DE2610927A1

DE2610927A1 - Brennstoff-einspritzduese fuer brennkraftmaschinen mit innerer gemischbildung

Info

Publication number: DE2610927A1
Application number: DE19762610927
Authority: DE
Inventors: Eugen W Prof Dipl Ing Dr Huber; Wolfgang Dr Ing Schaffitz
Original assignee: Inst Motoenbau Prof Huber E V
Current assignee: Inst Motoenbau Prof Huber E V
Priority date: 1976-03-16
Filing date: 1976-03-16
Publication date: 1977-10-13
Also published as: FR2344723A1; DE2610927C2; US4177948A

Description

ο.Prof.Dr.-Ing.Eugen W.Hubar

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Brennstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung.

Bei bekannten Einspritzdüsen befindet sich unterhalb des Düsensitzes für die Düsennadel ein Sackloch, das über die Spritzlochbohrungen mit dem Brennraum verbunden ist. Während der Einspritzung tritt Brennstoff aus dem Düsenraum über den zwischen Düsensitz und Düsennadel geöffneten Sitzquerschnitt in das Sack&och ein und gelangt von dort unter hohem Druckgefälle über die Spritzlochbohrungen in den Brennraum. Andere Brennstoffeinspritzdüsen, als Zapfendüsen bekannt, weisen unterhalb des Düsensitzes einen ringförmigen Spritzquerschnitt auf, gebildet durch das Spritzloch und den Spritzzapfen.

Ein Nachteil der bekannten Brennstoff-Einspritzdüsen ist der Verschleiß im Spritzloch durch Kavitation des strömenden Brennstoffes.

Die Spritzlochwand wird dabei unterhalb der Einmündung vom Sackloch oder bei der Zapfendüse unterhalb der Einmündung vom Düsensitz verschlissen und abgetragen. Es kommt in der Folge zu der für diese Verschleißart typischen trompetenförmigen Erweiterung des Spritzlochquerschnitts, wodurch eine unzulässige Änderung des wirksamen Düsenquerschnitts des Einspritzdrucke und der Brennstoffqualität entsteht. Dies zieht in Brennkraftmaschinen

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mit innerer Gemischbildung meist eine wesentliche und nachteilige Störung der Gemischbildung und des Brennverlaufs nach sich.

Ursache für diesen Verschleiß ist das Auftreten von Kavitation im Brennstoff innerhalb des Spritzloches. Kavitation tritt durch starke Druckabsenkung im Brennstoff an der Stelle des engsten Strömungsquerschnittes auf kurz nach der Einmündung ins Spritzloch. Die Druckverteilung im Spritzloch bei einer von Kavitation ungestörten Brennstoffströmung zeigt, daß der Brennstoff mit hohem statischem Flüssigkeitsdruck aus dem Düsenraum über den Düsennadelsitz unter statischer Druckabsenkung nach der Mündungskante in das Spritzloch einströmt. Nach der Mündungskante kommt es im Spritzloch zu einer Einschnürung der Strömung, das heißt, der Strömungsquerschnitt des Brennstoffes verengt sich stetig und erreicht ein Minimum, abhängig vom Brennstoffdruck und Brennstoffdichte in einem bestimmten Abstand nach der Mündungskante, bei Mehrlochdüsen von etwa einem Spritzlochdurchmesser. In diesem engsten Strömungsquerschnitt erreicht der statische Flüssigkeitsdruck ein Minimum und steigt in Strömungsrichtung wieder an, bis er am Austritt des Spritzlochs in den Brennraum den dort herrschenden Brennraumdruck annimmt. Der wirksame engste Strömungsquerschnitt wird begrenzt und umgeben von einem in relativer Ruhe befindlichen "Totwassergebiet" dessen Grenze vom strömenden Brennstoff die Wirkung einer Kanalwand ausübt und dessen Inhalt nur unter dem minimalen statischen Druck steht. Bei neuzeitlichen Brennkraftmaschinen sind während der Einspritzung die Druckunterschiede zwischen Sackloch bzw. Sitzquerschnitt und Brennraum so hoch, daß der statische Druck im engsten

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Querschnitt so weit absinkt, daß durch Erreichen des Kraftstoffdampfdruckes und durch örtliche Zugspannungen im Brennstoff des Totwassergebietes Hohlräume entstehen. Diese Hohlräume werden mit der Strömung mitgerissen und gelangen somit in Zonen steigenden Drucks, so daß dort Implosionsvorgänge eingeleitet werden, die an der Spritzlochwand zum Kavitationsverschleiß führen.

Die wirksamste Maßnahme Materialverschleiß durch Implosion von Flüssigkeitshohlräumen zu vermeiden besteht darin, die Hohlräume möglichst während ihrer Entstehung mit Gas zu füllen, dessen Druck möglichst hoch sein sollte, denn dann setzt der Gasinhalt des Flüssigkeitshohlraumes bei Einsetzen des Implosionsvorganges diesem mit zunehmender Verdichtung einen wirksamen Widerstand entgegen. Der so entstehende Gaskisseneffekt verhindert, daß in der letzten Phase des Implosionsvorganges die Flüssigkeit mit extrem hoher Aufprallgeschwindigkeit auf die Spritzlochwand aufschlägt, was zu Materialermüdung und Zerstörung führen würde.

Aufgabe der Erfindung ist, die entstehenden Hohlräume im Brennstoff mit Gas zu befüllen und damit den Kavitationsverschleiß im Spritzloch der Einspritzdüse der Brennkraftmaschine zu verhindern, wozu der Gasdruck stets höher sein muß, als der Flüssigkeitsdruck im engsten Strömungsquerschnitt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung, bei der der Brennstoff durch ein oder mehrere Spritzlöcher durch hohen Druck vor dem Spritzloch zum

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Brennraum strömt, bei der es durch Einschnürung des Strömungsquerschnittes im Spritzloch in einem Bereich nach der Mündungskante zu Hohlraumbildung kommt, dadurch gekennzeichnet ist, daß im Bereich des Einschnürungsquerschnittes der Brennstoffströmung Gas aus dem Brennraum in den Raum um die eingeschnürte strömende Flüssigkeit dadurch gebracht wird, daß in diesem Bereich eine oder mehrere Verbindungsbohrungen oder Verbindungskanäle zwischen Brennraum und Spritzloch angebracht sind.

Aus strömungsmechanischen Gründen ist der Gasdruck im Brennraum während der Brennstoffeinspritzung stets größer, als der Druck im Raum um die eingeschnürte Brennstoffströmung, wodurch während der Einspritzung stets Gas aus dem Brennraum über die Verbindungsbohrung in den Raum um den eingeschnürten strömenden Brennstoff eindringen kann, wodurch sich an dieser Stelle bildende Flüssigkeitshohlräume mit Gas befüllt werden und so mit der Strömung mitgerissen und dem Brennraum zugeführt werden, so daß bei eventuell noch auftretenden Implosionen der Flüssigkeitsaufprall auf die Spritzlochwand durch das Gaskissen verhindert oder gedämpft wird.

Um sicher zu verhindern, daß durch die Verbindungsbohrung Brennstoff in den Brennraum gelangen kann, steht die Mündung der Verbindungsbohrung in das Spritzloch in Strömungsrichtung höchstens senkrecht, damit nicht an der Mündungskante ein Staudruck entstehen kann, durch den, wenn er größer als der Brennraumdruck wird, Brennstoff durch die Verbindungsbohrung in den Brennraum gedrückt wird.

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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Bild dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Mehrlocheinspritzdüse nach der Erfindung, deren Düsenkappe 1 aus den Zylinderkopf 10 in den Brennraum 9 hineinragt. Während des Einspritzens öffnet die Düsennadel 2 den Düsensitz 4, so daß der Brennstoff aus dem Düsenraum 3 mit hohem Druck über den Düsensitz 4 in das Sackloch 5 und von dort mit starkem statischen Druckverlust und hoher Geschwindigkeit durch die Spritzlochbohrungen 6 in den Brennraum abgespritzt wird.

Durch die Verbindungsbohrungen 7 strömt während des Einspritzvorganges Gas aus dem Brennraum 9 in den Bereich relativen Unterdruckes an der Stelle der Strömungseinschnürung 10 im Spritzloch 6 von wo es wieder mit dem strömenden Brennstoff in den Brennraum mitgerissen wird; der Winkel 8 zwischen der Spritzloch- und der Verbindungsbohrung ist kleiner als 90 ,

Fig. 2 eine Ausgestaltung einer Zapfendüse nach der Erfindung deren Düsenkappe 1 im Zylinderkopf nicht in den Brennraum hineinragt. Während des Einspritzens öffnet die Düsennadel 2 den Düsensitz 4, so daß der Brennstoff aus dem Düsenraum mit starkem statischen Druckverlust und hoher Geschwindigkeit in den Ringraum aus Spritzloch und Düsennadel 2 einströmt und von dort in den Brennraum 9 austritt. Durch die Verbindungsbohrungen 7 strömt während des Einspritzvorganges

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Gas aus dem Brennraum 9 in den Bereich relativen Unterdruckes an der Stelle der Strömungseinschnürung 11 von wo es wieder mit dem strömenden Brennstoff in den Brennraum mitgerissen wird; der Winkel 8 zwischen dem Spritzloch- und der Verbindungsbohrung 7 ist kleiner als 90°.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

!Brennstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen

^ ' mit innerer Gemischbildung, bei der der Brennstoff

durch ein oder mehrere Spritzlöcher durch hohen Druck vor dem Spritzloch zum Brennraum strömt, bei der es durch Einschnürung der Brennstoffströmung im Spritzloch in einen Bereich nach der Mündungskante zu Hohlraumbildung kommt, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Einschnürung Gas aus dem Brennraum in den Raum relativen Unterdruckes um die eingeschnürte strömende Flüssigkeit gebracht wird, dadurch daß in diesem Bereich eine oder mehrere Verbindungsbohrungen oder Kanäle zwischen Brennraum und Spritzloch angebracht sind.
2. Brennstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der Verbindungsbohrungen oder Kanäle in das Spritzloch in Strömungsrichtung höchstens senkrecht stehen.
3. Brennstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmündung der Verbindungsbohrungen oder Verbindungskanäle einen Spritz lochdurchmesser hinter der Mündungskante von Sackloch zu Spritzloch liegen.

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INSPECTED