DE3213843A1

DE3213843A1 - Fuel injection nozzles

Info

Publication number: DE3213843A1
Application number: DE19823213843
Authority: DE
Inventors: John William North Harrow Middlesex Clegg
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1981-04-23
Filing date: 1982-04-15
Publication date: 1982-12-02
Also published as: ES272081Y; JPS57183562A; FR2504600A1; AU8291982A; BR8202313A; ES272081U; IT8220908A0; IT1151142B

Description

description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kraftstoffeinspritzdüsen zur Förderung von Kraftstoff zu Innenverbrennungsmotoren mit Eigenzündung. Die betreffende Einspritzdüse ist von der Art, welche einen Ventilkörper aufweist, der in eine Schließposition gedrängt ist und unter der Wirkung von unter Druck stehendem Kraftstoff, welcher während des Betriebs dieser Düse zu einem Einlaß der Düse gefördert wird, gegen die Wirkung dieser Vorspannungsmittel in eine offene Position bewegt wird, um einen Kraftstofffluß durch eine Austrittsöffnung zu ermöglichen.The present invention relates to fuel injectors for conveying fuel to internal combustion engines with self-ignition. The injector in question is of the type which has a valve body urged into a closed position and below the effect of pressurized fuel flowing to an inlet of the nozzle during operation of that nozzle is promoted, against the action of this biasing means is moved to an open position to allow fuel flow to allow through an outlet opening.

Der durch die Öffnung fließende Kraftstoff tritt in Gestalt eines Sprühstrahls aus, welcher in die Verbrennungskammer des Motors eintritt. Kurze Zeit nach dem Beginn der Kraftstofflieferung tritt Verbrennung des Kraftstoffs ein, und diese Zeitdauer wird als "Zündverzug" bezeichnet. Nachdem die Verbrennung eingeleitet worden ist, breitet sich die Verbrennung rasch über die Verbrennungskammer aus und führt zu einem raschen Anstieg des Drucks innerhalb der Verbrennungskammer. Dieser rasche Druckanstieg bewirkt den sogenannten "Diesel-knock". Um den Kraftstoff wirtschaftlich auszunützen und gleichzeitig die Abgasmenge zu reduzieren, ist es wünschenswert, die Zeitdauer einzuengen, während welcher Kraftstoff in die Verbrennungskammer geliefert wird. Dies bedeutet, daß mehr Kraftstoff in der Verbrennungskammer vorhanden ist, bevor die Verbrennung des Kraftstoffs beginnt, und das Ergebnis ist ein noch schnellerer Anstieg des Drucks.The fuel flowing through the opening exits in the form of a spray which enters the combustion chamber of the engine occurs. Shortly after the start of fuel delivery, the fuel will burn, and this period of time is referred to as the "ignition delay". After the combustion is initiated, it spreads combustion takes place rapidly through the combustion chamber and leads to a rapid increase in pressure within the Combustion chamber. This rapid increase in pressure causes the so-called "diesel knock". To make the fuel economical to exploit and at the same time reduce the amount of exhaust gas, it is desirable to narrow the time during which fuel is delivered into the combustion chamber. This means that more fuel is in the The combustion chamber exists before the fuel begins to burn, and the result is an even more faster rise in pressure.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine kleine Kraftstoffmenge zu der Verbrennungskammer zu liefern, die vor der hauptsächlichen und restlichen Kraftstoffmenge zündenIt has already been proposed to deliver a small amount of fuel to the combustion chamber that before ignite the main and remaining amount of fuel

soll. Der Zweck dieser Maßnahme ist es zu versuchen, ein zündfähiges Gemisch aus Luft und Kraftstoff zu bilden, um sicher zu stellen, daß die Kraftstoffverbrennung begonnen hat, bevor der Hauptkraftstoffstrahl zündet. Der Druckanstieg ist deshalb allmählicher, und das Ergebnis ist, daß der Motor ruhiger läuft. Bisher wurde dies dadurch erreicht, daß eine kleine Kraftstoffmenge, "Pilotmenge" genannt, geliefert wira, oder daß die anfängliche Einspritzgeschwindigkeit des Kraftstoffs beschränkt wird, was eine ähnliche Wirkung ausübt. Dies wurde durch Verwendung verschiedener Ventilformen erreicht. Die Arbeitsweise dieser bekannten Systeme ist jedoch schwierig vorherzusagen wegen der großen Kraftstoffvolumen, die sich zwischen der den Kraftstoff fördernder Pumpe und der Düse befinden. Kraftstoff ist bei den Drücken, unter denen er zur Einspritzdüse gefördert wird, komprimierbar, und dies kann bei den oben genannten Ventilen Probleme verursachen. Außerdem neigen Anordnungen, welche Ventile beinhalten, dazu, die Dauer der Kraftstofflieferung zu verlängern.target. The purpose of this action is to try and get one Form an ignitable mixture of air and fuel to ensure that fuel combustion has started before the main fuel jet ignites. The rise in pressure is therefore more gradual and the result is that the engine runs more smoothly. So far this has been achieved by that a small amount of fuel, called the "pilot amount", supplied wira, or that the initial injection speed of fuel is restricted, which has a similar effect. This was done by using various Valve shapes achieved. However, the operation of these known systems is difficult to predict because of the large volumes of fuel between the pump delivering the fuel and the nozzle. fuel is compressible at the pressures under which it is delivered to the injection nozzle, and this can be done at the the above valves cause problems. In addition, arrangements that include valves tend to that To extend the duration of the fuel delivery.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Einspritzdüse der vorstehend beschriebenen Art, welche einfacher, zweckmäßiger und wirkungsvoller als herkömmliche Düsen ist.The aim of the present invention is an injection nozzle of the type described above which is simpler, more convenient and is more effective than conventional nozzles.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzdüse der angegebenen Art mit mindestens zwei Austrittsöffnungen versehen, durch welche Kraftstoff im esentlichen gleichzeitig strömt, wenn der Ventilkörper angehoben wird, wobei die eine dieser öffnungen so gestaltet ist, daß sie einen feinen Kraftstoffsprühstrahl liefert, der ein geringes Durchdringungsvermögen aufweist und der während des Betriebs in die heißeste Zone der verbrennungskammer gerichtet ist, während die andere Austrittsöffnung oder-öffnungen so gestaltet sind, daß sie einen Kraftstoffsprühstrahl liefern, der ein höheres Durchdringungsvermögen für die Hauptkraftstoffmenge aufweist.In accordance with the present invention is a fuel injector of the specified type with at least two outlet openings provided through which fuel flows essentially simultaneously when the valve body is raised one of these openings is designed to deliver a fine spray of fuel, which has a low penetration capacity and which during operation in the hottest zone of the combustion chamber is directed, while the other outlet opening or openings are designed so that they provide a fuel spray deliver, which has a higher permeability for the main amount of fuel.

Die Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing; show it:

Figur 1 einen seitlichen Aufriß einer Verbrennungskammer mit einer Düse,Figure 1 is a side elevation of a combustion chamber with a nozzle,

Figur 2 eine graphische Darstellung der Verbrennungscharakteristik , FIG. 2 a graphical representation of the combustion characteristics,

Figur 3 einen seitlichen Schnitt durch einen Teil einer Düsenform,FIG. 3 shows a side section through part of a nozzle shape,

Figur 4 einen seitlichen Schnitt durch eine andere Düsenform ähnlich der von Figur 3, undFIG. 4 shows a side section through a different nozzle shape similar to that of Figure 3, and

Figur 5 einen seitlichen Schnitt durch wieder eine andere Düsenform.FIG. 5 shows a side section through yet another nozzle shape.

Figur 1 zeigt einen Kolben 10, der innerhalb eines Zylinders 11 gleitbar angeordnet ist, welcher durch einen Zylinderkopf 12 verschlossen ist. In den. Zylinderkopf ist eine Bohrung eingeschnitten, in welcher eine Kraftstoffeinspritzdüse 13 des Typs angeordnet ist, die einen nach innen öffnenden Ventilkörper besitzt; d.h., daß der Ventilkörper, wenn er durch den unter Druck stehenden Kraftstoff bewegt wird, sich von dem Kolben 10 wegbewegt.Figure 1 shows a piston 10 which is slidably disposed within a cylinder 11 which is passed through a cylinder head 12 is closed. In the. Cylinder head has a bore cut into it, in which a fuel injector nozzle 13 is of the type having an inwardly opening valve body; i.e., the valve body if it is moved by the pressurized fuel, moves away from the piston 10.

Der Kolben 10, der Zylinder 11 und der Zylinderkopf 12 begrenzen einen Verbrennungsraum 14, und in die Kolbenkrone ist eine ringförmige Aussparung 15 eingeschnitten. Wenn sich der Kolben während des Kompressionshubs nach oben bewegt, wird die in dem Verbrennungsraum befindliche Luft gezwungen, eine Wirbelbewegung innerhalb der ringförmigen Aussparung mitzumachen. Die Richtung des Luftstromes ist durch den Pfeil 16 bezeichnet.The piston 10, the cylinder 11 and the cylinder head 12 limit a combustion chamber 14, and an annular recess 15 is cut into the piston crown. if the piston moves up during the compression stroke, If the air in the combustion chamber is forced, a vortex movement within the annular recess to participate. The direction of the air flow is indicated by arrow 16.

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Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 10 erhitzt sich die Luft, und die heißeste Zone der Verbrennungskammer liegt allgemein dort, wo der Pfeil 17 hinweist. Der Grund hierfür ist, daß die Luft im restlichen Teil der Verbrennungskammer in turbulentem Zustand ist, während die Luft in der Zone 17 sich in einem relativ ruhigem Zustand befindet.During the upward movement of the piston 10 heats up the air, and the hottest zone of the combustion chamber is generally where arrow 17 indicates. The reason this is that the air in the remaining part of the combustion chamber is in a turbulent state, while the Air in zone 17 is in a relatively calm state.

Die Düse 13 ist mit einem Einzelauslaß versehen, welcher so gestaltet ist, daß ein Kraftstoffsprühstrahl 18 in die Zone 17 gerichtet ist, wobei der Strahl 18 ein geringes Durchdringungsvermögen und eine kleine Tröpfchengröße aufweist. Die Düse 13 ist auch mit mindestens einem weiteren Auslaß versehen, weicher so gestaltet ist, daß der hieraus austretende Kraftstoff ein hohes Durchdringungsvermögen aufweist und einen Strahl bildet, der mit 19 bezeichnet ist und der in die turbulenten Zonen der Verbrennungskammern gerichtet ist. Figur 1 zeigt zwei solcher Auslaßöffnungen, jedoch können andere außerhalb der Zeichenebene vorgesehen sein. Der Kraftstoff strömt durch alle diese öffnungen im wesentlichen gleichzeitig, jedoch zündet der den Sprühstrahl 18 bildende Kraftstoff schnell, weil er eine geringe Partikelgröße aufweist, und weil er in die heißeste Zone der Verbrennungskammer gerichtet ist. Die Verbrennung von Kraftstoff findet deshalb in der heißesten Zone geringfügig früher statt, und die Flamme wandert durch das Luft-* kraftstoffgemisch mit einer geringeren Druckanstiegsjeschwindigkeit als gewöhnlich.The nozzle 13 is provided with a single outlet, which is designed so that a fuel spray 18 in the zone 17 is directed, the jet 18 having a low penetrability and a small droplet size. The nozzle 13 is also provided with at least one further outlet which is designed to be derived therefrom exiting fuel has a high penetration capacity and forms a jet which is denoted by 19 and which is directed into the turbulent zones of the combustion chambers. Figure 1 shows two such outlet openings, however, others may be provided outside the plane of the drawing. The fuel flows through all of these openings in the substantially at the same time, however, the fuel forming the spray jet 18 ignites quickly because it has a low Particle size, and because it is directed into the hottest zone of the combustion chamber. The burn fuel takes place slightly earlier in the hottest zone, and the flame moves through the air * fuel mixture with a lower rate of pressure increase than usual.

In Figur 2 ist die Geschwindigkeit der Wärmefreisetzung gegen die Zeit aufgetragen, die durch das Ausmaß der Kurbelwellendrehung ausgedrückt ist. Die KraftstofΠieferung beginnt am Anfang, und die gestrichelte Linie 20 gibt die GeGeschwindigkeit der Wärmefreisetzung wieder, die bei einerIn Figure 2 is the rate of heat release plotted against time, which is expressed by the amount of crankshaft rotation. The fuel delivery begins at the beginning, and the dashed line 20 indicates the speed the heat release again, which in a

herkömmlichen Düsengestalt erzielt wird. Man erkennt, daß der Zündverzug erheblich ist, und daß die Geschwindigkeit der Wärmefreisetzung hoch ist, so daß der Druckanstieg ebenfalls groß ist. Die Kurve 21 gibt die Ergebnisse wieder, die mit der beschriebenen Einspritzdüse erzielt werden. Man erkennt, daß der Zündverzug erheblich kleiner ist und daß auch die Geschwindigkeit der Wärmefreisetzung erheblich kleiner ist, so daß auch die Geschwindigkeit des Druckanstiegs vermindert ist.conventional nozzle shape is achieved. It can be seen that the ignition delay is considerable, and that the speed the heat release is high, so the pressure rise is also great. Curve 21 shows the results obtained with the injection nozzle described will. It can be seen that the ignition delay is considerably smaller and that the rate of heat release is also much smaller is considerably smaller, so that the rate of pressure increase is also reduced.

Die in Figur 1 dargestellte Düse ist vom herkömmlichen Typ, und ihre Spitze ist im Detail in Figur 3 gezeigt. Die Düse beinhaltet einen Ventilkörper 22, der so geformt ist, daß er mit einem Ventilsitz 23 zusammenarbeitet. Der Sprühstrahl 18 wird durch eine kleine öffnung 18 A erzeugt, die zur Achse des Ventilkörpers ausgerichtet ist, und die Sprühstrahlen 19 werden durch die öffnungen 19 A erzeugt, die größer sind als die öffnung 18 A. Alle diese Austrittsöffnungen gehen von der Sackkammer 23 A aus. The nozzle shown in FIG. 1 is of the conventional type and its tip is shown in detail in FIG. the The nozzle includes a valve body 22 which is shaped to cooperate with a valve seat 23. The spray jet 18 is produced by a small opening 18 A, which is aligned with the axis of the valve body, and the spray jets 19 are produced by the openings 19 A, which are larger than the opening 18 A. All of these outlet openings start from the bag chamber 23 A.

In Figur 4 ist eine unterschiedliche Gestalt einer Düse abgebildet, die als "Fingerling"-Düse (Pintle nozzle) bekannt ist. Die Düse beinhaltet einen Ventilkörper 22, der wiederum so geformt ist, daß er mit dem Ventilsitz 23 zusammenarbeitet, der jedoch außerdem einen Vorsprung 24 aufweist, welcher sich durch eine öffnung im Düsenkörper erstreckt. Außerdem sind mindestens zwei Austrittsöffnungen 25 vorgesehen, durch welche während des Betriebs und wenn der Ventilkörper 22 von seinem Sitz wegbewegt wird, der hauptsächliche Kraftstofffluß erfolgt, um die Sprühstrahlen 19 zu erzeugen. Der Vorsprung 24 hat ein geringes Spiel zu der öffnung in dem Körper, und durch diesen kleinen Zwischenraum fließt eine geringe Menge Kraftstoff, welche den Sprühstrahl 18 bildet. In diesem Falle hat der Sprühstrahl eineFIG. 4 shows a different shape of a nozzle known as a "fingerling" nozzle (pintle nozzle) is. The nozzle includes a valve body 22 which in turn is shaped to cooperate with the valve seat 23, which, however, also has a projection 24 which extends through an opening in the nozzle body extends. In addition, at least two outlet openings 25 are provided through which during operation and when the valve body 22 is moved away from its seat, the main fuel flow is to the sprays 19 to generate. The projection 24 has a slight play to the opening in the body, and through this small gap a small amount of fuel flows, which forms the spray jet 18. In this case the spray has one

ringförmige Gestalt. Es ist zu beachten, daß der Vorsprung 24 stets innerhalb der Öffnung liegt, so daß der Sprühstrahl 18 ein geringes Durchdringungsvermögen während der gesamten Kraftstofflieferung aufweist.annular shape. It should be noted that the projection 24 is always within the opening, so that the Spray 18 has a low penetration capacity during the entire fuel delivery.

In Figur 5 ist eine Düse abgebildet, bei welcher sich der Ventilkörper nach außen öffnet, d.h. in einer Richtung zum Kolben. Der Ventilkorper besitzt einen Kopf 26, von dem ein Teil so geformt ist, daß er mit einem Sitz 27 zusammenarbeitet. Stromabwärts vom Sitz 27 liegt ein ringförmiger Raum, von welchem sich Austrittsöffnungen 28 erstrecken, die den öffnungen 25 der in Figur 4 dargestellten Düse entsprechen. Außerdem weist der Ventilkopf ein paralleles Teil 29 auf, das einen kleinen, ringförmigen Zwischenraum zu dem umgebenden Körper freiläßt, und durch diesen Zwischenraum 30 fließt Kraftstoff, um den Sprühstrahl 18 zu bilden. Wie bei der Anordnung gemäß Figur 4 hat der von der Düse gemäß Figur 5 erzeugte Sprühstrahl ringförmige Gestalt, und der Teil 29 des Ventilkopfes liegt stets innerhalb der öffnung in dem Körper. Die verschiedenen Zwischenräume und Austrittsöffnungen müssen sorgfältig bemessen sein, um in einer bestimmten Motorenanordnung die gewünschte Sprühstrahlgestalt zu erzeugen. Bei den hier beschriebenen Düsen fließt der Kraftstoff durch die verschiedenen öffnungen und Zwischenräume gleichzeitig. Die Verringerung des Zündverzugs wird natürlich durch die Tatsache bewirkt, daß die eine öffnung oder der eine Zwischenraum einen Sprühs+rahl erzeugt, der eine geringere Tröpfchengröße aufweist, schwächeres Durchdringungsvermögen besitzt und ein zündfähiges Gemisch schneller erzeugt als die hauptsächlichen Kraftstoffsprühstrahlen. Dieser besondere Sprühstrahl ist in die heißeste Zone der Verbrennungskammer gerichtet, so daß die Verbrennung des Kraftstoffs schnell einsetzt, verglichen mit der Geschwindigkeit der Kraftstoff/Luft-Vermischun' der restlichen Kraftstoffmenge.In Figure 5 a nozzle is shown in which the valve body opens outwards, i.e. in a direction towards the Pistons. The valve body has a head 26, a part of which is shaped so that it cooperates with a seat 27. Downstream of the seat 27 is an annular space from which outlet openings 28 extend, which correspond to the openings 25 of the nozzle shown in FIG. In addition, the valve head has a parallel part 29, which has a small, annular space the surrounding body, and fuel flows through this space 30 to form the spray 18. As with the arrangement according to FIG. 4, the spray jet generated by the nozzle according to FIG. 5 has an annular shape, and the part 29 of the valve head always lies within the opening in the body. The different spaces and exit orifices must be carefully sized to provide the desired spray pattern in a particular engine assembly to create. In the case of the nozzles described here, the fuel flows through the various openings and Gaps at the same time. The reduction in ignition delay is of course caused by the fact that the an opening or the one space a spray jet produced, which has a smaller droplet size, has less penetration and an ignitable mixture generated faster than the main fuel sprays. This particular spray jet is in the hottest zone of the combustion chamber, so that the combustion of the fuel starts quickly compared to the rate of fuel / air mixing of the rest Fuel quantity.

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Claims

LUCAS INDUSTRIES pie
Birmingham, UK

Fuel injectors

Claims ;

Fuel injector to deliver fuel to an internal combustion engine with self-ignition including a valve body urged into a closed position is, and under the action of pressurized fuel, which during operation of the nozzle to a The inlet opening of this nozzle is conveyed, is moved into an open position against the action of this biasing means, characterized in that at least two outlet openings are provided on this nozzle, through which fuel in the can flow substantially simultaneously when the valve body is moved against the biasing means, there being a this outlet opening is designed so that it generates a fine fuel spray, which a small Has penetrating power and which during the Be ~ The drive is directed against the hottest zone of the engine's combustion chamber, while the other exhaust port or orifices are designed to provide a high penetration fuel spray or jets for the main amount of fuel.

2. Nozzle according to claim 1, characterized in that it has a valve seat and a bag chamber which is arranged below the valve seat, and that these outlet openings extend from this bag chamber, wherein this valve body moves away from this valve seat during operation, in order to feed fuel into this bag chamber to let flow.

3. Nozzle according to claim 1, characterized in that it has a valve seat and a bag chamber which is arranged below the valve seat, further characterized by an opening from this chamber and a finger cot on this valve body, this finger cot moving through this opening with play extends such that a such an opening-forming intermediate space is formed, and that the other outlet Öffnunge _n emanate from this valve seat.

4. Nozzle according to claim 1 with a valve seat, characterized in that that the valve body has a valve head which is designed so that it fits with this valve seat cooperates, lifting this valve head from this seat under the action of pressurized fuel is further characterized by an annular gap disposed downstream of this valve seat between the valve head and the nozzle body, this intermediate space forming an outlet opening and wherein the other outlet opening or openings extend from this annular space.

5. Internal combustion engine with a combustion chamber that has an annular recess and a fuel injector according to one of claims 1, 2, 3 or 4, which is mounted so that they fuel in this combustion

chamber directed, characterized in that an outlet opening is arranged so that fuel is directed into a zone of the combustion chamber in which during operation the air is in a relatively calm state, while the other outlet opening or openings are arranged so that fuel is directed into a zone xf * - i.i which during operation the Air is in a turbulent state.