DE3415905C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lochdüse für Brenn­ kraftmaschinen mit Direkteinspritzung nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Bei heutigen Motoren wird neben den üblichen Forderungen nach hoher Leistung bei möglichst geringer Bauhöhe und günstigem Kraftstoffverbrauch auch zunehmend auf die Ver­ ringerung der Emission giftiger Abgase sowie ein geringes Verbrennungsgeräusch besonderen Wert gelegt. Die genannten Forderungen lassen sich nicht alle erfüllen, da sich die Vorzüge bei Brennkraftmaschinen mit Nebenkammer oder solchen ohne Nebenkammer aufgrund ihrer Brennverfahrensunterschiede nicht miteinander verknüpfen lassen. Bekanntlich lassen sich für Brennkraftmaschinen mit einer Drosselzapfendüse in der Nebenkammer weichere Verbrennungsabläufe und somit geringere Verbrennungsgeräusche erzielen als mit direkt­ einspritzenden Brennkraftmaschinen, die jedoch dafür den Vorteil eines niedrigeren Kraftstoffverbrauches haben.

Aus der Zeitschrift "Maschinenbautechnik" Heft 9, 1958, Seiten 484 bis 486, insbesondere Abschnitt 3, Punkt d ist es bekannt, daß bei direkteinspritzenden Brennkraft­ maschinen das charakteristische Dieselklopfen mit wachsender freier Strahllänge zunimmt und daß insbesondere bei Ver­ wendung einer Einlochdüse mit Lokalisierung des Zündpunktes am Ende des Kraftstoffstrahles Klopfgeräusche kaum zu be­ seitigen sind. Offenbar besteht bei mehreren Kraftstoff­ strahlen eher die Möglichkeit, bei gleicher ausgespritzter Kraftstoffmenge und gleicher Luftgeschwindigkeit entlang der Brennraumwand für einen dieser Kraftstoffstrahlen eine bevorzugte Zündbedingung zu schaffen und damit auch die für ein stetiges, allmähliches Durchbrennen eines Gemisches notwendige Lokalisierung der ersten Zündung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen an einer Lochdüse zu ergreifen, um unabhängig von der Anzahl der Spritzlöcher bei Brennkraftmaschinen mit Direktein­ spritzung dem Zündverzug mit seinen detonationsartigen Verbrennungsabläufen und den damit im Zusammenhang stehenden hohen Verbrennungsgeräuschen entgegenzuwirken.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmale.

Mit Maßnahmen dieser Art wird auch mit einer Lochdüse und unabhängig von der Anzahl der Spritzlöcher ein ottoprozeß­ ähnlicher Flammfortschritt mit weicher Druckentwicklung erreicht.

Dadurch, daß die Oberfläche der Düsenbohrung in einem definierten Bereich gezielt gestört wird, ergibt sich aufgrund der besagten Zündsträhne ein bevorzugter Wärme­ entwicklungsherd, welcher dicht an dem Kraftstoffstrahl ohne wesentliche Kraftstoffaufweitung angekoppelt ist und seine Wärmeentwicklung in der Weise nutzt, daß der Kraftstoffstrahl so aufgeheizt wird,daß er zur verstärkten lokalen Abdampfung und Selbstzündung angeregt wird.

Der aus der Düse austretende Kraftstoffstrahl unterkühlt zunächst die Luft in seiner nächsten Umgebung (Unter­ kühlungszone) und verhindert damit vorerst seine Entflammung, was auch für die kleinen im Kraftstoffstrahl befindlichen Tröpfchen gilt. Dabei ragt die Kraftstoffzündsträhne aus dieser den Kraftstoffstrahl umgebenden Unterkühlungszone unweit heraus, wobei deren Tröpfchen geringen Durchmessers, die aufgrund des Impulses des Kraftstoffstrahles mitgerissen werden, im Strahlweg kaum zurückfallen. Diese außerhalb der Unterkühlungszone befindlichen feinen Tröpfchen entzünden sich im nichtunterkühlten Luftbereich und führen aufgrund ihrer dichten Ankoppelung an den Kraftstoffstrahl unmittel­ bar Strahlungswärme in diesen hinein, so daß dort eine herd­ artige Verdampfungsbeschleunigung stattfindet.

Aus der DE-OS 28 45 639 ist zwar eine Kraftstoffeinspritz­ düse mit einer Düsenbohrung bekannt mit einer sich vom Bohrungseinlaß bis zum Bohrungsauslaß an einer Seite zu­ nehmenden Aufweitung. Bei dieser Aufweitung wird bewußt auf eine entsprechende Aufweitung des Kraftstoffstrahles mit zunehmender Einspritzmenge in Richtung der Aufweitung hingewirkt, was noch durch die Fliehkraftwirkung des dem Kraftstoff verliehenen Dralls unterstützt wird, um, vor allem bei fehlender oder unzureichender Luftbewegung im Zylinder, den Kraftstoff besser auf den gesamten vor­ handenen Raum zu verteilen. Somit entfernt sich während der Einspritzung der über die Aufweitung austretende Teil des Kraftstoffstrahls mit zunehmender Kraftstoffmenge immer weiter von dem in Hauptrichtung weitergehenden Strahl. Er bleibt in der Wurfweite dabei weit gegenüber letzterem zurück und würde diesen mit seiner Strahlungswärme kaum noch erreichen und vorwiegend zum unerwünschten Druckan­ stieg beitragen.

Demgegenüber wird bei der erfindungsgemäßen Ausführung verhindert, daß der Kraftstoffstrahl zu stark aufreißt, die Zündsträhne bleibt eng an den Kraftstoffstrahl ge­ koppelt und erreicht eine Wurfweite,durch die die Flammen­ front bis zur Spitze des Kraftstoffstrahles einen kürzeren Weg hat. Die Entflammung führt somit zunächst nicht dazu, daß das Kompressionsdruckniveau angehoben wird, sondern führt zur herdartigen Erwärmung (bzw. Verdampfung) und damit zu einer beschleunigten Zündung des Kraftstoff­ strahles, wobei sich von dort aus eine weiche Flammenent­ wicklung fortsetzt. Die Abkürzung des Zündvorganges be­ wirkt einen gleichmäßigeren Druckanstieg und damit ein geringeres Verbrennungsgeräusch.

Vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch den unteren Teil einer Einspritzdüse mit einer in Achsrichtung der Düsenbohrung verlaufenden,in Form einer Ausnehmung ge­ bildeten Störfläche,

Fig. 1a eine Ansicht von unten auf diese Einspritzdüse gemäß Fig. 1,

Fig. 2 einen Schnitt durch den unteren Teil einer Einspritzdüse mit im Endbereich des Spritzlochs an der Spritzlochmündung als Stauchungen ge­ bildeten Störflächen und

Fig. 2a eine Ansicht von unten auf die Einspritzdüse gemäß Fig. 2.

In den Figuren ist der untere Teil des Düsenkörpers 1 einer Einspritzdüse 2 für Brennkraftmaschinen mit Direkt­ einspritzung gezeigt. In dem Düsenkörper 1 ist eine ent­ gegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffes öffnende Düsennadel 3 geführt, die einen konischen mit einer ent­ sprechend konisch ausgebildeten Sitzfläche 6 im Düsen­ körper 1 dichtend zusammenwirkenden Nadelsitz 4 aufweist und in ihrer dargestellten Lage ein mit einer zylindrischen Oberfläche ausgebildetes Spritzloch 5, d.h. eine Spritz­ bohrung verschließt. Die Spritzbohrung ist kraftstoffaus­ trittsseitig mit Abstand von der Sitzfläche 6, mit einer gegenüber der zylindrischen Oberfläche vor- oder rück­ springenden und sich nur über einen Teilumfangsbereich erstreckenden Störfläche für den Kraftstoffstrahl versehen. Gemäß Fig. 1 ist die Störfläche 7 durch eine einzige und parallel zur Achse der Düsenbohrung 5 verlaufende Ausnehmung gebildet, welche nach Fig. 1a in Umfangsrichtung eine Breite von etwa zwei Drittel des Spritzbohrungsdurchmessers auf­ weisen kann.

Bei der Spritzbohrung gemäß Fig. 2 sind zwei Störflächen 7 a, 7 b am Mündungsbereich vorsprungartig ausgebildet, die durch Stauchungen erreicht werden, welche den Mündungsbereich der Spritzbohrung verengend, einander gegenüberliegen, wie aus Fig. 2a zu ersehen ist.

Claims (3)

1. Lochdüse für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung, mit einer in einem Düsenkörper längsverschiebbar geführten und durch den Einspritzdruck des Kraftstoffs mit ihrem Nadel­ sitz von einer Sitzfläche im Düsenkörper abhebenden Düsen­ nadel sowie mit wenigstens einem eine zylindrische Ober­ fläche aufweisenden, dem Nadelsitz in Kraftstoffströmungs­ richtung nachgeordneten Spritzloch für den in den Brennraum austretenden Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß das eine bzw. jedes Spritzloch (5) mit wenigstens einer gegenüber seiner zylindrischen Oberfläche vor- oder rückspringenden und sich mit Abstand von der Sitzfläche (6) über einen Teilumfangsbereich des Spritzlochs (5) bis zur Spritzlochmündung hin erstreckenden Störfläche (7; 7 a,7 b) zur Erzeugung einer an den aus dem Spritzloch (5) in den Brennraum austretenden Kraftstoffstrahl angebundenen Kraft­ stoff-Zündsträhne mit großer Wurfweite und ohne wesentliche Kraftstoffstrahlaufweitung versehen ist.

2. Lochdüse mit einem Spritzloch mit gegenüber der zylindrischen Oberfläche rückspringender Störfläche nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Störfläche (7) durch eine parallel zur Spritz­ lochachse in der Spritzlochwand verlaufende Ausnehmung gebildet ist (Fig. 1, 1a).

3. Lochdüse mit einem Spritzloch mit gegenüber der zylindrischen Oberfläche vorspringender Störfläche nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Störfläche (7 a, 7 b) durch eine den Mündungs­ bereich des Spritzlochs (5) verengende Stauchung gebildet ist (Fig. 2, 2a).