EP0067143A1 - Fuel injection nozzle - Google Patents

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EP0067143A1
EP0067143A1 EP82890062A EP82890062A EP0067143A1 EP 0067143 A1 EP0067143 A1 EP 0067143A1 EP 82890062 A EP82890062 A EP 82890062A EP 82890062 A EP82890062 A EP 82890062A EP 0067143 A1 EP0067143 A1 EP 0067143A1
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nozzle
spray
fuel injection
recess
needle
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EP82890062A
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Inventor
Peter Dipl.-Ing. Dr. Herzog
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Friedmann and Maier AG
Original Assignee
Friedmann and Maier AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • F02M61/1846—Dimensional characteristics of discharge orifices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1873—Valve seats or member ends having circumferential grooves or ridges, e.g. toroidal

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection nozzle for internal combustion engines with an injection needle having a sealing cone that controls spray openings and opens against the flow direction of the fuel and a closing force, and with a nozzle body that accommodates the nozzle needle and that defines a pressure chamber and a blind hole, in which a nozzle body with the sealing cone interacting, separating pressure chamber and blind hole, preferably conical needle seat is arranged, wherein preferably arranged in the nozzle body, covered by the sealing cone and sealable from the pressure chamber in the needle seat begin.
  • fuel injection nozzles fuel is displaced from the blind hole when the nozzle needle is closed, designs being known in which the nozzle needle closes off the blind hole volume from the combustion chamber after it has been seated on the valve seat.
  • the invention now aims to keep the wear of the nozzle body as low as possible in a fuel injection nozzle of the type mentioned at the outset without one. Restriction with regard to the exit angle of the spray openings to the nozzle axis.
  • the invention essentially consists in that the spray openings open into a recess of the nozzle body which is concentric with the axis of the nozzle needle. Due to the recess arranged in the nozzle body and concentric with the axis of the nozzle needle, the transition angle between the generatrices of the spray openings and the adjacent inner wall parts of the nozzle body can be relatively increased, so that the formation of very acute angles is avoided, which increases the service life of the dome wall or the nozzle body becomes.
  • the design is such that the recess is arranged in the region of the seat surface of the nozzle needle. With such an arrangement, a reliable separation of the blind hole volume from the combustion chamber is ensured.
  • the smallest angle between the axis of the spray openings and the wall part of the recess adjoining the spray openings is larger than the smallest angle between the axis of the spray opening and the generatrices of the inner lateral surface of the nozzle body adjacent to the recess.
  • the recess is toroidal, preferably the the circular line connecting the centers of the cross-sectional area of the torus crosses or intersects the axes of the spray openings, the maximum normal distance of this circular line from the axes of the spray opening being less than half the radius of the cross-sectional area of the torus.
  • FIG. 1 shows an axial section through a nozzle body according to the invention
  • FIG. 2 shows an enlarged representation of the dome wall region of the nozzle body according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows an embodiment according to the prior art.
  • Fig. 1 denotes the nozzle body.
  • a blind hole 3 is provided on the end face 2 facing the combustion chamber.
  • the spray openings 4 run essentially radially to the axis 5 of the nozzle needle or the nozzle body 1. Near the blind hole 3 there is a toroidal recess 6, shown enlarged in FIG.
  • the axes of the spray openings 4 form an angle ⁇ of up to 90 ° with the axis of the nozzle body 1.
  • the dome wall 7 of the nozzle body 1 is shown enlarged.
  • the seat 8 of the nozzle needle extends here over the length a, the toroidal recess 6 being arranged within the seat 8.
  • the resulting in the training according to the prior art, as shown in Fig. 3, at large angles ⁇ acute angle ⁇ between the generators or the direction of the axis 9 of the spray openings 4 and the inner wall or dome wall 7 is by the toroidal Flattened recess so that the smallest transition angle to the wall parts mentioned is significantly increased.
  • the corresponding angle ⁇ is like from
  • FIG. 2 shows that it is significantly larger than the angle ⁇ according to FIG. 3 which results from the prior art.
  • the center 10 of the cross-sectional area of the torus 11 is located near the axis 9 of the spray openings 4, the maximum normal distance b being less than half the radius c of the cross-sectional area of the torus, as a result of which a. large angle ⁇ at the transition surface.

Abstract

A fuel injection nozzle consists of a nozzle body (1) exhibiting spray openings (4) and of a movably arranged nozzle needle (13) which controls the spray openings (4) and which exhibits a sealing cone which operates in conjunction with a needle seat (8) formed in the nozzle body (1), in the area of which seat the spray openings (4) begin. To avoid erosion and other wear phenomena at the transition from the needle seat (8) into the spray openings (4), particularly at points of a transition at an acute angle, it is provided that the spray openings (4) open into a recess (6), which is concentric with respect to the axis (5) of the nozzle needle (13), of the nozzle body (1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einer einen Dichtkegel aufweisenden Spritzöffnungen steuernden und entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffes sowie einer Schließkraft öffnenden Düsennadel und mit einem die Düsennadel aufnehmenden, mit dieser einen Druckraum sowie ein Sackloch begrenzenden Düsenkörper, in dem ein mit dem Dichtkegel zusammenwirkender, Druckraum und Sackloch trennender, vorzugsweise konischer Nadelsitz angeordnet ist, wobei vorzugsweise die im Düsenkörper angeordneten, durch den Dichtkegel überdeckten und zum Druckraum hin abdichtbaren Spritzöffnungen im Nadelsitz beginnen. Bei derartigen Kraftstoffeinspritzdüsen wird beim Schließen der Düsennadel aus dem Sackloch Kraftstoff verdrängt, wobei Ausführungen bekannt sind, bei welchen die Düsennadel nach Aufsitzen auf dem Ventilsitz das Sacklochvolumen vom Brennraum abschließt. Für die Kohlenwasserstoffemission ist in diesem Fall nur mehr das Volumen der Spritzöffnungen,nicht aber die Summe aus Spritzlochvolumen und Sacklochvolumen maßgeblich. Es wird zwar angestrebt, das Restsacklochvolumen so klein wie möglich zu halten, jedoch ist es fertigungstechnisch nahezu ausgeschlossen, eine sacklochfreie Düse der eingangs genannten Art herzustellen. Sowohl die Dichtfläche der Düsennadel als auch die Nadelsitzfläche müssen fein bearbeitet werden, wobei hiezu eine Begrenzung der jeweiligen Flächen erforderlich ist. Es sind Ausbildungen derartiger Kraftstoffeinspritzdüsen bekannt, bei welchen die Spritzöffnungen im Sackloch beginnen, jedoch haben diese Ausbildungen den Nachteil, daß das Sacklochvolumen einen negativen Einfluß auf die Kohlenwasserstoffemission zur Folge hat.The invention relates to a fuel injection nozzle for internal combustion engines with an injection needle having a sealing cone that controls spray openings and opens against the flow direction of the fuel and a closing force, and with a nozzle body that accommodates the nozzle needle and that defines a pressure chamber and a blind hole, in which a nozzle body with the sealing cone interacting, separating pressure chamber and blind hole, preferably conical needle seat is arranged, wherein preferably arranged in the nozzle body, covered by the sealing cone and sealable from the pressure chamber in the needle seat begin. With such fuel injection nozzles, fuel is displaced from the blind hole when the nozzle needle is closed, designs being known in which the nozzle needle closes off the blind hole volume from the combustion chamber after it has been seated on the valve seat. In this case, only the volume of the spray openings is decisive for the hydrocarbon emission, but not the sum of the spray hole volume and the blind hole volume. Although the aim is to keep the residual blind hole volume as small as possible, it is almost impossible in terms of manufacturing technology to produce a blind hole-free nozzle of the type mentioned at the beginning. Both the sealing surface of the nozzle needle and the needle seat surface must be finely machined, for which purpose a limitation of the respective surfaces is required. Designs of such fuel injection nozzles are known, in which the spray openings begin in the blind hole, but these designs have the disadvantage that the blind hole volume has a negative influence on the hydrocarbon emission.

Bei den bekannten Kraftstoffeinspritzdüsen der eingangs genannten Art hat sich im Zuge des Betriebs ein hoher Verschleiß am Übergang der Innenmantelfläche des Düsenkörpers in die Spritzöffnungen gezeigt, wodurch es bei hohen Einspritzdrücken häufig zu Kuppenwandrissen kam. Maßgeblich für die Ausbildung derartiger Verschleißerscheinungen sind die jeweils kleinsten Winkel am Übergang zwischen Spritzöffnung und Innenwand des Düsenkörpers. Je spitzer der kleinste derartige Winkel verläuft, desto häufiger wurden vorzeitige Risse in der Kuppenwand beobachtet.In the case of the known fuel injection nozzles of the type mentioned at the outset, a high level of wear has occurred at the transition of the inner surface of the nozzle body during operation shown in the spray openings, which often led to cracking of the top of the wall at high injection pressures. The smallest angles at the transition between the spray opening and the inner wall of the nozzle body are decisive for the formation of such wear phenomena. The more acute the smallest such angle is, the more frequently premature cracks were observed in the crest wall.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, den Verschleiß des Düsenkörpers bei einer Kraftstoffeinspritzdüse der eingangs genannten Art so gering wie nur möglich zu halten, ohne eine. Einschränkung in bezug auf den Austrittswinkel der Spritzöffnungen zur Düsenachse hinnehmen zu müssen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß-die Spritzöffnungen in eine zur Achse der Düsennadel konzentrische Ausnehmung des Düsenkörpers münden. Durch die im Düsenkörper angeordnete, zur Achse der Düsennadel konzentrische Ausnehmung kann der übergangswinkel zwischen den Erzeugenden der Spritzöffnungen und den benachbarten Innenwandteilen des Düsenkörpers relativ vergrößert werden, so daß die Ausbildung sehr spitzer Winkel vermieden wird, wodurch die Lebensdauer der Kuppenwand bzw. des Düsenkörpers erhöht wird.The invention now aims to keep the wear of the nozzle body as low as possible in a fuel injection nozzle of the type mentioned at the outset without one. Restriction with regard to the exit angle of the spray openings to the nozzle axis. To achieve this object, the invention essentially consists in that the spray openings open into a recess of the nozzle body which is concentric with the axis of the nozzle needle. Due to the recess arranged in the nozzle body and concentric with the axis of the nozzle needle, the transition angle between the generatrices of the spray openings and the adjacent inner wall parts of the nozzle body can be relatively increased, so that the formation of very acute angles is avoided, which increases the service life of the dome wall or the nozzle body becomes.

In vorteilhafter Weise ist die Ausbildung hiebei so getroffen, daß die Ausnehmung im Bereich der Sitzfläche der Düsennadel angeordnet ist. Bei einer derartigen Anordnung wird eine sichere Trennung des Sacklochvolumens vom Brennraum gewährleistet.In an advantageous manner, the design is such that the recess is arranged in the region of the seat surface of the nozzle needle. With such an arrangement, a reliable separation of the blind hole volume from the combustion chamber is ensured.

Vorzugsweise ist erfindungsgemäß der kleinste Winkel zwischen der Achse der Spritzöffnungen und dem an die Spritzöffnungen anschließenden Wandteil der Ausnehmung größer als der kleinste Winkel zwischen der Achse der Spritzöffnung und den Erzeugenden der der Ausnehmung benachbarten Innenmantelfläche des Düsenkörpers. In besonders einfacher Weise ist hiebei die Ausnehmung torusförmig ausgebildet, wobei vorzugsweise die die Mittelpunkte der Querschnittsfläche der Toruse verbindende Kreislinie die Achsen der Spritzöffnungen kreuzt oder schneidet, wobei der maximale Normalabstand dieser Kreislinie von den Achsen der Spritzöffnung kleiner ist als der halbe Radius der Querschnittsfläche des Torus. Bei einer derartigen Ausbildung ist ein weitgehend an den rechten Winkel angenäherter kleinster Übergangswinkel zwischen Spritzöffnung und der Wand des Düsenkörpers gewährleistet.According to the invention, the smallest angle between the axis of the spray openings and the wall part of the recess adjoining the spray openings is larger than the smallest angle between the axis of the spray opening and the generatrices of the inner lateral surface of the nozzle body adjacent to the recess. In a particularly simple manner, the recess is toroidal, preferably the the circular line connecting the centers of the cross-sectional area of the torus crosses or intersects the axes of the spray openings, the maximum normal distance of this circular line from the axes of the spray opening being less than half the radius of the cross-sectional area of the torus. With such a design, a smallest transition angle between the spray opening and the wall of the nozzle body, which is largely approximated to the right angle, is ensured.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Düsenkörper, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Kuppenwandbereiches des Düsenkörpers nach Fig. 1 und Fig. 3 eine Ausbildung gemäß dem Stand der Technik.The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing. 1 shows an axial section through a nozzle body according to the invention, FIG. 2 shows an enlarged representation of the dome wall region of the nozzle body according to FIG. 1 and FIG. 3 shows an embodiment according to the prior art.

In Fig. 1 ist mit 1 der Düsenkörper bezeichnet. An der dem Brennraum zugewandten Stirnseite 2 ist ein Sackloch 3 vorgesehen. Die Spritzöffnungen 4 verlaufen im wesentlichen radial zur Achse 5 der Düsennadel bzw. des Düsenkörpers 1. Nahe dem Sackloch 3 ist eine in Fig. 2 vergrößert dargestellte torusförmige Ausnehmung 6 vorgesehen. Die Achsen der Spritzöffnungen 4 schließen mit der Achse des Düsenkörpers 1 einen Winkel αvon bis zu 90° ein.In Fig. 1, 1 denotes the nozzle body. A blind hole 3 is provided on the end face 2 facing the combustion chamber. The spray openings 4 run essentially radially to the axis 5 of the nozzle needle or the nozzle body 1. Near the blind hole 3 there is a toroidal recess 6, shown enlarged in FIG. The axes of the spray openings 4 form an angle α of up to 90 ° with the axis of the nozzle body 1.

In Fig. 2 ist die Kuppenwand 7 des Düsenkörpers 1 vergrößert dargestellt. Die Sitzfläche 8 der Düsennadel erstreckt sich hiebei über die Länge a, wobei die torusförmige Ausnehmung 6 innerhalb der Sitzfläche 8 angeordnet ist. Der sich bei der Ausbildung nach dem Stand der Technik, wie in Fig. 3 dargestellt, bei großen Winkeln α ergebende spitze Winkel ß zwischen den Erzeugenden bzw. der Richtung der Achse 9 der Spritzöffnungen 4 und der Innenwand bzw. Kuppenwand 7 wird durch die torusförmige Ausnehmung abgeflacht, so daß der kleinste übergangswinkel zu den genannten Wandteilen wesentlich vergrößert wird. Der entsprechende Winkel γ ist wie aus2 the dome wall 7 of the nozzle body 1 is shown enlarged. The seat 8 of the nozzle needle extends here over the length a, the toroidal recess 6 being arranged within the seat 8. The resulting in the training according to the prior art, as shown in Fig. 3, at large angles α acute angle β between the generators or the direction of the axis 9 of the spray openings 4 and the inner wall or dome wall 7 is by the toroidal Flattened recess so that the smallest transition angle to the wall parts mentioned is significantly increased. The corresponding angle γ is like from

Fig. 2 hervorgeht, wesentlich größer als der sich nach dem Stand der Technik ergebende Winkel β gemäß Fig. 3.FIG. 2 shows that it is significantly larger than the angle β according to FIG. 3 which results from the prior art.

Der Mittelpunkt 10 der Querschnittsfläche des Torus 11 liegt hiebei nahe der Achse 9 der Spritzöffnungen 4, wobei der maximale Normalabstand b kleiner ist als der halbe Radius c der Querschnittsfläche des Torus, wodurch sich ein möglichst . großer Winkel γ an der Übergangsfläche ergibt.The center 10 of the cross-sectional area of the torus 11 is located near the axis 9 of the spray openings 4, the maximum normal distance b being less than half the radius c of the cross-sectional area of the torus, as a result of which a. large angle γ at the transition surface.

Bei der dem Stand der Technik entsprechenden Ausbildung nach Fig. 3 kommt es vor allen Dingen zu Verschleißerscheinungen; längs der Verschneidungslinie 12 am Übergang der Spritzöffnungen 4 in die Kuppenwand 8, sowie zu Rissen der Kuppenwand 8 und damit zu einem Unbrauchbarwerden des Düsenkörpers 1.3, there are signs of wear and tear; along the intersection line 12 at the transition of the spray openings 4 into the dome wall 8, as well as to cracks in the dome wall 8 and thus to the nozzle body 1 becoming unusable.

In Fig. 2 ist das auf dem Nadelsitz anliegende Vorderende der Düsennadel mit 13 angedeutet.2, the front end of the nozzle needle resting on the needle seat is indicated by 13.

Claims (5)

1. Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einer einen Dichtkegel aufweisenden, Spritzöffnungen (4) steuernden und entgegen der Strömungsrichtung des Kraftstoffes sowie einer Schließkraft öffnenden Düsennadel (13) und mit einem die Düsennadel (13) aufnehmenden, mit dieser einen Druckraum sowie ein Sackloch (3) begrenzenden Düsenkörper (1), in dem ein mit dem Dichtkegel zusammenwirkender, Druckraum und Sackloch trennender, vorzugsweise konischer Nadelsitz (8) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die im Düsenkörper (1) angeordneten, durch den Dichtkegel überdeckten und zum Druckraum hin abdichtbaren Spritzöffnungen (4) im Nadelsitz (8) beginnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzöffnungen (4) in eine zur Achse (5) der Düsennadel (13) konzentrische Ausnehmung (6) des Düsenkörpers (1) münden.1. Fuel injection nozzle for internal combustion engines with a nozzle cone (13) controlling a spray cone and controlling spray openings (4) and opening against the flow direction of the fuel and a closing force, and with a nozzle needle (13) receiving the same, with this a pressure chamber and a blind hole (3) delimiting nozzle body (1), in which a preferably conical needle seat (8) cooperating with the sealing cone, separating the pressure chamber and blind hole, is arranged, preferably the spray openings (4) arranged in the nozzle body (1), covered by the sealing cone and sealable from the pressure chamber ) begin in the needle seat (8), characterized in that the spray openings (4) open into a recess (6) of the nozzle body (1) which is concentric with the axis (5) of the nozzle needle (13). 2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (6) im Bereich der Sitzfläche (8) der Düsennadel (13) angeordnet ist.2. Fuel injection nozzle according to claim 1, characterized in that the recess (6) in the region of the seat surface (8) of the nozzle needle (13) is arranged. 3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Winkel (dr) zwischen der Achse (9) der Spritzöffnung (4) und dem an die Spritzöffnung (4) anschließenden Wandteil der Ausnehmung (6) größer ist als der kleinste Winkel (β) zwischen der Achse (9) der Spritzöffnung (4) und den Erzeugenden der der Ausnehmung (6) benachbarten Innenmantelfläche (7) des Düsenkörpers (1).3. Fuel injection nozzle according to claim 1 or 2, characterized in that the smallest angle (dr) between the axis (9) of the spray opening (4) and the wall part of the recess (6) adjoining the spray opening (4) is larger than the smallest Angle (β) between the axis (9) of the spray opening (4) and the generatrix of the inner surface (7) of the nozzle body (1) adjacent to the recess (6). 4. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (6) torusförmig ausgebildet ist.4. Fuel injection nozzle according to one of claims 1 to 3, characterized in that the recess (6) is toroidal. 5. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Mittelpunkte (10) der Querschnittsfläche des Torus (11) verbindende Kreislinie die Achsen der Spritzöffnungen (4) kreuzt oder schneidet, wobei der maximale Normalabstand (b) dieser Kreislinie von den Achsen der Spritzöffnung (4) kleiner ist als der halbe Radius (c) der Querschnittsfläche des Torus (11).5. Fuel injection nozzle according to claim 4, characterized in that the center line (10) of the cross-sectional area of the torus (11) connecting or intersecting the axes of the spray openings (4), the maximum normal distance (b) of this circular line from the axes of the Spray opening (4) is smaller than half the radius (c) of the cross-sectional area of the torus (11).
EP82890062A 1981-06-10 1982-04-30 Fuel injection nozzle Withdrawn EP0067143A1 (en)

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AT2586/81 1981-06-10

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