DE112006003009T5

DE112006003009T5 - Aufbau einer Einspritzdüse einer Einspritzanlage

Info

Publication number: DE112006003009T5
Application number: DE112006003009T
Authority: DE
Inventors: Choong Won Lee; Sung Wang Ro
Original assignee: JINMYUNG21 CO Ltd
Current assignee: JINMYUNG21 CO Ltd
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2009-02-05
Also published as: JP2009511816A; KR20070040959A; KR100742202B1; WO2007043820A1

Abstract

Ein Einspritzdüsenanordnung für eine Einspritzanlage, die so ausgelegt ist, dass eine Nadel von einem in mittiger Position auf einem Gehäuse befindlichen Anker bei Anlegen von Spannung an die Spule nach oben und unten bewegt wird, so dass eine Einspritzdüse mit kreisförmigem Querschnitt geöffnet bzw. geschlossen wird, wobei die Einspritzdüse in Form einer Ellipse gestaltet ist, deren große und kleine Achse verschiedene Längen aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen den Aufbau einer Einspritzdüse für eine Einspritzanlage und im Besonderen eine Einspritzdüse für eine Einspritzanlage, die einen elliptischen Querschnitt hat und somit das Einspritzen von Kraftstoff auch bei niedrigem Druck sowie die Durchwirbelung beim Einspritzen von Kraftstoff unter niedrigem Druck ermöglicht, wodurch der Kraftstoff (mit der Luft) vernebelt wird; infolgedessen wird der Kraftstoff vollkommen verbrannt, die Emission von Luftverschmutzung, wie Schwebstoffe und Stickstoffoxid, vermieden und die Leistungsabgabe erhöht.
Üblicherweise basiert das Leistungsvermögen eines Dieselmotors auf einem Ansaugtakt, einem Verdichtungstakt, einem Arbeitstakt und einem Auslasstakt. Im Ansaugtakt wird Luft in einen Zylinder angesaugt. Im Verdichtungstakt wird die angesaugte Luft verdichtet, um ihre Temperatur zu erhöhen, bevor sie in einen Brennraum eingebracht wird. Im Arbeitstakt wird Kraftstoff bei hoher Temperatur in die Luft eingespritzt und verbrannt. Dadurch wird Arbeit verrichtet. Im Auslasstakt werden die Abgase aus dem Zylinder ausgestoßen.
Das heißt, wenn ein Einlassventil im Ansaugtakt geöffnet wird, bewegt sich ein Kolben nach unten. Damit wird frische Luft in den Zylinder eingesaugt. Danach wird das Einlassventil geschlossen, der Kolben bewegt sich wieder nach oben und die angesaugte Luft wird verdichtet.
Zu diesem Zeitpunkt, wenn der hoch verdichtete Kraftstoff von der Einspritzanlage eingespritzt wird, entzündet sich der Kraftstoff aufgrund der hohen Verdichtungstemperatur von selbst und wird verbrannt. Öffnet sich ein Auslassventil, werden die verbrannten Gase aus dem Zylinder ausgestoßen.
Wie in 1 dargestellt, ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil 1 als Kraftstoffeinspritzventil 1 für eine Kraftstoffeinspritzanlage eines Verbrennungskraftmotors mit homogener Gemischverbrennung oder eines Vergasermotors mit Selbstentzündung ausgeführt. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist für die Direkteinspritzung des Kraftstoffs in einen Brennraum des Vergasermotors geeignet, der in der Zeichnung nicht abgebildet ist.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in dem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 wird in Verbindung mit einem Ventilschließkörper 4 betätigt. Dieser Körper bildet zusammen mit einer Ventilsitzfläche 6, die sich auf einem Ventilsitzköper 5 befindet, einen Dichtsitz.
In dieser Ausführung ist das Kraftstoffeinspritzventil 1 (das Kraftstoffeinspritzventil 1, das geöffnet ist) und eine Einspritzdüse 7 ist in dem Kraftstoffeinspritzventil 7 installiert. Der Düsenkörper 2 ist mit Hilfe eines Verschlusselements 8 gegen einen externen Pol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet.
Die Magnetspule 10 ist von einem Spulengehäuse 11 umgekapselt und auf einen Spulenkörper 12 aufgewickelt. Der Spulenkörper wird von einem internen Pol 13 der Magnetspule 10 gehalten. Der interne Pol 13 und der externe Pol 9 sind voneinander durch ein schmales Teil 26 getrennt und miteinander über ein nichtmagnetisches Kopplungsteil 29 verkoppelt.
Die Magnetspule 10 wird durch den Strom angeregt, der über eine Zuleitung 19 und einen elektrischen Steckkontakt 17 zugeführt werden kann. Der Steckkontakt 17 ist von einer äußeren Plastikabdeckung 18 umgeben, die auf dem internen Pol 13 durch Spritzgießverfahren gebildet werden kann.
Die Ventilnadel 13 wird in einer scheibenförmigen Ventilnadelführung 14 geführt. Zur Einstellung des Hubs ist ein Einstellscheibenpaar 15 vorgesehen. Ein Anker 20 ist auf der Oberfläche der Einstellscheiben 15 angebracht.
Der Anker ist kraftschlüssig an die Ventilnadel 3 über einen ersten Flansch 21 angekoppelt, wobei die Ventilnadel ist über eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Eine Rückstellfeder 23 im Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der Ausführung, die durch eine Hülse 24 einer Anfangsspannung unterliegt, wird auf dem ersten Flansch 21 gehalten.
Kraftstoffkanäle 30a bis 30c erstrecken sich in den Anker 20, die Ventilnadelführung 14 und den Düsenkörper 2. Der Kraftstoff wird über ein zentrales Kraftstoffzufuhrteil 16 eingebracht und in einem Filterelement 25 gefiltert.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist mittels eines Dichtteils 28 gegenüber einer Kraftstoffversorgungsleitung abgedichtet, die in der Zeichnung nicht detailliert gezeigt wird. Weiterhin ist das Kraftstoffeinspritzventil 1 über ein Dichtteil 28 gegenüber einem Zylinderkopf abgedichtet, der in der Zeichnung nicht abgebildet ist.
Ein ringförmiges Dämpfungsteil 32 ist auf einer Einspritzseite des Ankers 20 vorgesehen und besteht aus einem Elastomer. Das Teil ist auf einem zweiten Flansch 31 platziert, der kraftschlüssig mit einer Schweißnaht 33 an die Ventilnadel 3 gekoppelt ist.
Wird das Kraftstoffeinspritzventil 1 gesperrt, wirkt die Kraft der Rückstellfeder 23 auf den Anker 20 in einer zur Hubrichtung entgegengesetzten Richtung. Dadurch wird der Ventilverschlusskörper 4 auf einer Dichtposition auf der Ventilsitzfläche 6 gehalten.
Bei Anregung der Magnetspule 10 erzeugt die Spule ein magnetisches Feld. Durch dieses magnetische Feld wird der Anker 20 in Hubrichtung entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 bewegt. An der Endposition wird der Hub durch eine Aussparung 27 gestoppt, die zwischen dem internen Pol 13 und dem Anker 20 liegt.
Der Anker 20 bewegt den an die Ventilnadel 3 angeschweißten ersten Flansch 21 in Hubrichtung. Der an die Ventilnadel 3 gekoppelte Ventilverschlusskörper 4 bewegt sich von der Ventilsitzfläche 6 nach oben und Kraftstoff wird durch ein Wirbelaggregat 36 durch die Einspritzdüse 7 zugeführt.
Ist der Spulenstrom angeschlossen, bewegt sich der Anker 20 vom internen Pol 13 durch den Druck der Rückstellfeder 23 nach unten, nachdem die Energie des Magnetfeldes ausreichend abgenommen hat. Somit wird der an die Ventilnadel 3 gekoppelte erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt.
Da die Ventilnadel 3 in die gleiche Richtung bewegt wird, sitzt der Ventilverschlusskörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 und das Kraftstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.
Weiterhin ist gemäß dieser Erfindung eine Dichteinheit 40 vorgesehen. Die Dichteinheit besteht aus einem Führungskörper 35, dem Wirbelaggregat 36, einem Flansch 41 und einem elastischen Dichtkörper 42. Die einzelnen Bauteile werden mit Bezug auf die 2 und 3 detailliert beschrieben.
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die das erfindungsgemäße Einspritzventil 1 von 1 zeigt. Der Ventilverschlusskörper 4, der Führungskörper 35, das Wirbelaggregat 36 und die Dichteinheit 40 im Sinne dieser Erfindung befinden sich an der Einspritzseite des Kraftstoffeinspritzventils.
Das Wirbelaggregat 36 ist oberhalb der Ventilsitzfläche 6 angeordnet und die Sitzfläche befindet sich auf dem Ventilsitzkörper 5. Bezug nehmend auf die Zeichnung, umfasst das Wirbelaggregat 36 eine Wirbelscheibe 38 und Kraftstoffkanäle der Scheibe, die in der Zeichnung nicht abgebildet sind, wobei die Kanäle tangentiale Teile aufweisen und an einen Wirbelkanal 37 herangeführt sind. Der Kraftstoff fließt durch den Kraftstoffkanal 30c, passiert den Flansch 41, den elastischen Dichtkörper 42 und den Führungskörper 35, bevor er in die Wirbelscheibe 38 gelangt.
Nach dem Durchfließen der Wirbelscheibe 38 fließt der Kraftstoff in die Wirbelkammer 37 und wirbelt entlang des Kanalteils in tangentialer Richtung einer Ventilnadelachse 43. Schließlich wird der Kraftstoff durch die Einspritzdüse 7 in die in der Abbildung nicht dargestellte Brennkammer eingespritzt.
Wie zuvor beschrieben, ist ein hoher Druck erforderlich, wenn der Kraftstoff mit einer herkömmlichen Einspritzdüse der Einspritzanlage zerstäubt wird. Weiterhin ist, wie in 4, 5 und 6 gezeigt, die Einspritzstrecke des Kraftstoffs kurz, wenn der Kraftstoff mit einer Einspritzdüse eingespritzt wird, die einen kreisförmigen Querschnitt hat. Außerdem sammelt sich der Kraftstoff vorübergehend an und wird dann zerstäubt, so dass der Bereich, in dem eine Verwirbelung erzeugt wird, klein ist. Dabei ist der Durchmesser (SMA) der zerstäubten Partikel groß, so dass die Einspritzeffizienz gering ist und somit eine unvollständige Verbrennung erfolgt. Luftverschmutzung und niedrige Leistungsabgabe sind die Folge.
Unter Beachtung der oben genannten Probleme des gegenwärtigen Stands der Technik besteht das Ziel dieser Erfindung darin, einen Einspritzdüsenaufbau für eine Einspritzanlage bereitzustellen, mit der Kraftstoff auch bei niedrigem Druck zerstäubt wird, die Einspritzstrecke des Kraftstoffs lang ist, der wirbelerzeugende Bereich des zerstäubten Kraftstoffs groß und ausgedehnt ist, so dass der Durchmesser (SMA) der zerstäubten Partikel klein ist und die Zerstäubungseffizient verbessert wird. Dadurch wird die intensivere Vermischung von Kraftstoff und Luft gefördert, so dass der Kraftstoff vollständig verbrannt wird und folglich eine Luftverschmutzung vermieden sowie eine höhere Leistungsabgabe erzielt wird.
Um dieses Ziel zu erreichen, stellt die Erfindung einen Einspritzdüsenaufbau bereit, bei dem sich eine in einem Gehäuse befindliche Nadel nach oben und unten bewegt, so dass das untere Ende der Nadel eine Einspritzdüse öffnet bzw. schließt und somit den von einer Kraftstoffpumpe zugeführten Kraftstoff in eine Brennkammer befördert, wobei die Einspritzdüse die Form einer Ellipse aufweist, deren große und kleine Achse verschiedene Längen haben.
Es zeigen:
1: den Aufbau einer üblichen Einspritzanlage;
2: den Aufbau einer Einspritzdüse einer üblichen Einspritzanlage im Schnitt dar;
3: die Form der Einspritzdüse einer üblichen Einspritzanlage in einer Ansicht von unten;
4: eine Fotografie, die die Form der Zerstäubung bei einer üblichen Einspritzanlage darstellt;
5 eine Fotografie, die die Form der Zerstäubung bei einer üblichen Einspritzanlage in vergrößerter Vorderansicht abbildet;
6: eine Fotografie, die die Form der Zerstäubung bei einer üblichen Einspritzanlage in vergrößerter Seitenansicht zeigt;
7: eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Einspritzdüse in einer Unteransicht;
8: eine Fotografie, die die Form der Zerstäubung bei der Einspritzdüse gemäß dieser Erfindung darstellt;
9: eine Fotografie, die die Form der Zerstäubung bei der Einspritzdüse gemäß dieser Erfindung in vergrößerter Vorderansicht zeigt;
10: eine Fotografie, die die Form der Zerstäubung bei der Einspritzdüse gemäß dieser Erfindung in vergrößerter Seitenansicht darstellt;
11: eine grafische Darstellung, die die Form der Zerstäubung bei einer üblichen Einspritzvorrichtung verdeutlicht und
12 eine grafische Darstellung, die die Form der Zerstäubung bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse zeigt.
Im Folgenden wird die bevorzugte Ausführung der Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Gemäß der Erfindung hat eine Einspritzdüse 7 die Form einer Ellipse, deren große und kleine Achse unterschiedliche Längen aufweisen; siehe 7.
Wird in dieser Ausführung Kraftstoff mit Hilfe der elliptischen Einspritzdüse 7 zerstäubt, ist der Zerstäubungsbereich, wie in 8 dargestellt, ausgedehnt.
9 und 10 zeigen die Form der Zerstäubung von der erfindungsgemäßen Einspritzdüse in Vorder- und Seitenansicht. Wenn Kraftstoff von einer herkömmlichen Einspritzdüse 7 verteilt wird, wird der Kraftstoff über eine kurze Strecke eingespritzt, ein begrenzter Teil von ihm konzentriert zerstäubt und angesammelt, wie 5 und 6 zeigen. Wird dagegen Kraftstoff von der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 7 eingespritzt, wird der Kraftstoff über eine lange Strecke versprüht und der Einspritzbereich nach vorn und zu den Seiten ist groß. Das heißt, die erfindungsgemäße Einspritzdüse spritzt Kraftstoff nicht nur geradeaus ein, sondern zerstäubt den Kraftstoff über einen ausgedehnten Bereich. Auf diese Weise wird das Mischungsverhältnis von Kraftstoff und Luft verbessert und somit die Verbrennungsleistung des Kraftstoffs erhöht. Daher ist es möglich, den Zerstäubungszustand exakt zu kontrollieren.
Diese Wirkungsweise wird mit Hilfe der Grafiken in 8a und 8b verdeutlich, die die Änderung des Winkels und der maximalen Ausdehnung des zerstäubten Materials bei einem Zerstäubungsdruck von 80 MPa zeigen. Den Grafiken ist zu entnehmen, dass die Zerstäubungsausdehnung zunächst langsam zunimmt, da die Zerstäubung noch nicht genügend vorangeschritten ist; flüssiger Kraftstoff wird in einer Geraden entladen. Jedoch im Laufe der Zeit wird der Zerstäubungswinkel verkleinert und die Zerstäubungsausdehnung nimmt an einem Punkt abrupt zu, da Bewegungsenergie um das zerstäubte Material übertragen wird und sich dadurch die Zerstäubung extensiv fortsetzt.
Eine derartig abrupte Zunahme der Zerstäubungsausdehnung führt zu einem größeren Zerstäubungswinkel. Der mittige Anteil des zerstäubten Materials ist von dem Energieaustausch beeinflusst, so dass der mittige Anteil schmaler wird. Nachdem die Zerstäubungsausdehnung abrupt zugenommen hat, breiten sich zerstäubte Tropfen, die das zerstäubte Material umgeben, langsam aus. Die Ausbreitung erfolgt ungeachtet der Änderung der Eindringkraft einer Einspritzspitze und des Zerstäubungswinkels, der von dem Gleichgewicht zwischen der Eindringkraft der Einspritzspitze und der Ausbreitung bestimmt wird. Unmittelbar nach der abrupten Zunahme der Zerstäubungsausdehnung verliert die Einspritzspitze an Bewegungsenergie, so dass sich die Eindringgeschwindigkeit verlangsamt.
Die Änderung des Zerstäubungswinkels und der Zerstäubungsausdehnung ist für die große und kleine Achse der elliptischen Düse unterschiedlich. Die von der kleinen Achse der Düse abhängige Änderung beginnt in der Ausgangsstufe. Diese Änderung erfolgt langsamer als die Änderung, die von der großen Achse der Düse abhängt.
Anwendbarkeit in der Industrie
Wie zuvor beschrieben, stellt diese Erfindung einen Einspritzdüsenaufbau für eine Einspritzanlage bereit, mit der Kraftstoff auch bei niedrigem Druck zerstäubt wird, die Einspritzstrecke des Kraftstoffs lang ist, der wirbelerzeugende Bereich des zerstäubten Kraftstoffs groß und ausgedehnt ist, so dass der Durchmesser (SMA) der zerstäubten Partikel klein ist und die Effizienz der Zerstäubung erhöht wird, womit die Vermischung von Luft und Kraftstoff gefördert wird, so dass der Kraftstoff vollständig verbrannt und damit Luftverschmutzung vermieden und eine höhere Leistungsabgabe erzielt wird.
Zusammenfassung:
Die Erfindung betrifft einen Einspritzdüsenaufbau für eine Einspritzdüse. Die Einspritzdüse ist so ausgelegt, dass sie einen elliptischen Querschnitt aufweist und somit das Einspritzen von Kraftstoff auch bei niedrigem Druck sowie die Durchwirbelung beim Einspritzen des Kraftstoffs bei niedrigem Druck ermöglicht, wodurch der Kraftstoff (mit der Luft) vernebelt wird. Infolgedessen wird eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs erreicht, die Emission von Abgasen vermieden und die Leistungsabgabe erhöht. In dem erfindungsgemäßen Einspritzdüsenaufbau für eine Einspritzdüse bewegt sich eine in einem Gehäuse befindliche Nadel nach oben und unten, so dass das untere Ende der Nadel eine Einspritzdüse öffnet bzw. schließt und somit den von einer Kraftstoffpumpe zugeführten Kraftstoff in eine Brennkammer befördert, wobei die Einspritzdüse die Form einer Ellipse hat, deren große und kleine Achse unterschiedliche Längen aufweisen.