DE102005059265A1 - Injector nozzle for e.g. diesel engine, has main holes for injecting fuel and arranged at tip of nozzle, and secondary holes arranged between two main holes, where one secondary hole causes small penetration depth than one of main holes - Google Patents

Injector nozzle for e.g. diesel engine, has main holes for injecting fuel and arranged at tip of nozzle, and secondary holes arranged between two main holes, where one secondary hole causes small penetration depth than one of main holes Download PDF

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Abstract

The nozzle (10) has a set of main holes (H1-H4) for injecting fuel into a cylinder and arranged at the cone-shaped tip of the nozzle, where the nozzle is arranged along a symmetrical axis of the cylinder. Secondary holes (S1-S4) are arranged between two main holes for injecting the fuel. The secondary hole (S1) causes a penetration depth smaller than one of the main holes. The middle point of the main holes is arranged on a circumference of the tip of the nozzle, and the middle point of the secondary holes is arranged on another circumference.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The present invention relates to an injection nozzle according to the preamble of Patent claim 1.

Bei direkteinspritzenden Verbrennungsmotoren wird der Kraftstoff durch eine Düse mit mehreren Löchern in den Brennraum eingebracht. Folge dieser Art von Kraftstoffeinbringung ist eine nicht vollständige Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches vor und während des Verbrennungsprozesses. Dies führt insbesondere bei Dieselmotoren zu einer nicht vollständigen Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes, so dass das dieselmotorische Abgas unverbrannte, teilverbrannte oder gecrackte, aber nicht oxidierte Bestandteile enthält.at Direct injection internal combustion engines, the fuel through a nozzle with several holes introduced into the combustion chamber. Result of this type of fuel injection is not complete Homogenization of the fuel-air mixture before and during the combustion process. this leads to especially in diesel engines to incomplete combustion of the injected fuel, so that the diesel engine exhaust unburned, partially burned or cracked, but not oxidized Contains ingredients.

Die Homogenisierung des Gemisches wurde bisher durch eine möglichst gleichmässige Verteilung des Kraftstoffes durch gleich grosse, gleichmässig über den Umfang an der Spitze der Einspritzdüse verteilte Löcher gelöst. Ausserdem wurden Einspritzsysteme und Motoren dahingehend optimiert, dass das Potential anderer, die Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches positiv beeinflussende Parameter, immer vollständiger genutzt werden kann. Hierzu zählen insbesondere:

  • – Die Anhebung des Einspritzdruckes
  • – Die Reduzierung der Lochdurchmesser von Einspritzlöchern
  • – Die Vergrößerung der Anzahl der Löcher von Einspritzdüsen
The homogenization of the mixture has hitherto been solved by a distribution of the fuel which is as uniform as possible through holes of equal size distributed uniformly over the circumference at the tip of the injection nozzle. In addition, injection systems and engines have been optimized in such a way that the potential of other parameters, which positively influence the homogenization of the fuel-air mixture, can be used more and more fully. These include in particular:
  • - The increase of the injection pressure
  • - The reduction of the hole diameter of injection holes
  • - Increase the number of holes of injectors

Doch auch mit diesen Massnahmen resultiert keine optimale Durchmischung des Kraftstoffes mit der Luft.But Even with these measures, no optimal mixing results of the fuel with the air.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzdüse vorzustellen, die Kraftstoff und Luft homogener durchmischt.Of the The present invention is therefore based on the object to introduce an injection nozzle, the Homogeneous mixing of fuel and air.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.These The object is achieved by the features specified in claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention are specified in further claims.

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für einen direkt einspritzenden Verbrennungsmotor zur homogenen Durchmischung von Kraftstoff mit Luft. Die Einspritzdüse umfasst eine erste Anzahl von gleichartigen Hauptlöchern, welche um die Spitze der Einspritzdüse herum angeordnet sind. Durch die Hauptlöcher ist Kraftstoff in einen Zylinder einspritzbar. Die Einspritzdüse umfasst zudem mindestens ein erstes Sekundärloch, durch welches Kraftstoff in den Zylinder einspritzbar ist. Das erste Sekundärloch ist zwischen einem ersten Hauptloch und einem zweiten unmittelbar zum ersten Hauptloch benachbarten Hauptloch angeordnet.The The invention relates to an injector for a direct injection Internal combustion engine for homogeneous mixing of fuel with Air. The injector includes a first number of similar main holes, which around the tip of the injector are arranged around. Through the main holes is fuel in one Cylinder injectable. The injector also includes at least one first secondary hole, through which fuel can be injected into the cylinder. The first Secondary hole is between a first main hole and a second immediately to first main hole adjacent main hole arranged.

Das erste Sekundärloch hat einen kleineren Durchmesser als die Hauptlöcher, zwischen denen es unmittelbar angeordnet ist und/oder das erste Sekundärloch bewirkt eine geringere Eindringtiefe des Kraftstoffes als das erste und das zweite Hauptloch. Dadurch wird eine homogenere Durchmischung von Kraftstoff mit Luft ermöglicht.The first secondary hole has a smaller diameter than the main holes, between which it immediately is arranged and / or the first secondary hole causes a lower Penetration depth of the fuel as the first and the second main hole. Thereby allows a more homogeneous mixing of fuel with air.

Die aus den Sekundärlöchern kommenden Einspritzstrahlen weisen mehr Tropfenformen auf, als gegenüber den aus Hauptlöchern kommenden Einspritzstrahlen, die sich gegen die Zylinderwand hin überproportional verbreitern. Dadurch bewirken die zwischen den Hauptlöchern befindlichen Sekundärlöcher eine erhöhte Kraftstoffdichte.The from the secondary holes coming injection jets have more droplet shapes than compared to the injection holes coming from the main holes, which widen disproportionately towards the cylinder wall. As a result, located between the main holes secondary holes cause a increased Fuel density.

Die folgenden Vorteile können sich zusätzlich erbeben:
Vorteilhafterweise sind zwischen mehreren unmittelbar benachbarten Hauptlöchern ein oder mehrere Sekundärlöcher angeordnet. Die Sekundärlöcher weisen einen kleineren Durchmesser als die unmittelbar benachbarten Hauptlöcher auf und/oder bewirken eine geringere Eindringtiefe von Kraftstoff in den Zylinder als die unmittelbar benachbarten Hauptlöcher.The following benefits can be even more significant:
Advantageously, one or more secondary holes are arranged between a plurality of directly adjacent main holes. The secondary holes have a smaller diameter than the immediately adjacent main holes and / or cause a lower penetration depth of fuel into the cylinder than the immediately adjacent main holes.

So kann beispielsweise zwischen dem zweiten Hauptloch und einem zum zweiten Hauptloch unmittelbar benachbarten dritten Hauptloch ein zweites Sekundärloch zur Einspritzung von Kraftstoff angeordnet sein.So For example, between the second main hole and one for second main hole immediately adjacent third main hole second secondary hole be arranged for injection of fuel.

Es kann jedoch auch zwischen einem dritten Hauptloch und einem zum dritten Hauptloch unmittelbar benachbarten vierten Hauptloch ein zweites Sekundärloch zur Einspritzung von Kraftstoff angeordnet sein.It But can also be between a third main hole and a for third main hole immediately adjacent fourth main hole second secondary hole be arranged for injection of fuel.

Eine besonders homogene Durchmischung von Kraftstoff mit Luft wird erreicht, wenn zwischen allen unmittelbar benachbarten Hauptlöchern ein Sekundärloch oder mehrere Sekundärlöcher angeordnet sind.A particularly homogeneous mixing of fuel with air is achieved if between all the immediately adjacent main holes one secondary hole or more secondary holes arranged are.

Dadurch dass alle Sekundärlöcher gleich groß sind und/oder alle Hauptlöcher gleich groß sind lässt sich die Einspritzdüse besonders einfach und kostengünstig herstellen.Thereby that all secondary holes are the same size and / or all major holes the same size can be the injector particularly easy and inexpensive produce.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:The Invention will be described below with reference to the drawings, for example explained in more detail. Showing:

1A einen Querschnitt durch die Spitze einer Einspritzdüse 10 gemäß dem Stand der Technik, 1A a cross section through the tip of an injection nozzle 10 according to the prior art,

1B Zonen mit fettem und nicht-fettem Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Zylinder für eine Einspritzung mittels der in 1A dargestellten Einspritzdüse, 1B Zones with a rich and non-greasy fuel-air mixture in one cylinder for one Injection by means of in 1A illustrated injection nozzle,

2A eine Einspritzdüse in einer ersten Ausführungsform, 2A an injection nozzle in a first embodiment,

2B Zonen mit fettem und nicht-fettem Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Zylinder für eine Einspritzung mittels einer Einspritzdüse nach der ersten Ausführungsform, 2 B Zones of rich and non-greasy fuel-air mixture in a cylinder for injection by means of an injection nozzle according to the first embodiment,

3 eine Abwicklung einer Zylinderprojektion einer Düsenspitze in einer zweiten Ausführungsform, 3 a development of a cylinder projection of a nozzle tip in a second embodiment,

4 eine Abwicklung einer Zylinderprojektion einer Düsenspitze in einer dritten Ausführungsform, 4 a development of a cylinder projection of a nozzle tip in a third embodiment,

5 eine Abwicklung einer Zylinderprojektion einer Düsenspitze in einer vierten Ausführungsform. 5 a development of a cylinder projection of a nozzle tip in a fourth embodiment.

1A zeigt einen Querschnitt durch die Spitze einer Einspritzdüse 10 gemäß dem Stand der Technik. Die Einspritzdüse 10 umfasst vier gleich große und auf dem Umfang des Injektorkopfs gleichmäßig angeordnete Hauptlöcher H1, H2, H3, H4, welche um die Spitze der Einspritzdüse 10 herum angeordnet sind. 1A shows a cross section through the tip of an injection nozzle 10 according to the prior art. The injector 10 comprises four equal and uniformly arranged on the circumference of the injector main holes H1, H2, H3, H4, which around the tip of the injector 10 are arranged around.

Konstruktionsbedingt führt die Einbringung des Kraftstoffes über gleich große Löcher zu einem nicht optimal homogenisierten Kraftstoff-Luft-Gemisch. Es resultieren Zonen mit fetterem Gemisch (hoher Kraftstoffanteil im Kraftstoff-Luft-Gemisch) und magere Zonen (niedrigerer Kraftstoffanteil im Kraftstoff-Luft-Gemisch).By design leads the Introduction of the fuel over same size holes to a not optimally homogenized fuel-air mixture. This results in zones with a richer mixture (high fuel content in the fuel-air mixture) and lean zones (lower fuel content in the fuel-air mixture).

1B zeigt fette Zonen 21 und magere Zonen 22 für eine Einspritzung in einen Zylinder 20 mittels der in 1A dargestellten Einspritzdüse 10. Die Einspritzdüse (nicht dargestellt) ist entlang der Symmetrieachse des Zylinders angeordnet. Die Einspritzung erzeugt für jedes Hauptloch H1, H2, H3, H4 eine im Wesentlichen kegelförmige fette Zone 21, welche sich zu der Zylinderwand 20 hin überproportional verbreitert. Zwischen den fetten Zonen befinden sich magere Zonen 22. 1B shows fat zones 21 and lean zones 22 for an injection into a cylinder 20 by means of in 1A illustrated injection nozzle 10 , The injection nozzle (not shown) is arranged along the axis of symmetry of the cylinder. The injection produces a substantially conical rich zone for each main hole H1, H2, H3, H4 21 , which are to the cylinder wall 20 out disproportionately widened. Between the fat zones there are lean zones 22 ,

2A zeigt einen Querschnitt durch die Spitze einer Einspritzdüse 10 in einer ersten Ausführungsform. Die Einspritzdüse 10 umfasst vier gleich große und gleichmäßig angeordnete Hauptlöcher H1, H2, H3, H4, welche um die Spitze der Einspritzdüse 10 herum angeordnet sind. Die Einspritzdü se 10 umfasst zusätzlich vier gleich große Sekundärlöcher S1, S2, S3, S4, welche in diesem Beispiel mittig zwischen den Hauptlöchern H1, H2, H3, H4 angeordnet sind. Die Sekundärlöcher S1, S2, S3, S4 weisen einen kleineren Durchmesser auf als die Hauptlöcher H1, H2, H3, H4. 2A shows a cross section through the tip of an injection nozzle 10 in a first embodiment. The injector 10 comprises four equal and evenly arranged main holes H1, H2, H3, H4, which surround the tip of the injection nozzle 10 are arranged around. The injection nozzle 10 additionally comprises four equally sized secondary holes S1, S2, S3, S4, which in this example are arranged centrally between the main holes H1, H2, H3, H4. The secondary holes S1, S2, S3, S4 have a smaller diameter than the main holes H1, H2, H3, H4.

2B zeigt fette Zonen 21; 21' und magere Zonen 22 für eine Einspritzung in einen Zylinder 20 mittels der in 2A dargestellten Einspritzdüse 10. Die Einspritzdüse (nicht dargestellt) ist entlang der Symmetrieachse des Zylinders angeordnet. Die Einspritzung erzeugt für jedes Hauptloch H1-H4 einen Einspritzstahl, welcher eine im Wesentlichen kegelförmige fette Zone 21 zur Folge hat, welche sich zu der Zylinderwand 20 hin überproportional verbreitert. Im Gegensatz zu den in 1B dargestellten fetten und mageren Zonen 21, 22, entstehen bei der Einspritzung zwischen den fetten Zonen 21 der Hauptlöcher H1, H2, H3, H4 tropfenförmige fette Zonen 21' der Sekundärlöcher S1, S2, S3, S4. 2 B shows fat zones 21 ; 21 ' and lean zones 22 for an injection into a cylinder 20 by means of in 2A illustrated injection nozzle 10 , The injection nozzle (not shown) is arranged along the axis of symmetry of the cylinder. The injection produces for each main hole H1-H4 an injection steel which is a substantially conical rich zone 21 which has the consequence to the cylinder wall 20 out disproportionately widened. Unlike the in 1B shown fat and lean zones 21 . 22 , occur at injection between oil zones 21 the main holes H1, H2, H3, H4 drop-shaped fat zones 21 ' the secondary holes S1, S2, S3, S4.

3 zeigt eine Abwicklung einer Zylinderprojektion einer Düsenspitze in einer zweiten Ausführungsform. In der Mitte zwischen vier gleich großen und gleichbeabstandeten angeordneten Hauptlöchern H1, H2, H3, H4 ist jeweils ein Sekundärloch S1, S2, S3, S4 mittig angeordnet. Dabei liegen die Mittelpunkte der Haupt- und Sekundärlöcher auf einer Geraden g. 3 shows a development of a cylinder projection of a nozzle tip in a second embodiment. In the middle between four equally sized and equally spaced arranged main holes H1, H2, H3, H4, a secondary hole S1, S2, S3, S4 is arranged centrally in each case. The centers of the main and secondary holes lie on a straight line g.

4 zeigt eine Abwicklung einer Zylinderprojektion einer Düsenspitze in einer dritten Ausführungsform. In der Mitte zwischen vier gleich großen und gleichbeabstandet angeordneten Hauptlöchern H1, H2, H3, H4 sind jeweils mehrere Sekundärlöcher S1, S2, S3, S4 in einer Reihe angeordnet, welche parallel zur Düsenachse liegt. Dadurch können von dem Einspritzstrahl der Hauptlöcher H1, H2, H3, H4 nicht erreichte Zonen besser angefettet werden. Das in 4 gezeigte Beispiel unterscheidet sich darin, dass zwischen den Hauptlöchern H1-H4 nunmehr drei Sekundärlöcher vorhanden sind und der Durchmesser eines Sekundärlochs aus 4 kleiner ist als der Durchmesser eines Sekundärlochs aus 3. 4 shows a development of a cylinder projection of a nozzle tip in a third embodiment. In the middle between four equally sized and equidistantly arranged main holes H1, H2, H3, H4 each have a plurality of secondary holes S1, S2, S3, S4 are arranged in a row which is parallel to the nozzle axis. As a result, zones not reached by the injection jet of the main holes H1, H2, H3, H4 can be better enriched. This in 4 The example shown differs in that between the main holes H1-H4 now three secondary holes are present and the diameter of a secondary hole 4 smaller than the diameter of a secondary hole 3 ,

Im in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind auch die Durchmesser der einzelnen Sekundärlöcher gleich. Bei einer ungeraden Anzahl von Sekundärlöchern zwischen jeweils zwei Hauptlöchern bietet es sich an den Mittelpunkt des mittleren Sekundärlochs auf die Gerade g anzuordnen. Die Mittelpunkte der zwischen zwei Hauptlöcher befindlichen Sekundärlöcher – hier drei-, befinden sich auf einer Geraden h, die die Mittelsenkrechten zu den beiden benachbarten Mittelpunkten der Hauptlöcher bildet.Im in 4 Shown embodiment, the diameter of the individual secondary holes are the same. With an odd number of secondary holes between each two main holes, it is advisable to arrange at the middle of the middle secondary hole on the straight line g. The centers of the secondary holes located between two main holes - here three - are located on a straight line h, which forms the mid-perpendicular to the two adjacent centers of the main holes.

5 zeigt eine Abwicklung einer Zylinderprojektion einer Düsenspitze in einer vierten Ausführungsform. Das in 5 gezeigte Beispiel unterscheidet sich, von den in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel darin, dass die Mittelpunkte der zwischen jeweils zwei benachbarten Hauptlöchern befindlichen Sekundärlöcher S1-S4, nicht auf der Gerade g angeordnet sind, sondern auf einer zur Gerade g parallelen Gerade g'. 5 shows a development of a cylinder projection of a nozzle tip in a fourth embodiment. This in 5 example shown differs from the ones in 3 shown embodiment in that the centers of the located between each two adjacent main holes secondary holes S1-S4, not on Gera de g are arranged, but on a line g parallel to the straight line g '.

Die Erfindung beschränkt sich keinesfalls auf Ausführungsformen mit vier Hauptlöchern H1, H2, H3, H4. Weitere Ausführungsformen sind mit zwei, drei, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, elf, zwölf oder mehr Hauptlöchern H1, H2, H3, H4 vorstellbar.The Restricted invention by no means to embodiments with four main holes H1, H2, H3, H4. Further embodiments are with two, three, five, six, seven, eight, nine, ten, eleven, twelve or more main holes H1, H2, H3, H4 conceivable.

Claims (7)

Einspritzdüse (10) für einen direkt einspritzenden Verbrennungsmotor zur homogenen Durchmischung von Kraftstoff mit Luft, die Einspritzdüse (10) umfassend – eine erste Anzahl von gleichartigen Hauptlöchern (H1, H2, H3, H4), durch welche Hauptlöcher (H1, H2, H3, H4) Kraftstoff in einen Zylinder (20) einspritzbar ist, – wobei die Hauptlöcher (H1, H2, H3, H4) um die Spitze der Einspritzdüse (10) herum angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Einspritzdüse mindestens ein Sekundärloch (S1, S2, S3, S4) umfasst, durch welches Kraftstoff in den Zylinder (20) einspritzbar ist, – zwischen einem ersten Hauptloch (H1) und einem zum ersten Hauptloch (H1) unmittelbar benachbarten zweiten Hauptloch (H2), mindestens ein erstes Sekundärloch (S1) zur Einspritzung von Kraftstoff angeordnet ist, – wobei das erste Sekundärloch (S1) für eine Einspritzung eine geringere Eindringtiefe des Kraftstoffes bewirkt als die eines der Hauptlöcher (H1, H2).Injector ( 10 ) for a direct injection internal combustion engine for homogeneous mixing of fuel with air, the injection nozzle ( 10 comprising a first number of similar main holes (H1, H2, H3, H4) through which main holes (H1, H2, H3, H4) fuel into a cylinder ( 20 ) is injectable, - wherein the main holes (H1, H2, H3, H4) around the tip of the injection nozzle ( 10 ) are arranged around, characterized in that - the injection nozzle comprises at least one secondary hole (S1, S2, S3, S4) through which fuel into the cylinder ( 20 ) is injectable, - between a first main hole (H1) and a first main hole (H1) immediately adjacent second main hole (H2), at least a first secondary hole (S1) is arranged for injection of fuel, - wherein the first secondary hole (S1) for injection causes a lower penetration depth of the fuel than that of one of the main holes (H1, H2). Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sekundärloch (S1) einen kleineren Durchmesser hat als eines der Hauptlöcher (H1, H2)injection according to claim 1, characterized in that the first secondary hole (S1) has a smaller diameter than one of the main holes (H1, H2) Einspritzdüse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Abstände von einem Hauptloch (H1, H2, H3, H4) zu seinen unmittelbaren benachbarten Hauptlöchern (H1, H2, H3, H4) für alle Hauptlöcher (H1, H2, H3, H4) gleich ist.Injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that distances from one main hole (H1, H2, H3, H4) to its immediate adjacent main holes (H1, H2, H3, H4) for all main holes (H1, H2, H3, H4) are the same is. Einspritzdüse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärloch (S1, S2, S3, S4) auf einer Mittelsenkrechten zu seinen beiden unmittelbar benachbarten Hauptlöchern (H1, H2, H3, H4) angeordnet ist.Injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary hole (S1, S2, S3, S4) is arranged on a bisector perpendicular to its two immediately adjacent main holes (H1, H2, H3, H4). Einspritzdüse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte der Hauptlöcher (H1, H2, H3, H4) auf einem ersten Umfang der kegelförmigen Spitze des Injektors angeordnet sind und die Mittelpunkte der Sekundärlöcher auf einem zweiten Umfang angeordnet sind.Injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the centers of the main holes (H1, H2, H3, H4) are arranged on a first circumference of the conical tip of the injector and the centers of the secondary holes are arranged on a second circumference. Einspritzdüse (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Umfang gleich oder ungleich ist.Injector ( 10 ) according to claim 5, characterized in that the first and second circumference is the same or different. Einspritzdüse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass alle Sekundärlöcher (S1, S2, S3, S4) gleich groß sind und/oder alle Hauptlöcher (H1, H2, H3, H4) gleich groß sind.Injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that all secondary holes (S1, S2, S3, S4) are the same size and / or all the main holes (H1, H2, H3, H4) are the same size.
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