EP1045982A1 - Kraftstoffeinspritzdüse für selbstzündende brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzdüse für selbstzündende brennkraftmaschinen

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EP1045982A1
EP1045982A1 EP99947222A EP99947222A EP1045982A1 EP 1045982 A1 EP1045982 A1 EP 1045982A1 EP 99947222 A EP99947222 A EP 99947222A EP 99947222 A EP99947222 A EP 99947222A EP 1045982 A1 EP1045982 A1 EP 1045982A1
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fuel injection
seat surface
valve seat
injection nozzle
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    • F02M61/1833—Discharge orifices having changing cross sections, e.g. being divergent

Definitions

  • the invention relates to a Kraf material injection nozzle for self-igniting internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • Such fuel injection nozzles are known, for example, from DE 43 03 813 Cl and from the book publication: Bosch Automotive Pocket Book 22nd Edition, 1995, pages 526 ff.
  • the spray holes are cylindrical.
  • the conversion of the fuel pressure into a speed of the injected fuel jet takes place within a small range, which results in high efficiency losses.
  • the object of the invention is to develop a fuel injection nozzle of the type described in the introduction in such a way that its efficiency in converting the fuel pressure into a speed of the fuel jet fed in and thereby the efficiency of the distribution of the fuel in the engine are increased.
  • the fuel injection nozzle is also intended to reduce NO x and particle values.
  • the spray hole cross section to the combustion chamber of the internal combustion engine widens again after an initial narrowing, an optimal conversion of the pressure into a speed of the fuel jet and thus a high efficiency in the distribution of the fuel in the internal combustion engine is achieved in a particularly simple manner. Namely, while higher speeds are generated in the convergent area of the fuel injection nozzle, the generation of a spray with small particles is made possible in its divergent part. This advantageously shifts the range of the maximum distribution away from the fuel injector due to higher speeds of the fuel jet, which occurs in the fuel injector known from the prior art, by the divergent part of the Counteracted fuel injector. By optimally converting the pressure of the fuel jet into its speed, this also reduces the tendency to cavitation.
  • the smallest spray hole cross-section advantageously extends in the axially central region of the spray hole opening, so that the divergent and the convergent spray hole region have approximately the same axial extent.
  • such a fuel injection nozzle can be produced particularly cost-effectively, for example by spark erosion.
  • the spray holes advantageously have one of the following cross-sectional shapes: a circular shape, an elliptical shape, a slit-like shape.
  • FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of the lower region of a fuel injection valve according to the invention and FIG. 2 shows an enlarged detail, designated II in FIG. 1, of the fuel injection nozzle shown in FIG. 1.
  • a nozzle body 10 has a bore 12, the base of which is formed in a dome 13 at the end on the injection side as a conical valve seat surface 14.
  • a correspondingly shaped closing cone 31 at the tip of a valve needle 30 interacts with this valve seat surface 14, from which the spray holes 20 penetrate the tip 13 and open into the combustion chamber.
  • the valve needle 30, which is loaded by a closing spring (not shown), has a guide section which is displaceably guided in the inlet-side region of the nozzle body 10 and a subsequent section which is offset in diameter via a pressure shoulder and on the free walls of which the closing cone 31 is formed.
  • the following section of the nozzle needle 30 has a smaller thickness than the width of the surrounding bore 12, so that it is surrounded by an annular gap which is expanded in a manner known per se at the pressure shoulder to form a chamber (not shown) connected to a feed bore.
  • the spray hole 20 has a cross section widening towards the combustion chamber of the internal combustion engine after the initial narrowing.
  • a convergent part 21 follows a divergent part 22.
  • the spray hole 20 has the shape of a "Laval nozzle".
  • Laval nozzle As with a Laval nozzle, higher speeds of the fuel jet to be injected are generated in the convergent region 21 of the fuel injection nozzle, whereas in the divergent part of the nozzle a spray with small particles is produced.
  • An undesirable shift of the range of the maximum distribution away from the nozzle due to the higher speed of the fuel injection part is thus counteracted by means of the divergent part 22 of the fuel injection nozzle.
  • the resulting "gentler" conversion of the pressure of the fuel injection jet into its speed reduces the tendency of the fuel injection nozzle to cavitate.
  • Such a fuel injector can be produced in a very advantageous manner by spark erosion, wherein the variation in the cross-sectional shape of the spray hole 20 can be produced in a simple manner by varying the parameters voltage, current intensity and feed rate.
  • the cost of producing such a spray hole 20 can be lower than in the case of conical spray holes known from the prior art, in which the inlet cross section is larger than the outlet cross section. Since the inlet openings in fuel injection nozzles known from the prior art are in many cases additionally rounded off hydroerosively, the costs for producing a fuel injection nozzle equipped with spray holes 20 described above can even be reduced because the time to round the entry openings can be reduced or the process can be omitted.

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Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzdüse für selbstzündende Brennkraftmaschinen mit einem Düsenkörper (10), bei dem am einspritzseitigen Ende einer Bohrung (12) eine konische Ventilsitzfläche (14) gebildet ist, von der Spritzlöcher (20) ausgehen, und mit einer gegen eine Schliesskraft entgegen der Kraftstoffströmungsrichtung öffnenden Ventilnadel (30), die in dem einspritzseitigen Ende abgewandten Eingangsbereich der Bohrung (12) verschiebbar geführt ist und an ihrem der Ventilsitzfläche (14) zugewandten Seite einen Schliesskegel (31) aufweist, der mit der Ventilsitzfläche (14) zusammenwirkt, ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Spritzlochquerschnitt zum Brennraum der Brennkraftmaschine hin nach anfänglicher Verengung wieder erweitert.

Description

Kraftstoffeinspritzdüse für selbstzündende Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraf stoffeinspritzdüse für selbstzündende Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.
Derartige Kraftstoffeinspritzdusen sind beispielsweise aus der DE 43 03 813 Cl sowie aus der Buchveröffentlichung: Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch 22. Auflage, 1995, Seiten 526 ff bekannt.
Bei derartigen Kraftstoffeinspritzdüsen sind die Spritzlöcher zylindrisch ausgebildet. Die Umsetzung des Kraftstoffdrucks in eine Geschwindigkeit des eingespritzten Kraftstoffstrahls geschieht dabei innerhalb eines kleinen Bereiches, wodurch hohe Wirkungsgradverluste entstehen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritz- düse der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß ihr Wirkungsgrad bei der Umsetzung des Kraft - stoffdrucks in eine Geschwindigkeit des eingespeisten KraftstoffStrahls und dadurch der Wirkungsgrad der Verteilung des Kraftstoffs im Motor erhöht werden. Durch die Kraftstoffeinspritzdüse sollen auch NOx und Partikelwerte reduziert werden.
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoffeinspritzdüse für selbstzündenderennkraftmaschinen der gattungsgemäßen Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Dadurch, daß sich der Spritzlochquerschnitt zum Brennraum der Brennkraftmaschine nach einer anfänglichen Verengung wieder erweitert, wird auf besonders einfache Weise eine optimale Umsetzung des Drucks in eine Geschwindigkeit des KraftstoffStrahls und damit ein hoher Wirkungsgrad bei der Verteilung des Kraftstoffs in der Brennkraftmaschine erreicht. Während nämlich im konvergenten Bereich der Kraftstoffeinspritzdüse höhere Geschwindigkeiten erzeugt werden, wird in ihrem divergenten Teil die Erzeugung eines Sprays mit kleinen Partikeln ermöglicht. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise einer Verschiebung des Bereichs der maximalen Verteilung weg von der Kraftstoffeinspritzdüse aufgrund höherer Geschwindigkeiten des KraftstoffStrahls , die bei aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffeinspritzdüse auftritt, durch den divergenten Teil der Kraftstoffeinspritzdüse entgegengewirkt. Durch eine optimale Umsetzung des Drucks des KraftstoffStrahls in seine Geschwindigkeit wird hierdurch auch die Kavitationsneigung vermindert. Der kleinste Spritzlochquerschnitt erstreckt sich dabei in vorteilhafter Weise im axial mittigen Bereich der Spritzlochöffnung, so daß der divergente und der konvergente Spritzlochbereich etwa die gleiche axiale Erstreckung aufweisen.
Darüber hinaus ist eine solche Kraftstoffeinspritzdüse beispielsweise durch Funkenerosion besonders kostengünstig herzustellen.
Was die Ausbildung der Spritzlöcher betrifft, so sind die unterschiedlichsten Ausführungsformen denkbar. Die Spritzlöcher weisen vorteilhafterweise eine der folgenden Querschnittsformen auf: eine kreisrunde Form, eine elliptische Form, eine schlitzartige Form.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbar .
Zeichnung
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung des unteren Bereichs eines erfindungsgemäßen Kraftstoffein- spritzventils und Fig. 2 eine in Fig. 1 mit II bezeichnete Detailvergrößerung der in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzdüse .
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein Düsenkörper 10 weist eine Bohrung 12 auf, deren Grund in einer Kuppe 13 am einspritzsseitigen Ende als konische Ventilsitzfläche 14 ausgebildet ist.
Mit dieser Ventilsitzfläche 14, von der die Kuppe 13 durchsetzende und im Brennraum mündende Spritzlöcher 20 ausgehen, wirkt ein entsprechend geformter Schließkegel 31 an der Spitze einer Ventilnadel 30 zusammen. Die von einer (nicht dargestellten) Schließfeder belastete Ventilnadel 30 hat einen im eingangsseitigen Bereich des Düsenkörpers 10 verschiebbar geführten Führungsabschnitt sowie einen daran über eine Druckschulter im Durchmesser abgesetzten Folgeabschnitt, an dessen freie Wände der Schließkegel 31 angeformt ist. Der Folgeabschnitt der Düsennadel 30 hat eine geringere Dicke als die Weite der umgebenden Bohrung 12, so daß ihn ein Ringspalt umgibt, der auf an sich bekannte Weise in Höhe der Druckschulter zu einer mit einer Zuführbohrung verbundenen (nicht dargestellten) Kammer erweitert ist .
Wie aus Fig. 1 und insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, weist das Spritzloch 20 einen zum Brennraum der Brennkraftmaschine sich nach anfänglicher Verengung wieder erweiternden Querschnitt auf. Einem konvergenten Teil 21 folgt ein divergenter Teil 22. Das Spritzloch 20 weist insofern die Form einer "Laval-Düse" auf. Wie bei einer Laval-Düse werden in dem konvergenten Bereich 21 der Kraftstoffeinspritzdüse höhere Geschwindigkeiten des einzuspritzenden KraftstoffStrahls erzeugt, wohingegen im divergenten Teil der Düse die Erzeugung eines Sprays mit kleinen Partikeln entsteht. Eine unerwünschte Verschiebung des Bereichs der maximalen Verteilung weg von der Düse aufgrund der höheren Geschwindigkeit des Kraftstoffeinspritzteils wird somit mittels des divergenten Teils 22 der Kraftstoffeinspritzdüse entgegengewirkt. Die hierdurch entstehende "sanftere" Umsetzung des Drucks des Kraftstoffeinspritzstrahls in seine Geschwindigkeit reduziert die Kavitationsneigung der Kraftstoffeinspritzdüse .
Eine derartige Kraftstoffeinspritzdüse kann auf sehr vorteilhafte Weise durch Funkenerosion hergestellt werden, wobei die Variation der Querschnittsform des Spritzlochs 20 auf einfache Weise durch Variation der Parameter Spannung, Stromstärke und Vorschubgeschwindigkeit hergestellt werden kann. Die Kosten zur Erzeugung eines derartigen Spritzlochs 20 können geringer sein als bei aus dem Stand der Technik bekannten konischen Spritzlöchern, bei denen der Eintrittsquerschnitt größer ist als der Austrittsquerschnitt. Da die Eintrittsöffnungen bei aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffeinspritzdüsen in vielen Fällen zusätzlich hydroerosiv gerundet werden, können die Kosten zur Herstellung einer mit oben beschriebenen Spritzlöchern 20 ausgestatteten Kraftstoffeinspritzdüse sogar reduziert werden, da die Zeit zum Runden der Eintrittsδffnungen reduziert bzw. der Vorgang weggelassen werden kann.

Claims

Patentansprüche
Kraftstoffeinspritzdüse für selbstzündende Brennkraftmaschinen mit einem Düsenkörper (10) , bei dem am einspritzseitigen Ende einer Bohrung (12) eine konische Ventilsitzfläche (14) gebildet ist, von der Spritzlöcher (20) ausgehen, und mit einer gegen eine Schließkraft entgegen der KraftstoffStrömungsrichtung öffnenden Ventilnadel (30) , die in dem einspritzseitigen Ende abgewandten Eingangsbereich der Bohrung (12) verschiebbar geführt ist und an ihrem der Ventilsitzfläche (14) zugewandten Seite einen Schließkegel (31) aufweist, der mit der Ventilsitzfläche (14) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Spritzlochquerschnitt zum Brennraum der Brennkaftmaschine hin nach anfänglicher Verengung wieder erweitert.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform der Spritzlöcher (20) eine der folgenden Formen auf- weist: kreisrunde Form, elliptische Form, schlitzartige Form.
3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Querschnitt kleinster Spritzlochbereich vorzugsweise in der Mitte der axialen Spritzlocherstreckung angeordnet ist.
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