DD148808A1

DD148808A1 - Kraftstoff-einspritzduese fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DD148808A1
Application number: DD80218545A
Authority: DD
Inventors: Eckart Mueller
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1979-01-23
Filing date: 1980-01-21
Publication date: 1981-06-10
Also published as: JPS5598656A; SE441950B; IT1130874B; HU182090B; US4467966A; ATA29380A; AT368251B; DE2902417C2; FR2447471A1; CH642430A5; FR2447471B1; SE8000544L; JPS6250661B2; GB2046835B; DE2902417A1; IN154909B; RO78800A; IT8019350A0; GB2046835A; SU837334A3

Abstract

Waehrend das Ziel der Erfindung in der Bereitstellung einer wirtschaftlich herstellbaren und hohe Gebrauchswerteigenschaften aufweisenden Kraftstoff-Einspritzduese fuer Brennkraftmaschinen liegt,besteht die Aufgabe darin,diese Duese dahingehend zu verbessern, dasz sich die Strahlcharakteristik und Strahllage durch die jeweilige Stellung der Duesennadel selbsttaetig ueber den gesamten Betriebsbereich des Motors oder ueber einen Teilbereich derart aendern,dasz unter gleichzeitiger Ausnutzung der kinetischen Energie am Dichtsitz eine optimale Gemischbildung erreicht wird.Erfindungsgemaesz ist nunmehr vorgesehen, dasz der Winkel zwischen der Duesenachse und der Spritzlochachse zwischen 10 Grad und 50 Grad betraegt und die Laenge der Spritzlochachse - gemessen von der Durchdringungsflaeche am Sackloch bzw. am Dichtsitz bis zur Auszenflaeche des Duesenkoerpers - derart gewaehlt wird, dasz beim Durchblick durch das Spritzloch in Richtung der Duesenachse wenigstens 20 % des vollen Spritzlochquerschnittes als freie Flaeche erscheint, wobei die Laenge der Spritzlochachse kleiner oder hoechstens gleich dem 2fachen Spritzlochdurchmesser entspricht.

Description

Berlin, den 2. 6· 80

5 "^Λ" ^{WP F} °^{2 D}/²*⁸ GZ 56 879 27

Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist bei allen luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen anwendbar·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Nach der DE-OS 2 746 010 ist bereits eine Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, in der eine axial verschiebbare, durch den Druck des Kraftstoffes von ihrem Dichtsitz abhebbare Düsennadel vorgesehen ist, wobei im Düsenkörper ein in einem spitzen Winkel zur Düsenachse verlaufendes Spritzloch vorgesehen ist, bekannt. Bei ihr weist die Düsennadel unterhalb des Dichtsitzes eine Spitze auf, die zumindest im geschlossenen und teilweise geöffneten Zustand derart in das Spritzloch eintaucht, daß dessen freier Querschnitt in nahezu allen Stellungen der Düsennadel kleiner als der jeweilige freie Querschnitt am Dichtsitz ist«

Es erfolgt also zusammen mit der Regelung des freien Querschnittes am Dichtsitz gleichzeitig auch eine Regelung des freien Querschnittes unmittelbar am Spritzloch, wodurch der Kraftstoffdruck am Spritzloch während des gesamten Einspritzvorganges nahezu unvermindert zur Verfügung steht« Dadurch wird die Gemischbildung und damit die Verbrennung in allen Betriebsbereichen des Motors, insbesondere jedoch im unteren Drehzahl- und Lastbereich, verbessert. Ferner erfolgen eine Verbesserung der Abgasqualität und eine Verminderung des Kraftstoffverbrauches.

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Weitere wesentliche Punkte für die Güte der Geraischbildung im Brennraum einer Brennkraftmaschine sind die Kraftstoffstrahllage, die Strahlcharakteristik sowie die Ausnutzung der kinetischen Energie am Dichtsitz·

Es ist seit langem bekannt, daß beim Starten sowie im unteren Last- und/oder Drehzahlbereich des Motors eine größere unmittelbare Kraftstoff-Luftvermischung, erreichbar durch einen größeren Streustrahl und eine unmittelbar in die Verbrennungsluft gerichtete Strahllage, sehr vorteilhaft sind, während im oberen Last- und/oder Drehzahlbereich ein kompakter und mehr in Richtung der Brennraumwand verlaufender Strahl erwünscht wird, um die gefährlichen Druckspitzen durch eine zu schnelle Verbrennung zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für Brennkraftmaschinen, die nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeiten, wo eine Richtungsänderung des KraftstoffStrahles sehr vorteilhaft ist.

Um diese Forderungen zu erfüllen, wurde schon eine Reihe von Vorschlägen gemacht, die sich jedoch alle in irgendeiner anderen Weise wieder als nachteilig zeigten* So ist beispielsweise durch die DE-PS 1 014 382 eine Einrichtung zum Ablenken des Einspritzstrahls bekannt, bei der im Bereich des Strahles ein sich temperaturabhängig verstellender Leitkörper vorgesehen ist. Dieser Leitkörper besteht aus einem Bimetall oder ähnlichem und lenkt den Kraftstoff bei kaltem Brennraum in Richtung zur Brennraummitte hin, während er bei warmem Brennraum an die Wand geführt wird. Die Einrichtung arbeitet rein temperaturabhängig, die Strahlcharakteristik und der Einspritzdruck sind nicht berücksichtigt. Außerdem ist sie sehr störanfällig.

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Auch andere Vorschläge, wie die Drehung der Düse entsprechend den verschiedenen Lastbereichen des Motors, haben sich wegen ihrer Kompliziertheit nicht durchgesetzt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer wirtschaftlich herstellbaren und hohe Gebrauchswerteigenschaften aufweisenden Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoff-Einspritzdüse der eingangs beschriebenen Art in einfacher Weise ohne störanfällige Mittel dahingehend zu verbessern, daß sich die Strahlcharakteristik und Strahllage durch die jeweilige Stellung der Düsennadel selbsttätig über den gesamten Betriebsbereich des Motors oder über einen Teilbereich derart ändern, daß unter gleichzeitiger Ausnutzung der kinetischen Energie am Dichtsitz eine optimale Gemischbildung erreicht wird.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Winkel zwischen der Düsenachse und der Spritzlochachse zwischen 10° und 50° beträgt, und daß die Länge der Spritzlochachse - gemessen von der Durchdringungsfläche am Sackloch bzw. am Dichtsitz bis zur Außenfläche des Düsenkörpers - derart gewählt wird, daß beim Durchblick durch das Spritzloch in Richtung der Düsenachse wenigstens 20 % des vollen Spritzlochquerschnittes als freie Fläche erscheint, wobei die Länge der Spritzlochachse kleiner oder höchstens

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gleich dem 2fachen Spritzlochdurchmesser gewählt wird.

Durch eine solche Ausführung wird erreicht, daß bei geringfügigem Düsennadelhub der mit hoher Geschwindigkeit den Dichtsitz passierende Kraftstoff weitgehend ungebremst durch das Spritzloch in den Brennraum gelangt. Gleichzeitig ergibt sich ein relativ breiter Kraftstoffstrahl bzw. -Strahlkegel, dessen größte Dichte (Strahlkern) einen kleineren Winkel mit der Düsenachse bildet als die Spritzlochachse· Die Folge ist eine stärkere Luftverteilung des Kraftstoffs mit besserer Gemischbildung und Verbrennung im untersten Lastbereich.

Bei voll geöffneter Düsennadel bildet das Spritzloch den engsten Strömungsquerschnitt, so daß dann nahezu der volle Kraftstoffdruck direkt vor dem Spritzloch ansteht und der Kraftstoff als kompakter Strahl etwa in Richtung der Spritzlochachse in den Brennraum bzw. bei nach dem Verfahren der Kraftstoff-VVandauftragung arbeitenden Brennkraftmaschinen an die Brennraumwand gelangt.

Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Außenfläche des Düsenkörpers, an der das Spritzloch austritt, als ebene, senkrecht zur Düsenachse verlaufende Fläche oder als symmetrisch ausgebildete Kegelfläche oder aber als asymmetrische Kegelfläche oder als ebene, schräg zur Düsenachse verlaufende Fläche auszubilden, wodurch eine weitere Beeinflussung des Kraftstoffstrahles möglich wird, denn das Spritzloch kann dadurch an seinem Umfang unterschiedliche Längen erhalten.

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Schließlich sei noch erwähnt, daß die Erfindung sowohl bei Einspritzdüsen mit einer Sacklochbohrung als auch ohne Sacklochbohrung, d. h., wenn das Spritzloch direkt in den Dichtsitz einmündet, anwendbar ist·

AusfOhrunpsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig· 1: einen Längsschnitt durch den unteren Teil einer Lochdüse nach der Erfindung, wobei die Düsennadel voll geöffnet ist;

Fig. 2: eine Teilansicht der Einspritzdüse nach Fig· I von unten;

Fig· 3: die Lochdüse nach Fig. 1 mit nur zum Teil geöffneter Düsennadel;

Fig. 4: einen Längsschnitt durch den unteren Teil einer Sacklochspaltdüse nach der Erfindung;

Fig. 5: eine Variante der Sacklochspaltdüse nach Fig. 4;

Fig. 6: eine weitere Variante der Sacklochspaltdüse nach Fig. 4;

Fig. 7: einen Längsschnitt durch den unteren Teil einer Sacklochdüse nach der Erfindung;

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Fig. 8: eine Variante der Sacklochdüse nach Fig. 7.

In Fig. 1 ist in einem Düsenkörper 1 eine in Richtung der DQsenlängsachse χ verschiebbare Düsennadel 2 angeordnet, die in der dargestellten Lage von ihrem Dichtsitz 3 abgehoben und voll geöffnet ist. Unterhalb des Dichtsitzes 3 ist ein unter einem Winkel <K zur Düsenachse χ verlaufendes Spritzloch 4 vorgesehen, dessen Spritzlochachse y - geraessen von der Durchdringungsfläche 5 am Dichtsitz 3 bis zur Außenfläche 6 des Düsenkörpers - eine Länge L aufweist, die kleiner als der 2fache Spritzlochdurchmesser D ist. Der Winkel Oi t der zwischen 10° und 50° betragen kann, wurde im Beispiel etwa 30° gewählt. Nachdem die Düsennadel 2 voll geöffnet ist, bildet das Spritzloch 4 den engsten Ströraungsquerschnitt, so daß ein in Richtung der Spritzlochachse y verlaufender, kompakter Kraftstoffstrahl 7 entsteht.

Aus Fig. 2 kann man erkennen, daß die Länge der Spritzlochachse χ und der Winkel o£ (Pig· I) derart gewählt sind, daß beim Durchblick durch das Spritzloch 4 in Richtung der Düsenachse χ wenigstens 20 %, in vorliegendem Falle sogar ca. 50 % des vollen Spritzlochquerschnittes als freie Fläche 4a erscheint, die zur besseren Kennzeichnung schraffiert dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt die Einspritzdüse nach Fig. 1, jedoch ist die Düsennadel 2 nur zum Teil geöffnet. Der mit hoher Geschwindigkeit den Dichtsitz 3 passierende Kraftstoff gelangt weitgehend ungebremst durch das Spritzloch 4 und ergibt beim Austritt einen relativ breiten Kraftstoffstrahl 7a bzw. einen Strahlkegel, dessen nicht eingezeichneter Strahlkern einen kleineren Winkel mit der Düsenachse χ bildet als der

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Winkel & ist. Es erfolgt also gleichzeitig mit dem öffnen der Düsennadel 2 eine langsame Kraftstoffstrahl-Umlenkung.

Ferner ist in Fig« 3 angedeutet, daß die Außenfläche 6; 6a; 6b des Düsenkörpers 1, an der das Spritzloch 4 austritt, nicht nur als ebene, senkrecht zur Düsenachse χ verlaufende Fläche ausgebildet sein muß, sie kann auch eine symmetrisch zur Düsenachse χ angeordnete Kegelfläche, eine asymmetrische Kegelfläche oder eine ebene, schräg zur Düsenachse χ verlaufende Fläche sein.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen Sacklochspaltdüsen mit zum Teil geöffneter Düsennadel 2, deren Funktion die gleiche wie bei der Lochdüse gemäß den Fig. 1 bis 3 ist, sie weisen lediglich zwischen dem Dichtsitz 3 und dem Spritzloch 4 noch einen sacklochartigen Spalt 8 auf, in den die Spitze 9 der Düsennadel 2 eintaucht. Während in Fig. 4 das Spritzloch 4 zentrisch zur Düsenachse χ in den Spalt 8 einmündet, ist es in den Fig. 5 und 6 exzentrisch angeordnet, die Länge L und Lage des Spritzloches 4 sowie der Winkel <& entsprechen den bei der Beschreibung der Fig. 1 gemachten Angaben.

In den Fig. 7 und 8 schließlich ist die erfindungsgemäße Anordnung bei Verwendung von Sacklochdüsen dargestellt. Hier taucht das Ende der Düsennadel 2 in eine sacklochartige Ausnehmung 10 ein. Das Spritzloch 4 mündet in Fig. 7 wiederum zentrisch in die sacklochartige Ausnehmung 10 ein, während es in Fig. 8 exzentrisch angeordnet ist. Ansonsten gelten bezüglich des Spritzloches 4 die Angaben gemäß den Fig. 1 bis 3.

Claims

1· Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, in der eine axial verschiebbare, durch den Druck des Kraftstoffes von ihrem Dichtsitz abhebbare Düsennadel vorgesehen ist, wobei im Düsenkörper ein in einem spitzen Winkel zur Düsenachse verlaufendes Spritzloch vorgesehen ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Winkel (oc ) zwischen der Düsenachse (x) und der Spritzlochachse (y) zwischen 10° und 50° beträgt, und daß die Länge (L) der Spritzlochachse (y) - gemessen von der Durchdringungsfläche am Sackloch bzw, am Dichtsitz (3) bis zur Außenfläche (6j 6a; 6b) des Düsenkörpers (1) - derart gewählt wird, daß beim Durchblick durch das Spritzloch (4) in Richtung der Düsenachse (x) wenigstens 20 % des vollen Spritzlochquerschnittes als freie Fläche erscheint, wobei die Länge (L) der Spritzlochachse (y) kleiner oder höchstens gleich dem 2fachen Spritzlochdurchmesser (D) gewählt wird.

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2* Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Außenfläche (6) des Düsenkörpers (1), an der das Spritzloch (4) austritt, als ebene, senkrecht zur Düsenachse (x) verlaufende Fläche ausgebildet ist·

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Erfindungsanspruch

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3· Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Außenfläche (6a) des Düsenkörpers (1) , an der das Spritzloch (4) austritt, als symmetrisch zur Düsenachse (x) angeordnete Kegelfläche ausgebildet ist·

4· Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Außenfläche (6b) des Düsenkörpers (1) , an der das Spritzloch (4) austritt, als asymmetrische Kegelfläche oder als ebene, schräg zur Düsenachse (x) verlaufende Fläche ausgebildet ist·

Hierzu L·Seiten Zeichnungen