DE3605082A1 - FUEL INJECTION NOZZLE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES - Google Patents
FUEL INJECTION NOZZLE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINESInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bekannten Ein spritzdüsen dieser Gattung ist die Nadelspitze über ihre ganze Länge hinweg als ein gleichmäßig sich verjüngender Konus ausgebildet. Bei dieser Ausbildung lassen sich in Teilbereichen des Betriebskennfeldes Ablösungen der Strö mung und die Bildung von sogenannten Totwassergebieten im Sackloch und den angrenzenden Abschnitten der Spritzbohrungen nicht ganz vermeiden, wodurch in diesen Teilbereichen des Betriebskennfeldes merkliche Unterschiede im Kraftstoffver brauch und hinsichtlich Schwarzrauchbildung auftreten. Bei Einspritzdüsen der eingangs genannten Gattung ist es ferner bekannt, die Nadelspitze über ihre gesamte Länge hinweg mit einer konvexen oder einer konkaven Mantelfläche zu ver sehen (DE-A 30 14 958). Diese im Zusammenhang mit einer anderen Aufgabe getroffenen Maßnahmen bringen jedoch für sich allein gesehen noch keine Verminderung der vor stehend genannten Nachteile, zumal sie das tote Sackloch volumen nicht verkleinern, sondern vergrößern. Bei Sack lochdüsen mit vom Ventilsitz ausgehenden Spritzbohrungen (DE-A 27 10 217) ist es bekannt, das Sackloch über eine Längsbohrung und eine Querbohrung in der Ventilnadel zu entlasten und die Ventilnadel zum Zweck einer verbesserten Abdichtung der Spritzbohrungen mit einer Ringnut in der Dichtfläche zu versehen.The invention is based on a fuel injector according to the genus of the main claim. With known A spray nozzles of this genus is the needle tip over their entire length as a uniformly tapering Trained cone. With this training can be in Partial areas of the operational map and the formation of so-called dead water areas in the Blind hole and the adjacent sections of the spray holes not completely avoid, which in these parts of the Operating map noticeable differences in fuel consumption need and occur with regard to black smoke formation. At It is also injection nozzles of the type mentioned known, the needle tip over its entire length ver with a convex or a concave outer surface see (DE-A 30 14 958). This in connection with a measures taken other task bring for seen alone, no reduction in before standing disadvantages, especially since they are the dead blind hole Do not reduce the volume, but increase it. By sack perforated nozzles with spray holes from the valve seat (DE-A 27 10 217) it is known to use a blind hole Longitudinal bore and a transverse bore in the valve needle too relieve pressure and the valve needle for the purpose of improved Sealing the spray holes with an annular groove in the To provide sealing surface.
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merk malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Neigung zu Ablösungen der Strömung im Bereich des Ven tildurchganges und im Sackloch bzw. an der Ventilnadel spitze, sowie eine Bildung von sogenannten Totwassergebieten verringert und dadurch die Strömung bzw. die Strahlausbildung verbessert wird.The arrangement according to the invention with the characteristic note Painting the main claim has the advantage that the tendency to detach the flow in the area of the Ven Part passage and in the blind hole or on the valve needle peak, as well as the formation of so-called dead water areas reduced and thereby the flow or the jet formation is improved.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen läßt sich die Anordnung nach dem Hauptanspruch vorteilhaft wei terbilden.By the measures specified in the subclaims the arrangement according to the main claim advantageously knows educate.
Mit den konstruktiven Merkmalen nach den Ansprüchen 2 bis 7 läßt sich die Form der Nadelspitze den Erfordernissen des jeweiligen Anwendungsfalles optimal anpassen. Das Ende der Nadelspitze selbst kann unterschiedlich, z.B. abgeplattet oder mehr oder weniger stark abgerundet ausgeführt sein.With the structural features according to claims 2 to 7 can the shape of the needle tip the requirements of optimally adapt to the respective application. The end of The needle tip itself can vary, e.g. flattened or be more or less rounded.
Besonders vorteilhaft ist, wenn zusätzlich zu den im Haupt anspruch enthaltenen Merkmalen gemäß Anspruch 8 der zwischen dem Ventilsitz des Düsenkörpers und dem Sackloch gebildete Übergang gut ausgerundet bzw. angefast ist. Dadurch wird auch in diesem Bereich ein Ablösen der Strömung besonders wirkungsvoll vermieden. Zusätzlich dazu können Maßnahmen zur Verringerung des Sacklochvolumens und dadurch zur Ver minderung der HC-Emission vorgesehen sein. Zu diesem Zweck kann die Sacklochgeometrie gemäß Anspruch 9 annähernd der Form der Nadelspitze angepaßt sein.It is particularly advantageous if in addition to that in the main claim contained features according to claim 8 of the between formed the valve seat of the nozzle body and the blind hole Transition is well rounded or chamfered. This will a separation of the flow in this area in particular effectively avoided. In addition, measures can be taken to reduce the blind hole volume and thereby Ver HC emission reduction should be provided. To this end can the blind hole geometry according to claim 9 approximately Be adapted to the shape of the needle tip.
Zur Verringerung des Sacklochvolumens und weiteren Verbesserung der Strömung ist ferner gemäß Anspruch 10 vorgesehen, den Bo den des Sacklochs mit strömungsleitenden Wandabschnitten zu versehen. Zur Bildung dieser Wandabschnitte kann der Sack lochboden eine kegel- oder halbkugelförmige Kontur haben, die eine Teilung der Strömung und eine Führung bzw. Umlenkung in Richtung der Spritzbohrungen bewirkt. Die Kontur des Kegels kann von einer Geraden oder einer Kurve begrenzt sein.To reduce blind hole volume and further improve the flow is further provided according to claim 10, the Bo that of the blind hole with flow-conducting wall sections Mistake. The sack can be used to form these wall sections perforated bottom have a conical or hemispherical contour that a division of the flow and a guidance or diversion in Direction of the spray holes. The contour of the cone can be bounded by a straight line or a curve.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung der Einspritzdüse gemäß den Ansprüchen 11 und/oder 12. Eine Ringnut bzw. -rille in der Dichtfläche der Ventilnadel unterstützt die Bildung einer turbulenten Grenzschicht der Strömung, die beim Um strömen einer Kante oder einer zurückweichenden Kontur länger anliegt als eine laminare Strömung. Die Maßnahme nach Anspruch 11 führt demzufolge bei Einspritzdüsen der vorliegenden Gattung zu einem verbesserten Strömungsver halten und zur Vermeidung von sogenannten Totwasserge bieten im Ventilspalt und im Sackloch. Die Maßnahme ge mäß Anspruch 12 basiert auf dem Prinzip der Absaugung von energiearmen wandnahen Grenzschichten. Im vorliegenden Fall wird auch durch diese Maßnahme ein Ablösen der Strömung von der Oberfläche der Ventilnadelspitze erschwert. Die energiearme Grenzschicht soll durch die Bohrungen in der Ventilnadel unmittelbar hinter dem Ventilkonus abgesaugt werden. Die hierfür erforderliche Saugwirkung wird ähnlich wie bei einer Strahlpumpe durch die erhöhte Strömungsge schwindigkeit in den Bohrungen hervorgerufen.A design of the injection nozzle is particularly advantageous according to claims 11 and / or 12. An annular groove or groove formation in the sealing surface of the valve needle supports a turbulent boundary layer of the flow, which pour an edge or a receding contour lasts longer than a laminar flow. The measure according to claim 11 consequently leads to injectors present genus for an improved flow ver hold and to avoid so-called dead water offer in the valve gap and in the blind hole. The measure ge According to claim 12 is based on the principle of suction of low-energy boundary layers close to the wall. In the present case this measure will also detach the flow difficult from the surface of the valve needle tip. The Low-energy boundary layer should be through the holes in the The valve needle is sucked off directly behind the valve cone will. The suction effect required for this becomes similar like a jet pump due to the increased flow rate speed in the holes.
Die Maßnahmen nach den Ansprüchen 11 und 12 können besonders vorteilhaft und wirkungsvoll mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 kombiniert werden.The measures according to claims 11 and 12 can be special advantageous and effective with the measures of the claim 1 can be combined.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert. Es zeigen Fig. 1 das erste Ausführungsbeispiel in einem vergrößerten Teil-Längsschnitt, die Fig. 1a und 1b je eine Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 anhand von Konturenlinien der Nadelspitze, und die Fig. 2 und 3 das zweite und dritte Ausführungsbeispiel in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung.Three embodiments of the invention are shown in the drawing and he explains in more detail in the following description. In the drawings Fig. 1, the first embodiment in an enlarged part-longitudinal section, Fig. 1a and 1b, each a variant of the embodiment of Fig. 1 on the basis of contour lines of the needle tip, and Figs. 2 and 3, the second and third embodiments in a Fig. 1 corresponding representation.
Die Einspritzdüse nach Fig. 1 hat einen Düsenkörper 10, der mit einer zentralen Bohrung 12 versehen ist, in die eine nicht dargestellte Kraftstoff-Zuleitung einmündet. Die Bohrung 12 geht brennraumseitig über einen konischen Ventilsitz 14 in ein Sackloch 16 über, aus welchem mindestens zwei Spritzbohrungen 18, 19 nach außen führen. In der Bohrung 12 ist eine Ventilnadel 20 verschiebbar gelagert, die stromauf des Ventilsitzes 14 einen Ringraum 21 begrenzt, über welchen der Kraftstoff an den Ven tilsitz 14 gelangt. Die Ventilnadel 20 hat einen an einer Ringkante 22 beginnenden konischen Abschnitt 23, der an einer Ringkante 24 in einen Ventilkonus 26 übergeht. Dieser hat einen etwas größeren Kegelwinkel als der Abschnitt 23 und ar beitet mit dem Ventilsitz 14 des Düsenkörpers 10 als dessen Schließglied zusammen.The injection nozzle according to FIG. 1 has a nozzle body 10 which is provided with a central bore 12 into which a fuel supply line, not shown, opens. The bore 12 merges on the combustion chamber side via a conical valve seat 14 into a blind hole 16 , from which at least two spray bores 18 , 19 lead to the outside. In the bore 12 of a valve needle 20 is displaceably mounted that an annular space 21 delimited upstream of the valve seat 14 through which the fuel to the Ven tilsitz 14 passes. The valve needle 20 has a conical section 23 which begins at an annular edge 22 and merges into a valve cone 26 at an annular edge 24 . This has a slightly larger cone angle than the section 23 and ar works together with the valve seat 14 of the nozzle body 10 as its closing member.
An den Ventilkonus 26 schließt sich an einer Ring kante 28 eine Nadelspitze 30 an, die voll in das Sackloch 16 taucht, wenn sich die Ventilnadel 20 in Schließstellung be findet. Der Ringraum 22 ist nach oben von einer nicht darge stellten Druckschulter der Ventilnadel 20 begrenzt, an welcher der Kraftstoff eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft auf die Ventilnadel 20 ausübt. Auf diese wirkt ferner eine Schließ feder ein, die in einem Düsenhalter untergebracht ist, gegen den der Düsenkörper 10 wie üblich durch eine Düsenmutter ge spannt ist.At the valve cone 26 adjoins a ring edge 28, a needle tip 30 which is fully immersed in the blind hole 16 when the valve needle 20 is in the closed position be. The annular space 22 is bounded at the top by a pressure shoulder, not shown, of the valve needle 20 , on which the fuel exerts a force acting in the opening direction on the valve needle 20 . On this also acts a closing spring, which is housed in a nozzle holder against which the nozzle body 10 is clamped as usual by a nozzle nut GE.
Die Ventilnadel 20 ist erfindungsgemäß im Bereich ihres Ven tilkonus 26 mit einer Ringnut 32 versehen, welche die am Ventilkonus 26 gebildete Dichtfläche 34 örtlich unterbricht. Das Querschnittsprofil der Ringnut 32 kann wie beim Ausführungs beispiel durch gerade Linien oder auch durch eine gewölbte Grundlinie begrenzt sein. Die Nadelspitze 30 hat einen an die Ringkante 28 unmittelbar anschließenden konvexen Mantelflächen abschnitt 36, der an einer Wendelinie 38 unmittelbar in einen konkaven Mantelflächenabschnitt 40 übergeht. Dieser läuft in ein abgerundetes Ende 42 der Nadelspitze 30 aus. Der Übergang 44 zwischen dem Ventilsitz 14 und dem Sackloch 16 ist stark abgerundet oder angefast und der Boden des Sacklochs 16 ist mit strömungsleitenden Wandabschnitten 46, 48 versehen. Diese sind an einer Erhebung 50 gebildet, welche das Volumen des Sacklochs 16 verkleinert. Mit einer strichpunktierten Linie 52 ist die übliche Form des Sacklochs angedeutet.The valve needle 20 is provided according to the invention in the region of Ven tilkonus 26 with an annular groove 32 which interrupts the formed on the valve cone 26 sealing surface 34 locally. The cross-sectional profile of the annular groove 32 can, for example, be limited by straight lines or by an arched base line, as in the embodiment. The needle tip 30 has a convex lateral surface section 36 which immediately adjoins the ring edge 28 and which merges directly with a turning line 38 into a concave lateral surface section 40 . This ends in a rounded end 42 of the needle tip 30 . The transition 44 between the valve seat 14 and the blind hole 16 is greatly rounded or chamfered and the bottom of the blind hole 16 is provided with flow-conducting wall sections 46 , 48 . These are formed on an elevation 50 , which reduces the volume of the blind hole 16 . The usual shape of the blind hole is indicated by a dash-dotted line 52 .
Der bei geöffneter Ventilnadel 20 durch den Ventilspalt 54 strömende Kraftstoff erhält durch die Ringnut 32 eine turbu lente Grenzschicht, welche die Neigung der Strömung, sich an der Ringkante 28 und stromab davon von der Ventilnadel 20 abzulösen, merklich verringert. Durch die beschriebene Aus bildung der Nadelspitze 30 und die starke Abrundung des Überganges 44 wird zusätzlich der Neigung zum Ablösen der Strömung entgegengewirkt. Die strömungsleitenden Wandab schnitte 46, 48 am Boden des Sacklochs sorgen außerdem für eine verlustarme Umlenkung der Strömung in die Spritzbohrungen 18, 19. Durch das Zusammenwirken aller erfindungsgemäßen Maß nahmen kann ein Ablösen der Strömung und die Bildung von so genannten Totwassergebieten in größeren Teilbereichen des Betriebskennfeldes wirkungsvoll verhindert werden.The fuel flowing through the valve gap 54 when the valve needle 20 is open receives a turbu lent boundary layer through the annular groove 32 , which significantly reduces the tendency of the flow to separate from the valve needle 20 at the ring edge 28 and downstream thereof. From the described formation of the needle tip 30 and the strong rounding of the transition 44 , the tendency to detach the flow is additionally counteracted. The flow-guiding wall sections 46 , 48 at the bottom of the blind hole also ensure low-loss deflection of the flow into the spray bores 18 , 19 . Through the interaction of all measures according to the invention, a detachment of the flow and the formation of so-called dead water areas can be effectively prevented in larger sub-areas of the operating map.
Die Varianten nach den Fig. 1a und 1b unterscheiden sich vom vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel jeweils durch leicht abgewandelte Konturen der Nadelspitze 30 a bzw. 30 b. Bei der Nadelspitze 30 a geht ein konvex gekrümmter Mantelflächenab schnitt 36 a tangential in die Dichtfläche 34 des Ventil konus 26 über, so daß eine Ringkante zwischen beiden Flächen abschnitten entfällt und die Nadelspitze 30 a äußerlich nicht erkennbar an einer gedachten Querschnittsebene 56 beginnt. An den Mantelflächenabschnitt 36 a schließt sich jeweils tangential ein konischer Mantelflächenabschnitt 58, ein konkaver Mantelflächenabschnitt 40 a und dann wieder ein konischer Abschnitt 60 an, der bis zu einer relativ scharfen Spitze 62 reicht.The variants according to FIGS. 1a and 1b differ from the above-described exemplary embodiment in each case by slightly modified contours of the needle tip 30 a or 30 b . At the needle tip 30 a is a convexly curved Mantelflächenab section 36 a tangentially into the sealing surface 34 of the valve cone 26 , so that there is no ring edge between the two sections and the needle tip 30 a externally not recognizable at an imaginary cross-sectional plane 56 begins. A conical lateral surface section 58 , a concave lateral surface section 40 a and then again a conical section 60 adjoining the lateral surface section 36 a tangentially, which extends to a relatively sharp tip 62 .
Die Nadelspitze 30 b unterscheidet sich von jener nach Fig. 1 dadurch, daß sich an die Ringkante 28 b zunächst ein konischer Mantelflächenabschnitt 63 anschließt, der einen etwas größeren Kegelwinkel als die Dichtfläche 34 hat. An den Abschnitt 63 schließt sich ein konvexer Ab schnitt 36 b und dann ein konkaver Abschnitt 40 b an, der seinerseits tangential in einen konischen Abschnitt 64 übergeht, welcher bis zu einer Spitze 66 reicht. Andere Kombi nationen von konischen, konvexen und konkaven Mantelabschnitten sind denkbar, wobei es jeweils erfindungswesentlich ist, daß stromab eines konvexen Abschnittes ein konkaver folgt.The needle point 30 b differs from that according to FIG. 1 in that a conical lateral surface section 63 adjoins the ring edge 28 b , which has a slightly larger cone angle than the sealing surface 34 . At the section 63 , a convex section 36 b follows and then a concave section 40 b , which in turn merges tangentially into a conical section 64 which extends to a tip 66 . Other combinations of conical, convex and concave jacket sections are conceivable, it being essential to the invention that a convex section follows a convex section.
Bei der Einspritzdüse nach Fig. 2, die grundsätzlich gleich wie jene nach Fig. 1 aufgebaut ist, ist eine Ventilnadel 70 im Bereich eines Ventilkonus 72 mit einer Ringnut 74 und einer beiderseitig in diese ausmündende Querbohrung 76 versehen. Von dieser zweigt eine Längsbohrung 78 ab, die am brennraumseitigen Stirnende 79 einer bei der Querschnittsebene 80 beginnenden Nadelspitze 82 ausmündet. Im Bereich der Nadelspitze 82 ist die Ventilnadel 70 mit einer zweiten Querbohrung 84 versehen, welche die Längsbohrung 78 schneidet. Die Außenkontur der Nadelspitze 82 ist durch einen an der Querschnittsebene 80 beginnenden konvexen Mantelflächenabschnitt 86 und einen sich unmittelbar anschließenden konkaven Mantelflächenabschnitt 88 bestimmt, der bis zum abgeflachten Stirnende 79 reicht.In the injector according to Fig. 2, which is constructed basically the same as those of FIG. 1, a valve needle is provided in the region of a valve cone 72 with an annular groove 74 and a mutually opening out into this transverse bore 76 70th A longitudinal bore 78 branches off from this and opens out at the end 79 on the combustion chamber side of a needle tip 82 starting at the cross-sectional plane 80 . In the area of the needle tip 82 , the valve needle 70 is provided with a second transverse bore 84 which intersects the longitudinal bore 78 . The outer contour of the needle tip 82 is determined by a convex lateral surface section 86 beginning at the cross-sectional plane 80 and a immediately adjoining concave lateral surface section 88 which extends to the flattened end 79 .
Bei geöffneter Ventilnadel 70 strömt der Kraftstoff durch den Ventilspalt 89 und durch die Bohrungen 76, 78, wobei nach Art einer Strahlpumpe in der Querbohrung 84 ein Unterdruck er zeugt wird. Durch diesen Unterdruck werden energiearme Rand schichten der an der Nadelspitze 82 vorbeiführenden Strömung abgesaugt, wodurch ebenfalls einem Ablösen der Strömung von der Nadelspitze 82 entgegengewirkt wird.When the valve needle 70 is open, the fuel flows through the valve gap 89 and through the bores 76 , 78 , a vacuum being generated in the transverse bore 84 in the manner of a jet pump. Due to this negative pressure, low-energy edge layers of the flow past the needle tip 82 are sucked off, which likewise counteracts a detachment of the flow from the needle tip 82 .
Bei der Einspritzdüse nach Fig. 3 hat eine Ventilnadel 90 eine Nadelspitze 92, die wiederum einen konvexen Mantel flächenabschnitt 94 und stromab davon einen konkaven Mantel flächenabschnitt 96 hat. Die Nadelspitze 92 taucht bei in Schließstellung befindlicher Ventilnadel 90 in ein Sack loch 98, dessen Kontur annähernd der Form der Nadelspitze 92 entspricht. Dadurch ist zusätzlich das Totvolumen des Sacklochs 98 minimiert, was sich günstig auf die HC-Emission auswirkt.In the injector according to Fig. 3, a valve needle 90 has a needle tip 92, which in turn has a convex jacket surface portion 94 and downstream thereof a concave lateral surface portion 96. The needle tip 92 dips when the valve needle 90 is in the closed position in a sack hole 98 , the contour of which approximately corresponds to the shape of the needle tip 92 . As a result, the dead volume of the blind hole 98 is additionally minimized, which has a favorable effect on the HC emission.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |