DE10008445B4

DE10008445B4 - Kraftstoffeinspritzdüse für eine direkt einspritzende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10008445B4
Application number: DE2000108445
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl.-Ing. Bürgler; Gerhard Dipl.-Ing. Heimel; Peter Dipl.-Ing. Herzog
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: AT3983U2; DE10008445A1; AT3983U3

Abstract

Kraftstoffeinspritzdüse (1) für eine direkt einspritzende Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit einer in einem Führungszylinder (4) eines Düsenkörpers (2) axial verschiebbaren Düsennadel (3), wobei die Kraftstoffzuführung über eine in der Düsennadel (3) angeordnete Längsbohrung (7) in den Bereich eines Nadelsitzes (8) der Düsennadel (3) erfolgt, mit im Düsenkörper (2) angeordneten ersten Spritzöffnungen (10) und von den ersten Spritzöffnungen (10) in Richtung einer Achse (3a) der Düsennadel (3) beabstandeten, in einer Reihe angeordneten zweiten Spritzöffnungen (20), deren Eintrittsquerschnitte (21) im Bereich eines Zylindermantels (4a) des Führungszylinders (4) angeordnet sind, wobei in Richtung der Achse (3a) der Düsennadel (3) von den Eintrittsquerschnitten (21) der zweiten Spritzöffnungen (20) beabstandete Eintrittsquerschnitte (9) der ersten Spritzöffnungen (10) im Bereich des Zylindermantels (4a) des Führungszylinders (4) angeordnet sind, so dass bei einem Öffnungshub der Düsennadel (3) die Eintrittsquerschnitte (9, 21) zuerst der ersten und danach der zweiten Spritzöffnungen (10, 20) von einer Steuerkante (11) der Düsennadel...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für eine direkt einspritzende Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit einer in einem Führungszylinder eines Düsenkörpers axial verschiebbaren Düsennadel, wobei die Kraftstoffzuführung über eine in der Düsennadel angeordnete Längsbohrung in den Bereich eines Nadelsitzes der Düsennadel erfolgt, mit im Düsenkörper angeordneten ersten Spritzöffnungen und von den ersten Spritzöffnungen in Richtung einer Achse der Düsennadel beabstandeten, in einer Reihe angeordneten zweiten Spritzöffnungen, deren Eintrittsquerschnitte im Bereich eines Zylindermantels des Führungszylinders angeordnet sind, wobei in Richtung der Achse der Düsennadel von den Eintrittsquerschnitten der zweiten Spritzöffnungen beabstandete Eintrittsquerschnitte der ersten Spritzöffnungen im Bereich des Zylindermantels des Führungszylinders angeordnet sind, so dass bei einem Öffnungshub der Düsennadel die Eintrittsquerschnitte zuerst der ersten und danach der zweiten Spritzöffnungen von einer Steuerkante der Düsennadel überstrichen werden.
Bei heutigen direkt einspritzenden Dieselmotoren besteht der Zielkonflikt zwischen der Erfüllung der vom Gesetzgeber geforderten besonders niedrigen Abgasemissionen in einem bestimmten Testzyklus einerseits und dem Wunsch nach hoher Leistung andererseits. Für die Erfüllung der Abgasgrenzwerte ist die Anwendung eines kleinen Spritzlochquerschnittes im Testzyklus – also bei eher niedrigen Lasten und Drehzahlen – eine sehr effektive Maßnahme. Dementgegen steht allerdings eine stark reduzierte, mögliche Leistungsausbeute im Bereich der Nennleistung. Um eine höhere Leistungsausbeute zu erreichen wäre eher eine Vergrößerung des Spritzlochquerschnittes von Vorteil. Dies gilt allgemein, insbesondere aber für Motoren mit Speichereinspritzsystemen.

Aus der DE 35 33 014 C2 ist eine Einspritzdüse bekannt, bei der die Eintrittsöffnungen in den Spritzlöcher in einer Kegelfläche der Düsenspitze angeordnet sind. Dadurch wird bei geringerem Düsennadelhub bereits der volle Eintrittsquerschnitt der Einspritzlöcher freigegeben.

Die DD 223 496 A1 und die AT 2 380 U zeigen Einspritzdüsen mit Spritzöffnungen, deren Eintrittsquerschnitte im Bereich des Zylindermantels des Führungszylinders angeordnet sind. Die Eintrittsquerschnitte werden von einer Steuerkante der Düsennadel überstrichen, wodurch sich unterschiedliche Spritzlochquerschnitte und Einspritzmengen realisieren lassen.

Aus der DE 27 11 350 A1 ist eine Einspritzdüse der eingangs genannten Art bekannt, bei der die ersten Spritzöffnungen im Bereich einer kegeligen Ventilsitzflä che angeordnet sind. Die Einspritzquerschnitte dieser ersten Spritzöffnungen und deren Einspritzmengen können nicht beeinflusst werden.

Die Veröffentlichungen DE 138 18 862 A1 , DE-OS 20 14 215 und DE 196 45 900 A1 offenbaren Einspritzdüsen mit ersten und zweiten Spritzöffnungen, welche in Richtung der Achse der Düsennadel voneinander beabstandet sind und zeitlich nacheinander von der Steuerkante der Düsennadel bei einem Öffnungshub überstrichen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzdüse zu entwickeln, bei der auf möglichst einfache Weise die Einspritzmenge verändert werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Anzahl der zweiten Spritzöffnungen größer ist, als die Anzahl der ersten Spritzöffnungen und dass die Anzahl der zweiten Spritzöffnungen ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der ersten Spritzöffnungen ist. Auf diese Weise kann die Einspritzmenge optimal an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Düsenhubverlauf und demzufolge der Spritzlochquerschnittsverlauf durch Steuerung des Zulaufquerschnittes und/oder des Ablaufquerschnittes eines Steuerraumes einstellbar ist. Die Einstellung des Ventilhubes kann dabei bei einem konventionellen Speichereinspritzventil dadurch erfolgen, dass die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Düsennadel im gesamten Betriebsbereich vor allem durch die Auslegung der Zulauf- und Ablaufdrossel sowie den die Schließkraft auf die Düsennadel steuernden Steuerzylinder erfolgt. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Steuerung des Zulauf- oder des Ablaufquerschnittes über einen Piezo-Steller erfolgt. Weiters ist es denkbar, dass auf die Düsennadel zumindest eine Schließfeder in Schließrichtung wirkt.

Die erste bzw. die zweite Spritzöffnung kann einen kreisförmigen, einen rechteckigen oder einen dreieckigen Eintrittsquerschnitt aufweisen.

Im Rahmen der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die zweiten Spritzöffnungen in zumindest einer Reihe angeordnet sind. Es ist auch möglich, mehrere Reihen von Spritzöffnungen vorzusehen, deren Eintrittsquerschnitte voneinander beabstandet sind.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Achsabstand zwischen erster und zweiter Spritzöffnung etwa 1.5 bis 2.5, vorzugsweise etwa 2, mal dem größten Durchmesser der ersten oder zweiten Spritzöffnung beträgt.

Dabei kann die Kombination der beiden Spritzlochgruppen auf vielfache Weise dargestellt werden, wobei sowohl unterschiedliche Spritzlochanzahlen als auch Spritzlochdurchmesser sinnvoll kombiniert werden können. So kann etwa vorgesehen sein, dass zumindest eine zweite Spritzöffnung einen größeren oder kleineren Querschnitt als zumindest eine erste Spritzöffnung aufweist.

Um eine gleichmäßige Kraftstoffeinbringung in den Brennraum zu erreichen, ist es weiters vorteilhaft, wenn die Achsen der ersten Spritzöffnung und der zweiten Spritzöffnung mit der Achse der Düsennadel im wesentlichen den gleichen Winkel aufspannen.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
1 eine erfindungsgemäße Einspritzdüse,
2 und 3 verschiedene Betätigungsmechanismen für die Düsennadel und
4 ein Detail aus 1.
1 zeigt eine Einspritzdüse 1, bestehend aus einem Düsenkörper 2 und der im Führungszylinder 4 des Düsenkörpers 2 längsverschiebbaren Düsennadel 3. Der einzuspritzende Kraftstoff gelangt dabei über die Zulaufbohrung 5, die Querbohrung 6 und die Längsbohrung 7 innerhalb der Düsennadel 3 in den Bereich des Nadelsitzes 8 der Düsennadel 3, welche in 4 detailliert in halb geöffneter Stellung dargestellt ist. Die Eintrittsquerschnitte 9 der ersten Spritzöffnungen 10 der Einspritzdüse 1 sind im unteren Bereich des Zylindermantels 4a des Führungszylinders 4 angeordnet. Von den ersten Spritzöffnungen 10 beabstandet, befinden sich darüber in einer Reihe angeordnete zweite Spritzöffnungen 20, welche im Längsschnitt etwa parallel zu den ersten Spritzöffnungen 10 ausgerichtet sind. Die Achsen 10a, und 20a der ersten Spritzöffnungen 10 und zweiten Spritzöffnungen 20 spannen mit der Achse 3a der Düsennadel 3 etwa den gleichen Winkel α auf. Der Abstand a zwischen den Achsen 10a und 20a der ersten und zweiten Spritzöffnung 10, 20 beträgt dabei etwa 1,5 bis 2,5, beispielsweise 2, mal dem größten Durchmesser der ersten oder zweiten Spritzöffnung 10, 20. In der dargestellten Ausführung weisen die zweiten Spritzöffnungen 20 vorteilhafterweise einen größeren Querschnitt auf, als die ersten Spritzöffnungen 10. Auch die Anzahl der zweiten Spritzöffnungen 20 ist vorzugsweise größer als die Anzahl der ersten Spritzöffnungen 10 und beträgt beispielsweise ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der ersten Spritzöffnungen 10. In 4 ist mit d der Durchmesser einer ersten Spritzöffnung 10 und mit D der Durchmesser einer zweiten Spritzöffnung 20 bezeichnet. Die Düsennadel 3 weist im Bereich der Eintrittsquerschnitte 9 der ersten Spritzöffnung 10 eine Steuerkante 11 auf, welche bei einem Hub der Düsennadel 3 zuerst die Eintrittsquerschnitte 9 der ersten Spritz öffnungen 10 und danach die Eintrittsquerschnitte 21 der zweiten Spritzöffnungen 20 überstreicht. Mit Bezugszeichen 12a ist eine Leckölleitung bezeichnet.
Die Betätigung der Düsennadel 3 erfolgt in bekannter Weise, wobei die Öffnungskraft durch den Druck des einzuspritzenden Kraftstoffes aufgebracht wird. Die Schließkraft für die Düsennadel 3 kann hydraulisch über einen beispielsweise mit einem Speichereinspritzsystem in Verbindung stehenden Steuerkolben 13 und/oder über vorgespannte Schließfedern 17, 18 erfolgen.
2 zeigt dazu einen hydraulischen Betätigungsmechanismus 12. Dabei weist der Schaft der Düsennadel 3 an seinem von der Düse abgewandten Ende einen Steuerkolben 13 auf, der an einen Steuerraum 14 des Düsenhalters 15 grenzt. Der Steuerraum 14 steht über eine Zulaufdrossel mit einem Hydrauliksystem, beispielsweise einem Speichereinspritzsystem und über eine Ablaufdrossel mit einem Leckölkreislauf in Verbindung. Die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Düsennadel 3 wird in erster Linie durch die Auslegung der Zulaufdrossel und der Ablaufdrossel bestimmt, wobei niedriger Speicherdruck kleine Geschwindigkeiten bedingt und umgekehrt. Durch entsprechende Dimensionierung der Zulaufdrossel und Ablaufdrossel werden die Eintrittsquerschnitte 9, 21 der ersten und zweiten Spritzöffnungen 10, 20 mit vorbestimmter Geschwindigkeit nacheinander von der Steuerkante 11 der Düsennadel 3 überstrichen, wodurch eine kontrollierte Veränderung des Spritzlochquerschnittes und der Einspritzmenge möglich ist.
Eine flexiblere Veränderung des Spritzlochquerschnittes kann erreicht werden, wenn der Querschnitt der Zulaufdrossel oder der Querschnitt der Ablaufdrossel durch ein Ventil 16 verändert werden kann. Die Betätigung des Ventiles 16 erfolgt vorteilhafterweise über einen Piezo-Steller, sie kann aber auch über einen Elektromagneten erfolgen.
3 zeigt einen weiteren Betätigungsmechanismus zum Aufbringen der Schließkraft auf die Düsennadel 3. Die Schließkraft wird dabei von zwei Schließfedern 17 und 18 mit unterschiedlichen Federkennlinien bzw. mit unterschiedlich eingestellten Federvorspannungen aufgebracht. Auf die geschlossene Düsennadel 3 wirkt die Kraft der schwächeren Schließfeder 17. Nach Zurücklegen eines bestimmten Ersthubes h, wird die Düsennadel 3 in Kontakt mit einer Anlaufscheibe 19 gebracht, welche durch die zweite, stärkere Schließfeder 18 vorgespannt ist. Dadurch ist beispielsweise bei niedrigem Speicherdruck nur ein bestimmter Ersthub h möglich. Erst bei hohem Speicherdruck wird der Gesamtnadelhub wirksam. Den beiden Hüben sind dabei bestimmte freigegebene Eintrittsquerschnitte 9 der Spritzöffnungen 10 zugeordnet. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Teillast/Vollast-Regelung im Motorkennfeld durchführen.
In den Ausführungsbeispielen ist die Nadelsitzfläche 8a des Nadelsitzes 8 im wesentlichen normal zur Achse 3a der Düsennadel 3 ausgebildet. Der Nadelsitz 8 schließt dabei direkt an die Steuerkante 11 an. Daneben ist aber auch eine kegelige Ventilsitzfläche möglich.
Die Querschnitte der Spritzöffnungen 10 können rund, rechteckig, dreieckig sein oder jede beliebige, beispielsweise durch Funkenerosion herstellbare geometrische Form aufweisen.
Obwohl die Erfindung anhand eines Speichereinspritzsystems beschrieben ist, ist der Einsatz in anderen Einspritzsystemen, beispielsweise mit herkömmlichen, nockengetriebenen Verteiler- oder Reiheneinspritzpumpen, ebenfalls möglich.

Claims

Kraftstoffeinspritzdüse (1) für eine direkt einspritzende Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit einer in einem Führungszylinder (4) eines Düsenkörpers (2) axial verschiebbaren Düsennadel (3), wobei die Kraftstoffzuführung über eine in der Düsennadel (3) angeordnete Längsbohrung (7) in den Bereich eines Nadelsitzes (8) der Düsennadel (3) erfolgt, mit im Düsenkörper (2) angeordneten ersten Spritzöffnungen (10) und von den ersten Spritzöffnungen (10) in Richtung einer Achse (3a) der Düsennadel (3) beabstandeten, in einer Reihe angeordneten zweiten Spritzöffnungen (20), deren Eintrittsquerschnitte (21) im Bereich eines Zylindermantels (4a) des Führungszylinders (4) angeordnet sind, wobei in Richtung der Achse (3a) der Düsennadel (3) von den Eintrittsquerschnitten (21) der zweiten Spritzöffnungen (20) beabstandete Eintrittsquerschnitte (9) der ersten Spritzöffnungen (10) im Bereich des Zylindermantels (4a) des Führungszylinders (4) angeordnet sind, so dass bei einem Öffnungshub der Düsennadel (3) die Eintrittsquerschnitte (9, 21) zuerst der ersten und danach der zweiten Spritzöffnungen (10, 20) von einer Steuerkante (11) der Düsennadel (3) überstrichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der zweiten Spritzöffnungen (20) größer ist, als die Anzahl der ersten Spritzöffnungen (10) und dass die Anzahl der zweiten Spritzöffnungen (20) ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der ersten Spritzöffnungen (10) ist.
Kraftstoffeinspritzdüse (1) nach Anspruch 1, für ein Speichereinspritzsystem, wobei zur Aufbringung einer Nadelschließkraft die Düsennadel (3) an einen hydraulischen Steuerzylinder mit einer Zulaufdrossel und einer Ablaufdrossel grenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenhubverlauf und demzufolge der Spritzlochquerschnittsverlauf durch Steuerung des Zulaufquerschnittes und/oder des Ablaufquerschnittes des Steuerraumes (14) stufenlos einstellbar ist.
Kraftstoffeinspritzdüse (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Zulauf- oder des Ablaufquerschnittes über einen Piezo-Steller erfolgt.
Kraftstoffeinspritzdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Düsennadel (3) zumindest eine Schließfeder (17, 18) in Schließrichtung wirkt.
Kraftstoffeinspritzdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite Spritzöffnung (20) einen größeren Querschnitt als zumindest eine erste Spritzöffnung (10) aufweist.
Kraftstoffeinspritzdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite Spritzöffnung (20) einen kleineren Querschnitt als zumindest eine erste Spritzöffnung (10) aufweist.
Kraftstoffeinspritzdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (10a, 20a) der ersten Spritzöffnungen (10) und der zweiten Spritzöffnungen (20) mit der Achse (3a) der Düsennadel (3) im wesentlichen den gleichen Winkel (α) aufspannen.
Kraftstoffeinspritzdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten Spritzöffnungen (10, 20) einen kreisförmigen Eintrittsquerschnitt (9, 21) aufweisen.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten Spritzöffnungen (10, 20) einen rechteckigen Eintrittsquerschnitt (9, 21) aufweisen.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten Spritzöffnungen (10, 20) einen dreieckigen Eintrittsquerschnitt (9, 21) aufweisen.