DE3735505A1

DE3735505A1 - Zapfenduese

Info

Publication number: DE3735505A1
Application number: DE19873735505
Authority: DE
Inventors: Ludwig Elsbett; Guenter Elsbett; Klaus Elsbett
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-20
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1988-04-28

Description

Zapfendüsen der angegebenen Art sind z. B. aus der DE-PS 28 36 095 und der älteren CH-PS 3 13 644 bekannt. Sie haben die Eigenschaft, daß sich in der Düsenöffnung nur geringe Mengen von Verkokungsrückständen anlagern können und daß die Einspritzmenge auch durch die Düse variiert werden kann. Der Nachteil dieser vorgeschlagenen Düsen liegt aber in den langen Zapfen, der unterhalb des Sitzes einen Hohl raum bildet, der zur vermehrten Entstehung von unvollstän dig verbrannten Kohlenwasserstoffen und Ruß führt; der im Hohlraum gesammelte Kraftstoff kann nachtropfen und während des Brennvorgangs in den Brennraum gelangen.

Neben der Vermeidung solcher konstruktiven Nachteile grenzt sich die Erfindung von solchen Düsen durch ihre Aufgaben stellung ab. Es ist Aufgabe, im Zusammenhang mit dem duo thermischen Brennverfahren eine Einspritzdüse mit speziel ler Einspritzcharakteristik zu konstruieren. Beim duother mischen Brennverfahren, wie es in der DE-PS 22 41 355 be schrieben ist, wird der Kraftstoff als Einstrahl in den Schwerkreis einer in einem kugelähnlichen Brennraum rotie renden Luftmasse eingespritzt, wobei sich die Luft bei Vollast während der Einspritzzeit einmal durch den Kraft stoffstrahl dreht. Durch dieses Verfahren entstehen im Brennraum zwei unterschiedliche Gaszonen: Die heißen Brenn gase gehen durch die Rotation nach innen und werden von einem kälteren, isolierenden Frischluftmantel umgeben.

Voraussetzung für den einwandfreien Betrieb ist eine mög lichst turbulenzfreie Luftzuführung, um in dem Brennraum eine eindeutige Gasschichtung zu erreichen. Die Luftzufüh rungskanäle sind demzufolge entsprechend aerodynamisch so ausgeformt, daß ein Drall um die Brennraumachse erreicht wird und Turbulenzkanten, Taschen und Vorsprünge vermieden werden.

Dieser Luftdrall kann von dem Kraftstoffstrahl gestört wer den, wenn dessen Einspritzcharakteristik nicht genügend an diese Luftführung angepaßt ist.

Mit der vorliegenden Erfindung wird nun gewährleistet, daß durch die besondere Einspritzcharakteristik der erfindungs gemäßen Einspritzdüse die im Brennraum rotierende Luftmasse durch den Kraftstoffstrahl keine unerwünschten Turbulenzen erhält. Dadurch, daß der Kraftstoffstrahl sozusagen "weich" in die rotierende Luftmasse eingeleitet wird, kann bei guter Zerstäubung des Kraftstoffs eine Schichtung der Gas masse in eine innere Brennzone und eine äußere Kühlzone er reicht werden. Die Durchsatzmenge des Kraftstoffs durch die Düse wird bei stetiger Vergrößerung des Düsennadelhubs in drei Phasen erhöht: in der Anfangsphase, die etwa das erste Drittel des gesamten Nadelhubs umfaßt, erhöht sich die Durchsatzmenge linear; in der Übergangsphase, die das zweite Drittel des gesamten Nadelhubs umfaßt, steigt die Durchsatzmenge gemäß einer elementaren Funktion, um dann in der Endphase - im letzten Drittel des Nadelhubs - wieder linear anzusteigen. Dabei gehen die Phasen stetig inein ander über, so daß sich in Auftragung der Abhängigkeit von Nadelhub und Durchflußmenge ein etwa parabelförmiger Funk tionsverlauf ergibt.

Neben den in den Ansprüchen angegebenen charakteristischen Formen der Zapfendüse, die die gewünschte Einspritzcharak teristik als Ganzes ergeben, sei noch auf die Vorteile des kegeligen Zapfendeckels im einzelnen verwiesen. Zum einen ist nämlich die Durchflußmenge in besonderer Weise in der Übergangsphase von Phase 2 zu Phase 3 und in Phase 3 durch den anmeldungsgemäßen Zapfendeckel geregelt. Weiter wird durch die gewählte Form des Zapfendeckels in Phase 2 und 3 eine laminare Kraftstofführung zwischen Düsenkörper und Zap fendeckel ermöglicht, wie dies auch in Phase 1 durch die Ge staltung des anmeldungsgemäßen Übergangs von Ventilsitz zum Zapfen gegeben ist. Zum anderen wird jener Hohlraum vermie den, der bei einem kegelstumpfförmigen Zapfendeckel durch Übersprühen der fehlenden Kegelspitze entsteht und neben unerwünschten Turbulenzen zur Bildung unverbrannter Kohlen wasserstoffe führt. Zudem ist es jetzt auch nicht mehr mög lich, daß sich (Ruß-)Anlagerungen bilden, die bei einem Ke gelstumpf auftreten können und dann zu einer negativen Beeinflussung der Kraftstoffversprühung führen können. Sol che Anlagerungen sind bei einem kegeligen Zapfendeckel nicht möglich, da die gesamte Fläche des Zapfendeckels von Kraftstoff übersprüht wird. Der kegelige Zapfendeckel ge währleistet darüber hinaus auch eine viel bessere Zerstäu bung des Kraftstoffs, da dieser bis an die Spitze des Zap fendeckels geführt wird und dort aufeinandertreffend opti mal zerstäubt wird.

Auf den Zeichnungen wird eine erfindungsgemäße Einspritz düse beispielhaft dargestellt, die im folgenden näher er läutert werden soll:

Es zeigt:

Fig. 1 den unteren Teil der erfindungsgemäßen Einspritzdüse

Fig. 2 die graphische Darstellung der Ein spritzcharakteristik der erfindungs gemäßen Einspritzdüse.

Fig. 1 zeigt den Düsenkörper (1) und die Düsennadel (2). Die Düsennadel (2) liegt mit ihrem Dichtsitz (3) in ge schlossener Stellung am Düsenkörper (1) an und füllt dann mit ihrem Zapfen (4) die Düsenbohrung (5) aus, so daß der zylinderförmige Zapfenteil mit der Unterseite des Düsen körpers (1) abschließt. Der Übergang (6) der Nadel (2) zwischen dem Dichtsitz (3) und dem Zapfen (4) schließt mit dem Düsenkörper maximal einen Winkel von β=10° ein. Der Zapfen endet mit einem kegeligen Zapfendeckel (7), dessen Mantellinien einen spitzen Winkel von α=60° einschließen.

Fig. 2 zeigt anhand eines Diagramms die Einspritzcharakte ristik der erfindungsgemäßen Einspritzdüse: in der Graphik ist die (Luft-)Durchsatzmenge der Düse in Abhängigkeit vom Nadelhub aufgetragen. Mit (a) ist die lineare Anfangsphase, mit (b) die Übergangsphase und mit (c) die Endphase gekenn zeichnet.

Claims

1. Brennstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung, welche als Zapfendüse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Übergang zwischen Ventilsitz und Zapfen der Dü sennadel maximal einen Winkel von 10° mit dem Düsen körper bildet und
b) der zylinderförmige Zapfenabschnitt in geschlossener Stellung des Ventils mit dem unteren Rand des Düsen körpers abschließt und
c) der Zapfen in einem kegeligen Zapfendeckel endet und
d) die imaginären Verlängerungen der Zapfendeckelschräge und des Ventilsitzes entweder parallel sind oder einen Winkel von maximal 30° einschließen.

2. Brennstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Winkel zwischen dem Düsenkörper und dem Übergang zwischen Ventilsitz und Zapfen der Düsen nadel 5° beträgt.

3. Brennstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantellinien des kegeligen Zapfendeckels einen Winkel zwischen 29° und 90° ein schließen, der vorzugsweise 60° beträgt.

4. Brennstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochtiefe der Düse im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm liegt und in bevorzugter Weise 0,3 mm beträgt.

5. Brennstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen einen Durchmesser zwischen 0,8 und 1,0 mm besitzt und der Durchmesser vorzugsweise 0,81 mm beträgt.

6. Brennstoffeinspritzdüse nach den Ansprüchen 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß der Düsenlochdurchmesser zwischen 0,77 und 1,03 mm liegt und vorzugsweise 0,83 mm beträgt