DE102013020719A1 - Fuel injector for a diesel engine - Google Patents
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Abstract
Kraftstoffinjektor (1) für einen Dieselmotor, – mit einer Düse (2), in welchem mindestens ein Einspritzloch (6) mit einer Auslassöffnung (7) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (3) des Dieselmotors vorgesehen ist, – wobei das Einspritzloch (6) im Wesentlichen die geometrische Formgebung eines Hohlzylinders aufweist, welcher sich entlang einer axialen Richtung (A) über eine vorbestimmte Axiallänge (L) hinweg in der Düse (2) erstreckt, – wobei das Einspritzloch (6) einen ersten Axialabschnitt (8a) mit einer ersten axialen Abschnittslänge (L1) und mit einer Einlassöffnung (9) umfasst, in welchem das Einspritzloch (6) einen konstanten Durchmesser (D1) aufweist, – wobei das Einspritzloch (6) einen zweiten Axialabschnitt (8b) mit einer zweiten axialen Abschnittslänge (L2) aufweist, der zwischen erstem Axialabschnitt (8a) und Auslassöffnung (7) angeordnet ist und sich in Axialrichtung (A) bis zur Auslassöffnung (7) konisch verjüngt, – wobei eine Konizität (K) des zweiten Axialabschnitts (8b) einen Wert von 0,7 bis 3,5 aufweist.A fuel injector (1) for a diesel engine, comprising - a nozzle (2) in which at least one injection hole (6) is provided with an outlet opening (7) for injecting fuel into a combustion chamber (3) of the diesel engine, - the injection hole ( 6) has substantially the geometric shape of a hollow cylinder which extends along an axial direction (A) over a predetermined axial length (L) in the nozzle (2), - wherein the injection hole (6) has a first axial portion (8 a) a first axial section length (L1) and with an inlet opening (9), in which the injection hole (6) has a constant diameter (D1), - wherein the injection hole (6) has a second axial section (8b) with a second axial section length (FIG. L2) disposed between the first axial portion (8a) and the outlet opening (7) and tapering in the axial direction (A) to the outlet opening (7), wherein a taper (K) of the second axial section (8b) has a value of 0.7 to 3.5.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für einen Dieselmotor. Die Erfindung betrifft ferner einen Dieselmotor mit einem solchen Kraftstoffinjektor sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Dieselmotor.The invention relates to a fuel injector for a diesel engine. The invention further relates to a diesel engine with such a fuel injector and a motor vehicle with such a diesel engine.
In modernen Kraftfahrzeugen erfolgt die Einspritzung von Kraftstoff in den im Zylinder eines Dieselmotors vorgesehenen Brennraum typischerweise durch Direkteinspritzung unter Verwendung eines in den Zylinderkopf eingesetzten Kraftstoffinjektors. Der Kraftstoff wird über eine Düse des Kraftstoffinjektors direkt in den Brennraum eingespritzt, wobei die Düse mindestens ein Einspritzloch, in der Regel mehrere Einspritzlöcher aufweist.In modern motor vehicles, the injection of fuel into the combustion chamber provided in the cylinder of a diesel engine is typically done by direct injection using a fuel injector inserted into the cylinder head. The fuel is injected via a nozzle of the fuel injector directly into the combustion chamber, wherein the nozzle has at least one injection hole, usually several injection holes.
Durch eine mit einer kegelstupfartigen Geometrie einhergehende Verjüngung der Einspritzlöcher lässt sich ein Kraftstoffstrahl erzeugen, welcher relativ tief in den fluidisch mit der Düse des Injektors gekoppelten Brennraum einzudringen vermag. Im Idealfall kann ein Strahlprofil erzeugt werden, welches jenem einer idealen Drossel entspricht, so dass eine – zumindest in ausgeprägter Form – unerwünschte Kavitation in den Einspritzlöchern der Düse des Kraftstoffinjektors weitgehend oder sogar vollständig vermieden werden kann. Andererseits ist ein Mindestmaß an Kavitation in den Einspritzlöchern des Injektors hilfreich, um eine sich in den Einspritzlöchern im Betrieb des Motors bildende Verkokungen wieder entfernen zu können.By tapering the injection holes, which is accompanied by a cone-type geometry, it is possible to produce a fuel jet which is able to penetrate relatively deep into the combustion chamber which is fluidically coupled to the nozzle of the injector. Ideally, a beam profile can be generated which corresponds to that of an ideal throttle, so that a - at least in pronounced form - unwanted cavitation in the injection holes of the nozzle of the fuel injector can be largely or even completely avoided. On the other hand, a minimum amount of cavitation in the injection holes of the injector is helpful in order to be able to remove coking that forms in the injection holes during operation of the engine.
Die
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstoffinjektor zu schaffen, der sich gleichermaßen durch eine hohe Eindringtiefe des mit ihm erzeugbaren Kraftstoffstrahls und durch eine geringe Ausbildung von Kavitationseffekten auszeichnet. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Dieselmotor mit einem solchen Kraftstoffinjektor anzugeben. Eine dritte Aufgabe der Erfindung besteht schließlich darin, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Dieselmotor zu schaffen.It is an object of the present invention to provide a fuel injector, which is characterized equally by a high penetration depth of the fuel jet generated with it and by a low formation of cavitation effects. A second object of the present invention is to provide a diesel engine having such a fuel injector. A third object of the invention is finally to provide a motor vehicle with such a diesel engine.
Die genannten Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.The above objects are achieved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, die im Kraftstoffinjektor vorgesehenen Einspritzlöcher jeweils als Hohlzylinder mit einem ersten Axialabschnitt auszustatten, in welchem das Einspritzloch einen konstanten Durchmesser aufweist, und mit einem zweiten Axialabschnitt zu versehen, der die geometrische Form eines Kegelstumpfs besitzt und sich folglich vom ersten Axialabschnitt weg konisch verjüngt. Die virtuelle Deckfläche eines solchen Kegelstumpfs bildet die Auslassöffnung eines Einspritzlochs, durch welchen Kraftstoff aus dem Einspritzloch einer Düse des Kraftstoffinjektors in einen Brennraum des Dieselmotors eingespritzt werden kann. Erfindungsgemäß weist nun eine Konizität K des zweiten Axialabschnitts einen Wert von 0,7 bis 3,5 auf, wobei die Konizität des hier vorgestellten Kraftstoffinjektors gemäß der Formel K = (dI – dA)/10 definiert ist. Dabei ist dI der Durchmesser einer Einlassöffnung des Kraftstoffinjektors, dA der Durchmesser der Auslassöffnung des Injektors.The basic idea of the invention is accordingly to provide the injection holes provided in the fuel injector in each case as a hollow cylinder with a first axial section in which the injection hole has a constant diameter and with a second axial section which has the geometric shape of a truncated cone and consequently from the first axial section Tapered way tapered. The virtual top surface of such a truncated cone forms the outlet opening of an injection hole, through which fuel from the injection hole of a nozzle of the fuel injector can be injected into a combustion chamber of the diesel engine. According to the invention, a conicity K of the second axial section has a value of 0.7 to 3.5, the conicity of the fuel injector presented here being defined according to the formula K = (d I -d A ) / 10. In this case, d I is the diameter of an inlet opening of the fuel injector, d A is the diameter of the outlet opening of the injector.
Der zweite, sich konisch verjüngende Axialabschnitt gestattet die Erzeugung eines Kraftstoffstrahls, der die beim Einspritzen in den Brennraum des Dieselmotors gewünschte hohe Penetrationstiefe besitzt. Der erste Axialabschnitt mit konstantem Zylinderdurchmesser unterstützt demgegenüber eine radiale Einschnürung – dem einschlägigen Fachmann im Bereich Strömungstechnik auch als ”Kontraktion” bekannt – des durch das Einspritzloch strömenden Kraftstoffs. Eine solche Kontraktion fördert die Bildung einer schwach ausgeprägten Kavitation im Einspritzloch, wodurch eine etwaige Verkokung im Einspritzloch vermieden oder auf ein Mindestmaß reduziert werden kann.The second, conically tapering axial section allows the production of a fuel jet, which has the desired high penetration depth when injected into the combustion chamber of the diesel engine. The first axial section with constant cylinder diameter, in contrast, supports a radial constriction - also known as "contraction" - known to those skilled in the field of fluid mechanics - of the fuel flowing through the injection hole. Such contraction promotes the formation of weak cavitation in the injection hole, thereby avoiding or minimizing any coking in the injection hole.
Hinsichtlich der Vermeidung einer störenden Verkokung besonders gute Ergebnisse – bei gleichzeitig hoher Penetrationstiefe des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffstrahls mit einer ausreichenden Kavitation im Einspritzloch lassen sich erzielen, wenn die erste Abschnittslänge L1 des ersten Axialabschnitts größer ist als die zweite Abschnittslänge L2.With regard to the avoidance of a disturbing coking particularly good results - at the same high penetration depth of injected into the combustion chamber fuel jet with sufficient cavitation in the injection hole can be achieved if the first section length L 1 of the first axial section is greater than the second section length L 2 .
Eine besonders tiefe Penetrationstiefe des aus dem Kraftstoffinjektor über die Auslassöffnung in die Brennkammer eingedüsten Kraftstoffstrahls lässt sich erreichen, wenn die Auslassöffnung für leichte Dieselmotoren mit einem Durchmesser dA von 0,11 bis 0,12 mm, für mittelschwere Dieselmotoren mit einem Durchmesser dA von 0,14 bis 0,15 mm und für schwere Dieselmotoren mit einem Durchmesser dA von 0,20 bis 0,23 mm versehen wird.A particularly deep penetration depth of the fuel jet injected from the fuel injector into the combustion chamber via the outlet opening can be achieved if the outlet opening for light diesel engines with a diameter d A of 0.11 to 0.12 mm, for medium-duty diesel engines with a diameter d A of 0.14 to 0.15 mm and for heavy diesel engines with a diameter d A of 0.20 to 0.23 mm is provided.
Die Erfindung betrifft ferner einen Dieselmotor mit wenigstens einem Zylinder, in welchem ein Brennraum vorgesehen ist. Der Dieselmotor umfasst einen Kraftstoffinjektor mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale, welcher zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum über seine Auslassöffnung fluidisch mit der Brennraum verbunden ist.The invention further relates to a diesel engine with at least one cylinder, in which a combustion chamber is provided. The diesel engine includes a fuel injector having one or more of the foregoing features fluidly connected to the combustion chamber via its outlet port for injecting fuel into the combustion chamber.
Die Erfindung betrifft schließlich Kraftfahrzeuge mit einem vorangehend vorgestellten Dieselmotor.The invention finally relates to motor vehicles with a diesel engine presented above.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawing and from the associated description of the figures with reference to the drawing.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description.
Die Figur illustriert ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors
An einem vom zweiten Axialabschnitt
Der zweite, sich konisch verjüngende Axialabschnitt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2365207 A1 [0004] EP 2365207 A1 [0004]
- DE 10329731 A1 [0005] DE 10329731 A1 [0005]
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EP2365207A1 (en) | 2010-03-09 | 2011-09-14 | EFI Hightech AG | Injection nozzle for a combustion engine |
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2013
- 2013-12-07 DE DE102013020719.3A patent/DE102013020719A1/en not_active Withdrawn
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