DE2750929C2

DE2750929C2 - Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2750929C2
Application number: DE2750929A
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr.-Ing. 8540 Schwabach Müller
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: 1985-02-14
Also published as: DD140158A1; JPS5477824A; RO76570A; GB2007765B; JPS6059428B2; GB2007765A; SU772492A3; CH631519A5; IN150799B; IT1100268B; FR2408733A1; SE7811706L; HU178284B; US4254915A; DE2750929A1; PH17650A; IT7829738A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzduse für Brennkraftmaschinen mit einer in einem Düsenkörper axial verschiebbar geführten, unter dem Druck des Einspritzkraftstoffs entgegen der Kraftstoffströmungsrichtung mit ihrem konischen Sitz von einer entsprechend konisch ausgebildeten Sitzfläche abhebenden Düsennadel, die an ihrem einspritzseitigen Ende einen zylindrischen Zapfen aufweist der, einen sich an die Sitzfläche im Düsenkörper anschließenden und den Zapfen umgebenden Hohlraum durchsetzend, bei geschlossener bis etwas von der Sitzfläche abgehobener Stellung der Düsennadel radial abdichtend in eine einen kleineren Durchmesser als der Hohlraum aufweisende und an den letzteren anschließende Sacklochbohrung mit einer von dieser abgehenden Spritzlochverbindung zum Brennraum der Brennkraftmaschine hin eintaucht.

Eine derartige Einspritzdüse ist bereits durch die Seiten 160 und 161 der Zeitschrift »Gas & Oil Power, June 1964« bekannt Bei ihr geht die Spritzlochbohrung vom seitlichen (radialen) Umfang des unteren Teils der Sacklochbohrung ab. Die Richtung des aus der Bohrung austretenden Kraftstoffstrahles bleibt während des gesamten Öffnungshubes der Düsennadel unverändert.

Ein wesentlicher Punkt für die Güte der Gemischbildung im Brennraum einer Brennkraftmaschine sind die Kraftstoffstrahllage und die Strahlcharakteristik. Es ist seit langem bekannt, daß beim Starten sowie im unteren Last- und/oder Drehzahlbereich des Motors eine größere unmittelbare Kraftstoff-Luftvermischung, erreichbar durch einen größeren Streustrahl und eine unmittelbar in die Verbrennungsluft gerichtete Strahllage sehr vorteilhaft sind, während im oberen Last- und/oder Drehzahlbereich ein kompakter und mehr in Richtung der Brennraumwand verlaufender Strahl erwünscht ist, um die gefährlichen Druckspitzen durch eine zu schnelle Verbrennung zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für Brennkraftmaschinen, die nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeiten, wo eine Richtungsänderung des Kraftstoffstrahles sehr vorteilhaft ist.

Um diese Forderungen zu erfüllen, wurde schon eine Reihe von Vorschlägen gemacht, die sich jedoch alle in irgendeiner Weise als nachteilig zeigten. So wurde beispielsweise durch die DE-PS 10 14 382 eine Einrichtung zum Ablenken des Einspritzstrahls vorgeschlagen, bei der im Bereich des Strahles ein sich temperaturabhängig stellender Leitkörper vorgesehen ist. Dieser Leitkörper besteht aus einem an der Brennraumwand oder auch am Einspritzdüsenkörper befestigten Bimetallstreifen, der den Kraftstoffstrahl bei kaltem Brennraum in Richtung zur Brennraummitte hin lenkt, bei Betriebstemperaturen hingegen an die Brennraumwand. Die Einrichtung arbeitet rein temperaturabhängig, die Strahlcharakteristik und der Einspritzdruck sind nicht berücksichtigt. Außerdem ist sie sehr störanfällig.

Auch ein anderer bekannter Vorschlag (DE-AS 12 52 968) wie die von der Motorbelastung abhängige Verdrehung der Düsennadel, deren einspritzseitig in einer Bohrung dichtend geführter Zapfen mit einer in der

Ümfangsfläche schräg verlaufenden Spritznut versehen st hat sich wegen seiner Kompliziertheit nicht durchgesetzt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, bei einer Kraftstoffeinspritzdüse der eingangs beschriebenen Art in einfacher Weise ohne störanfällige Mittel zu erreichen, daß sich die Strahlcharakteristik und Strahllage selbsttätig über den gesamten Betriebsbereich eines Motors oder über einen Teil dieses Bereiches so ändern, daß eine gute Gemischbildung erreicht wird.

Nach der ErTr.dung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sich der sacklochbohrungsseitige Mündungsquerschnitt eines unter einem spitzen Winkel zur oder in Richtung der Einspritzdüsenachse verlaufenden, exzentrisch vom in Schließstellung der Düsennadel dicht unterhalb der Stirnfläcne des Düsennadelzapfens angeordneten Sacklochbohrungsboden abgehenden Spritzlochs so weit in die Bodenfläche des Hohlraumes am Übergang desselben in die Sacklochbohrung hinein erstreckt, daß das Spritzloch über einen hierdurch zur Seite der Exzentrizität hin gebildeten Spalt ständig mit dem Hohlraum verbunden ist, und daß mit Hilfe der Länge und des Durchmessers des Spritzloches die Größe des Streuwinkels für den am Anfang des Düsennadelhubes über den Spalt austretenden Streustrahl bestimmbar ist

Durch eine solche Ausführung wird erreicht, daß sich die Strahlcharakteristik und Strahllage selbsttätig beim Hub der Düsennadel verändern. Bei geringfügigem Abheben der Düsennadel von ihrer Sitzfläche gelangt Kraftstoff nur über den Spalt in das Spritzloch und ergibt dort einen ganz bestimmten Streustrahl. Die Richtung des Streustrahles ist in jedem Falle durch den Verlauf der dem Spalt zugewandten Seite des Spritzloches gegeben, die eine Begrenzungslinie bildet. Die andere Begrenzung für die Ausbildung des Streustrahles ist die Unterkante der gegenüberliegenden Seite des Spritzloches. Je kurzer dieses ist, desto breiter wird der Strahl. Bei voll geöffneter Düsennadel hat der Zapfen die Sacklochbohrung vollkommen freigegeben und sein Boden befindet sich so weit über ihr, daß im Spritzloch ein kompakter Strahl entsteht, der in Richtung des Spritzloches verläuft. Damit ist die gestellte Aufgabe voll gelöst

Eine Einspritzstrahlrichtungsänderung in Abhängigkeit vom Nadelhub ist zwar an sich bekannt (US-PS 21 86 216). Beim Gegenstand dieser Druckschrift liegt ein zum Einspritzraum hin sich verhüngendes konisches Spritzloch vor, welches zugleich als Ventilsitz für das ebenfalls konisch auslaufende Ende der Düsennadel dient. Die Änderung der Strahlrichtung erfolgt hier jedoch durch die exzentrische Anordnung des Spritzlochs zum konischen Düsennadelende. Da während der Bewegung der Düsennadel nach oben letztere aufgrund eines größeren Spiels in der Nadelführung, durch welches der Strahlrichtungswechsel beim Nadelhub ermöglicht wird, auch seitlich bewegt wird, ist einerseits die Strahlrichtung sehr ungenau bestimmt und andererseits ist der Verschleiß der Düsennadelspitze und der Spritzbohrung, die gegenseitig reiben, sehr groß. Es besteht also Grund zu der Annahme, daß die Düse nach wenigen Stunden nicht mehr wunschgemäß funktionieren wird, da dann das Spritzloch seitlich aufgerieben sein wird und die Nadel dadurch nicht mehr dicht schließen kann. Auch ergibt sich durch das konische Loch selbst noch bei hohem Nadelhub ein sehr breit gefächerter Strahl, bei der vorliegenden Erfindung hingegen bei hohem Nadelhub ein mehr gebündelter Strahl.
7in.ammenfassend ist also festzustellen, daß mit der Einspritzdüse der Entgegenhaltung keine exakten wunschgemäßen (zeitlich gleichbleibenden) Änderungen der Strahlcharakteristik bwz. Strahllage erreichbar sein werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird speziell bei einer Kraftstoffeinspritzdüse mit einem unter einem spitzen Winkel zur Einspritzdüsenachse verlaufenden Spritzloch vorgeschlagen, daß der Spalt, über den das Spritzloch ständig mit dem Hohlraum in Verbindung

ίο steht, auf der Seite des Spritzlochs ausgebildet ist die in Richtung des Spritzlochverlaufs liegt Dadurch kann die größte Richtungsänderung des Strahles erzeugt werden.
Weiter wird vorgeschlagen, daß der Boden der Sacklochbohrung eine ebene Fläche ist die parallel zur gleichfalls ebenen und rechtwinklig zur Düsenachse liegenden Stirnfläche am freien Ende des Zapfens der Düsennadel verläuft, wodurch sich eine einfache Herstellung ergibt

Andererseits ist es aber auch denkbar, daß sowohl der Boden der Sacklochbohrung als auch die Stirnfläche am freien Ende des Zapfens der Düsennadel konisch ausgebildet sind.
Ebenfalls der einfacheren Herstellung wegen wird weiter vorgeschlagen, daß die Bodenfläche des Hohlraumes, von der die Sacklochbohrung abgeht, eine ebene und gleichfalls rechtwinklig zur Düsenachse verlaufende Fläche ist.
Ferner kann natürlich auch zur Erreichung günstiger Strömungsverhältnisse die Bodenfläche des Hohlraumes, von der die Sacklochbohrung abgeht konisch ausgebildet sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bodenfläche des Hohlraumes, von der die Sacklochbohrung abgeht, eine ebene und derart schräg zur Düsenachse verlaufende Fläche ist, daß die, in Kraftstoffströmungsrichtung gesehen, tiefste Stelle der Bodenfläche im Bereich des Spaltes liegt, über den das Spritzloch ständig mit dem Hohlraum in Verbindung steht Hierdurch wird ein allmähli-

eher Übergang der bei kleinem Hub der Düsennadel gewünschten Strahlrichtung und Strahlchrakteristik zu der bei großem Hub gewünschten Strahlrichtung und Strahlcharakteristik herbeigeführt.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den unteren Teil einer Einspritzdüse mit einem unter einem spitzen Winkel zur Einspritzdüsenlängsachse verlaufenden Spritzloch,

Fig.2 einen Schnitt H-II durch die Einspritzdüse nach Fig. 1,

Fig.3 die Einspritzdüse nach Fig. 1, jedoch bei teilweise von ihrer Sitzfläche abgehobener Düsennadel,
F i g. 4 eine Variante der Einspritzdüse nach F i g. 3 mit einem in Richtung der Einspritzdüsenlängsachse verlaufenden Spritzloch und teilweise von ihrer Sitzfläche abgehobener Düsennadel,

F i g. 5 eine Variante der Einspritzdüse nach F i g. 1.
In den Figuren ist der untere Teil eines Düsenkörpers

to mit 1 bezeichnet, in dem eine Düsennadel 2 axial verschiebbar gelagert ist. Am unteren Ende weist die Düsennadel 2 einen konischen Sitz 3 und einen zylindrischen Zapfen 4 mit einer ebenen, rechtwinklig zur Düsennadellängsachse * liegenden, freien Stirnfläche 4' an

b5 seinem freien Ende auf.

Zwischen dem Düsenkörper 1 und der Düsennadel 2 ist ein freier Raum 5 für die Kraftstoffzufuhr vorgesehen, der unterhalb einer im Düsenkörper 1 angeordneten

Sitzfläche 3' für die Düsennadel 2 in einen zylindrischen, den Zapfen 4 umgebenden Hohlraum 6 und schließlich in einer Sacklochbohrung 7 mit einem ebenen, gleichfalls rechtwinklig zur Düsenlängsachse χ verlaufenden Boden 7' endet. In die Sacklochbohrung 7 mündet ein Spritzloch 8 derart exzentrisch ein, daß ein Spalt 9 immer direkt mit dem Hohlraum 6 in Verbindung steht. Zu erwähnen ist noch, daß zwischen dem Hohlraum 6 und der Sacklochbohrung 7 eine ebene und rechtwinklig zur Düsenlängsachse verlaufende Begrenzungsfläche 11 vorgesehen ist.

In F i g. 1 verläuft das Spritzloch 8 unter einem spitzen Winkel « schräg zur Längsachse Jf der Einspritzdüse, die Düsennadel 2 befindet sich in geschlossenem Zustand, in dem der Zapfen 4 den Hohlraum 6 durchdringt und mit seiner Mantelfläche 4" weitgehend dicht in die Sacklochbohrung 7 eintaucht.

Aus F i g. 2 ist im wesentlichen lediglich die Form des mit dem Hohlraum 6 in Verbindung stehenden Spaltes 9 des Spritzloches 8 erkennbar.

Gemäß F i g. 3 ist die Düsennadel 2 in einer von der Sitzfläche 3' etwas abgehobenen Lage dargestellt, der Zapfen 4 hat jedoch die Sacklochbohrung 7 noch nicht voll freigegeben. Somit gelangt Kraftstoff in den Hohlraum 6 und wird von dort aus gedrosselt durch den Spalt 9 in Form eines Streustrahles 10 in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Form des Streustrahles 10 wird überwiegend einerseits von der im Spalt 9 einmündenden Seite 8' und andererseits von der Unterkante der der Seite 8' gegenüberliegenden Seite 8" des Spritzloches 8 bestimmt Es ist deutlich erkennbar, daß die Mitte des Streustrahles 10 hier etwa parallel zur Längsachse χ der Einspritzdüse verläuft. Bei voll geöffneter Düsennadel 2 gibt der Zapfen 4 den gesamten Querschnitt des Spritzloches 8 frei, es entsteht ein kompakter Einspritzstrahl, der unter dem Winkel a des Spritzlochs zur Einspritzdüsenlängsachse χ verläuft.

In F i g. 4 befindet sich die Düsennadel 2 in der gleichen Stellung wie in Fig.3, lediglich das Spritzloch 8 verläuft exzentrisch, jedoch parallel zur Längsachse χ der Einspritzdüse. In diesem Falle ist die Mitte des Streustrahles 10 nicht mehr etwa parallel zur Längsachse x, sondern in Richtung zu ihr hin gerichtet. Daraus läßt sich deutlich erkennen, daß bereits allein durch die Ausbildung und Anordnung des Spritzloches jede gewünschte Einbausituation ohne große Änderungen gemeistert werden kann.

F i g. 5 schließlich zeigt eine Einspritzdüse entsprechend der F i g. 1, bei der sich die Düsennadel 2 ebenfalls in geschlossenem Zustand befindet. Unterschiedlich ist lediglich, daß die Bodenfläche 11 des Hohlraums 6 derart schräg zur Düsenlängsachse χ verläuft, daß die tiefste Stelle der Bodenfläche 11 im Bereich des Spaltes 9 liegt. Hierdurch erfolgt ein allmählicher Übergang der Strahlrichtung und Strahlcharakteristik vom kleinen Hub der Düsennadel 2 zum großen Hub.

Schließlich sei noch bemerkt, daß im Gegensatz zur Darstellung in F i g. 1 sowohl die Stirnfläche 4' am freien Ende des Zapfens 4 als auch der Boden T der Sacklochbohrung 7 oder die Bodenfläche 11 des Hohlraumes 6 konisch ausgebildet sein können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftstoff einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einer in einem Düsenkörper axial verschieb- bar geführten, unter dem Druck des Einspritzkraftstoffs entgegen der Kraftstoffströmungsrichtung mit ihrem konischen Sitz von einer entsprechend konisch ausgebildeten Sitzfläche abhebenden Düsennadel, die an ihrem einspritzseitigen Ende einen zy- Undrischen Zapfen aufweist der, einer, sich an die Sitzfläche im Düsenkörper anschließenden und den Zapfen umgebenden Hohlraum durchsetzend, bei geschlossener bis etwas von der Sitzfläche abgehobener Stellung der Düsennadel radial abdichtend in eine einen kleineren Durchmesser als der Hohlraum aufweisende und an den letzteren anschließende Sacklochbohrung mit einer von dieser abgehenden Spritzlochverbindung zum Brennraum der Brennkraftmaschine hin eintaucht, dadurchgekenn- zeichnet, daß sich der sacklochbohrungsseitige Mündungsquerschnitt eines unter einem spitzen Winkel (λ) zur oder in Richtung der Einspritzdüsenlängsachse (χ) verlaufenden, exzentrisch vom in Schließstellung der Düsennadel (2) dicht unterhalb der Stirnfläche (4') des Düsennadelzapfens (4) angeordneten Sacklochbohrungsboden (7') abgehenden Spritzlochs (8) so weit in die Bodenfläche (11) des Hohlraumes (6) am Übergang desselben in die Sacklochbohrung (7) hinein erstreckt, daß das Spritzloch (8) über einen hierdurch zur Seite der Exzentrizität hin gebildeten Spalt (9) ständig mit dem Hohlraum (6) verbunden ist, und daß mit Hilfe der Länge und des Durchmessers des SpritzJochs (8) die Größe des Streuwinkels (10) für den am Anfang des Düsennadelhubes über den Spalt (9) austretenden Streustrahl bestimmbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzdüse mit einem unter einem spitzen Winkel zur Einspritzdüsenachse verlaufenden Spritzloch nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Spalt (9), über den das Spritzloch (8) ständig mit dem Hohlraum (6) in Verbindung steht, auf der Seite des Spritzlochs (8) ausgebildet ist, die in Richtung des Spritzlochverlaufs liegt.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (7') der Sacklochbohrung (7) eine ebene Fläche ist, die parallel zur gleichfalls ebenen und rechtwinklig zur Düsenlängsachse (fliegenden Stirnfläche (4') am freien Ende des Zapfens (4) der Düsennadel (2) verläuft.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Boden (7') der Sacklochbohrung (7) als auch die Stirnfläche (4') am freien Ende des Zapfens (4) der Düsennadel (2) konisch ausgebildet sind.

5. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche (11) des Hohlraumes (6), von der die Sacklochbohrung (7) abgeht, eine ebene und gleichfalls rechtwinklig zur Düsenlängsachse (x) verlaufende Fläche ist.

6. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche (11) des Hohlraumes (6), von der die Sacklochbohrung (7) abgeht, konisch ausgebildet ist.

7. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche (11) des Hohlraumes (6), von der die Sacklochbohrung (7) abgeht, eine ebene und derart schräg zur Düsenlängsachse (x) verlaufende Fläche ist, daß die, in Kraftstoffströmungsrichtung gesehen, tiefste Stelle der Bodenfläche (11) im Bereich des Spaltes (9) liegt, über den das Spritzloch (8) ständig mit dem Hohlraum (6) in Verbindung steht