EP0061529B1 - Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0061529B1
EP0061529B1 EP81109692A EP81109692A EP0061529B1 EP 0061529 B1 EP0061529 B1 EP 0061529B1 EP 81109692 A EP81109692 A EP 81109692A EP 81109692 A EP81109692 A EP 81109692A EP 0061529 B1 EP0061529 B1 EP 0061529B1
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EP
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section
gap
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neck
bore
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EP81109692A
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Karl Hofmann
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • 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
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/06—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves being furnished at seated ends with pintle or plug shaped extensions

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection nozzle according to the preamble of the main claim.
  • injection nozzles of this type DE-OS 2 709 892
  • the metering gap for the pre-jet of the fuel at its mouth into the combustion chamber of the machine is directly exposed to the combustion gases, so that it can gradually become clogged by combustion residues. This changes the size of the throttle gap and the metering of the fuel, which adversely affects the engine behavior.
  • a further throttle gap is provided between the conical valve seat and the throttle gap surrounding the cylindrical throttle pin, which is located immediately upstream of the ejection opening and which, alone or together with the throttle gap, at the ejection opening should maintain such high pressure in the fuel jet behind the valve seat that the valve needle is quickly moved into the open position after it has been lifted off the valve seat.
  • the throttle gap surrounding the cylindrical throttle pin and immediately preceding the ejection opening is exposed to the combustion gases, so that it can become clogged by combustion residues.
  • the arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the metering gap for the fuel pre-jet in the nozzle bore is largely shielded from the attack of the combustion gases by a second throttle gap arranged downstream, the protective gap.
  • the free flow cross-section of the metering gap therefore maintains the prescribed size and shape over a long operating time, so that longer maintenance intervals than previously customary can be provided for such injection nozzles.
  • valve needle and possibly the nozzle bore can be simplified if the pin sections delimiting the restricting gaps and possibly also the wall sections of the nozzle bore delimiting the gaps have the same diameter.
  • the intermediate central section of the nozzle bore is then to be provided with a larger cross section than the sections mentioned.
  • the pin section delimiting the protective gap has a smaller diameter than the pin section delimiting the metering gap and the area of the nozzle bore lying between the columns has the same diameter as the hole area assigned to the metering gap. In this case, there is no central region of the nozzle bore which has an enlarged cross section.
  • the design of the valve needle according to the invention also allows the shape of the pre-jet and, if appropriate, the main jet of the injected fuel to be influenced in the desired manner by appropriate design of the throttle pin.
  • the throttle pin of the pin portion delimiting the protective gap can have a shaping attachment for the spray jet.
  • the section of the nozzle bore lying between the two throttling gaps has a profile in longitudinal section, the geometry of which roughly corresponds to the shape of the throttle pin in the region of the shaping attachment, of the pin portion delimiting the protective gap and its transition corresponds to the pin section with the smaller cross section.
  • FIG. 1 and 2 each show a partial section through one of the exemplary embodiments.
  • valve 1 has a nozzle body 10, in which a valve needle 12 is guided radially and is axially displaceably mounted.
  • a pressure chamber 14 is formed in the nozzle body 10, into which the fuel is introduced and which has a valve seat 16 on the bottom against which a sealing cone 18 of the valve needle 12 is pressed by a closing spring (not shown).
  • the valve seat 16 is followed by a nozzle bore 20, at the mouth of which an ejection opening 22 is formed.
  • a thrust pin 24 engages in the nozzle bore 20 and connects to the sealing cone 18 of the valve needle 12 and is connected to it in one piece.
  • the throttle pin 24 has a first cylindri seen from the sealing cone 18 see pin section 26, which merges conically at a control edge 28 into a pin section 30 with a smaller diameter. This passes over a conical intermediate area into a further cylindrical pin section 32, the diameter of which corresponds approximately to that of the pin section 26.
  • An injection molding neck 34 of the throttle pin is connected to the pin portion 32.
  • the nozzle bore 20 has a first cylindrical wall portion 35, the diameter of which is larger than the diameter of the pin portion 26 by twice the width of a desired annular gap between the pin portion 26 and the nozzle bore.
  • the cylindrical bore section 35 is adjoined by a bore section 36 which initially increases in diameter and then decreases again, which at the ejection opening 22 merges into a cylindrical bore section 38, the diameter of which corresponds to that of the bore section 35.
  • the largest diameter of the central bore section 36 is larger by approximately the difference in diameter between the bore section 35 and the pin section 30 than the pin section 32.
  • the position of the largest diameter of the central bore section 36 is selected such that it is with the valve needle 12 fully raised (right half Fig 1) is located approximately at the height of the pin section 32.
  • the control edge 28 on the pin portion 26 emerges from the bore portion 35 of the nozzle bore, after which the reduced-diameter pin portion 30 releases a larger annular gap between the nozzle bore and the throttle pin, through which the main jet of fuel can pass through virtually unthrottled .
  • its pin section 32 also comes out of the area of the throttle point 42, the cross section of the nozzle bore continuously expanding at this point and the throttling effect being dissolved.
  • the pin portion 32 has entered the area of the largest diameter of the central bore portion 36, so that a through the entire nozzle bore sufficiently large annular gap for unrestricted flow of fuel results.
  • a nozzle bore 44 has a first cylindrical section 46, which merges via a conical section 48 into a second cylindrical section 50 with a smaller diameter.
  • the cylindrical section 46 is formed by a smooth bore in a nozzle body 52, which leads from a pressure chamber 54 in the nozzle body to an end face of the nozzle body.
  • the two other bore sections 48 and 50 of the nozzle bore 44 run in a molding plate 56 which is fastened to the end face of the nozzle body 52, centered by a projection projecting into the bore 46.
  • a throttle pin 58 of a valve needle 60 projects into the nozzle bore 44 and is shaped such that it forms two throttle gaps 62 and 64 in the nozzle bore in the illustrated closed position of the valve needle 60 and delimits them radially inwards.
  • the throttle pin 60 has a first cylindrical section 66 which merges via a conical section 68 into a second cylindrical section 70 of smaller diameter, to which an injection molding pin 72 is attached.
  • the diameter of the cylindrical pin section 66 is smaller than the diameter of the bore section 46 by twice the width of the desired throttle gap 62.
  • the diameter of the pin section 70 is matched to the bore section 50 in the same way.
  • the throttle gap 64 is in front of the throttle gap 62 serving for metering fuel, so that it cannot be impaired by deposits from the combustion gases.
  • the throttle gap 64 contains, so that both the pre-jet and the subsequent main jet of the fuel can spray freely.

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Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bekannten Einspritzdüsen dieser Gattung (DE-OS 2 709 892) ist der Zumeßspalt für den Vorstrahl des Kraftstoffs an seiner Ausmündung in die Brennkammer der Maschine unmittelbar den Verbrennungsgasen ausgesetzt, so daß er sich durch Verbrennungsrückstände allmählich zusetzen kann. Dadurch verändert sich die Größe des Drosselspaltes und die Zumessung des Kraftstoffs, wodurch das Motorverhalten nachteilig beeinflußt wird. Bei einer anderen bekannten Einspritzdüse mit einem zylindrischen Drosselzapfen (GB-A-562 033) ist zwischen dem konischen Ventilsitz und den dem zylindrischen Drosselzapfen umgebenden, der Ausspritzöffnung unmittelbar vorgelagerten Drosselspalt ein weiterer Drosselspalt vorgesehen, der allein oder zusammen mit dem Drosselspalt an der Ausspritzöffnung einen so hohen Druck im Kraftstoffstrahl hinter dem Ventilsitz aufrechterhalten soll, daß die Ventilnadel nach dem Abheben vom Ventilsitz rasch in die Offenstellung überführt wird. Jedoch ist auch bei dieser Ausführung der den zylindrischen Drosselzapfen umgebende, der Ausspritzöffnung unmittelbar vorgelagerte Drosselspalt den Verbrennungsgasen ausgesetzt, so daß er sich durch Verbrennungsrückstände zusetzen kann.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Zumeßspalt für den Kraftstoff-Vorstrahl in der Düsenbohrung durch einen stromab angeordneten zweiten Drosselspalt, den Schutzspalt, vor dem Angriff der Verbrennungsgase weitgehend abgeschirmt ist. Der freie Durchflußquerschnitt des Zumeßspaltes behält daher über eine lange Betriebszeit hinweg die vorgeschriebene Größe und Gestalt bei, so daß für solche Einspritzdüsen längere Wartungsintervalle als bisher üblich vorgesehen werden können.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.
  • Bei Einspritzdüsen, deren Drosselzapfen eine umlaufende Steuerkante an dem der Ausspritzöffnung zugekehrten Ende eines den Zumeßspalt begrenzenden ersten Zapfenabschnitts hat, wird vorgeschlagen, daß sich an die Steuerkante des Drosselzapfens ein Zapfenabschnitt geringeren Querschnitts und daran ein den Schutzspalt begrenzender weiterer Zapfenabschnitt anschließt, und daß die Düsenbohrung in dem zwischen den beiden drosselnden Spalten liegenden Bereich einen gegenüber dem Schutzspalt erweiterten Bohrungsabschnitt hat.
  • Durch entsprechende Gestaltung und Bemessung des erweiterten Bohrungsabschnittes der Düsenbohrung läßt sich erreichen, daß unmittel- _bar nach Beginn des Öffnungshubes der Ventilnadel der Durchflußquerschnitt des vorgelagerten Schutzspaltes sich zu erweitern beginnt und in Hubendstellung der Ventilnadel für den Hauptstrahl des Kraftstoffs ein ungedrosselter Durchgang zur Verfügung steht.
  • Die Fertigung der Ventilnadel und gegebenenfalls der Düsenbohrung kann vereinfacht werden, wenn die die drosselnden Spalte begrenzenden Zapfenabschnitte und gegebenenfalls auch die die Spalte nach außen begrenzenden Wandabschnitte der Düsenbohrung den gleichen Durchmesser haben. Der dazwischenliegende mittlere Abschnitt der Düsenbohrung ist dann mit einem größeren Querschnitt als die genannten Abschnitte zu versehen.
  • In einem anderen Fall kann es vorteilhaft sein, wenn der den Schutzspalt begrenzende Zapfenabschnitt einen kleineren Durchmesser als der den Zumeßspalt begrenzende Zapfenabschnitt hat und der zwischen den Spalten liegende Bereich der Düsenbohrung den gleichen Durchmesser wie der dem Zumeßspalt zugeordnete Bohrungsbereich hat. In diesem Fall entfällt ein im Querschnitt erweiterter mittlerer Bereich der Düsenbohrung.
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung der Ventilnadel erlaubt es auch, durch entsprechende Gestaltung des Drosselzapfens die Form des Vorstrahls und gegebenenfalls des Hauptstrahls des eingespritzten Kraftstoffes in dem gewünschten Sinne zu beeinflussen. Der Drosselzapfen kann in diesem Fall des den Schutzspalt begrenzendenZapfenabschnittes einen Formgebungsansatzfür den Spritzstrahl haben. Darüber hinaus ist es zu dem beabsichtigten Zweck von Vorteil, wenn der zwischen den beiden drosselnden Spalten liegende Abschnitt der Düsenbohrung im Längsschnitt gesehen ein Profil hat, dessen Geometrie in etwa der Gestalt des Drosselzapfens im Bereich des Formgebungsansatzes, des den Schutzspalt begrenzenden Zapfenabschnitts und dessen Übergang zum Zapfenabschnitt mit dem kleineren Querschnitt entspricht.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. die Fig. 1 und 2 zeigen je einen Teilschnitt durch eines der Ausführungsbeispiele.
  • Die Einspritzdüse nach Fig. 1 hat einen Düsenkörper 10, in welchem eine Ventilnadel 12 radial geführt und axial verschiebbar gelagert ist. Im Düsenkörper 10 ist ein Druckraum 14 gebildet, in welchen der Kraftstoff eingeführt ist und welcher am Boden einen Ventilsitz 16 hat, gegen den ein Dichtkegel 18 der Ventilnadel 12 durch eine nicht gezeigte Schließfeder gedrückt ist. An den Ventilsitz 16 schließt sich eine Düsenbohrung 20 an, an deren Mündung eine Ausspritzöffnung 22 gebildet ist.
  • In die Düsenbohrung 20 greift ein Drasselzapfen 24 ein, der sich an den Dichtkegel 18 der Ventilnadel 12 anschließt und mit dieser einstükkig verbunden ist. Der Drosselzapfen 24 hat vom Dichtkegel 18 aus gesehen einen ersten zylindrisehen Zapfenabschnitt 26, welcher an einer Steuerkante 28 konisch in einen im Durchmesser kleineren Zapfenabschnitt 30 übergeht. Dieser geht über einen konischen Zwischenbereich in einen weiteren zylindrischen Zapfenabschnitt 32 über, dessen Durchmesser in etwa jenem des Zapfenabschnittes 26 entspricht. An den Zapfenabschnitt 32 schließt sich ein Spritzformungsansatz 34 des Drossetzapfens an.
  • Die Düsenbohrung 20 hat einen ersten zylindrischen Wandabschnitt 35, dessen Durchmesser um die doppelte Breite eines erwünschten Ringspaltes zwischen dem Zapfenabschnitt 26 und der Düsenbohrung größer als der Durchmesser des Zapfenabschnitts 26 ist. An den zylindrischen Bohrungsabschnitt 35 schließt ein im Durchmesser sich zunächst vergrößernder und dann wieder verkleinernder Bohrungsabschnitt 36 an, welcher an der Ausspritzöffnung 22 in einen zylindrischen Bohrungsabschnitt 38 übergeht, dessen Durchmesser jenem des Bohrungsabschnittes 35 entspricht. Der größte Durchmesser des mittleren Bohrungsabschnittes 36 ist etwa um den Durchmesserunterschied zwischen Bohrungsabschnitt 35 und Zapfenabschnitt 30 größer als der Zapfenabschnitt 32. Die Lage des größten Durchmessers des mittleren Bohrungsabschnittes 36 ist etwa so gewählt, daß er sich bei voll angehobener Ventilnadel 12 (rechte Hälfte Fig. 1) in etwa in der Höhe des Zapfenabschnitts 32 befindet.
  • In der in der linken Hälfte von Fig. 1 dargestellten Schließlage der Einspritzdüse liegt der Dichtkegel 18 der Ventilnadel 12 auf dem Ventilsitz 16 auf. Der Zapfenabschnitt 26 des Drosselzapfens 24 taucht mit dem vorgegebenen Spiel in den Bohrungsabschnitt 35 ein und der Zapfenabschnitt 32 verschließt den Bohrungsabschnitt 38 mit dem gleichen radialen Spiel, oder, wenn funktionell günstiger, mit größerem oder kleinerem Spiel. Dadurch sind in der Schließlage des Ventils zwei radiale Drosselspalte 40 und 42 gebildet, von denen der eine zur Zumessung eines Kraftstoff-Vorstrahls während eines ersten Teilhubs der Ventilnadel dient und der zweite Drosselspalt 42 erfindungsgemäß den ersten vor den Angriffen der Verbrennungsgase schützt. Am Ende des ersten Teilhubes der Ventilnadel 12 tritt die Steuerkante 28 am Zapfenabschnitt 26 aus dem Bohrungsabschnitt 35 der Düsenbohrung aus, wonach der im Durchmesser verkleinerte Zapfenabschnitt 30 einen größeren Ringspalt zwischen Düsenbohrung und Drosselzapfen frei gibt, durch welchen der Hauptstrahl des Kraftstoffs praktisch ungedrosselt hindurchzutreten vermag. Während dieses ersten Teilhubes der Ventilnadel 12 gelangt auch deren Zapfenabschnitt 32 aus dem Bereich der Drosselstelle 42 heraus, wobei sich der Qerschnitt der Düsenbohrung an dieser Stelle ständig erweitert und die Drosselwirkung sich auflöst. Am Ende des vollen Öffnungshubes der Ventilnadel 12, bei welcher diese die in der rechten Hälfte der Fig. 1 dargestellte Lage einnimmt, ist der Zapfenabschnitt 32 in den Bereich des größten Durchmessers des mittleren Bohrungsabschnittes 36 getreten, so daß sich durch die ganze Düsenbohrung hindurch ein ausreichend großer Ringspalt zum ungedrosselten Hindurchströmen des Kraftstoffs ergibt.
  • In der Einspritzdüse nach Fig. 2 hat eine Düsenbohrung 44 einen ersten zylindrischen Abschnitt 46, der über einen kegeligen Abschnitt 48 in einen im Durchmesser kleineren zweiten zylindrischen Abschnitt 50 übergeht. Der zylindrische Abschnitt 46 ist durch eine glatte Bohrung in einem Düsenkörper 52 gebildet, die von einem Druckraum 54 im Düsenkörper bis zu einer Stirnseite des Düsenkörpers führt. Die beiden anderen Bohrungsabschnitte 48 und 50 der Düsenbohrung 44 verlaufen in einer Formplatte 56, welche an der Stirnseite des Düsenkörpers 52, durch einen in die Bohrung 46 passend hineinragenden Ansatz zentriert, befestigt ist.
  • In die Düsenbohrung 44 ragt ein Drosselzapfen 58 einer Ventilnadel 60 hinein, welcher so geformt ist, daß er in der dargestellten Schließlage der Ventilnadel 60 zwei Drosselspalte 62 und 64 in der Düsenbohrung bildet und radial nach innen begrenzt. Der Drosselzapfen 60 hat einen ersten zylindrischen Abschnitt 66, der über einen kegeligen Abschnitt 68 in einen zweiten zylindrischen Abschnitt 70 kleineren Durchmessers übergeht, an welchen ein Spritzformungszapfen 72 angesetzt ist. Der Durchmesser des zylindrischen Zapfenabschnitts 66 ist um die doppelte Breite des gewünschten Drosselspaltes 62 kleiner als der Durchmesser des Bohrungsabschnittes 46 aufgeführt. Der Durchmesser des Zapfenabschnittes 70 ist in gleicher Weise gegenüber dem Bohrungsabschnitt 50 abgestimmt.
  • In der dargestellten Schließlage ist der Drosselspalt 64 dem der Kraftstoff-Zumessung dienenden Drosselspalt 62 schützend vorgelagert, so daß dieser durch Ablagerungen aus den Verbrennungsgasen nicht beeinträchtigt werden kann. Unmittelbar nach Beginn des Öffnungshubes der Ventilnadel 60 enthält der Drosselspalt 64, so daß sowohl der Vorstrahl als auch der nachfolgende Hauptstrahl des Kraftstoffs ungehindert abspritzen kann.

Claims (7)

1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einer entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffs öffnenden Ventilnadel (12), an welcher ein mit einem Ventilsitz (16) am Düsenkörper (10) zusammenarbeitender Dichtkegel (18) und daran anschließend ein Drosselzapfen (24) gebildet ist, der in Schließstellung der Ventilnadel (12) mit einem zylindrischen Abschnitt (26) in einen zylindrischen Abschnitt (35) der Düsenbohrung (20) stromab des Ventilsitzes (16) taucht und darin über einen ersten Teilhub der Ventilnadel (12) hinweg einen drosselnden Zumeßspalt (40) zum Bemessen eines Kraftstoff-vorstrahls begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß am Drosselzapfen (24) und/oder in der Düsenbohrung (20) stromab des Zumeßspalts (40) ein weiterer zylindrischer Abschnitt (32, 38) gebildet ist, welcher in Schließstellung der Ventilnadel (12) mit einem gegenüberliegenden Wandabschnitt (38, 32) der Düsenbohrung (20) bzw. des Drosselzapfens (24) einen Schutzspalt (42) mit drosselndem Querschnitt bildet, dessen Länge in Schließstellung der Ventilnadel (12) kleiner ist als die Länge des in dieser Stellung gebildeten Zumeßspaltes (40), und der mit Beginn des Öffnungshubes der Ventilnadel (12) sich schneller als der Zumeßspalt (40) vergrößernd bis auf einen auch den Kraftstoff-Hauptstrahl nicht drosselnden Querschnitt erweitert.
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, deren Dros- selzapfen (24) eine Steuerkante (28) an dem der Ausspritzöffnung zugekehrten Ende des den Zumeßspalt (40) begrenzenden ersten Zapfenabschnitts (26) hat, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Steuerkante (28) ein Zapfenabschnitt (30) geringeren Querschnittes und daran der den Schutzspalt (42) begrenzende weitere Zapfenabschnitt (32) anschließt, und daß die Düsenbohrung (20) in dem zwischen Zumeßspalt (40) und dem Schutzspalt (42) liegenden Bereich einen gegenüber dem Schutzspalt (42) erweiterten Bohrungsabschnitt (36) hat.
3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Drosselspalt (40) und den Schutzspalt (42) begrenzenden Zapfenabschnitte (26, 32) den gleichen Durchmesser haben.
4. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Schutzspalt (64, Fig. 2) begrenzende Zapfenabschnitt (70) einen kleineren Durchmesser als der den Drosselspalt (62) begrenzende Zapfenabschnitt (66) hat, und daß der zwischen dem Drosselspalt (62) und dem Schutzspalt (64) liegende Bereich der Düsenbohrung (44) in seinem weitesten Abschnitt den gleichen Durchmesser wie der dem Drosselspalt (62) zugeordnete Bohrungsbereich (46) hat.
5. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselzapfen (24) stromab des den Schutzspalt (42) begrenzenden Zapfenabschnitts (32) einen Formgebungsansatz (34) für den Spritzstrahl hat.
6. Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Drosselspalt (40) und dem Schutzspalt (42) liegende Abschnitt (36) der Düsenbohrung (20) im Längsschnitt gesehen ein Profil hat, dessen Geometrie ein etwa der Gestalt des Drosselzapfens (24) im Bereich des Formgebungsansatzes (34), des den Schutzspalt (42) begrenzenden Zapfenabschnittes (32) und dessen Übergang zum Zapfenabschnitt (30) mit dem geringeren Querschnitt entspricht.
7. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Schutzspalt (64, Fig. 2) begrenzende Bohrungsabschnitt (50) der Düsenbohrung (44) in einer am Düsenkörper (52) befestigten Vorsatzplatte (56) gebildet ist.
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DE19813112467 DE3112467A1 (de) 1981-03-28 1981-03-28 "kraftstoff-einspritzduese fuer brennkraftmaschinen"
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