DD154871A3 - INJECTION DEVICE FOR DIESEL ENGINES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einspritzduese mit mindestens zwei Spritzbohrungen und einem Duesenkoerper mit einer zu einem Sackloch hinreichenden Duesennadel, welche mittels Federkraft auf ihrem Sitz gehalten ist. Erzielt werden soll eine unterschiedliche Einspritzmengen-Verteilungscharakteristik zwischen den Spritzbohrungen in Abhaengigkeit von Motordrehzahl und Einspritzmenge. Aufgabe ist es, eine Einspritzduese der genannten Gattung so zu gestalten, dass die erwaehnte Verteilungscharakteristik ohne Doppelfuehrungen an der Duesennadel und im Duesenkoerper zwischen Sitzkonturen und gegebenenfalls steuernden Formkonturen erzielt wird. Geloest wird dies dadurch, dass in an sich bekannter Weise mindestens eine Spritzbohrung im Bereich des Sitzes der Duesennadel muendend angeordnet ist und diese Spritzbohrung einen groesseren Durchmesser als eine weitere im Sackloch muendende Spritzbohrung aufweist.The invention relates to a Einspritzduese with at least two spray holes and a Duesenkoerper with sufficient to a blind hole Duesennadel, which is held by means of spring force on their seat. To be achieved is a different injection quantity distribution characteristic between the spray holes as a function of engine speed and injection quantity. The object is to design an injection nozzle of the type mentioned in such a way that the mentioned distribution characteristic is achieved without double guides on the nozzle needle and in the nozzle body between seat contours and possibly controlling shape contours. This is solved by arranging at least one spray hole in the region of the seat of the nozzle needle in a manner known per se, and this spray hole has a larger diameter than a further injection bore in the blind hole.
Description
Titel: .'Title:.
Einspritzdüse für DieselmotorenInjector for diesel engines
Anwendungsgebiet der Erfindung?Field of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse, vorzugsweise für direkt einspritzende Dieselmotoren mit einem im Kolben angeordneten rotationskörperförmigen Brennraum, insbesondere mit um die Brennraumlängsachse rotierender Luftbewegung und mit einer Kraftstoffanlagerung auf der Wand oder im wandnahen Bereich, wobei die Einspritzdüse mindestens zwei Spritzbohrungen aufweist und aus einem Düsenkörper mit einer zu einem Sackloch hinreichenden Düsennadel besteht, welche mittels Federkraft auf ihren Sitz gehalten ist«,The invention relates to an injection nozzle, preferably for directly injecting diesel engines with a piston arranged in the rotary body combustion chamber, in particular with the combustion chamber longitudinal axis rotating air movement and with a fuel accumulation on the wall or near the wall, the injector has at least two spray holes and from a nozzle body with a sufficient to a blind hole nozzle needle, which is held by means of spring force on their seat,
Charakteristik des vorbekannten Standes der Technik:Characteristic of the Prior Art:
Es sind eine ganze Reihe von konstruktiven Varianten der vorstehend urarissenen Mehrloch-Düsenbauart vorbekannt , mit denen unterschiedliche Verhältnisse zwischen den Abspritzmengen der Spritzbohrüngen drehzahl- und einspritzmengenabhängig realisiert werden. Durch die USA-PS 3 559 892 ist es vorbekannt, die Düsennadel mit einem Kegelsitz und einem in einem Sackloch dichtend geführten Steuerzapfen auszuführen, wobei eine Spritzbohrung geringen Querschnittes vom Kegelsitz desThere is a whole series of constructive variants of the above urarissenen multi-hole nozzle type previously known, with which different ratios between the spray rates of Spritzbohrüngen speed and injection quantity are realized depending. It is already known from US Pat. No. 3 559 892 to carry out the nozzle needle with a conical seat and a control pin sealingly guided in a blind hole, wherein a sprayed bore of small cross-section from the conical seat of the
Düsenkörpers ausgehend angeordnet ist und eine weitere größere Spritzbohrung vom Sackloch ausgeht. Bei dieser Konstruktion werden die Verhältnisse der Teilmengen der beiden vorerwähnten Spritzlöcher drehzahl- und mengenab^- hängig beeinflußt, wobei der Nadelhub hierfür steuernd wirkt. .Düsenkörpers is arranged starting and another larger injection bore emanating from the blind hole. In this construction, the proportions of the subsets of the two aforementioned spray holes speed and quantity dependent - influenced, the needle stroke is controlling this. ,
Weiterhin ist es durch die DE-OS 2 434 339 und PR-PS 1 256 474 zum Beeinflussen der Verteilung des Kraftstoffes, insbesondere bei Leerlauf und niedrigen Drehzahlen, vorbekannt. Düsen mit mehreren steuernden Sitz- bzw, Passungsquerschnitten auszustatten, denen jeweils eine oder mehrere Spritζöffnungen zugeordnet sind. So sind bei der Düsenart DE-OS 24 34 399 und der DDR-PS 133 179 eine Reihe von Spritzbohrungen in einem dem Sitzkegel der Düsennadel nachgeordneten Ringraum mündend angeordnet. Eine weitere Serie von Spritzbohrungen geht vom Sackloch aus, wobei diese in ihrem Spritzverhalten von einem zum Düsenkörper gepaßten Steuerzapfen an der Düsennadel beeinflußt sind. Dabei kann die Düsennadel hubabhängig einer veränderbaren Federkraft und Federsteife unterliegen.Furthermore, it is previously known from DE-OS 2 434 339 and PR-PS 1 256 474 for influencing the distribution of the fuel, in particular at idle and low speeds. Equip nozzles with several controlling seat or, Passungsquerschnitten, each of which one or more Spritζöffnungen are assigned. Thus, in the nozzle type DE-OS 24 34 399 and the DDR PS 133 179 arranged a series of spray holes in a seat cone of the nozzle needle downstream annular space opening. Another series of spray holes is from the blind hole, which are influenced in their spray behavior of a nozzle body fitted to the control pin on the nozzle needle. In this case, the nozzle needle can be dependent on the stroke of a variable spring force and spring stiffness.
Gemäß der FR-PS 1 256 474 wird vermittels einer kegeligen Düsennadelspitze mit einer ringförmigen Zurücksetzung im Bereich der Mitte des Kegelmantels ein Doppelsitz bewirkt, in dem am unteren und oberen Ende der Düsennadel die kegelige Kontur auf einem Sitz im Düsenkörper aufruht. Eine Spritzbohrung mit geringem Querschnitt ist ausgehend von dem Bereich der ringförmigen Zurücksetzung im Kegelmantel der Düsennadel angeordnet, während weitere Spritzbohrungen unterhalb des zweiten Sitzes an der Kegelspitze im Sackloch münden.According to FR-PS 1 256 474 a double seat is effected by means of a conical nozzle needle tip with an annular reset in the region of the center of the conical surface, in which rests at the lower and upper end of the nozzle needle, the conical contour on a seat in the nozzle body. A spray hole with a small cross-section is arranged starting from the region of the annular reset in the conical surface of the nozzle needle, while further spray holes open below the second seat at the apex in the blind hole.
Nachteilig ist bei allen vorbeschriebenen Konstruktionen, daß jeweils zwei zueinander gepaßte Sitzkonturen bzw. Sitz- und Passungskonturen an der Düsennadel vnd in einem Sackloch im Düsenkörper hergestellt werden müssen. Weiterhin ist es durch die DE-OS 2 147 719 und die DD-PS 102 198 vorbekannt, zwei Serien von Spritzbohrungen beiA disadvantage of all constructions described above, that in each case two matched seat contours or seat and fit contours on the nozzle needle vnd must be made in a blind hole in the nozzle body. Furthermore, it is known from DE-OS 2,147,719 and DD-PS 102 198, two series of spray holes at
unterschiedlichen Drücken wirksam werden zu lassen« Hierzu ist die Düsennadel jeweils zweiteilig, wobei Jedes Teil einzeln von Federkraft belastet ist, ausgeführt, so daß zwei Dichtquerschnitte bei unterschiedlichen Drucken nacheinander öffnen, ao daß die Spritzbohrungen unterschiedlich in ihrer Charakteristik bei verschiedenen Drehzahlen und Einspritzmengen wirksam werden* Insbesondere diese zweiteilige Konstruktion ist aufwendig und kompliziert herstellbar, weil mehrere Teile zueinander geführt werden müssen und dabei passungsbedingte Dichtfunktionen zu gewährleisten haben, Torbekannt ist es auch durch die GB-PS 1 418 574» eine Anzahl von umfangsmäßig verteilten Spritzöffnungen vom Kegelsitz ausgehend zu beaufschlagen* Mit dieser Konstruk tion wird eine unterschiedliche Strahlkondition bewirkt, die sich bei unterschiedlichem Düsennadelhub einstellt«,For this purpose, the nozzle needle is in two parts, each part is individually loaded by spring force, executed so that two sealing cross sections open at different pressures successively, ao that the spray holes are different in their characteristics at different speeds and injection quantities effective In particular, this two-part construction is complicated and complicated to produce because several parts must be performed to each other and have to ensure fitting-related sealing functions, Torbekannt it is also by GB-PS 1 418 574 "a number of circumferentially distributed spray openings from the conical seat starting to act * With this design, a different jet condition is created, which occurs with different nozzle needle lift «,
Ziel der Erfindung?Object of the invention
Bei einer Einspritzdüse der eingangs ,genannten Art soll in Abhängigkeit von Motordrehzahl und Einspritzmenge eine unterschiedliche Mengenverteilungscharakteristik zwischen den Spritzbohrungen erzielt werden, wobei im unteren Drehzahl- und Lastbereich des Motors der Kraftstoff vorzugsweise über eine Neben-Spritzbohrung und mit weiterer Drehzahl- und Laststeigerung über die Hauptspritzbohrung austritt. Auch soll eine einfache Konstruktion der Düse bei guter Herstell- und Haltbarkeit gewährleistet werden.In an injector of the type mentioned, a different quantity distribution characteristic between the spray holes is to be achieved depending on engine speed and injection quantity, wherein in the lower speed and load range of the engine, the fuel preferably via a secondary spray hole and with further speed and load increase on the Main injection hole emerges. Also, a simple construction of the nozzle should be ensured with good manufacturing and durability.
Darlegung zum Wesen der Erfindung:Explanation of the essence of the invention:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Anordnung und Dimensionierung der Spritzbohrungen für eine mindestens zweistrahlige Düse zu schaffen, die die oben erwähnte Mengenverteilungscharakteristik gewährleistet und insbesondere Doppelführungen an der Düsennadel und im Düsenkörper zwischen Sitzkonturen und gegebenenfalls steuernden Formkonturen vermeidet. Insbesondere imThe invention has for its object to provide a suitable arrangement and dimensioning of the spray holes for an at least two-jet nozzle, which ensures the above-mentioned quantity distribution characteristic and in particular avoids double guides on the nozzle needle and the nozzle body between seat contours and optionally controlling shape contours. Especially in the
Düsenkörper soll eine einfache Herstellung der Dicht- und Steuerkonturen gewährleistet werden.Nozzle body is to ensure a simple production of the sealing and control contours.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Mehrloch-Einspritzdüse der eingangs beschriebenen Gattung dadurch erreicht, daß in an sich bekannter V/eise mindestens eine Spritzbohrung im Bereich des Sitzes der am Ende kegelförmig oder abgeflacht kegelförmig ausgeführten Düsennadel mündend angeordnet ist und diese Spritzbohrung einen größeren Durchmesser als eine weitere im Sackloch mündend angeordnete Spritzbohrung aufweist. Durch die geometrischen Verhältnisse der Spritzbohrungen und ihre Anordnung und die sich hieraus ergebenden Zuströmungsverhältnisse zu den Spritzbohrungen bei unterschiedlichem Ventilnadelhub ist es möglich, daß ein Steuerzapfen an der Düsennadel für die Steuerung der Einspritzmengenverhältnisse zwischen den zwei Spritzbohrungen entfällt. Durch die Strömungsverhältnisse am Ventilnadelsitz bei relativ kleinen Strömungsgeschwindigkeiten, z.B. bei Start- und Leerlauf, wird das Austreten von Kraftstoff aua der größeren Spritzbohrung weitgehend unterbunden. Erst bei höherer Motordrehzahl entsteht gegenüber dem Sackloch ein solcher Überdruck am Ventilnadelsitz, daß auch die größere Spritzbohrung eine anteilig höhere Einspritzmenge bringt. Somit wird im oberen Last- und Drehzahlbereich die Einspritzmenge hauptsächlich bei der größeren Spritzbohrung erhöht. Vorzugsweise beträgt das Durchmesserverhältnis zwischen der größeren im Sitz mündenden Spritzbohrung und der kleineren, im Sackloch mündenden Spritzbohrung 1,5 bis 2,3. Mit den vorangegebenen Merkmalen wird die gewünschte Verteilung der Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit und der Einspritzmenge auf die mindestens zwei Spritzbohrungen erreicht. Dies gewährleistet eine vorteilhafte Anpassung der Einspritzung an die motorischen Gegebenheiten der eingangs bestimmten Dieselmotor-Bauart zum Erzielen von niedriger Abgasemission.According to the invention the object is achieved in a multi-hole injection nozzle of the type described above, that in known per se at least one spray hole in the region of the seat of conical or flattened cone-shaped nozzle needle is arranged opening and this spray hole a larger diameter has another in the blind hole opening arranged injection hole. Due to the geometric conditions of the spray holes and their arrangement and the resulting inflow conditions to the spray holes at different valve needle, it is possible that a control pin on the nozzle needle for the control of the injection quantity ratios between the two spray holes deleted. Due to the flow conditions at the valve needle seat at relatively low flow velocities, e.g. at start and idle, the leakage of fuel aua the larger spray hole is largely prevented. Only at higher engine speed arises over the blind hole such an overpressure on the valve needle seat, that even the larger injection bore brings a proportionately higher injection quantity. Thus, in the upper load and speed range, the injection quantity is increased mainly in the larger spray hole. Preferably, the diameter ratio between the larger injection opening in the seat and the smaller injection opening in the blind hole is 1.5 to 2.3. With the vorangegebenen characteristics, the desired distribution of the injection quantity is achieved in dependence on the rotational speed and the injection quantity to the at least two spray holes. This ensures an advantageous adaptation of the injection to the engine conditions of the initially determined type of diesel engine for achieving low exhaust emission.
Vorteilhaft fällt die kleinere Bohrung annähernd mit der Düeenachse zusammen, wobei der Winkel zwischen den beiden Spritzbohrungen 20 bis 40° beträgt,, Diese Ausführung sichert den günstigen Einbau der Düse in den Zylinderkopf unter Berücksichtigung der notwendigen Strahllage.Advantageously, the smaller bore coincides approximately with the Düeenachse, the angle between the two spray holes is 20 to 40 ° ,, This design ensures the low installation of the nozzle in the cylinder head, taking into account the necessary beam position.
Ausführungsbeispielt Embodiment t
Anhand von Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und erzielten Ergebnisse nachfolgend beschrieben werden«, Es zeigt;With reference to drawings, an embodiment of the invention and the results obtained will be described below, It shows;
Fig. 1 einen Teilschnitt durch den Zylinderkopf eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung, aus dem die Anordnung der Einspritzdüse und die Lage der Einspritzstrahlen im Brennraum erkennbar sind,1 shows a partial section through the cylinder head of a diesel engine with direct injection, from which the arrangement of the injection nozzle and the position of the injection jets in the combustion chamber can be seen,
Fige 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Mehrlochdüse,Figure 2 e shows a longitudinal section through an inventive multi-hole nozzle,
Pig« 3 ein Diagramm über die Mengenverteilung bei gleich und unterschiedlich großen Spritzöffnungen bei verschiedenen Betriebszuständen des Motors,Pig "3 is a diagram of the quantity distribution at the same and different sized spray openings at different operating conditions of the engine,
Pig. 4 ein Diagr'amm über die Durchflußmengen der Spritzlöcher bei unterschiedlichem Hub der Düsennadel.Pig. 4 a Diagr'amm on the flow rates of the injection holes at different stroke of the nozzle needle.
In Pig· 1 ist die Anordnung einer erfindungsgemäßen Mehrlochdüse in einem Dieselmotor m it Direkteinspritzung gezeigt. Die Kraftstoffstrahlen ST 14 ST 15 aus den Spritzlöchern 14; 15 werden in unterschiedlichen Richtungen in den rotationssymmetrischen Brennraum 2 im Kolben3des Motors gerichtet. Es ist erkennbar, daß der Strahl ST 15 der kleineren Spritzbohrung 15 durch das Zentrum des Brennraumes führt, was überwiegend zu luftverteiltem Kraftstoff führt. Hingegen verläuft der Strahl ST 14 der Spritzbohrung 14 in Wandnähe des Brennraumes 2, wobei er vorzugsweise senkrecht zur Blockdrallströmung 4 oder leicht schräg gegen diese gerichtet ist« Der Kraftstoff wird in der Nähe derPig * 1 shows the arrangement of a multi-hole nozzle according to the invention in a diesel engine with direct injection. The fuel jets ST 14 ST 15 from the spray holes 14; 15 are directed in different directions in the rotationally symmetrical combustion chamber 2 in the piston 3des engine. It can be seen that the jet ST 15 of the smaller spray bore 15 passes through the center of the combustion chamber, which leads predominantly to air-distributed fuel. On the other hand, the jet ST 14 of the spray hole 14 extends in the vicinity of the wall of the combustion chamber 2, wherein it is preferably directed perpendicular to the block twist flow 4 or slightly obliquely against this «The fuel is in the vicinity of the
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Wand aufbereitet und nachfolgend unter Mitwirkung des Dralles gleichmäßig verbrannt.Wall processed and then burned evenly with the participation of the swirl.
In Pig. 2 ist der wesentliche Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Mehrlochdüse sichtbar. Im Düsenkörper 12 ist eine übliche Düsennadel 10 geführt gelagert. Diese Düsennadel 10 weist einen Düsennadelsitz 11 auf, dem ein Sitz 13 im Düsenkörper 12 zugeordnet ist.In Pig. 2, the essential section of a multi-hole nozzle according to the invention is visible. In the nozzle body 12, a conventional nozzle needle 10 is guided guided. This nozzle needle 10 has a nozzle needle seat 11, which is associated with a seat 13 in the nozzle body 12.
Eine große Spritzbohrung 14, die den Hauptstrahl bei normalen Betriebsbedingungen erbringt, mundet im Sitz 13 im Düsenkörper 12 und wird bei der tiefsten Stellung der Düsennadel vom Düsennadelsitz 11 abgedeckt. Eine kleinere Spritzbohrung 15, die vorzugsweise bei Startbedingungen im Leerlauf und im niedrigen Teillastbereich Kraftstoff abgibt, mündet im Sackloch 16 des Düsenkörpers 12. Es ist hervorzuheben, daß das Sackloch 16 in seinem Volumen minimiert ausgeführt ist, was einesteils durch geringe Tiefe oder aber durch einen kegeligen Ansatz am Ende der Düsennadel 10 nach dem Bereich des Düsennadelsitzes 11 bewirkt wird«A large injection bore 14, which provides the main jet under normal operating conditions, opens in the seat 13 in the nozzle body 12 and is covered by the nozzle needle seat 11 at the lowest position of the nozzle needle. A smaller spray hole 15, which emits fuel preferably at start conditions at idle and in the low part load range, opens in the blind hole 16 of the nozzle body 12. It should be emphasized that the blind hole 16 is performed minimized in volume, which partly by shallow depth or by a tapered approach at the end of the nozzle needle 10 to the area of the nozzle needle seat 11 is effected «
Fig. 3a; b vermittelt charakteristische Abspritzmengenkennlinien mit der erfindungsgemäßen Spritzlochanordnung. Das linke Diagramm - Fig. 3a - gilt für eine Pumpendrehzahl von 300 U/min und das rechte - Fig. 3b - für 1400 U/min. In beiden Diagrammen sind auf der Ordinate die Teilmengen der aus den Spritzbohrungen 14; 15 austretenden Spritz* mengen und auf der Abszisse die Gesamtmenge aufgetragen« Für die ausgezogenen Kurven beträgt das Durchmesserverhältnis der Spritzbohrungen 1,5 und für die gestrichelten Kurven 1,0, d.h. die Spritzbohrungen sind hier gleich groß.Fig. 3a; b conveys characteristic Abspritzmengenkennlinien with the spray hole arrangement according to the invention. The left diagram - Fig. 3a - applies for a pump speed of 300 rpm and the right - Fig. 3b - for 1400 rpm. In both diagrams are on the ordinate, the subsets of the spray holes 14; For the solid curves, the diameter ratio of the spray holes is 1.5 and for the dashed curves is 1.0, i. the spray holes are the same size here.
Bei 300 Pumpenumdrehungen pro Minute und Leerlaufmenge tritt der Kraftstoff wie angestrebt nahezu ausschließlich über die Spritzbohrung 15 aus. Mit größerer Gesamtmenge gleichen sich die Teilmengen für das Spritzbohrungsverhältnis d14 zu d15 = 1,5 dann annähernd an, während die gleich großen Spritzbohrungen 14; 15 ständig wesentlich mehr Kraftstoff aus der in das Sackloch 16 mündenden Spritzbohrung austritt.At 300 pump revolutions per minute and idling amount of fuel occurs as desired almost exclusively through the spray hole 15. With larger total amount, the subsets for the injection bore ratio d14 to d15 = 1.5 then approximately equal, while the same size spray holes 14; 15 constantly leaking substantially more fuel from the opening into the blind hole 16 spray hole.
Bei 1400 U/min besteht für die di4 zu d15 = 1,5 bereits bei kleinerer Gesamtmenge annähernd Mengengleichheit beider Spritzbohrungen 14; 15»und für gleich große Spritzbohrungen überwiegt auch hier die Spritzmenge QSt15 eindeutig. Die Auswirkungen der unterschiedlichen Zuflußverhältnisse zu den beiden Spritzbohrungen 14; 15 auf den effektiven Durchflußquerachnitt derselben veranschaulichen stationäre Durchflußraessungen an einer Düse mit gleich großen Spritzlöchern 14; 15 nach Pig«>4 nochmals deutlich. Bis zu einem Kadelhub von ca· 0,06mm tritt aus der in den Sitz 13 mündenden Spritzbohrung H praktisch kein Kraftstoff aus,und bei vollem Hadelhub überwiegt der effektive Durchflußquerschnitt der in das Sackloch 16 mündenden Bohrung 15 wiederum eindeutig* Die Spritzmengenverteilung bei 1400 U/min entsprechend Pig,3b entspricht annähernd dem Verhältnis der effektiven Durchflußquerschnitte in Pig«4«At 1400 rpm, for the di4 to d15 = 1.5, there is approximately equal quantity of both spray holes 14 even with a smaller total quantity. 15 »and for equally large spray holes, the QSt15 spray quantity clearly outweighs this. The effects of the different inflow conditions to the two spray holes 14; 15 on the effective Durchflußquerachnitt same illustrate stationary Durchflußraessungen on a nozzle with the same size spray holes 14; 15 after Pig «> 4 again clearly. Up to a Kadelhub of about · 0.06 mm occurs from the opening into the seat 13 injection bore H virtually no fuel, and at full Hadelhub outweighs the effective flow area of the opening into the blind hole 16 bore 15 again clearly * The spray quantity distribution at 1400 U / min corresponds to Pig, 3b corresponds approximately to the ratio of the effective flow cross sections in Pig «4«
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