DE3426951C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drosselzapfendüse für die Kraftstoffeinspritzung bei einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine, insbesondere Vorkammermaschine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bekanntlich treten bei Drosselzapfendüsen nach einer be­ stimmten Motorbetriebszeit Verkokungsrückstände an der Spritzlochwandung im Düsenkörper und dem drosselnden Nadelzapfen der Düsennadel auf. Der Drosselringspalt ver­ kleinert sich durch die zunehmende Koksanlagerung und be­ wirkt einen unkontrollierbaren Mengenverlauf, eine ver­ änderte Strahlform und Zerstäubung sowie eine unzureichende Verbrennung, die zu erhöhten Verbrennungsgeräuschen und schließlich zu einer Verschlechterung der schädlichen Abgasbestandteile führt.

Um diesen Mängeln entgegenwirken zu können, ist bei einer Drosselzapfendüse nach der DE-OS 28 09 414 der drosselnde Nadelzapfen mit einer zu einer Längsachse parallel ver­ laufenden Abflachung versehen. Ein voll zufriedenstellender Einspritzmengenverlauf konnte mit dieser Ausführung auf Dauer jedoch noch nicht erreicht werden. Es zeigte sich nämlich, daß mit zunehmender Betriebszeit die Verkokung in dem bevorzugten drosselnden Durchlaßquerschnitt ein Maß erreichte, durch welches sich insbesondere im Leerlaufbetrieb, also bei kleinen Einspritzmengen, aber auch im Teillastbetrieb eine für die an­ gestrebte Verbrennung unzureichende Zerstäubung ergab.

Aus der DE-OS 27 09 917 ist eine Drosselzapfendüse bekannt, bei der der drosselnde, einen Ringspalt steuernde Nadelzapfen ko­ nisch sich zur Brennraumseite hin verjüngend ausgebildet ist bzw. sich aus konischen Teilabschnitten zusammensetzt und bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse vollständig in das Spritzloch eintaucht bzw. nur geringfügig aus diesem heraus­ ragt. Der zwischen Nadelzapfen und Spritzloch gebildete Ring­ querschnitt vergrößert sich beim Aufwärtshub sobald die Düsen­ nadel von ihrem Sitz abhebt. Hier soll ein plötzliches Aufhören der Drosselwirkung vermieden werden. Ein Hinweis darauf, wie sich dieser Drosselzapfenverlauf bzgl. einer Bildung von Koks­ ansätzen verhält, ist dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Drossel­ zapfendüse der eingangs genannten Art einen möglichst verkokungsunempfindlichen Zumeßquerschnitt im Spritzloch des Düsenkörpers zu ermöglichen, um über den gesamten Betriebsbe­ reich der Brennkraftmaschine ein zufriedenstellendes Einspritz­ und Verbrennungsverhalten zu erzielen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß entsprechend den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei dieser besonderen Zapfenausführung läßt sich zwar auch ein Koksansatz im Spritzlochbereich nicht völlig vermeiden, jedoch wirkt sich der Koksansatz, der sich üblicherweise brennraum­ seitig beginnend in diesem Bereich am stärksten ausbildet, an schräg verlaufenden Flächen am Zapfen weniger aus und nur in Form einer sich stabilisierenden dünnen Schicht in einer Stärke von einigen µ. Auch der nadelsitzseitige Abschnitt ist von der Koksbildung weniger betroffen. Dies hängt damit zusammen, daß dieser Abschnitt weiter vom Brennraum entfernt liegt und auf­ grund des anschließend angeordneten brennraumseitigen Abfla­ chungsabschnitts einen Drosselweg mit einer kürzeren Länge aufweist, in dem außerdem im Hinblick auf den durch die gene­ relle Wahl einer Abflachung auf einen kleinen, für Koksansatz weniger kritischen Umfangsbereich konzentrierten Kraftstoff­ durchlaßquerschnitt eine intensive, Kokspartikel mitreißende Strömung vorherrscht. Es tritt also insgesamt kein Zukoken bis zum völligen Verschluß des Spritzlochbereiches ein. Vielmehr tritt ein stabilisiertes Verkokungsverhalten an beiden Anflächungen der hintereinander liegenden Abschnitte des Zap­ fens ein, durch das ein zufriedenstellender Einspritzmengen­ verlauf sichergestellt ist, so daß der eine geringere Anschlifftiefe aufweisende, hauptsächlich im Kaltstart und im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine wirkende nadelsitzseitige Abschnitt der Abflachung bei dem anfänglich kleinen Hub und kleiner Einspritzmenge trotz Koksansatzes noch eine ausrei­ chende Ausbildung des Kraftstoffstrahles und somit nagelfreien Kaltstart ohne Aussetzer und Blaurauchentwicklung ermöglicht. Auch der brennraumseitige Abschnitt der Abflachung steuert dank seiner geringen Koksansatzschicht die größere Einspritzmenge für den Teillast- und Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine ohne eine nachteilige Beeinflussung des Verbrennungsablaufs.

Aus der JP-Abstract 58-1 83 859 ist zwar eine Drosselzapfendüse mit einem zylindrischen Nadelzapfen bekannt, der eine einzige zur Düsennadellängsachse hin geneigte Anflächung wegen einer geringeren Anfälligkeit gegen Koksansatz aufweist, aber keine daran anschließende weitere Anflächung. Der sich an diese ein­ zige Anflächung anschließende, nur aus der Zeichnung ersicht­ liche konische Ansatz hat offensichtlich mit der Vermeidung von Koksansatz nichts zu tun und ist eher mit dem auch am Zapfen­ ende der erfindungsgemäßen Düse im Anschluß an die beiden Ab­ flachungsabschnitte angeordneten konischen Ansatz vergleichbar.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und förderliche Wei­ terbildungen der Erfindung angegeben.

Der Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung ver­ anschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 im Schnitt den unteren Teil einer Drosselzapfen­ düse mit abgeflachtem Nadelzapfen, der aus zwei in Spritzrichtung hintereinander angeordneten Abschnitten besteht,

Fig. 2 eine Ansicht von unten auf die Drosselzapfendüse.

In Fig. 1 ist lediglich der untere Bereich einer für luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschinen mit Nebenkammer vorgesehenen Drosselzapfendüse 1 gezeigt, deren im Düsenkörper 2 geführte Düsennadel 3 einen zylindrisch ausgebildeten dros­ selnden Nadelzapfen 4 bzw. Drosselzapfen aufweist, der bei Schließlage der Düsennadel 2 in einem Spritzloch 5 liegt und ab einem bestimmten Kraftstoffdruck entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffes sowie gegen eine Rückstellkraft aus dem Spritzloch 5 austaucht.

Zwischen dem Spritzloch 5 und dem Drosselzapfen 4 ist - bezogen auf den Umfang des Spritzloches 5 - in einem bestimmten Bereich ein bevorzugter Durchlaßquerschnitt 6 für den Kraftstoff vorgesehen, der durch eine Abflachung 7 mit zwei in Spritz­ richtung hintereinander angeordneten Abschnitten gebildet ist, von denen der obenliegende nadelsitzseitige Abschnitt mit 7a und der untere brennraumseitige Abschnitt mit 7b bezeichnet ist, welcher zur Düsennadellängsachse 8 einen geringeren Ab­ stand als der nadelsitzseitige Abschnitt 7a aufweist (Fig. 1 und 2).

Nach Fig. 1 verläuft zum Beispiel der obere Abschnitt 7a par­ allel zur Längsachse 8 der Düsennadel 3, während der sich ohne Absatz anschließende Abschnitt 7b etwa um 10° geneigt zur Dü­ sennadellängsachse 8 angeordnet ist, so daß zwischen Spritzloch 5 und Abschnitt 7b ein zunehmender Durchlaßquerschnitt 6 zur Brennraumseite hin entsteht.

Gegebenenfalls kann der Abschnitt 7a zur Düsennadellängsachse 8 ebenfalls schräg angeordnet sein, wobei sich zwischen den Ab­ schnitten 7a, 7b ein Ansatz befinden kann, d. h., daß sich, was z. B. fertigungstechnisch günstig ist, der brennraumseitig ge­ neigt angeordnete Abschnitt 7b an den ventilseitig geneigt verlaufenden Abschnitt 7a unter Bildung einer Stufe anschließt.

Der Übergang 9 von dem einen zum anderen Abschnitt liegt bei auf ihrem Nadelsitz 10 aufsitzender Düsennadel 3 in der unteren Hälfte des Spritzloches 5, und zwar von der brennraumseitigen Mündung 11 etwa ein Drittel der Spritzlochlänge entfernt.

Die unterschiedlichen Möglichkeiten bzgl. des Verlaufs und der Anordnung der Abflachungsabschnitte 7a, b erlauben eine opti­ male Anpassung an jeweilige Brennkraftmaschinen mit vier oder mehr Zylindern, die verschieden hohe Reibleistungen und demnach einen entsprechenden Einspritzmengenbedarf haben, insbesondere bei kleinen Lasten und im Leerlauf. Eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern benötigt aufgrund der höheren Reibleistung pro Zylinder eine geringfügig größere Menge als solche mit mehr Zylindern. Die Anpassung an den Mengenbedarf ist dabei durch die Anschlifftiefe der Abflachungen erreichbar.

Claims (3)

1. Drosselzapfendüse für die Kraftstoffeinspritzung bei einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine, insbesondere Vorkammermaschine, mit einer unter dem Druck des einzu­ spritzenden Kraftstoffes entgegen der Kraftstoffströmungs­ richtung und gegen eine Rückstellkraft mit ihrem Nadelsitz von einer Sitzfläche im Düsenkörper abhebenden Düsennadel, deren im wesentlichen zylindrisch ausgebildeter drosselnder Zapfen bei Schließlage der Düsennadel in ein konzentrisch zum Zapfen im Düsenkörper ausgebildetes Spritzloch ein­ taucht, wobei durch eine über die drosselnde Länge des Zapfens an diesem ausgebildete Abflachung zwischen letzterer und der gegenüberliegenden Spritzlochwand ein bevorzugter Kraftstoffdurchlaßquerschnitt gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachung (7) aus zwei in Spritzrichtung hinter­ einander angeordneten Abschnitten (7a, 7b) besteht, von denen der nadelsitzseitige Abschnitt (7a) parallel oder in Spritzrichtung zur Düsennadellängsachse (8) hin geneigt verläuft und daran, gegebenenfalls unter Bildung einer zu letzterer hin einspringenden Stufe, der brennraumseitige, in Spritzrichtung zur Düsennadel­ längsachse hin geneigt verlaufend ausgebildete Abschnitt (7b) der Abflachung (7) anschließt.

2. Drosselzapfendüse mit zur Düsennadellängsachse parallel angeordnetem nadelsitzseitigem Abschnitt der Abflachung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der brennraumseitige Abschnitt (7b) der Abflachung (7) mit einer Neigung von etwa 10° zur Düsennadellängsachse (8) hin verläuft.

3. Drosselzapfendüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei in Schließlage befindlicher Düsennadel (3) der Übergang von einem zum anderen Abschnitt (7a, 7b) der Ab­ flachung (7) in der unteren brennraumseitigen Hälfte des Spritzloches (5), insbesondere im oberen Bereich dieser Spritzlochhälfte, liegt.