DE4230641A1 - Kraftstoff-Einspritzdüse mit Additiveinspritzung für Dieselmotoren - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzdüse mit Additiveinspritzung für Dieselmotoren nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1. Um den Verbrennungsverlauf bei Dieselmotoren so zu beein­ flussen, daß die Gangruhe erhöht und die Emission von Stickoxiden vermindert wird, ist es aus der DE-PS 9 25 139 bekannt, den Kraft­ stoff in zwei zeitlich getrennten Zeiträumen und dazwischen das Additiv, beispielsweise Wasser, in den Brennraum einzuspritzen. Die zum Durchführen dieses Verfahrens bekannte Einspritzdüse hat einen Vorraum zum Abteilen der Voreinspritzmenge und einen Druckraum, in den der Zulaufkanal für den Kraftstoff und der Zulaufkanal für das Additiv münden (Fig. 4), bzw. einen Ringkanal, der die Additiv-Zu­ laufbohrung mit der Kraftstoff-Zulaufbohrung verbindet (Fig. 3). Während der Einspritzpause wird eine Additivmenge in die Druckkammer bzw. in die Zulaufbohrung gedrückt und dort zwischengelagert. Während der Einspritzphase wird dann die zwischengelagerte Addi­ tivmenge vom mit Hochdruck geforderten Kraftstoff nach Verdrängen und Einspritzen der Voreinspritzmenge in den Brennraum vor dem Ein­ spritzen der Hauptkraftstoffmenge eingespritzt.

Dabei ist es wesentlich, daß die Trennung zwischen dem Einspritzen der die Zündung einleitenden Voreinspritzmenge, des Additivs und der Hauptkraftstoffmenge reproduzierbar ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzdüse mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die erforderliche Additivmenge bei jedem Arbeitstakt in richtiger Schichtung einge­ lagert und eingespritzt wird. Ferner ist ihr Aufbau und ihr Betrieb sehr einfach.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteil­ hafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Einspritzdüsen möglich. Insbesondere ermöglicht die Ausbildung nach Anspruch 2 eine gezielte Zuführung und konzentrierte Zwischenlagerung des Additivs im Zwischenraum. Eine einfache Herstellung des Vorraums und des Zwischenraums ist durch die Ausbildung nach Anspruch 4 gegeben.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die Fig. 1 die brennraumseitige Hälfte einer Einspritzdüse im Axialschnitt, Fig. 2 den brennraumseitigen Teil des Düsenkörpers und der Ventil­ nadel der Einspritzdüse nach Fig. 1 im Axialschnitt in vergrößertem Maßstab und Fig. 3 und 4 eine Abwicklung eines Teils der Düsennadel nach Fig. 1 und 2 im Bereich der Mündung des Zulaufkanals.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Düsenkörper 1 ist mit einer Überwurfmutter 2 unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 3 an einem Düsenhalter 4 (nur teilweise dar­ gestellt) festgespannt, in dem in einer Federkammer 5 eine Schließ­ feder 6 angeordnet ist. Im Düsenhalter 4, in der Zwischenscheibe 3 und im Düsenkörper 1 verlaufen ein Zulaufkanal 7 für Hauptkraftstoff und ein Zulaufkanal 8 für ein flüssiges Additiv. In einer Längs­ bohrung 9 des Düsenkörpers 1 ist eine Ventilnadel 11 verschiebbar, die nahe dem brennraumseitigen Ende einen Schließkonus 12, stromauf davon eine Druckschulter 13 und daran anschließend einen Führungsab­ schnitt 14 hat, und von der Schließfeder 6 über einen Druckbolzen 15 und einen Druckzapfen 16 mit dem Schließkonus 12 gegen einen koni­ schen Ventilsitz 17 am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 1 gedrückt wird. Zum Brennraum hin folgt eine Drosselbohrung 18, die ein Drosselzapfen 19 der Ventilnadel 11 durchsetzt. Die Druck­ schulter 13 der Düsennadel 11 ist von einem ringförmigen Druckraum 21 im Düsenkörper 1 umgeben, in den die Zulaufbohrung 7 für den Hauptkraftstoff mündet. Stromab des Druckraums 21 schließt sich zum Ventilsitz 17 hin ein Verlängerungsabschnitt 22 der Längsbohrung 9 und daran eine Kegelbohrung 23 an, deren der Drosselbohrung 18 naher Abschnitt den Ventilsitz 17 bildet.

Stromauf des mit dem Ventilsitz 17 zusammenwirkenden Schließkonus 12 der Ventilnadel 11 ist ein Vorlagerungs- oder Vorraum 25 angeordnet, der von einer ringförmigen Ausnehmung 24 in der konischen Düsen­ nadelspitze gebildet und radial außen von der Kegelbohrung 23 be­ grenzt ist. Zwischen dem Vorraum 25 und dem Druckraum 21 ist ein Zwischenraum 26 vorgesehen, der radial innen von einer Einschnürung 27 in der Ventilnadel 11 und außen von dem Verlängerungsabschnitt 22 der Längsbohrung 9 des Düsenkörpers 1 begrenzt wird. In Schließ­ stellung der Ventilnadel 11 ist der Zwischenraum 26 zum Druckraum 21 über einen ringförmigen Drosselspalt 28 verbunden, der von dem dem Druckraum 21 nahen Endteil 29 des Verlängerungsab­ schnitts 22 und von dem der Einschnürung 27 nahen Teil 30 des Schaftes der Ventilnadel 11 begrenzt ist. Zudem verbindet ein Drosselspalt 31 den Zwischenraum 26 mit dem Vorraum 25, wobei der Drosselspalt 31 einerseits vom Übergang 32 des Verlängerungsab­ schnitts 22 in die Kegelbohrung 23 und andererseits von einem Bund 33 zwischen der Einschnürung 27 und der Ausnehmung 24 in der Ven­ tilnadel 11 gebildet ist. Die beiden Drosselspalte 28 und 31 sind im wesentlichen nur in Schließstellung der Ventilnadel 11 wirksam. Beim Abheben der Ventilnadel 11 vom Ventilsitz 17 verschieben sich die die Drosselspalte 28 und 31 bildenden Flächen relativ zueinander, wobei sich die Drosselwirkung zwischen den einzelnen Räumen 21, 26 und 25 zunehmend aufhebt.

In den Zwischenraum 26 münden auf dem Umfang gleichmäßig verteilt mehrere, vorzugsweise vier Radialbohrungen 35, die von einer axialen Sackbohrung 36 im Schaft 20 der Ventilnadel 11 ausgehen. Die axiale Bohrung 36 steht über Querbohrungen 37 mit einer Ausnehmung 38 im Düsenkörper 1 in Verbindung, in die der Zulaufkanal 8 mündet. Im Zulaufkanal 8 sperrt ein Rückschlagventil 39 den Rückfluß von Additiv. Der erste Zulaufkanal 7 ist über eine Druckleitung 41 und ein Entlastungsventil 42 mit einer Einspritzpumpe 43 für den Haupt­ kraftstoff, beispielsweise Dieselöl, und der zweite Zulaufkanal 8 durch eine Zulaufleitung 44 mit einer Niederdruckpumpe 45 für das Additiv, beispielsweise Wasser, verbunden.

Die beschriebene Einspritzdüse wirkt folgendermaßen: Nach jeder Einspritzphase, wenn sich die Ventilnadel 11 wieder in Schließstellung befindet, sind der Druckraum 21, der Zwischenraum 26 und der Vorraum 25 mit Hauptkraftstoff gefüllt. Damit ist die Vor­ einspritzmenge durch das Volumen des Vorraumes 25 festgelegt, das den verbrennungstechnischen Anforderungen des jeweiligen Motors an­ gepaßt ist. Jeweils zwischen zwei Einspritzphasen wird eine kleine vorbestimmte Menge flüssigen Additivs von der Niederdruckpumpe 45 abgemessen und durch den Zulaufkanal 8, die axiale Bohrung 36 und die Radialbohrungen 35 in den Zwischenraum 26 gefördert. Dabei verdrängt die einströmende Menge von Additiv den von der vorher­ gehenden Einspritzphase dort noch verbliebenen Hauptkraftstoff ent­ gegen der Stromungsrichtung in den Druckraum 21. Dabei unterstützt der Drosselspalt 31 das getrennte Verbleiben einer Kraftstoff-Vor­ lagerungsmenge, die als Zündmenge nötig ist, im Vorraum 25 und der Drosselspalt 28 begünstigt eine umfangverteilte Einlagerung der zugemessenen Menge an Additiv (Fig. 2). Das Zurückdrängen des Hauptkraftstoffs wird durch das Entlastungsventil 42 ermöglicht. Beim anschließenden Aufbau des erforderlichen Einspritzdruckes für eine neue Einspritzphase durch die Einspritzpumpe 43 wirkt der Drosselspalt 28 auch auf die entstehende Kompressionsströmung, indem zunächst eine bessere Verteilung des Hauptkraftstoffes im Druckraum 21 erfolgt, bevor der Öffnungsdruck erreicht wird. Beim Abheben der Ventilnadel 11 vom Ventilsitz 17 verlieren die beiden Drosselspalte 28 und 31 ihre Wirkung, so daß eine unbehinderte Spülströmung zu­ nächst die im Vorraum 25 vorgelagerte Voreinspritzmenge und darauf die im Zwischenraum 26 zwischengelagerte Additivmenge in den Ver­ brennungsbereich des Motors gespritzt wird, bevor die Einspritzung der Hauptkraftstoffmenge einsetzt.

Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, kann durch die Anordnung einer mehr oder minder großen Anzahl von in den Druckraum 26 mündenden Radial­ bohrungen 35, wobei der Abstand der einzelnen Radialbohrungen 35 zueinander beeinflußt wird, durch die das Additiv in den Zwischen­ raum 26 strömt, eine rundum geschlossene Zwischenschicht aus Addi­ tiv gebildet werden (Fig. 3), oder es können auch vereinzelte Kleinmengen in den Hauptkraftstoff eingelagert werden (Fig. 4). Im letzten Falle entsteht im Zwischenraum 26 ein Gemenge aus Additiv und Kraftstoff, das sich beim Einspritzen intensiv vermischt. Je nach Bedarf des Motors wird die eine oder andere Ausgestaltung aus­ gewählt.

Die Erfindung ist an einer sogenannten Drosselzapfen-Einspritzdüse erläutert, bei der in das Spritzloch ein Zapfen an der Ventilnadel ragt. Sie kann auch bei sogenannten Lochdüsen angewendet werden, bei denen Spritzstrahlen in Spritzlöchern mit geringem Querschnitt ge­ formt werden.

Claims (5)

1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit zusätzlicher Einspritzung eines Additivs zwischen einer Vor- und Haupteinspritzung des Kraftstoffes, mit einem Düsenkörper, in dem ein Ventilsitz im brennraumseitigen Endabschnitt und ein Druckraum stromauf davon gebildet sind, mit einer im Düsenkörper verschiebbar gelagerten, im Schließsinn belasteten Ventilnadel, die einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Dichtsitz und in Hohe des Druckraumes eine Druck­ schulter hat, mit einem zwischen dem Ventilsitz und dem Druckraum angeordneten Vorraum zum Vorlagern einer Voreinspritzmenge, und mit einem zum Druckraum führenden Zulaufkanal für den Kraftstoff sowie mit einem Zulaufkanal für das Additiv zum Zwischenlagern einer Additivmenge zwischen der Voreinspritzmenge und der Haupteinspritz­ menge, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung zwischen dem Druckraum (21) und dem Vorraum (25) ein Zwischenraum (26) angeordnet ist, der über aufsteuerbare Drosselstellen (28, 31) mit dem Druck­ raum (21) und dem Vorraum (25) zum Durchströmen der Haupteinspritz­ menge verbindbar ist, und in den der Zulaufkanal (8) für das Additiv mündet.

2. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufkanal (8) für das Additiv teilweise in der Ventilnadel (11) angeordnet ist und durch Radialbohrungen (35) in den Zwischen­ raum (26) mündet.

3. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (26) radial von einer Einschnürung (27) an der Ventilnadel (11) und von einem zylindrischen Bohrungsteil (22) im Düsenkörper (1) begrenzt ist.

4. Kraftstoff-Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorraum (25) und der Zwischenraum (26) durch ringformige Ausnehmungen (27, 24) im Umfang der Düsen­ nadel (11) gebildet und von einem Bund (33) voneinander getrennt sind, dessen Umfang die eine Drosselstelle (31) begrenzt.

5. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialbohrungen (35) in der Düsennadel (11) nahe dem Bund (33) in die Zwischenkammer (26) münden.