 29 within the liquid column 27, the vapor pressure of the liquid falls below. At this point 29, a vapor phase suddenly forms, as a result of which the part 30 of the liquid column 27 located downstream of this point 29 tears away from the remaining liquid due to inertia.
Es bildet sich innerhalb der Austrittsöffnung 23 ein Meniskus der Flüssigkeit aus, an dem eine Phasengrenze zwischen der Flüssigkeit und dem das Ventil umgebenden Gas vorliegt. Bei der Direkteinspritzung von Brennstoff direkt in einen Brennraum sind sämtliche Komponenten unmittelbar am Brennraum einer extremen Hitzeeinwirkung unterlegen, so auch ein Direkteinspritzventil, insbesondere die in den Brennraum ragenden Austrittsöffnungen 23. Während der Verbrennung können sich insbesondere an der oben erwähnten Phasengrenze Verkokungsrückstände bilden, die sich an der Wandung der Austrittsδffnung 23 anlagern und zu den bereits erläuterten zu überwindenden Nachteilen führen. So entstehen bei bekannten Ventilen in einer bestimmten Tiefe in den Austrittsöffnungen 23 ringförmige Verkokungsablagerungen, welche den Durchfluss nachteilig einschnüren.A meniscus of the liquid is formed within the outlet opening 23, at which there is a phase boundary between the liquid and the gas surrounding the valve. In the case of direct injection of fuel directly into a combustion chamber, all components directly on the combustion chamber are subject to extreme heat, including a direct injection valve, especially those in the combustion chamber protruding outlet openings 23. During combustion, coking residues can form in particular at the phase boundary mentioned above, which accumulate on the wall of the outlet opening 23 and lead to the disadvantages to be overcome which have already been explained. In the case of known valves, annular coking deposits are formed in the outlet openings 23 at a certain depth, which disadvantageously constrict the flow.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung desWith the training of the invention
Brennstoffeinspritzventils werden die Austrittsöffnungen 23 vollständig entleert, weshalb sich innerhalb der Austrittsöffnungen 23 keine Verkokungsablagerungen bilden können. Erfindungsgemäß wird deshalb unmittelbar am Totvolumen 25 eine Einrichtung zur Gasspeicherung geschaffen. Im in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese Einrichtung zur Gasspeicherung als zentrale Sackbohrung 33 im Ventilschließkörper 7 an dessen dem Totvolumen 25 zugewandter Oberfläche ausgeführt. Die Sackbohrung 33 ist mit Brennraumgas bzw. mit der imFuel injection valve, the outlet openings 23 are completely emptied, which is why no coking deposits can form within the outlet openings 23. According to the invention, a device for gas storage is therefore created directly on the dead volume 25. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, this device for gas storage is designed as a central blind bore 33 in the valve closing body 7 on its surface facing the dead volume 25. The blind bore 33 is with combustion chamber gas or with the
Brennstoff gelösten Luft gefüllt . Durch den Auftrieb der Gasphase gegenüber der Flüssigkeitsphase verbleibt das Gas in der Sackbohrung 33.Fuel dissolved air filled. Due to the buoyancy of the gas phase compared to the liquid phase, the gas remains in the blind bore 33.
Beim Öffnen des Ventils durch Abheben desWhen opening the valve by lifting the
Ventilschließkörpers 7 von der Ventilsitzfläche 22 nimmt der Flüssigkeitsdruck im Totvolumen 25 zu, wodurch das Gasvolumen in der Sackbohrung 33 komprimiert wird. Das Gas wird dabei tiefer in die Sackbohrung 33 hineingedrückt. Beim Schließen des Ventils nimmt der Flüssigkeitsdruck wieder ab, und das Gasvolumen dehnt sich innerhalb der Sackbohrung 33 wieder aus. Da der Zufluss weiterer Flüssigkeit in das Totvolumen 25 bei geschlossenem Ventil unterbunden ist, entsteht durch die Trägheit der soeben noch austretenden Flüssigkeit ein Unterdruck in der Flüssigphase. Dadurch kann sich das Gasvolumen der Sackbohrung 33 noch weiter ausdehnen, so dass es zum Teil in das Totvolumen 25 gelangt. Das auf diese Weise verdrängte Flüssigkeitsvolumen kann aus der Austrittsöffnung 23 ausströmen.The valve closing body 7 from the valve seat surface 22 increases the liquid pressure in the dead volume 25, as a result of which the gas volume in the blind bore 33 is compressed. The gas is pressed deeper into the blind bore 33. When the valve closes, the liquid pressure decreases again and the gas volume expands again within the blind bore 33. Since the inflow of further liquid into the dead volume 25 is prevented when the valve is closed, the inertia of the liquid which just emerged creates a negative pressure in the liquid phase. This can the gas volume of the blind bore 33 expand even further, so that it partially reaches the dead volume 25. The volume of liquid displaced in this way can flow out of the outlet opening 23.
Während sich wieder ein Druckgleichgewicht im Totvolumen 25 einstellt, zieht sich das verbliebene Flüssigkeitsvolumen durch Kontraktion der Gasphase wieder aus den Austrittsöffnungen 23 in das Totvolumen 25 zurück. Die Austrittsöffnungen 23 füllen sich vollständig mit Brennraumgas . Die Flüssigkeitssäule ist aus den Austrittsöffnungen 23 vollständig verschwunden. Auf diese Weise existiert auch kein Meniskus der Flüssigkeitssäule 27 in der Austrittsöffnung 23 mehr, weshalb sich in der Austrittsöffnung 23 nun auch keine nachteilige ringförmige Verkokungsablagerung bilden kann.While a pressure equilibrium is established again in the dead volume 25, the remaining liquid volume is drawn back out of the outlet openings 23 into the dead volume 25 by contraction of the gas phase. The outlet openings 23 fill completely with combustion chamber gas. The liquid column has completely disappeared from the outlet openings 23. In this way, there is no longer a meniscus of the liquid column 27 in the outlet opening 23, which is why no disadvantageous annular coking deposit can form in the outlet opening 23.
Anstelle einer einzigen Sackbohrung 33 können auch mehrere kleinere Sackbohrungen 33 nebeneinander am den Aus rittsöffnungen 23 zugewandten Ventilnadelende bzw. amInstead of a single blind bore 33, a plurality of smaller blind bores 33 can also be arranged side by side on the valve needle end facing the outlet openings 23 or on
Ventilschließkörper 7 vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass bei gleichem Gasspeichervolumen der Querschnitt der einzelnen Sackbohrungen 33 kleiner ist und damit die Kapillarwirkung in den Sackbohrungen 33 zunimmt. Das gespeicherte Gas kann so noch weniger durch Strömungskräfte der Flüssigkeit aus den Sackbohrungen 33 ausgetrieben werden.Valve closing body 7 may be provided. This has the advantage that the cross section of the individual blind bores 33 is smaller for the same gas storage volume and thus the capillary action in the blind bores 33 increases. The stored gas can thus be driven out of the blind holes 33 even less by flow forces of the liquid.
Die Ventilnadelspitze bzw. der Ventilschließkörper 7 sind nicht ausschließlich die Bauteile des Brennstoffeinspritz- ventils, an denen die erfindungsgemäßen Sackbohrungen 33 ausgebildet sein können. Vielmehr ist nur sicherzustellen, dass die Sackbohrungen 33 Zugang zu dem Totvolumen 25 haben und dass das Gasvolumen per Auftriebskraft nicht aus dem Gasspeichervolumen entweichen kann. The valve needle tip or the valve closing body 7 are not exclusively the components of the fuel injector on which the blind bores 33 according to the invention can be formed. Rather, it is only necessary to ensure that the blind bores 33 have access to the dead volume 25 and that the gas volume cannot escape from the gas storage volume by means of buoyancy.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Brennstoffeinspritzventil, insbesondere direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ragendes Brennstoffeinspritzventil, mit einem erregbaren Aktuator (10, 11, 12), mit einem durch den Aktuator (10, 11, 12) bewegbaren Ventilschließkörper (7) , mit einem festen Ventilsitz (22) , mit dem der Ventilschließkörper (7) zum Öffnen und Schließen des Ventils zusammenwirkt, mit einem in einem stromabwartigen Abspritzbereich ausgebildeten Brennstoffauslass, der von wenigstens einer stromabwärts des1. Fuel injection valve, in particular a fuel injection valve projecting directly into a combustion chamber of an internal combustion engine, with an excitable actuator (10, 11, 12), with a valve closing body (7) that can be moved by the actuator (10, 11, 12), with a fixed valve seat (22 ), with which the valve closing body (7) cooperates to open and close the valve, with a fuel outlet formed in a downstream spray region, which is located at least one downstream of the
Ventilsitzes (22) angeordneten Austrittsöffnung (23) gebildet ist, und mit einem stromabwärts des Ventilsitzes (22) und stromaufwärts des die wenigstens eine Austrittsöffnung (23) aufweisenden Abspritzbereichs gebildeten Totvolumen (25) , dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem das Totvolumen (25) begrenzenden Bauteil eine Einrichtung (33) zur Speicherung von Brennraumgas mit direktem Zugang zu dem Totvolumen (25) vorgesehen ist.Valve seat (22) arranged outlet opening (23) is formed, and with a downstream of the valve seat (22) and upstream of the spray area formed at least one outlet opening (23) formed dead volume (25), characterized in that in at least the dead volume (25 ) delimiting component, a device (33) for storing combustion chamber gas with direct access to the dead volume (25) is provided.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (33) zur Speicherung von Brennraumgas derart gestaltet ist, dass das gespeicherte Gas per Auftriebskraft nicht aus dem Gasspeichervolumen entweichen kann. 2. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the device (33) for storing combustion chamber gas is designed such that the stored gas cannot escape from the gas storage volume by means of buoyancy.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Speicherung von Brennraumgas durch eine Sackbohrung (33) an einem das Totvolumen (25) begrenzenden Bauteil gebildet ist.3. Fuel injection valve according to claim 1 or 2, characterized in that the device for storing combustion chamber gas is formed by a blind bore (33) on a component which limits the dead volume (25).
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Speicherung von Brennraumgas durch mehrere Sackbohrungen (33) an wenigstens einem das Totvolumen (25) begrenzenden Bauteil gebildet ist.4. Fuel injection valve according to claim 1 or 2, characterized in that the device for storing combustion chamber gas is formed by a plurality of blind bores (33) on at least one component delimiting the dead volume (25).
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem den Austrittsöffnungen (23) zugewandten stromabwartigen Ventilnadelende bzw. am Ventilschließkörper (7) an dessen dem Totvolumen (25) zugewandter Oberfläche die wenigstens eine Sackbohrung (33) vorgesehen ist .5. Fuel injection valve according to claim 3 or 4, characterized in that the at least one blind bore (33) is provided on a downstream valve needle end facing the outlet openings (23) or on the valve closing body (7) on its surface facing the dead volume (25).
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (7) kugelförmig ausgeführt ist und die wenigstens eine Sackbohrung (33) eine zylindrische Form hat.6. Fuel injector according to claim 5, characterized in that the valve closing body (7) is spherical and the at least one blind bore (33) has a cylindrical shape.
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Sackbohrung (33) entlang der Ventillängsachse (2) verläuft.7. Fuel injection valve according to claim 6, characterized in that the at least one blind bore (33) runs along the longitudinal axis of the valve (2).
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die wenigstens eine Austrittsöffnung (23) aufweisende Abspritzbereich als Bodenteil (19) eines den Ventilsitz (22) aufweisenden Ventilsitzkörpers (16) konvex gewölbt ist.8. Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the spray region which has at least one outlet opening (23) as the base part (19) of the valve seat body (22) has valve seat body (16) is convexly curved.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffeinspritzventil in den Brennraum einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine ragt .9. Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the Fuel injection valve protrudes into the combustion chamber of a spark-ignited internal combustion engine.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffeinspritzventil in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine ragt. 10. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 8, characterized in that the fuel injection valve projects into the combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine.
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