DE2836095C2 - Fuel injection nozzle for air-compressing internal combustion engines - Google Patents
Fuel injection nozzle for air-compressing internal combustion enginesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für luflverdicntende Brennkraftmaschinen, insbesondere direkt einspritzende, nach dem Verfahren der Kraftstoffwandaufiragung arbeitende Brennkraftmaschinen, weiche als Drosselzapfendüse mit einer unter dem Druck des Einspritzkraftstoffs entgegen der Kraftstoffströmungsrichtung von ihrem Sitz abhebenden Düsennadel ausgebildet ist, deren zumindest in seinem drosselnden Teil zylindrisch ausgebildeter Drosselzapfen in Schließstellung der Düsennadel ganz oder teilweise in eine zylindrische Düsenbohrung eintaucht, wobei die Länge der Düsenbohrung kleiner oder gleich dem mm oder weniger betragenden Durchmesser derselben ist.The invention relates to a fuel injection nozzle for air-thinning internal combustion engines, in particular direct-injection internal combustion engines working according to the fuel wall coating method, soft is designed as a throttle pin nozzle with a nozzle needle that lifts off its seat under the pressure of the injection fuel against the fuel flow direction, the throttle pin of which, at least in its throttling part, is cylindrical in shape The closed position of the nozzle needle is completely or partially immersed in a cylindrical nozzle bore, the The length of the nozzle bore is less than or equal to the diameter of the same, which is mm or less.
Eine derartige Einspritzdüse ist aus der CH-PS 13 644 bekannt.Such an injection nozzle is known from CH-PS 13 644.
Mittels Drosselzapfsndüsen (vergleiche beispielsweise auch DE-AS 10 26572) wird im unteren Drchzahlund/odcr Lastbereich des Motors eine bessere Zerstäubung des Kraftstoffes und daher eine schnellere und gleichmäßigere Vermischung desselben unmittelbar mit der Verbrennungsluft erreicht und erst im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich erfolgt die Einspritzung als kompakter Strahl, der bei Brennkraftmaschinen, welche nach dem Verfahren der Kraftstoffwandauftragung arbeiten, /u einem mehr oder weniger großen Anteil auf die Brennraumwand aufgetragen wird, um hierdurch eine fortschreibende Verbrennung und damit den Abbau von zu hohen Druckspitzen zu erreichen.By means of throttle nozzles (see also DE-AS 10 26572, for example), better atomization of the fuel and therefore faster and faster is achieved in the lower speed and / or load range of the engine more uniform mixing of the same is achieved directly with the combustion air and the injection takes place only in the upper speed and / or load range compact jet, which in internal combustion engines that work according to the method of fuel wall application, / u a more or less large proportion the combustion chamber wall is applied to thereby a continuing combustion and thus the degradation to achieve too high pressure peaks.
Bei solchen Einspritzdüsen hat sich jedoch herausgestellt, daß sich am unteren Rand des Düsenkörpers und insbesondere im unteren Teil der Düsenbohrung immer wieder Rückstände ansetzen, deren Bildung besondersIn such injection nozzles, however, it has been found that at the lower edge of the nozzle body and Particularly in the lower part of the nozzle bore, residues keep accumulating, especially their formation schnell in den ersten Betriebsstunden der Düse fortschreitet Durch diese Rückstände verringert sich der freie Querschnitt der Düsenbohrung, was im allgemeinen einen Rückgang der eingespritzten Kraftstoffmenge und ggf. eine Erhöhung des Einspritzdruckes zur Fol ge hat. Da sich die Rückstände nur selten gleichmäßig verteilt in der Düsenbohning und um diese herum absetzen, wird meist auch noch ein asymmetrischer und von der ursprünglichen Richtung abgelenkter Kraftprogresses rapidly in the first few hours of operation of the nozzle. These residues reduce the Free cross-section of the nozzle bore, which generally results in a decrease in the amount of fuel injected and possibly an increase in the injection pressure as a result has. Since the residues are rarely evenly distributed in and around the nozzle bean, there is usually an asymmetrical and force diverted from the original direction stoffstrahl erzeugt, was sich über den gesamten Be triebsbereich des Motors, insbesondere jedoch im Leerlauf und im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich sehr ungünstig auf die Gemischbildung und damit auf die Verbrennung auswirken kann, weil die über den gefabric jet generates what extends over the entire Be drive range of the engine, but especially when idling and in the lower speed and / or load range can have a very unfavorable effect on the mixture formation and thus on the combustion, because the over the ge samten Betriebsbereich vorher genau festgelegte Ver teilung des Kraftstoffes im Brennraum und damit auch dessen Aufbereitung nicht mehr unveränderlich über eine längere Betriebszeit hindurch exakt eingehalten wird.entire operating range previously precisely defined ver Distribution of the fuel in the combustion chamber and thus also its processing no longer invariably is precisely adhered to over a longer period of operation.
Die genannten Nachteile führen hauptsächlich zu einer Verschlechterung der Rauch- und Kraftstoffverbrauchswerte und zu einer Erhöhung der Konzentration an schädlichen Abgaskomponenten, insbesondere der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und des KohThe disadvantages mentioned mainly lead to a deterioration in the smoke and fuel consumption values and to an increase in the concentration of harmful exhaust gas components, in particular of unburned hydrocarbons and Koh ienmonoxids. Auch die Neigung der Biaurauchbiidung im Leerlauf und unteren Lastbereich wächst, da meist zu viel Kraftstoff an die relativ kalte Brenmaumwand gelangtienmonoxids. Also the tendency to bulge grows in idle and lower load range, as too much fuel usually reaches the relatively cold fuel wall
zugrunde liegt, eine Kraftstoffeinspritzdüse der eingangs beschriebene» Art dahingehend zu verbessern, daß es unter Vermeidung der genannten Nachteile zu keiner bzw. kaum einer Bildung von Verkokungsrückständen im unteren Teil der Düsenbohrung kommenis based on improving a fuel injection nozzle of the type described at the beginning, that, while avoiding the disadvantages mentioned, there is no or hardly any formation of coking residues in the lower part of the nozzle bore kann.can.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Verbindung mit einem Durchmesser der Düsenbohrung zwischen 0,8 und 1 mm die Beziehung UD > E/D. das Verhältnis E/D > 0,2 und das VerhältAccording to the invention, this object is achieved in that, in conjunction with a diameter of the nozzle bore between 0.8 and 1 mm, the relationship UD > E / D. the ratio E / D > 0.2 and the ratio nis UD £ 1 ist sowie bei einem Verhältnis E/D = 02 das Verhältnis UD zwischen 0,2 und 0.75 liegt und bei einem Verhältnis UD zwischen 0,75 und I das Verhältnis E/D im unteren Grenzbereich linear von 0,2 auf 0,25 ansteigt, wobei in den Verhältnissen UD und E/D L fürnis UD £ 1 and with a ratio E / D = 02 the ratio UD is between 0.2 and 0.75 and with a ratio UD between 0.75 and I the ratio E / D in the lower limit range is linear from 0.2 to 0 , 25 increases, with UD and E / DL for die Länge und D für den Durchmesser der Düsenbohrung sowie E für die sich in Schließstellung der Düsennadel als Überdeckung des zylindrischen Teils des Drosselzapfcns mit der Düsenbohrung darstellende Eintauchtiefe stehen.the length and D for the diameter of the nozzle bore and E for the immersion depth which is shown in the closed position of the nozzle needle as the overlap of the cylindrical part of the throttle pin with the nozzle bore.
Der Erfindung lag ursprünglich der Gedanke zugrunde, der Überdeckung des zylindrischen Teils des Drosselzapfens mit der zylindrischen Düsenbohrung (Eintauchtiefe in Schließstellung der Düsennadel) die gleiche Länge zu geben wie der Düsenbohrung, so daßThe invention was originally based on the idea of giving the overlap of the cylindrical part of the throttle pin with the cylindrical nozzle bore (immersion depth in the closed position of the nozzle needle) the same length as the nozzle bore, so that letztere durch den sich laufend hin- und hervcrschicbcnden Drosscl/apfen immer sauber gehalten wird und von den heißen Gasen geschützt ist. Außerdem bleibt bei einer solchen Ausbildung kein Raum mehr, wo sich Kraftstoffteilchen am Ende des Einspritzvorganges anthe latter is always kept clean by the throttle valve, which is constantly moving back and forth, and is kept clean is protected from the hot gases. In addition, with such a training there is no longer any room left Fuel particles at the end of the injection process setzen und mit den heißen Gasen in Berührung kommen könnten, so daß die Verkokungsgefahr ohnehin unlcr= bunden ist.and come into contact with the hot gases could so that the risk of coking anyway unlcr = is bound.
Es wurde jedoch festgestellt, daß für manche Einspritzvorgängc die Länge der Düsenbohrung nicht aus-It was found, however, that for some injection processes the length of the nozzle bore is not sufficient.
f>5 reicht, um einen genügend kompakten Kniflsloffsirnhl zu erzeugen. Der vorstehend erwähnte Grundgedanke mußte also weiter ausgebaut werden, und man fand schließlich, daß die Eintauchtiefe des Drossclzapfcns inf> 5 is enough to produce a sufficiently compact Kniflsloffsirnhl to create. The above-mentioned basic idea had to be developed further, and one found finally that the immersion depth of the throttle tap in
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die Düsciibohning durchaus niclii unbedingt der Länge Teils des üiosselzapfens mil der Düsenbohunig daiMelthe nozzle beaning absolutely not necessarily the length of the part of the nozzle with the nozzle bean
der Düsenbohrung entsprechen muß, um auch dann !ende Eintauchtiefe E des Drosselzapfens 5 in die Du-must correspond to the nozzle bore in order to also then! end immersion depth E of the throttle pin 5 in the
y.. noch ein Verkoken zu verhindern. Vielmehr genügt es, senbohrung 1 der Länge L der Düsenbohrung 1 em- y .. still to prevent coking. Rather, it is sufficient senbohrung 1 of the length L of the nozzle bore 1 cm-
wenn bei der erwähnten Drosselzapfendüsc bestimmte spricht Die Länge L ist kleiner als der Durchmesser Dif certain speaks at the mentioned throttle pin nozzle The length L is smaller than the diameter D
*-. Vcrhäliniswcrie zwischen der IJingc und dem Durch- 1S der Düsenbohrung.* -. Vcrhäliniswcrie between the IJingc and the throughput S 1 of the nozzle bore.
- messer der Düsenbohrung, zwischen der sich in Schließ- F i g- 2 zeigt den G rcnzfall, in dem die Länge L gleich stellung der Düsennadel als Oberdeckung des zylindri- dem Durchmesser D der Düsenbohrung 1 entspricht, sehen Teils des Drosselzapfens mil: der Düsenbohrung Dabei ist die Eintauchtiefe fdes Drosselzapfens 5 zwar darstellenden Eintauchtiefe des iDrosselzapfens und kleiner, eine Verkokung erfolgt jedoch nicht- Knife of the nozzle bore, between which in closing F i g- 2 shows the ultimate case, in which the length L corresponds to the same position of the nozzle needle as the cover of the cylindrical diameter D of the nozzle bore 1, see part of the throttle pin with: the Nozzle bore In this case, the immersion depth f of the throttle pin 5 is the same as the immersion depth of the throttle pin 5 and smaller, but there is no coking
dem Durchmesser der Düsenbohrung eingehalten wer- io In F ig. 3 ist in einem Koordinatensystem auf der den und die gegenseitige Beziehung der Verhältniswer- Senkrechten 7 das Verhältnis E/D von Eintauchtiefe E the diameter of the nozzle bore is adhered to in Fig. 3 is the ratio E / D of the immersion depth E in a coordinate system on the and the mutual relationship of the proportional perpendiculars 7
r te festgelegt ist des Drosselzapfens 5 zum Durchmesser D der Düsen-r te is set of the throttle pin 5 to the diameter D of the nozzle
'■ Durch das zum Teil auch im gattungsbildenden Stand bohrung 1 und auf der Waagrechten 8 das Verhältnis '■ By partly also in the generic upright bore 1 and on the horizontal 8 the ratio
der Technik (CH-PS 3 13 644) vorkommende Merkmal L/D von Länge L der Düsenbohrung 1 zum Durchmes-the technology (CH-PS 3 13 644) occurring feature L / D from length L of the nozzle hole 1 to the diameter
einerdem Durchmesser gleichen oder kleineren Länge 15 ser D derselben aufgetragen. Die schraffierte Flächea length equal to or smaller than the diameter 15 ser D of the same applied. The hatched area
: ', der Düsenbohrung ergibt sich auch hier in einem Teilbe- zeigt den Bereich an, in dem bei Einspritzdüsen mit: ', the nozzle bore also results here in a partial display of the area in which with injection nozzles with
- reich durch den Kraftstoff eine bessere Kühlung der einem Durchmesser für die Düsenbohrung von 0,8 bis ;; Düsenbohrung bzw. des unteren Teils der Düse, was 1 mm keine Gefahr einer Verkokung besteht bzw. diese- Rich through the fuel a better cooling of a diameter for the nozzle bore from 0.8 to ;; Nozzle bore or the lower part of the nozzle, which is 1 mm no risk of coking or this
dazu beiträgt Verkokungen zu vermeiden. Bei diesem so minimal ist daß die Eigenschaften der Drosselzapfen- ' Stand der Technik soll aber zum einen der Durchmesser 20 düsen über längere Betriebszeit konstant bleiben. Manhelps prevent coking. This is so minimal that the properties of the throttle pin- ' state of the art, on the one hand, the nozzle diameter 20 should remain constant over a longer period of operation. Man
der Düsenbohrung höchstens Oi) mm betragen und erkennt dabei, daß das Verhältnis UD größer oder kann zum anderen die Länge der DOsenbohrung 0,5- bis höchstens gleich dem Verhältnis E/D sein darf, was ; 2mal so groß sein, wie ihr Durchmesser, wa, nach oben durch die schräge Begrenzungslinie 9 angegeben ist.the nozzle bore must be at most Oi) mm and recognizes that the ratio UD can be greater or, on the other hand, the length of the DO nozzle bore may be 0.5 to at most equal to the ratio E / D , which; Be twice as large as its diameter, wa, is indicated upwards by the inclined boundary line 9.
hin wesentlich über den erfindungsgemäß angegebenen Das Verhältnis E/D ist größer oder höchstens gleich 02 fS verkokungsfreien bzw. -armen Bereich hinausgeht, wo- 25 und das Verhältnis UD ist kleiner oder höchstens gleich ψ bei noch festzustellen ist. daß der CH-PS über die Pro- 1. wie die Punkte 10, 11 zeigen. Durch die Linie 12The ratio E / D is greater than or at most equal to 02 fS coking-free or low-carbon area, where 25 and the ratio UD is less than or at most equal to ψ can still be determined. that the CH-PS on the pro-1. as points 10, 11 show. By line 12
.' - blematik der Düsenverkokung nichts zu entnehmen ist erkennt man, daß bei einem konstanten Verhältnis von. ' - The problem of nozzle coking nothing can be seen that with a constant ratio of
Fj: Bei der vorliegenden Erfindung hingegen wird neben E/D = 0,2 das Verhältnis UD zwischen 02 und 0,75Fj: In the present invention, on the other hand, in addition to E / D = 0.2, the ratio UD becomes between 02 and 0.75
Festlegungen beim Verhältnnis von Eintauchtiefe und liegt, und die leicht schräg liegende Linie 13 schließlich Düsenbohrungsdurchmesser die Länge der Düsenboh- 30 zeigt daß bei einem Verhältnis von UD zwischen 0.75 rung stets kleiner oder höchstens gleich dem Durchmes- und 1 das Verhältnis E/D im unteren Grenzbereich linescr der Düsenbohrung gewählt und steht das Verhältnis ar von 02 auf 0,25 ansteigtDetermination of the ratio of immersion depth and lies, and the slightly inclined line 13 finally nozzle bore diameter the length of the nozzle bore 30 shows that with a ratio of UD between 0.75 tion is always less than or at most equal to the diameter and 1 the ratio E / D in the lower The limit area linescr of the nozzle bore is selected and the ratio ar increases from 02 to 0.25
von Länge und Durchmesser der Düsenbohrung außer- of the length and diameter of the nozzle bore
dem in einer festgelegten Beziehung zum Verhältnis der Hierzu t Blatt Zeichnungenthat in a fixed relationship to the ratio of these t sheet drawings
Eintauchtiefe des Zapfens in Schließstellung der Nadel 35 Immersion depth of the pin in the closed position of the needle 35
zum Durchmesser der Düsenbohrung, wobei mit ihren
Abmessungen innerhalb eines dsn beanspruchten Be-Ziehungen bzw. Verhältnissen entsprechenden Bereiches
liegende Einspritzdüsen sich als verkokungsfrei erwiesen haben bzw. zumindest so wenig verkokungsan- 40
fällig waren, daß ihre Eigenschaften über längere Beiricbszcit
konstant blieben, was auch durch bessere Abga.swcric
bestätigt wurde.to the diameter of the nozzle bore, with their
Dimensions corresponding region lying injectors have proved verkokungsfrei within a dsn claimed Be-drawings or conditions, or at least so little verkokungsan- 40
it was due that their properties remained constant over longer periods of time, which was also confirmed by better emissions.
Ausführungsbcispielc der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es 45
/eigenExemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the drawings. It 45
/ own
F i g. 1 und 2 jeweils den unteren Teil einer als Drosselzapfendüse
ausgebildeten Kraftstoffeinspritzdüse
nach der Erfindung,F i g. 1 and 2 each show the lower part of a fuel injection nozzle designed as a throttle pin nozzle
according to the invention,
F i g. 3 eine graphische Darstellung des Bereichs, in so
dem die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse variierbar ist um ein Verkoken zu verhindern.F i g. 3 is a graphic representation of the area in FIG
which the fuel injection nozzle according to the invention can be varied in order to prevent coking.
In den Fi g. 1 und 2 isl jeweils ein mit einer Düsenbohrung
1 versehener Düsenkörper 2 zum Teil angedeutet, in dem im geschlossenen Zustand eine Düsenna- 55
del 3 mil ihrem Dichtsitz 4 anliegt. In axialer Verlängerung
weist die Düsennadel 3 einen Drosselzapfen 5 mit
einem zylindrischen Abschnitt 5 und einem daran anschließenden kegclstumpfförmigen Abschnitt 6 auf, wobei
zu vermerken ist, daß die Ausbildung des freien und 60
hier kegclstumpfförmig ausgebildeten Endes des Drosselzapfens
5 durchaus nicht als bindend anzusehen ist
sondern vielmehr auch jede andere Form aufweisen
kann. In den beiden Figuren taucht der Drosselzapfen in
seinem zylindrischen Abschnitt unterschiedlich weit in b5
die Düsenbohrung 1 ein.In the Fi g. 1 and 2 are each partially indicated a nozzle body 2 provided with a nozzle bore 1, in which, in the closed state, a nozzle body 2
del 3 rests against its sealing seat 4. In an axial extension, the nozzle needle 3 has a throttle pin 5
a cylindrical section 5 and an adjoining frustoconical section 6, it being noted that the formation of the free and 60
here the end of the throttle pin 5, which is designed in the shape of a truncated cone, is by no means to be regarded as binding
but rather also have any other shape
can. In the two figures, the throttle pin dips into
its cylindrical section differently far in b5
the nozzle hole 1.
Aus F i g. 1 ist zu ersehen, daß die sich in Schließstellung der Düsennadel als- Überdeckung des zylindrischenFrom Fig. 1 it can be seen that in the closed position of the nozzle needle as overlap of the cylindrical
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