DE2709917A1

DE2709917A1 - Kraftstoffeinspritzduese

Info

Publication number: DE2709917A1
Application number: DE19772709917
Authority: DE
Inventors: Karl Hofmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-03-08
Filing date: 1977-03-08
Publication date: 1978-09-14
Also published as: JPS53110717A; US4213568A; JPS6238478U; GB1586728A; FR2383320B1; FR2383320A1

Description

10.1.1977 Su/Kb

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung ROBERT BOSCH GMBH. 7 Stuttgart 1 Kraftstoffeinspritzdüse Zusammenfassung

Die Erfindung betrifft eine Drosselzapfenkraftstoffeinspritzdüse, bei der der Zapfen mindestens in dem Bereich,mit dem er in die Spritzöffnung taucht, konisch ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich auch bei den Leerlauf- bzw. niederen Teillasthüben der Ventilnadel eine Änderung des Durchgangsquerschnitts. Hierdurch läßt sich eine Verbesserung bezüglich der Ganghärte, des Verbrauchs, des Abgases sowie der Leistung erzielen.

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Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bekannten Kraftstoffeinspritzdüsen dieser Art wird bei Leerlauf und niederer Teillast, stets jedoch bei Förderbeginn,der Kraftstoff zwischen Drosselzapfen und Spritzöffnung hindurchgefördert. Ab einer gewiesen Vorfördermenge jedoch taucht der Drosselzapfen aus der Spritzöffnung aus, wobei sich die Aufbereitung des Kraftstoffes, d.h. die Zerstäubung wesentlich verschlechtert. Dies wirkt sich besonders bei Dieselmotoren nachteilig aus, die ohne Vorkammer arbeiten. Der Nachteil besteht in verhältnismäßig großer Ganghärte im Übergangsdrehzahlbereich sowie in einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs,des Abgases und der Leistung.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch bei Direkteinspritzmotoren im Übergangsbereich zwischen Leerlauf und Teillast günstige Motorkenngrößen erreicht werden. Erfindungsgemäß ändert sich auch in diesem Zwischenbereich der zwischen Drosselzapfen und Spritzöffnung gebildete Ringquerschnitt. Es erfolgt also nicht ein plötzliches Aufhören der Drosselwirkung, sondern eine Wirkung des Drosselzapf ens,möglicherweise bis in den Vollastbereich hinein. Der Ringquerschnitt zwischen Drosselzapfen und Spritzöffnung vergrößert sich je nach Einspritzmenge, so daß die bei bekannten Drosselzapfendüsen nur im Leerlauf und niederen Teillastbereich wirkende Aufbereitung des Einspritzstrahls nahezu bis in den Vollastbereich vorhanden ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffeinspritzdüse möglich.

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Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figuren 1 bis 3 verschiedene Ausbildungen von Zapfen und Spritzloch und

Fig. k ein Diagramm des Huböffnungsquerschnittverhältnisses für eine übliche Drosselzapfendüse im Vergleich mit der Erfindung,

Beschreibung der Erfindungsbeispiele

Die Figuren 1 bis 3 zeigen je einen Längsschnitt durch den Ventilsitz enthaltenden Teil einer Kraftstoffeinspritzdüse. Bei allen Beispielen ist in einem Düsenkörper 1 ein Ventilsitz angeordnet, auf den der Schließkegel 3 einer Ventilnadel k aufliegt. Von einer nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe gelangt der Kraftstoff unter Druck in einen nur teilweise dargestellten zwischen Düsenkörper 1 und Ventilnadel 4 angeordneten Druckraum 5 und beaufschlagt dort in Öffnungsrichtung wirkende an der Ventilnadel k angeordnete nur teilweise dargestellte Druckschultern 6. Bei ausreichendem Druck im Druckraum 5 wird dann die Ventilnadel k entgegen einer Schließkraft, meist einer Schließfeder, verschoben, so daß der Kraftstoff aus dem Druckraum 5 »« Ventilsitz 2 vorbei über eine Spritzöffnung 7 in den nicht dargestellten Brennraum gelangen kann. Um eine Aufbereitung des Kraftstoffes, d.h. eine gute Zerstäubung, zu erreichen, ragt in die Spritzöffnung 7 ein Drosselzapfen 8.

Der Drosselzapfen 8 ist sich nach oben verjüngend ausgebildet, so daß eine Öffnungshubbewegung der Nadel k eine Vergrößerung des zwischen Drosselzapfen 8 und Spritzöffnung 7 gebildeten Ringquerschnitts zur Folge hat. Hierdurch wird mit zunehmender pro Zeiteinheit durch die Kraftstoffeinspritzdüse geförderte Menge ein entsprechend zunehmender Querschnitt aufgesteuert,

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so daß die Zerstäubungswirkunx vom Leerlauf bis nahezu zum Vollastbereich erhalten bleibt, jedenfalls solange, wie der Drosselzapfen 8 einen Einfluß auf die Kraftstoffzerstäubung hat.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spritzöffung 7 in dem Bereich 10, in den der Zapfenkegel 11 bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse taucht, konisch ausgebildet, wobei die Steigung des konischen Bereichs 10 und des Zapfenkegels 11 etwa gleich ist.

In Fig. k sind in einem Diagramm die Funktionen der drei Ausführungsbeispiele dargestellt. Über der Ordinate ist der Hub der Ventilnadel s und über der Abszisse der Durchgangsquerschnitt F der Einspritzdüse dargestellt. Die gestrichelte Kennlinie entspricht einer üblichen Drosselzapfendüse. Bei einer derartigen Düse ändert sich nach dem ersten Aufsteuern der Durchgangsquerschnitt F kaum, bis der Hub S. zurückgelegt ist. Danach, also in dem Moment, wo der Drosselzapfen aus der Spritzöffnung taucht, wird dann der Querschnitt F sehr stark vergrößert. Das Hubquerschnittverhältnis wird dann nicht mehr durch den Drosselzapfen, sondern durch den am Ventilsitz herrschenden Querschnitt bestimmt. Dem Beispiel aus Figur 1 entspricht dagegen die Kurve I. Wird davon ausgegangen, daß beim Hub S₁ der Zapfenkegel 11 vollends aus der Spritzöffnung 7 taucht, so entspricht diesem Austauchen ein Durchgangsquerschnitt F₁. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, ist dieser Querschnitt F₁ nahezu doppelt so groß angenommen, wie der Querschnitt F„, der bei einer normalen Drosseldüse beim Austauchen des Zapfens erreicht ist. Dieser flache' Verlauf der Kennlinie I bewirkt die obengenannten Vorteile.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel geht die Spritzöffnung als zylindrische Bohrung direkt in den Sitzkonus

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über. Der Drosselzapfen 8 jedoch, der in die Spritzöffnung ragt, besteht aus zwei Kegelstümpfen unterschiedlicher Steigung, die stufenlos ineinander übergehen. Bei geringen Hüben der Ventilnadel k ist der weiter oben gelegene Kegelstumpf 12 bestimmend für den Durchgangsquerschnitt, bei größeren Öffnungshüben der weiter unten gelegene Kegelstumpf 13· Der Durchgangsquerschnitt wird durch die engste Durchgangsstelle bestimmt. Diese engste Durchgangsstelle ist zwischen einer Ringkante Ik und dem gegenüberliegenden Kegelstumpfcn 12,13 gebildet. Die Ringkante Ik entsteht durch den Schnitt zwischen dem Ventilsitzkonus 2 und dem Zylinder der Spritzöffnung 7· Diesem in Figur 2 dargestellten Beispiel entspricht die Kennlinie II in Figur k. Entsprechend der Schnittkante 15 zwischen den beiden Kegelstümpfen 12 und 13 hat die Kennlinie II etwa bei dem Hub S₂ einen zusätzlichen Knick. An dieser Stelle ist die Kante 15 gegenüber der Ringkante ik. Bei Vergrößerung des Hubes S vergrößert sich der Ringquerschnitt stärker als unterhalb des Hubes S₀. Beim Austauchen des Kegelstumpfes 13 aus der Spritzöffnung 7 ist dann der Querschnitt F__ erreicht.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist ein besonders weicher Übergang zwischen Leerlauf und Volllast angestrebt. Während die linke Hälfte der Ventilnadel k in geschlossenem Zustand dargestellt ist, ist die rechte Hälfte in geöffnetem Zustand gezeigt. Der Drosselzapfen 8 besteht hier aus drei Kegelstümpfen 16, 17 und 18, bei denen die Steigung der Kegel nach unten hin zunimmt, im Gegensatz zu dem in Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel. Hierdurch ergibt sich der in Fig. k dargestellte Verlauf der Kennlinie III, die dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel entspricht. Die Steigung des Kegelstumpfes 16 entspricht etwa der Steigung des Konus des Ventilsitzes 2. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Übergang extrem weich ausgebildet, was für manche Motoren von entscheidendem Vorteil ist.

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Statt einzelnen Kegelstümpfen kann der Drosselzapfenkegel im Längsschnitt auch kurvenförmig ausgebildet sein, um einen möglichst strömungsgünstigen Übergang zu erhalten.

Die an der Ventilnadel angreifende nicht dargestellte Schließkraft, insbesondere ein oder mehrere Federn, kann mit zuneh,-mendem Öffnungshub progressiv zunehmen. Hierdurch wird der üffnungsquerschnitt für eine günstige Zerstäubung besser an die einzuspritzende Kraftstoffmenge angepaßt.

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Claims

Ansprüche

1,) Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einer einen stromab eines Ventilsitzes angeordneten Drosselzapfen aufweisenden und entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffes sowie einer Schließkraft öffnenden Ventilnadel und mit einem die Ventilnadel aufnehmenden Düsenkörper, in welchem eine konische in eine zentrale den Drosselzapfen aufnehmende Spritzöffnung übergehende Ventilsitzfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselzapfen (8) mindestens in dem Bereich, der bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse in die Spritzöffnung taucht, kegelig sich nach außen verjüngend ausgebildet ist.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Drosselzapfen (8) bei geschlossener Düse gegenüberliegende Wand (10) der Spritzöffnung (7) nach außen sich verengend konisch ausgebildet ist.

3* Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Drosselzapfenkegels (11) und des Spritzöffnungskonus (lO) nahezu gleich ist.

k. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselzapfenkegel (11) unmittelbar nach dem Schließkegel der Ventilnadel beginnt, mit dem diese auf dem Ventilsitz (2) aufliegt.

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5· Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselzapfenkegel (8) aus mehreren Kegelstümpfen (12,13,l6,17,18) unterschiedlicher Steigung besteht, die vorzugsweise ohne Stufe ineinander übergehen.

6. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Drosselzapfenkegels (8) im Längsschnitt kurvenförmiges Profil aufweist.

7. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ventilnadel belastende Schließkraft mit zunehmendem Hub der Ventilnadel progressiv zunimmt.

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