DE102006004645B4

DE102006004645B4 - Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102006004645B4
Application number: DE102006004645A
Authority: DE
Inventors: Dr. Marquard Ralf; Dietmar Pinkernell; Dr. Vogel Christian; Gertrud Meggenrieder; Andreas Stichnoth
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2026-02-01
Also published as: JP5184789B2; CN101012796B; FI123581B; JP2007205355A; CN101012796A; FI20070028A; DE102006004645A1; FI20070028A0; KR20070078977A

Abstract

Um bei einem Kraftstoffinjektor mit einer Einspritzdüse mit einem im Wesentlichen rohrförmigen Düsenkörper 2 mit einer Längsachse A, indem eine Düsennadel 3 geführt ist, wobei der Düsenkörper brennraumseitig mind. eine Einspritzöffnung an einer Düsenkappe 7 aufweist, um Kraftstoff in einen Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine einzuspritzen und in eine Injektorbohrung 8 im Zylinderkopf 9 des Zylinders eingebaut ist, die brennraumseitige Temperatureinwirkung auf die Düsenkappe 7 zu reduzieren, ist vorgesehen, dass die äußere Umfangsfläche 10 eines Düsenkörperabschnitts 11 bzgl. der Längsachse A des Düsenkörpers 2 in Richtung Brennraum verjüngt bzw. zugespitzt ist, so dass der Querschnitt dieses Düsenkörperabschnitts 11 von der Düsenkappe 7 bis zu einem Spannbund 12 des brennraumseitigen Düsenkörperabschnitts 11 kontinuierlich zunimmt, so dass das Verhältnis von brennraumseitigem Durchmesser der Düse 1 zum Durchmesser eines Zylinders der Brennkraftmaschine 0,08 bis 0,11 beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit einer Einspritzdüse gemäß des Patentanspruchs 1.
Kraftstoffinjektoren werden allgemein bei Innenverbrennungsmotoren, wie Dieselmotoren, verwendet, um verbrennbaren Kraftstoff den Brennräumen von Zylindern des Motors zuzuführen.
Die Einspritzdüse stellt das Bindeglied zwischen Einspritzpumpe und Brennraum des Zylinders dar. Im Wesentlichen besteht ihre Hauptaufgabe in der Gestaltung des Einspritzverlaufs und der Abdichtung gegen den Brennraum.
Der zeitliche Verlauf des Kraftstoffstromes während der Einspritzung muss den jeweiligen Erfordernissen des Verbrennungsverlaufs angepasst sein. Die optimale Einspritzdauer ergibt sich durch eine Abstimmung der Pumpenfördermenge und dem Spritzlochquerschnitt.
Schließlich muss die Einspritzdüse des Einspritzsystems gegen die heißen, unter hohem Druck stehenden Verbrennungsgase abdichten.
Die Einspritzdüse besteht aus einer in der Regel federbelasteten Düsennadel und dem Düsenkörper. Die Düsennadel ist in der Führungsbohrung des Düsenkörpers leichtgängig, jedoch gegen hohe Einspritzdrücke dichtend geführt. Sie trägt an ihrem unteren Ende einen Dichtkonus, den die Düsenfeder im Ruhezustand auf die ebenfalls konische Dichtfläche des Düsenkörpers drückt. Die beiden Dichtkegel haben geringfügig unterschiedliche Öffnungswinkel, so dass zwischen Ihnen eine Linienberührung mit hoher Pressung und guter Dichtwirkung entsteht. Wird bekanntlich die Kraft aus dem Produkt aus Kraftstoffdruck und Druckfläche der Düsennadel größer als die Vorspannkraft der Düsenfeder, so wird die Nadel von ihrem Sitz gehoben und die Düse geöffnet. Nach dem Absinken des Einspritzdruckes schließt sich die Nadel aufgrund der Düsenfeder wieder.
Wegen ihrer hohen mechanischen und thermischen Belastung sind die Düsenbauteile in der Regel aus hochlegiertem Stahl hergestellt, vergütet und nitriert. Die Temperaturen an der Düse sollen möglichst eine bestimmte Temperatur nicht überschreiten, um Härteverluste am Nadelsitz zu vermeiden.
Aus diesem Grunde sind bereits gekühlte Einspritzdüsen entwickelt worden. Ungekühlte Kraftstoffeinspritzdüsen neigen bei Schwerölbetrieb zum Verkoken an der Düsenkappe und den Spritzlöchern. Diese Koksablagerungen beeinträchtigen die Zerstäubung, was zu einer ungünstigen Verbrennung führt. Zudem verschlechtern sie die Abgaswerte und der Verschleiß wird erhöht, wenn die Koksablagerungen abbrechen und ggf. in den Feuerstegbereich des Zylinders gelangen.
So zeigt bereits beispielsweise die DE 480 949 A eine gekühlte Einspritzdüse, bei der ein Düsenkörper ein Mantelrohr umgibt, wobei zwischen Düsenkörper und Mantelrohr gebildete Kanäle mit dem Kühlwasserkreislauf in Verbindung stehen.
Desweiteren zeigt auch bereits die DE 19858345 A1 eine Brennstoffeinspritzdüse, deren konstruktive Ausbildung, jedoch dadurch bedingt ist, dass diese die Fähigkeit besitzen soll, einen Brennstoff-Sprühnebel zu erzeugen, der eine reduzierte Sprüheindringung, einen erhöhten Sprühwinkel und eine reduzierte Teilchengröße zur gleichen Zeit besitzt.
Eine weitere Brennstoffeinspritzdüse ist in der DE 711939 C beschrieben, die ebenfalls eine wassergekühlte Einspritzdüse.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, für einen gattungsbildenden Kraftstoffinjektor eine konstruktive Lösung zu finden, womit die Einwirkung der hohen Temperaturen des Brennraums des Zylinders während des Motorbetriebs auf die Düsenkappe im Wesentlichen auf das Niveau einer wassergekühlten Einspritzdüse reduzierbar ist, ohne eine aufwändige Wasserkühlung vorsehen zu müssen.
Die obige Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass die äußere Umfangsfläche eines brennraumnahen Düsenkörperabschnitts bzgl. der Längsachse des Düsenkörpers in Richtung Brennraum verjüngt bzw. zugespitzt ist, so dass der Querschnitt des Düsenkörperabschnitts von der Düsenkappe bis zu einem Spannbund des brennraumnahen Düsenkörperabschnitts kontinuierlich zunimmt, so dass das Verhältnis vom brennraumseitigen Durchmesser der Düse zum Durchmesser eines Zylinders der Brennkraftmaschine 0,08 bis 0,11 beträgt, wird erreicht, dass die Wärmeeindringtiefe in den brennraumseitigen Düsenkörperabschnitt reduziert ist, so dass die Verkokung im Schwerölbetrieb geringer ist, wodurch wiederum die Abgaswerte verbessert, Verschleiß und Verschmutzung verringert sind, indem die Injektorbohrung des Zylinderkopfes einen brennraumnahen Düsenhalteabschnitt aufweist, dessen innere Umfangsfläche bezüglich Längsachse des Düsenkörpers korrespondierend mit dem verjüngten beziehungsweise zugespitzten Düsenkörperabschnitt ebenfalls verjüngt und größenmäßig angepasst ist, wird die Einspritzdüse des Kraftstoffinjektors gegen die heißen, unter hohem Druck stehenden Verbrennungsgase abgedichtet.
Da in besonders vorteilhafter Weise der brennraumnahe Düsenhalteabschnitt eine ringförmige, lippenartige Ausgestaltung aufweist, welche die Einspritzdüse bis auf die Düsenkappe brennraumseitig abschirmt, ist die Vorderfläche der Düsenkappe weiterhin verringert, so dass auch diese Maßnahme zur Verringerung der Temperatureindringtiefe beiträgt.
Als weitere besonders günstige Maßnahme ist anzusehen, dass zwischen dem Düsenhalteabschnitt und dem brennraumnahen Düsenkörperabschnitt ein angepasster, im Wesentlichen ringförmiger Abstandshalter zur Stützung und Sicherstellung der richtigen axialen Positionierung des Düsenkörpers relativ zur Injektorbohrung vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine Schnittansicht der Einspritzdüse des Kraftstoffinjektors, aufgenommen in einer Injektorbohrung eines Zylinderkopfes mit den erfindungswesentlichen Maßnahmen, die den bisherigen Ausbildungen eines gattungsgemäßen Kraftstoffinjektors andererseits gegenübergestellt sind.
Es ist anzumerken, dass Einspritzdüse und Zylinderkopf lediglich in schematischer Form dargestellt sind, um eine klarere beziehungsweise deutliche Darstellung des Verjüngungsmerkmals bzw. konischen Merkmale der vorliegenden Erfindung zu gestatten.
Ein nicht dargestellter Kraftstoffinjektor umfasst eine Einspritzdüse 1 mit einem im Wesentlichen rohrförmigen Düsenkörper 2, in diesem entlang seiner Längsachse A eine Düsennadel 3 geführt ist, die zum Beispiel mittels eines Federelements auf ihre Sitzfläche 4 gepresst wird. Der Kraftstoff gelangt durch eine hier nicht gezeigte, im Düsenkörper 2 vorgesehene Bohrung über einen Ringkanal 5 zur Nadelsitzfläche 4 und hebt, sobald der Druck von der nicht dargestellten Einspritzpumpe her genügend groß geworden ist, um die Kraft des Federelementes zu überwinden, die Düsennadel 3 an, so dass der Kraftstoff durch Spritzlöcher 6 einer Düsenkappe 7 ausspritzt.
Der Düsenkörper 2 ist in einer Injektorbohrung 8 im Zylinderkopf 9 eines Zylinders einer Brennkraftmaschine eingebaut.
Zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist die linke Seite I des Düsenkörpers 2 und Injektorbohrung 8 gemäß dem bisherigen Stand der Technik und die rechte Seite II gemäß den erfindungsgemäßen Maßnahmen dargestellt.
Bisher verliefen die äußere Umfangsfläche eines Düsenkörperabschnitts eines brennraumnahen Düsenkörperabschnitts und die dazu korrespondierende innere Umfangsfläche der Injektorbohrung parallel zu Längsachse A, so dass die Düsenkappe der Düsennadel frei in den Brennraum des Zylinders ragte.
Erfindungsgemäß ist nunmehr die äußere Umfangsfläche 10 eines brennraumnahen Düsenkörperabschnitts 11 bzgl. der Längsachse A des Düsenkörpers 2 in Richtung Brennraum rundum im Querschnitt verjüngt bzw. zugespitzt mit einem Winkel α ausgebildet, so dass der Querschnitt von der Düsenkappe 7 bis zu einem Spannbund 12 des brennraumnahen Düsenkörperabschnitts 11 kontinuierlich zunimmt, so dass das Verhältnis vom brennraumseitigen Querschnitt der Einspritzdüse 1 zum Querschnitt des Zylinders 0,08 bis 0,11 beträgt, so dass die Vorderfläche der Düsenkappe 7, verglichen mit der Seite I um ca. 70% verkleinert wurde bzw. das oben beschriebene Durchmesserverhältnis um ca. 50% reduziert wurde.
Weiter weist die Injektorbohrung 8 einen brennraumnahen Düsenhalteabschnitt 13 auf, dessen innere Umfangsfläche 14 bzgl. der Längsachse A korrespondierend mit dem verjüngten bzw. zugespitzten Düsenkörperabschnitt 11 ebenfalls verjüngt und größenmäßig unter Ausbildung ebenfalls des Winkels α angepasst ist. Der brennraumseitige Düsenhalteabschnitt 13 weist eine ringförmige, lippenartige Ausgestaltung 15 auf, welche die Einspritzdüse 1 bis auf die Düsenkappe 7 brennraumseitig abschirmt.
Zwischen dem Düsenhalteabschnitt 13 und dem brennraumnahen Düsenkörperabschnitt 11 ist ein angepasster, im Wesentlichen ringförmiger Abstandhalter 16 als zusätzliche Abdichtung vorgesehen.
Obwohl nur ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung gezeigt und beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. Vielmehr können Änderungen, Modifikationen und weitere Anwendungen vom Fachmann vorgesehen werden. So sind die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen des Kraftstoffinjektors ohne weiteres auch auf Commonrail-Systeme anwendbar.

Claims

Kraftstoffinjektor mit einer Einspritzdüse (1) mit einem im Wesentlichen rohrförmigen Düsenkörper (2) mit einer Längsachse A, in dem eine Düsennadel (3) geführt ist, wobei der Düsenkörper (2) brennraumseitig mindestens eine Einspritzöffnung (6) an einer Düsenkappe (7) aufweist, um Kraftstoff in einen Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine einzuspritzen und in eine Injektorbohrung (8) im Zylinderkopf (9) des Zylinders eingebaut ist, wobei die äußere Umfangsfläche (10) eines brennraumnahen Düsenkörperabschnitts (11) bezüglich der Längsachse A des Düsenkörpers (2) in Richtung Brennraum verjüngt bzw. zugespitzt ist, so dass der Querschnitt des Düsenkörperabschnitts (11) von der Düsenkappe (7) bis zu einem Spannbund (12) des brennraumnahen Düsenkörperabschnitts (11) kontinuierlich zunimmt, so dass das Verhältnis vom brennraumseitigen Durchmesser der Düse zum Durchmesser des Zylinders der Brennkraftmaschine 0,08 bis 0,11 beträgt, die Injektorbohrung (8) des Zylinderkopfes (9) einen brennraumnahen Düsenhalteabschnitt (13) aufweist, dessen innere Umfangsfläche (14) bezüglich der Längsachse A des Düsenkörpers (2) korrespondierend mit dem verjüngten bzw. zugespitzten brennraumnahen Düsenkörperabschnitt (11) ebenfalls verjüngt und größenmäßig angepasst ist und der brennraumnahe Düsenhalteabschnitt (13) eine ringförmige, lippenartige Ausgestaltung (15) aufweist, welche die Einspritzdüse (1) bis auf die Düsenkappe (1) brennraumseitig abschirmt, und weiterhin zwischen dem Düsenhalteabschnitt (13) und dem brennraumnahen Düsenkörperabschnitt (11) ein als zusätzliche Abdichtung geeigneter bezüglich der Längsachse A ringförmiger Abstandshalter vorgesehen ist.