EP0413173B1 - Fuel injection nozzle for internal combustion engines - Google Patents
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- EP0413173B1 EP0413173B1 EP90114186A EP90114186A EP0413173B1 EP 0413173 B1 EP0413173 B1 EP 0413173B1 EP 90114186 A EP90114186 A EP 90114186A EP 90114186 A EP90114186 A EP 90114186A EP 0413173 B1 EP0413173 B1 EP 0413173B1
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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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
- F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
- F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
- F02M45/08—Injectors peculiar thereto
- F02M45/083—Having two or more closing springs acting on injection-valve
Definitions
- the invention relates to a fuel injection nozzle for internal combustion engines of the multi-hole type with a nozzle housing ending in a nozzle tip and a nozzle needle guided therein, the inside of the nozzle tip having a conical valve seat for the nozzle needle, which is also conical at its end and resiliently pressed as a valve body against the valve seat forms and in the area of this valve seat has at least one ejection hole covered by the conical end of the nozzle needle when the valve is closed and the conical section of the nozzle needle is delimited by an edge toward the blind hole and the nozzle needle opposes one another under the pressure of the supplied fuel in a first stroke phase the force of a spring lifts off the valve seat and places it against a stop which, in turn, can be displaced to a limited extent against the force of another spring in a second lifting phase.
- the invention has for its object to improve the fuel injector described with simple means so that the highest atomization is guaranteed in the first stroke phase and optimal atomization in the second stroke phase with sufficient penetration depth.
- the invention solves the problem in that the conical valve site passes into a blind hole with a sharp edge, that the center of the inlet hole of the ejection bore or at least one of the ejection bores when the valve is closed by the two at the transition from the valve seat to the blind hole and at the boundary of the conical section the nozzle needle provided edges each have a shortest distance which is at most one and a half times the diameter of the entry hole to the one edge and is selected to be equal to or greater than this amount to the other edge, and that in each case the lateral surface of the extension of the ejection bores between the The edge of the inlet hole and the surface of the imaginary cylinder resulting from the valve seat at the end of the first lifting phase is a maximum of 75% of the cross-sectional area of the ejection bore.
- the special distances between the center points of the inlet holes of the ejection bores from the two edges ensure that the flow initially passing between the inlet holes arrives at the edges with sufficient speed to be swirled into the blind hole, and then again with sufficient speed flows upwards to the lower edge of the inlet holes, so that around the entire inlet hole of the ejection hole there are approximately the same intensely turbulent flow conditions and thus a corresponding swirling takes place on the entire circumference of the inlet hole, which then occurs when deflecting into the ejection hole Turbulence is superimposed, which significantly improves the atomization and fanning out of the injected fuel.
- the invention is particularly effective in the case of injection nozzles with a two-phase stroke of the nozzle needle, because in the first stroke phase, which can last for a correspondingly long time, the nozzle needle lifts up only slightly from the valve seat and only a small passage gap is created, which actually corresponds to the desired flow conditions in the region of the injection bores ensures and brings about a uniform, defined atomization.
- the larger the passage gap and thus the amount of fuel flowing in, the less edges and holes can influence the flow conditions, even if they still spray marginally during the second stroke phase, in which the inflow lateral surface is, as usual, over 133% of the cross-sectional area of the ejection bore effect without the in this phase by the further raised nozzle needle to affect greater injection depth.
- the lateral surface of the imaginary cylinder resulting in the extension of the ejection bores between the edge of their inlet hole and the surface of the imaginary cylinder resulting from the valve seat at the end of the first lifting phase is approximately 15 to 50% of the cross-sectional area of the ejection bores, then particularly favorable conditions occur, since only then A throttle point is created in the area of the ejection bores and the desired influence of the sharp fuel deflection before entry into the entry holes, supported by the edge and hole distances, has a particularly good effect on the spatial turbulence and thus on the atomization.
- ejection bores will be provided and all of them arranged so that they meet the conditions according to the invention.
- the fuel finely atomized by the design according to the invention should emerge from the ejection bore directed towards the closest combustion chamber wall, whereas the ejection bores directed towards the distant combustion chamber wall require a different configuration or arrangement in order to achieve correspondingly wide fuel jets reaching the combustion chamber wall.
- the edge provided at the border of the conical section on the nozzle needle can at least partially have a course deviating from the course in a normal plane to the nozzle needle axis and the nozzle needle can be guided in a rotationally fixed manner, so that a suitable one Edge course for one or the other ejection hole changed flow and spray conditions.
- the nozzle housing 1 which is connected to the other parts of the device by a union nut 2, ends in a nozzle tip 3, which has a conical valve seat 4 on the inside, which has a sharp edge 5 with an angle ⁇ of approximately 145 ° (see FIG. 3) in a blind hole 6 passes over.
- a nozzle needle 7 is guided, which is resiliently pressed against the conical valve seat 4 and also has a conical end section 8, so that the nozzle needle 2 together with its end section 8 forms with the valve seat 4 in the valve, which is shown in FIGS. 1, 3, 4 and 5 in the closed position.
- a weaker spring 9 initially acts on the nozzle needle 7 and is surrounded by a much stronger spring 10.
- the fuel is fed from a fuel pump, not shown, to a channel 11 and reaches a collecting space 12, from where it penetrates along the nozzle needle 7 to the valve seat 4.
- the nozzle needle 7 or its end section 8 is lifted against the force of the spring 9 from the valve seat 4 until it lies against the surface of the stop 13.
- the nozzle tip 3 has in the region of the valve seat 4 ejection bores 15 which are covered by the conical end section 8 of the nozzle needle 7 when the valve is closed. This conical section 8 is delimited against the blind hole 6 by an edge 16.
- the outer surface M of the imaginary cylinder resulting from the extension of the ejection bore 15 between its inner edge R and the surface of the conical end section 8 should only be 15 - 50% of the cross-sectional area of the ejection bore 15, so that it is only in the region of the ejection bores 15 that the fuel flow is throttled, which leads to particularly fine atomization because of the high speeds which are the same around the inlet holes.
- the boundary edge 16a of the conical end section 8 of the nozzle needle 7 extends in a plane inclined to the axis of the nozzle needle, so that the spacing conditions apply only to the ejection bore 15 shown on the left, but not to the one shown on the right, which is not from the conical section 8 is covered, which results in different spraying conditions for the holes 15.
- the fuel flow is indicated by arrows when the nozzle needle 7 or the end section 8 of the nozzle needle 7 is lifted off the valve seat 4 in the first stroke phase. It is it can be seen that the edges 5 and 16 during the acceleration or swirling of the fuel in the area of the entry hole 17 into the ejection bore 15 precisely in this lifting phase, in which there is only a narrow gap between the end section 8 and the valve seat 4 and thus only a thin one Fuel film in the transition area to the ejection bores 15 has a decisive share.
- the fuel passes from the collecting space 12 into the space between the conical valve seat 4 and the conical end section 8 of the nozzle needle 2.
- the current threads 20 run so that they lead evenly to the upper edge of the entry holes 17, some of which have already been noticeably deflected.
- the current threads 21 already shoot over an imaginary connecting line between the centers of the entry holes 17, so that they have to be deflected by more than 90 °.
- the current threads 22 are so far away from the entry holes that they reach the edge 5, enter the blind hole 6 with the formation of secondary vortices 23, are deflected there and run again past the edge 5 past the lower edge of the entry holes 17.
- the inlet holes 17 have a distance E from one another along the valve seat 4 which is at most three and a half times the diameter or, in the case of different diameters, of the smallest diameter of the holes 17, which further improves the spraying conditions with regard to the atomization behavior.
- tapered valve seat 4 passes over a sharp edge 5 into the blind hole 6, which in turn is initially cylindrical and then - again over a sharp edge, which is an angle of 120 ° to 145 °, preferably forms about 135 °, ends in a truncated cone shape. This results in strongly pronounced edges, which also have a favorable influence on the flow behavior.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen vom Mehrlochtyp mit einem in einer Düsenkuppe endenden Düsengehäuse und einer in diesem geführten Düsennadel, wobei die Düsenkuppe innenseitig einen konischen Ventilsitz für die an ihrem Ende ebenfalls konische, als Ventilkörper federnd gegen den Ventilsitz gedrückte Düsennadel bildet und im Bereich dieses Ventilsitzes wenigstens eine bei geschlossenem Ventil vom konischen Ende der Düsennadel überdeckte Ausspritzbohrung aufweist und der konische Abschnitt der Düsennadel gegen das Sackloch hin durch eine Kante begrenzt ist und wobei sich die Düsennadel unter dem Druck des zugeführten Kraftstoffes in einer ersten Hubphase gegen die Kraft einer Feder vom Ventilsitz abhebt und an einen Anschlag anlegt, der seinerseits in einer zweiten Hubphase gegen die Kraft einer weiteren Feder begrenzt verschiebbar ist.The invention relates to a fuel injection nozzle for internal combustion engines of the multi-hole type with a nozzle housing ending in a nozzle tip and a nozzle needle guided therein, the inside of the nozzle tip having a conical valve seat for the nozzle needle, which is also conical at its end and resiliently pressed as a valve body against the valve seat forms and in the area of this valve seat has at least one ejection hole covered by the conical end of the nozzle needle when the valve is closed and the conical section of the nozzle needle is delimited by an edge toward the blind hole and the nozzle needle opposes one another under the pressure of the supplied fuel in a first stroke phase the force of a spring lifts off the valve seat and places it against a stop which, in turn, can be displaced to a limited extent against the force of another spring in a second lifting phase.
Eine derartige Kraftstoff-Einspritzdüse ist bereits bekannt (US-A- 4.715.541). Dabei ist aber die Anordnung der Ausspritzbohrungen beliebig getroffen, d.h. es bestehen keine besonderen Beziehungen zwischen der Eintrittsöffnung der Ausspritzbohrungen und den beiden vorhandenen Kanten an der Düsennadel und am Übergang vom Ventilsitz zum Sackloch bzw. zwischen den Eintrittsöffnungen. Die Folge davon ist, daß sich zum Sackloch gerichtete nicht funktionsoptimierte Kraftstoffströme ergeben können, die undefiniert sind, wodurch die Zuströmung zu den Eintrittsöffnungen hinsichtlich Menge, Strömungsgeschwindigkeit und Richtung nicht am ganzen Umfang der Eintrittsöffnungen gleich ist und somit stellenweise ungünstige Strömungsverläufe sowie geringe Strömungsgeschwindigkeiten aufweist. Durch diese verzögerten, kaum zur Turbulenz neigenden Teilströme wird nachteiligerweise der Zerstäubungseffekt beeinträchtigt.Such a fuel injector is already known (US-A-4,715,541). However, the arrangement of the ejection bores is arbitrary, ie there are no special relationships between the inlet opening of the ejection bores and the two edges present on the nozzle needle and at the transition from the valve seat to the blind hole or between the inlet openings. The consequence of this is that non-functionally optimized fuel flows directed towards the blind hole can result which are undefined, as a result of which the inflow to the inlet openings is not the same over the entire circumference of the inlet openings in terms of quantity, flow velocity and direction and thus has unfavorable flow profiles and low flow velocities in places. Due to this delayed, hardly partial flows tending to turbulence are adversely affected by the atomization effect.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderte Kraftstoff-Einspritzdüse mit einfachen Mitteln so zu verbessern, daß in der ersten Hubphase höchste Zerstäubung und in der zweiten Hubphase optimale Zerstäubung bei ausreichender Eindringtiefe gewährleistet ist.The invention has for its object to improve the fuel injector described with simple means so that the highest atomization is guaranteed in the first stroke phase and optimal atomization in the second stroke phase with sufficient penetration depth.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Konische Ventilsite scharfkantig in ein Sackloch übergeht, daß der Mittelpunkt des Eintrittsloches der Ausspritzbohrung bzw. wenigstens einer der Ausspritzbohrungen bei geschlossenem Ventil von den beiden am Übergang des Ventilsitzes zum Sackloch und an der Grenze des konischen Abschnittes der Düsennadel vorgesehenen Kanten jeweils einen kürzesten Abstand besitzt, der zu der einen Kante höchstens das Eineinhalbfache des Durchmessers des Eintrittsloches beträgt und zu der anderen Kante gleich oder größer als dieser Betrag gewählt ist, und daß jeweils die Mantelfläche des sich in Verlängerung der Ausspritzbohrungen zwischen dem Rand deren Eintrittsloches und der Oberfläche der am Ende der ersten Hubphase vom Ventilsitz abgehobenen Düsennadel ergebenden gedachten Zylinders maximal 75% der Querschnittsfläche der Ausspritzbohrung beträgt.The invention solves the problem in that the conical valve site passes into a blind hole with a sharp edge, that the center of the inlet hole of the ejection bore or at least one of the ejection bores when the valve is closed by the two at the transition from the valve seat to the blind hole and at the boundary of the conical section the nozzle needle provided edges each have a shortest distance which is at most one and a half times the diameter of the entry hole to the one edge and is selected to be equal to or greater than this amount to the other edge, and that in each case the lateral surface of the extension of the ejection bores between the The edge of the inlet hole and the surface of the imaginary cylinder resulting from the valve seat at the end of the first lifting phase is a maximum of 75% of the cross-sectional area of the ejection bore.
Durch die besonderen Abstände der Mittelpunkte der Eintrittslöcher der Ausspritzbohrungen von den beiden Kanten wird erreicht, daß die zunächst zwischen den Eintrittslöchern hindurchtretende Strömung an den Kanten noch mit ausreichender Geschwindigkeit ankommt, um in das Sackloch hinein verwirbelt zu werden, und dann auch wieder mit ausreichender Geschwindigkeit aufwärts zum unteren Rand der Eintrittslöcher strömt, daß also jeweils um das ganze Eintrittsloch der Ausspritzbohrung herum etwa die gleichen intensiv turbulenten Strömungsverhältnisse herrschen und damit auch eine entsprechende Verwirbelung am ganzen Umfang des Eintrittsloches stattfindet, der sich dann bei der Umlenkung in die Ausspritzbohrung noch eine zweite Turbulenz überlagert, was die Zerstäubung und Auffächerung des eingespritzten Brennstoffes wesentlich verbessert.The special distances between the center points of the inlet holes of the ejection bores from the two edges ensure that the flow initially passing between the inlet holes arrives at the edges with sufficient speed to be swirled into the blind hole, and then again with sufficient speed flows upwards to the lower edge of the inlet holes, so that around the entire inlet hole of the ejection hole there are approximately the same intensely turbulent flow conditions and thus a corresponding swirling takes place on the entire circumference of the inlet hole, which then occurs when deflecting into the ejection hole Turbulence is superimposed, which significantly improves the atomization and fanning out of the injected fuel.
Eine ganz wesentliche Voraussetzung dafür sind allerdings die scharfen Kanten am Übergang vom konischen Ventilsitz zum Sackloch, die die für die Verwirbelung in das Sackloch hinein erforderliche Strömungsgestaltung ermöglichen, bei der auch die Strömungsablösung eine Rolle spielt.A very important prerequisite for this, however, are the sharp edges at the transition from the conical valve seat to the blind hole, which enable the flow design required for swirling into the blind hole, in which flow separation also plays a role.
Die Erfindung ist besonders wirkungsvoll bei Einspritzdüsen mit zweiphasigem Hub der Düsennadel, weil sich in der ersten Hubphase, die entsprechend lange andauern kann, die Düsennadel nur wenig vom Ventilsitz abhebt und nur ein geringer Durchlaßspalt entsteht, der tatsächlich für die gewünschten Strömungsverhältnisse im Bereich der Ausspritzbohrungen sorgt und eine gleichmäßige definierte Zerstäubung mit sich bringt. Je größer der Durchlaßspalt und damit die zufließende Kraftstoffmenge wird, umso weniger können Kanten und Löcher die Strömungsverhältnisse beeinflussen, wenngleich sie auch noch während der zweiten Hubphase, in der die Einström-Mantelfläche wie üblich über 133 % der Querschnittsfläche der Ausspritzbohrung beträgt, eine marginale Zerstäubung bewirken, ohne die in dieser Phase durch die weiter angehobene Düsennadel größere Einspritztiefe zu beeinträchtigen.The invention is particularly effective in the case of injection nozzles with a two-phase stroke of the nozzle needle, because in the first stroke phase, which can last for a correspondingly long time, the nozzle needle lifts up only slightly from the valve seat and only a small passage gap is created, which actually corresponds to the desired flow conditions in the region of the injection bores ensures and brings about a uniform, defined atomization. The larger the passage gap and thus the amount of fuel flowing in, the less edges and holes can influence the flow conditions, even if they still spray marginally during the second stroke phase, in which the inflow lateral surface is, as usual, over 133% of the cross-sectional area of the ejection bore effect without the in this phase by the further raised nozzle needle to affect greater injection depth.
Ähnliches wird durch die vorgegebene Wahl der Abstände zwischen den Ausspritzbohrungen erreicht, da die verhältnismäßig geringe Entfernung deren Eintrittslöcher voneinander eine sonst auftretende Verzögerung der Strömungen des Kraftstoffes zwischen den Eintrittslöchern unterbindet, so daß auch keine abgebremste Rückströmung aus dem Sackloch mit ungleichmäßiger Geschwindigkeitsverteilung am Umfang der Eintrittslöcher und ungleichmäßiger Zerstäubung als Folge zu befürchten ist. Je geringer nämlich der Abstand zwischen den Eintrittslöchern in die Ausspritzbohrungen ist, umso größer wird die Geschwindigkeit der Strömung zwischen den Eintrittslöchern; es erfolgt also eine verbesserte bzw. beschleunigte und stark umgelenkte Zuströmung zum Sackloch und damit auch eine entsprechend günstigere Rückströmung von diesem. Dabei wird dieser Effekt mit einfachsten technischen Mitteln erreicht, die ja nur darin bestehen, die Ausspritzbohrungen an bestimmten Stellen anzuordnen.Something similar is achieved by the predetermined choice of the distances between the ejection bores, since the relatively small distance between their inlet holes prevents an otherwise occurring delay in the flow of fuel between the inlet holes, so that there is also no slowed backflow from the blind hole with an uneven speed distribution on the circumference of the inlet holes and uneven atomization is to be feared as a result. The smaller the distance between the entry holes in the ejection bores, the greater the velocity of the flow between the entry holes; there is therefore an improved or accelerated and strongly diverted inflow to the blind hole and thus a correspondingly more favorable backflow from the latter. This effect is achieved with the simplest technical means, which only consist in arranging the ejection bores at certain points.
Beträgt jeweils die Mantelfläche des sich in Verlängerung der Ausspritzbohrungen zwischen dem Rand deren Eintrittsloches und der Oberfläche der am Ende der ersten Hubphase vom Ventilsitz abgehobenen Düsennadel ergebenden gedachten Zylinders etwa 15 bis 50 % der Querschnittsfläche der Ausspritzbohrungen, treten besonders günstige Verhältnisse auf, da so erst im Bereich der Ausspritzbohrungen eine Drosselstelle entsteht und der gewünschte Einfluß der scharfen Brennstoffumlenkung vor Eintritt in die Eintrittslöcher, unterstützt durch die Kanten- und Lochabstände, auf die räumliche Turbulenz und somit auf die Zerstäubung besonders gut zur Geltung kommt.If in each case the lateral surface of the imaginary cylinder resulting in the extension of the ejection bores between the edge of their inlet hole and the surface of the imaginary cylinder resulting from the valve seat at the end of the first lifting phase is approximately 15 to 50% of the cross-sectional area of the ejection bores, then particularly favorable conditions occur, since only then A throttle point is created in the area of the ejection bores and the desired influence of the sharp fuel deflection before entry into the entry holes, supported by the edge and hole distances, has a particularly good effect on the spatial turbulence and thus on the atomization.
In der Regel wird man mehrere Ausspritzbohrungen vorsehen und alle so anordnen, daß sie die erfindungsgemäßen Bedingungen erfüllen. Es kann aber auch von Vorteil sein, nur eine Ausspritzbohrung oder nur einen Teil der Ausspritzbohrungen in dieser Weise vorzusehen und die übrigen Ausspritzbohrungen ohne besondere Beziehung zu den am Nadel- bzw. Sitzende vorhandenen Kanten zu belassen, und zwar dann nämlich, wenn es sich beispielsweise um einen großen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit stark exzentrisch angeordneter Einspritzdüse handelt.As a rule, several ejection bores will be provided and all of them arranged so that they meet the conditions according to the invention. However, it can also be advantageous to have only one ejection bore or only a part of the ejection bores in this To provide way and to leave the other ejection bores without any particular relationship to the edges present at the needle or seat end, namely when it is, for example, a large combustion chamber of an internal combustion engine with a strongly eccentrically arranged injection nozzle.
In diesem Fall soll aus der zu der am nächsten liegenden Brennraumwand gerichteten Ausspritzbohrung der durch die erfindungsgemäße Ausbildung fein zerstäubte Kraftstoff austreten, wogegen die zur entfernten Brennraumwand gerichteten Ausspritzbohrungen einer anderen Ausbildung bzw. Anordnung bedürfen, um entsprechend weite, die Brennraumwand erreichende Kraftstoffstrahlen zu erzielen.In this case, the fuel finely atomized by the design according to the invention should emerge from the ejection bore directed towards the closest combustion chamber wall, whereas the ejection bores directed towards the distant combustion chamber wall require a different configuration or arrangement in order to achieve correspondingly wide fuel jets reaching the combustion chamber wall.
Um auf rationelle Weise für diese unterschiedlichen Ausspritzbedingungen zu sorgen, kann erfindungsgemäß die an der Grenze des konischen Abschnittes an der Düsennadel vorgesehene Kante zumindest teilweise einen vom Verlauf in einer Normalebene zur Düsennadelachse abweichenden Verlauf besitzen und die Düsennadel drehfest geführt sein, so daß durch einen geeigneten Kantenverlauf für die eine oder andere Ausspritzbohrung geänderte Strömungs- und Ausspritzverhältnisse entstehen.In order to provide these different injection conditions in a rational manner, the edge provided at the border of the conical section on the nozzle needle can at least partially have a course deviating from the course in a normal plane to the nozzle needle axis and the nozzle needle can be guided in a rotationally fixed manner, so that a suitable one Edge course for one or the other ejection hole changed flow and spray conditions.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß bei abgehobener Düsennadel die Kante des konischen Abschnittes tiefer liegt als der untere Mündungsrand des Einspritzloches. Wenn diese Bedingung auch in der zweiten Hubphase erfüllt ist, erfolgt in dieser die vorerwähnte marginale Zerstäubung bei im wesentlichen unverminderter Einspritztiefe.It is within the scope of the invention that when the nozzle needle is lifted off, the edge of the conical section lies lower than the lower mouth edge of the injection hole. If this condition is also met in the second stroke phase, the aforementioned marginal atomization takes place in this with an essentially undiminished injection depth.
Optimale Strömungsverhältnisse liegen vor, wenn die Erzeugenden von konischem Ventilsitz und Sackloch einen Winkel von 120° bis maximal 145° einschließen. So wird beste Strömungsablösung ohne Bildung von Totzonen, in denen Kavitationsgefahr besteht, erreicht.Optimal flow conditions exist when the generators of the conical valve seat and blind hole enclose an angle of 120 ° to a maximum of 145 °. In this way the best flow separation is achieved without the formation of dead zones in which there is a risk of cavitation.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen
- Fig. 1
- die erfindungswesentlichen Teile einer Kraftstoff-Einspritzdüse mit zweiphasigem Nadelhub in vereinfachter Darstellung im Axialschnitt,
- Fig. 2
- den Bereich einer Ausspritzbohrung als vergrößertes Detail,
- Fig. 3
- das Ende des Düsengehäuses mit der Düsenkuppe und auf den Ventilsitz gedrückter Düsennadel, ebenfalls im Axialschnitt größeren Maßstabes,
- Fig. 4 und 5
- zwei Ausführungsvarianten in gleicher Darstellungsweise,
- Fig. 6
- das Ende des Düsengehäuses bei in der ersten Hubphase vom Ventilsitz abgehobener Düsennadel mit angedeuteter Kraftstoffströmung in weiterer Vergrößerung,
- Fig. 7
- einen Teil des Ventilsitzes der Düsenkuppe in Abwicklung mit angedeuteter Kraftstoffströmung und
- Fig. 8 und 9
- Anordnungsmöglichkeiten der Eintrittslöcher in die Ausspritzbohrungen in einer der Fig. 7 entsprechenden Darstellungsweiese.
- Fig. 1
- the parts of a fuel injection nozzle with two-phase needle stroke essential to the invention in a simplified representation in axial section,
- Fig. 2
- the area of an ejection hole as an enlarged detail,
- Fig. 3
- the end of the nozzle housing with the nozzle tip and the nozzle needle pressed onto the valve seat, also in axial section on a larger scale,
- 4 and 5
- two versions in the same representation,
- Fig. 6
- the end of the nozzle housing with the nozzle needle lifted off the valve seat in the first stroke phase with the indicated fuel flow in a further enlargement,
- Fig. 7
- part of the valve seat of the nozzle tip in development with indicated fuel flow and
- 8 and 9
- Possibilities of arrangement of the entry holes in the ejection bores in a representation corresponding to FIG. 7.
Das Düsengehäuse 1, das durch eine Überwurfmutter 2 mit den übrigen Vorrichtungsteilen verbunden ist, endet in einer Düsenkuppe 3, die innenseitig einen konischen Ventilsitz 4 aufweist, der mit scharfer Kante 5 mit einem Winkel β von etwa 145° (siehe Fig. 3) in ein Sackloch 6 übergeht. Im Düsengehäuse 1 ist eine Düsennadel 7 geführt, die federnd gegen den konischen Ventilsitz 4 gedrückt wird und ebenfalls einen konischen Endabschnitt 8 besitzt, so daß die Düsennadel 2 mit ihrem Endabschnitt 8 zusammen mit dem Ventilsitz 4 in Ventil bildet, das in den Fig. 1, 3, 4 und 5 in geschlossener Stellung dargestellt ist. Auf die Düsennadel 7wirkt zunächst eine schwächere Feder 9 ein, die von einer wesentlich stärkeren Feder 10 umschlossen ist. Der Kraftstoff wird von einer nicht dargestellten Kraftstoffpumpe einem Kanal 11 zugeführt und gelangt in einen Sammelraum 12, von wo er entlang der Düsennadel 7 bis zum Ventilsitz 4 vordringt.The nozzle housing 1, which is connected to the other parts of the device by a
Steigt der Pumpendruck an, so wird die Düsennadel 7 bzw. deren Endabschnitt 8 gegen die Kraft der Feder 9 vom Ventilsitz 4 so weit abgehoben, bis sie sich gegen die Fläche des Anschlags 13 legt. Das ist die erste Hubphase, in der die Mantelfläche des gedachten Zylinders max. 75 % des Querschnittes der Ausspritzbohrung beträgt. Erst bei weiterem Anstieg des Kraftstoffdruckes wird dann auch der Anschlag 13 gegen die Kraft der Feder 10 bis zum Anlegen an eine Innenschulter 14a einer Hülse 14 angehoben. Das ist die zweite Hubphase, in der die Mantelfläche größer als der Querschnitt der Ausspritzbohrung ist.If the pump pressure rises, the
Die Düsenkuppe 3 weist im Bereich des Ventilsitzes 4 Ausspritzbohrungen 15 auf, die bei geschlossenem Ventil vom konischen Endabschnitt 8 der Düsennadel 7 überdeckt sind. Dieser konische Abschnitt 8 ist gegen das Sackloch 6 hin durch eine Kante 16 begrenzt.The
Wie in Fig. 2 angedeutet, soll nun für besonders gute Resultate nach der ersten Hubphase der Düsennadel 7 jeweils die Mantelfläche M des sich in Verlängerung der Ausspritzbohrung 15 zwischen deren innerem Rand R und der Oberfläche des konischen Endabschnittes 8 sich ergebenden gedachten Zylinders nur 15 - 50 % der Querschnittsfläche der Ausspritzbohrung 15 betragen, so daß es erst im Bereich der Ausspritzbohrungen 15 zu einer Drosselung der Kraftstoffströmung kommt, die wegen der hohen und rund um die Eintrittslöcher gleichen Geschwindigkeiten zu einer besonders feinen Zerstäubung führt.As indicated in FIG. 2, for particularly good results after the first stroke phase of the
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Mittelpunkt der Einspritzlöcher 17 in die Ausspritzbohrungen 15 von der Kante 5 am Übergang zum Sackloch 6 einen Abstand a aufweist, der etwas kleiner ist als das Eineinhalbfache des Durchmessers des Eintrittsloches 17. Dagegen hat dieser Mittelpunkt des Eintrittsloches 17 bei geschlossenem Ventil einen Abstand A von der Kante 16 der Düsennadel 7, der bei diesem Ausführungsbeispiel größer als dieser Betrag bemessen ist.From Fig. 3 it can be seen that the center of the
Die Ausbildung nach Fig. 4 unterscheidet sich von jener nach Fig. 3 nur dadurch, daß der Abstand a des Mittelpunktes der Eintrittslöcher 17 in die Ausspritzbohrung 15 von der Kante 5 größer ist als der Abstand A von der Begrenzungskante 16 des kegeligen Abschnittes 8 der Düsennadel 7, wobei auch hier als Grenzmaß das Eineinhalbfache des Durchmessers des Eintrittsloches 17 gilt. Der Begrenzungskante 16 ist hier noch ein Kegelstumpf 18 vorgesetzt.4 differs from that of FIG. 3 only in that the distance a from the center of the entry holes 17 into the ejection bore 15 from the
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 verläuft die Begrenzungskante 16a des kegeligen Endabschnittes 8 der Düsennadel 7 in einer zur Düsennadelachse schrägen Ebene, so daß die Abstandsbedingungen nur für die links dargestellte Ausspritzbohrung 15 gelten, nicht aber für die rechts dargestellte, die nicht vom konischen Abschnitt 8 überdeckt wird, was gezielt unterschiedliche Ausspritzbedingungen für die Bohrungen 15 ergibt.5, the
Aus Fig. 5 ist weiterhin erkennbar, daß hier zwischen der Wandung des konischen Ventilsitzes und dem Endabschnitt 8 der Ventilspitze ein spitzer Winkel Δ gebildet ist, welcher beispielsweise in den Grenzen zwischen 0,2 bis 1,0° liegen kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer guten Dichtung, und zwar immer genau über der Ausspritzbohrung.From Fig. 5 it can also be seen that here between the wall of the conical valve seat and the
In Fig. 6 ist die Kraftstoffströmung bei in der ersten Hubphase vom Ventilsitz 4 abgehobener Düsennadel 7 bzw. abgehobenem Endabschnitt 8 der Düsennadel 7 durch Pfeile angedeutet. Es ist ersichtlich, daß die Kanten 5 und 16 bei der Beschleunigung bzw. Verwirbelung des Kraftstoffes im Bereich des Eintrittsloches 17 in die Ausspritzbohrung 15 gerade in dieser Hubphase, in der es nur zu einem schmalen Spalt zwischen Endabschnitt 8 und Ventilsitz 4 und dadurch nur zu einem dünnen Kraftstoffilm im Übergangsbereich zu den Ausspritzbohrungen 15 kommt, entscheidenden Anteil haben.6, the fuel flow is indicated by arrows when the
Diese Strömungsverhältnisse in der ersten Hubphase sind in der Abwicklung des Ventilsitzes nach Fig. 7 noch besser verdeutlicht: der Brennstoff tritt vom Sammelraum 12 in den Raum zwischen konischem Ventilsitz 4 und dem konischen Endabschnitt 8 der Düsennadel 2. Die Stromfäden 20 verlaufen so, daß sie gleichmäßig zum oberen Rand der Eintrittslöcher 17 führen, wobei einige bereits merklich umgelenkt werden. Die Stromfäden 21 schießen bereits über eine gedachte Verbindungslinie der Mittelpunkte der Eintrittslöcher 17 hinaus, so daß sie um mehr als 90° umgelenkt werden müssen. Die Stromfäden 22 sind soweit von den Eintrittslöchern entfernt, daß sie die Kante 5 erreichen, unter Bildung von Sekundärwirbeln 23 in das Sackloch 6 eintreten, dort umgelenkt werden und wieder an der Kante 5 vorbei dem unteren Rand der Eintrittslöcher 17 zulaufen. Dadurch ist bei erfindungsgemäßem Abstand zwischen den Eintrittslöchern 17 und Abstand der Eintrittslöcher 17 von der Kante 5 bzw.16 eine am Umfang der Eintrittslöcher gleichmäßig verteilte, vorverwirbelte Strömung enstanden und beste Zerstäubung gewährleistet.These flow conditions in the first stroke phase are even better illustrated in the development of the valve seat according to FIG. 7: the fuel passes from the collecting
Aus Fig. 6 geht darüber hinaus deutlich hervor, daß bei abgehobener Düsennadel 7 die Kante 16 des konischen Abschnittes 8 tiefer als der untere Mündungsrand des Eintrittsloches 17 der Ausspritzbohrung 15 liegt. Damit tritt eine scharfe Umlenkung des Kraftstoffes von jeder Seite des Mündungsrandes des Eintrittsloches 17 ein, wodurch eine Verbesserung des Zerstäubungseffektes gegeben ist.6 also clearly shows that when the
Aus der Abwicklung des Ventilsitzes 4 nach den Fig. 8 und 9 ergibt sich, daß die Eintrittslöcher 17 eine entlang des Ventilsitzes 4 gemessene Entfernung E voneinander besitzen, die höchstens das Dreieinhalbfache des Durchmessers bzw. bei unterschiedlichen Durchmessern des kleinsten Durchmessers der Löcher 17 beträgt, wodurch die Ausspritzbedingungen hinsichtlich des Zerstäubungsverhaltens weiter verbessert werden.From the development of the
Allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist gemeinsam, daß der kegelige Ventilsitz 4 über eine scharfe Kante 5 in das Sackloch 6 übergeht, welches seinerseits zunächst zylinderförmig ausgebildet ist und dann - wiederum über eine scharfe Kante, die einen Winkel von 120° bis 145°, vorzugsweise etwa 135° bildet, in eine Kegelstumpfform mündet. Es ergeben sich damit jeweils stark ausgeprägte Kanten, welche das Strömungsverhalten zusätzlich günstig beeinflussen.All embodiments of the present invention have in common that the tapered
Claims (8)
- Fuel injector for an internal combustion engine of the multi-hole type comprizing a nozzle body (1) ending in a nozzle tip (3) and a pintle (7) guided in the latter, the inside of the nozzle tip constituting a conical valve seat (4) for the pintle (7), said pintle having a conical tip resiliently biased against said conical valve seat, the nozzle tip presenting in the region of the valve seat at least one discharge bore (15) covered by the conical tip of the pintle when the valve is closed, the conical tip (8) of the pintle forming an edge (16) on the side of a blind bore, and the pintle being lifted from the valve seat by the pressure of the supplied fuel in a first lifting phase against the bias of a spring (9) to engage a stop (13), the stop being in turn limitedly displaceable in a second lifting phase against the bias of a further spring (10), caracterited in that the conical valve seat forms a sharp edge with the blind bore (6); in that the minimum distance (a;A) from the center of the entrance opening (17) of the discharge bore (15), or at least one of the discharge bores, of either the edge (5) at the transition from the valve seat (4) to the blind bore or the edge (16) at the transition of the conical tip (8) of the pintle (7), is not in excess of one-and-a half times the diameter of the entrance opening (17) with respect to one of the edges (5;16), and equal or larger with respect to the other of the edges (16;5), when the valve is in its closed position; and in that the generated surface (M) of an imaginary cylinder formed as an extension of the dicharge bores (15) between the inner rim (R) of their entrance opening (17) and the surface of the pintle (7) when the pintle (7) is lifted in its first lifting phase is not in eccess of 75 % of the cross section of the dicharge bore (15).
- Fuel injector as set forth in claim 1, caracterized in that the distances between the centers of the entrance openings (17), taken along the surface of the valve seat (4), are not in eccess of three-and-a-half times the diameter of the discharge bore, in case of two or more discharge bores (15).
- Fuel injector as set forth in claims 1 and 2, caracterized in that the generated surface (M) of an imaginary cylinder formed as an extension of the dicharge bores (15) between the inner rim (R) of their entrance opening (17) and the surface of the pintle (7) when the pintle (7) is lifted in its first lifting phase is between 15 % and 50 % of the cross section of the dicharge bore (15).
- Fuel injector as set forth in any of the claims 1 to 3, caracterized in that the edge (16a) formed at the transition of the pintle (7) to its conical tip (8) deviates at least in part from a plane that is normal to an axis of the pintle and that the pintle (7) is guided so as to resist rotation, in case of two or more discharge bores (15).
- Fuel injector as set forth in one of the preceding claims, caracterized in that an acute angle δ between 0,2 and 1,0 ° ist formed between the surface of the conical valve seat (4) and the tip (8) of the pintle (7).
- Fuel injector as set forth in one of the preceding claims, caracterized in that when the pintle (7) is lifted in the first lifting phase, the edge (16) of the conical tip (8) extends past the lower rim of the entrance opening of the discharge bore (17).
- Fuel injector as set forth in claim 1, caracterized in that the genaratrices in the same axial plane of the conical valve seat and of the blind bore form an angle β of less than 145°.
- Fuel injector as set forth in one of the preceding claims, caracterized in thatthe blind bore terminates in a truncated cone having seides which form an angle therebetween of 120 and 145 °.
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