DE4205744C2 - Brennkraftmaschinen-Brennstoffeinspritzdüse - Google Patents

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.