DE2750928A1

DE2750928A1 - Kraftstoff-einspritzduese fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2750928A1
Application number: DE19772750928
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr Ing Mueller
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1977-11-15
Filing date: 1977-11-15
Publication date: 1979-05-17
Also published as: GB2007763B; DD139882A1; JPS6163475U; GB2007763A; FR2408732A1; IN150516B; SU795513A3; CH632054A5; SE7811705L; JPS5474918A; HU178283B; IT1100085B; IT7829572A0; RO76670A; US4273291A; PH16853A

Description

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fo/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktlengesel!schaft

Nürnberg,10. Nov. 1977 Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, die als Zapfendüse ausgebildet 1st und eine In einem Düsenkörper axial verschiebbar gelagerte, durch den Druck des Kraftstoffes von ihrem Diohtsitz abhebbare Düsennadel aufweist, wobei die Düsennadel unterhalb ihres Dichtsitzes mit einem Drosselzapfen In eine zentrisch zur Längsachse der Einspritzdüse angeordnete Düsenbohrung eingreift.

Eine derartige Einspritzdüse 1st bereits duroh die DT-AS I o26 572 bekannt. Bei ihr gibt der an seinem freien Ende Im Durchmesser etwas verringerte Drosselzapfen die Düsenbohrung Je nach dem vorhandenen Kraftstoff-Einepritzdruek mehr oder minder weit frei. Es soll eine geregelte Voreinspritzung des Kraftstoffes erreicht werden, in_dem die Düsennadel durch zwei Federn auf ihrem Dichtsitz gehalten wird, die unterschiedliche Charakteristik aufweisen bzw. zu verschiedenen Zeitpunkten ansprechen. In Jedem Falle

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bleibt die Strahlrichtung In allen Stellungen der Düsennadel Immer in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse, lediglich der Charakter des Strahles ändert sich mit zunehmendem Öffnungsquerschnitt.

Bekanntlich ist die Güte der Gemischbildung im Brennraum einer Brennkraftmaschine außer von der Strahlcharakteristik auch wesentlich abhängig von der Jeweiligen
Kraftstoffstrahllage bzw. -richtung. Diesbezüglich
wird es für verschiedene Gemischbildungsverfahren auch
bereits lange als vorteilhaft angesehen, dem Kraftstoff-Strahl beim Starten sowie im unteren Last- und/oder Drehzahlbereich des Motors eine Richtung zu geben, durch die eine größere unmittelbare Kraftstoff-Luftvermischung erfolgt, während im oberen Last- und/oder Drehzahlbereich ein kompakter, mehr in Rlohtung zur Brennraumwand hin verlaufender Strahl erwünscht wird, um die bekannten gefährlichen Druckspitzen durch eine zu schnelle Verbrennung zu vermelden. Dies gilt Insbesondere für Brennkraftmaschinen, die nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeiten, denn hler soll bei genügend erwärmter Brennraumwand ein großer Teil des Kraftstoffes filmartig auf diese aufgebracht werden.

Um diese Forderungen zu erfüllen, wurde schon eine Reihe von Vorschlägen gemacht, die sich Jedoch alle in irgendeiner Welse als nachteilig zeigten. So wurde beispielsweise durch die DT-PS 1 ol4 382 eine Einrichtung zum Ablenken des Einspritzstrahles vorgeschlagen, bei der im
Bereich des Strahles ein sich temperaturabhängig verstellender Leitkörper vorgesehen ist. Dieser Leitkörper besteht aus einem Bimetall oder ähnlichem und lenkt den Kraftstoff bei kaltem Brennraum in Richtung zur Brennraummitte hin,
während er bei warmem Brennraum an die Wand geführt wird. Die Einrichtung arbeitet rein temperaturabhängig, die
Strahlcharakteristik und der Einspritzdruck sind nicht
berücksichtigt. Außerdem ist sie sehr störanfällig.

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Auch andere Vorschläge, wie die Drehung der Düse bei verschiedenen Lastbereichen des Motor· haben sich wegen Ihrer Kompliziertheit nloht durchgesetzt.

Wie bereits erwähnt, kann die Strahloharakterlstllc relativ einfach durch Verwendung einer Zapfendüse geändert werden, wobei dieser auch noch der Vorteil anhaftet, daß der Kraftstoffdruck während des gesamten Einspritzvorganges nahezu unvermindert an der Düsenbohrung zur Verfugung steht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine als Zapfendüse ausgebildete Kraftstoff-Einspritzdüse der eingangs beschriebenen Art in einfacher, unkomplizierter Welse dahingehend zu verbessern, daß sich die Strahllage bzw. Strahlrichtung durch die Jeweilige Stellung der Düsennadel selbsttätig über den gesamten Betriebsbereich oder über einen Teil dieses Bereiches eines Motors derart ändert, daß eine durchwegs gute Oemlsohblldung und damit Verbrennung erreicht wird. Als Unteraufgabe soll es angesehen werden, daß die Strahlrlohtung entgegen aller bisher bekannten Ausführungen Je nach den Einbaumöglichkeiten derart wählbar 1st, daß sie entweder im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich oder bei Vollast in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse verläuft.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Düsenbohrung an einer Stelle oder über einen Teil Ihres Umfanges einen exzentrisch angeordneten Spalt aufweist.

Duroh den einfach herstellbaren exzentrischen Spalt ist in Jedem Falle eine Änderung der Strahlriohtung möglloh. Wann und wie diese Änderung in Abhängigkeit vom Jeweiligen Betriebszustand des Motors erfolgen soll, läßt sich beliebig durch weitere Ausbildungen der Erfindung bewerkstelligen.

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Erlauben es die Einbauverhältnisse für die Einspritzdüse, daß bei Vollast des Motors und/oder Im oberen Drehzahlbereich ein kompakter Einspritzetrahl in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse verlaufen soll und daß im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich ein Sprühstrahl erwünscht 1st, der einen Winkel zur Längeachse der Düse bildet, so wird vorgeschlagen, daß duroh Anpassung des Nadelhubes, der Länge der DUsenbohrung und der Form des Drosselzapfens bei voll geöffneter Düsennadel der Drosselzapfen vollkommen oder nahezu vollkommen außerhalb der DUsenbohrung liegt und deren gesamten Spritzquerschnitt freigibt, und daß er bei teilgeöffneter Düsennadel weltgehend abdichtend in die DUsenbohrung eintaucht. Mit anderen Worten heiBt das, daß bei vollem Düsennadelhub der Strahl in der DUsenbohrung geformt wird, während er bei teilgeöffneter Düsennadel duroh die Geometrie von Spalt, DUsenbohrung und Drosselzapfen bestimmt wird.

Soll, was wohl für die meisten Fälle zutreffend sein dürfte, im oberen Lastbereich des Motors der kompakte Kraftstoffstrahl einen Winkel zur Längsaohse der Einspritzdüse bilden und im unteren Lastbereich der Sprühstrahl in Richtung der Längsaohse verlaufen, so wird naoh der Erfindung vorgeschlagen, daß der Drosselzapfen bei voll geöffneter Düsennadel noch zu einen geringen Teil In die DUsenbohrung eingreift und der Spalt derart ausgebildet ist, daß durch ihn der volle Spritzquersohnitt freigegeben wird, und daß auch bei geschlossener Düsennadel zwisohen den Drosselzapfen und der DUsenbohrung ein geringes Spiel vorhanden 1st. Indem die Düsennadel in geöffnetem Zustand nooh in die DUsenbohrung eingreift, wird die Ausbildung eines Strahles in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse verhindert.

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Dafür gibt der ausreichend groß dimensionierte Spalt dem Kraftstoffstrahl eine Richtung, die durch die Geometrie des Drosselzapfens, des Spaltes und die DUsenbohrung bestimmt ist. Bei Beginn der Nadelöffnung hingegen wird durch das genannte geringe Spiel ein Sprühstrahl in Richtung der Längsachse erzeugt, der beim weiteren Offnen der Düsennadel durch langsames Wirksamwerden des Spaltes immer welter in der gewünschten Richtung abgelenkt wird. Es sind somit alle Möglichkeiten einer Strahlrichtungeänderung im Jeweils gewünschten Sinne möglich.

Der Spalt selbst kann als halbkreisförmige, rechteckförmige oder quadratische Ausnehmung ausgebildet sein und über seine gesamte Länge durchgehend gleich großen oder in Richtung zum Dichtsitz hin einen zunehmend größeren freien Querschnitt aufweisen. Er kann ebenso, Je nachdem, welchen Kraftstoffstrahl man erreichen will, über die gesamte Länge der DUsenbohrung oder nur über einen Teil derselben verlaufen, in letzterem Falle wird die übergangsfläohe vom Spalt zur Düsenbohrung zweckmäßigerweise konisch oder" als mit einem spitzen Winkel zur Achse der Düse verlaufenden Ebene ausgebildet, wodurch sich eine günstigere Strahlumlenkung ergibt. Ebenso ist natürlich auch durch die Form des Drosselzapfenendes die Strahlrichtung, insbesondere Jedoch die Strahlcharakteristik veränderbar.

Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung einiger In den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigen:

Fig. t einen Längsschnitt durch den unteren Teil einer bereite etwas geöffneten Einspritzdüse nach der Erfindung, bei der bei vollem Nadelhub der kompakte Einspritzstrahl in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse verläuft,

Flg. 2 einen Schnitt II-II durch die Einspritzdüse nach Pig. I,

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Flg. 3 und 4 Varianten zur Einspritzdüse nach Fig. 1,

Flg. 5 einen Längsschnitt durch den unteren Teil einer geschlossenen Einspritzdüse nach der Erfindung, bei der der kompakte Einspritzstrahl in einen Winkel zur Längsachse der Einspritzdüse verläuft,

Flg. 6 einen Schnitt VI-VI durch die Einspritzdüse nach Fig. 5,

Flg. 7 die Einspritzdüse nach Fig. 5 mit geringfügig angehobener Düsennadel,

Fig. 8 die Einspritzdüse nach Fig. 5 in voll geöffnetem Zustand und mit geringfügig abgeändertem Zapfen.

In den Figuren ist der untere Teil des DUsenkörpers mit I bezeichnet, in dem eine Düsennadel 2 axial verschiebbar gelagert 1st. Die Düsennadel 2 weist einen konischen Dichtsltz 3 und am unteren Ende einen zylindrischen Drosselzapfen 4 auf, der In eine im DüsenkBrper I vorgesehene, zylindrische DUsenbohrung 5 eingreift, die an einer Stelle oder über einen Teil ihres Umfanges mit einem Spalt 6 in Verbindung steht. Zwischen dem DüsenkOrper I und der Düsennadel 2 ist ein freier Raum 7 für die Kraftstoffzufuhr vorgesehen.

Oemäfi den Fig. I und 2 ist der Spalt 6 als halbkreisförmige Ausnehmung mit gleichbleibendem freien Querschnitt ausgebildet, die, vom Dichtsitζ 3 aus gesehen, nur über einen Teil der DUsenbohrung 5 parallel zu dieser verläuft und sohliefilloh durch die konische Dichtfläche 10 In sie einmündet. In der gezeigten Stellung der Düsennadel 2 entsteht durch die Form des Spaltes 6 bereits ein Sprühstrahl, dessen Sprühwinkel einerseits durch den am Drosselzapfen K angebrachten Kegel 8 und andererseits durch die konlsohe Fläche 10 des Spaltes 6 bzw. die Wand der DUsenbohrung 5 begrenzt wird

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und dessen mittlere Richtung in Jedem Falle unter einem Winkel t zur Längsachse χ der Einspritzdüse verläuft. Beim weiteren öffnen der Düsennadel 2 werden der Spritzwinkel und der Sprühwinkel immer kleiner. Befindet eich die Düsennadel 2 schließlich in ihrer Offenstellung, so liegt der Drosselzapfen 4 vollkommen oder nahezu vollkommen außerhalb der DUsenbohrung 5, es entsteht in kompakter Kraftstoff-Einspritzstrahl, der In Richtung der Längsachse χ verläuft.

In Pig. 3 zieht sich der Spalt 6 über die gesamte Länge der DUsenbohrung 5 und weist durchgehend gleich großen freien Querschnitt auf. Die Wirkungsweise dieser Düse ist die gleiche wie naoh Flg. 1, lediglich wird der Spritzwinkel ·* in der Anfangsdrosselstellung kleiner.

Nach Flg. 4 weist der Spalt 6 in Rlohtung zum Dichtsitz 3 einen zunehmend größeren freien Querschnitt auf, wodurch die einzuspritzende Kraftstoffmenge, die Durchschlagkraft des Strahles und auch die Richtungsänderung den jeweils erforderlichen Verhältnissen besser angepaßt werden kann. Die übrige Arbeltswelse entspricht der, wie sie unter Flg. 1 bereits beschrieben wurde.

Die Fig. 5 bis 8 zeigen Jeweils den unteren Teil einer Einspritzdüse, die zwar im Aussehen nahezu der Düse naoh Fig. I entspricht. Jedoch anders arbeitet. Bei dieser Ausführung läßt man bewußt «wischen der Düsenbohrung 5 und dem Drosselzapfen 4 ein kleines Spiel 9. Die DUsenbohrung 5 und der Drosselzapfen 4 sind etwas länger gehalten und der Spalt 6 weist, wie Insbesondere aus Fig. zu ersehen ist, einen wesentlich größeren freien Querschnitt auf. Das freie Ende des Drosselzapfens 4 ist hler als Kegelstumpf 12 augebildet. Im geschlossenen Zustand gemäß Fig. 5 liegt der Drosselzapfen 4 nahezu mit seiner ganzen Länge in der DUsenbohrung 5. Wird die Düsennadel 2

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geringfügig von ihrem Diohteitz 3 abgehoben, wie in Fig. dargestellt 1st, so wird bereits Kraftstoff durch den Spalt 6 und das Spiel 9 in Pore eines Sprühstrahles in den Zylinder bzw. Brennraum des Motors eingespritzt, der jedoch In Richtung der Längsachse χ der Einspritzdüse verläuft.

Durch weiteres Anheben der Düsennadel 2 gibt der Drossel» zapfen 4 den Spalt 6 langsam frei, der Kraftstoff tritt nunmehr überwiegend durch diesen aus, wodurch der Strahl seine Richtung ändert, so .daß der Winkel <* größer wird und schließlich gemäß Flg. 8 die für Vollast gewünschte Neigung zur Längsachse κ der Einspritzdüse erhält, wenn die Düsen« nadel 2 voll geöffnet 1st. In dieser Stellung taucht der Drosselzapfen 4 immer noch geringfügig in die DUsenbohrung 5 ein, was einerseits zur Änderung der Strahlriohtung erforderlich 1st und andererseits der Düsennadel 2 bzw. dem Drosselzapfen 4 eine Führung bzw. Abstützung gibt, denn duroh den nur einseitig austretenden Kraftstoff kann die Düsennadel 2 an die dem Spalt 6 gegenüber! legende Seite der DUsenbohrung 5 gedrückt werden. Um für den letztgenannten Fall evtl. auftretende Reibungskräfte »4« mögllohst klein zu halten, denn duroh sie könnte das ordnungsgemäfie Verschieben der Düsennadel 2 behindert werden, erscheint es zweckmäßig, den Durchmesser des Drosselzapfens 4 abzusetzen und nur den unteren, als Steuerschieber Il dienenden Teil mit seinem grüßten Durohmesser auszubilden (Fig. 8),

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Claims

Maschinenfabrik Augsburg-NUrnberg
Aktiengesellschaft

Nürnberg,XO. Nov. 1977

Patentansprüche

( I./Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, die als Zapfendüse ausgebildet 1st und eine in einem DUsenkörper axial verschiebbar gelagerte, durch den Druck des Kraftstoffes von Ihren Dichtsitz abhebbare Düsennadel aufweist, wobei die Düsennadel unterhalb Ihres Dichtsitzes mit einem Drosselzapfen in eine zentrisch zur Längsachse der Einspritzdüse angeordnete Düsenbohrung eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß die DUsenbohrung (5) an einer Stelle oder über einen Teil ihres Umfanges einen exzentrisch angeordneten. Spalt (6) aufweist.

2. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselzapfen (4) wenigstens während eines Teiles des Hubes der Düsennadel (2) in die DUsenbohrung (5) eintaucht.

3. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruoh 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Spalt (6) als halbkreisförmige Ausnehmung ausgebildet ist.

4. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (6) als rechteckförmige oder quadratische Ausnehmung ausgebildet 1st.

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5. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (6) Über seine gesamte Länge durchgehend gleich großen freien Querschnitt aufweist.

6. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß der Spalt (6) in Richtung zum Diohtsitz

(3) hin einen zunehmend größeren freien Querschnitt aufweist.

7. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (6) über die gesamte Länge der DUsenbohrung (5) verläuft.

8. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (6) - vom Dichtsitz (3) aus gesehen - nur über einen Teil der Länge der DUsenbohrung (5) verläuft.

9. Kraftstoff-Einspritzdüse nach den Ansprüchen I und 8, daduroh gekennzeichnet, daß das Ende des Spaltes (6) bzw. sein übergang zur DUsenbohrung (5) als konische Fläche (10) ausgebildet ist.

10. Kraftstoff-Einspritzdüse nach den Ansprüchen t und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Spaltes (6) bzw. sein Übergang zur DUsenbohrung (5) als In einem spitzen Winkel zur Längsachse (x) der Einspritzdüse verlaufende Ebene ausgebildet 1st.

11. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Drosselzapfens

als ebene Fläche ausgebildet ist.

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12. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daB das freie Ende des Drosselzapfens (4) als Kegel (8), Kegelstumpf (12) oder Kugelkalotte ausgebildet 1st.

13. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daB der Drosselzapfen (4) als Steuerschieber (II) ausgebildet ist und nur an seinem freien Ende in geringer Länge seinen maximalen Durchmesser aufweist.

14. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 13* dadurch gekennzeichnet, daB bei voll geöffneter Düsennadel (2) der Drosselzapfen (4) vollkommen oder nahezu vollkommen außerhalb der DUsenbohrung (5) liegt und deren gesamtenjoder fast gesamten Sprltzquersohnltt freigibt, und daß er beim Eintauchen in die DUsenbohrung (5) weltgehend abdichtend in dieser läuft.

15. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 13» dadurch gekennzeichnet, dafi der Drosselzapfen (4) bei voll geöffneter Düsennadel (2) noch zu einem geringen Teil in die DUsenbohrung (5) eingreift und der Spalt (6) derart ausgebildet 1st, daß durch ihn der volle Spritzquersohnitt freigegeben wird, und daß auch bei geschlossener Düsennadel (2) zwischen dem Drosselzapfen (4) und der Düsenbohrung (5) ein geringes Spiel (9) vorhanden 1st, das eine für kleine Einspritzmengen ausreichende Querschnittefläche bildet.

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