EP0551633A1 - Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen - Google Patents
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- EP0551633A1 EP0551633A1 EP92121668A EP92121668A EP0551633A1 EP 0551633 A1 EP0551633 A1 EP 0551633A1 EP 92121668 A EP92121668 A EP 92121668A EP 92121668 A EP92121668 A EP 92121668A EP 0551633 A1 EP0551633 A1 EP 0551633A1
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- 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
- F02M61/1833—Discharge orifices having changing cross sections, e.g. being divergent
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- 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
Definitions
- the invention is based on a fuel injection nozzle for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
- the jet injected under high pressure into the combustion chamber is shaped by the spray holes, which are generally cylindrical with a smooth peripheral wall and have a length: diameter ratio of about 4.
- the spray holes In order to focus the jet sharply, it is also known to shape the spray holes in the manner of a Laval nozzle (DE-OS 25 57 772) or at least to round the inlet of the spray holes as in the case of a Laval nozzle (DE-PS 12 12 352, EP -A 03 70 659).
- the fuel injection nozzle according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that, when cavitation is specifically generated, cavities are formed in the fuel flow flowing through the spray hole, which implode after leaving the spray hole, the fuel being atomized selectively and with high energy. This achieves an atomization quality of the fuel that would otherwise only be achievable through very high pump pressures.
- Sharp edges are particularly advantageous in areas where the flow in the spray hole touches its wall.
- FIG. 1 shows the injection-side end of a fuel injection nozzle greatly enlarged in longitudinal section
- FIG. 2 shows an alternative to FIG. 1 in longitudinal section.
- a nozzle body 1 has in the region of its injection-side end a conical sealing seat 2, with which a closing cone 4 of a spring-loaded valve needle 3, which is displaceably guided in the nozzle body 1, cooperates.
- a blind hole 6 in a dome 5 of the nozzle body 1, from which spray holes 10 penetrating the wall of the dome 5 extend.
- the inlet of the spray holes 10 can also be in the area of the sealing seat 2 and, depending on the design of the combustion chamber of the internal combustion engine, one or more spray holes can be arranged with different spray directions to the longitudinal axis of the injection nozzle.
- the spray holes 10, which form the fuel flowing through into a jet, essentially have the shape of a cylinder with a constant diameter in the range from 0.10 to 0.40 mm.
- the peripheral wall of the spray holes 10 is not uniformly smooth, but is composed of a plurality of annular, radially projecting, sharp edges 11 and grooves 12 which extend transversely to the longitudinal axis of the spray holes 10.
- the height of the cross-sectional jumps in the wall of the spray holes is in the range of 10 m - 100 m.
- these can be produced in the form of a fine thread, which has an incline of less than 50%, preferably 10%, of the length of a spray hole (FIG. 2).
- the fuel injector works as follows: The fuel delivered by a fuel injection pump, not shown, is pressurized into the valve needle 3 receiving space of the nozzle body 1, the valve needle 3 lifts against a spring force against the sealing seat 2 at sufficient pressure, passes between the closing cone 4 and sealing seat 2 into the blind hole 6 and from there through the spray holes 10 into the combustion chamber. At the edges 11 and grooves 12 forming the peripheral wall of the spray holes 10, which extend transversely or substantially transversely to the flow direction and form tear-off edges, large areas are created in the flow in which the vapor pressure of the fuel falls below and thereby cavitation occurs. These cavities in the fuel jet implode after leaving the spray hole and atomize the fuel with selectively very high energy, so that a very high atomization quality of the fuel jet is achieved.
Abstract
Eine Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen hat einen Düsenkörper (1) mit in den Brennraum mündenden Spritzlöchern (10). Um dem durch die Spritzlöcher geformten Kraftstoffstrahl eine hohe Zerstäubungsgüte zu geben, setzt sich die Umfangswand der Spritzlöcher (10) aus mehreren aneinandergereihten, sich quer zur Strömungsrichtung erstreckenden Kanten (11) und Nuten (12) zusammen. Es entsteht Kavitation, da durch Unterdruck Hohlräume in der Strömung entstehen, die im Strahl nach Verlassen der Spritzlöcher implodieren. <IMAGE>
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei solchen unter der Bezeichnung "Lochdüsen" bekannten Einspritzdüsen wird der unter hohem Druck in die Brennkammer eingespritzte Strahl durch die Spritzlöcher geformt, die im allgemeinen zylindrisch mit glatter Umfangswand ausgebildet sind und ein Verhältnis Länge : Durchmesser von etwa 4 haben. Um den Strahl scharf zu bündeln, ist es auch schon bekannt, die Spritzlöcher nach Art einer Lavaldüse (DE-OS 25 57 772) zu formen oder wenigstens den Einlauf der Spritzlöcher wie bei einer Lavaldüse zu runden (DE-PS 12 12 352, EP-A 03 70 659). Um Stickoxid-Bildung und Partikelemission bei der Verbrennung sehr niedrig zu halten, ist eine Aufbereitung des Kraftstoffs mit hoher Zerstäubungsgüte wesentlich. Es wurde daher schon vorgeschlagen, die Einspritzdrücke bei Direkteinspritzmotoren von derzeit 800 - 100 bar auf bis zu 1.600 bar zu erhöhen. Der Aufwand für die Ausbildung einer Einspritzpumpe für solche Druckbereiche ist beträchtlich.
- Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß bei gezielter Erzeugung von Kavitation in der durch das Spritzloch fließenden Kraftstoffströmung Hohlräume gebildet werden, die nach Verlassen des Spritzlochs implodieren, wobei der Kraftstoff punktuell und mit hoher Energie zerstäubt wird. Dadurch wird eine Zerstäubungsgüte des Kraftstoffs erzielt, die sonst nur durch sehr hohe Pumpendrücke erreichbar wäre.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.
- So ist es besonders vorteilhaft, wenn über die gesamte Länge des Spritzlochs hinweg abwechselnd scharfe Kanten und Nuten angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, daß in der Strömung durch Unterdruck viele Hohlräume gebildet werden.
- Scharfe Kanten sind insbesondere in den Bereichen von Vorteil, in denen die Strömung im Spritzloch dessen Wand berührt.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 das einspritzseitige Ende einer Kraftstoffeinspritzdüse stark vergrößert im Längsschnitt und Figur 2 eine Alternative zu Figur 1 im Längsschnitt.
- Ein Düsenkörper 1 hat im Bereich seines einspritzseitigen Endes einen konischen Dichtsitz 2, mit dem ein Schließkegel 4 einer im Düsenkörper 1 verschiebbar geführten, federbelasteten Ventilnadel 3 zusammenwirkt. In Kraftstoffströmungsrichtung unterhalb des Dichtsitzes 2 schließt sich in einer Kuppe 5 des Düsenkörpers 1 ein Sackloch 6 an, von dem aus die Wand der Kuppe 5 durchdringende Spritzlöcher 10 abgehen. Der Einlauf der Spritzlöcher 10 kann auch im Bereich des Dichtsitzes 2 liegen und je nach Gestaltung des Brennraums der Brennkraftmaschine können ein oder mehrere Spritzlöcher mit verschiedenen Spritzrichtungen zur Längsachse der Einspritzdüse angeordnet sein.
- Die Spritzlöcher 10, die den durchströmenden Kraftstoff zu einem Strahl formen, haben im wesentlichen die Form eines Zylinders mit konstantem Durchmesser im Bereich von 0,10 bis 0,40 mm. Um dem durch sie fließenden Kraftstoffstrom Kavitation zu überlagern, ist die Umfangswand der Spritzlöcher 10 nicht gleichmäßig glatt, sondern sie ist aus mehreren ringförmigen, radial vorstehenden, scharfen Kanten 11 und Nuten 12 zusammengesetzt, welche sich quer zur Längsachse der Spritzlöcher 10 erstrecken. Die Höhe der Querschnittssprünge in der Wand der Spritzlöcher liegt im Bereich von 10 m - 100 m.
- Zum einfachen Fertigen der Nuten 12 mit den Kanten 11 können diese in Form eines Feingewindes hergestellt werden, das eine Steigung von weniger als 50%, vorzugsweise 10% der Länge eines Spritzlochs hat (Figur 2).
- Die Kraftstoffeinspritzdüse arbeitet wie folgt:
Der von einer nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe geförderte Kraftstoff wird unter Druck in den die Ventilnadel 3 aufnehmenden Raum des Düsenkörpers 1 gefördert, hebt bei ausreichendem Druck die Ventilnadel 3 entgegen einer Federkraft vom Dichtsitz 2 ab, gelangt zwischen Schließkegel 4 und Dichtsitz 2 in das Sackloch 6 und von dort durch die Spritzlöcher 10 in den Brennraum. An den die Umfangswand der Spritzlöcher 10 bildenden Kanten 11 und Nuten 12, die sich quer oder im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung erstrecken und Abrißkanten bilden, werden große Gebiete in der Strömung erzeugt, in denen der Dampfdruck des Kraftstoffs unterschritten wird und dadurch Hohlraumbildung auftritt. Diese Hohlräume im Kraftstoffstrahl implodieren nach Verlassen des Spritzloches und zerstäuben den Kraftstoff mit punktuell sehr hoher Energie, so daß eine sehr hohe Zerstäubungsgüte des Kraftstoffstrahls erzielt wird. - Wenn, daß die Kraftstoffströmung in den Spritzlöchern nur in deren Einlaufund Auslaufbereich an der Umfangswand anliegt, genügt es, Abrißkanten nur in diesen Bereichen vorzusehen.
Claims (4)
- Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einem Düsenkörper, in dem eine verschiebbar geführte Ventilnadel mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, an den sich stomabwärts mindestens ein den Düsenkörper durchdringendes Spritzloch anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die das Spritzlich (10) begrenzende Umfangswand wenigstens eine sich im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung erstreckende, scharfe Abrißkante (11) aufweist.
- Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand des Spritzlochs (10) durch mehrere in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende und quer zu dieser sich erstreckende Kanten (11) und Nuten (12) geformt ist.
- Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (11) und Nuten (12) durch einen Gewindegang mit niedriger Steigung gebildet sind.
- Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (11) und Nuten (12) nur im Bereich des Einlaufs und/oder Auslaufs des Spritzlochs (12) angeordnet sind.
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