DE10005009A1 - Seated-hole nozzle for air-compressing internal combustion engine; has point of discontinuity between nozzle body and nozzle needle, to generate turbulence - Google Patents
Seated-hole nozzle for air-compressing internal combustion engine; has point of discontinuity between nozzle body and nozzle needle, to generate turbulenceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Sitzlochdüse für eine luftverdichtende Brennkraftmaschine, mit einer in einem Düsenkörper längsverschiebbar geführten Düsennadel, die an ihrem brennraumseitigen Ende eine kegelförmige Dichtfläche aufweist und im geschlossenen Zustand an einer kegeligen Dichtfläche des Düsenkörpers anliegt, und die mit mindestens einem von der Dichtfläche am Düsenkörper zum Brennraum führenden Spritzloch versehen ist.The invention relates to a seat hole nozzle for a air-compressing internal combustion engine, with one in one Nozzle body which is guided in a longitudinally displaceable manner a conical sealing surface at its combustion chamber end has and in the closed state on a conical Sealing surface of the nozzle body rests, and with at least one from the sealing surface on the nozzle body to the combustion chamber leading spray hole is provided.
Es ist eine Sitzlochdüse aus "Shell-Lexikon-Verbrennungsmotor, Supplement der MTZ und ATZ", Folge 8, Heft 12, Jahrgang 1995, Bild E.36 (3) bekannt, bei der in einem Düsenkörper eine Düsennadel längsverschiebbar geführt ist, die an ihrem brennraumseitigen Ende eine kegelförmige Dichtfläche aufweist und im geschlossenen Zustand an einer kegeligen Dichtfläche, beziehungsweise an einen Sitzkonus des Düsenkörpers anliegt, in dem mindestens ein von der düsenkörperseitigen Dichtfläche ausgehendes und zum Brennraum hinführendes Spritzloch verläuft. Die Düsennadel ragt mit ihrer Nadelspitze in ein Sackloch, das durch den brennraumseitigen Abschluß des Düsenkörpers begrenzt wird.A seat hole nozzle from "Shell Lexicon internal combustion engine, supplement of the MTZ and ATZ", episode 8 , issue 12, year 1995, image E.36 ( 3 ) is known, in which a nozzle needle is guided in a longitudinally displaceable manner in a nozzle body has a conical sealing surface on its combustion chamber end and, when closed, bears against a conical sealing surface or against a seat cone of the nozzle body, in which at least one spray hole extending from the nozzle body side sealing surface and leading to the combustion chamber runs. The tip of the nozzle needle protrudes into a blind hole which is delimited by the end of the nozzle body on the combustion chamber side.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einfache Maßnahmen an der Sitzlochdüse einer Brennkraftmaschine zu treffen, durch die eine Verbesserung des Verbrennungsgeräusches und der Abgasemission erreichbar ist. The invention has for its object simple measures to hit the seat hole nozzle of an internal combustion engine through which an improvement in combustion noise and Exhaust emission is achievable.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Spritzloch hin im Bereich des geringsten durchlaßbestimmenden Querschnitts zwischen der kegeligen Dichtfläche der Düsennadel und der kegeligen Dichtfläche des Düsenkörpers mindestens eine turbulenzerzeugende Unstetigkeitsstelle vorgesehen ist.The object is achieved in that Spray hole in the area of the lowest passage determining Cross section between the conical sealing surface of the nozzle needle and the conical sealing surface of the nozzle body at least one turbulence generating discontinuity is provided.
In den Unteransprüchen sind noch vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen der Erfindung angegeben.In the subclaims are still advantageous and beneficial Developments of the invention specified.
Eine derartige Unstetigkeitsstelle erzeugt im Kraftstoffstrom Turbulenzen, durch die der Druck im Kraftstoff abfällt. Als Folge davon wird eine kleine Kraftstoffmenge mit einem Einspritzdruck eingespritzt, der unter dem von der Hochdruckpumpe erzeugten Einspritzdruck liegt. Die Unstetigkeitsstelle wirkt nur bei kleinen Öffnungshüben der Düsennadel. Wenn zu Beginn einer Einspritzung mit niedrigerem Druck als dem maximal möglichen Druck weniger Kraftstoff eingespritzt wird, ergibt sich daraus ein sanft ansteigender Verbrennungsdruckverlauf, durch den eine Verbesserung des Verbrennungsgeräusches erreichbar ist.Such a discontinuity creates in the fuel flow Turbulence that causes the pressure in the fuel to drop. As As a result, a small amount of fuel with a Injection pressure injected below that of the High pressure pump generated injection pressure is. The Discontinuity only works with small opening strokes Nozzle needle. If at the beginning of a lower injection Pressure than the maximum possible pressure less fuel is injected, this results in a gently rising Combustion pressure curve through which an improvement in Burning noise is achievable.
Wird also bei einer Voreinspritzung in den Verdichtungshub oder zu Beginn der Haupteinpritzung mit niedrigem Druck eingespritzt, dringt der Kraftstoffstrahl nicht bis zur Zylinderwand vor. Der Kraftstoff nimmt an der Verbrennung teil. Würde jedoch der Kraftstoffstrahl an der Zylinderwand auftreffen, wird der Kraftstoff nicht verbrannt, sondern vom Kolben in den Kurbelraum mitgerissen werden und dort das Motorschmieröl verdünnen.So in a pre-injection in the compression stroke or at the beginning of the main injection with low pressure injected, the fuel jet does not reach the Cylinder wall in front. The fuel participates in the combustion. However, the fuel jet would hit the cylinder wall the fuel is not burned, but from the Pistons are carried into the crankcase and there that Dilute engine lubricating oil.
Im geschlossenen Zustand der Düse bei auf der kegeligen Dichtfläche des Düsenkörpers aufliegender Düsennadel wird die Unstetigkeitsstelle vollständig von den kegeligen Dichtflächen derart überdeckt, daß keine Verbindung zwischen der Unstetigkeitsstelle und dem Spritzloch besteht. When the nozzle is closed, on the conical one The sealing surface of the nozzle body resting on the nozzle needle becomes the Discontinuity completely from the tapered sealing surfaces so covered that no connection between the Point of discontinuity and the spray hole.
Allerdings bleibt der für die Haupteinspritzung notwendig hohe Einspritzdruck erhalten, weil die Unstetigkeitsstelle, wenn die Düsennadel ganz angehoben ist, keinen so starken Einfluß mehr hat, da der Strömungsquerschnitt im Bereich der kegeligen Flächen groß ist.However, the high level necessary for the main injection remains Receive injection pressure because the discontinuity when the Nozzle needle is raised completely, no longer so strong influence has because the flow cross section in the area of the conical Is large.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anhand von Ausführungsbeispielen nachfolgend näher erläutert.The invention is illustrated in the drawing and based on Exemplary embodiments explained in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 den unteren Teil einer Sitzlochdüse mit einer im Düsenkörper angeordneten Unstetigkeitsstelle und mit einer Düsennadel in Öffnungsstellung, Fig. 1 the lower part of a seat-hole nozzle with a nozzle body arranged in the point of discontinuity and with a nozzle needle in the opening position,
Fig. 2 die Düsennadel in Schließstellung und Fig. 2, the nozzle needle in the closed position and
Fig. 3 eine Sitzlochdüse, bei der die Unstetigkeitsstelle in der Düsennadel vorgesehen ist. Fig. 3 is a seat hole nozzle in which the discontinuity is provided in the nozzle needle.
Eine für eine luftverdichtende Brennkraftmaschine vorgesehene Sitzlochdüse 1 gemäß den Fig. 1 bis 3 besteht in ihrem unteren Bereich aus einem Düsenkörper 2 und einer darin längsverschieblich geführten Düsennadel 3, deren kegelige Dichtfläche 4 einer kegeligen Dichtfläche 5 am Düsenkörper angepaßt ist. Die Düsennadel ist in Fig. 1 in Öffnungsstellung und in Fig. 2 in Schließstellung gezeigt. In dieser Stellung liegt die Düsennadel 3 mit ihrer kegeligen Dichtfläche 4 an der kegeligen Dichtfläche 5 des Düsenkörpers 2 abdichtend an.A seat hole nozzle 1 for an air-compressing internal combustion engine according to FIGS . 1 to 3 consists in its lower region of a nozzle body 2 and a nozzle needle 3 which is guided longitudinally displaceably therein and whose conical sealing surface 4 is adapted to a conical sealing surface 5 on the nozzle body. The nozzle needle is shown in FIG. 1 in the open position and in FIG. 2 in the closed position. In this position, the nozzle needle 3 lies with its conical sealing surface 4 on the conical sealing surface 5 of the nozzle body 2 in a sealing manner.
Der Düsenkörper 2 weist ein Spritzloch 6 auf, das ausgehend von der kegeligen Dichtfläche 5 in den nicht näher dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine mündet.The nozzle body 2 has a spray hole 6 which, starting from the conical sealing surface 5, opens into the combustion chamber of the internal combustion engine, which is not shown in detail.
Im Bereich der kegeligen Dichtflächen 4, 5 in unmittelbarer Nähe zum Spritzloch 6, jedoch in Strömungsrichtung vor dem Spritzloch, ist eine Unstetigkeitsstelle 7 oder 8 angebracht. A discontinuity 7 or 8 is provided in the area of the conical sealing surfaces 4 , 5 in the immediate vicinity of the spray hole 6 , but in the direction of flow in front of the spray hole.
Bei geschlossener Düsennadel ist die Unstetigkeitsstelle 7, 8 gänzlich von den jeweils gegenüberliegenden kegeligen Dichtflächen 4, 5 abgedeckt, so daß keine Verbindung zu dem Spritzloch 6 besteht.When the nozzle needle is closed, the discontinuity 7 , 8 is completely covered by the opposite conical sealing surfaces 4 , 5 , so that there is no connection to the spray hole 6 .
Der Kraftstoffdruck wird durch die nicht dargestellte Einspritzpumpe erzeugt und steuert direkt in Abhängigkeit der Einspritzpumpe das Anheben der Düsennadel 3, oder er wird bei Common-Rail-Einspritzsystemen in der Hochdruckpumpe erzeugt und elektronisch über elektromagnetische oder piezoelektrische Aktuatoren angesteuert, damit die Düsennadel 3 sich von der kegeligen Sitzfläche 5 des Düsenkörpers 2 abhebt.The fuel pressure is generated by the injection pump (not shown) and controls the lifting of the nozzle needle 3 directly as a function of the injection pump, or it is generated in common rail injection systems in the high-pressure pump and controlled electronically via electromagnetic or piezoelectric actuators so that the nozzle needle 3 moves away the conical seat surface 5 of the nozzle body 2 lifts off.
Beim Anheben der Düsennadel 3 wird der Einlaßquerschnitt des Spritzloches 6 durch die kegelige Dichtfläche 4 der Düsennadel 3 freigegeben und der Kraftstoff in den Brennraum gespritzt. Während des Öffnungsvorganges steigt der Kraftstoffdruck schnell auf seinen maximalen Wert an, den er beibehält, bis die Düsennadel 3 beim Schließen auf den Düsenkörper 2 auftrifft, und das Spritzloch 6 mit ihrer kegeligen Dichtfläche 4 verschließt.When the nozzle needle 3 is raised, the inlet cross section of the spray hole 6 is released through the conical sealing surface 4 of the nozzle needle 3 and the fuel is injected into the combustion chamber. During the opening process, the fuel pressure quickly rises to its maximum value, which it maintains until the nozzle needle 3 strikes the nozzle body 2 when it closes, and closes the spray hole 6 with its conical sealing surface 4 .
Bekanntlich bewirkt der schnelle Anstieg des Einspritzdruckes auf seinen Maximalwert, daß eine große Kraftstoffmenge in den Brennraum schnell eingebracht wird und rasch verbrennt. Das schnelle Verbrennen bewirkt einen steilen Druckanstieg im Brennraum, was sich zur Fahrzeugumgebung hin als unangenehmes und lautes Geräusch bemerkbar macht.As is well known, the rapid increase in injection pressure causes to its maximum value that a large amount of fuel in the Combustion chamber is introduced quickly and burns quickly. The rapid combustion causes a steep increase in pressure in the Combustion chamber, which turns out to be unpleasant to the vehicle surroundings and makes loud noise noticeable.
Bei einer Voreinspritzung durchdringt ein mit höchstem Druck eingespritzter Kraftstoffstrahl mühelos den Brennraum und schlägt sich an der Brennraumwand nieder. Dies ist von zweifachem Nachteil. Erstens kann der Kraftstoff nicht an der Verbrennung teilnehmen, und zweitens wird der Kraftstoffniederschlag vom Kolben mitgerissen und in den Kurbelraum eingebracht. Das führt zu einer für den Schmierölkreislauf des Motors gefährlichen Ölverdünnung. With a pre-injection, one penetrates with the highest pressure injected fuel jet effortlessly the combustion chamber and is reflected on the combustion chamber wall. This is from double disadvantage. First, the fuel cannot run on the Attend combustion, and secondly, the Fuel deposits are carried away by the piston and into the Crankcase introduced. That leads to one for the Lube oil circuit of the engine dangerous oil thinning.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Unstetigkeitsstelle 7, 8 wird bei kleinem Düsennadelhub der Druck im Kraftstoffsystem zwischen Düsennadelspitze und Spritzloch 6 abgesenkt, so daß zu Beginn der Einspritzung weniger Kraftstoff mit geringerem Druck eingespritzt wird. Der Zeitraum bis zum Erreichen des maximalen Abspritzdruckes wird verlängert. Dadurch wird eine wesentlich weichere Verbrennung erreicht, d. h. ein geringerer Gradient des Druckanstieges. Es wird eine sanfte Voreinspritzung ermöglicht bei gleichzeitigem Vermeiden von Ölverdünnung.The arrangement of the discontinuity 7 , 8 according to the invention lowers the pressure in the fuel system between the nozzle needle tip and the spray hole 6 with a small nozzle needle stroke, so that less fuel is injected at a lower pressure at the start of the injection. The period until the maximum spray pressure is reached is extended. This results in a much softer combustion, ie a lower gradient of the pressure increase. A gentle pre-injection is made possible while avoiding oil dilution.
Die Unstetigkeitsstelle 7 ist in Fig. 1 als Umfangsnut dargestellt. Die Umfangsnut hat einen Querschnitt mit mehreren Geraden und mit einer scharfen Kante 7a zur kegeligen Dichtfläche hin. Die Unstetigkeitsstelle 8 ist in Fig. 3 als Umfangsnut dargestellt. Die Umfangsnut hat einen Querschnitt mit mehreren Geraden und mit einer scharfen Kante 8a zur kegeligen Dichtfläche hin. Die jeweilige Umfangsnut kann auch unterschiedlich gestaltete Querschnitte aufweisen, z. B. einen kreisbogenförmigen Querschnitt.The discontinuity 7 is shown in Fig. 1 as a circumferential groove. The circumferential groove has a cross section with several straight lines and with a sharp edge 7 a towards the conical sealing surface. The discontinuity 8 is shown in Fig. 3 as a circumferential groove. The circumferential groove has a cross section with several straight lines and with a sharp edge 8 a towards the conical sealing surface. The respective circumferential groove can also have different cross-sections, z. B. an arcuate cross section.
Durch eine plötzliche Querschnittserweiterung und anschließende Querschnittsverengung im Verlaufe der Strömung entlang der kegeligen Dichtflächen 4, 5 entstehen in der Strömung Unstetigkeiten, die sich als Turbulenzen mit sich daraus ergebendem Druckabfall darstellen. Der Querschnitt soll der Erosion an den Kanten zur Dichtfläche durch den Kraftstoffstrom widerstehen, aber gleichzeitig eine große Turbulenz in den vorbeiströmenden Kraftstoff einbringen.A sudden widening of the cross-section and subsequent narrowing of the cross-section in the course of the flow along the conical sealing surfaces 4 , 5 result in discontinuities in the flow, which are represented as turbulence with the resulting pressure drop. The cross section is intended to resist the erosion at the edges to the sealing surface by the fuel flow, but at the same time introduce a large amount of turbulence into the fuel flowing past.
In Fig. 1 ist die Unstetigkeitsstelle 7 durchgehend umlaufend in der kegeligen Dichtfläche 5 im Düsenkörper 2 dargestellt. Eine solche Umfangsnut läßt sich einfach beim Herstellen des Düsenkörpers einbringen. Ebenfalls einfach läßt sich eine Umfangsnut in die kegelige Dichtfläche 4 der Düsennadel 3 einbringen, wie in Fig. 3 gezeigt. In Fig. 1, the discontinuity 7 is shown all the way round in the conical sealing surface 5 in the nozzle body 2 . Such a circumferential groove can easily be introduced when producing the nozzle body. A circumferential groove can also be easily introduced into the conical sealing surface 4 of the nozzle needle 3 , as shown in FIG. 3.
Als weiteres Ausführungsbeispiel kann die Umfangsnut einmal oder mehrfach unterbrochen sein, wie in Fig. 3 dargestellt. Eine Unterbrechung der Umfangsnut im Düsenkörper 2 kann für eine Lageorientierung gegenüber dem Spritzloch 6 von Vorteil sein.As a further exemplary embodiment, the circumferential groove can be interrupted once or several times, as shown in FIG. 3. An interruption of the circumferential groove in the nozzle body 2 can be advantageous for orientation in relation to the spray hole 6 .
Die Geschwindigkeit der Strömung nimmt im Bereich der kegeligen Dichtfläche 4, 5 in Strömungsrichtung zu, da durch die Kegelform der Strömungsquerschnitt immer kleiner wird. Die größte Geschwindigkeit der Strömung herrscht demnach im kegeligen Bereich der Dichtflächen unmittelbar vor dem Spritzloch 6.The speed of the flow increases in the area of the conical sealing surface 4 , 5 in the direction of flow, since the flow cross-section becomes smaller and smaller due to the conical shape. The greatest velocity of the flow therefore prevails in the conical area of the sealing surfaces immediately in front of the spray hole 6 .
In geschlossenem Zustand darf die Unstetigkeitsstelle keine Verbindung zu den Spritzlöchern haben, da ansonsten sich das Schadvolumen der Düse, das nur das Volumen des Spritzloches 6 umfasst, um das Volumen der Unstetigkeitsstelle vergrößern würde. Die Unstetigkeitsstelle 7 im Düsenkörper wird im geschlossenen Zustand der Düse von der kegeligen Dichtfläche 4 der Düsennadel abgedeckt, oder die Unstetigkeitsstelle 8 in der Düsennadel wird im geschlossenen Zustand der Düse von der kegeligen Dichtfläche 5 des Düsenkörpers abgedeckt.In the closed state, the point of discontinuity must have no connection to the spray holes, since otherwise the damage volume of the nozzle, which only comprises the volume of the spray hole 6 , would increase by the volume of the point of discontinuity. The discontinuity 7 in the nozzle body is covered by the conical sealing surface 4 of the nozzle needle in the closed state of the nozzle, or the discontinuity 8 in the nozzle needle is covered by the conical sealing surface 5 of the nozzle body in the closed state of the nozzle.
Besonders vorteilhaft wirkt die Unstetigkeitsstelle 7, 8 nicht nur bei der normalen Kraftstoffeinspritzung, die durch Turbulenzen im Düsensitzbereich eine sanfte Verbrennung und Druckanstieg ermöglicht, sondern insbesondere auch bei der sogenannten Voreinspritzung, bei der nur eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Eine geringe Kraftstoffmenge läßt sich dadurch erreichen, daß nur für eine kurze Zeit eingespritzt wird, d. h., daß der Zeitanteil für das Öffnen und Schließen der Sitzlochdüse 1 gegenüber der Zeit, in der die Sitzlochdüse ganz geöffnet ist, überwiegt. Das bedeutet, daß während der Voreinspritzung meist mit niedrigem Druck eingespritzt wird.The discontinuity 7 , 8 is particularly advantageous not only in normal fuel injection, which enables gentle combustion and pressure increase due to turbulence in the nozzle seat area, but in particular also in so-called pre-injection, in which only a small amount of fuel is injected. A small amount of fuel can be achieved by injecting only for a short time, that is to say that the proportion of time for opening and closing the seat hole nozzle 1 outweighs the time in which the seat hole nozzle is fully open. This means that injection is usually carried out at low pressure during the pre-injection.
Wenn ein piezoelektrischer Aktuator anstatt eines elektromagnetischen Servoventils den Nadelhub einer Sitzlochdüse 1 direkt steuert, ergibt sich als weiterer Vorteil die Möglichkeit, einen bestimmten beliebigen Hub der Düsennadel 3 einzustellen und zu halten. Dies erlaubt eine Kraftstoffeinspritzung mit beliebigem Druck unterhalb des Maximaldruckes auszuführen, in Abhängigkeit des Hubes der Düsennadel 1, der mittels eines piezoelektrischen Aktuators frei wählbar ist.If, instead of an electromagnetic servo valve, a piezoelectric actuator controls the needle stroke of a seat hole nozzle 1 directly, there is the further advantage of being able to set and maintain a specific stroke of the nozzle needle 3 . This allows fuel injection to be carried out at any pressure below the maximum pressure, depending on the stroke of the nozzle needle 1 , which can be freely selected by means of a piezoelectric actuator.
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| DE2000105009 Ceased DE10005009A1 (en) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | Seated-hole nozzle for air-compressing internal combustion engine; has point of discontinuity between nozzle body and nozzle needle, to generate turbulence |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10005009A1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003031807A1 (en) * | 2001-10-05 | 2003-04-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Fuel-injection valve |
| WO2004027255A1 (en) * | 2002-09-04 | 2004-04-01 | Robert Bosch Gmbh | Fuel-injection valve for internal combustion engines |
| WO2007100471A1 (en) * | 2006-02-28 | 2007-09-07 | Caterpillar Inc. | Fuel injector having nozzle member with annular groove |
| DE102011007887A1 (en) * | 2011-04-21 | 2012-10-25 | Continental Automotive Gmbh | Nozzle assembly for an injection valve and injection valve |
| DE102011007894A1 (en) * | 2011-04-21 | 2012-10-25 | Continental Automotive Gmbh | Nozzle assembly for injection valve, has nozzle body with central axis, in which nozzle body recess and two injection openings are arranged, where nozzle body recess is hydraulically coupled with high-pressure cycle of fluid |
-
2000
- 2000-02-04 DE DE2000105009 patent/DE10005009A1/en not_active Ceased
Cited By (7)
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| WO2003031807A1 (en) * | 2001-10-05 | 2003-04-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Fuel-injection valve |
| US7188790B2 (en) | 2001-10-05 | 2007-03-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Fuel-injection valve |
| WO2004027255A1 (en) * | 2002-09-04 | 2004-04-01 | Robert Bosch Gmbh | Fuel-injection valve for internal combustion engines |
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| DE102011007894A1 (en) * | 2011-04-21 | 2012-10-25 | Continental Automotive Gmbh | Nozzle assembly for injection valve, has nozzle body with central axis, in which nozzle body recess and two injection openings are arranged, where nozzle body recess is hydraulically coupled with high-pressure cycle of fluid |
| WO2012143264A1 (en) * | 2011-04-21 | 2012-10-26 | Continental Automotive Gmbh | Nozzle assembly for an injection valve and injection valve |
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