DE102007029684A1

DE102007029684A1 - Kraftstoffeinspritzdüse

Info

Publication number: DE102007029684A1
Application number: DE200710029684
Authority: DE
Inventors: Cornelis Van Rinsum
Original assignee: Rinsum Cornelis Van Dipl-Ing
Current assignee: Rinsum Cornelis Van Dipl-Ing
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2009-01-08

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist, eine Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen zu schaffen, die bei stufenlos steuerbaren Einspritzquerschnitten eine variable Strahlbildung im ganzen Betriebsbereich sicherstellt und dabei die Verkokung von nicht benutzten Strömungskanälen vermeidet. Die Lösung besteht darin, dass die Düsennadel in Strömungsrichtung nach dem Ventilkegeldichtsitz im Düsenkörper ein Steuerelement besitzt, das nadelhubabhängig die Form und Größe des Einspritzquerschnittes vor verändert, dass für Leerlauf-, Teillast- und Volllastbetrieb eine optimale Strahlbildung erreicht wird. Durch geeignetes Passungsspiel der Strömungskontur zwischen Ventilkegeldichtsitz und Einspritzöffnung kann der Totraum, der zum Nachspritzen führen kann, auf ein Minimum reduziert werden. Damit lässt sich die Motorleistung, der Kraftstoffverbrauch, die Abgasemission und die Laufruhe eines Motors wesentlich verbessern. Die Anwendung ist sinnvoll bei Hochdruckeinspritzung für Dieselmotoren und Benzinmotoren mit Schichtladung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzdüse, die für Brennkraftmaschinen geeignet ist, gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Der Zweck einer derartigen Kraftstoff-Einspritzdüse besteht darin, die mit den wechselnden Lastzuständen einer Brennkraftmaschine verbundenen variablen Einspritzmengen von Kraftstoff immer mit optimaler Strahlbildung in den Brennraum eines Zylinders einzubringen und damit die Verbrennung und den Kraftstoffverbrauch bzw die Abgasemission verbessern.
Dies wird bei einer in Strömungsrichtung öffnenden Düsennadel dadurch erreicht, dass ein nach dem kegeligen Dichtsitz angeordneter am Umfang abdichtender Zapfen Strömungsnuten aufweist, die eine vom Nadelhub abhängige und in Form und Größe gleichmäßig veränderte Einspritzöffnung in der Größenordnung von den bisherigen Spritzlochbohrungen aufweist. Damit kann durch Hubsteuerung nicht nur bei Vollast, sondern auch für Teillast eine optimale Strahlzerstäubung erreicht werden.
Es sind Kraftstoff-Einspritzdüsen bekannt, bei denen ein Kegel sowohl als Dichtsitz als auch als Verschluß einer Spritzbohrung dient. Beim Öffnen bildet sich hier ein ringförmiger Einspritzquerschnitt, der einen kegeligen Einspritzstrahl bildet. Diese Art von Kraftstoff-Verteilung bzw. -Zertstäubung ist jedoch nicht für alle Brennräume geeignet um gute Gemischbildung und Zündung zu erreichen. Auch soll bei neueren Brennverfahren z. B. bei Benzinbetrieb mit Schichtladung eine gut zündfähige Kraftstoffwolke den Raum bei der Zündkerze erreichen und für Vollast der übrige Brennraum gleichmäßig von einem gut zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisch durchdrungen sein.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Einspritzdüse zu schaffen, die bei stufenlos steuerbaren Einspritzquerschnitten eine dementsprechende gute Strahlbildung ohne Verkokungsgefahr im ganzen Betriebsbereich sicherstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der kegelige Dichtsitz zwischen Düsennadel und Düsenkörper wie bekannt und erprobt beibehalten wird und die Spritzlochbildung unabhängig davon durch ein nachgeschaltetes Steuerelement so variabel gebildet wird, daß keine Verkokung durch teilweise unbenützte Strömungswege, wie z. B. abgedeckte Spritzbohrungen, entstehen kann. Außerdem kann mit diesem Steuerelement eine hubabhängige Einspritzquerschnitt – und Strahlveränderung erreicht werden.
Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen Bild 1 bis 4 dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben.
Bild 1. Düsennadelspitze mit einer kegeligen Rille im abdichtenden runden Zapfen, wobei die Spritzlochlänge durch eine verrundete kegelige Ansenkung H verkürzt ist und durch die Verrundung die Strahlaustrittsöffnung 90° ermöglicht wird, was nach dem Stand der heutigen Einspritztechnik bei Spritzlochdüsen eine bessere Zerstäubung ermöglicht.
1 Teil-Längsschnitt der Einspritzdüsenkuppe II-II in 2. mit Ansicht auf die kegelige Rille
2. Teil-Längsschnitt der Einspritzdüsenkuppe I-I in 1 mit Schnitt der Kegelrille und verrundete Kegelansenkung, die dem Einspritzstrahl freie Ausbreitung gewähren soll.
3. Ansicht der Einspritzdüsenkuppe III-III in 1. zeigt die Spritzlochbohrung bei Maximal-Hub.
4 Schnitt IV-IV in 2 zeigt die verkleinerte Spritzlochbohrung bei ca. halbem Hub
Bild 2. Düsennadelspitze mit zwei kegeligen Rillen um 90° versetzt
5 bis 8. entsprechend den obengenannten 1 bis 4.
Bild 3. Düsennadelspitze mit einem verrundeten Dreieckszapfen, der drei Kegelrillen in einer Ebene ermöglicht. Dies ergibt einen Düsenstrahl-Fächer und ist geeignet für flache Brennraummulde mit seitlichem Einspritzventil-Einbau. Der mittlere Kegel kann maßlich so ausgeführt werden, dass er gegebenenfalls als Zündstrahl zur Zündkerze bzw Glühkerze bei kleinster Einspritzmenge gerichtet ist.
1 bis 4 entspricht den vorgenannten Schnitten.
Bild 4. Düsennadelspitze mit drei (oder vier) Kegelrillen ist geeignet für kugeligen Brennraum.
Eine Kraftstoff-Einspritzdüse weist einen Düsenkörper auf, der in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigt ist und mit seinem unteren Ende, der dargestellten Düsenkuppe in den Brennraum eines Zylinders hineinragt. Innerhalb des Düsenkörpers ist eine Düsennadel axialbeweglich angeordnet, die gegen die Kraft einer nicht dargestellten Feder vom Kraftstoffdruck oder einem Magnet in Offenstellung bringbar ist. Mittels einer nicht dargestellten Einrichtung ist der Öffnungshub der Düsennadel einstellbar.
Am brennraumseitigen Ende der Düsennadel ist ein Steuerelement angeordnet, das zentral oder desachsiert, mit zylindrischem, dreieckigem oder polygonem Querschnitt ausgeführt sein kann und abdichtend im Düsenkörper geführt ist. In dem Steuerelement ist eine Steuernut (kegelige Rille) eingearbeitet. Die Steuernut formt den Einspritzstrahl in Verbindung mit der Steuerkante und ist deshalb so ausgebildet, daß bei verschiedenen Ventilhüben ein den Einspritzmengen und den Bedürfnissen des Brennraums entsprechender Spritzlochquerschnitt entsteht, der z. B. im Leerlauf einen gebündelten Strahl, bei Vollast eine Auffächerung ermöglicht.
Die Öffnungskurve und Einspritzstrahlrichtung ist im wesentlichen bestimmt vom Einströmwinkel an der Steuerkante. Der Übergang vom Ventilsitzkegel zur Steuerkante ist strömungsgünstig mit geringstmöglichem Spiel zum Düsenkörper ausgebildet um das Totvolumen kleinzuhalten, da dies zu Nachtropfen und unkontrollierter Verbrennung führen kann.
Der Ventilsitzkegel ist, wie bisher bewährt, mit 60° oder 90° mit den bekannten Werkstoffen ausgeführt, um gute Dauerhaltbarkeit bezüglich Ventileinschlag und dadurch möglicher Veränderung der Einspritzquerschnitts-Öffnungskurve vorzubeugen. Eine Ausführung mit desachsiertem, zylindrischem Steuerelement hat außer dem Vorteil der dadurch gegebenen Verdrehsicherung eine bessere Strömungsführung vom Ventilsitz zur Steuerbohrung.

Claims

Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einer in einem Düsenkörper geführten, gegen die Kraftstoffströmungsrichtung öffnenden Düsennadel, deren Einspritzquerschnitt hubabhängig steuerbar ist, mit einem Nadelkopf am brennraumseitigen Ende der Düsennadel, der in Strömungsrichtung nach dem kegeligen Dichtsitz ein den Ausströmquerschnitt steuerndes Element aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Nadelhub abhängige, in der Größe und Form veränderte Einspritzöffnung ermöglicht wird.
Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom Kegeldichtsitz zur Einspritzöffnung strömungsgünstig und mit geringstem Todraum ausgebildet wird.