DE976061C

DE976061C - Fluessigkeitsgekuehlte Einspritzduese fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE976061C
Application number: DES33103A
Authority: DE
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1952-05-03
Filing date: 1953-04-21
Publication date: 1963-02-07

Description

AUSGEGEBENAM 7. FEBRUAR 1963

5" 33103 Ia/46 c²

Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgekühlte Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einem von einem Kühlmantel umgebenen Düsenkörper, der in einem ungeteilten Stück die Führung der Ventilnadel, die dichtende Sitzfläche für die Nadelspitze und die zum Einspritzen dienenden Düsenlöcher vereinigt und in dem, von außen eindringend und nach außen hin durch den Kühlmantel abgedeckt, eine ringsum durchlaufende Ringnut zur Kühlung des dem Verbrennungsraum zugewandten Endes der Einspritzdüse vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Düse so zu gestalten, daß dem Brennstoff entstammende Ablagerungen an der Sitzfläche der Düsennadel in dem Raum zwischen dieser Sitzfläche und den Düsenlöchern sowie in den Düsenlöchern selbst bis auf eine unschädliche Menge vermieden werden, so daß ein Nachtropfen der Düse unterbleibt. Außerdem sollen auch Ablage- so rungen an den Brennraumwänden der Maschine verhindert werden, die im Laufe der Zeit infolge Nachtropfens der Düse oder teilweise Zusetzens der Düsenlöcher und dem dadurch verursachten Auftreffen der Brennstoffstrahlen auf die Brenn- as raum wand entstehen können.

Die Erfindung besteht bei der eingangs erwähnten Gattung von Einspritzdüsen in der Kombination folgender Merkmale:

a) Die Sitzfläche ist derart nahe an die Düsenlöcher herangerückt und hierbei der bei geschlossener Nadelspitze zwischen der Sitz-

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fläche und den Düsenlöchern verbleibende Brennstoffraum derart klein gemacht, daß derselbe höchstens das o,6fache des Inhalts eines über dem größten Kreis der Sitzfläche mit dem Spitzenwinkel der Nadelspitze errich teten geometrischen Kegels beträgt;

b) die Ringnut dringt derart tief in den der Sitzfläche und den Düsenlöchern benachbarten Werkstoff des Düsenkörpers ein, daß der

ίο kleinste Abstand der kühlenden Fläche der

Ringnut von den Düsenlöchern höchstens gleich dem Durchmesser des größten Kreises der Sitzfläche ist;

c) das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser eines Düsenlochs ist kleiner als vier.

Durch die gleichzeitige Anwendung dieser Merkmale wird nicht nur eine gleichmäßige, wirksame Kühlung des brennraumseitigen Teiles der Einspritzdüse, sondern auch eine Verringerung der zwischen der Sitzfläche der Düsennadel und den Düsenlöchern verbleibenden Brennstoffmenge erreicht. Außerdem ergibt sich eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse des Brennstoffs in den a5 Düsenlöchern. Alle diese Wirkungen aber führen zur Lösung der obenerwähnten Aufgabe.

Es sind zwar bereits Einspritzdüsen bekannt,

bei denen der zwischen der Sitzfläche und den Düsenlöchern verbleibende Brennstoffraum klein gehalten ist, jedoch ist dabei die Kühlung der

Düsenspitze vernachlässigt. Auch ist z. B. eine

.. .. intensive..Kühlung der Düsenspitze und zum Teil auch eine Verkleinerung des Brennstoffraumes vorgeschlagen worden, es wurde aber unterlassen,

die Führung der Ventilnadel und die dichtende Sitzfläche für die Nadelspitze zur Gewährleistung der Dichtheit in ein ungeteiltes Stück zu legen.

Andere bekannte Einspritzdüsen zeigen ein nicht hinreichend tiefes Eindringen einer Ringnut in den der Sitzfläche und den Düsenlöchern benachbarten Düsenkörper, so daß eine ausreichende Kühlung der Düsenspitze nicht gewährleistet ist; ferner sind an Stelle einer ringsum durchlaufenden Ringnut Kühlkanäle vorgesehen, die nicht achsensymmetrisch sind und daher durch ungleichmäßige Erwärmung eine Verformung des Nadelsitzes und ein Undichtwerden desselben verursachen können. Erst durch die gleichzeitige Anwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Merkmale wird ein Nachtropfen von Brennstoff aus den Düsenlöchern mit weitgehender Sicherheit vermieden und eine Beeinträchtigung der Brennstoffstrahlen verhindert.

Dem Brennstoffraum kann in weiterer Ausbildung der Erfindung eine Form gegeben werden, wie sie sich bei Herstellung mittels eines Kegelsenkers mit abgerundeter Spitze ergibt, dessen Durchmesser dem kleinsten Durchmesser der Sitzfläche gleich ist und der höchstens den gleichen Spitzenwinkel wie die Nadelspitze, vorzugsweise aber einen noch etwas kleineren aufweist. Hierdurch gelingt es, den Brennstoffraum auf einfache Weise möglichst klein zu halten.

Besonders günstige Verhältnisse werden erzielt, wenn der bei geschlossener Nadelspitze zwischen der Sitzfläche und den Düsenlöchern verbleibende Brennstoffraum gleich oder kleiner als das o,4fache des Inhaltes eines über dem größten Kreis der Sitzfläche mit dem Spitzenwinkel der Nadelspitze errichteten geometrischen Kegels gemacht wird.

An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Einspritzdüse soll die Erfindung näher erläutert werden.

Fig. ι zeigt einen Längsschnitt der Einspritzdüse und

Fig. 2 einen Querschnitt der Einspritzdüse; dabei ist der Längsschnitt nach Fig. 1 nach der Schnittlinie II-II der Fig. 2 gelegt, während der Querschnitt nach Fig. 2 der Schnittlinie I-I der Fig. 1 entspricht;

Fig. 3 zeigt in einem gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößerten Maßstab einen Längsschnitt durch das dem Verbrennungsraum zugekehrte Ende der Einspritzdüse;

Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach der Schnittlinie IH-III der Fig. 3.

Der Düsenkörper 1 der Einspritzdüse ist von einem Kühlmantel 2 umgeben und vereinigt in einem ungeteilten Stück die Führung 3 der Ventilnadel 4, die dichtende Sitzfläche 5 für die Nadelspitze 6 und die zum Einspritzen dienenden Düsenlöcher 7. Im Düsenkörper 1 ist, von außen eindringend und nach außen hin durch den Kühlmantel 2 abgedeckt, eine Ringnut 8 zur Kühlung das dem Verbrennungsraum zugewandten Endes der Einspritzdüse vorgesehen. Die Ringnut 8 wird von einem Kühlmittel durchflossen, das ihr durch den einen der Kanäle 9 zugeführt wird und das durch den anderen der Kanäle 9 wieder abfließt. Die Bohrungen 10 verbinden den Raum 11 mit dem die Brennstoffeinspritzung regelnden Leitungssystem.

Die Sitzfläche 5 ist an die Düsenlöcher 7 so nahe herangerückt und hierbei der bei geschlossener Nadelspitze 6 zwischen der Sitzfläche 5 und den Düsenlöchern 7 verbleibende Brennstoffraum 12 so klein gemacht, daß derselbe höchstens gleich dem o,6fachen, zweckmäßig jedoch gleich oder kleiner als das o^fache des Inhalts eines über dem größten Kreis der Sitzfläche 5, dessen Durchmesser mit D bezeichnet ist, mit dem Spitzenwinkel der Nadelspitze 6 errichteten geometrischen Kegels ist. Um den Inhalt des Brennstoffraumes 12 möglichst klein zu machen, hat er eine Form erhalten, wie sie sich bei der Herstellung mittels eines Kegelsenkers mit abgerundeter Spitze ergibt, welcher den gleichen Spitzenwinkel hat wie die Nadelspitze 6 und dessen Durchmesser gleich dem kleinsten Durchmesser D¹ der Sitzfläche ist. Der Inhalt des auf diese Weise entstehenden Raumes 12 beträgt nur etwa das 0,25-fache des Inhalts des über dem größten Kreis der Sitzfläche 5 mit dem Spitzen winkel der Nadelspitze 6 errichteten geometrischen Kegels. Eine weitere Verkleinerung des Raumes 12 läßt sich erzielen, wenn beachtet wird, daß zwar an den Düsen- iss löchern 7 der Abstand der inneren Oberfläche des

Düsenkörpers ι von der äußeren Oberfläche der Nadelspitze 6 hinreichend groß sein muß, so daß bei geöffneter Nadel die Einströmung des Brennstoffs in die Düsenlöcher nicht merkbar gestört wird, daß aber dieser Abstand in der Nähe der Sitzfläche relativ klein sein darf. Aus diesem Grunde darf der Spitzenwinkel des Kegelsenkers zugunsten eines möglichst kleinen Brennstoffraumes 12 auch kleiner gewählt werden als der Spitzenwinkel der Nadelspitze.

Durch diese auf möglichst weitgehende Verkleinerung des Brennstoffraumes 12 hinzielenden Maßnahmen, die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung der Ringnut 8 sowie das angegebene Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser eines Düsenloches wird die Möglichkeit zur Entstehung schädlicher Ablagerungen innerhalb der Düse weitgehend herabgesetzt und ein Nachtropfen der Düse aus folgenden Gründen vermieden:

so Unter Nachtropfen versteht man ein Austreten von Brennstoff aus den Düsenlöchern zu einer Zeit, in der die Düsennadel schon geschlossen hat, die Einspritzung also beendet sein sollte. Ein Nachtropfen kann durch Ausdehnung des im Brennstoffraum 12 verbliebenen Brennstoffs hervorgerufen werden, sei es infolge der während des Expansionsvorgangs im Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine stattfindenden Drucksenkung, sei es infolge einer Temperaturerhöhung, die sogar zur Verdampfung des Brennstoffes im Brennstoffraum 12 führen kann. Durch eine Verkleinerung des Raumes 12 wird die darin enthaltene Brennstoffmenge sehr klein, so daß die geschilderten Nachteile weitgehend vermieden werden. Ferner kann Nachtropfen dadurch entstehen, daß aus irgendeinem Grunde während der Einspritzung die Strömungsenergie nicht in allen Düsenlöchern genau gleich ist und daher beim plötzlichen Schließen der Düsennadel die Strömung nicht in allen Düsenlöchern gleichzeitig zum Stillstand kommt, vielmehr in einigen Düsenlöchern noch nachtropfend anhält, wodurch aus anderen Düsenlöchern Brennstoff zurückgesaugt wird. Hierbei können sogar Gashlasen aus dem Verbrennungsraum in den Brennstoffraum 12 eintreten, die während des Expansionsvorgangs im Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine sich auf ein Mehrfaches ihres Volumens ausdehnen und ein Nachtropfen eines beträchtlichen Teils des im Brennstoffraum 12 vorhandenen Brennstoffs verursachen können. Ähnliches kann sich auch infolge von Gasströmen und Druckwellen im Verbrennungsraum ereignen, die an den Düsenlöchern Druckunterschiede erzeugen.

Ein Nachtropfen entsteht aber auch, wenn die Erwärmung am Umfang der Sitzfläche 5 nicht gleichmäßig ist. Die Sitzfläche 5 wird dann unrund und daher undicht. Ein hierdurch erfolgendes Nachtropfen kann nicht durch die erwähnte Verkleinerung des Brennstoff raumes 12 vermindert werden.

Hierzu bedarf es vielmehr weiterer Maßnahmen, und diese bestehen darin, daß die von einem Kühlmittel durchflossene, ringsum durchlaufende Ringnut 8, wie besonders aus Fig. 3 ersichtlich ist, so tief in den der Sitzfläche 5 und den Düsenlöchern 7 benachbarten Werkstoff des Düsenkörpers 1 eindringt, daß der kleinste Abstand A der kühlenden Fläche der Ringnut 8 von den Düsenlöchern 7 höchstens gleich ist dem Durchmesser D des größten Kreises der Sitzfläche 5. Hierdurch wird sowohl eine gleichmäßige Verteilung der Wärme am Umfang der Sitzfläche 5 als auch eine Kühlung derselben erzielt. Dies wird, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, dadurch begünstigt, daß der Flansch 13 auf seiner der Ringnut 8 zugekehrten Fläche vom Kühlmittel bespült wird, so daß der die Sitzfläche 5 enthaltende Teil des Düsenkörpers wirksam vor Deformationen bewahrt und ein auf Unrundwerden der Sitzfläche 5 zurückgehendes Nachtropfen verhütet wird.

Diese Maßnahme bewirkt ferner, daß sich der im Brennstoff raum 12 verbliebene Brennstoff weniger stark ausdehnen kann und eine Verdampfung dieses Brennstoffs vermieden wird.

Da auch die Düsenlöcher wirksam gekühlt werden, wird eine Verkokung des Brennstoffs in diesen weitgehend verhindert. Eine solche Verkokung ist insbesondere am Rande der Düsenlöcher 7 zu fürchten, wo mit der Zeit beträchtlich große trompetenförmige Gebilde entstehen können, die die Verbrennungsgüte der Maschine wesentlich beeinträchtigen können..

Schädliche Ablagerungen aus Brennstoffrückständen können aber nicht nur an der Düsenspitze selbst, sondern auch an weiter entfernt liegenden Stellen des Verbrennungsraumes der Maschine erfolgen. Dort werden sie entweder durch ein Nachtropfen des Brennstoffs aus der Düse verursacht oder sie entstehen, wenn die Durchschlagskraft der aus den Düsenlöchern 7 austretenden Brennstoffstrahlen zu groß ist und unverbrauchter Brennstoff auf die Verbrennungsraumwand auftrifft. Im letzteren Fall werden zu ihrer Verminderung erfindungsgemäß weitere Maßnahmen angewendet, die darin bestehen, daß das Verhältnis zwischen der Länge L und dem Durchmesser d (s. Fig. 3) des Düsenloches 7 kleiner als vier gewählt ist. Hierdurch wird eine hinreichend feine Zerstäubung und ein hinreichend großer Divergenz winkel β des aus dem Düsenloch 7 austretenden Brennstoffstrahls erzielt, so daß Brennstoff in noch unverbranntem Zustand no auf die Verbrennungsraumwand nicht auftrifft.

Auch hier zeigt sich, daß der gesamte Einspritzvorgang berücksichtigt werden muß. Die Erfindung ist daher erst dann vollständig, wenn bei einer Einpritzdüse gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs alle kennzeichnenden Merkmale zugleich und vollzählig vorhanden sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Flüssigkeitsgekühlte Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einem von einem Kühlmantel umgebenen Düsenkörper, der in einem ungeteilten Stück die Führung der Ventilnadel, die dichtende Sitzfläche für die Nadelspitze und die zum Einspritzen dienenden Dusenlöcher vereinigt und in dem, von außen ein-

dringend und nach außen hin durch den Kühlmantel abgedeckt, eine ringsum durchlaufende Ringnut zur Kühlung des dem Verbrennungsraum zugewandten Endes der Einspritzdüse vorgesehen ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Die Sitzfläche (5) ist derart nahe an die Düsenlöcher (7) herangerückt und hierbei der bei geschlossener Nadelspitze zwischen

\o der Sitzfläche und den Düsenlöchern ver

bleibende Brennstoffraum (12) derart klein gemacht, daß derselbe höchstens das 0,6-fache des Inhalts eines über dem größten Kreis der Sitzfläche mit dem Spitzenwinkel der Nadelspitze errichteten geometrischen Kegels beträgt;-

b) die Ringnut (8) dringt derart tief in den der Sitzfläche und den Düsenlöchern benachbarten Werkstoff des Düsenkörpers (1) ein, daß der kleinste Abstand (A) der kühlenden Fläche der Ringnut von den Düsenlöchern höchstens gleich dem Durchmesser (D) des größten Kreises der Sitzfläche ist;

c) das Verhältnis zwischen der Länge (L) und dem Durchmesser (d) eines Düsenlochs ist kleiner als vier.
2. Flüssigkeitsgekühlte Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennstoffraum (12) eine Form gegeben ist, wie sie sich bei Herstellung mittels eines Kegelsenkers mit abgerundeter Spitze ergibt, dessen Durchmesser dem kleinsten Durchmesser (D¹) der Sitzfläche gleich ist und welcher höchstens den gleichen Spitzenwinkel wie die Nadelspitze, vorzugsweise aber einen noch etwas kleineren aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 499218, 510890, 575876,721753;

österreichische Patentschrift Nr. 168507;

schweizerische Patentschriften Nr, 184379,
209217,212010,227224;

britische Patentschrift Nr. 565 299; Motortechn. Zeitschrift, 1941, S. 237.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 605 709/203 11.56 (209775/2 1.63)