DE19843616B4

DE19843616B4 - fuel Injector

Info

Publication number: DE19843616B4
Application number: DE19843616A
Authority: DE
Inventors: Hakan Yalcin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1998-09-23
Filing date: 1998-09-23
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2018-09-24
Also published as: DE59903588D1; EP1117928B1; EP1117928A1; WO2000017514A1; DE19843616A1

Abstract

Einspritzdüse für die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit
– einem Düsenkörper (12) mit einer Spitze (10) mit einer konischen Dichtfläche (16) und mit Einspritzlöchern (14) und mit einer zylinderförmigen Aussparung (30) an der Innenseite der Spitze (10) und
– einer Düsennadel (20), die im Düsenkörper (12) axial beweglich angeordnet ist, und an ihrer Spitze einen Konus (22) aufweist, wobei
– die konische Dichtfläche (16) einen Sitz für den Konus (22) bildet und
– der Konus (22) den Kraftstoffweg zu den Einspitzlöchern (14) selektiv freigibt und sperrt und
– die zylinderförmige Aussparung (30) an der Innenseite der Spitze (10) in Form eines Zylindermantels (32) mit einer anschließenden Deckfläche (34) ausgebildet ist und
– die zylinderförmige Aussparung (30) an der Innenseite der Spitze (10) einen Ringkanal um den Konus (22) der Düsennadel (20) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzlöcher (14) im Bereich...Injection nozzle for the injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine with
- A nozzle body (12) having a tip (10) with a conical sealing surface (16) and with injection holes (14) and with a cylindrical recess (30) on the inside of the tip (10) and
- A nozzle needle (20) which is arranged axially movable in the nozzle body (12), and at its tip a cone (22), wherein
- The conical sealing surface (16) forms a seat for the cone (22) and
- The cone (22) the fuel path to the Einspitzlöchern (14) selectively releases and locks and
- The cylindrical recess (30) on the inside of the tip (10) in the form of a cylinder jacket (32) with a subsequent top surface (34) is formed and
- The cylindrical recess (30) on the inside of the tip (10) forms an annular channel around the cone (22) of the nozzle needle (20), characterized in that the injection holes (14) in the region of ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für Verbrennungsmotoren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Solche Einspritzdüsen sind aus der JP 09273458 A bekannt und werden insbesondere bei direkteinspritzenden Verbrennungsmotoren eingesetzt.The invention relates to a fuel injector for internal combustion engines referred to in the preamble of claim 1. Art. Such injectors are from the JP 09273458 A known and are used in particular in direct-injection internal combustion engines.

Im Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffeinspritzung, insbesondere bei der Kraftstoff-Direkteinspritzung, hat die Einspritzdüse die Aufgabe, den Brennraum des Motors gezielt und dosiert mit Kraftstoff zu versorgen. Die Art der Kraftstoffaufbereitung durch die Einspritzdüse und der Verlauf des Einspritzvorgangs beeinflussen die Verbrennung im Brennraum erheblich.in the Injection system of an internal combustion engine with fuel injection, especially in direct fuel injection, the injector has the task of to supply the combustion chamber of the engine targeted and dosed with fuel. The type of fuel treatment by the injector and the course of the injection process affect the combustion in the combustion chamber considerably.

Eine Kraftstoffeinspritzdüse besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, dem Düsenkörper und der Düsennadel. Die Düsennadel ist axial beweglich in den Düsenkörper eingesetzt. An der Spitze des Düsenkörpers, die in den Brennraum des Verbrennungsmotors ragt, ist radial umlaufend eine Anzahl von Einspritzlöchern ausgebildet, die von der beweglichen Düsennadel verschlossen bzw. freigegeben werden, wozu ein Konus am vorderen Ende der Düsennadel an eine konische Dichtfläche in der Spitze des Düsenkörpers gedrückt wird bzw. von dieser Dichtfläche abhebt.A fuel Injector consists essentially of two parts, the nozzle body and the nozzle needle. The nozzle needle is inserted axially movable in the nozzle body. At the top of the nozzle body, the protrudes into the combustion chamber of the internal combustion engine is radially encircling a number of injection holes formed, which are closed by the movable nozzle needle or be released, including a cone at the front end of the nozzle needle to a conical sealing surface is pressed in the tip of the nozzle body or from this sealing surface takes off.

Damit der Kraftstoff zu den Einspritzlöchern strömen kann, ist zwischen dem vorderen Teil der Düsennadel und der Innenwand des Düsenkörpers ein Freiraum vorgesehen.In order to the fuel can flow to the injection holes, is between the front part of the nozzle needle and the inner wall of the nozzle body Free space provided.

In der JP 09273458 A ist eine Einspritzdüse dargestellt, bei der eine zylinderförmige Aussparung im Innenraum an der Spitze der Düsenkörper im Bereich der Einspritzlöcher vorgesehen ist, wodurch erreicht wird, dass der Übergang vom Innenraum des Düsenkörpers in das jeweilige Einspritzloch nicht mehr so scharfkantig ausgebildet ist und damit die Turbulenzen des Kraftstoffes beim Einleiten in die Einspritzlöcher vermindert werden.In the JP 09273458 A an injector is shown, in which a cylindrical recess in the interior is provided at the tip of the nozzle body in the region of the injection holes, which ensures that the transition from the interior of the nozzle body in the respective injection hole is not so sharp-edged and thus the turbulence of the Fuel are reduced when it is introduced into the injection holes.

Bei geschlossener Einspritzdüse, wenn der Konus der Düsennadel an der konischen Dichtfläche des Düsenkörpers anliegt, ist die Düsennadel durch diese Anlage im Düsenkörper zentriert. Beim Abheben der Düsennadel von der konischen Dichtfläche neigt die dann frei in die Spitze des Düsenkörpers ragende Düsennadel jedoch dazu, von der exakt zentrierten Lage abzuweichen. Das hat zur Folge, daß die umlaufenden Einspritzlöcher nicht gleichmäßig freigegeben werden, was wiederum zu einer unsymmetrischen Strahlausbildung führt, die den Verbrennungsverlauf und die Emissionswerte ungünstig beeinflußt.at closed injection nozzle, if the cone of the nozzle needle at the conical sealing surface of the Nozzle body abuts, is the nozzle needle centered in the nozzle body by this system. When lifting the nozzle needle from the conical sealing surface tends the then freely projecting into the tip of the nozzle body nozzle needle however, to deviate from the exact centered position. That has with the result that the circumferential injection holes not released evenly which in turn leads to an asymmetrical beam formation, the the combustion process and the emission values are adversely affected.

Dieser Nachteil tritt insbesondere bei Common-Rail-Einspritzsystemen mit Voreinspritzung in Erscheinung. Common-Rail-Einspritzsysteme sind Systeme, bei denen der Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe in einen allen Zylindern des Motors gemeinsamen Druckspeicher befördert wird, von dem aus die Einspritzventile an den einzelnen Zylindern versorgt werden. Die Voreinspritzung (Piloteinspritzung) einer sehr kleinen Kraftstoffmenge vor der eigentlichen Einspritzung (Haupteinspritzung) verbessert bei solchen Systemen den Verbrennungsvorgang insbesondere hinsichtlich Geräuschentwicklung und Abgasverhalten. Aufgrund der kleinen Kraftstoffmenge hebt bei der Voreinspritzung die Düsennadel nur sehr wenig von ihrem Sitz im Düsenkörper, der konischen Dichtfläche, ab. Zentrierungsfehler wirken sich daher besonders stark aus.This Disadvantage occurs in particular with common rail injection systems Pre-injection in appearance. Common rail injection systems are systems in which the fuel from a high-pressure pump in all cylinders the engine common accumulator is transported, from which the Injectors are supplied to the individual cylinders. The Pre-injection (pilot injection) of a very small amount of fuel improved before the actual injection (main injection) in such systems, the combustion process, in particular with regard to noise and exhaust behavior. Due to the small amount of fuel increases the pilot injection the nozzle needle very little from their seat in the nozzle body, the conical sealing surface, from. Centering errors therefore have a particularly strong impact.

Aus der DE 197 26 099 A1 ist eine Einspritzdüse für die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Düsenkörper bekannt. Der Düsenkörper weist eine Spitze mit einer zylinderförmigen Aussparung im Innenraum auf, in der Einspritzlöcher angeordnet sind. Eine Düsennadel ist im Düsenkörper axial beweglich angeordnet und weist einen Konus auf, wobei eine Dichtfläche der Spitze einen Sitz für den Konus bildet, der in Abhängigkeit von der Position der Düsennadel den Kraftstoffweg zu den Einspritzlöchern selektiv freigibt und sperrt. Die zylinderförmige Aussparung ist im Innenraum der Spitze im Bereich der Dichtfläche stromab des Sitzes für den Konus auf der Dichtfläche angeordnet, um einen Ringkanal um den Konus der Düsennadel zu bilden.From the DE 197 26 099 A1 an injection nozzle for the injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine with a nozzle body is known. The nozzle body has a tip with a cylindrical recess in the interior, are arranged in the injection holes. A nozzle needle is axially movably disposed in the nozzle body and has a cone, wherein a sealing surface of the tip forms a seat for the cone, which selectively releases and blocks the fuel path to the injection holes depending on the position of the nozzle needle. The cylindrical recess is arranged in the interior of the tip in the region of the sealing surface downstream of the seat for the cone on the sealing surface to form a ring channel around the cone of the nozzle needle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Einspritzdüse so auszugestalten, daß der Kraftstoff immer mit der vorgesehenen gleichmäßigen Verteilung in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt wird.Of the Invention is based on the object to design the injection nozzle mentioned above, that the Fuel always with the provided even distribution in the combustion chamber of the internal combustion engine is injected.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der im Patenanspruch 1 angegebenen Einspritzdüse gelöst.These Task is according to the invention with the dissolved in the patent claim 1 injection nozzle.

Die Erfindung ist demnach durch eine zylinderförmige Aussparung im Innenraum des Düsenkörpers im Bereich der Einspritzlöcher gekennzeichnet. Vorteil dieser ringförmig umlaufenden Aussparung ist zum einen, daß der Übergang vom Innenraum des Düsenkörpers zum jeweiligen Einsspritzloch nicht mehr so scharfkantig ist und somit der Kraftstoff mit geringeren Turbulenzen in die Einspritzlöcher geleitet wird. Zudem hat diese besondere Form den Vorteil, daß um den Konus an der Spitze der Düsennadel ein Ringkanal entsteht, der beim Abheben der Düsennadel ein gleichmäßiges Beliefern der Einspritzlöcher mit Kraftstoff ermöglicht, auch wenn die Düsennadel nicht exakt zentriert ist. Dieser Vorteil ist besonders beim Einspritzen von geringen Kraftstoffmengen wie beispielsweise bei der Voreinspritzung von Bedeutung.The invention is therefore characterized by a cylindrical recess in the interior of the nozzle body in the region of the injection holes. The advantage of this annular circumferential recess is, on the one hand, that the transition from the interior of the nozzle body to the respective injection hole is no longer so sharp-edged, and thus the fuel is conducted into the injection holes with less turbulence. In addition, this particular shape has the advantage that around the cone at the tip of the nozzle needle, an annular channel is formed, the lifting of the Düsenna del an even supplying the fuel injection holes allows even if the nozzle needle is not exactly centered. This advantage is particularly important in the injection of small amounts of fuel such as in the pilot injection of importance.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.A embodiment the fuel injection nozzle according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

Die Zeichnung zeigt die Spitze einer Kraftstoffeinspritzdüse im Schnitt.The Drawing shows the tip of a fuel injector in section.

In der Zeichnung ist die in den Brennraum eines Verbrennungsmotors ragende, im wesentlichen konusförmige Spitze 10 des Düsenkörpers 12 einer Kraftstoffeinspritzdüse vergrößert im Schnitt dargestellt. In der Spitze 10 sind radial umlaufend unter einem bestimmten Winkel α (zur Achse des Düsenkörpers 12 Einspritzlöcher 14 ausgebildet. Durch die Reihe von Einspritzlöchern 14 wird der Kraftstoff bei geöffneter Einspritzdüse in der allgemein bekannten Art unter Druck in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt, wobei die Anordnung der Einspritzlöcher 14 das Zerstäubungsbild des Kraftstoffs bestimmt.In the drawing, the protruding into the combustion chamber of an internal combustion engine, a substantially cone-shaped tip 10 of the nozzle body 12 a fuel injector enlarged shown in section. In the top 10 are radially encircling at a certain angle α (to the axis of the nozzle body 12 Injection holes 14 educated. Through the series of injection holes 14 the fuel is injected with the injector open in the well-known manner under pressure into the combustion chamber of the internal combustion engine, wherein the arrangement of the injection holes 14 determines the atomization image of the fuel.

Im Düsenkörper 12 der Einspritzdüse ist axial beweglich eine Düsennadel 20 angeordnet. Die Düsennadel 20 weist an ihrer Spitze einen Konus 22 auf, mit dem sie, wenn die Einspritzdüse geschlossen ist, im Bereich der Einspritzlöcher 14 und insbesondere in Strömungsrichtung des Kraftstoffes oberhalb davon an einer konischen Dichtfläche 16 in der Spitze 10 des Düsenkörpers 12 anliegt. Die konische Dichtfläche 16 bildet einen Sitz für den Konus 22, so daß bei geschlossener Ein spritzdüse kein Kraftstoff aus dem Innenraum 18 zwischen der Düsennadel 20 und dem Düsenkörper 12 zu den Einspritzlöchern 14 gelangt.In the nozzle body 12 the injection nozzle is axially movable a nozzle needle 20 arranged. The nozzle needle 20 has a cone at its tip 22 with, when the injector is closed, in the area of the injection holes 14 and in particular in the flow direction of the fuel above it on a conical sealing surface 16 in the top 10 of the nozzle body 12 is applied. The conical sealing surface 16 forms a seat for the cone 22 , so that when a closed injection nozzle no fuel from the interior 18 between the nozzle needle 20 and the nozzle body 12 to the injection holes 14 arrives.

Im Bereich der Einspritzlöcher 14 ist die Innenseite der Spitze 10 des Düsenkörpers 12 zylinderförmig derartig ausgearbeitet, daß eine zylinderförmige Aussparung 30 in der Spitze 10 entsteht. Die zylinderförmige Aussparung 30 läuft im Bereich der Einspritzlöcher 14 und im Bereich der konischen Dichtfläche 16 ringförmig um den Konus 22 der Düsennadel 20 herum, wobei die konische Dichtfläche 16 oberhalb der Einspritzlöcher 14 zumindest so weit erhalten bleibt, daß die Abdichtung bei geschlossener Einspritzdüse gesichert ist.In the area of injection holes 14 is the inside of the top 10 of the nozzle body 12 Cylindrically shaped such that a cylindrical recess 30 in the top 10 arises. The cylindrical recess 30 runs in the area of the injection holes 14 and in the area of the conical sealing surface 16 ring around the cone 22 the nozzle needle 20 around, with the conical sealing surface 16 above the injection holes 14 at least so far maintained that the seal is secured with the injector closed.

Die Aussparung 30 hat im wesentlichen die Form eines Kreiszylinders um die Achse des Düsenkörpers 12. Der Zylindermantel 32 der Aussparung 30 verläuft im wesentlichen parallel zur Achse des Düsenkörpers 12. Die an den Zylindermantel anschließende Deckfläche 34 des Kreiszylinders kann eine ebene Kreisfläche sein, so daß der Winkel zwischen Zylindermantel 32 und Deckfläche 34 90° beträgt. Die Deckfläche 34 kann jedoch außerhalb der Erfindung auch von einem stumpfwinkeligen, flachen Konus gebildet werden, so daß der Winkel zwischen Zylindermantel 32 und Deckfläche 34 mehr als 90° beträgt.The recess 30 has substantially the shape of a circular cylinder about the axis of the nozzle body 12 , The cylinder jacket 32 the recess 30 runs substantially parallel to the axis of the nozzle body 12 , The adjoining the cylinder jacket top surface 34 of the circular cylinder can be a flat circular area, so that the angle between the cylinder jacket 32 and top surface 34 90 °. The top surface 34 However, outside of the invention can also be formed by an obtuse-angled, flat cone, so that the angle between the cylinder jacket 32 and top surface 34 more than 90 °.

Die ringförmig umlaufende, zylinderförmige Aussparung 30 an der Innenseite der Spitze 10 kann durch jedes geeignete Verfahren ausgebildet werden, beispielsweise durch Bohren, Schleifen, Fräsen, ein Erosionsverfahren wie Senkerodieren, Laserschneiden und dergleichen.The annular circumferential, cylindrical recess 30 on the inside of the top 10 can be formed by any suitable method, such as drilling, grinding, milling, an erosion process such as die sinking, laser cutting and the like.

Durch die Aussparung 30 wird der Innenraum 18 des Düsenkörpers 12 in der ansonsten im Wesentlichen konischen Spitze 10 in der Umgebung der Einspritzlöcher 14 zylinderförmig ausgebildet. Die Einspritzlöcher 14 können dabei außerhalb der Erfindung im Bereich der Ecke zwischen dem Zylindermantel 32 und der Deckfläche 34 des die Aussparung 30 bildenden Kreis zylinders angeordnet sein, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, oder sie können erfindungsgemäß weiter oben im Bereich des Zylindermantels 32 in einem Abstand von der Ecke zwischen dem Zylindermantel 32 und der Deckfläche 34 von der Innenseite des Düsenkörpers 12 nach außen abgehen. Es ist außerhalb der Erfindung auch möglich, daß die Einspritzlöcher 14 im Bereich der Deckfläche 34 in die zylinderförmige Aussparung 30 münden.Through the recess 30 becomes the interior 18 of the nozzle body 12 in the otherwise substantially conical tip 10 in the vicinity of the injection holes 14 cylindrically shaped. The injection holes 14 can be outside the invention in the area of the corner between the cylinder jacket 32 and the top surface 34 of the recess 30 forming circular cylinder can be arranged, as shown in the drawing, or they can according to the invention further up in the region of the cylinder jacket 32 at a distance from the corner between the cylinder jacket 32 and the top surface 34 from the inside of the nozzle body 12 go outside. It is also possible outside the invention that the injection holes 14 in the area of the top surface 34 in the cylindrical recess 30 lead.

Die Aussparung 30 vermindert in jedem Fall den Winkel, den die einzelnen Einspritzlöcher 14 mit der Innenwand der Spitze 10 des Düsenkörpers 12 bilden. Während der Winkel zwischen der Achse der einzelnen Einspritzlöcher 14 und der konischen Innenwand der Spitze 10 ohne die Aussparung 30 bei 90° liegt und oft sogar spitzer, d.h. kleiner ist als 90°, ist der Winkel zwischen den einzelnen Einspritzlöchern 14 und der Innenwand der Aussparung 30 erheblich größer als 90° und damit ziemlich stumpf. Der Übergang zwischen dem Innenraum des Düsenkörpers 12 zu den einzelnen Einspritzlöchern 14 ist dadurch weniger scharfkantig, und es treten weniger Turbulenzen beim Einleiten des Kraftstoffs in die Einspritzlöcher auf. Darüber hinaus bildet die zylinderförmige Aussparung 30 um den Konus 22 der Düsennadel 20 einen Ringkanal aus, der beim Abheben der Düsennadel 20 zu Beginn der Einspritzung und während der Einspritzung auch bei Zentrierfehlern hinsichtlich der Düsennadel 20 eine gleichmäßige Versorgung der Einspritzlöcher 14 mit Kraftstoff und damit ein gleichmäßiges Zerstäubungsbild des Kraftstoffes gewährleistet.The recess 30 in any case reduces the angle that the individual injection holes 14 with the inner wall of the top 10 of the nozzle body 12 form. While the angle between the axis of the individual injection holes 14 and the conical inner wall of the top 10 without the recess 30 is at 90 ° and often even sharper, ie smaller than 90 °, is the angle between the individual injection holes 14 and the inner wall of the recess 30 considerably larger than 90 ° and thus quite dull. The transition between the interior of the nozzle body 12 to the individual injection holes 14 is thus less sharp-edged, and there is less turbulence when introducing the fuel into the injection holes. In addition, the cylindrical recess forms 30 around the cone 22 the nozzle needle 20 a ring channel, which when lifting the nozzle needle 20 at the beginning of the injection and during the injection also with centering errors with respect to the nozzle needle 20 a uniform supply of the injection holes 14 with fuel and thus ensures a uniform atomization image of the fuel.

Claims

Injection nozzle for the injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine with - a nozzle body ( 12 ) with a tip ( 10 ) with a conical sealing surface ( 16 ) and with injection holes ( 14 ) and with a cylindrical recess ( 30 ) on the inside of the tip ( 10 ) and - a nozzle needle ( 20 ) in the nozzle body ( 12 ) is arranged axially movable, and at its tip a cone ( 22 ), wherein - the conical sealing surface ( 16 ) a seat for the cone ( 22 ) and - the cone ( 22 ) the fuel path to the Einspitzlöchern ( 14 ) selectively releases and locks and - the cylindrical recess ( 30 ) on the inside of the tip ( 10 ) in the form of a cylinder jacket ( 32 ) with a subsequent top surface ( 34 ) is formed and - the cylindrical recess ( 30 ) on the inside of the tip ( 10 ) a ring channel around the cone ( 22 ) of the nozzle needle ( 20 ), characterized in that the injection holes ( 14 ) in the region of the cylinder jacket ( 32 ) of the cylindrical recess ( 30 ) are arranged and the injection holes ( 14 ) at a distance from the corner between the cylinder jacket ( 32 ) and the top surface ( 34 ) and the top surface ( 34 ) of the cylindrical recess ( 30 ) has a flat circular shape and the transition from the cylinder jacket ( 32 ) to the top surface ( 34 ) includes an angle of 90 °.