CH705454A1

CH705454A1 - Injector, particularly orifice nozzle for ignition combustion engine, has body, in which nozzle needle is displaceably guided and pressure chamber which communicates with inlet bore and over passage with injection chamber

Info

Publication number: CH705454A1
Application number: CH01424/11A
Authority: CH
Inventors: Heribert Otto Geisser
Original assignee: Efi Hightech Ag
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-03-15

Abstract

The injector (1) has a body (2), in which a nozzle needle (7) is displaceably guided and a pressure chamber (5) which communicates with an inlet bore (4) and over a passage (9) with an injection chamber (6). The passage has a needle hub (9') for cooperating with a needle point (8) of the nozzle needle. A spray hole (10) is provided, over which the injection chamber communicates with an outer side of the body. The spray hole has a bottle-like inner contour.

Description

1. Inhalt der Erfindung1. Content of the invention

[0001] Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere die Formgebung des oder der Spritzlöcher einer Düse für die Brennstoffeinspritzung von luftverdichtenden, selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen. The invention relates to a fuel injection valve, in particular the shape of the or the injection holes of a nozzle for the fuel injection of air-compression, self-igniting internal combustion engines.

[0002] Einspritzdüsen sollen flüssige, gas- oder pulverförmige (pulverisierte) Stoffe, insbesondere Kraftstoffe, unter (hohem) Druck von einer Einspritzpumpe oder einem Druckleitungssystem (Common-Rail-System) so in den Verbrennungsraum einer Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise Dieselmotor, einspritzen, dass die Verbrennungsmaschine in jedem Betriebszustand möglichst den besten Wirkungsgrad (ökologisch und ökonomisch) erzielt. Eine Gemischbildung des Kraftstoffs im Verbrennungsraum und damit auch der Verbrennungsablauf werden massgebend durch die Ausgestaltung der Einspritzdüse beeinflusst. Injectors are liquid, gas or powdered (pulverized) substances, especially fuels, under (high) pressure of an injection pump or a pressure line system (common rail system) so in the combustion chamber of an internal combustion engine, such as diesel engine, inject that the combustion engine achieves the best possible efficiency (ecological and economical) in every operating state. A mixture formation of the fuel in the combustion chamber and thus also the combustion process are decisively influenced by the configuration of the injection nozzle.

[0003] Es gibt unterschiedliche Arten von Einspritzdüsen, von denen hier die sogenannte Lochdüse betrachtet werden soll. Die Lochdüse kommt in Verbrennungskraftmaschinen mit direkter Einspritzung zur Anwendung, da mit ihr eine besonders feine Verteilung des Kraftstoffs erreicht wird. Lochdüsen sind als Einloch- und Mehrlochdüsen ausgebildet. Einlochdüsen weisen ein Spritzloch auf, welches in Richtung der Düsenachse oder seitlich davon angeordnet ist. Mehrlochdüsen können beispielsweise bis zu 14 Spritzlöchern aufweisen, die meist symmetrisch zueinander angeordnet sind. Einloch- und Mehrlochdüsen sind auf einer oder mehreren Ebenen ausgebildet (Spritzlochgeometrie der Düse). Lochdurchmesser oder Lochquerschnitt und Lochlänge beeinflussen Form und Eindringtiefe des Spritzstrahls sowie dessen Spritzbild. Die Lochdurchmesser betragen z.B. 0.1 bis 0.8 mm. There are different types of injectors, of which the so-called hole nozzle should be considered here. The perforated nozzle is used in internal combustion engines with direct injection, since with it a particularly fine distribution of the fuel is achieved. Hole nozzles are designed as a single-hole and multi-hole nozzles. One-hole nozzles have a spray hole, which is arranged in the direction of the nozzle axis or laterally thereof. Multi-hole nozzles can have, for example, up to 14 spray holes, which are usually arranged symmetrically to one another. One-hole and multi-hole nozzles are formed on one or more levels (spray hole geometry of the nozzle). Hole diameter or hole cross-section and hole length affect the shape and penetration depth of the spray jet and its spray pattern. The hole diameters are e.g. 0.1 to 0.8 mm.

[0004] In den letzten beiden Dekaden wurden, insbesondere mit dem Ziel einer umweltfreundlichen (EURO-, TIER-, IMO-Normen) und einer optimalen Verbrennung der Kraftstoffe, durch systematische Forschungsarbeiten neue Einspritzsysteme für Gas-, Diesel-, Schweröl- und Biomasse entwickelt. Resultat daraus sind Common-Rail-Systeme mit ihren dazugehörigen elektronischen Gesamtüberwachungseinheiten. Bezüglich Ökologie und Ökonomie ist bei guter Abstimmung aller Komponenten ein Anstieg des Wirkungsgrades zu verzeichnen. In the last two decades, in particular with the aim of environmentally friendly (EURO, ANIMAL, IMO standards) and optimum combustion of fuels, through systematic research new injection systems for gas, diesel, heavy oil and biomass developed. The result is common rail systems with their associated electronic total monitoring units. With regard to ecology and economy, there is an increase in efficiency with good coordination of all components.

2. Offenbarung der Erfindung2. Disclosure of the invention

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Einspritzdüse zu schaffen, die sich in der koaxialen und sequentiellen Anordnung ihrer Funktionen optimal den Ansprüchen des Verbrennungsraumes (Brennstoff-Luftgemischbildung) einer Kraftmaschine anpassen lässt. Damit wird zum Ausdruck gebracht, dass über die Gestaltung der Flaschenhals-Innenkonfiguration lediglich Vergleichsmasse angegeben werden können. The object of the present invention is to provide an improved injection nozzle, which can be optimally adapted to the requirements of the combustion chamber (fuel-air mixture formation) of an engine in the coaxial and sequential arrangement of their functions. This expresses that only comparative mass can be given on the design of the bottleneck interior configuration.

[0006] Die Aufgabe wird durch eine Einspritzdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved by an injection nozzle having the features of claim 1.

[0007] Demgemäss umfasst eine Einspritzdüse, insbesondere Lochdüse für eine Verbrennungskraftmaschine einen Körper, in welchem eine Düsennadel verschiebbar geführt ist; eine Druckkammer, welche mit einer Zulaufbohrung und über einen Durchlass mit einer Spritzkammer kommuniziert, wobei der Durchlass einen Nadelsitz zur Zusammenwirkung mit einer Nadelspitze der Düsennadel aufweist; und zumindest ein Spritzloch, über welches die Spritzkammer mit der Aussenseite des Körpers kommuniziert. Das zumindest eine Spritzloch weist eine im Wesentlichen flaschenartige Innenkontur auf (Fig. 5). Accordingly, an injection nozzle, in particular hole nozzle for an internal combustion engine comprises a body in which a nozzle needle is guided displaceably; a pressure chamber communicating with an inlet bore and a passage with a spray chamber, the passage having a needle seat for cooperation with a needle tip of the nozzle needle; and at least one spray hole through which the spray chamber communicates with the outside of the body. The at least one injection hole has a substantially bottle-like inner contour (FIG. 5).

[0008] Es hat sich aufgrund vergleichender Studien, Berechnungen und Simulationen herausgestellt, dass eine spezielle Geometrie der Innenkontur von Spritzlöchern besondere Vorteile bringt. Eine Idee der Erfindung besteht daher darin, zumindest ein Spritzloch einer Einspritzdüse mit einer im Wesentlichen flaschenartigen Innenkontur zu versehen. Ein derartiges Spritzloch wird auch als Flaschenhals-Spritzloch oder «Bottleneck Spray Hole» bezeichnet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass gegenüber heutigen Einspritzsystemen, wie z.B. Common-Rail-Systemen, der Einspritzdruck bei besserem ökologischen und ökonomischen Effekt wesentlich gesenkt werden kann, was zu einer geringeren Leistungsaufnahme des Einspritzsystems führt. It has been found by comparative studies, calculations and simulations that a special geometry of the inner contour of spray holes brings particular benefits. An idea of the invention is therefore to provide at least one injection hole of an injection nozzle with a substantially bottle-like inner contour. Such a spray hole is also referred to as a bottleneck injection hole or "bottleneck spray hole". This results in the advantage that compared to today's injection systems, such. Common rail systems, the injection pressure can be significantly reduced with better environmental and economic effect, resulting in a lower power consumption of the injection system.

[0009] Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich gegenüber dem Stand der Technik eine längere Lebensdauer von Hochdruckpumpen, Pumpenelementen, Injektoren, Düsen und des gesamten Einspritzsystems infolge geringerer Druckbeanspruchung ergibt. Another advantage is that compared to the prior art results in a longer life of high-pressure pumps, pump elements, injectors, nozzles and the entire injection system due to lower compressive stress.

[0010] Dabei ist es von Vorteil, dass die im Wesentlichen flaschenartige Innenkontur umfasst: zumindest eine Vorkammer, die mit einem Ende mit einer Einlassöffnung in die Spritzkammer mündet; und einen Führungskanal, der mit seinem anderen Ende der zumindest einen Vorkammer verbunden ist und über eine Austrittsöffnung mit der Aussenseite des Körpers kommuniziert. It is advantageous that the substantially bottle-like inner contour comprises: at least one pre-chamber, which opens at one end with an inlet opening into the injection chamber; and a guide channel, which is connected to its other end of the at least one antechamber and communicates via an outlet opening with the outside of the body.

[0011] Die im Wesentlichen flaschenartige Innenkontur des Flaschenhals-Spritzloches respektive der Bottleneck Spray Hole übernimmt folgende Funktionen: <tb>- Einlass eines Spritzmediums in die Vorkammer<sep>A <tb>- Aufnahme des Spritzmediums in der Vorkammer<sep>B <tb>- Verengungsfunktion im Trichterbereich<sep>C <tb>- Führungsfunktion im Führungskanal<sep>D <tb>- Austritt des Mediums an der Aussenseite des Düsenkörpers (Einmündung in den Verbrennungsraum)<sep>EThe essentially bottle-like inner contour of the bottleneck spray hole respectively the Bottleneck Spray Hole assumes the following functions: <tb> - inlet of a spray medium into the prechamber <sep> A <tb> - Recording of the spray medium in the prechamber <sep> B <tb> - narrowing function in funnel area <sep> C <tb> - Guide function in guide channel <sep> D <tb> - Outlet of the medium on the outside of the nozzle body (confluence with the combustion chamber) <sep> E

[0012] Der Führungskanal kann zylindrisch oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein, wodurch die Strömung weiter beeinflussbar ist. Dabei ist ein Durchmesser oder Querschnitt der zumindest einen Vorkammer zumindest im Bereich der Einlassöffnung um mindestens 50% grösser als ein Durchmesser oder Querschnitt des Führungskanals. Damit lässt sich in der Vorkammer eine Verengung ausbilden, die zumindest einen Verengungsabschnitt aufweist. Mit Hilfe dieses Verengungsabschnitts und der damit verbundenen, beeinflussbaren, allmählichen und/oder abrupten Durchmesseränderung oder Querschnittsänderung kann die Art der Strömung des durchströmenden Mediums beeinflusst werden. So lässt sich eine laminare oder turbulente oder übergangsmässige Strömungsart einstellen. The guide channel may be cylindrical or frusto-conical, whereby the flow is further influenced. In this case, a diameter or cross section of the at least one antechamber, at least in the region of the inlet opening, is at least 50% larger than a diameter or cross section of the guide channel. This can be in the antechamber form a constriction, which has at least one constriction section. With the help of this constriction section and the associated, modifiable, gradual and / or abrupt change in diameter or change in cross section, the type of flow of the medium flowing through can be influenced. Thus, a laminar or turbulent or transitional flow type can be adjusted.

[0013] Die Austrittsöffnung des Führungskanals kann scharfkantig ausgebildet sein, wodurch sich das Spritzbild des austretenden Einspritzstrahls anpassen lässt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein durch eine Aussenfläche (Kuppe) des Körpers und einer Innenwand des Führungskanals gebildeter Austrittswinkel der Austrittsöffnung des Führungskanals vorzugsweise kleiner als 90° und scharfkantig ist. The outlet opening of the guide channel may be formed sharp-edged, whereby the spray pattern of the exiting injection jet can be adjusted. It is advantageous if an outlet angle formed by an outer surface (dome) of the body and an inner wall of the guide channel of the outlet opening of the guide channel is preferably less than 90 ° and sharp-edged.

[0014] Das zumindest eine Spritzloch kann in seiner Gesamtlänge mehrere Funktionsbereiche (A bis E) umfassen, welche auf derselben Achse sequentiell hintereinander und rotationssymmetrisch angeordnet sind. Diese Funktionsbereiche können aufgrund ihrer Aufteilung jeder für sich individuell oder insgesamt identisch so ausgestaltet werden, dass der Einspritzstrahl für den zuzuordnenden Verbrennungsraum der Kraftmaschine optimal bereitgestellt wird. Dieser mechanisch-hydraulischen Optimierung der Funktionsbereiche können mit Hilfe einer elektronischen Motorsteuerung (EECU, elektronic engine control unit) zusätzliche, optimale Randbedingungen und Parametereinstellungen bzw. -zustände überlagert werden. The at least one spray hole may include a plurality of functional areas (A to E) in its overall length, which are arranged sequentially in succession and rotationally symmetrical on the same axis. Due to their division, these functional areas can be designed individually individually or as a whole identically so that the injection jet is optimally provided for the combustion chamber of the engine to be allocated. This mechanical-hydraulic optimization of the functional areas can be superimposed with the help of an electronic engine control unit (EECU, electronic engine control unit) additional, optimal boundary conditions and parameter settings or states.

[0015] Von den Funktionsbereichen kann ein erster Funktionsbereich (A) die Einlassöffnung, ein zweiter Funktionsbereich (B) die zumindest eine Vorkammer, ein dritter Funktionsbereich (C) die zumindest eine Verengung, ein vierter Funktionsbereich (D) den Führungskanal und ein fünfter Funktionsbereich (E) die Austrittsöffnung umfassen. Of the functional areas, a first functional area (A) may be the inlet opening, a second functional area (B) the at least one antechamber, a third functional area (C) the at least one constriction, a fourth functional area (D) the guide channel and a fifth functional area (E) comprise the outlet opening.

[0016] Es ist dabei auch möglich, dass gleiche Funktionsbereiche mehrfach hintereinander angeordnet werden, wie zum Beispiel zwei zweite Funktionsbereiche mit zwei Vorkammern und zwei Verengungen. Damit kann ein abgestufter Druckaufbau in den Vorkammern erfolgen. Es ist auch denkbar, dass an Stelle eines Druckaufbaus eine Zwischenstufe mit Druckabbau, z.B. mit einer Erweiterung vorgesehen werden kann. It is also possible that same functional areas are arranged several times in succession, such as two second functional areas with two pre-chambers and two constrictions. This can be done a graduated pressure build-up in the antechambers. It is also conceivable that, instead of a pressure build-up, an intermediate stage with pressure reduction, e.g. can be provided with an extension.

3. Stand der Technik3. State of the art

[0017] Es ist hinlänglich bekannt, dass durch die Ausgestaltung der Innenkonturen eines oder mehrere Spritzlöcher eines Brennstoffventils (Düse) der Einspritzvorgang in dem Verbrennungsraum von Selbstzünderkraftmaschinen wesentlich beeinflusst werden kann. Auch der Ausdruck «Flaschenhalsspritzlöcher» wird andeutungsweise schon im Patent <tb>DE 3934 587 C2<sep>17.10.1989<sep>Robert Bosch <tb>DE 10105 674 A1<sep>08.02.2001<sep>SIEMENSAG <tb>DE 1022007 051408 A1<sep>25.10.2007<sep>Prelatec (hier im Sinne eines Verfahrenspatentes)erwähnt. It is well known that by the design of the inner contours of one or more injection holes of a fuel valve (nozzle) of the injection process in the combustion chamber of compression ignition engines can be significantly influenced. The term "Flaschenhalsspritzlöcher" is hinted already in the patent <tb> DE 3934 587 C2 <sep> 17.10.1989 <sep> Robert Bosch <tb> DE 10105 674 A1 <sep> 08.02.2001 <sep> SIEMENSAG <tb> DE 1022007 051408 A1 <sep> 25.10.2007 <sep> Prelatec (here in the sense of a process patent) mentioned.

[0018] Im Weiteren sind konusförmige und zylindrische Spritzlöcher in <tb>GB 2 049 045 Z<sep>01.05.1980<sep>Robert Bosch <tb>DE 2 920 100<sep>18.05.1979<sep>Robert Bosch <tb>GB 1 153 605<sep>03.11.1966<sep>J. A. Cupler <tb>DE 10 329 731 A1<sep>02.07.2003<sep>Robert Bosch <tb>EP 0 352 926 B2<sep>07.07.1989<sep>Lucas Ind. Pub. Ltd <tb>DE 19 905 571 C1<sep>11.02.1999<sep>Robert Bosch <tb>US 4 069 978<sep>17.12.1976<sep>KHD <tb>DE 2 557 772<sep>20.12.1975<sep>KHD <tb>US 2002/0 158 152 A1<sep>06.05.2002<sep>Robert Bosch <tb>DE 19 847 460 A1<sep>15.10.1998<sep>Robert Bosch <tb>DE 10 105 674 A1<sep>08.02.2001<sep>SIEMENSAGumschrieben worden, aber mangels wirtschaftlicher Produktionsverfahren und mangels funktionstüchtiger Prozesse nur sehr selten in der industriellen Produktion umgesetzt worden. Eine Kombination der unter Titel 2 dargestellten Funktionen ist nicht auszumachen. In addition, cone-shaped and cylindrical injection holes are in <tb> GB 2 049 045 Z <sep> 01.05.1980 <sep> Robert Bosch <tb> DE 2 920 100 <sep> 18.05.1979 <sep> Robert Bosch <tb> GB 1 153 605 <sep> 03.11.1966 <sep> J. A. Cupler <tb> DE 10 329 731 A1 <sep> 02.07.2003 <sep> Robert Bosch <tb> EP 0 352 926 B2 <sep> 07.07.1989 <sep> Lucas Ind. Pub. Ltd. <tb> DE 19 905 571 C1 <sep> 11.02.1999 <sep> Robert Bosch <tb> US 4 069 978 <sep> 17.12.1976 <sep> KHD <tb> DE 2 557 772 <sep> 20.12.1975 <sep> KHD <tb> US 2002/0 158 152 A1 <sep> 06.05.2002 <sep> Robert Bosch <tb> DE 19 847 460 A1 <sep> 15.10.1998 <sep> Robert Bosch However, due to a lack of economic production processes and lack of functional processes, they have only rarely been implemented in industrial production. A combination of the functions described in Title 2 can not be identified.

[0019] Ausserdem können vorteilhafte Anpassungen an die unterschiedlichsten Anforderungen von Verbrennungskraftmaschinen im Verbrennungsraum hinsichtlich des Einspritzstrahls auch dadurch vorgenommen werden, indem die Bohrungslängenverhältnisse der einzelnen Funktionsbereiche verändert und angepasst werden respektive die Querschnittsverhältnisse und Übergangs- und Verrundungsradien optimiert werden. In addition, advantageous adjustments to the different requirements of internal combustion engines in the combustion chamber with respect to the injection jet can also be made by changing the bore length ratios of the individual functional areas and adjusted respectively the cross-sectional ratios and transition and radii of curvature be optimized.

4. Ausführungsbeispiele4th embodiments

[0020] Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine schematische Teilschnittdarstellung einer erfindungsgemässen Einspritzdüse als Lochdüse in geschlossener Stellung; <tb>Fig. 2<sep>eine schematische Teilschnittdarstellung der Einspritzdüse nach Fig. 1 in geöffneter Stellung; <tb>Fig. 3<sep>eine schematische Schnittdarstellung eines Spritzlochs der erfindungs-gemässen Einspritzdüse; <tb>Fig. 4<sep>eine vergrösserte Darstellung einer Einlassöffnung der erfindungsgemässen Einspritzdüse nach Fig. 3; und <tb>Fig. 5<sep>eine vergrösserte Darstellung einer Vorkammer mit Verengung der erfindungsgemässen Einspritzdüse nach Fig. 3.The invention will now be explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying drawings. Hereby show: <Tb> FIG. 1 <sep> is a schematic partial sectional view of an inventive injection nozzle as a hole nozzle in the closed position; <Tb> FIG. 2 <sep> is a schematic partial sectional view of the injection nozzle of Figure 1 in the open position. <Tb> FIG. 3 <sep> is a schematic sectional view of a spray hole of the injection nozzle according to the invention; <Tb> FIG. 4 <sep> an enlarged view of an inlet opening of the injection nozzle according to the invention according to FIG. 3; and <Tb> FIG. 5 <sep> an enlarged view of an antechamber with narrowing of the injection nozzle according to the invention according to FIG. 3.

[0021] Gleiche Bauelemente bzw. Funktionseinheiten mit gleicher Funktion weisen in den Figuren gleiche Bezugszeichen auf. Identical components or functional units with the same function have the same reference numerals in the figures.

[0022] Fig. 1 zeigt eine schematische Teilschnittdarstellung einer erfindungsgemässen Einspritzdüse 1 als Lochdüse in geschlossener Stellung. Fig. 2 zeigt diese Einspritzdüse 1 in geöffneter Stellung. Fig. 1 shows a schematic partial sectional view of an inventive injection nozzle 1 as a hole nozzle in the closed position. Fig. 2 shows this injector 1 in the open position.

[0023] In den Fig. 1 und 2 ist nur der untere Bereich eines Körpers 2 der Einspritzdüse 1 mit einer Düsenkuppe 3 (durch Kreis hervorgehoben) dargestellt. Der Körper 2 weist im oberen Teil der Einspritzdüse 1 einen kreisförmigen Querschnitt auf, in welchem sich in Längsrichtung des Körpers 2 eine Düsennadel 7 längsbeweglich in einer Bohrung T befindet. Die Bohrung T geht in eine in dem Körper 2 eingeformte Druckkammer 5 über. Seitlich parallel zu der Bohrung 7 ́ ist eine Zulaufbohrung 4 im Körper 2 angeordnet. Die Zulaufbohrung 4 mündet an ihrem unteren Ende in die Druckkammer 5, welche sich nach unten zu einem Durchlass 9 verengt. Der Durchlass 9 weist einen konischen Nadelsitz 9 ́ auf und mündet schliesslich in eine Spritzkammer 6, die in der Düsenkuppe 3 der Einspritzdüse 1 mit einem abgerundeten Boden angeordnet ist. Der Körper 2 der Einspritzdüse 1 ist hier als Düsenkuppe 3 halbkugelförmig ausgebildet. Diese Kuppe 3 weist eine geringere Wandstärke 3 ́ als oberhalb auf. Durch diese Wandstärke 3 ́ der Düsenkuppe 3 erstrecken sich in diesem Beispiel zwei Spritzlöcher 10, welche durch eine innen liegende Spritzkammerwand 11 durch jeweils eine Einlassöffnung 13 in den abgerundeten Boden der Spritzkammer 6 und durch jeweils eine Austrittsöffnung 18 in eine Aussenfläche 20 der Düsenkuppe 3 in den Verbrennungsraum münden. In Figs. 1 and 2, only the lower portion of a body 2 of the injection nozzle 1 with a nozzle tip 3 (highlighted by circle) is shown. The body 2 has in the upper part of the injection nozzle 1 has a circular cross section in which in the longitudinal direction of the body 2, a nozzle needle 7 is longitudinally movable in a bore T. The bore T merges into a pressure chamber 5 formed in the body 2. Laterally parallel to the bore 7 an inlet bore 4 in the body 2 is arranged. The inlet bore 4 opens at its lower end into the pressure chamber 5, which narrows down to a passage 9. The passage 9 has a conical needle seat 9 and finally opens into a spray chamber 6, which is arranged in the nozzle tip 3 of the injection nozzle 1 with a rounded bottom. The body 2 of the injection nozzle 1 is formed here as a nozzle tip 3 hemispherical. This dome 3 has a smaller wall thickness 3 than above. By this wall thickness 3 of the nozzle tip 3 extending in this example, two injection holes 10, which through an inner injection chamber wall 11 through an inlet opening 13 in the rounded bottom of the injection chamber 6 and through an outlet opening 18 into an outer surface 20 of the nozzle tip 3 in open the combustion chamber.

[0024] Die Düsennadel 7 erstreckt sich aus der Bohrung 7 ́ durch die Druckkammer 5 in den Durchlass 9 bis in die Spritzkammer 6 hinein. Dabei verjüngt sich die Düsennadel 7 zu einer konischen Nadelspitze 8, welche zusammen mit dem konischen Nadelsitz 9 ́ des Durchlasses 9 als dichter Ventilsitz zusammenwirkt. The nozzle needle 7 extends from the bore 7 through the pressure chamber 5 in the passage 9 into the injection chamber 6 into it. In this case, the nozzle needle 7 tapers to a conical needle tip 8, which cooperates with the conical needle seat 9 of the passage 9 as a tight valve seat.

[0025] Die Düsennadel 7 ist mittels eines nicht gezeigten Antriebs, z.B. mechanisch, elektromagnetisch oder auch über ansteigenden Druck von Kraftstoff in der Druckkammer 5, längsverstellbar. Zur Öffnung des Nadelsitzes 9 ́ wird die Düsennadel 7 durch diesen Antrieb nach oben bewegt. Diese Öffnungsstellung der Einspritzdüse 1 ist in Fig. 2illustriert. Die konische Nadelspitze 8 hat den Nadelsitz 9 ́ freigegeben. Kraftstoff, der in der Druckkammer 5 unter Druck steht und ebenfalls unter Druck durch die Zulaufbohrung 4 nachgeliefert wird, strömt nun aus der Druckkammer 5 durch den Durchlass 9 in die Einspritzkammer 6 und von dort durch die Spritzlöcher 10 jeweils als ein Einspritzstrahl 21 nach aussen in die Brennkammer einer nicht gezeigten Verbrennungskraftmaschine. The nozzle needle 7 is connected by means of a drive (not shown), e.g. mechanically, electromagnetically or by increasing pressure of fuel in the pressure chamber 5, longitudinally adjustable. To open the needle seat 9, the nozzle needle 7 is moved by this drive upwards. This open position of the injection nozzle 1 is illustrated in FIG. 2. The conical needle tip 8 has released the needle seat 9. Fuel, which is under pressure in the pressure chamber 5 and also replenished under pressure through the inlet bore 4, now flows from the pressure chamber 5 through the passage 9 into the injection chamber 6 and from there through the injection holes 10 each as an injection jet 21 to the outside the combustion chamber of an internal combustion engine, not shown.

[0026] Der jeweilige Einspritzstrahl 21 wird unter anderem durch die Geometrie des jeweiligen Einspritzlochs 10 hinsichtlich seines Spritzbildes beeinflusst. Dabei spielen weiterhin unter anderem seine Geschwindigkeit, Art der Strömung, Druck und Druckausbreitung eine bestimmte Rolle. The respective injection jet 21 is influenced inter alia by the geometry of the respective injection hole 10 with respect to its spray pattern. Its speed, type of flow, pressure and pressure propagation continue to play a decisive role.

[0027] Fig. 3 stellt eine schematische Schnittdarstellung eines Spritzlochs der erfindungs-gemässen Einspritzdüse 1 dar. FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a spray hole of the injection nozzle 1 according to the invention.

[0028] Das Spritzloch 10 in Fig. 3wird aufgrund seiner Gestalt auch als Flaschenhals-Spritzloch oder Bottleneck Spray Hole bezeichnet. Derartige Spritzlöcher 10 werden in den unterschiedlichsten Körpern 2 von Einspritzdüsen 1 in die Düsenkuppe 3 aus gehärteten Spezialstählen (z.B. DUALOY) eingeformt. Die Düsennadel 7 ist aus einem Spezialstahl oder aus keramischen Materialien hergestellt. The injection hole 10 in Fig. 3 is also referred to as a bottleneck injection hole or bottleneck spray hole due to its shape. Such injection holes 10 are formed in the most different bodies 2 of injection nozzles 1 in the die 3 made of hardened special steels (for example DUALOY). The nozzle needle 7 is made of a special steel or ceramic materials.

[0029] Ausgehend von der Einlassöffnung 13, welche in der Spritzkammerwand 11 der Spritzkammer 6 eingebracht ist, erstreckt sich das Spritzloch 10 zunächst in einer Vorkammer 14, z.B. in kreiszylindrischer Ausbildung, und geht dann in eine Verengung 15 mit einem Verengungsabschnitt 16 wie eine Flasche in einen Flaschenhals, einen Führungskanal 17 über. Ein Durchmesser oder Querschnitt der Vorkammer 14 ist um mindestens 50% grösser als ein Durchmesser oder Querschnitt des Führungskanals 17. Das Ende des Führungskanals 17 mündet in der Austrittsöffnung 18 in der Aussenfläche 20 der Düsenkuppe 3. Das Spritzloch 10 weist im Wesentlichen über den gesamten Längsschnitt eine rotationssymmetrische Flaschenform auf. Starting from the inlet opening 13, which is introduced into the injection chamber wall 11 of the injection chamber 6, the injection hole 10 initially extends in an antechamber 14, e.g. in a circular cylindrical design, and then goes into a constriction 15 with a constriction portion 16 as a bottle in a bottleneck, a guide channel 17 via. A diameter or cross section of the pre-chamber 14 is at least 50% larger than a diameter or cross section of the guide channel 17. The end of the guide channel 17 opens into the outlet opening 18 in the outer surface 20 of the nozzle tip 3. The injection hole 10 has substantially over the entire longitudinal section a rotationally symmetrical bottle shape.

[0030] Das Spritzloch 10 besitzt Funktionsbereiche A bis E, die zum Teil durch Kreise, Bezugszeichen und waagrechte Striche angedeutet sind und unterschiedliche Funktionen aufweisen. The injection hole 10 has functional areas A to E, which are indicated in part by circles, reference numerals and horizontal lines and have different functions.

[0031] Der Kreis an der Einlassöffnung 13 bezeichnet den ersten Funktionsbereich A mit Kraftstoffeintritt. Fig. 4 zeigt dazu eine vergrösserte Darstellung der Einlassöffnung 13 der erfindungsgemässen Einspritzdüse 1 nach Fig. 3. Hier ist eine Einlasskante 12 der Einlassöffnung 13 verrundet. Die schraffierten Bereiche deuten Konturvarianten der Spritzkammerwand 11 in der Spritzkammer 6 im Bereich der Einlassöffnung 13 an. The circle at the inlet opening 13 denotes the first functional area A with fuel inlet. 4 shows an enlarged representation of the inlet opening 13 of the injection nozzle 1 according to the invention according to FIG. 3. Here, an inlet edge 12 of the inlet opening 13 is rounded. The hatched areas indicate contours of the injection chamber wall 11 in the injection chamber 6 in the region of the inlet opening 13.

[0032] Im folgenden Funktionsbereich B mit dem gestrichelten Kreis ist die Vorkammer 14 angegeben. Dies wird in Fig. 5 illustriert, welche eine vergrösserte Darstellung der Vorkammer 14 mit Verengung 15 der erfindungsgemässen Einspritzdüse 1 nach Fig. 3 zeigt. Hierbei ist ein Durchmesser oder Querschnitt der Vorkammer 14 zumindest im Bereich der Einlassöffnung 13 um mindestens 50% grösser als ein Durchmesser oder Querschnitt des Führungskanals 17. In the following functional area B with the dashed circle the pre-chamber 14 is indicated. This is illustrated in FIG. 5, which shows an enlarged representation of the antechamber 14 with constriction 15 of the injection nozzle 1 according to the invention according to FIG. 3. In this case, a diameter or cross section of the pre-chamber 14 is at least in the region of the inlet opening 13 by at least 50% larger than a diameter or cross section of the guide channel 17th

[0033] Zwischen den waagrechten Linien befindet sich der Funktionsbereich C der Verengung 15, an den sich der Funktionsbereich D des Führungskanals 17 anschliesst. Between the horizontal lines is the functional area C of the constriction 15, to which the functional area D of the guide channel 17 is connected.

[0034] Schliesslich ist ein letzter Funktionsbereich E mit der Austrittsöffnung 18 vorhanden. Finally, a last functional area E with the outlet opening 18 is present.

[0035] In dem Funktionsbereich B der Vorkammer 14 wird beim Öffnen des Nadelsitzes 9 ́ (siehe Fig. 2) über den Verengungsabschnitt 15 mit dem hier trichterförmigen Verengungsabschnitt 16 zum nachfolgenden Führungskanal 17 ein Druck in dem von der Einlassöffnung 13 zur Austrittsöffnung 18 strömenden Kraftstoff aufgebaut, wobei eine Vordosierung stattfindet. Diese Durchströmmenge des Kraftstoffs unterliegt einer nur geringfügigen Kontraktion bei der Druckausbreitung in der Vorkammer 14 und führt zu einer zeitpräzisen Einspritzung über alle Spritzlöcher 10 der Einspritzdüse 1 (siehe Fig. 1und Fig. 2). Gegenüber derzeitigen Common-Rail-Systemen kann der Einspritzdruck bei besserem ökologischen und ökonomischen Effekt wesentlich gesenkt werden, was zu einer geringeren Leistungsaufnahme des Systems und infolge geringerer Druckbeanspruchung der beteiligten Bauteile zu einer längeren Lebensdauer von Hochdruckpumpen, Pumpenelementen, Injektoren, Düsen und des gesamten Einspritzsystems führt. In the functional area B of the pre-chamber 14, a pressure in the fuel flowing from the inlet opening 13 to the outlet opening 18, when opening the needle seat 9 (see Fig. 2) via the constriction section 15 with the funnel-shaped constriction section 16 to the subsequent guide channel 17 built, with a predosing takes place. This flow rate of the fuel is subject to only a slight contraction in the pressure propagation in the pre-chamber 14 and leads to a timely injection over all injection holes 10 of the injection nozzle 1 (see Fig. 1 and Fig. 2). Compared to current common rail systems, the injection pressure can be significantly reduced with better environmental and economic effect, resulting in lower power consumption of the system and lower pressure stress of the components involved to a longer life of high pressure pumps, pump elements, injectors, nozzles and the entire injection system leads.

[0036] Der Funktionsbereich C der Verengung 15 mit dem trichterförmigen Verengungsabschnitt 16 ist als eine Art Steuerkurve ausgebildet, was in Fig. 5durch Konturvarianten im schraffierten Bereichen angedeutet ist. Diese Steuerkurve beeinflusst je nach Ausbildung die Strömungsart des durchströmenden Kraftstoffs dergestalt, dass die Strömungsart variiert, beispielsweise laminar oder turbulent ist. In dieser Phase nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs bzw. eines Einspritzmediums erheblich zu. Der negative Effekt kleinerer Systemdrücke wird durch die Ausgestaltung und Wirkungsweise des trichterförmigen Verengungsabschnitts 16 kompensiert. The functional area C of the constriction 15 with the funnel-shaped narrowing section 16 is formed as a kind of control curve, which is indicated in FIG. 5 by contour variants in hatched areas. Depending on the design, this control curve influences the flow type of the fuel flowing through such that the flow type varies, for example, is laminar or turbulent. In this phase, the flow rate of the fuel or an injection medium increases significantly. The negative effect of lower system pressures is compensated by the design and operation of the funnel-shaped constriction section 16.

[0037] In der diesem Kompressionsprozess folgenden Phase beziehungsweise im nachfolgenden Funktionsbereich D des Führungskanals 17 wird der durchströmende Kraftstoff als Kraftstoffstrahl so geführt und gebündelt, dass er in einer abgestimmten Form (z.B. buschig, gestreckt, usw.) dem durch den Konstrukteur der Verbrennungskraftmaschine gestalteten Verbrennungsraum zur Verfügung gestellt werden kann. In the following phase of this compression process phase or in the subsequent functional area D of the guide channel 17 of the flowing fuel as a fuel jet is guided and bundled that he designed in a tuned shape (eg bushy, stretched, etc.) designed by the designer of the internal combustion engine Combustion room can be provided.

[0038] In dem letzten Funktionsbereich E mit der Austrittsöffnung 18 ist die Bohrung des Führungskanals 17 an der Austrittsöffnung 18 mit einer scharfkantigen Strahl-Abrisskante 19 versehen, wobei ein Austrittswinkel 22, der durch die Aussenfläche 20 bzw. Aussenwand der Düsenkuppe 3 und der Innenwand oder der Mittelachse des Führungskanals 17 gebildet ist, möglichst unter 90° liegt. In the last functional area E with the outlet opening 18, the bore of the guide channel 17 is provided at the outlet opening 18 with a sharp-edged jet tear-off edge 19, wherein an exit angle 22, by the outer surface 20 and outer wall of the nozzle tip 3 and the inner wall or the central axis of the guide channel 17 is formed, if possible lies below 90 °.

[0039] Die Dimensionierung derartiger Spritzlöcher 10 als Flaschenhals-Spritzlöcher oder Bottleneck Spray Holes bezüglich verschiedener Durchmesser oder Querschnitte, Länge der einzelnen Funktionsbereiche, Ausgestaltung der Trichterform im Verengungsabschnitt 16 und Dimensionsverhältnisse der einzelnen Funktionsbereiche zueinander lassen sich zum Beispiel über ein Simulationsmodell optimieren. In diesem Simulationsmodell sind auch die Strömungsverhältnisse unterschiedlicher Einspritzmedien simulierbar. Die Berechnungsgrundlage bildet dabei der vom Konstrukteur der Verbrennungskraftmaschine vorgesehene Verbrennungsraum (in Form und Volumen), der Kraftstoff (in Zusammensetzung, Viskosität, Dichte) und die Gewichtung der Zielsetzung (mehr Ökonomie oder mehr Ökologie). Eine Formoptimierung erfolgt in jedem Fall durch Iterationsversuche. The dimensioning of such injection holes 10 as bottleneck injection holes or bottleneck spray holes with respect to different diameters or cross sections, length of the individual functional areas, configuration of the funnel shape in the constriction section 16 and dimensional ratios of the individual functional areas to each other can be optimized for example via a simulation model. In this simulation model, the flow conditions of different injection media can also be simulated. The basis of calculation is the combustion chamber (in form and volume) provided by the designer of the internal combustion engine, the fuel (in composition, viscosity, density) and the weighting of the objective (more economy or more ecology). A form optimization takes place in each case by iteration experiments.

[0040] Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel schränkt die Erfindung nicht ein. Sie ist im Rahmen der beigefügten Ansprüche modifizierbar. The embodiment described above does not limit the invention. It is modifiable within the scope of the appended claims.

[0041] So kann das Spritzloch 10 mehr als eine Vorkammer 14 aufweisen, wobei mehrere zweite Funktionsbereiche B vorhanden sind. Es können auch mehrere Verengungsabschnitte 16 und somit mehrere Funktionsbereiche C möglich sein. Thus, the injection hole 10 may have more than one pre-chamber 14, wherein a plurality of second functional areas B are present. It is also possible for a plurality of narrowing sections 16 and thus a plurality of functional areas C to be possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

[0042] <tb>1<sep>Einspritzdüse <tb>2<sep>Körper <tb>3<sep>Düsenkuppe <tb>3 ́<sep>Wandstärke Düsenkuppe <tb>4<sep>Zulaufbohrung <tb>5<sep>Druckkammer <tb>6<sep>Spritzkammer <tb>7<sep>Düsennadel <tb>T<sep>Bohrung <tb>8<sep>Nadelspitze <tb>9<sep>Durchlass <tb>9 ́<sep>Nadelsitz <tb>10<sep>Spritzloch <tb>11<sep>Spritzkammerwand <tb>12<sep>Einlasskante <tb>13<sep>Einlassöffnung <tb>14<sep>Vorkammer <tb>15<sep>Verengung <tb>16<sep>Verengungsabschnitt <tb>17<sep>Führungskanal <tb>18<sep>Austrittsöffnung <tb>19<sep>Strahl-Abrisskante <tb>20<sep>Aussenfläche <tb>21<sep>Einspritzstrahl <tb>22<sep>Austrittswinkel <tb>A...E<sep>Funktionsbereich[0042] <Tb> 1 <sep> Injection <Tb> 2 <sep> Body <Tb> 3 <sep> injector cap <tb> 3 <sep> Wall thickness nozzle tip <Tb> 4 <sep> inlet bore <Tb> 5 <sep> Horn <Tb> 6 <sep> Spray Chamber <Tb> 7 <sep> nozzle needle <Tb> T <sep> Hole <Tb> 8 <sep> needlepoint <Tb> 9 <sep> passage <tb> 9 <sep> Needle seat <Tb> 10 <sep> injection port <Tb> 11 <sep> Spray chamber wall <Tb> 12 <sep> inlet edge <Tb> 13 <sep> inlet port <Tb> 14 <sep> antechamber <Tb> 15 <sep> constriction <Tb> 16 <sep> throat portion <Tb> 17 <sep> duct <Tb> 18 <sep> outlet opening <Tb> 19 <sep> jet-off edge <Tb> 20 <sep> outer surface <Tb> 21 <sep> injection jet <Tb> 22 <sep> exit angle <Tb> A ... E <sep> Function Area

Claims

1. injection nozzle (1), in particular hole nozzle for a compression-ignition engine, with: a. a body (2) in which a nozzle needle (7) is slidably guided; b. a pressure chamber (5) which communicates with an inlet bore (4) and via a passage (9) with a spray chamber (6), wherein the passage (9) has a needle seat (9) for cooperation with a needle tip (8) of the nozzle needle (7); and c. at least one injection hole (10), via which the injection chamber (6) communicates with the outside (tip) of the body (2), d. wherein the at least one injection hole (10) has a substantially bottle-like inner contour.

2. Injection nozzle (1) according to claim 1, characterized in that the substantially bottle-like inner contour comprises: a. at least one pre-chamber (14), which opens at one end with a rounded inlet opening (13) at the same rounding radii (12) in the injection chamber (6); and b. a cylindrical guide channel (17) which is connected to the other end of the at least one pre-chamber (14) and communicates via an outlet opening (18) with the outside (tip) of the body (2).

3. Injection nozzle (1) according to claim 2, characterized in that the at least one antechamber (14) at least in the inlet opening (13) has a diameter or cross section which is larger by at least 50% than the diameter or cross section of the guide channel (17). is.

4. Injection nozzle (1) according to claim 3, characterized in that the at least one pre-chamber (14) has at least one constriction (15) with at least one constriction section (16) and frusto-conical in the direction of the guide channel (17) is formed.

5. Injection nozzle (1) according to claim 3 and 4, characterized in that the length (between Pt 16 and Pt 18) of the guide channel (17) to the length (between Pt 13 and Pt 16) of the prechamber (14) in the ratio range of 1: 0.2 to 1: 0.8 moves.

6. Injection nozzle (1) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the outlet opening (18) of the guide channel (17) is formed sharp-edged.

7. Injection nozzle (1) according to one of claims 2 to 6, characterized in that by an outer surface (20) of the body (2) and an inner wall of the guide channel (17) formed exit angle (22) of the outlet opening (18) of the guide channel (17) is smaller than 90 ° and thus formed frusto-conical.

8. Injection nozzle (1) according to one of claims 2 to 7, characterized in that the at least one injection hole (10) in its overall length comprises a plurality of functional areas (A-E), which are arranged sequentially and rotationally symmetrical on the same axis.

9. Injection nozzle (1) according to claim 8, characterized in that a first functional area (A) has the inlet opening (13), a second functional area (B) which comprises at least one prechamber (14), a third functional area (C) which at least a constriction (15) includes, a fourth functional area (D) has the guide channel (17) and a fifth functional area (E) comprises the outlet opening (18).

10. Injection nozzle according to claim 9, characterized in that the bottle-neck-shaped function package A-E in modulated drilling operations from the outside (20) inwardly (13, 14, 16) is introduced.

11. Injection nozzle according to claim 9, characterized in that the bottle-neck-shaped function package A-E is combined in a structural unit and is pressed into a cylindrical injection hole.