DE69901095T2

DE69901095T2 - Kraftstoffeinspritzdüse für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69901095T2
Application number: DE69901095T
Authority: DE
Inventors: Christine Estevenon; David Gallup
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Johnson Controls Automotive Electronics SAS
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: FR2773851A1; US6244525B1; EP1049870B1; EP1049870A1; WO1999036692A1; DE69901095D1; FR2773851B1; BR9907103A

Description

Die Erfindung betrifft Einspritzdüsen für Kraftstoff im fluiden und speziell flüssigen Zustand, die vorgesehen sind, den Kraftstoff direkt in eine Brennkammer eines Motors mit gesteuerter Zündung einzuspritzen. Sie ist insbesondere auf das Einspritzen von Kraftstoff gerichtet, kann aber auch auf andere flüssige Kraftstoffe wie Kraftstoffe auf der Grundlage von Alkohol und Flüssiggas angewendet werden.
Einspritzdüsen für die Direkteinspritzung, die ein Einspritzdüsengehäuse haben, das eine Düsennadel enthält, die axial durch elektrisch gesteuerte Mittel (die oft von einer Spule gebildet werden) beweglich ist und in ein Verschlusselement ausläuft, oft in halbkugeliger Form, das mit einem Nadelsitz für den Kraftstoff zusammenarbeitet, sind bekannt. Dabei ist die Düsennadel zwischen einer ersten axialen Position, in welcher das Verschlusselement auf dem Nadelsitz aufsitzt, und einer beabstandeteten Position bewegbar.
Die Belastungen, die auf die Einspritzdüse bei Direkteinspritzung ausgeübt werden, sind viel höher als bei einer indirekten Einspritzung in den Rohransatz. Gleichzeitig muss die Eindringtiefe des Kraftstoffstrahls begrenzt werden, beispielsweise um die Wände der Kammer nicht zu benetzen und eine Durchmischung der Luft mit dem Kraftstoff, die für eine bessere Verbrennung so innig möglich ist, sicherzustellen, und dies, während die Zünddauer bei der Einspritzung des Kraftstoffs sehr kurz ist.
Um dieses Ergebnis zu erreichen, ist bereits versucht worden, dem Kraftstoff eine wirbelförmige Bewegung mitzuteilen. Im Dokument WO-A-96/36808 ist eine Einspritzdüse beschrieben, welche diese Aufgabe erfüllt. Sie umfasst eine Kammer, in welcher der Kraftstoff um die Achse des Verschlusselements in Rotation gebracht wird, und welche sich vor dem Nadelsitz derart befindet, dass das Vorhandensein eines Totvolumens zwischen dem Nadelsitz und dem Loch für diese Zerstäubung verhindert wird.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere darauf gerichtet, eine Kraftstoffeinspritzdüse bereitzustellen, die besser als die aus dem Stand der Technik bekannten den Anforderungen der Praxis entspricht, insbesondere indem sie die Rotation des Kraftstoffs mit Hilfe von Mitteln bewirkt, die einfach, aber sehr effizient sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
Der so erzeugte Wirbeleffekt hat mehrere Folgen. Durch die Verwirbelung des verdampften Fluids, das das Verteilerloch durchlaufen hat, das von dem Verschlusselement verschließbar ist, wird die Luft-Motorkraftstoff-Mischung verbessert und die Bahn verlängert, die erforderlich wäre, damit die Teilchen die Wände erreichen könnten.
Die Scheibe ist vorteilhafterweise zwischen der Nadelführung, wobei sie auf einem Innenbund des Gehäuse aufliegt, und dem Nadelsitz festgeklemmt, der permanent am Gehäuse, beispielsweise durch Verschweißen, befestigt ist. Die Bahn des Kraftstoffs zu den Schlitzen wird von dem radialen Spiel gebildet, das zwischen der Nadelführung und einer Bohrung des Gehäuses vorgesehen ist, in welcher sie angebracht ist. Die Düsennadel, die mit geringer Reibung in der Nadelführung angebracht ist, erlaubt deren Zentrierung. Das radiale Spiel, das für die geringe Reibung erforderlich ist, ist sehr verkleinert. Es begrenzt den Durchgang des Fluids, wodurch die Qualität des Strahls verbessert wird. Das radiale Versorgungsspiel kann den Kraftstoff durch Nuten aufnehmen, die in der Rückseite der Nadelführung in Auflage auf dem Innenbund angebracht sind.
In der Praxis enthält die Scheibe zwei bis acht Schlitze, die gerade sein oder eine derart gerichtete Krümmung aufweisen können, dass die von der Mündung der Schlitze in die mittige Öffnung mitgeteilte Rotation verstärkt wird.
Obige sowie weitere Merkmale werden anhand der folgenden Beschreibung spezieller Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Beispiele näher erläutert. Die Beschreibung bezieht sich auf im Anhang befindliche Zeichnungen, wobei
- Fig. 1 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse,
- Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des unteren Teils der Einspritzdüse von Fig. 1,
- Fig. 3 einen senkrechten Halbschnitt der Nadelführung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Einspritzdüse,
- Fig. 4 eine Draufsicht der Nadelführung von Fig. 3 und
- Fig. 5 eine Draufsicht einer Scheibe, die eine Abwandlung der Ausführungsform derjenigen bildet, die in Fig. 2 dargestellt ist, zeigt und die
- Fig. 6 und 7 Ansichten von Einzelheiten, die einen Teil der Scheiben darstellen, die Abwandlungen von derjenigen von Fig. 2 bilden, zeigen.
Die Einspritzdüse, deren allgemeiner Aufbau in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst ein Einspritzdüsengehäuse 10 aus mehreren zusammengebauten Teilen, in dessen Inneren sich eine Düsennadel 12 befindet, die axial von einer Spule 14 bewegbar ist. Dafür ist die Düsennadel an einem Ring 16 aus einem ferromagnetischen Material befestigt. Die Düsennadel kann auch elektrisch von anderen Mitteln, beispielsweise von einem Stapel aus piezoelektrischen Scheiben oder durch Fluiddruck geregelt werden.
Im abschließenden Teil 18 des Einspritzdüsengehäuses 10 ist eine Bohrung 20 für die Nadelführung von Verdickungen 22 der Düsennadel 12 angebracht. Die Bohrung 20 wird von einem Innenbund 24 mit einem Sackloch 26 verbunden, an welchem, im Allgemeinen durch Verschweißen, ein Nadelsitz 28 befestigt ist. In den Nadelsitz ist ein Verteilungsloch 30 gebohrt, in welches ein Auflagebereich für ein Verschlusselement mündet. In dem in Fig. 1 illustrierten Fall ist der Nadelsitz 28 von einer kreisförmigen Schweißverbindung 32 befestigt, die durch Laser- oder Elektronenstrahlen hergestellt worden ist.
Das Verschlusselement der Einspritzdüse besteht in diesem Fall beispielsweise aus dem Ende der Düsennadel 12. Die Auflage, auf welcher die Düsennadel aufliegt, hat beispielsweise eine konische Form, während das Ende der Düsennadel in ihren Auflagebereichen eine Kugelsegmentform hat. Die Spitze des abschließenden Teils der Düsennadel kann kegelförmig sein, um die Kavitationsgefahr zu verringern.
Eine Druckfeder 34 zwischen der Rückseite der Düsennadel 12 und einem Anschlag 36, dessen Position zum Zweck der Regelung einstellbar ist, bewirkt die Auflage der Düsennadel 12 auf dem Nadelsitz 28. Die Spule 14 ermöglicht die Bewegung der Düsennadel gegen den Einfluss der Feder 34 innerhalb eines Grenzbereichs, der vom Anschlagen des Rings 16 an eine feste Hülse 38 festgelegt wird, die aus einem ferromagnetischen Material bestehen kann, um den magnetischen Regelkreis zu vervollständigen.
Erfindungsgemäß ist die Einspritzdüse mit Mitteln versehen, welche den Kraftstoff in Rotation bringen und sich vor dem Nadelsitz befinden. Sie umfassen eine Nadelführung 40 und eine Scheibe 42 für die Erzeugung des Wirbels, die im Sackloch 26 zwischen dem Nadelsitz 28 und dem Innenbund 24 übereinander angeordnet sind.
Die Nadelführung 40 (Fig. 1 bis 4) weist eine zylindrische Seitenwand mit einem Durchmesser auf, der etwas kleiner als der Durchmesser des Sacklochs 26 ist. Sie ist mit einem Loch mit einem derartigen Durchmesser durchbohrt, dass die Düsennadel 12 mit leichter Reibung in der Nadelführung gleiten kann. Die Nadelführung hat so eine weitere Funktion. Sie begrenzt eine ringförmige Zuleitung des Kraftstoffs zum Nadelsitz. Um die Reibung zu verringern, kann sie eine Aufweitung der Art aufweisen, die in Fig. 3 ausgezogen dargestellt ist. Sie ist im Sackloch 26 durch die Einspritznadel zentriert, die in ihrem oberen Teil durch die Auflage der Verdickungen 22 und im unteren Teil durch die Auflage auf dem Nadelsitz 28 geführt wird.
Der Kraftstoff kommt an dem ringförmigen Durchgang 24 nacheinander durch ein Spiel, das zwischen der Düsennadel und der Innenwand des abschließenden Teils 18 angebracht ist, und durch Nuten 44, vier in dem in den Fig. 2 bis 4 veranschaulichten Fall, an. Um den Durchlauf des Kraftstoffs durch die Nuten zum ringförmigen Spiel zu erleichtern, umfasst die Rückseite der Nadelführung vorteilhafterweise Fasen.
Die Scheibe 42 besteht aus einem dünnen flachen Teil, das mit einer Öffnung versehen ist, um eine mittige Öffnung 46 mit im Allgemeinen kreisrunder Form zu bilden, in welche Schlitze 48, in dem in Fig. 2 veranschaulichten Fall vier, tangential münden. Das äußere Ende dieser Schlitze ist derart angebracht, dass der Kraftstoff, der das ringförmige Spiel durchlaufen hat, in den Schlitzen ankommen kann. Eine Fase 50 kann auf der Vorderseite der Nadelführung 40 vorgesehen werden, um diese Versorgung zu ermöglichen. Der Außendurchmesser der Scheibe 42 ist derart, dass sie mit leichter Reibung im Sackloch 26 aufgenommen wird.
Die bisher beschriebene Anordnung hat zahlreiche Vorteile. Alle Teile haben einen einfachen Aufbau. Die Zufuhr des Kraftstoffs erfolgt vollständig symmetrisch aufgrund der Zentrierung der Nadelführung 40 im Sackloch 26. Die Durchflussparameter der Einspritzdüse können sehr einfach modifiziert werden, indem einfach mehrere unterschiedliche Scheiben 42 und/oder Nadelsitzspiele 28 vorgesehen werden. Das Ringspiel hat keinen merklichen Einfluss auf den Durchfluss, den die Einspritzdüse liefern kann.
Die Abschnitte der Scheibe 42 können ganz verschiedene Formen annehmen. In dem in Fig. 5 veranschaulichten Fall (worin die Elemente, die denen in den Fig. 1 und 2 entsprechen, mit denselben Bezugszahlen nummeriert sind) sind sechs Schlitze 48 vorhanden. Sie weisen am Ende Verbreiterungen 52 auf, die so ausgerichtet sind, dass sie mehrere Aufgaben erfüllen können. Sie erleichtern den Eintritt des Kraftstoffs in die Schlitze 48. Sie lösen durch die Krümmung, die sie darstellen, die Rotationsbewegung des Kraftstoffs im Sinne des Pfeils f aus.
Im Fall von Fig. 6 weisen die Schlitze 48 am Ende einfach Verbreiterungen 52 auf.
Im Fall von Fig. 7 weisen die Schlitze an der Einmündung in die mittige Öffnung 46 eine zulaufende Verjüngung 54 auf.
Die Erfindung ist auch auf Einspritzdüsen anwendbar, deren Verschluß- und/oder Regelungsmittel sich von den bisher beschriebenen unterscheiden. Sie ist insbesondere dann anwendbar, wenn das Verschlußelement aus einer der Düsennadel gegenüberliegenden Kugel besteht.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzdüse für das Einspritzen in die Verbrennungskammer eines Motors mit gesteuerter Zündung, welche ein Einspritzdüsengehäuse (10) umfasst, das eine Düsennadel (12) enthält, die in ein Verschlußelement ausläuft, das mit einem durch ein Verteilungsloch verlängerten Nadelsitz (28) für den Durchlaß des Kraftstoffs zusammenwirkt, wobei die Düsennadel außerdem zwischen einer axialen ersten Position, in welcher das Verschlußelement auf dem Nadelsitz aufsitzt, und einer zweiten Position, in welcher das Verschlußelement vom Nadelsitz beabstandet ist, bewegbar ist und die Einspritzdüse auch eine Kammer, in welcher der Kraftstoff um die Achse des Verschlußelements in Rotation versetzt wird und die sich vor dem Nadelsitz befindet, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer von der Rückseite des Nadelsitzes (28), einer Scheibe (42), die auf dem Nadelsitz aufliegt und Schlitze (48) aufweist, die tangential in eine mittige Öffnung (46) führen, die das Verschlußelement umgibt, und einer Nadelführung (40) gebildet wird, die derart aufgebaut ist, dass das äußere Ende der Schlitze versorgt wird, und welche einen Durchmesser aufweist, der kleiner als derjenige eines Sacklochs (26) des Gehäuses ist, in welchem sie angeordnet ist, sodass ein ringförmiges Spiel für die Versorgung der Schlitze übrigbleibt.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (42) zwischen der Nadelführung (40), die auf einem Innenbund (24) des Gehäuses aufliegt, und dem feststehenden Nadelsitz des Gehäuses eingeschlossen ist.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel mit leichter Reibung in der Nadelführung angebracht ist.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite der Nadelführung, die auf dem Innenbund aufliegt, Nuten (44) für die Versorgung des ringförmigen Spiels mit Kraftstoff enthält.

5. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite der Nadelführung eine umlaufende Fase (50) für die Zufuhr des Kraftstoffs vom Spiel bis zum äußeren Ende der Schlitze enthält.

6. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe zwei bis acht Schlitze enthält.

7. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze gerade sind oder eine Krümmung aufweisen, welche die Rotation verstärkt, die vom Austritt aus den Schlitzen in die mittige Öffnung (46) verliehen wird.