CH627526A5

CH627526A5 - Controlled multi-hole injection nozzle

Info

Publication number: CH627526A5
Application number: CH1382077A
Authority: CH
Inventors: Klaus Dr Ing Wiebicke; Joachim Dipl Ing Loehr; Friedrich Dipl Ing Bauer
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1976-12-09
Filing date: 1977-11-11
Publication date: 1982-01-15
Also published as: SE7713907L; FR2373689A1; DD133170A1; JPS5371721A; DE2655793A1; IT1088461B

Description

Die Erfindung betrifft eine gesteuerte Mehrloch-Einspritzdüse für luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschinen mit einem im Kolben angeordneten rotationskörperförmigen Brennraum und partieller Kraftstoff-Wandan-lagerung sowie einer gezielten, um die Brennraumlängsachse rotierende Luftbewegung, wobei die Einspritzdüse im wesentlichen aus einem Düsenkörper und einem Kraftstoff-Steuerorgan besteht. The invention relates to a controlled multi-hole injection nozzle for air-compressing, direct-injection internal combustion engines with a rotating body-shaped combustion chamber arranged in the piston and partial fuel wall mounting, as well as a specific air movement rotating about the longitudinal axis of the combustion chamber, the injection nozzle consisting essentially of a nozzle body and a fuel Tax body exists.

Derartige Einspritzdüsen gehören zum allgemeinen Stand der Technik und werden in verschiedenen Ausführungen in Brennkraftmaschinen, die nach dem beschriebenen Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeiten, verwendet. Bei solchen Motoren hat sich seit längerer Zeit herausgestellt, dass im unteren Drehzahl- und Lastbereich immer wieder eine unerwünschte Blau- oder Weissrauchbildung auftritt, die zu einer Belästigung und Reizung der Augen und Atmungsorgane führt. Der Grund hierfür ist eine mangelhafte, unvollständige Verbrennung, hervorgerufen durch eine zu niedrige Temperatur der Brennraumwand, die zur Such injection nozzles belong to the general state of the art and are used in various designs in internal combustion engines which work according to the described method of fuel wall application. It has long been found in such engines that an undesirable blue or white smoke formation occurs repeatedly in the lower speed and load range, which leads to annoyance and irritation of the eyes and respiratory organs. The reason for this is poor, incomplete combustion, caused by the temperature of the combustion chamber wall being too low, which leads to

Bildung von Aldehyden, Acrolein, unverbrannten Kohlenwasserstoffen u.a. führt. Formation of aldehydes, acrolein, unburned hydrocarbons, etc. leads.

Um diesem Übel abzuhelfen, wurde schon vorgeschlagen, das Verdichtungsverhältnis des Motors zu erhöhen oder einen Drallzerstörer für die im Brennraum rotierende Verbrennungsluft vorzusehen. Weiter hat man versucht, die Lage des Kraftstoffstrahles in den genannten Betriebsbereichen derart zu verändern, dass der Anteil von sich unmittelbar mit der Verbrennungsluft vermischendem Kraftstoff entsprechend erhöht wird. In order to remedy this evil, it has already been proposed to increase the compression ratio of the engine or to provide a swirl destroyer for the combustion air rotating in the combustion chamber. Attempts have also been made to change the position of the fuel jet in the operating ranges mentioned in such a way that the proportion of fuel which mixes directly with the combustion air is correspondingly increased.

Durch diese Massnahmen wurde zwar eine Minderung des Blaurauches bzw. der reizenden Stoffe in den Abgasen erreicht, sie sind jedoch insofern nicht zufriedenstellend, weil die hierfür zusätzlich erforderlich werdenden Mittel eine Verteuerung und damit auch eine erhöhte Störanfälligkeit mit sich bringen. Ausserdem tritt meist eine Verschlechterung der motorischen Betriebsdaten im oberen Lastbereich, insbesondere bei Vollast, ein. Although these measures reduced blue smoke and / or the irritating substances in the exhaust gases, they are unsatisfactory because the additional means required for this result in an increase in price and thus an increased susceptibility to faults. In addition, there is usually a deterioration in the engine operating data in the upper load range, especially at full load.

Auch wurde bereits vorgeschlagen, mit einfachen Mitteln die Kraftstoff-Einspritzzeit im unteren Drehzahlbereich zu verlängern, um einen ausgeprägten Kraftstoffstrahl zu verhindern. Der angestrebte Erfolg wurde damit nicht erzielt. It has also already been proposed to use simple means to extend the fuel injection time in the lower speed range in order to prevent a pronounced fuel jet. The desired success was not achieved.

Weiterhin wurde durch die DE-PS 2 038 048 bekannt, bei Verwendung eines Kugelbrennraumes das Verhältnis zwischen Brennraumdurchmesser und Öffnungsdurchmesser auf einen bestimmten Wert zu begrenzen und den Auftreffpunkt des Kraftstoffstrahles in das untere Viertel des Brennraumes zu verlegen, wobei die Grössenordnung der drehenden Luftladung auf ein bestimmtes Mass fixiert wurde. Sinn dieser Massnahmen war es, einen möglichst grossen Anteil der eingespritzten Kraftstoffmenge unmittelbar mit der Verbrennungsluft zu vermischen und einen möglichst kleinen Anteil als Film auf die kalte Brennraumwand aufzubringen. Die Massnahmen sind allerdings nicht mehr anwendbar, wenn der kugelförmige Brennraum zugunsten eines anderen rotationskörperförmigen Brennraumes verlassen wird. Furthermore, it was known from DE-PS 2 038 048 to use a spherical combustion chamber to limit the ratio between the combustion chamber diameter and the opening diameter to a certain value and to relocate the point of impact of the fuel jet to the lower quarter of the combustion chamber, the magnitude of the rotating air charge being a certain dimension was fixed. The purpose of these measures was to mix the largest possible proportion of the injected fuel quantity directly with the combustion air and to apply the smallest possible proportion as a film to the cold combustion chamber wall. However, the measures are no longer applicable if the spherical combustion chamber is left in favor of another rotating body-shaped combustion chamber.

Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Mehrloch-Einspritzdüse der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass durch sie in einfacher, unkomplizierter Weise bei einer nach dem erwähnten Verfahren arbeitenden Brennkraftmaschine ohne Verteuerung und ohne Verschlechterung der Betriebsdaten im oberen Betriebsbereich bei weitgehend freier Wahl der Brennraumform eine maximale Verminderung der Blau-und Weissrauchbildung ermöglicht wird. This is where the invention comes in, which is based on the object of further developing a multi-hole injection nozzle of the type described at the outset in such a way that it works in a simple, uncomplicated manner in an internal combustion engine operating according to the aforementioned method, without increasing the price and without deteriorating the operating data in the upper operating range with largely free choice of the combustion chamber shape, a maximum reduction in blue and white smoke formation is made possible.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Kraftstoff-Steuerorgan derart ausgebildet ist, dass es im unteren Drehzahl- und Lastbereich des Motors zunächst ein Spritzloch bzw. eine Reihe von Spritzlöchern und im Mitteldruck und oberen Lastbereich ein weiteres Spritzloch bzw. eine weitere Reihe von Spritzlöchern freigibt. According to the invention, the object is achieved in that the fuel control member is designed such that it first has one spray hole or a number of spray holes in the lower speed and load range of the engine and another spray hole or another in the medium pressure and upper load range Row of spray holes releases.

Dadurch wird die gestellte Aufgabe bereits gelöst. Indem man wie bisher eine Lochdüse verwendet, können keine Einbauschwierigkeiten auftreten, da die Spitzlöcher nahezu jeder Situation anpassbar sind. This already solves the task. By using a perforated nozzle as before, no installation difficulties can arise since the pointed holes can be adapted to almost any situation.

Im einzelnen wird nach einer Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, eine gesteuerte Mehrloch-Einspritzdüse zu verwenden, bei der das Kraftstoff-Steuerorgan als axial im Düsenkörper verschiebbare, federbelastete Düsennadel ausgebildet und unterhalb des Nadelsitzes im Düsenkörper ein Ringraum vorgesehen ist. Diese Einspritzdüse ist dadurch gekennzeichnet, dass das zuerst öffnende Spritzloch bzw. die zuerst öffnende Reihe von Spritzlöchern in den Ringraum einmündet, dass unterhalb des Ringraumes im Düsenkörper eine axiale Sacklochbohrung vorgesehen ist, in die das später öffnende Spritzloch bzw. die später öffnende Reihe von Spritzlöchern einmündet, und dass die Düsennadel in axialer Verlängerung einen in der Sacklochbohrung geführten, In particular, according to one embodiment of the invention, it is proposed to use a controlled multi-hole injection nozzle in which the fuel control member is designed as a spring-loaded nozzle needle which can be displaced axially in the nozzle body and an annular space is provided below the needle seat in the nozzle body. This injection nozzle is characterized in that the first opening spray hole or the first opening row of spray holes opens into the annular space, that below the annular space in the nozzle body there is an axial blind hole into which the later opening spray hole or the later opening row of spray holes flows out, and that the nozzle needle is axially extended in the blind hole,

2 2nd

5 5

10 10th

IS IS

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

zylindrischen Zapfen aufweist, dessen Länge derart bemessen ist, dass er das in die Sacklochbohrung einmündende Spritzloch bzw. die Reihe von Spritzlöchern erst nach Zurücklegen eines bestimmten, vorher festgelegten Teilhubes der Düsennadel freigibt. has cylindrical pin, the length of which is dimensioned such that it only releases the spray hole opening into the blind hole or the row of spray holes after a certain, previously defined partial stroke of the nozzle needle has been covered.

Im unteren Drehzahl- und Lastbereich wird die Düsennadel nur um einen geringen Teil vom Nadelsitz abgehoben, so dass eine teilweise Kraftstoffeinspritzung durch das in den Ringraum einmündende Spritzloch oder die Spritzlöcher erfolgt. Mit steigenden Motordrehzahlen und -Lasten steigt auch der Druck in der Einspritzleitung und damit im Ringraum, die Düsennadel wird weiter angehoben, bis der an ihr vorgesehene zylindrische Zapfen die Sacklochbohrung freigibt und schliesslich auch die in diese einmündenden Spritzlöcher mit Kraftstoff beaufschlagt werden. Damit steht der volle Spritzquerschnitt zur Verfügung. Nach einer Weiterbildung der Erfindung entspricht der volle Spritzquerschnitt aller Spritzlöcher dem Querschnitt, wie ihn bei Verwendung einer Einlochdüse die eine Spritzbohrung hätte, wobei zu erwähnen ist, dass die Querschnittsaufteilung auf die einzelnen Spritzlöcher willkürlich vorgenommen werden kann, d.h. dass ein Spritzloch oder einige Spritzlöcher grösseren und andere kleineren Querschnitt aufweisen können. Auf diese Weise wird in dem beschriebenen unteren Drehzahlbzw. Lastbereich des Motors eine bisher noch nicht erreichte Kraftstoffzerstäubung geschaffen, die kompromisslos ohne Rücksicht und ohne Schaden auf das Vollastverhalten durchführbar ist. In the lower speed and load range, the nozzle needle is lifted only a small part from the needle seat, so that a partial fuel injection takes place through the spray hole or the spray holes opening into the annular space. With increasing engine speeds and loads, the pressure in the injection line and thus in the annular space also rises, the nozzle needle is raised further until the cylindrical pin provided on it clears the blind hole and finally the spray holes that open into it are also acted upon with fuel. The full spray cross-section is now available. According to a further development of the invention, the full spray cross-section of all spray holes corresponds to the cross-section as would have been the case if a single-hole nozzle had a spray hole, whereby it should be mentioned that the cross-sectional distribution over the individual spray holes can be made arbitrarily, i.e. that a spray hole or some spray holes can have a larger and other smaller cross section. In this way, in the lower speed or. Load range of the engine creates a fuel atomization that has never been achieved before, which can be carried out uncompromisingly without consideration and without damaging the full load behavior.

In diesem Zusammenhang wird noch auf die DE-PS 926 050 hingewiesen, durch die eine modifizierte Zapfendüse bekannt ist, welche zwei Spritzlöcher unterschiedlichen Querschnitts aufweist und bei der die Düsennadel als Zapfendüse veränderlichen Querschnitts das in Düsenlängsachse angebrachte Hauptspritzloch steuert, das kleine Spritzloch jedoch während des gesamten Einspritzvorganges offen bleibt. Durch diese Konstruktion wird erreicht, dass in dem gesamten Motorbetriebsbereich das kleine Spritzloch sehr stark zerstäubt und sich eine unmittelbare Kraftstoff-Luft-verteilung ergibt, das Hauptspritzloch hingegen lässt durch die Querschnittsgestaltung des Zapfens nur relativ wenig Kraftstoff als kompakten Strahl durch. In this context, reference is also made to DE-PS 926 050, through which a modified nozzle is known, which has two spray holes of different cross-section and in which the nozzle needle as a nozzle variable cross-section controls the main spray hole made in the longitudinal axis of the nozzle, but the small spray hole during entire injection process remains open. This construction ensures that the small spray hole is very strongly atomized in the entire engine operating area and there is an immediate fuel-air distribution, while the main spray hole allows only a relatively small amount of fuel to pass through as a compact jet due to the cross-sectional design of the plug.

Die Anordnung hat bei direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen mit Brennräumen im Kolben und Kraftstoff-Wandanlagerung eine Reihe von Nachteilen, wodurch sie für vorliegenden Fall praktisch nicht verwertbar ist. So muss die Düse, um bei Vollast gute Betriebswerte zu erhalten, beispielsweise derart im Zylinderkopf angebracht sein, dass mit der Düsenachse die gewünschte Auftreffstelle auf der Brennraumwand anvisierbar ist, was aus konstruktiven Gründen nahezu nie erreicht wird. Bei Vollast ist das kleine Spritzloch auch offen und spritzt den Kraftstoff in einer Richtung in den Brennraum, die weit von der für eine gute Vollast-Verbren-nung optimalen Richtung abweicht. Schliesslich ist bekannt, dass aus den genannten Gründen das kleine Spritzloch stark zum Verkoken neigt und unwirksam wird. The arrangement has a number of disadvantages in direct-injection internal combustion engines with combustion chambers in the piston and fuel wall mounting, as a result of which it is practically unusable for the present case. For example, in order to obtain good operating values at full load, the nozzle must be installed in the cylinder head in such a way that the desired impact point on the combustion chamber wall can be targeted with the nozzle axis, which is almost never achieved for design reasons. At full load, the small spray hole is also open and injects the fuel into the combustion chamber in a direction that deviates far from the direction that is optimal for good full-load combustion. Finally, it is known that for the reasons mentioned, the small spray hole tends to coke and become ineffective.

All diese Nachteile vermeidet die erfindungsgemässe Düse, zumal sich diese als typische Lochdüse grundsätzlich von einer Drosselzapfendüse unterscheidet, weil der hier vorhandene zylindrische Zapfen eine völlig andere Funktion hat All of these disadvantages are avoided by the nozzle according to the invention, especially since it differs fundamentally from a throttle pin nozzle as a typical perforated nozzle because the cylindrical pin present here has a completely different function

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und exakt die Spritzfolge beider Spritzlöcher oder Spritzlochgruppen voneinander trennt. Daran würde sich auch nichts ändern, wenn aufgrund von Fertigungstoleranzen zwischen dem Zapfen und der Sacklochbohrung im Düsenkörper eine geringfügige Leckage vorhanden wäre. and exactly separates the spray sequence of both spray holes or spray hole groups from one another. Nothing would change if there were a slight leak due to manufacturing tolerances between the pin and the blind hole in the nozzle body.

Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Düsenkörper an seiner Aussenfläche unten einen Kegelmantel aufweist, und dass die in den Ringraum und in die Sacklochbohrung einmündenden Spritzlöcher an der Einmündung in Richtung der Düsenlängsachse gesehen jeweils untereinander angeordnet sind. As a further development of the invention, it is proposed that the nozzle body has a conical jacket on its outer surface at the bottom, and that the spray holes opening into the annular space and into the blind hole are arranged one below the other at the mouth in the direction of the longitudinal axis of the nozzle.

Schliesslich wird nach einer Ausbildungsart, wie an sich bereits bekannt, noch vorgeschlagen, die Düsennadel durch die Kraft einer ersten Feder an ihren Nadelsitz zu halten und nach dem Abheben vom Nadelsitz nach Erreichen eines bestimmten Teilhubes eine zweite Feder zuzuschalten, welche die erste Feder unterstützt. Auf diese Weise ist eine genauere Regelung der Kraftstoffeinspritzung über den gesamten Betriebsbereich des Motors möglich. Finally, according to one type of training, as is known per se, it is also proposed to hold the nozzle needle against its needle seat by the force of a first spring and to switch on a second spring after lifting off the needle seat after reaching a certain partial stroke, which supports the first spring. In this way, more precise control of the fuel injection is possible over the entire operating range of the engine.

Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles entnommen werden. Es zeigen: Details of the invention can be found in the following description of an embodiment shown in the drawings. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den unteren Teil einer Einspritzdüse nach der Erfindung, 1 shows a longitudinal section through the lower part of an injection nozzle according to the invention,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil der auf die Düsennadel einwirkenden Federkombination gemäss der Erfindung. Fig. 2 shows a longitudinal section through part of the spring combination acting on the nozzle needle according to the invention.

Nach Fig. 1 ist mit 1 ein Teil eines Düsenkörpers bezeichnet, der eine Bohrung 2 zur Aufnahme einer Düsennadel 3 aufweist. Nach unten hin verengt sich die Bohrung 2 und die so entstehende Schrägfläche bildet den Nadelsitz 4, an den die Düsennadel 3 in Ruhestellung dichtend anliegt. Unterhalb des Nadelsitzes 4 ist ein Ringraum 5 vorgesehen, in den in Fig. 1 ein in einem Winkel zur Düsenlängsachse x verlaufendes Spritzloch 6 mündet. Schliesslich endet die Bohrung 2 in einer Sachlochbohrung 7, die in der gezeigten Ruhestellung von einem eine Verlängerung der Düsennadel 3 bildenden zylindrischen Zapfen 8 abgeschlossen wird. Von der Sacklochbohrung 7 aus führt ein weiteres Spritzloch 9 durch den Düsenkörper 1 nach aussen und endet im Kegelmantel 10. 1, 1 denotes a part of a nozzle body which has a bore 2 for receiving a nozzle needle 3. At the bottom, the bore 2 narrows and the inclined surface thus created forms the needle seat 4, against which the nozzle needle 3 lies in a sealing manner in the rest position. An annular space 5 is provided below the needle seat 4, into which an injection hole 6 which runs at an angle to the longitudinal axis x of the nozzle opens in FIG. 1. Finally, the bore 2 ends in a pocket hole 7, which in the rest position shown is closed by a cylindrical pin 8 forming an extension of the nozzle needle 3. A further spray hole 9 leads from the blind hole 7 outwards through the nozzle body 1 and ends in the conical jacket 10.

In Fig. 2 ist der obere Teil der Düsennadel 3 im Düsenkörper 1 axial verschiebbar gelagert. Auf der Düsennadel 3 befindet sich ein Pilzstück 11, auf den eine sich andernends an einem nicht dargestellten Halter abstützende Feder 12 drückt. Eine im Durchmesser grössere Haltefeder 13 wirkt auf einen Federteller 14, der über einen Bund 1 la des Pilzstückes 11 reicht und in Richtung der Düsenlängsachse x ein Spiel 15 zum Bund 1 la aufweist. In Fig. 2 the upper part of the nozzle needle 3 is axially displaceably mounted in the nozzle body 1. On the nozzle needle 3 there is a mushroom piece 11, on which a spring 12, which is supported at the other end on a holder, not shown, presses. A larger diameter spring 13 acts on a spring plate 14 which extends over a collar 1 la of the mushroom piece 11 and in the direction of the nozzle longitudinal axis x has a play 15 to the collar 1 la.

Wird der Einspritzdüse Kraftstoff zugeführt, so verschiebt sich zunächst die Düsennadel 3 entgegen der Kraft der Feder 12, bis das Spiel 15 Null ist. Damit tritt das Spritzloch 6 in Tätigkeit. Im oberen Lastbereich bzw. bei Vollast des Motors steigt der Druck im Ringraum 5 an, bis er auch die Kraft der zweiten Feder 13 überwindet und die Düsennadel 3 bis zu ihrem maximalen Hub öffnet, wo der Zapfen 8 die Sacklochbohrung 7 und damit das Spritzloch 9 freigibt. If fuel is supplied to the injection nozzle, the nozzle needle 3 first moves against the force of the spring 12 until the play 15 is zero. The spray hole 6 thus comes into operation. In the upper load range or at full load of the engine, the pressure in the annular space 5 increases until it also overcomes the force of the second spring 13 and opens the nozzle needle 3 to its maximum stroke, where the pin 8 the blind hole 7 and thus the spray hole 9 releases.

3 3rd

s io s io

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

627526 PATENT CLAIMS

1.Controlled multi-hole injection nozzle for air-compressing, direct-injection internal combustion engines with a rotating body-shaped combustion chamber arranged in the piston and partial fuel wall mounting, as well as a targeted air movement rotating about the longitudinal axis of the combustion chamber, the injection nozzle essentially consisting of a nozzle body and a fuel control element characterized in that the fuel control element (3) is designed such that it first has a spray hole (6) or a series of spray holes in the lower speed and load range of the engine and a further spray hole (9 ) or another row of spray holes.

2. Controlled multi-hole injection nozzle according to claim 1, wherein the fuel control member as axially displaceable in the nozzle body (1) displaceable, spring-loaded nozzle needle (3) and below the needle seat (4) in the nozzle body (1) an annular space (5) is provided , characterized in that the first opening spray hole (6) or the first opening row of spray holes opens into the annular space (5),

that an axial blind hole (7) is provided below the annular space (5) in the nozzle body (1), into which the later opening spray hole (9) or the later opening row of spray holes open, and that the nozzle needle (3) has an axial extension has a cylindrical pin (8) guided in the blind hole (7), the length of which is dimensioned such that it does not open into the blind hole (7) the spray hole (9) or the row of spray compartments only after a certain, previously defined distance has been covered Partial stroke (15) of the nozzle needle (3) releases.

3. Controlled multi-hole injection nozzle according to claims 1 and 2, characterized in that the nozzle body (1) has on its outer surface below a conical jacket (10), and that which open into the annular space (5) and into the blind hole (7) Spray holes (6,9) at the mouth in the direction of the nozzle longitudinal axis (x) are arranged one below the other.

4. Controlled multi-hole injection nozzle according to claims 1 and 2, characterized in that the nozzle needle (3) by the force of a first spring (12) is sealingly held on its needle seat (4), and that a second spring (13) is provided which supports the first spring (12) after a certain partial stroke.