DE4205744C2 - Brennkraftmaschinen-Brennstoffeinspritzdüse - Google Patents
Brennkraftmaschinen-BrennstoffeinspritzdüseInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffeinspritzdüse der
im Oberbegriff von Anspruch 1 erläuterten Art.
Eine derartige Brennstoffeinspritzdüse ist aus der DE 26 06 246
C2 bekannt. Die bekannte Kraftstoffeinspritzdüse ist mit einem
konisch ausgebildeten Ventilsitz für eine konische Spitze des
Nadelventils versehen und weist mehrere auf den Umfang der Ventilsitzfläche
verteilte Düsenöffnungen auf, wobei in den Figuren
zwei sich diametral gegenüberliegende Düsenöffnungen gezeigt
sind. Die bekannte Kraftstoffeinspritzdüse soll so ausgebildet
werden, daß die Kohlenwasserstoffemissionen in den Abgasen
verringert und die Zündgeräusche gemildert werden. Dies
soll jedoch bei der bekannten Einspritzdüse durch die Ausbildung
von zwei Hubphasen des Nadelventils erreicht werden, während
der Anordnung der Düsenöffnungen keine Beachtung geschenkt
wird.
Aus der JP-3-111 52 A ist eine Kraftstoffeinspritzdüse bekannt,
die die Erzeugung von Stickoxiden in Abgasen verringern soll.
Die Einspritzdüse weist einen Ventilsitz mit Sprühöffnungen
auf, die radial so um den Ventilsitz verteilt sind, daß deren
Mittellinien in der Mittellinie der Einspritzdüse zusammenlaufen.
Die Düsen sind paarweise angeordnet, mit abwechselnd einem
größeren oder einem kleineren Abstand zwischen den Düsen und
abwechselnd einem größeren und einem kleineren Winkel zwischen
den Düsen. Durch die unterschiedlich großen Winkel zwischen benachbarten
Düsenöffnungen ist es jedoch bei bestimmten Betriebsbedingungen,
insbesondere zu Betriebsbeginn, wenn die
Hubgröße des Nadelventils klein ist, möglich, daß eine örtlich
zu große Kraftstoffmenge eingespritzt wird, was zu einer vermehrten
Rauchbildung beiträgt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffeinspritzdüse
so auszugestalten, daß durch zweckmäßige Anordnung
der Düsenöffnungen das Einspritzen einer zu großen Brennstoffmenge
verhindert und der eingespritzte Brennstoff gleichmäßig
verteilt wird.
Die Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Anordnung der Düsenöffnungen
wird eine Drallströmung erzeugt, die die Verteilung
des Brennstoffs in der Brennkammer bzw. seine Zerstäubung
verbessert und die Vermischung mit Luft unterstützt. Durch den
zwischen benachbarten Düsenöffnungen eingeschlossenen, konstanten
Winkel tritt kaum eine wechselseitige Beeinflussung zwischen
den Brennstoffstrahlen aus benachbarten Düsenöffnungen
auf, selbst dann nicht, wenn der Brennstoff mit einem relativ
großen Zerstäubungsgrad abgegeben wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Vertikalschnittansicht der wesentlichen
Teile einer Brennstoffeinspritzdüse nach der
Erfindung,
Fig. 2 eine horizontale Schnittansicht durch die Dü
senöffnungen der Brennstoffeinspritzdüse nach
der Erfindung,
Fig. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung eines Brenn
stoffstroms in der Nähe der Düsenöffnungen der
Brennstoffeinspritzdüse nach der Erfindung, und
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der Darstellung von
Fig. 3.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist eine Brennstoffeinspritz
düse ein Nadelventil 2 auf, welches in einem hohlen Düsen
körper 1 untergebracht ist.
Das vordere Ende bzw. die Spitze des Nadelventils 2 hat eine
konische Fläche 11. Ein konischer Sitz 3, welcher zentrisch
zu der Düsenmittellinie N angeordnet ist, ist in dem Düsen
körper 1 ausgebildet, um das Nadelventil 2 zu halten. In die
sem Sitz 3 öffnen sich acht Düsenöffnungen 4 in radialer
Richtung zu einer Brennkammer (nicht gezeigt).
An der Basis des Nadelventils 2 ist eine zylindrische Hauptführung 12
ausgebildet, die mit einer Durchgangsöffnung 13
im Düsenkörper 1 derart
zusammenwirkt, daß sich das Nadelventil 2 im Düsenkörper 1 glei
tend bewegen kann. Weiterhin ist eine Hilfsführung 14 etwa in der Mit
te des Nadelventils 2 angeordnet und wirkt mit einer Führungsöffnung 15
im Düsenkörper 1
zusammen.
Die Hilfsführung 14 führt das Nadel
ventil 2 derart, daß sich dieses konzentrisch bezüglich des
Ventilsitzes 3 bewegt. In der
Hilfsführung 14 sind Ausnehmungen derart ausgebildet, daß sie den Brennstoff
strom im Düsenkörper 1 nach oben und unten nicht behindert.
Eine Brennstoffkammer 5 wird zwischen der Durchgangsöff
nung 13 und dem Sitz 3 des Düsenkörpers 1 gebildet. Der
Brennstoff wird in diese Brennstoffkammer 5 über einen
Durchgang 6 von einer Brennstoffpumpe (nicht gezeigt) zuge
leitet.
Wenn der Brennstoffdruck synchron mit der Brennkraftma
schinendrehzahl ansteigt, wird das Nadelventil 2 nach oben
gedrückt und unter hohem Druck stehender Brennstoff wird
von den Düsenöffnungen 4 in die Brennkammer über einen
Ringspalt abgegeben, der zwischen der ko
nischen Fläche 11 und dem Sitz 3 gebildet wird.
Fig. 2 ist eine Projektion der Düsenöffnungen 4 auf eine
senkrecht zur Düsenmittellinie N stehenden Ebene. Wie sich
aus diesem Diagramm ersehen läßt, ist die Mittellinie O
jeder Düsenöffnung 4 bezüglich der Düsenmittellinie N ver
setzt. Insbesondere sind die Düsenöffnungen 4 derart ange
ordnet, daß ihre Mittellinien O an Positionen liegen, die
horizontal abwechselnd in Gegenrichtungen um eine vorbe
stimmte Größe ε bezüglich Radiallinien verschoben sind, die
in Intervallen von 45° angeordnet sind und durch die Dü
senmittellinie N gehen. Diese Versetzungsgröße ε wird bei
spielsweise so vorgegeben, daß sie gleich dem Radius der
jeweiligen Düsenöffnung 4 ist. Der Abstand von benachbar
ten Düsenöffnungen 4 ist daher ungleichförmig in Umfangs
richtung. Andererseits ist der zwischen benachbarten Düsen
öffnungen 4 eingeschlossene Winkel konstant mit etwa 45°
vorgegeben.
Wenn während der Anfangseinspritzung die Hubgröße des Na
delventils 2 klein ist, nimmt der ringförmige Strömungs
weg, welcher im Ringspalt zwischen der konischen Fläche 11 und dem
Sitz 3 des Nadelventils 2 gebildet wird, ein kleines Volu
men ein. Daher setzt dieser Strömungsweg dem in die Düsenöffnungen 4 strömenden
Brennstoff einen großen Widerstand entgegen.
Wenn zusätzlich der Abstand der
Düsenöffnungen 4 ungleichförmig ist, ist die Druckverteilung
des Brennstoffs in dem ringförmigen Strömungsweg ungleich
mäßig. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet es, daß der
Druck zwischen benachbarten Düsenöffnungen 4, welche einen
großen Abstand zueinander haben, größer als der Druck zwi
schen benachbarten Düsenöffnungen 4 ist, zwischen denen ein
kleinerer Abstand vorgesehen ist. Dadurch wird eine Differenz
hinsichtlich der Durchflußmenge des in die Düsenöffnungen 4
eintretenden Brennstoffs nach Maßgabe der Druckdifferenz ein
gestellt, wie dies in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Als Folge
hiervon wird eine Spiralströmung des Brennstoffs in den Düsen
öffnungen 4 erzeugt. Diese Spiralströmung bzw. Drallströmung
setzt sich fort, wenn der Brennstoff von den Öffnungen 4 in
die Brennkammer abgegeben wird, wodurch die Verteilung des
Brennstoffs in der Brennkammer bzw. die Zerstäubung desselben
verbessert wird, die Umformung des Brennstoffs in feine
Tropfen unterstützt wird und die Vermischung mit Luft eben
falls unterstützt wird.
Da der zwischen benachbarten Düsenöffnungen 4 eingeschlossene
Winkel sich konstant auf etwa 45° beläuft, tritt eine
wechselseitige Beeinflussung zwischen dem Brennstoffstrahl aus
unterschiedlichen Düsenöffnungen 4 selbst kaum dann auf, wenn der
Brennstoff mit einem relativ großen Zerstäubungsgrad abge
geben wird.
Die Erzeugung von Kohlenwasserstoffen oder Rauch infolge
des Absetzens von zu vielem Brennstoff auf den Wänden der
Brennkammer wird auf diese Weise vermindert.
Wenn während der Haupteinspritzung die Hubgröße des Nadel
ventils 2 groß wird, hat jedoch der Ringströmungsweg, wel
cher zwischen der konischen Fläche 11 und dem Sitz 3 des
Nadelventils 2 gebildet wird, ein großes Volumen. Daher setzt
dieser Strömungsweg dem durchgehenden Brennstoff einen gerin
gen Widerstand entgegen, und die Druckverteilung des aus diesem Strömungsweg in die
Düsenöffnungen 4 eintretenden Brenn
stoffs ist gleichmäßig. Die vorstehend angegebene Spiral
strömung des Brennstoffs aus den Düsenöffnungen 4 wird nicht
erzeugt, der Brennstoff wird radial von den Düsenöffnungen 4
unter gleichem Winkel und mit großer Durchdringungskraft in
die Brennkammer abgegeben, und Luft wird in effizienter
Weise genutzt.
Claims (4)
1. Brennstoffeinspritzdüse zum Zuführen von Brennstoff in den
Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem hohlen, zylindrischen
Düsenkörper, an dessen vorderem Ende ein Ventilsitz angeordnet
ist, wobei sich durch den Ventilsitz eine Mehrzahl von
in Umfangsrichtung beabstandeter Düsenöffnungen erstrecken, mit
einem im Düsenkörper axial bewegbaren Nadelventil, das in geschlossenem
Zustand auf dem Ventilsitz abgestützt ist und im
offenen Zustand mit dem Ventilsitz einen Ringspalt bildet, und
mit einem Brennstoffkanal zum Zuführen des Brennstoffs über den
Ringspalt zu den Düsenöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abstände in Umfangsrichtung zwischen den Düsenöffnungen (4)
abwechselnd größer oder kleiner sind, und daß die durch jeweils
benachbarte Düsenöffnungen (4) eingschlossene Winkel im wesentlichen
gleich sind.
2. Brennstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Nadelventil (2) eine konische Spitze (11)
aufweist und der Ventilsitz (3) zum Aufnehmen der konischen
Spitze (11) konisch ausgebildet ist.
3. Brennstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie (O) jeder Düsenöffnung
(4) um einen im wesentlichen dem Radius der Düsenöffnung
(4) entsprechenden Betrag (ε) bezüglich der Düsenmittellinie
(N) versetzt ist.
4. Brennstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen benachbarten
Düsenöffnungen (4) etwa 45° beträgt.
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