CH642430A5

CH642430A5 - Kraftstoff-einspritzduese fuer brennkraftmaschinen.

Info

Publication number: CH642430A5
Application number: CH43880A
Authority: CH
Inventors: Eckart Dr Ing Mueller
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1979-01-23
Filing date: 1980-01-21
Publication date: 1984-04-13
Also published as: SU837334A3; DE2902417C2; IN154909B; DE2902417A1; ATA29380A; IT1130874B; AT368251B; HU182090B; SE441950B; JPS6250661B2; FR2447471B1; GB2046835B; IT8019350A0; RO78800A; DD148808A1; SE8000544L; US4467966A; JPS5598656A; FR2447471A1; GB2046835A

Description

Die Erfindung betrifft 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 Winkel zur Düsenachse verlaufendes Spritzloch vorgesehen ist.

Eine derartige Einspritzdüse ist bereits durch die DE-Patentanmeldung P 2746 010.2 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 erfolgt eine Verbesserung der Abgasqualität und eine Verminderung des Kraftstoffverbrauches.

Weitere wesentliche Punkte für die Güte der Gemischbildung im Brennraum einer Brennkraftmaschine sind die Kraftstoffstrahllage, die Strahlcharakteristik sowie die Ausnützung 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 wurde beispielsweise durch die DE-PS 1 014 382 eine Einrichtung zum Ablenken des Einspritzstrahls vorgeschlagen, bei der im Bereich des Strahls 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.

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

Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrundeliegt, eine Kraftstoff-Einspritzdüse der eingangs beschriebenen Art in einfacher Weise ohne störanfällige Mittel dahingehend zu verbessern, dass die Strahlcharakteristik und Strahllage sich durch die jeweilige Stellung der Düsennadel selbsttätig über den gesamten Betriebsbereich des Motors oder über einen Teilbereich derart ändern, dass unter gleichzeitiger Ausnützung 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 Eintrittsebene am Sackloch bzw. am Dichtsitz bis zur mündungsseitigen Aussenfläche des Düsenkörpers - so gross ist, 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 gleich dem 2fachen Spritzlochdurchmesser ist.

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-Wandauftragung 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 koaxial zur Düsenachse oder exzentrisch angeordnete Kegelfäche oder als ebene, schräg zur Düsenachse verlaufende Fläche auszubilden, wodurch eine weitere Beeinflussung des Kraftstoffstrahls 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.

Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele entnommen werden. Es zeigt:

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. 1 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,

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

In Fig. 1 ist in einem Düsenkörper 1 eine in Richtung der Düsenlängsachse x 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 a zur Düsenachse x verlaufendes Spritzloch 4 vorgesehen, dessen Spritzlochachse y - gemessen von der Eintrittsebene 5 am Dichtsitz 3 bis zur Aussenfläche 6 des Düsenkörpers - eine Länge L aufweist, die kleiner als der 2fache Spritzlochdurchmesser D ist. Der Winkel a, 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 Strömungsquerschnitt, so dass ein in Richtung der Spritzlochachse y verlaufender, kompakter Kraftstoffstrahl 7 entsteht.

Aus Fig. 2 kann man erkennen, dass die Länge der Spritzlochachse x und der Winkel a (Fig. 1) derart gewählt sind,

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dass beim Durchblick durch das Spritzloch 4 in Richtung der Düsenachse x wenigstens 20%, im vorliegenden Falle sogar ca. 50% des vollen Spritzlochquerschnittes als freie Fläche 4a erscheinen, 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 x bildet als der Winkel a ist. Es erfolgte also gleichzeitig mit dem Öffnen der Düsennadel 2 eine langsame Kraftstoffstrahl-Umlen-kung.

Ferner ist in Fig. 3 angedeutet, dass die Aussenfläche des Düsenkörpers 1, an der das Spritzloch 4 austritt, nicht nur als ebene, senkrecht zur Düsenachse x verlaufende Fläche 6 ausgebildet sein muss, sie kann auch eine koaxial zur Düsenachse x angeordnete Kegelfläche 6a, eine exzentrische Kegelfläche 6b oder eine ebene, schräg zur Düsenachse x 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 x 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 a 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 das Sackloch 10 ein, während es in Fig. 8 exzentrisch angeordnet ist. Ansonsten gelten bezüglich des Spritzloches 4 die Angaben gemäss den Fig. 1 bis 3.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

642430 PATENTANSPRÜCHE

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, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) zwischen der Düsenachse (x) und der Spritzlochachse (y) zwischen 10° und 50° beträgt, und dass die Länge (L) der Spritzlochachse (y) -gemessen von der Eintrittsebene (5) am Sackloch (8,10) oder am Dichtsitz (3) bis zur mündungsseitigen Aussenfläche

(6,6a, 6b) des Düsenkörpers (1) - so gross ist, 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) ist.

2. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des Düsenkörpers (1), an der das Spritzloch (4) austritt, als ebene, senkrecht zur Düsenachse (x) verlaufende Fläche (6) ausgebildet ist.

3. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des Düsenkörpers (1), an der das Spritzloch (4) austritt, als koaxial zur Düsenachse (x) angeordnete Kegelfläche (6a) ausgebildet ist.

4. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des Düsenkörpers (1), an der das Spritzloch (4) austritt, als exzentrische Kegelfläche (6b) oder als ebene, schräg zur Düsenachse (x) verlaufende Fläche ausgebildet ist.