DE3502642A1

DE3502642A1 - Kraftstoffeinspritzventil fuer eine luftverdichtende einspritzbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3502642A1
Application number: DE19853502642
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 7053 Kernen Augustin
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1985-01-26
Filing date: 1985-01-26
Publication date: 1986-07-31
Also published as: SE8505529L; FR2576642A1; FR2576642B1; JPS61175264A; GB2170269B; GB8601492D0; SE8505529D0; SE459027B; GB2170269A; IT8619104A0; IT1188269B

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 16 262/4

Stuttgart-Untertürkheim

"Kraftstoffeinspritzventil für eine luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine"

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für eine luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 34 12 516 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem eine nach innen öffnende Düsennadel einen Kanal verschließt, der als Sackloch ausgebildet ist und über in der Düsenkuppe befindliche Spritzlöcher mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine in Verbindung steht.

Für die Zerstäubungsgüte dieses- als Mehrlochdüse ausgebildeten Kraftstoffventiles ist als wichtige Größe die Druckdifferenz zwischen Spritzlocheintritt und Spritzlochaustritt maßgeblich. Beim Start und im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ist die von der Einspritzpumpe kommende Druckwelle klein und reicht nicht zum vollständigen Öffnen der Düsennadel aus, so daß ein Teil der ohnehin geringen Druckamplitude im Ventilsitzbereich weiter verringert wird. Es findet eine Zerstäubung unter ungünstigen Bedingungen statt.

UaÄWe~2

Im voll geöffneten Zustand hat die Mehrlochdüse einen mit der Spritzlochgröße festgelegten konstanten Öffnungsquerschnitt und damit eine durchsatzabhängige Zerstäubungs qualität, die zwar im Nennleistungspunkt ausreichend ist, jedoch in dem darunter liegenden Drehzahlbereich eine schlechte Zerstäubung ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile zu beseitigen und die Düse eines Einspritzventiles so auszubilden, daß im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine eine in den Brennraum hinreichende verbesserte Zerstäubung erreicht wird.

Zur Lösung der Aufgabe dienen erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

Dadurch, daß der Öffnungsquerschnitt der Spritzlöcher durch den Düsennadelhub kontinuierlich veränderbar und dem Kraftstoffdurchsatz anpaßbar ist, verändert die Einspritzdüse ihr hydraulisches Verhalten grundlegend.

Der für die Zerstäubung maßgebende Druck setzt sich additiv aus Druckamplituden der von der Einspritzpumpe kommenden Vorlaufwelle und der an der Düse reflektierten Rücklaufwelle zusammen. Die Düsennadel öffnet so weit, bis der beschriebene Summendruck dem Öffnungsdruck der Düse entspricht. Durch entsprechende Wahl des Düsenöffnungsdrucks wird also bei der erfindungsgemäßen Ausführung die Zerstäubungsqualität festgelegt, wobei die ankommende Druckwelle lediglich den Durchsatz bestimmt.

/7

/■ - Daim 16 262/4

Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß die Spritzlöcher stromauf vom Ventilsitz als Teil eines Ventilkegels im Düsenkörper angeordnet sind.

Damit die den Nadelsitz der Düse verlassenden Einspritzstrahlen nicht in der gedachten Ventilkegelspitze kollidieren und sich somit als Einzelstrahl in axialer Richtung fortsetzen, was zu einer ungünstigen Kraftstoff verteilung im Brennraum führt, bilden die Spritzlöcher einen Winkel mit der Mantellinie des Ventilkegels .

Aus fertigungstechnischen Gründen können die Spritzlöcher als Nuten eines unbeweglich auf dem Ventilkegel des Düsenkörpers liegenden Einsatzkörpers ausgeführt sein, der einen obenliegenden zylindrischen Teil mit Zufuhrkanälen aufweist, an die sich die jeweiligen, im untenliegenden konusförmigen Teil liegenden Spritzlöcher anschließen.

Im Rahmen der Erfindung erweist es sich als Vorteil, daß der stromab von den Spritzlöchern angeordnete Kanal als Durchtrittskanal mit großem Querschnitt für die in den Brennraum reichenden Kraftstoffstrahlen ausgebildet ist. Um richtungsorientierte Durchsatzunterschiede zu ermöglichen und somit eine ungleichmäßige Masseverteilung für komplexe Brennraumformen zu erhalten, kann bei kegelförmigen Ventilsitzen im Düsenkörper die Achse des Ventilkegels gegenüber der Achse des Durchtrittskanals versetzt angeordnet sein.

- Sr - Daim 16 262/4

Um nicht nur auf die Masseverteilung der austretenden Kraftstoffstrahlen, sondern auch auf deren Austrittsrichtung einen Einfluß ausüben zu können, kann der Durchtrittskanal stromab schräg geschnitten enden. Der Durchtrittskanal kann aber auch mit seiner Achse gegenüber der Ventilkegelachse geneigt angeordnet sein, wobei der Durchtrittskanal stromab schräg geschnitten endet.

Für den Fall, daß aus Platzgründen eine schräge Düsenlage erforderlich ist, kann gegenüber der Achse des Ventilkegels die Achse des Durchtrittskanals stark geneigt angeordnet sein, wobei der Durchtrittskanal an der Kegelfläche des kegelstumpf förmig ausgebildeten Düsenendes ausmünden kann. Austretende Kraftstoffstrahlen werden somit hinter dem Ventilsitz richtungsmäßig abgelenkt.

Durch die besonderen Lagen und Ausgestaltungen der Durchtrittskanäle ergeben sich günstige Anpassungen der Strahlrichtung der aus der Düse austretenden Kraftstoffstrahlen an die verschiedenartig ausgebildeten Brennraumformen.

Bei bestimmten Durchtrittskanälen folgen die Kraftstoffstrahlen zunächst der Kanalwandkontur und treten dann aufgrund des schräg geschnitten endenden Durchtrittskanals unter unterschiedlichen Austrittswinkeln aus dem Kanal aus.

Zur Erreichung möglichst großer Strahlaustrittswinkel ohne festigkeitsmäßige Beeinträchtigung der Düsenspitze ist vorgesehen, daß die Kontur des Durchtrittskanals rotationshyperboloidisch verläuft, derart, daß austretende Kraftstoffstrahlen nach Verlassen des Nadelsitzes keinen weiteren Kanalwandkontakt mehr haben. Der Durchtrittskanal kann aber auch konisch ausgebildet sein.

/9

- % - Daim 16 262/4

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil, wobei im Düsenbereich ein Teil des Einsatzkörpers ohne diesen umgebenden Düsenkörper in Ansicht dargestellt ist, und zwar insbesondere die Lage des Spritzloches

Fig. 2-7 verschiedene Lagen und Formen des Durchtrittskanals

Das in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzventil 1 für luftverdichtende, direkteinspritzende Brennkraftmaschinen besteht aus einem Düsenkörper 2, in dem eine Düsennadel 3 längsverschiebbar geführt ist und mit ihrer Nadelspitze 4 als kegelförmige Sitzfläche auf einem Ventilsitz 5 als Teil des Ventilkegels 6 im Düsenkörper 2 aufliegt.

In der dargestellten Düsennadellage ist stromab der Nadelspitze 4 ein Kanal 7 als Durchtri ttskanal mit ungedrosseltem Querschnitt in den Brennraum 8 der Brennkraftmaschine ausmündend angeordnet.

Die Düsennadel 3 begrenzt einen mit einem Zufuhrkanal 9 in Verbindung stehenden Druckraum 10, in den ein Einsatzkörper 11 so eingesetzt ist, daß dessen oberer zylindrischer Körperteil 11a mit dem Düsenkörper 2 durch Pressung, Schraubung oder dergleichen verbunden sein kann, und dessen unterer konusförmig ausgebildeter Körperteil 11b ganzflächig auf dem Ventilkegel 6 aufliegt.

Der Einsatzkörper 11 ist im zylindrischen Körperteil 11a mit Kanälen 12 versehen, an die sich im konusförmig ausgebildeten Körperteil 11b angeordnete Nuten 13 anschließen,

/10

- lld - Daiffl 16 262/4

die gemeinsam mit der Düsenkörperwandung im Bereich des Ventilkegels 6 Spritzlöcher 14 bilden, die bis zur Düsennadel 3 heranreichen und somit stromauf des Ventilsitzes

5 liegen. Der Verlauf der Spritzlöcher 14 ist so gestaltet, daß sie mit der Mantellinie des Ventilkegels

6 einen Winkel bilden (Fig. 1). Der Durchlaßquerschnitt dieser Spritzlöcher 14 ist wesentlich kleiner als der Durchlaßquerschnitt der Kanäle 12 im oberen Körperteil 11a.

In dem Kraftstoffeinspritzventil 1 gelangt der Kraftstoff in den Zuführkanal 9 und Druckraum 10 und somit in die Kanäle 12 und Spritzlöcher 14. Die Düsennadel 3 öffnet durch den an seiner Druckschulter 15 anstehenden Kraftstoffdruck, und zwar so weit, bis der sich aus Vorlauf- und reflektierter Rücklaufwelle ergebende Summendruck dem öffnungsdruck der Düse entspricht. Dabei sind die in Fig. 1 mit "a" bezeichneten Abspritzquerschnitte sowie eine auf der Rückseite der Düsennadel angreifende Feder 16 auf Konstantdruck im Druckraum so abgestimmt, daß die Öffnungsquerschnitte "b" der Spritzlöcher 14 auslaßseitig durch den Düsennadelhub kontinuierlich verändert und dem Kraftstoffdurchsatz angepaßt werden.

Die aus den Spritzlöchern 14 austretenden Kraftstoffstrahlen reichen aufgrund der Ausbildung des Durchtrittskanals 7 bis in den Brennraum 8.

In Fig. 1 liegt der Durchtrittskanal 7 koaxial zur Düsennadel 3, während in Fig. 2 und 3 die Achse "x" des Durchtrittskanals 7 zur Achse "y" des Ventilkegels 6 versetzt angeordnet ist. Der Durchtrittskanal 6 nach Fig. 3 endet zudem stromab schräg geschnitten, da das Düsenende 18 schräg ausgeführt ist.

-Vi- Daim 16 262/4

In Fig. 4 ist lediglich die Achse "x" des Durchtrittskanals 7 gegenüber der Achse "y" des Ventilkegels 6 geneigt angeordnet. Der Durchtrittskanal 7 ist auch hier auslaßseitig schräg geschnitten ausgeführt. In Fig. 5 ist die Achse "x" des Durchtrittskanals 7 stärker geneigt, wobei der Kanal 7 an der Kegelfläche 18 der kegelstumpfförraig ausgebildeten Düse 17 ausmündet.

In Fig. 6 verläuft die Kontur des Durchtrittskanals 7 rotationshyperboloidisch und in Fig. 7 ist der Durchtrittskanal 7 konisch ausgebildet, derart, daß in beiden Fällen austretende Kraftstoffstrahlen nach Verlassen des Ventilsitzes 5 keinen weiteren Wandkontakt mehr haben. Gegebenenfalls kann die konische Ausbildung des Durchtrittskanals 7 auch für die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. bis 5 verwendet werden.

Ή-

- Leerseite

Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 16 ZoZ/4

Stuttgart-Untertürkheim

Patentansprüche

. Kraftstoffeinspritzventil für eine luftverdichtende Einspritz-Brennkraftmaschine, dessen im Düsenkörper geführte Düsenadel gegen die Kraft einer Feder und entgegen der Kraftstoffströmungsrichtung mit ihrer Sitzfläche von einem Ventilsitz im Düsenkörper abhebt und gleichzeitig mit ihrer Nadelspitze aus einem mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbundenen Kanal austaucht, und mit zum Brennraum leitenden Spritzlöchern,

dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsquerschnitt (b) der Spritzlöcher (14) durch die Düsennadel (3) in seiner Größe in Abhängigkeit von Druckamplituden gesteuert wird.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzlöcher (14) stromauf vom Ventilsitz (5) als Teil eines Ventilkegels (6) im Düsenkörper angeordnet sind.

/3

-Z- Daim 16 262/4
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzlöcher(14) einen Winkel mit der Mantellinie des Ventilkegels (6) bilden.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzlöcher (14) als Nuten eines unbeweglich auf dem Ventilkegel (6) des Düsenkörpers liegenden Einsatzkörpers (11) ausgeführt sind, der einen oberen zylindrischen Körperteil (11a) mit Zuführkanälen (12) aufweist, an die sich die jeweiligen, im unteren konusförmig ausgebildeten Körperteil (11b) liegenden Spritzlöcher (14) anschließen.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der stromab von den Spritzlöchern (14) angeordnete Kanal (7) als Durchtrittskanal mit großem Querschnitt für die in den Brennraum (8) reichenden Kraftstoffstrahlen ausgebildet ist.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Durchtrittskanals (7) gegenüber der Achse des Ventilkegels (6) versetzt angeordnet ist (Fig. 2).
7. Kraftstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Durchtrittskanal (7) stromab schräg geschnitten endet (Fig. 3).

- A - Daim 16 262/4
8. Kraftstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Durchtrittskanals (7) gegenüber der Achse des Ventilkegels (6) geneigt angeordnet ist und der Durchtrittskanal (7) stromab schräg geschnitten endet (Fig. 4).
9. Kraftstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Durchtrittskanals (7) gegenüber der Achse des Ventilkegels (6) stark geneigt angeordnet ist und daß der Durchtrittskanal (7) an der Kegelfläche des kegelstumpfförmig ausgebildeten Düsenendes (17) ausmündet (Fig. 5).
10. Kraftstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des Durchtrittskanals (7) rotationshyperboloidisch so verläuft, daß austretende Kraftstoffstrahlen nach Verlassen des Ventilsitzes (5) keinen weiteren Kanalwandkontakt haben.
11. Kraftstoffeinspritzventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittskanal (7) konisch ausgebildet ist.

/5