EP0440674B1 - Kraftstoff-einspritzdüse für brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0440674B1
EP0440674B1 EP89910836A EP89910836A EP0440674B1 EP 0440674 B1 EP0440674 B1 EP 0440674B1 EP 89910836 A EP89910836 A EP 89910836A EP 89910836 A EP89910836 A EP 89910836A EP 0440674 B1 EP0440674 B1 EP 0440674B1
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nozzle
nozzle body
annular
disc
injection nozzle
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Karl Hofmann
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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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
    • F02M53/00Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
    • F02M53/04Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means
    • 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
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/168Assembling; Disassembling; Manufacturing; Adjusting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the invention is based on a fuel injector according to the preamble of claim 1.
  • a known injector of this type (DE-OS 30 00 061)
  • the inner support area of the heat shield lying against the bottom of the nozzle body is due to the inner adjoining the annular fold Disc edge formed, which leaves a relatively large central area of the nozzle bottom uncovered.
  • this version is not sufficient to cool the nozzle base so much that the tendency to coke the nozzle bore remains within the desired limits.
  • the so-called throttle pin nozzles the temperature at the bottom of the nozzle should not exceed 200 ° C.
  • the thin-walled heat shields of the known type will burn out or even burn due to their relatively narrow contact surface with the ring flange at the neck of the clamping nut.
  • the arrangement according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that a larger area of the nozzle base is covered by the heat shield and thus the nozzle body is better protected from heat radiation. At the same time, the larger contact surface of the heat shield with the ring flange at the attachment of the clamping nut improves heat dissipation to the cylinder head of the machine.
  • the heat protection disk is provided with a hub part, which forms the collar and has a greater wall thickness than the other disk areas, which forms the inner support area abutting the nozzle base on one end face and contains a central through-opening which widens in the flow direction of the fuel.
  • the thickening in the hub area reduces the risk of damage to the heat shield with extremely high thermal loads.
  • Figures 1 to 3 show on an enlarged scale partial longitudinal sections through injection nozzles according to the first, second and third embodiment.
  • the injection nozzle according to FIG. 1 has a nozzle body 10 which is fastened together with an intermediate disk 12 by means of a clamping nut 14 to a nozzle holder which is no longer shown in the drawing.
  • the clamping nut 14 is provided with an inner annular shoulder 16 which engages on an outer annular shoulder 18 of the nozzle body 10.
  • the clamping nut 14 is also provided in the area of the annular shoulder 16 with an external thread 20 which engages in a thread in an installation bore 22 in the cylinder head 24 of the machine.
  • a support shoulder 28 is formed on the outside on a cylindrical extension 26 of the clamping nut 14 which surrounds the nozzle body 10 below the annular shoulder 18 and which, when the injection nozzle is installed, is pressed against a support shoulder 32 in the mounting hole 22 via a sealing ring 30.
  • the injection nozzle is a so-called throttle pin nozzle, in which the valve needle opening inwards is provided with a throttle pin 34 which, during a forward stroke of the valve needle, dips into a nozzle bore opening out on the combustion chamber side and narrows it down to a narrow throttle gap.
  • the Nozzle base 36 of the nozzle body 10 are cooled particularly well in order to keep the coking of the throttle gap within limits.
  • a heat shield 40 is axially clamped under resilient deformation between the nozzle base 36 and an inwardly directed annular flange 38 of the extension 26 of the clamping nut 14. The heat shield 40 protects a portion of the nozzle base 36 from heat radiation and dissipates heat to the clamping nut 14, from where the heat passes over a short distance into the cylinder head 24.
  • the heat shield 40 has a flat, thin-walled outer edge area 42 which bears against the nozzle base 36.
  • a thin-walled annular fold 44 adjoins the outer edge region 42, the apex region 46 of which rests on the annular flange 38 of the clamping nut 14.
  • the annular fold 44 merges on the inside via a thin-walled intermediate area 48 into a hub part 50, the wall thickness of which is considerably greater than that of the other disk areas.
  • the hub part 50 fits into a central through opening 52 of the clamping nut 14 surrounded by the ring flange 38 and itself contains a through opening 54 which tapers conically towards the nozzle body 10.
  • the tapered opening of the passage opening 54 in the hub part 50 is surrounded by an annular edge 56 which rests on the nozzle base 36 and forms the inner support region of the heat protection disk 40.
  • This design of the heat shield 40 covers a larger area of the nozzle base 36 than in the known designs of heat shields in which a hub part is not provided.
  • good heat dissipation is achieved due to the enlarged contact area between the heat shield 40 and the ring flange 38, so that the thin-walled outer pane region of the heat shield 40 is protected from overheating damage.
  • Soot and dirt particles from combustion gases are deposited on the conically tapered wall of the passage opening 54 in the hub part 50 and flow against the nozzle base 36 during the pauses in spraying, as a result of which the coking of the throttle gap in the nozzle bore is further counteracted.
  • a heat protection disk 40a is provided, which has the same basic structure as the heat protection disk 40 according to FIG. 1 and differs from it only in another manufacturing process.
  • the heat shield 40a is extruded and accordingly provided with strongly rounded edges, so that there is a through opening 54 with a portion 54a constricting on the nozzle side.
  • the rest of the structure of the injection nozzle corresponds to that according to FIG. 1.
  • the injection nozzle according to Figure 3 has a heat shield 60, which is made entirely of a thin-walled sheet metal part.
  • the outer ring area of the heat shield 60 and the basic structure of the injection nozzle are the same as those described above, so that the same parts and the same features are given the same reference numbers.
  • the difference is that an inner support region 62 of the heat shield 60, which rests against the nozzle base 36, directly adjoins its annular fold 44 and merges into a collar section 64 which fits into the through opening 52 of the clamping nut 14.
  • the collar section 64 is adjoined by a wall section 66 which is bent back against the nozzle body 10 and which is directed toward the nozzle base 36 encloses tapering through opening 68.
  • the wall section 66 does not reach all the way to the nozzle base 36, so that there is a free edge 70 on which dirt and soot particles carried in the combustion gases settle.
  • the bent-back wall section 66 covers the nozzle base 36 to the same extent and extent against heat radiation as in the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2, despite the support area 62 located further out.

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Abstract

Bei Einspritzdüsen der gattungsmäßigen Art ist eine wirksame Kühlung des Düsenbodens (36) notwendig, um ein Verkoken des Drosselspaltes in Grenzen zu halten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmeschutzscheibe (40, 60) so auszubilden, daß ein größerer Bereich des Düsenbodens (36) gegen den Brennraum der Maschine hin abgeschirmt wird, als bei den bekannten Ausführungen, und daß durch einen guten Wärmekontakt der Wärmeschutzscheibe (40, 60) mit den wärmeableitenden Teilen (14, 26) eine thermische Überbeanspruchung der Wärmeschutzscheibe (40, 60) vermieden wird. Zur Lösung der Aufgabe ist die Wärmeschutzscheibe (40, 60) mit einem ihre innere Durchgangsöffnung (54) umgebenden Kragen (50, 64) versehen, der passend in die vom Ringflansch (38) umgebene Durchgangsöffnung (52) der Spannmutter (14) eingreift. Bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Dieselmotoren.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Gattung des Anspruchs 1. Bei einer bekannten Einspritzdüse dieser Gattung (DE-OS 30 00 061) ist der am Boden des Düsenkörpers anliegende innere Stützbereich der Wärmeschutzscheibe durch den sich unmittelbar an die Ringfalte anschließenden inneren Scheibenrand gebildet, der einen verhältnismäßig großen Zentralbereich des Düsenbodens unbedeckt läßt. Diese Ausführung reicht in manchen Anwendungsfällen nicht aus, um den Düsenboden so stark zu kühlen, daß die Verkokungsneigung der Düsenbohrung in den gewünschten Grenzen bleibt. Bei den Einspritzdüsen der gattungsmäßigen Art, den sogenannten Drosselzapfendüsen, soll die Temperatur am Düsenboden 200 °C nicht überschreiten. Auch besteht die Gefahr, daß in Fällen mit extrem hoher Wärmebelastung die dünnwandigen Wärmeschutzscheiben der bekannten Bauart wegen ihrer verhältnismäßig schmalen Berührungsfläche mit dem Ringflansch am Ansatz der Spannmutter ausglühen oder überhaupt verbrennen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine größere Fläche des Düsenbodens durch die Wärmeschutzscheibe abgedeckt wird und somit der Düsenkörper besser vor der Wärmeeinstrahlung geschützt ist. Gleichzeitig wird durch die größere Berührungsfläche der Wärmeschutzscheibe mit dem Ringflansch am Ansatz der Spannmutter eine bessere Wärmeableitung zum Zylinderkopf der Maschine erreicht.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wärmeschutzscheibe mit einem den Kragen bildenden, eine größere Wandstärke als die übrigen Scheibenbereiche aufweisenden Nabenteil versehen ist, welcher an der einen Stirnseite den am Düsenboden anliegenden inneren Stützbereich bildet und eine sich in Strömungsrichtung des Kraftstoffs erweiternde zentrale Durchgangsöffnung enthält. Durch die Verdickung im Nabenbereich wird die Gefahr der Beschädigung der Wärmeschutzscheibe bei extrem hoher Wärmebelastung vermindert. Durch die Abstimmung der Wärmeschutzscheibe zur Spannmutter im Bereich der zentralen Durchgangsöffnung wird eine Überdeckung erreicht und damit eine Abschirmung der Innenpartie der Wärmeschutzscheibe. Die sich zum Düsenboden hin verjüngende Durchgangsöffnung hat den weiteren Vorteil, daß gegen den Düsenboden strömende Verbrennungsgase mitgeführte Schmutzpartikel an der Wand der Durchgangsöffnung absetzen, wodurch der Verkokung der Düsenbohrung ebenfalls entgegengewirkt wird.
  • Zeichnung
  • Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figuren 1 bis 3 zeigen in vergrößertem Maßstab Teil-Längsschnitte durch Einspritzdüsen nach dem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die Einspritzdüse nach Figur 1 hat einen Düsenkörper 10, der zusammen mit einer Zwischenscheibe 12 durch eine Spannmutter 14 an einem in der Zeichnung nicht mehr dargestellten Düsenhalter befestigt ist. Zu diesem Zweck ist die Spannmutter 14 mit einer inneren Ringschulter 16 versehen, die an einer äußeren Ringschulter 18 des Düsenkörpers 10 angreift. Die Spannmutter 14 ist ferner im Bereich der Ringschulter 16 mit einem Außengewinde 20 versehen, welches in ein Gewinde in einer Einbaubohrung 22 im Zylinderkopf 24 der Maschine eingreift. An einem den Düsenkörper 10 unterhalb der Ringschulter 18 umgreifenden zylindrischen Ansatz 26 der Spannmutter 14 ist außen eine Stützschulter 28 gebildet, die bei eingebauter Einspritzdüse über einen Dichtring 30 gegen eine Stützschulter 32 in der Einbaubohrung 22 gepreßt ist.
  • Die Einspritzdüse ist eine sogenannte Drosselzapfendüse, bei welcher die nach innen öffnende Ventilnadel mit einem Drosselzapfen 34 versehen ist, der während eines Vorhubs der Ventilnadel in eine brennraumseitig ausmündende Düsenbohrung taucht und diese bis auf einen schmalen Drosselspalt verengt. Bei derartigen Einspritzdüsen muß der Düsenboden 36 des Düsenkörpers 10 besonders gut gekühlt werden, um die Verkokung des Drosselspaltes in Grenzen zu halten. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Düsenboden 36 und einem nach innen gekehrten Ringflansch 38 des Ansatzes 26 der Spannmutter 14 eine Wärmeschutzscheibe 40 unter federnder Verformung axial eingespannt. Die Wärmeschutzscheibe 40 schützt einen Teilbereich des Düsenbodens 36 vor Wärmestrahlung und leitet Wärme auf die Spannmutter 14 ab, von wo die Wärme auf kurzem Wege in den Zylinderkopf 24 übergeht.
  • Die Wärmeschutzscheibe 40 hat einen ebenen, dünnwandigen Außenrandbereich 42, der am Düsenboden 36 anliegt. An den Außenrandbereich 42 schließt sich eine ebenfalls dünnwandige Ringfalte 44 an, deren Scheitelbereich 46 am Ringflansch 38 der Spannmutter 14 anliegt. Die Ringfalte 44 geht innen über einen dünnwandigen Zwischenbereich 48 in ein Nabenteil 50 über, dessen Wandstärke erheblich größer als jene der übrigen Scheibenbereiche ist. Der Nabenteil 50 greift passend in eine vom Ringflansch 38 umgebene zentrale Durchgangsöffnung 52 der Spannmutter 14 ein und enthält selbst eine Durchgangsöffnung 54, die sich zum Düsenkörper 10 hin konisch verjüngt.
  • Die verjüngte Ausmündung der Durchgangsöffnung 54 im Nabenteil 50 ist von einem Ringrand 56 umgeben, der am Düsenboden 36 aufliegt und den inneren Stützbereich der Wärmeschutzscheibe 40 bildet. Durch diese Ausbildung der Wärmeschutzscheibe 40 ist ein größerer Bereich des Düsenbodens 36 abgedeckt als bei den bekannten Ausführungen von Wärmeschutzscheiben, bei denen ein Nabenteil nicht vorgesehen ist. Außerdem ist durch die vergrößerte Berührungsfläche zwischen Wärmeschutzscheibe 40 und Ringflansch 38 eine gute Wärmeableitung erreicht, so daß der dünnwandige äußere Scheibenbereich der Wärmeschutzscheibe 40 vor Überhitzungsschäden geschützt ist. An der sich konisch verjüngenden Wand der Durchgangsöffnung 54 im Nabenteil 50 werden Ruß- und Schmutzpartikel aus Verbrennungsgasen abgesetzt, die in den Spritzpausen gegen den Düsenboden 36 strömen, wodurch der Verkokung des Drosselspaltes in der Düsenbohrung weiter entgegengewirkt wird.
  • Bei der Einspritzdüse nach Figur 2 ist eine Wärmeschutzscheibe 40a vorgesehen, die im grundsätzlichen Aufbau mit der Wärmeschutzscheibe 40 nach Figur 1 übereinstimmt und sich von dieser nur durch ein anderes Fertigungsverfahren unterscheidet. Die Wärmeschutzscheibe 40a ist fließgepreßt und demgemäß mit stark ausgerundeten Kanten versehen, so daß sich eine Durchgangsöffnung 54 mit einem düsenseitig sich diffusorartig einschnürenden Abschnitt 54a ergibt. Der übrige Aufbau der Einspritzdüse stimmt mit jenem nach Figur 1 überein.
  • Die Einspritzdüse nach Figur 3 hat eine Wärmeschutzscheibe 60, die vollständig aus einem dünnwandigen Blechteil hergestellt ist. Der äußere Ringbereich der Wärmeschutzscheibe 60 und der grundsätzliche Aufbau der Einspritzdüse stimmen mit den vorbeschriebenen Ausführungen überein, so daß gleiche Teile und gleiche Merkmale mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind. Unterschiedlich ist, daß sich ein am Düsenboden 36 anliegender innerer Stützbereich 62 der Wärmeschutzscheibe 60 unmittelbar an deren Ringfalte 44 anschließt und in einen passend in die Durchgangsöffnung 52 der Spannmutter 14 eingreifenden Kragenabschnitt 64 übergeht.
  • An den Kragenabschnitt 64 schließt sich ein gegen den Düsenkörper 10 zurückgebogener Wandabschnitt 66 an, der eine sich zum Düsenboden 36 hin verjüngende Durchgangsöffnung 68 umschließt. Der Wandabschnitt 66 reicht nicht ganz bis an den Düsenboden 36 heran, so daß sich eine freie Kante 70 ergibt, an welcher sich in den Verbrennungsgasen mitgeführte Schmutz- und Rußpartikel absetzen. Durch den zurückgebogenen Wandabschnitt 66 wird der Düsenboden 36 trotz des sich weiter außen befindenden Stützbereiches 62 in gleichem Maß und Umfang gegen Wärmestrahlung abgedeckt wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2.

Claims (4)

1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, mit einem Düsenkörper (10), in welchem ein Ventilsitz an einer Düsenbohrung gebildet und eine Ventilnadel verschiebbar gelagert ist, die mit einem mindestens während eines Vorhubs in die Düsenbohrung eintauchenden Drosselzapfen (34) versehen ist, ferner mit einer Spannmutter (14), die den Düsenkörper (10) gegen einen Düsenhalter spannt und die mit einem den Düsenkörper (10) stromab einer Spannschulter (16) umgreifenden hülsenförmigen Ansatz (26) verbunden ist, welcher am brennraumseitigen Stirnende einen nach innen gekehrten Ringflansch (38) hat, der eine zentrale Durchgangsöffnung (52) für die Spritzstrahlen umgibt und eine ringförmige Wärmeschutzscheibe (40, 40a, 60) unter elastischer Verformung gegen den Boden (36) des Düsenkörpers (10) spannt, die sowohl mit einem eine zentrale Durchgangsöffnung (54, 54a) umgebenden inneren Stützbereich (62) als auch mit einem äußeren Ringrandbereich (42) am Boden (36) des Düsenkörpers (10) anliegt und dazwischen mit einer Ringfalte (44) versehen ist, deren Scheitelbereich (46) am Ringflansch (38) des Ansatzes (26) der Spannmutter (14) anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschutzscheibe (40, 40a, 60) mit einem von der Ringfalte (44) umgebenen, auf der gleichen Seite wie diese aus der Ebene des äußeren Scheibenrandes (42) heraustretenden Kragen (50, 64) versehen ist, der passend in die vom Ringflansch (38) umgebene zentrale Durchgangsöffnung (52) der Spannmutter (14) eingreift.
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschutzscheibe (40) mit einem den Kragen bildenden, eine größere Wandstärke als die übrigen Scheibenbereiche aufweisenden Nabenteil (50) versehen ist, welcher an einer Stirnseite den am Boden (36) des Düsenkörpers (10) anliegenden inneren Stützbereich (56) bildet und eine sich in Strömungsrichtung des Kraftstoffs erweiternde zentrale Durchgangsöffnung (54) enthält (Figuren 1 und 2).
3. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kragenabschnitt (64) der aus einem Blechteil bestehenden Wärmeschutzscheibe (60) sich unmittelbar an deren am Boden (36) des Düsenkörpers (10) anliegenden inneren Stützbereich (62) anschließt und daß ein am Kragenabschnitt (64) sich anschließender Wandabschnitt (66) gegen den Düsenkörper (10) schräg zurückgefaltet ist (Figur 3).
4. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Düsenkörper (10) umgebende hülsenförmige Ansatz (26) der Spannmutter (14) außen eine Ringschulter (28) hat, welche durch die die Einspritzdüse in der Einbaulage festhaltenden Spannmittel gegebenenfalls unter Zwischenlage eines Dichtrings (30) gegen eine Ringschulter (32) in der Einbaubohrung (22) für die Einspritzdüse gespannt ist.
EP89910836A 1988-10-26 1989-10-04 Kraftstoff-einspritzdüse für brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP0440674B1 (de)

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DE3836413 1988-10-26

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