Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraft
maschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei solchen unter
der Bezeichnung "Lochdüsen" bekannten Einspritzdüsen wird der unter
hohem Druck in die Brennkammer eingespritzte Strahl durch die
Spritzlöcher geformt, die im allgemeinen zylindrisch mit glatter Um
fangswand ausgebildet sind und ein Verhältnis Länge zu Durchmesser
von etwa 4 haben (DE-OS 35 36 452). Um den Strahl scharf zu bündeln,
ist es auch schon bekannt, die Spritzlöcher nach Art einer Lavaldüse
(DE-OS 25 57 772) zu formen. Um Stickoxid-Bildung und Partikel
emission bei der Verbrennung sehr niedrig zu halten, ist neben der
Formung der Kraftstoffstrahlen auch eine hohe Zerstäubungsgüte we
sentlich. Um diese zu erreichen, wurde daher schon vorgeschlagen, die
Einspritzdrücke für Direkteinspritzmotoren von derzeit 800 bis 1000
bar auf bis zu 1600 bar zu erhöhen. Der Aufwand für die Ausbildung
einer Einspritzpumpe für solche Druckbereiche ist jedoch beträcht
lich.The invention relates to a fuel injector for internal combustion
machines according to the preamble of claim 1. In such under
the name "perforated nozzles" is known under the
high pressure jet injected into the combustion chamber by the
Spray holes are shaped that are generally cylindrical with a smooth around
are formed and a ratio length to diameter
of about 4 (DE-OS 35 36 452). To focus the beam sharply,
it is already known, the spray holes in the manner of a Laval nozzle
(DE-OS 25 57 772) to shape. About nitrogen oxide formation and particles
Keeping emissions during combustion very low is in addition to
Forming the fuel jets also ensures high atomization quality
considerable. In order to achieve this, it has therefore already been proposed that
Injection pressures for direct injection engines from currently 800 to 1000
bar to increase up to 1600 bar. The effort for training
however, an injection pump for such pressure ranges is considerable
Lich.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffein
spritzdüse zu schaffen, bei der die Formung der Kraftstoffstrahlen
bei gleichzeitig hoher Zerstäubungsgüte auf relativ einfache Weise
erfolgt. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kenn
zeichen des Patentanspruchs 1 angegeben.
The invention is therefore based on the object of a fuel
to create spray nozzle in which the shaping of the fuel jets
with high atomization quality at the same time in a relatively simple way
he follows. The inventive solution to this problem is in the characteristic
Sign of claim 1 indicated.
Die Kraftstoffeinspritzdüse mit den kennzeichnenden Merkmalen gemäß
Anspruch 1 hat den Vorteil, daß der Strömungs-Störkörper in der mit
hoher Geschwindigkeit fließenden Kraftstoffströmung Kavitation er
zeugt. Die in der Kraftstoffströmung entstandenen Hohlräume implo
dieren nach Verlassen des Spritzlochs, wobei der Kraftstoff punktu
ell und mit hoher Energie zerstäubt wird. Dadurch wird eine Zer
stäubungsgüte des Kraftstoffs erzielt, die sonst nur durch sehr hohe
Pumpendrücke erreichbar wäre. Außerdem wird durch Anordnung des
Störkörpers im Spritzloch durch Drosselung eine Abkoppelung des
Schadvolumens im Sackloch der Düse vom Motor-Brennraum hergestellt,
was zu einer merklichen Verringerung der HC-Emission führt.The fuel injector with the characteristic features according to
Claim 1 has the advantage that the flow interfering body in the
high speed flowing fuel flow cavitation he
testifies. The voids created in the fuel flow implo
dieren after leaving the spray hole, the fuel punctually
is atomized and with high energy. This is a Zer
Dust quality of the fuel achieved, which otherwise only through very high
Pump pressures would be achievable. In addition, by ordering the
Disruptive body in the spray hole by decoupling the
Damage volume produced in the blind hole of the nozzle from the engine combustion chamber,
which leads to a noticeable reduction in HC emissions.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung lassen sich den Unteran
sprüchen entnehmen.Advantageous developments of the invention can be the Unteran
take sayings.
Das Anordnen und Befestigen des Störkörpers im Spritzloch ist in
diesem Zusammenhang besonders einfach, wenn der Störkörper aus po
rösem Metall, Sintermetall oder Schaumkeramik gebildet ist.The arrangement and attachment of the interfering body in the spray hole is in
this connection is particularly simple if the interfering body consists of po
rusty metal, sintered metal or foam ceramic is formed.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen, jeweils das
einspritzseitige Ende einer Kraftstoffeinspritzdüse stark vergrößert
im Längsschnitt darstellend, die Fig. 1 und 2 die Anordnung eines
Strömungs-Störkörpers in jedem Spritzloch und alternativ dazu Fig.
3 die Anordnung eines Strömungs-Störkörpers, den Spritzlöchern vor
gelagert, in einem Sackloch.
Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. The drawings show the injection side end of a fuel injector greatly enlarged longitudinal section depicting the Fig. 1 and 2, the arrangement of a flow bluff body in each injection hole and, alternatively, Fig. 3 shows the arrangement of a flow bluff body, the injection holes before stored in a Blind hole.
Ein Düsenkörper 1 hat im Bereich seines einspritzseitigen Endes
einen konischen Dichtsitz 2, mit dem ein Schließkegel 4 einer im
Düsenkörper 1 verschiebbar geführten, federbelasteten Ventilnadel 3
zusammenwirkt. In Kraftstoffströmungsrichtung unterhalb des Dicht
sitzes 2 schließt sich innerhalb einer Kuppe 5 des Düsenkörpers 1 in
Fig. 1 unmittelbar ein koaxial zur Ventilnadelachse angeordnetes
Spritzloch 10 oder gemäß den Fig. 2 und 3 ein Sackloch 6 an, von
dem aus ein oder mehrere die Wand der Kuppe 5 durchdringende Spritz
löcher 10 abgehen. Der Einlauf der Spritzlöcher 10 kann bei Fig. 2
unter wesentlicher Verkleinerung des Sacklochs auch im Bereich des
Dichtsitzes 2 liegen und je nach Gestaltung des Brennraums der
Brennkraftmaschine können in Fig. 2 und 3 ein oder mehrere Spritz
löcher mit verschiedenen Spritzrichtungen zur Längsachse der Ein
spritzdüse angeordnet sein.A nozzle body 1 has in the region of its injection-side end a conical sealing seat 2 , with which a closing cone 4 of a spring-loaded valve needle 3 , which is displaceably guided in the nozzle body 1 , cooperates. In fuel downstream of the sealing seat 2 1 a coaxially arranged to the valve needle axis injection port 10 or in accordance with FIGS. 2 and 3, a blind hole 6 closes within a tip 5 of the nozzle body 1 in Fig. Directly on from which one or more of the wall of the Top 5 penetrating spray holes 10 go off. The inlet of the spray holes 10 can be in Fig. 2 with a substantial reduction in the blind hole in the area of the sealing seat 2 and depending on the design of the combustion chamber of the internal combustion engine can in Fig. 2 and 3 one or more spray holes with different spray directions to the longitudinal axis of the injection nozzle be arranged.
Die Spritzlöcher 10, die den durchströmenden Kraftstoff zu einem
Strahl formen, haben im wesentlichen die Form eines Zylinders mit
konstantem Durchmesser. Um in dem sie durchfließenden Kraftstoff
strom Hohlraumbildung hervorzurufen, sind bei den Ausführungsbei
spielen nach den Fig. 1 und 2 in den Spritzlöchern 10 und beim
Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 im Sackloch 6 kleine Kugeln 15 als
Störkörper fest angeordnet. Diese nach Art einer Schüttung eng an
einander anliegenden Kugeln 15 sind an den Berührstellen miteinander
fest verbunden. Zwischen den Kugeln sind Poren 16 gebildet, die
räumlich miteinander vernetzt sind. Insgesamt ist in Längsrichtung
des Spritzlochs 10 der effektive Strömungsquerschnitt der Poren 16
mindestens so groß wie der Querschnitt eines vergleichbaren Spritz
lochs von bekannten Einspritzdüsen, um den vergrößerten Strömungs
widerstand bei Verwendung eines Strömungs-Störkörpers im Bereich
der Spritzlöcher auszugleichen. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.
3 ist bei Anordnung des Störkörpers im Sackloch der Raum unmittelbar
vor dem Einlauf der Spritzlöcher 10 von Kugeln freigehalten.
The spray holes 10 , which shape the fuel flowing through into a jet, have essentially the shape of a cylinder with a constant diameter. In order to cause voids in the fuel flowing through them, small balls 15 are fixedly arranged as interference bodies in the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2 in the spray holes 10 and in the exemplary embodiment according to FIG. 3 in the blind hole 6 . These balls 15 , which lie closely against one another in the manner of a bed, are firmly connected to one another at the contact points. Pores 16 are formed between the balls and are spatially networked with one another. Overall, in the longitudinal direction of the spray hole 10, the effective flow cross section of the pores 16 is at least as large as the cross section of a comparable spray hole from known injection nozzles in order to compensate for the increased flow resistance when using a flow interfering body in the area of the spray holes. In the embodiment according to FIG. 3, when the interfering body is arranged in the blind hole, the space immediately before the injection holes 10 are kept free of balls.
Die Schüttung der Kugeln 15 ist starr. Der Durchmesser der Kugeln
15, liegt im Bereich von 0,03 bis 0,02 mm. Vorzugsweise sind die
Kugeln 15 einer Schüttung miteinander zu einem Pfropfen verbacken,
verschweißt oder gesintert, der in einem Spritzloch 10 oder im Sack
loch 6 verpreßt, verkeilt oder verschweißt ist. Der Störkörper kann
auch aus Sintermetall, porösem Metall, wie Whisker, oder aus Schaum
keramik gebildet sein.The bed of balls 15 is rigid. The diameter of the balls 15 is in the range from 0.03 to 0.02 mm. Preferably, the balls 15 of a bed are baked together to form a plug, welded or sintered, the hole 6 pressed, wedged or welded in a spray hole 10 or in the bag. The interfering body can also be formed from sintered metal, porous metal, such as whiskers, or from ceramic foam.
Die Kraftstoffeinspritzdüse arbeitet wie folgt:The fuel injector works as follows:
Der von einer nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe geför
derte Kraftstoff wird unter Druck in den die Ventilnadel 3 auf
nehmenden Raum des Düsenkörpers 1 gefördert, hebt bei ausreichendem
Druck die Ventilnadel 3 entgegen einer Federkraft vom Dichtsitz 2
ab, gelangt zwischen Schließkegel 4 und Dichtsitz 2 und von dort un
mittelbar in das Spritzloch 10 (Fig. 1) oder zunächst in das Sack
loch 6 und von hier erst durch die Spritzlöcher 10 in den Brennraum
(Fig. 2, 3). Die Aufteilung des Querschnitts der Spritzlöcher 10
bzw. des Sackloches 6 in mehrere Poren 16 oder Kanäle mit sich lau
fend ändernden Querschnitten erzeugt am Rande der den Störkörper mit
hoher Geschwindigkeit durchströmenden Kraftstoffäden eine Unter
schreitung des Dampfdruckes, die zu starker Hohlraumbildung führt.
Nach Verlassen der Spritzlöcher 10 implodieren die Hohlräume, was
eine hohe Zerstäubung des Kraftstoffstrahls und somit eine gute
Kraftstoffaufbereitung bewirkt. Die einen Störkörper bildenden Ku
geln 15 im Spritzloch 10 trennen nach der Einspritzphase das Sack
loch 6 vom Brennraum durch eine hohe Drosselung, so daß bei der auf
tretenden Erhitzung eine HC-Bildung aus dem im Sackloch 6 verblie
benen Kraftstoff und deren Emission verringert wird. Die Anordnung
des Störkörpers im Sackloch 6 gemäß Fig. 3 vermindert das für den
verbliebenen Kraftstoff vorhandene Restvolumen ganz erheblich, so
daß ebenfalls nur eine geringe Kraftstoffmenge der HC-Bildung ausge
setzt ist.The fuel injected by a fuel injection pump, not shown, is conveyed under pressure into the valve needle 3 in the receiving space of the nozzle body 1 , lifts the valve needle 3 against a spring force from the sealing seat 2 at sufficient pressure, passes between the closing cone 4 and the sealing seat 2 and from there un indirectly in the spray hole 10 ( Fig. 1) or first in the bag hole 6 and from here only through the spray holes 10 in the combustion chamber ( Fig. 2, 3). The division of the cross-section of the spray holes 10 or the blind hole 6 into a plurality of pores 16 or channels with continuously changing cross-sections produces a shortfall in the vapor pressure at the edge of the fuel filaments flowing through the disruptive body, which leads to strong cavitation. After leaving the spray holes 10, the cavities implode, which causes a high atomization of the fuel jet and thus a good fuel preparation. The interfering Ku gels 15 in the spray hole 10 separate the sack hole 6 after the injection phase from the combustion chamber by a high throttling, so that when heating occurs on HC formation from the remaining in the blind hole 6 fuel and its emission is reduced. The arrangement of the interfering body in the blind hole 6 shown in FIG. 3 significantly reduces the remaining volume for the remaining fuel, so that also only a small amount of fuel from the HC formation is out.