AT394761B - Kraftstoff-einspritzduese fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

AT 394 761 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einem Düsenkörper und einer in diesem geführten Düsennadel, wobei der Düsenkörper in einer Düsenkuppe endet, die innenseitig einen konischen Ventilsitz für die an ihrem Ende ebenfalls konische, federnd gegen den Ventilsitz gedrückte Düsennadel bildet, wobei im Bereich des Ventilsitzes Ausspritzbohrungen angeordnet sind und wobei sich die Düsennadel unter dem Druck des zugeführten Kraftstoffes in einer ersten Hubphase gegen die Kraft einer Feder vom Ventilsitz abhebt und an einen Anschlag anlegt, der seinerseits in einer zweiten Hubphase gegen die Kraft einer weiteren Feder begrenzt verschiebbar ist

Bei einer bekannten Kraftstoff-Einspritzdüse dieser Art (DE-OS 27 11 350) sind außer den Ausspritzbohrungen im Bereich des Ventilsitzes der Düsenkuppe noch andere Ausspritzbohrungen vorgesehen, die in wenigstens einer weiteren zur Kuppenachse normalen Ebene ausmünden. Es werden daher bei der ersten Hubphase nur die im Bereich des Ventilsitzes liegenden Ausspritzbohrungen freigegeben, wogegen die Freigabe der vom Ventilsitz entfernten Ausspritzbohrungen erst in der zweiten Hubphase erfolgt. Die beiden nacheinander zur Wirkung gelangenden Federn haben die Aufgabe, der Düsennadel die Funktion eines Steuerorgans zu verleihen, und es ist dabei nicht daran gedacht, Einfluß auf die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine oder auf deren Geräuschentwicklung zu nehmen. Nachteilig ist dabei auf jeden Fall, daß sich beim Öffnen der in der zweiten Normalebene zur Kuppenachse angeordneten Spritzlöcher eine ungünstige Unstetigkeitsstelle in der Kennlinie der Fördermenge ergibt.

Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzdüse mit insgesamt nur einer die Düsennadel belastenden Feder (DE-OS 32 39 462) ist die Düsennadel mit einer kegeligen Spitze versehen, die sich bei geschlossener Düse gegen den ebenfalls konischen Ventilsitz im Düsenkörper anlegt, wobei die Ausspritzbohrungen im Bereich des konischen Ventilsitzes angeordnet sind. An die konische Nadelspitze schließt ein zylindrischer Abschnitt an, der sich wieder kegelig zum vollen Nadeldurchmesser der dann zylindrischen Nadel weitet. Dem konischen Ventilsitz folgt entsprechend dem zylindrischen Nadelabschnitt eine hohlzylindrische Zone, die in eine konische Zone übergeht, wobei sich dann diese konische Zone mit einem vergleichsweise großen Absatz zu einem zylindrischen Hohlraum öffnet. Selbstverständlich sind zwischen dem zylindrischen Abschnitt der Düsennadel und der hohlzylindrischen Zone des Düsenkörpers sowie zwischen den nachfolgenden konischen Teilen der Düsennadel und dem Düsenkörper Spalte in Ringform vorhanden, um den Kraftstoffzutritt aus dem zylindrischen Düsenkör-perhohlraum zu den Ausspritzbohrungen zu ermöglichen. Der Ringspalt zwischen dem zylindrischen Nadelabschnitt und der hohlzylindrischen Zone des Düsenköipers besitzt einen Querschnitt, dessen Fläche geringer ist als die Gesamtquerschnittsfläche der Ausspritzbohrungen. Durch diese Düsenausbildung wird erreicht, daß die Menge des ausgespritzten Kraftstoffes nach einem kurzen Anstieg beim anfänglichen Abheben der Düsennadel vom Ventilsitz über einen bestimmten Hubweg der Düsennadel konstant bleibt, weil für diese Kraftstoffmenge der Spalt zwischen dem zylindrischen Abschnitt der Nadel und der hohlzylindrischen Zone des Düsenkörpers maßgeblich ist und sich die Spaltbreite so lange nicht ändert, wie der zylindrische Düsennadelabschnitt sich noch in der hohlzylindrischen Düsenkörpeizone befindet Erst wenn (fiese Phase bei weiterem Nadelhub beendet ist ergibt sich ein starker Anstieg der ausgespritzten Kraftstoffmenge. Abgesehen davon, daß der Wechsel von konischen und zylindrischen Abschnitten bzw. Zonen der Düsennadel und des Düsenkörpers beträchtliche Herstellungsschwierigkeiten bereitet wenn, wie erforderlich, ganz enge Toleranzen eingehalten werden müssen, ist es nachteilig, daß in der Phase mit konstanter Ausspritzmenge des Kraftstoffes die diese Menge bestimmende Drosselstelle, nämlich der ringförmige Spalt zwischen dem zylindrischen Abschnitt der Düsennadel und der hohlzylindrischen Zone des Düsenkörpers, von den Ausspritzbohrungen einen beträchtlichen Abstand besitzt während der Spalt zwischen der kegeligen Nadelspitze und dem konischen Nadelsitz größer wird, weil sich die Zustrombedingungen zu den Ausspritzbohrungen verbessern und dadurch die Kraftstoffzerstäubung begünstigende Turbulenzen verringert werden. Der Kraftstoff bildet daher weitgehend laminare Strahlen, die bis auf die Wand des Brennraumes zum Kolben der Brennkraftmaschine auftreffen. An der Brennraumwand kann sich daher ein Teil des Kraftstoffes niederschlagen, was insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und kleinen Lasten eine vollkommene Kraftstoffverbrennung beeinträchtigt und zu höheren Kohlenwasserstoffemissionen in den Abgasen führt Da auch bei hohen Lasten die Phase mit konstanter Einspritzmenge durchfahren werden muß, wird die Einspritzdauer entsprechend länger, was eine erhöhte Rauchemission und vermehrten Kraftstoffverbrauch nach sich zieht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Kraftstoff-Einspritzdüse so auszubilden, daß die Kohlenwasserstoffemissionen in den Abgasen verringert werden und auch das Zündgeräusch gemildert wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß jeweils die Mantelfläche des sich in Verlängerung der Ausspritzbohrungen zwischen deren innerem Rand und der Oberfläche der am Ende der ersten Hubphase vom Ventilsitz abgehobenen Düsennadel ergebenden gedachten Zylinders kleiner als der Querschnitt der Ausspritzbohrun-gen bemessen ist, so daß sich eine Drosselstelle erst unmittelbar vor dem Eintritt in die Ausspritzbohrung ergibt.

Da also in der ersten Hubphase jeweils die Mantelfläche des gedachten, sich zwischen dem Rand der Ausspritzbohrung und der Oberfläche der Düsennadel ergebenden Zylinders kleiner als der Querschnitt der Ausspritzbohrung ist, kommt es erst unmittelbar vor dieser Ausspritzbohrung zu einer Drosselung des Kraftstoffstromes und zu einer scharfen Umlenkung dieses Stromes beim Eintritt in die Ausspritzbohrung, was starke Turbulenzen hervorruft und damit eine gute Kraftstoffzerstäubung bewirkt bzw. das Vordringen von Kraftstoffstrahlen bis zur Brennkammerwand verhindert, zumal auch die Förderrate reduziert ist. Durch diese Verminderung der Förderrate -2-

Claims (2)

1. AT394 761B wird der weitere Vorteil erzielt, daß bei Leerlauf oder niedrig«· Drehzahl im unteren Teillastbereich während des Zeitraumes des Zündverzuges nicht die volle Kraftstoffmenge ausgespritzt wird, sondern die Ausspritzung einer Teilmenge erst nach der Zündung, also nach begonnener Verbrennung, erfolgt, wodurch die gewünschte Verminderung des Zündgeräusches erzielt wird. Als weitere Folge tritt bei der erfindungsgemäßen Ausbildung keine krasse Unstetigkeit in der Kennlinie der Fördermenge auf. Schließlich bereitet die Herstellung der Düsennadel bzw. des Düsenkörpers keine besonderen Schwierigkeiten. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 die erfmdungswesentlichen Teile einer Kraftstoff-Einspritzdüse in vereinfachter Darstellung im Axialschnitt und Fig.
2. 2 den Bereich einer Ausspiitzbohrung als Detail im wesentlich größeren Maßstab. Der Düsenkörper (1), der durch eine Überwurfmutter (2) mit den übrigen Vorrichtungsteilen verbunden ist, endet in einer Düsenkuppe (3), die Ausspritzbohrungen (4) aufweist. Im Düsenkörper ist eine Düsennadel (5) geführt, die federnd gegen einen konischen Ventilsitz (6) gedrückt wird. Auf die Düsennadel (5) wirkt zunächst eine schwächere Feder (7) ein, die von ein« wesentlich stärkeren Feder (8) umschlossen ist. Der Kraftstoff wird von der nicht dargestellten Kraftstoffpumpe über einen Kanal (9) zugeführt und gelangt in einen Sammelraum (10), von wo er entlang der Düsennadel (5) bis zum Ventilsitz (6) vordringt. Steigt der Pumpendruck an, so wird die Düsennadel (5) vom Ventilsitz (6) gegen die Kraft der Feder (7) zunächst so weit abgehoben, bis sie sich gegen die Anschlagfläche (11) legt In dieser ersten Hubphase soll nun jeweils die in Fig. 2 angedeutete Mantelfläche (M) des sich in Verlängerung der Ausspritzbohrung (4) zwischen deren innerem Rand (R) und der Oberfläche der Düsennadel (5) sich ergebenden gedachten Zylind«s kleiner als der Querschnitt der Ausspritzbohrung (4) sein. Bei weiterem Anstieg des Kraftstoffdruckes wird dann auch der Anschlag (11) gegen die Kraft der Feder (8) bis zum Anlegen an die Innenschulter (12) angehoben, so daß sich insgesamt für die Düsennadel (5) zwei Hubphasen ergeben. Selbstverständlich sind die Wege, die die Düsennadel (5) bis zum Auftreffen auf den Anschlag (11) und letzterer bis zum Auftreffen auf die Innenschulter (12) zurücklegen, in der Zeichnung stark übertrieben dargestellt, was auch für die Durchmessergröße der Ausspritzbohrungen (4) gilt PATENTANSPRUCH Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einem Düsenkörper und einer in diesem geführten Düsennadel, wobei der Düsenkörper in einer Düsenkuppe endet, die innenseitig einen konischen Ventilsitz für die an ihrem Ende ebenfalls konische, federnd gegen den Ventilsitz gedrückte Düsennadel bildet, wobei im Bereich des Ventilsitzes Ausspritzbohrungen angeordnet sind und wobei sich die Düsennadel unter dem Druck des zugeführten Kraftstoffes in einer ersten Hubphase gegen die Kraft einer Feder vom Ventilsitz abhebt und an einen Anschlag anlegt, der seinereits in einer zweiten Hubphase gegen die Kraft einer weiteren Feder begrenzt verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Mantelfläche (M) des sich in Verlängerung der Ausspritzbohrungen (4) zwischen deren innerem Rand (R) und der Ob«fläche der am Ende der ersten Hubphase vom Ventilsitz (6) abgehobenen Düsennadel (5) ergebenden gedachten Zylinders kleiner als der Querschnitt der Ausspritzbohrungen (4) bemessen ist, so daß sich eine Drosselstelle erst unmittelbar vor dem Eintritt in die Ausspritzbohrung (4) ergibt. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -3-