WO2015052031A1 - Nozzle element for an injection valve, and injection valve - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a nozzle body for an injection valve, which has a nozzle body recess. Furthermore, the invention relates to an injection valve.
- Pollutant emissions are lowered.
- a possible starting point here is to reduce the pollutant emissions generated by the internal combustion engine.
- the formation of soot is highly dependent on the preparation of the air / fuel mixture in the respective cylinder of the internal combustion engine.
- a correspondingly improved mixture preparation can be achieved if the fuel is metered under very high pressure.
- the fuel pressures are up to over 2000 bar.
- Such high pressures make both high demands on the material of the nozzle body as well as their construction.
- larger forces must be taken from the nozzle body or the nozzle assembly ⁇ .
- An object of the invention is to provide a nozzle body or an injection valve, which allow a reliable and precise operation.
- a nozzle body for an injection valve which has a nozzle body recess with at least one injection opening.
- the nozzle body recess can be hydraulically coupled to a high pressure circuit of a fluid.
- the at least one injection opening has, with respect to a central longitudinal axis, a first region with a constant cross section adjoining the nozzle body recess and a second region with a substantially diverging cross section.
- the nozzle body according to the first aspect of the invention provides that said at least one injection opening two cross-section ⁇ areas, wherein the first region is characterized by a constant cross-section and the second region by a diverging cross-section.
- This has the advantage that a sufficiently large beam angle and a low penetration of the fluid jet can be achieved.
- accumulations of liquid and / or droplet-shaped fluid residues, coking and thus deposits are avoided, above all, by the provision of a diverging cross section in the second region of the injection opening.
- the accumulation of fluid residues, for example fuel in contrast to corner areas in a stepped bore can be substantially prevented.
- the advantages of the invention are based on the recognition that the second region of the injection opening causes by its diverging cross-section a self-cleaning effect, so possibly wetted with fluid surfaces of the second portion of the injection opening and / or adhering to this Combustion residues due to the high speeds of the fluid are ⁇ Strömungsgeschwin in subsequent injection operations purified by gas entrainment or washed away.
- the fluid residues are sheared due to high shear forces resulting from backflow from the surfaces of the second region, taken away by the fluid flow and fed back into the combustion chamber. In this way a permanent wetting of the surfaces of the injection opening and thus the formation of coked material is prevented.
- the cross section of the second portion of the at least one injection opening ⁇ diverges conically.
- a directed flow within the injection hole is produced in particular that favors in particular ⁇ sondere shearing of fluid, such as fuel and / or deposits of the surfaces.
- the second region of the at least one injection opening has a step-shaped cross-sectional widening.
- the step-shaped cross-sectional widening along an inner edge has a rounding.
- the at least one injection opening has a rounding along at least one outer edge. This further improves the self-cleaning effect of the injection opening.
- an injection valve with a nozzle body according to the first aspect of the invention is described.
- the injection valve has substantially the aforementioned advantages.
- Figure 1 is a schematic sectional view of an injection ⁇ valve having a nozzle body
- FIG. 2 shows an injection opening with a stepped bore
- FIG. 3 shows an injection opening according to a first exemplary embodiment
- Figure 4 is an injection port according to a second embodiment
- FIG. 5 shows an injection opening according to a third exemplary embodiment.
- FIG. 1 shows an injection valve with a nozzle assembly 10 and an actuator 11.
- the actuator 11 interacts functionally with the nozzle assembly 10.
- the nozzle assembly 10 has a nozzle body 12 and the actuator 11 has an injector body 13.
- the nozzle body 12 is fixedly coupled to the injector body 13 by means of a nozzle retaining nut 30.
- the nozzle body 12 and the injector body 13 form a common housing of the injection valve.
- the nozzle body 12 has a nozzle body recess 14 with a central axis Z and a wall 16.
- a nozzle needle 18 is arranged, which forms the nozzle assembly 10 together with the nozzle body 12.
- the nozzle needle 18 has at one end a needle tip 20.
- the nozzle needle 18 is guided in a region of the nozzle body recess 14 and biased by a nozzle spring 22.
- injection openings 24 are preferably arranged near the needle tip 20.
- the Einspritzöff ⁇ voltages 24 surrounding region of the nozzle body 12 may consist of a sintered metal.
- a plurality of injection openings 24 are formed, which can form an injection hole circle.
- the injector body 13 has a recess in which an actuator 40 is arranged.
- the actuator 40 is designed as a stroke steep drive.
- the actuator 40 acts on the
- Nozzle needle 18 so that they can perform a movement in the direction of the central axis Z.
- the nozzle spring 22 exerts on the nozzle needle 18 a force acting in the closing direction, so that it prevents a flow of a fluid through the plurality of injection openings 24 arranged in the nozzle body 12, when no further forces act on the nozzle needle 18.
- the nozzle needle 18 Upon actuation of the actuator 40, the nozzle needle 18 is moved in the axial direction from its closed position to its open position, in which it releases the fluid flow through the injection openings 24.
- fluid may include a fuel, such as a diesel or gasoline fuel, but the term may include other substances, such as organic compounds such as urea.
- FIG. 2 shows an enlarged, schematic sectional view of an injection opening 24 with a stepped bore SB.
- the fluid for example fuel flows finely atomized and / or gas in the combustion chamber and the cylinder of an internal combustion engine (not shown), where it mixes with air sucked in by the internal combustion engine air and a homo ⁇ gentician of the air / fluid substantially Mixture is achieved. This results in backflow RS of the fluid in the region of the stepped bore SB.
- the back-flowed air / fluid mixture is partially entrained by gas entrainment GM from the injection jet according to the flow direction SR and redistributed in the cylinder.
- the flow direction of the return flow RS is substantially reversed. Due to the flow direction SR of the incoming fluid jet and the return flow RS, a stagnation region STB is formed, which has a cone angle ⁇ which is slightly larger than the beam cone angle and describes the region in which the flow directions of the fluid are reversed.
- a disadvantage with an injection opening according to FIG. 2 is that the walls W of the stepped bore SB are permanently wetted by the fluid and, especially in the corner regions E of the stepped bore SB, residues of the fluid form. These residues may coke at high temperatures, such as those prevailing during the injection process of the fluid in the combustion chamber of a cylinder, resulting in carbonaceous deposits. These deposits lead to a high pollutant emission. In particular, unfavorable vortex flows favor WS in the
- Corner regions E of the stepped bore SB an accumulation of fluid. Especially after several injections these lead to an increase in deposits. 0
- FIG. 3 shows an enlarged, schematic sectional view of an injection opening 24 according to a first exemplary embodiment.
- the injection opening 24 has a first region Bl with a constant cross-section and a second region B2 with a stepped cross-sectional widening SQE.
- the step-shaped cross-sectional widening SQE in this case has a divergent, conical cross section with an annular step S.
- the two cross sections are rotationally symmetrical with respect to the in the illustrated embodiment
- the second region B2 has a cone angle ⁇ .
- the first area Bl adjoins the nozzle body recess 14, while the second area B2 is finally arranged with the outside AS of the nozzle body 12. If a fluid from the nozzle body recess 14 enters the first region B1 of the injection opening 24 under high pressure according to the flow direction SR, a beam cone angle is formed depending on the height H and the cross section of the first region B1 when the fluid exits the first region B1 out. Due to the conical, diverging cross section of the second region B2 of the injection opening 24, a favorable return flow RS occurs in the second region B2. In particular, in the corner regions E of the second region B2 substantially no unfavorable vortex flows WS occur.
- the first region Bl is preferably designed as a cylindrical bore which has a substantially circular cross-section.
- the second area B2 is, as already described be ⁇ designed as a stepped cross-sectional widening SQE with the step S.
- the width B of the ring ⁇ - shaped step S has a length of less than 100 ym, in particular 50 ym.
- the height H2 preferably has a length of less than 600 ym.
- the second region B2 preferably has a Ke ⁇ gel angle ⁇ , which is between 14 ° and 21 °. Alternatively, it is also conceivable that the second region B2 has no step S.
- one or more further cross-sectional regions for example a region with a constant cross section which is different from the first region B1, are arranged between the first region B1 and the second region B2.
- the second area B2 is followed by one or more further cross-sectional areas and the second area B2 not to terminate with the outer side AS of the nozzle body 12.
- FIGS. 2 and 3 are no longer shown or provided with reference numerals. However, this does not explicitly exclude their existence.
- FIG. 4 shows an injection opening 24 according to a second exemplary embodiment.
- the injection port 24 comprises We ⁇ sentlichen the same features as the embodiment according to Figure 3, except that a peripheral rounding R is provided in the corner regions E of the second area B2.
- this rounding has a radius of more than 10 ym.
- Such a rounding favors the self-cleaning process of the walls W of the second region B2 of the injection opening 24, primarily by a substantially favorable return flow RS.
- be ⁇ netted walls may be better W liberated by the injection process by the gas delivery GM or the backflow RS deposits and fluid retention in comparison to the embodiment of FIG. 3 This is mainly due to the fact that there is no abrupt in the corners E
- FIG. 5 shows an injection opening 24 according to a third
- Embodiment which is designed substantially similar to the ⁇ formations according to Figures 3 and 4.
- the second region B2 of the injection opening 24 a plurality of curves R, so that forms a tulip or flower-shaped cross-section.
- Rounding R in the second region B2 favors the self-cleaning effect of the injection port 24 on.
- a substantially favorable return flow RS and an optimal gas entrainment GM of the fluid flowing back and any fluid accumulation in the second region B2 are ensured.
- essentially a fluid accumulation is avoided from the outset.
- the injection openings 24 described with reference to FIGS. 3 to 5 have an angular or angular transition in the fluid inlet region of the first region B1, that is to say on the side of the nozzle body recess 14.
- an annular Step, chamfers and / or curves may be provided in the entry region of the injection opening 24, an annular Step, chamfers and / or curves may be provided.
- the cross section of the first region Bl can also have elliptical or other geometrical configurations, for example the outer contour of two partially overlapping circles.
- the injection port 24 described with reference to the three embodiments is not limited to a specific pressure range. Rather, such an injection opening 24 can be used in an injection valve for a gasoline internal combustion engine up to a pressure range of 500 bar and / or for a diesel internal combustion engine up to 2000 bar. Ge ⁇ optionally the geometric dimensions of the injection orifice 24 must be adjusted in a manner known to the expert in the corresponding pressure range.
- An injection port 24 may also be provided in other injectors that are not intended for diesel or gasoline internal combustion engines.
- the invention is not limited to the specified embodiment.
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Abstract
Description
Beschreibung description
Düsenkörper für ein Einspritzventil und Einspritzventil Die Erfindung betrifft einen Düsenkörper für ein Einspritzventil, welcher eine Düsenkörperausnehmung aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Einspritzventil. The invention relates to a nozzle body for an injection valve, which has a nozzle body recess. Furthermore, the invention relates to an injection valve.
Aufgrund immer strengerer gesetzlicher Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, ist es erforderlich, verschiedene Maßnahmen vorzunehmen, mittels welcher die Due to increasingly stringent statutory provisions regarding the permissible pollutant emissions of internal combustion engines, which are arranged in motor vehicles, it is necessary to take various measures by means of which the
Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein möglicher Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schad- Stoffemissionen zu senken. Hierbei ist die Bildung von Ruß stark abhängig von der Aufbereitung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Pollutant emissions are lowered. A possible starting point here is to reduce the pollutant emissions generated by the internal combustion engine. Here, the formation of soot is highly dependent on the preparation of the air / fuel mixture in the respective cylinder of the internal combustion engine.
Eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung kann erreicht werden, wenn der Kraftstoff unter sehr hohem Druck zugemessen wird. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu über 2000 bar. Derart hohe Drücke stellen sowohl hohe Anforderungen an das Material der Düsenkörper als auch an deren Konstruktion. Gleichzeitig müssen größere Kräfte von dem Düsenkörper beziehungsweise der Düsenbaugruppe auf¬ genommen werden. A correspondingly improved mixture preparation can be achieved if the fuel is metered under very high pressure. In the case of diesel internal combustion engines, the fuel pressures are up to over 2000 bar. Such high pressures make both high demands on the material of the nozzle body as well as their construction. At the same time larger forces must be taken from the nozzle body or the nozzle assembly ¬ .
Derzeit sind Einspritzventile mit mehreren Einspritzlöchern am weitesten am Markt verbreitet. Damit soll eine möglichst geringe Durchdringung (Penetration) des Einspritzstrahls und ein möglichst großer Öffnungswinkel des Strahlkegels in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine gewährleistet werden. ^ Currently, injectors with multiple injection holes are the most widely used on the market. In order to ensure the lowest possible penetration (penetration) of the injection jet and the largest possible opening angle of the beam cone in a cylinder of an internal combustion engine. ^
Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, einen Düsenkörper beziehungsweise ein Einspritzventil zu schaffen, welche einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglichen. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Düsenkörper für ein Einspritzventil beschrieben, welcher eine Düsenkörper- ausnehmung mit wenigstens einer Einspritzöffnung aufweist . Dabei ist die Düsenkörperausnehmung mit einem Hochdruckkreis eines Fluids hydraulisch koppelbar. Des Weiteren weist die wenigstens eine Einspritzöffnung bezüglich einer zentralen Längsachse einen an die Düsenkörperausnehmung anschließenden ersten Bereich mit konstantem Querschnitt und einen zweiten Bereich mit einem im Wesentlichen divergierenden Querschnitt auf. An object of the invention is to provide a nozzle body or an injection valve, which allow a reliable and precise operation. According to a first aspect of the invention, a nozzle body for an injection valve is described which has a nozzle body recess with at least one injection opening. In this case, the nozzle body recess can be hydraulically coupled to a high pressure circuit of a fluid. Furthermore, the at least one injection opening has, with respect to a central longitudinal axis, a first region with a constant cross section adjoining the nozzle body recess and a second region with a substantially diverging cross section.
Der Düsenkörper gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Einspritzöffnung zwei Querschnitts¬ bereiche aufweist, wobei der erste Bereich durch einen gleichbleibenden Querschnitt und der zweite Bereich durch einen divergierenden Querschnitt gekennzeichnet ist. Dies hat zum einen den Vorteil, dass ein ausreichend großer Strahlkegelwinkel sowie eine geringe Penetration des Fluidstrahls erreicht werden. Zum anderen werden vor allem durch das Vorsehen eines divergierenden Querschnitts im zweiten Bereich der Einspritzöffnung Ansammlungen von flüssigen und/oder tropfenförmigen Fluid- rückständen, eine Verkokung derer und somit Ablagerungen vermieden. Insbesondere kann die Ansammlung von Fluidrück- ständen, beispielsweise Kraftstoff, im Gegensatz zu Eckbereichen bei einer Stufenbohrung im Wesentlichen verhindert werden. Die Vorteile der Erfindung beruhen auf der Erkenntnis, dass der zweite Bereich der Einspritzöffnung durch seinen divergierenden Querschnitt einen Selbstreinigungseffekt hervorruft, sodass gegebenenfalls mit Fluid benetzte Oberflächen des zweiten Bereichs der Einspritzöffnung und/oder an diesen haftende Verbrennungsrückstände aufgrund der hohen Strömungsgeschwin¬ digkeiten des Fluids bei nachfolgenden Einspritzvorgängen durch Gasmitnahme gereinigt bzw. weggespült werden. Dabei werden die Fluidrückstände aufgrund hoher entstehender Scherkräfte durch Rückströmungen von den Oberflächen des zweiten Bereichs abgeschert, von dem Fluidstrom mitgenommen und zurück in die Brennkammer geführt. Auf diese Weise wird eine dauerhafte Benetzung der Oberflächen der Einspritzöffnung und somit die Ausbildung von verkoktem Material verhindert. The nozzle body according to the first aspect of the invention provides that said at least one injection opening two cross-section ¬ areas, wherein the first region is characterized by a constant cross-section and the second region by a diverging cross-section. This has the advantage that a sufficiently large beam angle and a low penetration of the fluid jet can be achieved. On the other hand, accumulations of liquid and / or droplet-shaped fluid residues, coking and thus deposits are avoided, above all, by the provision of a diverging cross section in the second region of the injection opening. In particular, the accumulation of fluid residues, for example fuel, in contrast to corner areas in a stepped bore can be substantially prevented. The advantages of the invention are based on the recognition that the second region of the injection opening causes by its diverging cross-section a self-cleaning effect, so possibly wetted with fluid surfaces of the second portion of the injection opening and / or adhering to this Combustion residues due to the high speeds of the fluid are ¬ Strömungsgeschwin in subsequent injection operations purified by gas entrainment or washed away. The fluid residues are sheared due to high shear forces resulting from backflow from the surfaces of the second region, taken away by the fluid flow and fed back into the combustion chamber. In this way a permanent wetting of the surfaces of the injection opening and thus the formation of coked material is prevented.
Im Gegensatz dazu würde sich bei Einspritzventilen mit einer Stufenbohrung mit konstantem Querschnitt als nachteilig er¬ weisen, dass vornehmlich während der Einspritzphase durch Rückströmung des Fluids Oberflächen der Stufenbohrung durch das Fluid, beispielsweise Kraft- beziehungsweise Brennstoff, be¬ netzt werden und sich dadurch Rückstände, vor allem in den Eckbereichen der Stufenbohrung, ausbilden. Dies führt zu Ablagerungen, die im Wesentlichen aus Kohlenstoff bestehen und bei hohen Temperaturen durch Verkoken dieser Fluidrückstände an den Stufenbohrungen entstehen. In der Regel weisen diese Ablagerungen eine poröse Struktur auf, welche bei nachfolgenden Einspritzvorgängen den Verkokungsprozess durch Absorption des gasförmigen und/oder flüssigen Fluids weiter begünstigen. Dies führt zu einer erhöhten Kohlenwasserstoff- (auch HC-) und Partikelemission. In contrast, would he have in injection valves with a stepped bore with constant cross section as disadvantageous ¬ that are and mainly during the injection phase by back-flow of the fluid surfaces of the stepped bore through the fluid, for example force or fuel, be ¬ wets thereby residues, especially in the corner areas of the stepped bore. This leads to deposits that consist essentially of carbon and arise at high temperatures by coking these fluid residues on the stepped bores. As a rule, these deposits have a porous structure, which further promotes the coking process by absorption of the gaseous and / or liquid fluid during subsequent injection processes. This leads to increased hydrocarbon (also HC) and particulate emissions.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung divergiert der Querschnitt des zweiten Bereichs der wenigstens einen Einspritz¬ öffnung kegelartig. Damit wird insbesondere eine gerichtete Strömung innerhalb der Einspritzöffnung erzeugt, die insbe¬ sondere ein Abscheren von Fluid, beispielsweise Kraftstoff, und/oder Ablagerungen der Oberflächen begünstigt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der zweite Bereich der wenigstens einen Einspritzöffnung eine stufenförmige Querschnittserweiterung auf. Durch das Vorsehen einer stufenförmigen Querschnittserweiterung kann insbesondere ein ausreichend großer Öffnungswinkel des Strahlkegels und eine niedrige Durchdringung (Penetration) des Einspritzstrahls in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine erreicht werden. According to an advantageous embodiment of the cross section of the second portion of the at least one injection opening ¬ diverges conically. Thus, a directed flow within the injection hole is produced in particular that favors in particular ¬ sondere shearing of fluid, such as fuel and / or deposits of the surfaces. According to a further advantageous embodiment, the second region of the at least one injection opening has a step-shaped cross-sectional widening. By providing a step-shaped cross-sectional widening, in particular a sufficiently large opening angle of the jet cone and a low penetration (penetration) of the injection jet into a cylinder of an internal combustion engine can be achieved.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die stufenförmige Querschnittserweiterung entlang einer Innenkante eine Rundung auf. Durch das Vorsehen einer Rundung entlang einer Innenkante der stufenförmigen Querschnittserweiterung werden im Wesentlichen ungünstige Wirbel und damit Fluidrückstände in den Eckbereichen des zweiten Bereichs der Einspritzöffnung ver- mieden. According to a further advantageous embodiment, the step-shaped cross-sectional widening along an inner edge has a rounding. By providing a curve along an inner edge of the step-shaped cross-sectional widening, substantially unfavorable vortices and thus fluid residues in the corner regions of the second region of the injection opening are avoided.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die wenigstens eine Einspritzöffnung entlang wenigstens einer Außenkante eine Rundung auf. Dadurch wird der Selbstreini- gungseffekt der Einspritzöffnung weiter verbessert. According to a further advantageous embodiment, the at least one injection opening has a rounding along at least one outer edge. This further improves the self-cleaning effect of the injection opening.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Einspritzventil mit einem Düsenkörper gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben. Das Einspritzventil weist im Wesentlichen die vorgenannten Vorteile auf. According to a second aspect of the invention, an injection valve with a nozzle body according to the first aspect of the invention is described. The injection valve has substantially the aforementioned advantages.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie den abhängigen Patentansprüchen offenbart. Further advantageous embodiments are disclosed in the following detailed description of exemplary embodiments and the dependent claims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die angehängten Figuren beschrieben. In den Figuren sind gleichartige Komponenten unterschiedlicher Ausführungsbeispiele mit gleichen Bezugszeichen versehen. In den Figuren zeigen: Embodiments of the invention are described below with reference to the attached figures. In the figures, similar components of different embodiments are provided with the same reference numerals. In the figures show:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Einspritz¬ ventils mit einem Düsenkörper, Figure 1 is a schematic sectional view of an injection ¬ valve having a nozzle body,
Figur 2 eine Einspritzöffnung mit einer Stufenbohrung, FIG. 2 shows an injection opening with a stepped bore,
Figur 3 eine Einspritzöffnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, FIG. 3 shows an injection opening according to a first exemplary embodiment,
Figur 4 eine Einspritzöffnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und Figure 4 is an injection port according to a second embodiment and
Figur 5 eine Einspritzöffnung gemäß einem dritten Ausfüh- rungsbeispiel . FIG. 5 shows an injection opening according to a third exemplary embodiment.
Figur 1 zeigt ein Einspritzventil mit einer Düsenbaugruppe 10 und einem Aktuator 11. Der Aktuator 11 wirkt funktional mit der Düsenbaugruppe 10 zusammen. FIG. 1 shows an injection valve with a nozzle assembly 10 and an actuator 11. The actuator 11 interacts functionally with the nozzle assembly 10.
Die Düsenbaugruppe 10 hat einen Düsenkörper 12 und der Aktuator 11 weist einen Injektorkörper 13 auf. Der Düsenkörper 12 ist mittels einer Düsenspannmutter 30 mit dem Injektorkörper 13 fest gekoppelt. Der Düsenkörper 12 und der Injektorkörper 13 bilden ein gemeinsames Gehäuse des Einspritzventils. The nozzle assembly 10 has a nozzle body 12 and the actuator 11 has an injector body 13. The nozzle body 12 is fixedly coupled to the injector body 13 by means of a nozzle retaining nut 30. The nozzle body 12 and the injector body 13 form a common housing of the injection valve.
Der Düsenkörper 12 hat eine Düsenkörperausnehmung 14 mit einer Zentralachse Z und einer Wand 16. In der Düsenkörperausnehmung 14 ist eine Düsennadel 18 angeordnet, die zusammen mit dem Düsenkörper 12 die Düsenbaugruppe 10 bildet. Die Düsennadel 18 hat an einem Ende eine Nadelkuppe 20. Die Düsennadel 18 ist in einem Bereich der Düsenkörperausnehmung 14 geführt und mittels einer Düsenfeder 22 vorgespannt. In dem Düsenkörper 12 sind vorzugsweise nahe der Nadelkuppe 20 Einspritzöffnungen 24 angeordnet. In einem die Einspritzöff¬ nungen 24 umgebenden Bereich kann der Düsenkörper 12 aus einem gesinterten Metall bestehen. In dem Düsenkörper 12 sind vor- zugsweise mehrere Einspritzöffnungen 24 ausgebildet, die einen Einspritzlochkreis formen können. The nozzle body 12 has a nozzle body recess 14 with a central axis Z and a wall 16. In the nozzle body recess 14, a nozzle needle 18 is arranged, which forms the nozzle assembly 10 together with the nozzle body 12. The nozzle needle 18 has at one end a needle tip 20. The nozzle needle 18 is guided in a region of the nozzle body recess 14 and biased by a nozzle spring 22. In the nozzle body 12, injection openings 24 are preferably arranged near the needle tip 20. In the Einspritzöff ¬ voltages 24 surrounding region of the nozzle body 12 may consist of a sintered metal. In the nozzle body 12, preferably a plurality of injection openings 24 are formed, which can form an injection hole circle.
Der Injektorkörper 13 hat eine Ausnehmung, in der ein Stellantrieb 40 angeordnet ist. Der Stellantrieb 40 ist als Hub- steilantrieb ausgebildet. Der Stellantrieb 40 wirkt auf dieThe injector body 13 has a recess in which an actuator 40 is arranged. The actuator 40 is designed as a stroke steep drive. The actuator 40 acts on the
Düsennadel 18 ein, so dass diese eine Bewegung in Richtung der Zentralachse Z ausführen kann. Nozzle needle 18, so that they can perform a movement in the direction of the central axis Z.
Die Düsenfeder 22 übt auf die Düsennadel 18 eine in Schließ- richtung wirkende Kraft aus, so dass sie einen Fluss eines Fluids durch die in dem Düsenkörper 12 angeordneten mehreren Ein- spritzöffnungen 24 verhindert, wenn keine weiteren Kräfte auf die Düsennadel 18 einwirken. Bei Betätigung des Stellantriebs 40 wird die Düsennadel 18 in axialer Richtung von ihrer Schließposition in ihre Offenposition bewegt, in der sie den Fluidfluss durch die Einspritzöffnungen 24 freigibt. The nozzle spring 22 exerts on the nozzle needle 18 a force acting in the closing direction, so that it prevents a flow of a fluid through the plurality of injection openings 24 arranged in the nozzle body 12, when no further forces act on the nozzle needle 18. Upon actuation of the actuator 40, the nozzle needle 18 is moved in the axial direction from its closed position to its open position, in which it releases the fluid flow through the injection openings 24.
Der Begriff „Fluid" kann einen Kraftstoff bzw. Brennstoff, beispielsweise einen Diesel- oder Benzinkraftstoff, umfassen. Der Begriff kann allerdings auch andere Stoffe, beispielsweise organische Verbindungen wie Harnstoff, umfassen. The term "fluid" may include a fuel, such as a diesel or gasoline fuel, but the term may include other substances, such as organic compounds such as urea.
In den nachfolgenden Figuren 2 bis 5 wird jeweils eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts II der Figur 1 gezeigt, welcher jeweils detailliert die konstruktive Ausgestaltung einer Einspritzöffnung 24 zeigt. In the following Figures 2 to 5 each show an enlarged view of a section II of Figure 1, which shows in detail the structural design of an injection port 24 each.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte, schematische Schnittansicht einer Einspritzöffnung 24 mit einer Stufenbohrung SB. Ist der Fluidfluss durch die Düsennadel 18 (Figur 1) freigegeben, so tritt das Fluid gemäß der Strömungsrichtung SR unter hohem Druck in die Einspritzöffnung 24 ein. Hierbei bildet sich im Bereich der Stufenbohrung SB ein Strahlkegelwinkel aus. Das Fluid, beispielsweise Kraftstoff, strömt im Wesentlichen fein zerstäubt und/oder gasförmig in die Brennkammer bzw. den Zylinder einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) , wo es sich mit von der Brennkraftmaschine angesaugter Luft vermischt und eine Homo¬ genisierung des Luft-/Fluid-Gemisches erreicht wird. Dabei kommt es zu Rückströmungen RS des Fluids in den Bereich der Stufenbohrung SB. Das rückgeströmte Luft-/Fluid-Gemisch wird teilweise durch Gasmitnahme GM vom Einspritzstrahl gemäß der Strömungsrichtung SR mitgenommen und wieder in dem Zylinder verteilt. Dabei wird die Strömungsrichtung der Rückströmung RS im Wesentlichen umgekehrt. Durch die Strömungsrichtung SR des eintreffenden Fluidstrahls und die Rückströmung RS bildet sich ein Stagnationsbereich STB aus, welcher einen im Vergleich zum Strahlkegelwinkel leicht größeren Kegelwinkel ß aufweist und den Bereich beschreibt, in welchem sich die Strömungsrichtungen des Fluids umkehren. FIG. 2 shows an enlarged, schematic sectional view of an injection opening 24 with a stepped bore SB. Is the Fluid flow through the nozzle needle 18 (Figure 1) released so enters the fluid according to the flow direction SR under high pressure in the injection port 24 a. In this case, a beam cone angle is formed in the region of the stepped bore SB. The fluid, for example fuel flows finely atomized and / or gas in the combustion chamber and the cylinder of an internal combustion engine (not shown), where it mixes with air sucked in by the internal combustion engine air and a homo ¬ genisierung of the air / fluid substantially Mixture is achieved. This results in backflow RS of the fluid in the region of the stepped bore SB. The back-flowed air / fluid mixture is partially entrained by gas entrainment GM from the injection jet according to the flow direction SR and redistributed in the cylinder. In this case, the flow direction of the return flow RS is substantially reversed. Due to the flow direction SR of the incoming fluid jet and the return flow RS, a stagnation region STB is formed, which has a cone angle β which is slightly larger than the beam cone angle and describes the region in which the flow directions of the fluid are reversed.
Nachteilig bei einer Einspritzöffnung gemäß Figur 2 erweist sich, dass die Wände W der Stufenbohrung SB durch das Fluid dauerhaft benetzt werden und sich vor allem in den Eckbereichen E der Stufenbohrung SB Rückstände des Fluids bilden. Diese Rückstände können bei hohen Temperaturen, wie sie beim Einspritzvorgang des Fluids in der Brennkammer eines Zylinders vorherrschen, verkoken, wodurch kohlenstoffhaltige Ablagerungen entstehen . Diese Ablagerungen führen zu einer hohen Schadstoffemission. Ins- besondere begünstigen ungünstige Wirbelströmungen WS in denA disadvantage with an injection opening according to FIG. 2 is that the walls W of the stepped bore SB are permanently wetted by the fluid and, especially in the corner regions E of the stepped bore SB, residues of the fluid form. These residues may coke at high temperatures, such as those prevailing during the injection process of the fluid in the combustion chamber of a cylinder, resulting in carbonaceous deposits. These deposits lead to a high pollutant emission. In particular, unfavorable vortex flows favor WS in the
Eckbereichen E der Stufenbohrung SB eine Ansammlung von Fluid. Besonders nach mehreren Einspritzvorgängen führen diese zu einem Anwachsen der Ablagerungen. 0 Corner regions E of the stepped bore SB an accumulation of fluid. Especially after several injections these lead to an increase in deposits. 0
o O
Figur 3 zeigt eine vergrößerte, schematische Schnittansicht einer Einspritzöffnung 24 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Einspritzöffnung 24 weist einen ersten Bereich Bl mit konstantem Querschnitt und einen zweiten Bereich B2 mit einer stufenförmigen Querschnittserweiterung SQE auf. Die stufenförmige Querschnittserweiterung SQE weist hierbei einen divergierenden, kegelartigen Querschnitt mit einer ringförmigen Stufe S auf. Die beiden Querschnitte sind dabei im gezeigten Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisch bezüglich der FIG. 3 shows an enlarged, schematic sectional view of an injection opening 24 according to a first exemplary embodiment. The injection opening 24 has a first region Bl with a constant cross-section and a second region B2 with a stepped cross-sectional widening SQE. The step-shaped cross-sectional widening SQE in this case has a divergent, conical cross section with an annular step S. The two cross sections are rotationally symmetrical with respect to the in the illustrated embodiment
Längsachse LA. Der zweite Bereich B2 weist einen Kegelwinkel γ auf. Der erste Bereich Bl schließt an die Düsenkörperausnehmung 14 an, während der zweite Bereich B2 mit der Außenseite AS des Düsenkörpers 12 abschließend angeordnet ist. Tritt ein Fluid aus der Düsenkörperausnehmung 14 in den ersten Bereich Bl der Einspritzöffnung 24 gemäß der Strömungsrichtung SR unter hohem Druck ein, so bildet sich abhängig von der Höhe H und dem Querschnitt des ersten Bereichs Bl beim Austritt des Fluids aus dem ersten Bereich Bl ein Strahlkegelwinkel aus. Durch den kegelartigen, divergierenden Querschnitt des zweiten Bereichs B2 der Einspritzöffnung 24 kommt es zu einer günstigen Rückströmung RS in den zweiten Bereich B2. Insbesondere kommt es in den Eckbereichen E des zweiten Bereichs B2 im Wesentlichen zu keinen ungünstigen Wirbelströmungen WS. Dadurch wird gewähr- leistet, dass die gegebenenfalls durch einen früheren Ein- spritzvorgang mit Fluid benetzten Wände W des zweiten Bereichs B2 beziehungsweise Ablagerungen an diesen aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, insbesondere der Rück¬ Strömung RS, weggespült und von dem eintreffenden Fluidstrahl aufgenommen werden. Dieser Vorgang wird auch als Gasmitnahme GM bezeichnet und ist abhängig von der Dimensionierung der Breite B beziehungsweise der Höhe H2 des zweiten Bereichs. Dadurch wird ein sich mit jedem Einspritzvorgang wiederholender Selbstreinigungseffekt der Einspritzöffnung 24 erreicht. _ Longitudinal axis LA. The second region B2 has a cone angle γ. The first area Bl adjoins the nozzle body recess 14, while the second area B2 is finally arranged with the outside AS of the nozzle body 12. If a fluid from the nozzle body recess 14 enters the first region B1 of the injection opening 24 under high pressure according to the flow direction SR, a beam cone angle is formed depending on the height H and the cross section of the first region B1 when the fluid exits the first region B1 out. Due to the conical, diverging cross section of the second region B2 of the injection opening 24, a favorable return flow RS occurs in the second region B2. In particular, in the corner regions E of the second region B2 substantially no unfavorable vortex flows WS occur. This ensures that the walls W of the second region B2, which are wetted with fluid as a result of an earlier injection process, are washed away due to the high flow velocity of the fluid, in particular the return flow RS, and are absorbed by the incoming fluid jet , This process is also referred to as gas entrainment GM and is dependent on the dimensioning of the width B or the height H2 of the second region. As a result, a self-cleaning effect of the injection opening 24 that repeats itself with each injection process is achieved. _
y y
Der erste Bereich Bl ist bevorzugt als zylindrische Bohrung ausgestaltet, welche einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt aufweist. Der zweite Bereich B2 ist, wie bereits be¬ schrieben, als stufenförmige Querschnittserweiterung SQE mit der Stufe S ausgestaltet. Bevorzugt weist die Breite B der ring¬ förmigen Stufe S eine Länge von weniger als 100 ym, insbesondere 50 ym auf. Die Höhe H2 weist bevorzugt eine Länge von weniger als 600 ym auf. Der zweite Bereich B2 weist bevorzugt einen Ke¬ gelwinkel γ auf, welcher zwischen 14° und 21° liegt. Alternativ ist es auch denkbar, dass der zweite Bereich B2 keine Stufe S aufweist . The first region Bl is preferably designed as a cylindrical bore which has a substantially circular cross-section. The second area B2 is, as already described be ¬ designed as a stepped cross-sectional widening SQE with the step S. Preferably, the width B of the ring ¬- shaped step S has a length of less than 100 ym, in particular 50 ym. The height H2 preferably has a length of less than 600 ym. The second region B2 preferably has a Ke ¬ gel angle γ, which is between 14 ° and 21 °. Alternatively, it is also conceivable that the second region B2 has no step S.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Einspritzöffnung 24 die zwei Bereiche Bl und B2 auf, wobei der zweite Bereich B2 an den ersten Bereich Bl anschließt. Alternativ ist es denkbar, dass zwischen dem ersten Bereich Bl und dem zweiten Bereich B2 ein oder mehrere weitere Querschnittbereiche, beispielsweise ein Bereich mit einem konstanten zu dem ersten Bereich Bl unterschiedlichen Querschnitt, angeordnet sind. Ebenso ist es denkbar, dass dem zweiten Bereich B2 ein oder mehrere weitere Querschnittsbereiche folgen und der zweite Bereich B2 nicht mit der Außenseite AS des Düsenkörpers 12 abschließt. In the illustrated embodiment, the injection port 24, the two areas Bl and B2, wherein the second region B2 connects to the first region Bl. Alternatively, it is conceivable that one or more further cross-sectional regions, for example a region with a constant cross section which is different from the first region B1, are arranged between the first region B1 and the second region B2. It is likewise conceivable for the second area B2 to be followed by one or more further cross-sectional areas and the second area B2 not to terminate with the outer side AS of the nozzle body 12.
In den nachfolgend beschriebenen Figuren 4 und 5 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit einzelne Merkmale der Figuren 2 und 3 nicht mehr dargestellt beziehungsweise mit Bezugszeichen versehen. Dies schließt allerdings deren Vorhandensein nicht explizit aus. In the figures 4 and 5 described below, for reasons of clarity, individual features of FIGS. 2 and 3 are no longer shown or provided with reference numerals. However, this does not explicitly exclude their existence.
Figur 4 zeigt eine Einspritzöffnung 24 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Einspritzöffnung 24 weist im We¬ sentlichen die gleichen Merkmale wie die Ausgestaltungsform gemäß Figur 3 auf, mit der Ausnahme, dass in den Eckbereichen E des zweiten Bereichs B2 eine umlaufende Rundung R vorgesehen ist. Bevorzugt hat diese Rundung einen Radius von mehr als 10 ym. Eine solche Rundung begünstigt den Selbstreinigungsprozess der Wände W des zweiten Bereichs B2 der Einspritzöffnung 24, vornehmlich durch eine im Wesentlichen günstige Rückströmung RS . Auch bei dieser Ausgestaltungsform bilden sich im Wesentlichen keine ungünstigen Wirbel in den Eckbereichen E und es kann eine hohe Abscherwirkung durch die Rückströmung RS im Bereich der Wände W erreicht werden. Hierdurch werden möglicherweise be¬ netzte Wände W durch den Einspritzvorgang durch die Gasmitnahme GM beziehungsweise die Rückströmung RS von Ablagerungen und Fluidansammlungen im Vergleich zur Ausgestaltung gemäß Figur 3 besser befreit. Dies liegt vor allem in der Tatsache begründet, dass es in den Eckbereichen E keinen abrupten FIG. 4 shows an injection opening 24 according to a second exemplary embodiment. The injection port 24 comprises We ¬ sentlichen the same features as the embodiment according to Figure 3, except that a peripheral rounding R is provided in the corner regions E of the second area B2. Preferably, this rounding has a radius of more than 10 ym. Such a rounding favors the self-cleaning process of the walls W of the second region B2 of the injection opening 24, primarily by a substantially favorable return flow RS. In this embodiment as well, there are essentially no unfavorable vortices in the corner regions E, and a high shearing effect by the backflow RS in the region of the walls W can be achieved. In this way, be ¬ netted walls may be better W liberated by the injection process by the gas delivery GM or the backflow RS deposits and fluid retention in comparison to the embodiment of FIG. 3 This is mainly due to the fact that there is no abrupt in the corners E
Querschnittsübergang gibt. Figur 5 zeigt eine Einspritzöffnung 24 gemäß einem drittenCross-sectional transition there. FIG. 5 shows an injection opening 24 according to a third
Ausführungsbeispiel, welche im Wesentlichen ähnlich den Aus¬ gestaltungsformen gemäß den Figuren 3 und 4 ausgestaltet ist. Hierbei weist der zweite Bereich B2 der Einspritzöffnung 24 mehrere Rundungen R auf, sodass sich ein tulpen- beziehungsweise blumenförmiger Querschnitt bildet. Das Vorsehen mehrererEmbodiment, which is designed substantially similar to the ¬ formations according to Figures 3 and 4. In this case, the second region B2 of the injection opening 24 a plurality of curves R, so that forms a tulip or flower-shaped cross-section. The provision of several
Rundungen R im zweiten Bereich B2 begünstigt den Selbstreinigungseffekt der Einspritzöffnung 24 weiter. Insbesondere ist eine im Wesentlichen günstige Rückströmung RS sowie eine optimale Gasmitnahme GM des rückströmenden Fluids und eventueller Fluidansammlungen im zweiten Bereich B2 gewährleistet. Besonders wird durch den stetigen Querschnittsverlauf im zweiten Bereich B2 im Wesentlichen eine Fluidansammlung von vornherein vermieden . Die anhand der Figuren 3 bis 5 beschriebenen Einspritzöffnungen 24 weisen im Fluideintrittsbereich des ersten Bereichs Bl, also auf Seite der Düsenkörperausnehmung 14, einen eckigen beziehungsweise kantigen Übergang auf. Alternativ können im Eintrittsbereich der Einspritzöffnung 24 auch eine ringförmige Stufe, Fasen und/oder Rundungen vorgesehen sein. Des Weiteren kann der Querschnitt des ersten Bereichs Bl auch ellipsenförmig oder sonstige geometrische Ausgestaltungen, beispielsweise die Außenkontur zweier sich teilweise überlappender Kreise, auf- weisen. Rounding R in the second region B2 favors the self-cleaning effect of the injection port 24 on. In particular, a substantially favorable return flow RS and an optimal gas entrainment GM of the fluid flowing back and any fluid accumulation in the second region B2 are ensured. In particular, due to the continuous cross-sectional profile in the second region B2, essentially a fluid accumulation is avoided from the outset. The injection openings 24 described with reference to FIGS. 3 to 5 have an angular or angular transition in the fluid inlet region of the first region B1, that is to say on the side of the nozzle body recess 14. Alternatively, in the entry region of the injection opening 24, an annular Step, chamfers and / or curves may be provided. Furthermore, the cross section of the first region Bl can also have elliptical or other geometrical configurations, for example the outer contour of two partially overlapping circles.
Weiter ist die anhand der drei Ausführungsbeispiele beschriebene Einspritzöffnung 24 nicht auf einen bestimmten Druckbereich beschränkt. Vielmehr kann eine solche Einspritzöffnung 24 bei einem Einspritzventil für eine Benzin-Brennkraftmaschine bis zu einem Druckbereich von 500 bar und/oder für eine Diesel-Brennkraftmaschine bis zu 2000 bar verwendet werden. Ge¬ gebenenfalls müssen die geometrischen Abmaße der Einspritzöffnung 24 in einer dem Fachmann bekannten Weise an den ent- sprechenden Druckbereich angepasst werden. Eine Einspritzöffnung 24 kann auch in sonstigen Einspritzventilen, die nicht für Diesel- oder Benzinbrennkraftmaschinen bestimmt sind, vorgesehen sein. Durch die anhand der Ausführungsbeispiele beschriebenen Ein- spritzöffnungen 24 kann eine sehr feine Zerstäubung des Fluids und ein großer Strahlwinkel am Austritt der Einspritzöffnungen 24 erreicht werden. Insbesondere bei einem Einsatz in einer Brennkraftmaschine kann auf diese Weise eine gute Verteilung des Fluids in der durch die Brennkraftmaschine angesaugten Luft und eine gute Homogenisierung des Fluid-Luft-Gemisches in einem Brennraum der Brennkraftmaschine erreicht werden. Die Benetzung der Oberflächen der Einspritzöffnungen 24 wird aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung sehr gering gehalten oder sogar vermieden aufgrund des beschriebenen Selbstreinigungseffekts. Dies macht beispielsweise keine besonderen Beschichtungsmaß- nahmen notwendig, wodurch Herstellungskosten reduziert werden können. Auch sind keine besonderen Oberflächenbehandlungen, wie beispielsweise das Einbringen von Rillen oder Poliermaßnahmen, vonnöten. Zusätzlich ist eine einfache und serientaugliche Herstellung der Einspritzöffnungen 24 ermöglicht. Further, the injection port 24 described with reference to the three embodiments is not limited to a specific pressure range. Rather, such an injection opening 24 can be used in an injection valve for a gasoline internal combustion engine up to a pressure range of 500 bar and / or for a diesel internal combustion engine up to 2000 bar. Ge ¬ optionally the geometric dimensions of the injection orifice 24 must be adjusted in a manner known to the expert in the corresponding pressure range. An injection port 24 may also be provided in other injectors that are not intended for diesel or gasoline internal combustion engines. By means of the injection openings 24 described with reference to the exemplary embodiments, a very fine atomization of the fluid and a large jet angle at the outlet of the injection openings 24 can be achieved. In particular, when used in an internal combustion engine can be achieved in this way, a good distribution of the fluid in the sucked by the internal combustion engine air and a good homogenization of the fluid-air mixture in a combustion chamber of the internal combustion engine. The wetting of the surfaces of the injection openings 24 is kept very low due to the structural design or even avoided due to the described self-cleaning effect. This makes, for example, no special coating measures necessary, whereby manufacturing costs can be reduced. Also, there are no special surface treatments, such as the introduction of grooves or polishing measures, needed. In addition, a simple and production-ready production of the injection openings 24 is possible.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale bezie¬ hungsweise Funktionen der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander zu kombinieren. The invention is not limited to the specified embodiment. In particular, it is possible to combine the features rela ¬ hung as functions of the various embodiments with each other.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
10 Düsenbaugruppe 10 nozzle assembly
11 Aktuator 11 actuator
12 Düsenkörper 12 nozzle body
13 Inj ektorkörper 13 Inj ector body
14 Düsenkörperausnehmung 14 nozzle body recess
16 Wand 16 wall
18 Düsennadel 18 nozzle needle
20 Nadelgruppe 20 needle group
22 Düsenfeder 22 nozzle spring
24 Einspritzöffnung 24 injection opening
30 Düsenspannmutter 30 nozzle retaining nut
40 Stellantrieb 40 actuator
Strahlkegelwinkel Beam cone angle
ß Kegelwinkel ß cone angle
Y Kegelwinkel Y cone angle
AS Außenseite AS outside
B Breite B width
Bl erster Bereich Bl first area
B2 zweiter Bereich B2 second area
E Eckbereich E corner area
GM Gasmitnahme GM gas taking
Hl, H2 Höhe Hl, H2 height
LA Längsachse LA longitudinal axis
R Rundung R rounding
RS Rückströmung RS return flow
S Stufe S level
SB Stufenbohrung SB stepped bore
SQE stufenförmige Querschnittserweiterung SQE step-shaped cross-sectional widening
SR Strömungsrichtung SR flow direction
STB Stagnationsbereich STB stagnation area
W Wand W wall
S Wirbelströmung Z Zentralachse S vortex flow Z central axis
Claims
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