DE10323875A1

DE10323875A1 - Mehrlocheinspritzdüse

Info

Publication number: DE10323875A1
Application number: DE2003123875
Authority: DE
Inventors: Jürgen BREEDLOVE; Grit Dr. Krüger; Ferdinand Löbbering
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-23
Also published as: WO2004104408A1

Abstract

Der von einer Kraftstoffeinspritzdüse eines Kraftfahrzeugmotors direkt in eine Brennkammer eingespritzte Kraftstoff muss mit hohem Druck eingespritzt werden. Bei bekannten Mehrlocheinspritzdüsen ist die Spritzlochlänge (27) der Spritzlöcher beim Schrägeinbau (14, 16) unterschiedlich, was sich nachteilig auf einen gleichmäßigen Spritzlocheintritt und Spritzlochaustritt auswirkt. Durch das Ausbilden einer kugelförmigen Ausformung am unteren Ende des Düsenkörpers (12) und das Vorsehen radial verlaufender Spritzlöcher (14, 16) wird erreicht, dass die Spritzlöcher (14, 16) gleichlang sind.

Description

Die Erfindung betrifft Mehrlocheinspritzdüse insbesondere eine direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ragende Düse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der von einer Kraftstoffeinspritzdüse eines Kraftfahrzeugmotors direkt in eine Brennkammer eingespritzte Kraftstoff muss mit hohem Druck eingespritzt werden. Von derartigen Düsen wird gefordert, dass sie über einen bestimmten Zeitraum eine definierte Menge an Kraftstoff einspritzen. Zu diesem Zweck wird die Kraftstoffdüse mit mehreren Spritzlöchern versehen, die als Kanäle ausgebildet sind. Mit der Düse muss es möglich sein, die für das Einspritzen des Kraftstoffs erforderlichen Parameter zu erfüllen, insbesondere den Einspritzbereich, den Einspritzwinkel, oder die Größe des Kraftstofftropfens. Diese Parameter werden wesentlich durch die Lage und Ausgestaltung der Spritzlöcher bestimmt. Daher ist es wichtig, unterschiedliche Spritzlochlängen insbesondere dann zu vermeiden, wenn die Spritzlöcher in unterschiedlichen Höhenwinkeln angeordnet sind.

Aus der DE 27 10 138 ist eine sogenannte Mehrlocheinspritzdüse bekannt, die einen Düsenkörper und eine Düsennadel aufweist. Dabei sind im Düsenkörper mehrere Spritzlöcher vorgesehen, die mit der Düsennadel verschlossen werden können. Die Spritzlöcher können in unterschiedlichen Winkeln angeordnet sein. Die Düsennadel ist als Düsennadelandordnung ausgebildet, die zwei Düsennadeln aufweist. Die erst Düsennadel ist in ihrer Längsbohrung um die zweite axial verschiebbar.

Aus der WO 02/12719 ist eine weitere Düse bekannt, die so ausgebildet ist, dass eine Verkokung besonders an der in den Brennraum ragenden Ventilspitze eingeschränkt oder beseitigt wird. Hierzu wird an der Düse eine raue Oberflächenstruktur vorgesehen, die zur Speicherung von Brennraumgas dient. Die Düse weist einen Düsenkörper auf, in dessen Innerem eine rohrförmige Ventilnadel angeordnet ist. Die Ventilnadel kann an ihrem Ende einen kugelförmigen Ventilschließkörper haben, an dessen Umfang Abflachungen vorgesehen sind, die das Vorbeiströmen des Brennstoffes zulassen. Im Bodenteil des Düsenkörpers sind mehrere Spritzlöcher vorgesehen, die mit unterschiedlichen Winkeln zur Ventillängsachse ausgerichtet sein können. Die Ventilsitzfläche ist konisch verjüngend bzw. geringfügig gewölbt ausgeführt. Bei unterschiedlicher Winkelanordnung der Spritzlöcher ergeben sich daher allerdings unterschiedliche Spritzlochlängen, was sich nachteilig auf einen gleichmäßigen Spritzlochaus- bzw. -eintritt auswirkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine insbesondere direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ragende Düse vorzuschlagen, bei der gleiche Spritzlochlängen auch bei unterschiedlichen Höhenwinkeln gewährleistet sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Mehrlocheinspritzdüse mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung wird also vorgeschlagen, eine bekannte Mehrlocheinspritzdüse dadurch weiterzubilden, dass der Düsenkörper an seinem unteren Ende eine kugelförmige Ausformung aufweist. Diese kugelförmige Ausformung kann dadurch erzeugt werden, dass die Außenfläche des Düsenkörpers an seinem unteren Ende zumindest in einem Teilbereich, der auch die Spitze des Düsenkörpers umfasst, in Form einer Kugeloberfläche ausgebildet wird. Die Innenfläche des Düsenkörpers ist ebenfalls kugelförmig ausgebildet, wobei der Radius der Innenfläche kleiner ist als der Radius der Außenfläche. Für beide Radien wird der gleiche Mittelpunkt gewählt. Die Spritzlöcher verlaufen im wesentlichen radial vom Kugelmittelpunkt durch die kugelförmige Ausformung.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist auch die Düsennadel mit einer kugelförmigen Kuppe versehen, die so dimensioniert ist, dass die Spritzlöcher verschlossen werden können. Bevorzugt ist dabei die Kuppe so geformt, dass ihr Außenradius an den Innenradius der kugelförmigen Ausformung des Düsenkörpers angepasst ist.

Die vorgesehenen Spritzlöcher können grundsätzlich in gleichen Höhenwinkeln verlaufen. Sie können allerdings auch so angeordnet sein, dass wenigstens zwei der in unterschiedlichen Höhenwinkeln verlaufen. Die Spritzlöcher werden dabei in dem Düsenkörper so eingebracht, dass sie radial nach außen verlaufen. Damit ist gewährleistet, dass die Spritzlochlängen der in die kugelförmigen Ausformung des Düsenkörpers eingebrachten Spritzlöcher gleich sind.

Mit der erfindungsgemäßen Düse kann gewährleistet werden dass die Spritzlochlängen für alle eingebrachten Spritzlöcher gleich ist, und zwar unabhängig vom jeweiligen Höhenwinkel. Damit ist auch ein gleichmäßiger Spritzlocheintritt und Spritzlochaustritt erreicht.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungsteile. Es zeigen im Einzelnen:
1: eine Mehrlocheinspritzdüse im Querschnitt nach dem Stand der Technik
2: eine erfindungsgemäße Mehrlocheinspritzdüse im Querschnitt
3: eine Ausschnittsvergrößerung einer erfindungsgemäßen Mehrlocheinspritzdüse im Querschnitt im unteren Bereich
4: eine erfindungsgemäße Mehrlocheinspritzdüse im Querschnitt mit Spritzlöchern unterschiedlicher Höhenlagen.
1 zeigt eine Mehrlocheinspritzdüse 18 für Schrägeinbau im Querschnitt nach dem Stand der Technik. Die Düse weist eine Düsennadel 10 und einen Düsenkörper 12 auf. Die Düsennadel 10 und der Düsenkörper 12 weisen an ihrem unteren Ende eine kegelförmige Geometrie auf. Im Düsenkörper 12 sind Spritzlöcher 14, 16 in Form von Hohlräumen eingebracht, durch die der Kraftstoff in den Verbrennungsraum (nicht gezeigt) gelangt. Durch die kegelförmige Geometrie des unteren Düsenbereiches 8 und damit der Außenfläche 15 werden die Spritzlöcher unterschiedlich lang, was sich negativ auf die Gleichförmigkeit der Strömung auswirkt.
Eine erfindungsgemäße Mehrlocheinpritzdüse 18 ist im Querschnitt in 2 gezeigt. Die Mehrlocheinspritzdüse 18 weist dabei wiederum eine Düsennadel 10 auf, die in einem Hohlraum 20 des Düsenkörpers 12 in Pfeilrichtung A bewegt werden kann. Mit dieser Bewegung können die Spritzlöcher 14, 16 geöffnet und verschlossen werden. Die Außenfläche 17 der Düse 18 ist in ihrem unteren Bereich B kugelförmig ausgebildet, wobei der Kugelmittelpunkt auf der Symmetrieachse 22 des Düsenkörpers liegt. In der gezeigten Schnittdarstellung ist dies der Mittelpunkt M, der jeweils den Mittelpunkt für die kugelförmige Außenfläche 17 und die kugelförmige Innenfläche 13 der Düse 18 bildet.
In 3 ist in einer Ausschnittsvergrößerung der untere Bereich der Düse B dargestellt. Die Spritzlöcher 14, 16 sind radial zum Mittelpunkt M verlaufend ausgebildet und durchlaufen so die Wand des Düsenköpers 12, deren Dicke durch die Differenz zwischen dem Außenradius 24 und dem Innenradius 26 definiert ist. Abhängig von den geometrischen Verhältnissen des Außenradius 24 und des Innenradius 26 kann so die Spritzlochlänge 27 für alle Spritzlöcher definiert und gleich gewählt werden; denn die radiale Anordnung der Spritzlöcher 14, 16 gewährleistet eine konstante Spritzlochlänge 27 auch unabhängig vom Höhenwinkel, unter dem das Spritzloch in den Düsenkörper 12 eingebracht ist.
In 4 sind zwei Mehrlocheinspritzdüsen 28, 30 dargestellt, die jeweils wieder eine Düsennadel 10 und einen Düsenkörper 12 aufweisen. Im unteren Bereich B sind die Düsenkörper 12 wiederum kugelförmig ausgebildet und die eingebrachten Spritzlöcher 32, 34, 36, 38 verlaufen wiederum radial vom jeweiligen Mittelpunkt M nach außen. In der Düse 28 sind die Spritzlöcher 32 und 34 in einem Höhenwinkel α₁ zur Symmetrieachse 22 der Düse angeordnet, der kleiner ist als der Höhenwinkel α₂ unter dem die Spritzlöcher 36, 38 in der Düse 30 angeordnet sind. Wegen des radialen Verlaufes der Spritzlöcher durch die Wand des Düsenkörpers 12 ist die Spritzlochlänge 27 jedoch in beiden Fällen gleich, da diese durch die Differenz des Außenradius 24 und des Innenradius 26 (3) bestimmt ist.
Die kugelförmige Ausbildung des unteren Bereichs B des Düsenkörpers 12 und die radiale Anordnung der Spritzlöcher 32, 34, 36, 38 gewährleistet somit, dass die Spritzlochlängen 27 unabhängig vom Höhenwinkel konstant sind.
Je nach Anwendungsfall kann damit eine Spritzlochanordnung innerhalb der Mehrlocheinspritzdüse eingesetzt werden, die den gewünschten Effekt erzielt. Dabei können die Spritzlöcher 32, 34, 36, 38 alle im gleichen Höhenwinkel oder in unterschiedlichen Höhenwinkeln angeordnet werden. So lange die Spritzlöcher radial vom Kugelmittelpunkt M nach außen führen ist gewährleistet, dass die Spritzlochlängen gleich sind.

Claims

Mehrlocheinspritzdüse (18, 28, 30) insbesondere direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ragende Düse mit einer Düsennadel (10) und einem Düsenkörper (12), der sich an seinem unteren Ende (B) verjüngt, mit Spritzlöchern (14, 16, 32, 34, 36, 38), die im unteren Ende (B) der Düse eingebracht sind dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (12) an seinem unteren Ende (B) seiner Außenfläche (17) eine kugelförmige Ausformung aufweist und die Spritzlöcher (14, 16, 32, 34, 36, 38) radial vom Kugelmittelpunkt (M) durch die kugelförmige Ausformung verlaufen.
Mehrlocheinspritzdüse (18, 28, 30) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (10) mit einer kugelförmigen Kuppe versehen ist.
Mehrlocheinspritzdüse (18, 28, 30) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppe so geformt ist, dass sie mit ihrem Außenradius an den Innenradius (26) der kugelförmigen Ausformung des Düsenkörpers (12) angepasst ist.
Mehrlocheinspritzdüse (18, 28, 30) nach einem der Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Spritzlöcher (14, 16, 32, 34, 36, 38) in unterschiedlichen Höhenwinkeln verlaufen.
Mehrlocheinspritzdüse (18, 28, 30) nach einem der Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzlochlängen (27) der in die kugelförmige Ausformung des Düsenkörpers (12) eingebrachten Spritzlöcher (14, 16, 32, 34, 36, 38) gleich sind.