DE2524856A1 - INJECTION NOZZLE FOR LIQUIDS - Google Patents
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Description
Einspritzdüse für FlüssigkeitenInjection nozzle for liquids
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzdüse für Flüssigkeiten und auf ein Flüssigkeitseinspritzsystem. Verschiedene Arten von Flüssigkeiten können eingespritzt werden, wie beispielsweise Paraffine, Farben, Wasser und Brennkraftmaschinentreibstoffe einschließlich Benzin undThe invention relates to a liquid injection nozzle and a liquid injection system. Different types of liquids can be injected such as paraffins, paints, water and Internal combustion engine fuels including gasoline and
Dieseltreibstoffe.Diesel fuels.
Durch die Erfindung wird eine Einspritzdüse für eine Flüssigkeit geschaffen, welche einen Gehäuseabschnitt aufweist, der eine i.ustrittsöffnung hat, durch die die Flüssigkeit gespritzt wird, wobei ein beweglicher Zapfen vorgesehen ist, der innerhalb einer Bohrung in dem Gehäuseabschnitt angeordnet ist und der ein stromab gelegenes Ende aufweist, welches derart ausgebildet ist, daß es die Austrittsöffnung abschließen kann, um die Flüssigkeit, die eingespritzt werden soll, abzustoppen, wobei die Düse eine Flüssigkeitsverwirbelungseinrichtung aufweist, mitThe invention provides an injection nozzle for a liquid which has a housing section has, which has an outlet opening through which the Liquid is injected, wherein a movable pin is provided within a bore in the housing portion is arranged and which has a downstream end which is formed such that it the Can close the outlet opening in order to stop the liquid that is to be injected, the nozzle having a liquid swirling device, with
Gei.Gei.
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der der Flüssigkeit eine Wirbelbewegung erteilt wird, die sich in der Bohrung an dem Zapfen vorbei und zur Austrittsöffnung hin bewegt. to which the fluid is given a whirling motion moves in the bore past the pin and towards the outlet opening.
Vorzugsweise wird die Plüssigkeitsverwirbelungseinrichtung durch Nuten gebildet, die an der Oberfläche des Zapfens vorgesehen sind. Eine einzelne Spiralnute oder mehrere getrennte Nuten können verwendet werden. Die Nute oder jede Nute kann oder können verschiedene Querschnittsformen haben, wie beispielsweise eine rechteckige. Form oder eine V-Form. Falls gewünscht, kann die äußere Oberfläche des Zapfens glatt belassen werden und die Nuten können in der Oberfläche der Bohrung vorgesehen 3ein, in der sich der Zapfen bewegt. Falls sowohl die äußere Oberfläche des Zapfens als auch die Innenwandung des Gehäuseabschnittes glatt belassen wird, können die Flüssigkeitsverwirbelungseinrichtungen beispielsweise durch eine Schraubenfeder gebildet werden, die zwischen dem Zapfen und der Oberfläche der Bohrung angeordnet ist. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Flüssigkeitsverwirbelungseinrichtungen durch öffnungen gebildet werden, die sich durch den Zapfen hindurch erstrecken, wobei diese öffnungen vorzugsweise zumindest an ihrem stromab gelegenen Ende leicht gekrümmt sind, um der Flüssigkeit, die durch diese öffnungen hindurchströmt, eine gute Wirbelbewegung zu erteilen.The fluid swirling device is preferably formed by grooves on the surface of the pin are provided. A single spiral groove or multiple separate grooves can be used. The groove or each groove may or may have different cross-sectional shapes, such as a rectangular one. Shape or a V shape. If desired, the outer surface of the tenon can be left smooth and the grooves can be in the Surface of the bore provided 3ein in which the pin moves. If both the outer surface of the Pin and the inner wall of the housing section is left smooth, the fluid swirling devices can for example, be formed by a helical spring between the pin and the surface the bore is arranged. In a further alternative embodiment of the invention, the liquid swirling devices are formed by openings which extend through the pin, these orifices are preferably slightly curved at least at their downstream end to allow the liquid to flow through flowing through these openings, a good vortex movement granted.
Das stromab gelegene Ende des Zapfens kann in verschiedener Weise ausgebildet sein, so daß dieses Ende die Austrittsöffnung verschließen kann, wenn das Einspritzsystem nicht benutzt wird. So kann beispielsweise das stromab gelegene Ende des Zapfens konisch geformt sein und in einem entsprechend konisch geformten Ventilsitz sitzen, der einen Teil des Düsengehäuses bildet, welcher die Düsenöffnung umgibt.The downstream end of the pin can be designed in various ways so that this end can close the outlet opening when the injection system is not is used. For example, the downstream end of the pin can be conically shaped and in a corresponding manner seated conically shaped valve seat, which forms part of the nozzle housing, which the nozzle opening surrounds.
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Alternativ kann das stromab gelegene Ende des Zapfens mit einer Schulter ausgerüstet sein, die sich in abdichtender Weise gegen eine entsprechende Schulter anlegen kann, welche einen Teil des Düsengehäuses bildet, in dem die Düsenöffnung angeordnet ist. Falls gewünscht, kann das stromab gelegene Ende des Zapfens nach Art einer Kugel ausgebildet sein, und dieses Ende würde dann in abdichtender Weise in einem Kugelventilsitz sitzen, der in dem Teil des Düsengehäuses ausgebildet ist, welcher die Düsenöffnung umgibt.Alternatively, the downstream end of the pin can be equipped with a shoulder that becomes more sealed Way can apply against a corresponding shoulder which forms part of the nozzle housing in which the nozzle opening is arranged. If desired, the downstream end of the pin can be in the form of a ball be formed, and this end would then seat in a sealing manner in a ball valve seat that is in the part of the nozzle housing which surrounds the nozzle opening.
Vorzugsweise ist die Düse mit einer Vibrationseinrichtung ausgestattet, beispielsweise mit einem piezoelektrischen Kristall, der am Gehäuseabschnitt befestigt ist.The nozzle is preferably equipped with a vibration device, for example a piezoelectric device Crystal attached to the case section.
Im Betrieb des erfindungsgemäßen Flüssigkeitseinspritzsyetems wird die Düse dann vibriert und die Vibrationsschwingungen bewirken, daß sich der Zapfen aus seiner normalen Stellung, in der er in der Düsenöffnung sitzt, in eine Stellung bewegt, die sich im Abstand von der öffnung befindet, so daß Flüssigkeit vom System eingespritzt werden kann. Die Frequenz der Schwingungen, die auf die Düse übertragen werden, kann sich verändern und hängt bis zu einem gewissen Ausmaß von dem Flüssigkeitsdruck im Einspritzsystem ab. Ganz allgemein gesagt werden niedrigere Schwingungsfrequenzen bei höheren Flüssigkeitsdrucken in der Düse ■ benötigt.In operation of the liquid injection system according to the invention the nozzle will then vibrate and the vibratory oscillations will cause the spigot to move out of its normal position Position in which it sits in the nozzle opening, moves into a position which is at a distance from the opening so that fluid can be injected by the system. The frequency of the vibrations transmitted to the nozzle can change and depends to some extent on the fluid pressure in the injection system away. Generally speaking, lower frequencies of oscillation are used at higher fluid pressures in the nozzle needed.
Vorzugsweise wird die Einspritzdüse mittels Ultraschallschwingunger in Schwingung versetzt. Die Schwingungen reichen offensichtlich aus, um die Flüssigkeit in kleine nebelartige Teilchen zu unterteilen. Es wurde in der Praxis gefunden, daß axe untere Grenze des in Frage stehenden Frequenzbereiches etwa in der Nähe der oberen Hörbarkeitsgrenze des menschlichen Ohres liegt. In der Praxis ist es im allgemeinenThe injection nozzle is preferably made to vibrate by means of ultrasonic vibrations. The vibrations are obviously sufficient to break the liquid down into small, mist-like particles. It was found in practice that ax lower limit of the frequency range in question is the human ear as close to the upper limit of audibility. In practice it generally is
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wegen der Geräusctiuhterdrückung bevorzugt, Frequenzen zu verwenden, die noch genug liegen, um sicherzustellen, daß ein hörbarer Ton nicht erzeugt wird.because of the noise suppression preferred to use frequencies that are left enough to ensure that an audible tone is not produced.
Mechanische oder elektrische Einrichtungen können verwendet werden, um die Düse,wie erforderlich, in Schwingungen zu versetzen. Eine gegenwärtig bevorzugte Vibrationseihrichtung ist ein piezoelektrischer Kristallwandler.Mechanical or electrical means can be used to vibrate the nozzle as required offset. A currently preferred direction of vibration is a piezoelectric crystal transducer.
Das erfinduhgsgemäße Flüssigkeitseinspritzsystem kann eine Flüssigkeitszufuhrvorrichtung aufweisen, mit der ein Flüssigkeitsstrom,beispielsweise Brennstoff, der Düse zugeführt wird. Das Flüssigkeitseinspritzsystem kann verwendet werden, um Brennstoff direkt in eine Brennkraftmaschine einzuspritzen oder in eine Luftleitung, die zu einer Brennkraftmaschine führt. Wenn das System bei Brennkraftmaschinen verwendet wird, so kann das System eine Zeitgebersteuerung aufweisen, die die Erregung der Düsenschwingungen auf im gleichen Abstand voneinander angeordnete Zeitperioden begrenzt. So kann beispielsweise jede Zeitsteuerperiode einen einstellbaren Teil des Zyklus bezogen auf die Umdrehung der Brennkraftmaschine bilden. Die Zeitsteuerung kann so mit einer Brennkraftmaschine verbunden sein, daß die Erregung des Vibrators auf einen einstellbaren Teil eines jeden Saughubes eines jeden Zylinders der Brennkraftmaschine begrenzt wird.The liquid injection system according to the invention can be a Have liquid supply device with which a flow of liquid, for example Fuel supplied to the nozzle. The liquid injection system can be used to inject fuel directly into an internal combustion engine or into an air line leading to an internal combustion engine leads. When the system is used with internal combustion engines, the system can provide timer control have, which excite the nozzle vibrations on equally spaced periods of time limited. For example, each time control period can have an adjustable part of the cycle related to the revolution the internal combustion engine. The time control can be connected to an internal combustion engine in such a way that the excitation of the vibrator is limited to an adjustable part of each suction stroke of each cylinder of the internal combustion engine will.
Da während des Betriebes des erfindungsgemäßen Systems Perioden auftreten können, in denen eine Vibration erwünscht ist und andere Perioden, in denen keine Vibration erwünscht ist, kann der Zapfen so angeordnet und ausgebildet sein, daß er normalerweise in einer Stellung angeordnet ist, in der dieser die Düsenöffnung abschließt und zwar unter Verwendung von Vorspannungseinrichtungen, wie beispielsweise unter Verwendung einer Feder. Wenn die Düse vibriert wird,Since, during the operation of the system according to the invention, periods can occur in which a vibration is desired and other periods when vibration is not desired, the pin can be so arranged and formed be that it is normally arranged in a position in which this closes the nozzle opening and that below Use of biasing means, such as using a spring. When the nozzle vibrates,
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wirken Trägheitskräfte gegen die Feder ein und sind wirksam, um den Zapfen von der Düsenöffnung fortzubewegen und zwar in eine Stellung, die von der Düsenöffnung entfernt angeordnet ist. Falls gewünscht, können die Trägheitskräfte durch eine magnetische Einwirkung auf den Zapfen unterstützt werden oder durch eine derartige Einwirkung ersetzt werden. Beispielsweise kann insbesondere eine Solenoidspule während der gewünschten Einspritzperiode, d. h. während Schwingungsperioden der Düse, erregt werden. In diesem Fall wird der Zapfen ganz oder teilweise aus einem magnetischen Material hergestellt und wird so angeordnet, daß er in einer Richtung von der Düsenöffnung fort durch die magnetische Wirkung der erregten Solenoidspule gedrückt wird.Inertial forces act against the spring and act to move the pin away from the nozzle opening to a position which is located away from the nozzle opening. If desired, the inertial forces can be supported by a magnetic action on the pin or replaced by such an action. In particular, for example, a solenoid coil may be used during the desired injection period, e.g. H. during periods of oscillation of the nozzle. In this case the Pin made wholly or partially of a magnetic material and is arranged so that it is in one direction is pushed away from the nozzle opening by the magnetic action of the energized solenoid coil.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigenEmbodiments of the invention will be explained with reference to the figures of the drawing. Show it
Fig. 1 eine erste Brennstoffeinspritzdüse teilweise im Schnitt, die bei einem Brennstoffeinspritzsystem gemäß der Erfindung verwendet werden kann,1 shows a first fuel injection nozzle, partially in section, which is used in a fuel injection system can be used according to the invention,
Fig. 2 eine zweite Brennstoffeinspritzdüse teilweise im Schnitt, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist,2 shows a second fuel injection nozzle, partially in section, which is designed according to the invention,
Fig. 3 eine dritte Brennstoffeinspritzdüse teilweise im
Schnitt, die ebenfalls gemäß der Erfindung ausgebildet ist
und3 shows a third fuel injection nozzle, partly in section, which is also designed according to the invention
and
Fig. H eine vierte erfindungsgemäß ausgebildete Brennstoffeinspritzdüse teilweise im Schnitt. H shows a fourth fuel injection nozzle designed according to the invention, partially in section.
Es sei auf Fig. 1 Bezug genommen. Diese Figur zeigt eine Brennstoffeinspritzdüse 2, die einen Gehäuse- oder Hornabschnitt 1I aufweist, der eine Endwand 6 hat. Die Endwand weist eine stromab gelegene Düsenöffnung 8 auf, die ausReference is made to FIG. 1. This figure shows a fuel injector 2 having a housing or horn portion 1 I, which has an end wall. 6 The end wall has a downstream nozzle opening 8 from
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einem zentralen Abschnitt 10 besteht, der auf jeder Seite in kegelsturapfförmige Abschnitte 12 übergeht.a central section 10, which merges into tapered sections 12 on each side.
Ein Zapfen 14 ist innerhalb des Gehäuses 4 angeordnet und kann sich längs einer Bohrung 16 bewegen. Der Zapfen 14 . ist mit Brennstoffverwirbelungseinrichtungen in Form einer kontinuierlich schraubenförmigen Nute 18 ausgerüstet und das stromab gelegene Ende des Zapfens 14 läuft in einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 20 aus. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 20 entspricht in seiner Form dem konischen Abschnitt 12 auf der linken Seite des Abschnittes 10, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Der konische Abschnitt 20 sitzt in der öffnung 8, wie es dargestellt ist, und dies ist die normale Stellung des Zapfens 14, wenn das Brennstoffeinspritzsystem nicht in Betrieb ist.A pin 14 is arranged within the housing 4 and can move along a bore 16. The pin 14. is with fuel swirlers in the form of a continuously equipped helical groove 18 and the downstream end of the pin 14 runs into a frustoconical section 20 from. The frustoconical Section 20 corresponds in shape to the conical section 12 on the left-hand side of section 10, such as it is shown in the drawing. The conical section 20 sits in the opening 8, as shown, and this is the normal position of the pin 14 when the fuel injection system is not in operation.
Wenn ein nicht dargestellter piezoelektrischer Kristall erregt wird, wird die Düse 2 mit Ultraschallschwingungen vibriert, und der Zapfen wird veranlaßt, sich nach links von der öffnung 8 fortzubewegen. Brennstoff kann dann durch die Bohrung 16 um die schraubenförmige Nute 18 herum strömen und erhält dabei eine Wirbelbewegung und der Brennstoff strömt dann in einen Teil der Bohrung 16, die zwischen dem konischen Ende 20 des Zapfens 14 und der Endwand 6 vorhanden ist. Danach tritt der verwirbelte Brennstoff durch die öffnung 8 aus. Der stromab gelegene kegelstumpfförmige Abschnitt 12 ist so geformt, daß sich ein guter Sprühwinkel ergibt.When an unillustrated piezoelectric crystal is excited, the nozzle 2 is vibrated with ultrasonic waves vibrates and the pin is caused to move to the left of the opening 8. Fuel can then get through the bore 16 flow around the helical groove 18 and thereby receive a swirling motion and the fuel then flows into a part of the bore 16 which is present between the conical end 20 of the pin 14 and the end wall 6 is. The swirled fuel then emerges through the opening 8. The downstream frustoconical section 12 is shaped to provide a good spray angle.
Der Mittelabschnitt des Zapfens ist, wie bei 22 dargestellt, ausgebohrt, um den Zapfen leicht zu machen, so daß sich dieser leichter in dem Kanal 16 durch die Ultraschallschwingungen bewegen kann. Diese Blindbohrung kann es auch ermöglichen, daß die Vibrationsgeschwindigkeit des Zapfens leicht geändert werden kann. Brennstoff wird der Düse 2 von einem nicht dargestellten Brennstoffbehälter über entsprechende Brennstoffleitungen zugeführt.The central portion of the tenon is drilled out as shown at 22 to make the tenon light so that this can move more easily in the channel 16 due to the ultrasonic vibrations. This blind hole can too allow the vibration speed of the pin to be easily changed. Fuel is sent to nozzle 2 supplied from a fuel tank, not shown, via appropriate fuel lines.
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Es sei nunmehr auf Fig. 2 Bezug genommen. In dieser Figur ist eine Brennstoffdüse dargestellt, die einen ähnlichen Aufbau wie die in Fig. 1 gezeigte hat. Zur Vereinfachung sind entsprechende Teile der Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und eine detaillierte Beschreibung des Aufbaus und der Betriebsweise der Düse, die in Fig. 2 gezeigt ist, soll nicht erfolgen, da es sich hierbei im wesentlichen um den gleichen Aufbau und die gleiche Betriebsweise wie bei der Düse in Fig. 1 handelt. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausfuhrungsform wird die Brennstoffverwirbelungseinrichtung durch ein Schraubengewinde 18 gebildet, und es sei bemerkt, daß das in Fig. 2 dargestellte Schraubengewinde einen entgegengesetzten Drehsinn gegenüber der Nute 18 von Fig. 1 hat. In Fig. 2 ist die Endwand 6 nicht integral mit dem Gehäuse 4 ausgebildet.Reference is now made to FIG. In this figure a fuel nozzle is shown which has a structure similar to that shown in FIG. For simplification Corresponding parts of FIGS. 1 and 2 are identified by the same reference numerals and a detailed description of the structure and mode of operation of the nozzle shown in FIG essentially the same structure and mode of operation as the nozzle in FIG. At the in The embodiment shown in FIG. 2 is the fuel swirling device formed by a screw thread 18, and it should be noted that the one shown in FIG The screw thread has an opposite direction of rotation with respect to the groove 18 of FIG. In Fig. 2 the end wall is 6 not formed integrally with the housing 4.
Fig. 3 zeigt eine Brennstoffeinspritzdüse, die grundsätzlich ähnlich aufgebaut ist wie die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Düsen, mit der Ausnahme, daß der Zapfen lH eine glatte äußere Oberfläche hat und daß die Brennstoffverwirbelungseinrichtung sieh in der inneren Wandung 30 des Gehäuses 4 befindet und durch das Schraubengewinde gebildet wird. Dem Brennstoff wird die gewünschte Wirbelbewegung erteilt, wenn er sich entlang dem Schraubengewinde 118 zur öffnung 8 hin bewegt. Wie Fig. 3 zeigt, ist ein piezoelektrischer Kristall 119 am Gehäuse *} befestigt. Wenn der Kristall 119 elektrisch erregt wird, so wird das Gehäuse 1J vibriert und der Zapfen 14 hebt sich von seinem Sitz in der öffnung 8 ab. Der Kristall 119 kann in entsprechender Weise befestigt sein.3 shows a fuel injection nozzle which is basically constructed similarly to the nozzles shown in FIGS. 1 and 2, with the exception that the pin 1H has a smooth outer surface and that the fuel swirling device can be seen in the inner wall 30 of the housing 4 and is formed by the screw thread. The desired swirling movement is imparted to the fuel when it moves along the screw thread 118 towards the opening 8. As shown in FIG. 3, a piezoelectric crystal 119 is attached to the housing *}. When the crystal is electrically energized 119, so the housing 1 J is vibrated and the pin 14 rises in the opening 8 from its seat. The crystal 119 can be attached in a corresponding manner.
Fig. 4 zeigt eine Brennstoffeinspritzdüse, die grundsätzlich ähnlich aufgebaut ist wie die in den Fig. 1 und 2 gezeigten, mit der Ausnahme, daß die Brennstoffverwirbelungseinrichtung anders ist. Bei der in Fig. 1I dargestelltenFig. 4 shows a fuel injector which is basically constructed similarly to that shown in Figs. 1 and 2, with the exception that the fuel swirler is different. When in Fig. 1 I shown
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Ausführungsform sind sowohl die äußere Oberfläche des Zapfens I1J als auch die innere Wandung 130 des Gehäuses 4 glatt. Die Brennstoffverwirbelungseinrichtung wird durch einen Drahteinsatz oder eine Schraubenfeder 218 gebildet, die zwischen dem Zapfen 14 und der inneren Wandung 130 angeordnet ist. Wenn der Brennstoff am Zapfen 14 vorbei zur öffnung 8 strömt, wird er so beaufschlagt, daß er dem Weg folgt, der durch den Einsatz 218 bestimmt wird, und dadurch wird dem Brennstoff eine Wirbelbewegung erteilt.Embodiment both the outer surface of the pin I 1 J and the inner wall 130 of the housing 4 are smooth. The fuel swirling device is formed by a wire insert or a helical spring 218 which is arranged between the pin 14 and the inner wall 130. When the fuel flows past the pin 14 to the opening 8, it is urged to follow the path determined by the insert 218, and thereby the fuel is given a swirling motion.
Die im Vorstehenden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wurden lediglich als Beispiele erläutert, und es ist klar, daß Abänderungen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann der konische Zapfenabschnitt 20 durch eine Kugel ersetzt werden, die d&nn in einer entsprechend geformten Aussparung 12 in der Endwandung 6 sitzt.The above-described embodiments of the Invention were only explained as examples, and it is clear that changes can be made. For example, the conical pin portion 20 can through a ball can be replaced, which sits d & nn in a correspondingly shaped recess 12 in the end wall 6.
Wenn ein genuteter oder mit einem Gewinde versehener Zapfen 14 mit losem Sitz in der Bohrung 16 sitzt, kann der Zapfen 14 dazu neigen, sich zu drehen, wenn er vibriert wird und wenn Brennstoff hindurchgeführt wird. Diese Drehung unterstützt die übertragung einer Wirbelbewegung auf den Brennstoff. When a grooved or threaded pin 14 is loosely seated in the bore 16, the pin can 14 tend to rotate when vibrated and when fuel is passed through it. This rotation assists the transfer of a vortex movement to the fuel.
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