DE972387C - Kraftstoffeinspritzduese mit Drallwirkung - Google Patents

Description

• Kraftstoffeinspritzdüse mit Drallwirkung Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einer sich in Strömungsrichtung öffnenden Einspritzventilnadel, wobei dem Kraftstoff nach dem Durchtritt durch den Ventilsitz mittels tangential in einen sonst nur nach dem Brennraum zu offenen zylindrischen Austrittskanal mündender Bohrungen ein Drall erteilt wird: Es ist bekannt, daß eine als Lochdüse ausgebildete Kraftstoffeinspritzdüse im allgemeinen eine bessere Zerstäubung liefert, als eine solche als Zapfendüse ausgebildete Düse. Dabei ist jedoch die Öffnung des Strahlkegels bei der Lochdüse beschränkt, während bei der Zapfendüse praktisch jeder Strahlwinkel verwirklicht werden kann. Um auch bei Lochdüsen den Strahlwinkel vergrößern zu können, ist es weiterhin bekannt, die Zentrifugalkraft zur Vergrößerung des Strahlwinkels auszunutzen, indem in' der Düse ein Drall erzeugt wird. Bei den. bisherigen Dralldüsen sind die drallerzeugenden Vorrichtungen in der Regel vor dem engsten Querschnitt (Drosselquerschnitt, Düsenbohrung oder Spalt) angeordnet, wobei der von den Drallbohrungen umgebene im wesentlichen zylihdrische bzw. rotationssymmetrische Raum nach der z. B. .in seiner axialen Richtung liegenden Austrittsöffnung hin einen kleiner werdenden Querschnitt aufweist. Dadurch wird jedoch der vorher erzeugte Drall bereits innerhalb dieses Raumes für die erforderliche Beschleunigung und durch die erhöhte Wandreibung im Bereich der Austrittsöffnung des genannten Raumes zum größten Teil wieder aufgezehrt, so daß der tatsächlich nach außen wirksam werdende Drall des Kraftstoffstrahles nur-mangelhaft ist.
• Es wurden auch bereits Dralldüsen mit einem zylindrischen Düsenkanal vorgeschlagen, bei denen innerhalb der Düse vor dem Austrittskanal eine mit einem doppelkegelförmigen Kopf ausgebildete Düsennadel angeordnet ist, welche in, geschlossenem Zustand mit ihrem dem Austrittskanal entgegengesetzten Kegel an einer Fläche des Düsenkörpers abdichtet und nach der ersten Öffnungsbewegung zunächst einen Kraftstoffdurchfluß durch einige in diesem Kopf befindliche sehr kleine Drallbohrungen zuläßt. Der dem Austrittskanal zugekehrte Kegel des Kopfes weist an der Kegelmantelfläche entlang von der Außenseite des Kegels schräg nach der Innenseite des Kegels verlaufende Nuten auf und liegt bei geöffneter Düse an der entsprechenden, jedoch glatten Kegelmantelfläche der den Austrittskanal enthaltenden Düsenwand an. Aus dieser Anordnung ergibt sich, daß die Drallerzeugung des ausströmenden Kraftstoffes bei Zwischenstellungen der Düse nur mangelhaft ist, da in diesen Zwischenstellungen keine einwandfreie gleichbleibende drallförmige Führung des Kraftstoffes gewährleistet ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel zu beheben und dem aus einer zugrunde gelegten Kraftstoffeinspritzdüse austretenden Kraftstoffstrahl einen bei allen Betriebszuständen zuverlässig gleichbleibenden Drall zu übermitteln. Sie besteht darin, daß der Austrittskanal als zylindrisches Sackloch mit, abgesehen vom Bohrkegel, über seine Gesamtlänge gleichem Durchmesser ausgebildet ist und die tangential gerichteten Bohrungen in das Sackloch in Richtung auf die offene Seite desselben zu unter einem spitzen Winkel zur Ventilachse einmünden.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung münden in das Sackloch mindestens drei kleine Drallbohrungen tangential ein, deren gesamter Querschnitt kleiner als der des Sackloches ist.
• Es sind Kraftstoffeinspritzdüsen bekannt, die mit sich in Strömungsrichtung öffnenden Ventilnadeln arbeiten, in deren Kopf exzentrisch und schräg zur Achse laufende Bohrungen angebracht sind. Die Erzeugung eines stabilen Dralls ist mit diesen Einspritzdüsen nicht möglich.
• Weiterhin sind Kraftstoffeinspritzdüsen bekannt, bei denen tangential einmündende Einzeldüsen angeordnet sind; wobei die Einzeldüsen in einen Drallraum münden, der aus zwei aufeinandergesetzten mit verschiedenen Querschnitten versehenen Zylindern besteht. Der Drallraum nimmt bei diesen bekannten Einspritzdüsen in Austrittsrichtung an Querschnitt ab, was einen Verlust an Strömungsenergie zur Folge hat. Der Drall selbst erhält beim Austritt des Kraftstoffes aus den Dralldüsen keine Richtungskomponente in den Verbrennungsraum hinein, was zu einem weiteren Energiebedarf und zu einer gewissen Instabilität des Dralles führt.
• Im wesentlichen die gleichen Nachteile weisen Kraftstoffeinspritzdüsen auf, die mit Drallkörpern arbeiten, welche schraubenlinienartige Kanäle oder annähernd tangentiale Bohrungen aufweisen, bei denen der Kraftstoff, nachdem ihm eine Drallbewegung vermittelt worden ist, über eine Austrittsöffnung von relativ kleinerem Querschnitt in den Verbrennungsraum eintritt.
• Andere Nachteile sind vorhanden bei Kraftstoffeinspritzdüsen, die zwar auch tangential und unter einem spitzen Winkel zur Ventilachse liegende Bohrungen aufweisen, bei denen jedoch diese Drallbohrungen nicht iti einen Hohlzylinder mit gleichem Durchmesser, sondern in einen Hohlkegel mit einem sich zum Brennraum vergrößernden Radius einmünden. Die Vergrößerung des Radius setzt die tangentiale Brennstoffgeschwindigkeit und damit die Wirkung des Dralles herab. Außerdem arbeiten die Kraftstoffeinspritzdüsen nach der letztgenannten Art vorwiegend mit Drallkanälen, die dem Kraftstoff noch innerhalb der Bohrungen eine rechtwinkelige Strömungsänderung aufzwingen, was naturgemäß einen größeren Druckverlust verursacht und die Austrittsgeschwindigkeit des Kraftstoffes aus den Drallbohrungen in den Drallraum herabsetzt.
• Demgegenüber wird mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse nicht nur ein zuverlässig gleichbleibender Drall erzeugt, sondern dieser Drall wird infolge der nur geringen Wandreibungsverluste an dem auf die Drallbohrungen folgenden zylindrischen Sackloch über den ganzen Betriebsbereich der Düsen außerordentlich stabil erhalten.
• Einzelheiten der Erfindung sind der nachstehenden Beschreibung zu entnehmen, in der der Gegenstand der Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen an Hand von vier Abbildungen erläutert ist. Es zeigt Fig. t einen Teillängsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse,.
• Fig.2 einen Querschnitt durch dieselbe Düse gemäß der Linie II-II der Fig. r, Fig. 3 einen Teillängsschnitt entsprechend Fig. i durch eine dem zweien Ausführungsbeispiel entsprechende Einspritzdüse, Fig. 4. einen Querschnitt durch die Düse gemäß Fig. 3 nach der Linie IV-IV der Fig. 3.
• Die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Kraftstoffeinspritzdüse weist gemäß Fig. i und 2 unter anderem einen Düsenmantel i, einen Düsenkörper 2 und eine Ventilnadel 3 auf, welche als unteren Abschluß einen Ventilkegel 4 besitzt und in einer Bohrung 5 des Düsenkörpers mittels Führungsflächen 6 geführt ist. Der Ventilkegel 4 sitzt bei geschlossener Düse auf einer entsprechenden kegelförmigen Ventilsitzfläche 7 des Düsenkörpers :2 auf.
• Unterhalb des Düsenkörpers befindet sich, seitlich durch den Düsenmantel i geführt, eine Düsenplatte 8, welche gegenüber der Ventilnadel einen größeren, in der Form einem Kegelabschnitt entsprechenden Hohlraum 9 aufweist, in den der bei geöffnetem Ventilkege14 ausströmende Kraftstoff zunächst hineinströmt. In axialer Richtung der Düse ist die Düsenplatte mit einem in den Hohlraum 9 hineinragenden Ansatz io versehen, welcher den Öffnungshub der Ventilnadel 3 begrenzt. In der zugleich den unteren Abschluß der Einspritzdüse bildenden Düsenplatte befindet sich ein nach unten offener, als zylindrisches Sackloch i i ausgebildeter Düsenaustrittskanal, der mit einer flachen Kegelspitze 12 etwa bis zur Mitte der Wandstärke in die Düsenplatte eindringt. In diese Kegelspitze münden von dem Hohlraum 9 aus um den Umfang des Sackloches ii gleichmäßig verteilt tangential und in Durchflußrichtung zugleich schräg nach der Austrittsöffnung geneigt vier kleine Bohrungen 13 "ein, deren Gesamtquerschnitt kleiner als der Querschnitt des Sackloches i i ist.
• Während des Einspritzvorganges tritt durch die kleinen Bohrungen 13 der Kraftstoff tangential in das Sackloch ii ein und erhält an dessen zylindermantelförmiger Innenwand 14 einen Drall, wobei der Offnungswinkel 15 des Streukegels im wesentlichen von der Neigung abhängt, welche die Drallbohrungen 13 in Durchflußrichtung aufweisen.
• Die dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechende Kraftstoffeinspritzdüse besteht im wesentlichen aus den gleichen Teilen wie die Einspritzdüse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, d. h. aus einem Düsenmantel i, einem Düsenkörper 2 und einer Ventilnadel 3 mit Ventilkegel 4. Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch in dem 'Düsenmantel i eine Düsenplatte 16 geführt, welche eine andersartig ausgebildete Austrittsöffnung aufweist. Der im wesentlichen ebenfalls einen Kegelabschnitt bildende Hohlraum 17 dieser Düsenplatte weist zur Begrenzung des Öffnungshubes der Ventilnadel 3 an seiner 1^ ustrittsseite einen kleinen, in den Hohlraum hineinragenden Kegelabschnitt 18 auf. Dadurch, daß die Einspritznadel nach den beiden Ausführungsbeispielen sich in Strömungsrichtung öffnet und einen Kegel 4 aufweist, ist es einmal möglich, die Einspritznadel 3 entweder über den Ansatz 1o oder den Kegelabschnitt 18 abzustützen, zum anderen wird bei geöffnetem Ventil durch die Konusfläche des Kegelkopfes und durch die Ventilsitzfläche des Düsenkörpers ein Ringkanal für den zufließenden Kraftstoff erzeugt, der mit verhältnismäßig geringem Druckverlust durchströmt werden kann. In axialer Richtung der Düse ragt nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 in die Düsenplatte von außen ein zylindrisches Sackloch i9 so tief in die Platte hinein, daß eine Kegelspitze 2o der Sackloch-Bohrung sich etwa in Höhe der Bodenfläche 2i des Hohlraumes 17 befindet und die Spitze selbst noch ein kleines Stück in den Kegelabschnitt 18 hineinragt. Um das Sackloch i9 herum sind drei kleine Bohrungen 22 gleichmäßig verteilt, die von dem Hohlraum 17 aus tangential und zugleich gegenüber der Achsrichtung des Sackloches unter einem spitzen Winkel in das Sackloch i9 einmünden, so daß beim Betrieb der Düse dem ausströmenden Kraftstoff in dem Sackloch i9 ein Drall erteilt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich infolge des genannten spitzen Winkels ein gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel kleinerer Kegelwinkel.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Kraftstoffeinspritzdüse mit einer sich in Strömungsrichtung öffnenden Einspritzventilnadel, wobei dem Kraftstoff nach dem Durchtritt durch den Ventilsitz mittels tangential in einen sonst nur nach dem Brennraum zu offenen zylindrischen Austrittskanal mündender Bohrungen ein Drall erteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittskanal als zylindrisches Sackloch mit, abgesehen vom Bohrkegel, über seine Gesamtlänge gleichem Durchmesser ausgebildet ist und die tangential gerichteten Bohrungen in das Sackloch in Richtung auf die offene Seite desselben zu unter einem spitzen Winkel zur Ventilachse einmünden.
2. 2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in das Sackloch mindestens drei kleine Drallbohrungen tangential einmünden, deren gesamter Querschnitt kleiner als der des Sackloches ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 831470; deutsche Patentanmeldung O 1126Ia/46g (bekanntgemacht am 5. 2. 1953) österreichische Patentschrift Nr. 171 080; französische Patentschriften Nr. 505 777, 532 862, 752 626, 884 o82; USA.-Patentschriften Nr. 2 273 243, 2 407 915. In Betracht gezogene ältere Patente: Patent Nr. 921 837.