EP1045982B1 - Kraftstoffeinspritzdüse für selbstzündende brennkraftmaschinen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a fuel injector for Self-igniting internal combustion engines of the genus Claim 1.
- Such fuel injectors are, for example from DE 43 03 813 C1 and from the book publication: Bosch automotive paperback 22nd edition, 1995, pages 526 ff.
- a fuel injection nozzle is known from document EP 809017 A1, the spray holes, which has a constricting area and have a widening area, these two Areas are connected by a cylindrical section. spiracles in this form, however, have the disadvantage that the implementation the fuel pressure at a speed not optimal he follows.
- a fuel injection valve is from document DE-OS 2557772 known to have injection ports through which Fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine becomes.
- the injection openings narrow from the inlet cross section to a narrowest cross section and then expand again in essentially conical up to the outlet cross section.
- the narrowest cross section is, however, arranged near the inlet opening, so that here too the disadvantage occurs that the fuel pressure is not optimal can be converted into a speed and thus an optimal one Atomization is not guaranteed.
- 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 becomes particularly simple Way an optimal conversion of the pressure into a speed of the fuel jet and thus a high one Efficiency in the distribution of the fuel in the Internal combustion engine reached. While in the convergent Fuel injector area higher speeds will be generated in their divergent Part of creating a spray with small particles allows. This will be advantageous a shift in the range of maximum distribution away from the fuel injector due to higher Fuel jet speeds at fuel injector known from the prior art occurs through the divergent part of the Counteracted fuel injector. By an optimal Conversion of the pressure of the fuel jet into its speed also becomes the tendency to cavitation reduced.
- the smallest spray hole cross section extends in an advantageous manner in axially central area of the spray hole opening, so that the divergent and the convergent spray hole area have approximately the same axial extent.
- the Spray holes advantageously have one of the following Cross-sectional shapes on: a circular shape, one elliptical shape, a slit-like shape.
- a nozzle body 10 has a bore 12, the Reason in a crest 13 at the injection end conical valve seat surface 14 is formed.
- valve seat surface 14 from which the tip 13 penetrating spray holes 20 opening into the combustion chamber a correspondingly shaped closing cone acts 31 together at the tip of a valve needle 30.
- the of a (not shown) closing spring loaded valve needle 30 has one in the input area of the Nozzle body 10 slidably guided guide section as well as a pressure shoulder in the Diameter stepped section, at its free Walls of the closing cone 31 are formed.
- the next section the nozzle needle 30 has a smaller thickness than the width of the surrounding bore 12 so that it is a Annular gap surrounds the height in a manner known per se the pressure shoulder to one with a feed hole connected chamber (not shown) expanded is.
- the spray hole 20 has one towards the combustion chamber of the internal combustion engine after the initial narrowing expanding cross-section.
- a convergent part 21 is followed by a divergent part 22.
- the spray hole 20 in this respect has the shape of a "Laval nozzle".
- a Laval nozzle in the convergent area 21 the fuel injector at higher speeds of the fuel jet to be injected, whereas in the divergent part of the nozzle the generation of a Sprays with small particles are created.
- An unwanted one Shift the range of the maximum distribution away from the nozzle due to the higher speed the fuel injection part is thus by means of the divergent Part 22 of the fuel injector counteracted.
- the resulting "gentler" implementation the pressure of the fuel injection jet into its Speed reduces the tendency to cavitate Fuel injector.
- Such a fuel injector can be very advantageously produced by spark erosion, the variation in the cross-sectional shape of the Spray hole 20 in a simple manner by varying the Parameters voltage, current and feed rate can be manufactured.
- the cost of production such a spray hole 20 can be smaller be than conical known from the prior art Spray holes where the inlet cross section is larger than the outlet cross section. Because the entry openings in known from the prior art In many cases, additional fuel injectors hydroerosively rounded, the cost of manufacturing one with spray holes 20 described above equipped fuel injector even reduced as the time to round the entry openings reduced or the process can be omitted.
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für
selbstzündende Brennkraftmaschinen nach der Gattung des
Anspruchs 1.
Derartige Kraftstoffeinspritzdüsen sind beispielsweise
aus der DE 43 03 813 C1 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.
Aus dem Dokument EP 809017 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse bekannt,
die Spritzlöcher aufweist, die einen verengenden Bereich und
einen sich wieder erweiternden Bereich aufweisen, wobei diese beiden
Bereiche durch einen zylindrischen Abschnitt verbunden sind. Spritzlöcher
in dieser Form weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Umsetzung
des Kraftstoffdrucks in eine Geschwindigkeit nicht optimal
erfolgt.
Darüber hinaus ist aus dem Dokument DE-OS 2557772 ein Kraftstoffeinspritzventil
bekannt, dass Einspritzöffnungen aufweist, durch die
Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt
wird. Die Einspritzöffnungen verengen sich vom Eintrittsquerschnitt
bis zu einem engsten Querschnitt und erweitern sich dann wieder im
wesentlichen konisch bis zum Austrittsquerschnitt. Der engste Querschnitt
ist jedoch nahe der Eintrittsöffnung angeordnet, so dass
auch hier der Nachteil auftritt, dass der Kraftstoffdruck nicht optimal
in eine Geschwindigkeit umgesetzt werden kann und so eine optimale
Zerstäubung nicht gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzdüse
der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden,
daß ihr Wirkungsgrad bei der Umsetzung des Kraftstoffdrucks
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.
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.
In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- eine Längsschnittdarstellung des unteren Bereichs eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils und
- Fig. 2
- eine in Fig. 1 mit II bezeichnete Detailvergrößerung der in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzdüse.
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 Eintrittsöffnungen
reduziert bzw. der Vorgang weggelassen werden kann.
Claims (2)
- 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) in Form von Laval-Düsen 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, wobei sich der Spritzlochquerschnitt zum Brennraum der Brennkraftmaschine hin nach anfänglicher Verengung wieder erweitert, dadurch gekennzeichnet, dass im Spritzloch (20) der im Querschnitt kleinste Spritzlochbereich in der Mitte der axialen Spritzlocherstreckung angeordnet ist.
- Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform der Spritzlöcher (20) eine der folgenden Formen aufweist: kreisrunde Form, elliptische Form, schlitzartige Form.
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