DE703194C - Zapfenduese fuer Einspritzbrennkraftmaschinen - Google Patents

Zapfenduese fuer Einspritzbrennkraftmaschinen

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DE703194C
DE703194C DE1937H0151752 DEH0151752D DE703194C DE 703194 C DE703194 C DE 703194C DE 1937H0151752 DE1937H0151752 DE 1937H0151752 DE H0151752 D DEH0151752 D DE H0151752D DE 703194 C DE703194 C DE 703194C
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DE
Germany
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pin
nozzle
needle
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annular gap
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Application number
DE1937H0151752
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Alfred Grumbt
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Henschel and Sohn GmbH
Original Assignee
Henschel and Sohn GmbH
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/042The valves being provided with fuel passages
    • F02M61/045The valves being provided with fuel discharge orifices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/06Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves being furnished at seated ends with pintle or plug shaped extensions

Description

  • Zapfendüse für Einspritzbrennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgesteuerte Zapfendüse für Einspritzbrennkraftmaschinen, deren Zapfen mit der im Düsenkörper vorgesehenen Zapfenbohrung einen feinen Ringspalt bildet. Wenn bei einer solchen Düse in bekannter Weise die Mantelflächen des Zapfens und der ihm zugeordneten Bohrung im Düsenkörper durchgehend die Zylinderform aufweisen, so ist der aus dem Ringspalt als feiner Schleier austretende Brennstoffstrahl über den ganzen Nadelhub gleich stark gedrosselt, und da der Brennstoffdruck vom Beginn bis zum Ende des Einspritzvorganges entsprechend der Entlastung der Einspritzleitung absinkt, so wird anfangs eine r g - ößere Menge in der Zeiteinheit ausgespritzt als im weiteren Verlauf des Vorganges. Nun überdeckt aber die Dauer des Zündverzuges einen erheblichen Anfangsteil der Einspritzzeit, so daß sich im Augenblick der Zündung schon eine große Brennstoffmenge im Brennraum befindet, durch deren plötzliche Entflammung ein starker Druckstoß entsteht. Die Maschine läuft dann hart und geräuschvoll und wird im Triebwerk übermäßig beansprucht.
  • Zur Vermeidung dieses übelstandes weist gemäß einem vorausgehenden Vorschlag der Nadelzapfen einer Düse der genannten Bauart eine Längsbohrung auf, die in eine den Zapfen unterhalb des Nadelsitzes durchsetzende Querbohrung einmündet, und die Querbohrung ist so hoch im Zapfen angeordnet, daß sie im Verlauf der Aufwärtsbewegurig der Nadel aus der Zapfenbohrung im Düsenkörper auftaucht und die Längsbohrung mit dem brennstoffgefüllten Raum unter der Schulter der _Nadel verbindet. Zu Beginn des Nadelhubes tritt somit der Brennstoff: lediglich durch den feinen Zapfenringspalt, also unter erheblicher Drosselung und in verringerter Menge aus, während die Hauptmenge erst nach dein Auftauchen der Zapfenquerbohrung über die Unterkante der Nadelsitzfläche durch die Zapfenlängsbohrung in den bereits entflammten Brennrauminhalt abspritzt. Mit dieser Verteilung der Einspritzmenge über die Dauer des Nadelaufwärtshubes soll ein weicher Gang der Maschine erreicht werden.
  • Nun weisen zwar Schleierstrahlen, die aus nur Bruchteile eines Millimeters breiten Düsenringspalten austreten, einen hohen, für die Verwirbelung der Tröpfchen mit der Verbrennungsluft und für die Zündung günstigen Zerstäubungsgrad auf. ihre Durchschlagskraft aber ist gering, so daß der Ort des Zündbeginns in der Nähe der Einspritzdüse liegt und sich eine Düsenüberhitzung mit ihren bekannten schädlichen Folgen ergeben kann.
  • Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgegenürer darin, den Zündort tiefer in den Brennraum hinein zu verlegen, und zwar insbesondere an solche Stellen, an denen infolge der größeren Entfernung von den gekühlten Brennraumwandungen die Bedingungen für eine Abkürzung des Zündverzuges von vornherein günstig sind. Es kommen aber beispielsweise auch solche Stellen in Betracht, an denen infolge besonderer Gestaltung des Brennraumes eine lebhaftere Luftströmung als anderwärts vorhanden ist, so daß die zuerst und am weitesten in den Brennraum hineingespritzten Mengen am heftigsten verwirbelt und rasch gezündet werden.
  • Erfindungsgemäß werden zu diesem Zwecke an einer Zapfendüse der vorausgesetzten Bauart ein oder mehrere zusätzliche, gesteuerte Spritzkanäle derart angeordnet, daß ihre Einlässe, in Richtung des Brennstoffflusses gesehen, vor dem Einlaß des ringförmigen Zapfenspaltes liegen. Der Brennstoff tritt daher aus diesen Zusatzkanälen früher aus als aus dem Ringspalt, und da es sich um geschlossene Strahlen handelt, so dringt der ersteingespritzte, die Zündung einleitende Brennstoffanteil auch am tiefsten in den Brennraum ein. Wie groß dieser Anteil im Verhältnis zur Gesamtmenge einer Einspritzung ausfallen und um wieviel größer die Durchschlagskraft eines geschlossenen Strahles gegenüber derjenigen des nachfolgenden Schleierstrahles bemessen werden soll, läßt sich, da es sich um gesteuerte und somit gut beherrschbare Einspritzvorgänge handelt, in weiterer Entwicklang der Erfindung durch das Verhältnis der Bohrungsweiten der Zusatzkanäle zu dem Ringspaltquerschnitt genau bestimmen. Ein weiterer Erfindungsschritt liegt darin, daß den geschlossenen Strahlen von der Düsen- und Schleierachse abweichende Richtungen erteilt werden, so daß einerseits mehrere Bremiraumabschnitte mit geschlossenen Pilotenstrahlen beliefert, andererseits solche Strahlen auf Zündstellen hingelenkt «-erden können, die nicht in Richtung der Düsenachse liegen, wie dies von Lochdüsen an sich bekannt ist.
  • In der Zeichnung sind sieben Ausführungsbeispiele der Erfindung in sieben Abbildungen dargestellt. Die Abb.4a ist ein Schnitt längs Linie A-A der Abb.4.
  • In allen Abbildungen bezeichnet a den Düsenkörper, b die Düsennadel, a' die Sitzfläche der Nadel und c den Düsenzapfen, der mit der Bohrung i des Düsenkörpers den Ringspalt-h bildet. Die zusätzlichen Spritzkanäle, die sich in Abb. i bis 5 in der Nadel bzw. dem Zapfen befinden, sind mit d und e und einem der Abbildungsnummer entsprechenden Index bezeichnet; in Abb.6 und 7 sind die Spritzkanäle als Bohrungen im Düsenkörper selbst ausgebildet und mit f bzw. f und g bezeichnet.
  • In den Abb. i, 2, 4 und 5 gehen die Spritzkanäle als Querbohrungen d von der beweglichen Ventilsitzfläche a' aus und durchdringen den Kegel der Düsennadel b in der Querrichtung. Anschließend durchdringen die Kanalzweige e den Nadelzapfen längsweise.
  • In Abb. i ist dargestellt, wie sich bei dieser Ausführungsform ein kräftiger Mittelstrahl x ausbildet, der infolge der Weg- und Drosselungsunterschiede dem schwächeren Schleierstrahl y-y zeitlich vorauseilt und von diesem zylindrischen Strahl nur auf eine gewisse Strecke umhüllt wird. In Abb.4 ist das Kanalpaar d,'-e,' wie in Abb. i ausgebildet, es sind jedoch noch vier das erstere umgebende und ebenfalls vom Ventilsitz a' ausgehende Kanalpaare d,'-e,' vorgesehen, im ganzen also fünf Züge von gesteuerten Spritzkanälen, wie der Querschnitt Abb.4a erkennen läßt. Die zeitliche Versetzung der Spritzvorgänge bei der Nadeleröffnung entspricht auch hier der aufeinanderfolgenden Beaufschlagung mit Brennstoff der Kanäle di'-e,' , darauf der Kanäle d,"-e," und zuletzt des Ringspaltes h.
  • In Abb.2 und 5 gehen von den Querbohrungen d zwei oder mehrere Zweigkanäle e aus, deren Achsen Winkel miteinander bilden und die in Abb.2 an der Stirnfläche, in Abb. 5 an der Stirnkante des Zapfens c ausmünden. Bei der Ausführungsform nach Abb. 2 haltensichdiegegeneinanderdivergierenden, aus den Kanälen e2 austretenden Mittelstrahlen, -soweit sich ihre Spritzdauer mit derjenigen des Schleierstrahles deckt, noch innerhalb des kürzeren Schleierstrahles. Bei der Form nach Abb.5 dagegen halten bei der Nadeleröffnung zunächst die ersten Teile der geschlossenen Strahlen die Richtungen x' der Kanäle e,; ein, kurz nachher tritt jedoch -der Schleierstrahl hinzu, kreuzt die geschlossenen Strahlen und ergibt mit diesen zusammen resultierende Strahlen der Richtung x", die innerhalb der Zone der in Richtung x' vorher ausgespritzen Strahlen verlaufen. Während also beispielsweise bei der Bauform nach Abb. q. infolge der besonderen Ausbildung und Anzahl der Kanalarten der weitaus größere Teil einer Einspritzmenge in von der Düse entferntere Zonen des Brennraumes gespritzt wird, zerstreut sich bei der Form nach Abb. 5 der größere Mengenanteil in der Nähe der Düse, nachdem nur Pilotenstrahlen, die die Zündung einleiten und zu diesem Zwecke von geringer Menge, aber großer Durchschlagskraft sind, in weitere Entfernungen von der Düse gespritzt worden sind. Bildet man noch gemäß Abb.5 den Zapfen nur so kurz aus, daß seine Stirnkante bei fortschreitendem Nadelhub bis in die Zapfenbohrung 1 eintritt, so werden die resultierenden Strahlen der Richtung x" immer weiter einwärts gedreht und bestreichen somit größere Raumteile vor der Düse. Die Volleröffnungsstellung der Nadel ist durch Strichelung angedeutet.
  • Bei der Düse nach Abb.3 sind die Spritz-1,:anäle (13,e3 ganz im Nadelzapfen angeordnet. Die Querbohrungends liegen aber dabei im obersten Teil des Zapfens und gehen von einer ringförmigen, zwischen der Ventilsitzfläche a' und dem Einlaß des Ringspaltes vorgesehenen Aussparung k des Düsenkörpers a, aus. Die Ecken- und Stauwirkung der Aussparung k in Abb. 3 muß dazu führen, daß ein besonders großer Anteil der Einspritzmenge durch die Bohrungend3, e3 tritt.
  • Erscheint es zweckmäßig, die geschlossenen Strahlen außerhalb des Schleierstrahles zu legen, weil beispielsweise Herstellungsrücksichten bei sehr kleinen Düsen eine Durchbohrung der Düsennadel und ihres Zapfens ausschließen, so können nach Abb. 6' und 7 die gesteuerten Zusatzbohrungen f bzw. f und g, ausgehend von der Ventilsitzfläche a', auch den Düsenkörper selbst in der Nähe des Ringspaltes k durchdringen und dabei zu letzterem entweder parallel oder, wie die Kanäle g in Abb. 7, leicht geneigt verlaufen. Da diese Kanäle nunmehr ohne Verzweigung und Richtungswechsel ausgebildet sind, ergeben sie besonders harte geschlossene Strahlen.
  • Die Kombination einer mit ein und derselben Düsennadel gesteuerten Zapfendüse und Lochdüse nach der Erfindung ist mit den dargestellten Ausführungsbeispielen nicht erschöpft, sondern gestattet noch die Verwirklichung einer großen Zahl anderer Bauformen, wobei, wie schon vielfach in den dargestellten Beispielen, von im einzelnen an sich bekannten Maßnahmen und Bauteilen Gebrauch gemsicht werden kann.

Claims (1)

  1. PATLNTANSPRÜCHL: i. Brennstoffdruckgesteuerte Zapfendüse für Einspritzbrennkräftmaschinen, deren Zapfen mit der im Düsenkörper vorgesehenen Zapfenbohrung einen feinen Ringspalt bildet und deren Ventilnadel außer diesem Ringspalt weitere zusätzliche Spritzkanäle steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die zusätzlichen Spritzkanäle mit ihren Einlässen, in Richtung des Brennstoffflusses gesehen, vor dem Eimaß des ringförmigen Zapfenspaltes (h) liegen, so daß der Brennstoff aus den Zusatzkanälen früher als aus dem Ringspalt austritt. a. Zapfendüse nach Anspruch i, gekennzeichnet durch derart im Verhältnis zum Ringspaltdurchlaß gewählte Querschnitte der zusätzlichen Spritzkanäle, daß die aus ihnen austretenden Brennstoffstrahleneine größere Durchschlagskraft ,aufweisen als der den Ringspalt verlassende Brennstoffschleier. 3. Zapfendüse nach Anspruch i oder a, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzkanäle (d, e) den Kegel der Düsennadel (b) quer und anschließend den Nadelzapfen (c) längsweise durchdringen und von der beweglichen Ventilsitzfläche (a') ausgehen (Abb. 1, ?, q. und 5). q.. Zapfendüse nach Anspruch i oder a, dadurch gekenjizeichnet, daß die Spritzkanäle (d3, e3) ganz im Nadelzapfen (c) angeordnet sind und, ausgehend von einer ringförmigen, zwischen der Ventilsitzfläche (a') und dem Ringspalt (1a) vorgesehenen Aussparung (h) des Düsenkörpers (a), den an den Kegel der Düsennadel (b) angrenzenden oberen Teil des Zapfens quer und anschließend den Zapfen längsweise durchdringen (Abb.3). 5. Zapfendüse nach Anspruch i oder z, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzkanäle (f, g) den Düsenkörper (a) nahe dem Ringspalt in zur Düsenachse paralleler oder angenähert paralleler Richtung durchdringen und von der festen Ventilsitzfläche (a") ausgehen (Abb. 6 und 7). 6. Zapfendüse nach Anspruclx i bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzkanäle aus zwei oder mehreren von der Querbohrung ausgehenden Zweigen bestehen, deren Achsen Winkel miteinander bilden (Abb.2 und 5). Zapfendüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigkanäle an der Stirnfläche des Zapfens ausmünden (Abb. 2). B. Zapfendüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigkanäle an der Stirnkante des Zapfens ausmünden (Abb. 5). 9. Zapfendüse nach Anspruch 6 und 8, gekennzeichnet durch einen Zapfen von solcher Länge, daß die Stirnkante beim Nadelhub bis in die Zapfenbohrung (i) eintritt (Abb.5).
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE926050C (de) * 1946-08-28 1955-04-04 Sir Harry Ralph Ricardo Zapfenduese
DE967993C (de) * 1940-03-16 1958-01-02 Kristian Rasmussen Einspritzpumpe, insbesondere fuer schnellaufende Motoren
US4177948A (en) * 1976-03-16 1979-12-11 Institut fur Motorenbau Professor Huber Eingetragener Verein Fuel injection nozzle for internal combustion engines with internal mixing
DE2847058A1 (de) * 1978-10-28 1980-05-08 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Kraftstoff-einspritzduese
US4440348A (en) * 1980-09-02 1984-04-03 Fiat Auto S.P.A. Fuel injection device for diesel engines with precombustion chambers
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