DE3506729C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für eine luftverdichtende Brennkraftmaschine mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der US-PS 21 10 365 ist eine gattungsgemäße Kraftstoff­ einspritzdüse mit einer entgegen der Kraftstoffströmungsrich­ tung und gegen Federkraft von einem kegelförmigen Ventilsitz im Düsenkörper abhebenden Düsennadel mit an dieser ausgebildeten Drallkanälen bekannt, durch die Kraftstoff in eine nachfolgende Drallkammer geleitet und erst nach dortiger Zwischenspeicherung über einen kegelförmig verlaufenden Ringspalt zwischen kegel­ förmigem Ventilsitz und entsprechend ausgebildeter Sitzfläche der Düsennadel während des Öffnungshubs der Düsennadel sowie über eine zentrale Austrittsbohrung im Düsenkörper mit ko­ nischer Aufweitung an ihrem brennraumseitigen Ende in den Brennraum gespritzt wird.

Bei dieser Einlochdüsenausführung tritt der Kraftstoffstrahl in Form eines schirmartigen, vom Winkel der konischen Aufweitung abhängigen Spritzstrahls aus. Bei dieser Düsenausbildung mit einer definierten Düsenöffnungsstellung kann die Zerstäubung des Kraftstoffes beim Start, im unteren Drehzahl- und im Voll­ astbereich von unterschiedlicher Qualität sein, zumal, wenn sich die Drallverhältnisse aufgrund der sich mit zunehmendem Nadelhub vom Ventilsitz entfernenden Drallkanäle ändern und außerdem die konische Aufweitung am brennraumseitigen Ende der zentralen Austrittsbohrung die schirmartige Ausbildung des Spritzstrahls betriebsabhängig unterschiedlich beeinflussen kann, was zu einer Verschlechterung im Hinblick auf die schädlichen Abgasbestandteile führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen zerstäubungstechnischen Nachteilen entgegenzuwirken und eine in ihrer Bauweise einfache Einspritzdüse zu schaffen, mit der in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine unabhängig von Drehzahl und Last eine Kraftstoffzerstäubung mit nahezu gleichbleibender Zerstäubungsqualität erreichbar ist.

Der Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die besondere Ausbildung der Kraftstoffeinspritzdüse, nämlich den freien Querschnitt der zentralen Austrittsbohrung größer zu machen als den sich bei Vollastbetrieb einstellenden größten Querschnitt am Auslaßende des Ringspaltes sowie die besondere Abstimmung von Ringspaltverlauf, Länge und Durchmes­ ser des zylindrischen Teils der zentralen Austrittsbohrung, erfolgt die Umsetzung des Kraftstoffdruckes in Geschwindigkeit nicht wie üblich in der in den Brennraum ausmündenden zentralen Austrittsbohrung, sondern im Bereich des Ventilsitzes. Dorthin gelangt der Kraftstoff durch die übliche Zulaufleitung im Dü­ senkörper sowie durch die feststehenden Drallkanäle, die einen Drall unmittelbar stromauf des Ventilsitzes der Düsennadel er­ zeugen. Die Einspritzdüse mit in Öffnungsrichtung anschlag­ freier Düsennadel regelt sich im Spalt - also zwischen Ventil­ sitz im Düsenkörper und Düsennadelsitzfläche - querschnittsmäßig so aus, daß unabhängig von der ankommenden Druckwelle der Druck im Druckraum als Summendruck aus ankom­ mender Druckwelle und reflektierter Druckwelle konstant bleibt.

Die Düsennadel hebt somit nur immer so weit von ihrem Ventil­ sitz ab, bis der Summendruck dem Öffnungsdruck der Einspritz­ düse entspricht. Die ankommende Druckwelle bestimmt dabei le­ diglich den Kraftstoffdurchsatz. Damit wird über den gesamten Betriebsbereich eine zumindest annähernd konstante Ausströmge­ schwindigkeit bis zum austrittsbohrungsfreien Düsenaustritt bzw. bis zum Brennraum mit einer etwa immer gleichen Zerstäu­ bung erzielt, worunter zu verstehen ist, daß, wie bereits ein­ gangs erwähnt, der Durchlaßquerschnitt der Austrittsbohrung stets größer sein muß als der bei Vollastbetrieb der Brenn­ kraftmaschine sich einstellende größte Ringspaltquerschnitt am Auslaß des Ventilsitzes. Die dem Ventilsitz unmittelbar und feststehend vorgelagerten Drallkanäle bewirken dabei, daß in Verbindung mit den gewählten geometrischen Abmessungen der Austrittsbohrung die den Ventilsitz verlassenden Kraftstoff­ strahlen nicht aufeinander treffen, sondern aus der Einspritz­ düse wandberührungsfrei derart austreten können, daß sich düsenaustrittsseitig im Brennraum der Brennkraftmaschine immer eine etwa gleiche schirmartige Zerstäubung des Kraftstoffes ergibt.

Aus der US-PS 19 77 005 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse mit für die Einspritzung drallerzeugenden Maßnahmen bekannt, die jedoch an der die Hubbewegungen ausführenden Düsennadel im Ventilsitzbereich angeordnet sind, wobei als Begrenzungswand für die Drallkanäle zugleich die Ventilsitzfläche dient, so daß bei zunehmendem, sich vom Ventilsitz entfernenden Nadelhub die drallerzeugende Wirkung nachläßt. Der aus der Einspritzdüse austretende Kraftstoff hat zwar stromab des Ventilsitzes auch hier keinen Wandkontakt mehr, aber die ganze Ausbildung des Düsenbereichs ergibt ein anderes Einspritzverhalten durch die sich hier ergebende geteilte Einspritzung, nämlich zunächst durch eine ständige Kraftstoffverbindung zwischen der im Dü­ senkörper verlaufenden Kraftstoffzuführung und dem Brennraum der Brennkraftmaschine über eine in der Düsennadel vorgesehene Bohrungsanordnung, die in die von der Kraftstoffzuführung aus­ gehenden Drallkanäle mündet, und dann über den Ringspalt zwi­ schen Ventilsitz und Nadelsitzfläche bei sich abhebender Dü­ sennadel.

Ferner ist aus der US-PS 43 65 746 eine Einspritzdüse bekannt, bei der zwar auch feststehende Drallkanäle im Düsenkörper vor­ gesehen sind, aber die Anordnung so getroffen ist, daß der Kraftstoff erst in eine Drallkammer geleitet und nach Zwi­ schenspeicherung durch das Spritzloch bei angehobener Düsenna­ del abgespritzt wird.

Im Unteranspruch ist noch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung angegeben, wobei auch die Ausbildung der Drallkanäle in einem Einsatzkörper bereits der US-PS 43 65 746 als bekannt entnehmbar ist.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Schnitt eine mit drallerzeugendem Einsatzkör­ per versehene Kraftstoffeinspritzdüse mit in Öffnungsrichtung anschlagfrei geführter Düsenna­ del, deren linke Hälfte im Sitzbereich die ge­ öffnete und deren rechte Hälfte die geschlossene Stellung der Düsennadel wiedergibt.

Fig. 2 den Einsatzkörper nach der Linie II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine als Einlochdüse ausgebildete Kraftstoffein­ spritzdüse 1 für luftverdichtende, direkteinspritzende Brennkraftmaschinen gezeigt, die im oberen Bereich mit be­ kannten Düsen baugleich ist.

Im unteren Bereich ist die Einlochdüse 1 zwischen der entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffs und entgegen der Kraft einer Feder 2 öffnenden stumpfen Düsennadel 3 und dem Düsen­ körper 4 mit einem schraubenförmige Drallkanäle 5 bildenden Einsatzkörper 6 ausgestattet, dessen äußere Kanalwandspitzen 7 gemäß Fig. 2 unter Preßsitz an der zylindrischen Ausnehmung 8 des Düsenkörpers 4 anliegen. Der Einsatzkörper 6 liegt an einer Stufe 9 im Düsenkörper 4 auf, der die zylindrische Ausnehmung 8 mit einer kegelförmigen Fläche 10, die zugleich Ventilsitz für die Düsennadel 3 ist, verbindet. Der Kegelwinkel γ des Ventil­ sitzes 10 kann zwischen 30° und 60° liegen. An den Ventilsitz 10 schließt sich eine zylindrische, brennraumseitig konisch aufgeweitete zentrale Austrittsbohrung 11 an, wobei der Durch­ messer x des zylindrischen Teils der zentralen Austrittsbohrung 11 zwischen 1,6 und 1,8 mm und dessen Länge y zwischen 0,5 und 1,0 mm liegen kann. Der Kegelwinkel γ des Ventilsitzes 10, der Durchmesser x sowie die Länge y sind nach Fig. 1 aufeinander so abgestimmt, daß der über die Zulaufleitung 12 und den Druckraum 13 im Düsenkörper 4 sowie über die Drallkanäle 5 gelangende Kraftstoff - wobei unmittelbar vor dem Ventilsitzbereich ein Drall erzeugt wird - nach Verlassen des Sitzbereiches insgesamt keinen Wandkontakt mit der in den Brennraum 14 der Brennkraft­ maschine ausmündenden zentralen Austrittsbohrung 11 im Düsen­ körper 4 mehr hat.

Bei dieser Einlochdüse 1 ist der freie Querschnitt der Aus­ trittsbohrung 11 immer größer als der bei Vollast sich ein­ stellende größte Querschnitt am Auslaßende 15 des vom Ventil­ sitz 10 und der Sitzfläche 17 begrenzten kegelförmig verlau­ fenden Ringspaltes 16. Der durch den Einsatzkörper 6 erzeugte Drall bewirkt, daß der Kraftstoff düsenauslaßseitig sich z.B. nicht in einem fiktiven Punkt "a" trifft und dann mit axialer Komponente weitergeführt wird, sondern ohne Kollision über die Austrittsbohrung 11 bei Umgehung des Punktes "a" unter einem Strahlkegel von etwa 20° bis 40° in den Brennraum eintritt.

Bei dieser Einlochdüse 1 mit anschlagfreier Düsennadel und querschnittbestimmendem Nadelhub bzw. mit variablem Durchlaß­ querschnitt im Ventilsitzbereich bildet sich unabhängig von der jeweilig verwendeten Einspritzmenge ein konstant hoher Ab­ spritzdruck. Über den gesamten Betriebsbereich wird eine kon­ stante Zerstäubung ermöglicht, die sich aufgrund der Drallka­ näle 5 im Düsenkörper 4 düsenaustrittseitig schirmartig aus­ bildet.

Claims (2)

1. Kraftstoffeinspritzdüse für eine luftverdichtende Brenn­ kraftmaschine mit einer in einem Düsenkörper geführten und entgegen der Kraftstoffströmungsrichtung sowie gegen die Kraft einer Feder von einem kegelförmigen Ventilsitz im Düsenkörper abhebenden Düsennadel, deren entsprechend kegelförmige Sitz­ fläche mit dem Ventilsitz beim Öffnungshub der Düsennadel einen kegelförmig verlaufenden Ringspalt für den Durchtritt des im Anschluß an den Ventilsitz über eine zentrale Austrittsbohrung im Düsenkörper mit brennraumseitig konischer Aufweitung in den Brennraum der Brennkraftmaschine austretenden Kraftstoffs be­ grenzt, wobei der Kraftstoffstrahl aufgrund von stromauf des Ventilsitzes zwischen einem Druckraum für die Düsennadel und dem Ventilsitz angeordneten Drallkanälen in Form eines schirmartigen Spritzstrahls aus der Einspritzdüse austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (5) dem Ventilsitz (10) unmittelbar und feststehend vorgelagert sind, daß die in Schließstellung am einspritzseitigen Ventilsitzende stumpf endende Düsennadel (3) über den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine gegen die Kraft der Feder (2) in Abhängigkeit von dem im Druckraum (13) herrschenden Kraftstoffdruck anschlagfrei in Öffnungs­ richtung bewegbar ist, und daß der freie Querschnitt der zen­ tralen Austrittsbohrung (11) größer ist als der sich bei Voll­ astbetrieb der Brennkraftmaschine einstellende größte Quer­ schnitt am Auslaßende (15) des vom Ventilsitz (10) und der Sitzfläche (17) begrenzten kegelförmig verlaufenden Ringspalts (16), wobei der für den Verlauf des Ringspalts (16) gewählte Kegelwinkel (γ) sowie Länge (Y) und Durchmesser (x) des zwischen Ventilsitzende und konischer Aufweitung zylindrisch ausgebildeten Teils der zentralen Austrittsbohrung (11) so aufeinander abgestimmt sind, daß der Spritzstrahl nach dem Verlassen des Ringspalts (16) insgesamt ohne Wandkontakt mit der Austrittsbohrung (11) in den Brennraum übertritt.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (5) in einem Einsatzkörper (6) ausgebildet sind, der mit Preßsitz in eine den Druckraum (13) mit dem Ringspalt (16) verbindende zylindrische Ausnehmung im Düsen­ körper (4) eingesetzt ist.