EP1117928B1

EP1117928B1 - Kraftstoffeinspritzdüse

Info

Publication number: EP1117928B1
Application number: EP99969475A
Authority: EP
Inventors: Hakan Yalcin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-09-23
Filing date: 1999-09-16
Publication date: 2002-11-27
Anticipated expiration: 2019-09-16
Also published as: DE19843616B4; EP1117928A1; DE59903588D1; DE19843616A1; WO2000017514A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für Verbrennungsmotoren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Solche Einspritzdüsen sind insbesondere bei direkteinspritzenden Verbrennungsmotoren allgemein in Gebrauch.

Im Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffeinspritzung, insbesondere bei der Kraftstoff-Direkteinspritzung, hat die Einspritzdüse die Aufgabe, den Brennraum des Motors gezielt und dosiert mit Kraftstoff zu versorgen. Die Art der Kraftstoffaufbereitung durch die Einspritzdüse und der Verlauf des Einspritzvorgangs beeinflussen die Verbrennung im Brennraum erheblich.

Eine Kraftstoffeinspritzdüse besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, dem Düsenkörper und der Düsennadel. Die Düsennadel ist axial beweglich in den Düsenkörper eingesetzt. An der Spitze des Düsenkörpers, die in den Brennraum des Verbrennungsmotors ragt, ist radial umlaufend eine Anzahl von Einspritzlöchern ausgebildet, die von der beweglichen Düsennadel verschlossen bzw. freigegeben werden, wozu ein Konus am vorderen Ende der Düsennadel an eine konische Dichtfläche in der Spitze des Düsenkörpers gedrückt wird bzw. von dieser Dichtfläche abhebt.

Damit der Kraftstoff zu den Einspritzlöchern strömen kann, ist zwischen dem vorderen Teil der Düsennadel und der Innenwand des Düsenkörpers ein Freiraum vorgesehen.
Bei geschlossener Einspritzdüse, wenn der Konus der Düsennadel an der konischen Dichtfläche des Düsenkörpers anliegt, ist die Düsennadel durch diese Anlage im Düsenkörper zentriert. Beim Abheben der Düsennadel von der konischen Dichtfläche neigt die dann frei in die Spitze des Düsenkörpers ragende Düsennadel jedoch dazu, von der exakt zentrierten Lage abzuweichen. Das hat zur Folge, daß die umlaufenden Einspritzlöcher nicht gleichmäßig freigegeben werden, was wiederum zu einer unsymmetrischen Strahlausbildung führt, die den Verbrennungsverlauf und die Emissionswerte ungünstig beeinflußt.

Dieser Nachteil tritt insbesondere bei Common-Rail-Einspritzsystemen mit Voreinspritzung in Erscheinung. Common-Rail-Einspritzsysteme sind Systeme, bei denen der Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe in einen allen Zylindern des Motors gemeinsamen Druckspeicher befördert wird, von dem aus die Einspritzventile an den einzelnen Zylindern versorgt werden. Die Voreinspritzung (Piloteinspritzung) einer sehr kleinen Kraftstoffmenge vor der eigentlichen Einspritzung (Haupteinspritzung) verbessert bei solchen Systemen den Verbrennungsvorgang insbesondere hinsichtlich Geräuschentwicklung und Abgasverhalten. Aufgrund der kleinen Kraftstoffmenge hebt bei der Voreinspritzung die Düsennadel nur sehr wenig von ihrem Sitz im Düsenkörper, der konischen Dichtfläche, ab. Zentrierungsfehler wirken sich daher besonders stark aus.

Aus dem Dokument DE 197 26 099 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse bekannt, bei der im Bereich der Einspritzlöcher ein kreisförmiger Aussparungsabschnitt vorgesehen ist, der dazu dient, die Rundungen der Einspritzlöcher im oberen Bereich unterschiedlich zur Rundung der Einspritzlöcher im unteren Bereich zu formen und dadurch die Kraftstoffeinspritzung gemäss einer Änderung des Kraftstoffdrucks zu variieren. Aus dem Dokument GB 2 223 270 A ist ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer Düsenspitze bekannt, in der oberhalb von Einspritzlöchern eine zylindrische Stufe eingebracht ist. Die Stufe dient dazu, das Ende einer Sitzfläche der Düsennadel genau festzulegen. Schließlich ist aus dem Dokument GB 2 158 151 A ein Einspritzventil mit einer zylindrischen Ausnehmung in einer Düsenspitze bekannt. Die Düsenspitze bei diesem Einspritzventil weist die Form eines zylindrischen Ventilstückabschnittes auf, das die zylindrische Ausnehmung in der Düsenspitze dichtend abschließt. Die Einspritzlöcher werden hierbei über Kanäle, die in der Spitze der Düsennadel angeordnet sind, mit Kraftstoff versorgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Einspritzdüse so auszugestalten, daß der Kraftstoff immer mit der vorgesehenen gleichmäßigen Verteilung in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der im Patenanspruch 1 angegebenen Einspritzdüse gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einspritzdüse sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung ist demnach durch eine zylinderförmige Aussparung im Innenraum des Düsenkörpers im Bereich der Einspritzlöcher gekennzeichnet. Vorteil dieser ringförmig umlaufenden Aussparung ist zum einen, daß der Übergang vom Innenraum des Düsenkörpers zum jeweiligen Einspritzloch nicht mehr so scharfkantig ist und somit der Kraftstoff mit geringeren Turbulenzen in die Einspritzlöcher geleitet wird. Zudem hat diese besondere Form den Vorteil, daß um den Konus an der Spitze der Düsennadel ein Ringkanal entsteht, der beim Abheben der Düsennadel ein gleichmäßiges Beliefern der Einspritzlöcher mit Kraftstoff ermöglicht, auch wenn die Düsennadel nicht exakt zentriert ist. Dieser Vorteil ist besonders beim Einspritzen von geringen Kraftstoffmengen wie beispielsweise bei der Voreinspritzung von Bedeutung.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt die Spitze einer Kraftstoffeinspritzdüse im Schnitt.

In der Zeichnung ist die in den Brennraum eines Verbrennungsmotors ragende, im wesentlichen konusförmige Spitze 10 des Düsenkörpers 12 einer Kraftstoffeinspritzdüse vergrößert im Schnitt dargestellt. In der Spitze 10 sind radial umlaufend unter einem bestimmten Winkel(zur Achse des Düsenkörpers 12 Einspritzlöcher 14 ausgebildet. Durch die Reihe von Einspritzlöchern 14 wird der Kraftstoff bei geöffneter Einspritzdüse in der allgemein bekannten Art unter Druck in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt, wobei die Anordnung der Einspritzlöcher 14 das Zerstäubungsbild des Kraftstoffs bestimmt.

Im Düsenkörper 12 der Einspritzdüse ist axial beweglich eine Düsennadel 20 angeordnet. Die Düsennadel 20 weist an ihrer Spitze einen Konus 22 auf, mit dem sie, wenn die Einspritzdüse geschlossen ist, im Bereich der Einspritzlöcher 14 und insbesondere in Strömungsrichtung des Kraftstoffes oberhalb davon an einer konischen Dichtfläche 16 in der Spitze 10 des Düsenkörpers 12 anliegt. Die konische Dichtfläche 16 bildet einen Sitz für den Konus 22, so daß bei geschlossener Einspritzdüse kein Kraftstoff aus dem Innenraum 18 zwischen der Düsennadel 20 und dem Düsenkörper 12 zu den Einspritzlöchern 14 gelangt.

Im Bereich der Einspritzlöcher 14 ist die Innenseite der Spitze 10 des Düsenkörpers 12 zylinderförmig derartig ausgearbeitet, daß eine zylinderförmige Aussparung 30 in der Spitze 10 entsteht. Die zylinderförmige Aussparung 30 läuft im Bereich der Einspritzlöcher 14 und im Bereich der konischen Dichtfläche 16 ringförmig um den Konus 22 der Düsennadel 20 herum, wobei die konische Dichtfläche 16 oberhalb der Einspritzlöcher 14 zumindest so weit erhalten bleibt, daß die Abdichtung bei geschlossener Einspritzdüse gesichert ist.
Die Aussparung 30 hat im wesentlichen die Form eines Kreiszylinders um die Achse des Düsenkörpers 12. Der Zylindermantel 32 der Aussparung 30 verläuft im wesentlichen parallel zur Achse des Düsenkörpers 12. Die an den Zylindermantel anschließende Deckfläche 34 des Kreiszylinders kann eine ebene Kreisfläche sein, so daß der Winkel zwischen Zylindermantel 32 und Deckfläche 34 90° beträgt.

Die ringförmig umlaufende, zylinderförmige Aussparung 30 an der Innenseite der Spitze 10 kann durch jedes geeignete Verfahren ausgebildet werden, beispielsweise durch Bohren, Schleifen, Fräsen, ein Erosionsverfahren wie Senkerodieren, Laserschneiden und dergleichen.

Durch die Aussparung 30 wird der Innenraum des Düsenkörpers 12 in der ansonsten im wesentlichen konischen Spitze 10 in der Umgebung der Einspritzlöcher 14 zylinderförmig ausgebildet. Die Einspritzlöcher 14 können dabei im Bereich der Ecke zwischen dem Zylindermantel 32 und der Deckfläche 34 des die Aussparung 30 bildenden Kreiszylinders angeordnet sein, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, oder sie können weiter oben im Bereich des Zylindermantels 32 in einem Abstand von der Ecke zwischen dem Zylindermantel 32 und der Deckfläche 34 von der Innenseite des Düsenkörpers 12 nach außen abgehen.

Die Aussparung 30 vermindert in jedem Fall den Winkel, den die einzelnen Einspritzlöcher 14 mit der Innenwand der Spitze 10 des Düsenkörpers 12 bilden. Während der Winkel zwischen der Achse der einzelnen Einspritzlöcher 14 und der konischen Innenwand der Spitze 10 ohne die Aussparung 30 bei 90° liegt und oft sogar spitzer, d.h. kleiner ist als 90°, ist der Winkel zwischen den einzelnen Einspritzlöchern 14 und der Innenwand der Aussparung 30 erheblich größer als 90° und damit ziemlich stumpf. Der Übergang zwischen dem Innenraum des Düsenkörpers 12 zu den einzelnen Einspritzlöchern 14 ist dadurch weniger scharfkantig, und es treten weniger Turbulenzen beim Einleiten des Kraftstoffs in die Einspritzlöcher auf. Darüber hinaus bildet die zylinderförmige Aussparung 30 um den Konus 22 der Düsennadel 20 einen Ringkanal aus, der beim Abheben der Düsennadel 20 zu Beginn der Einspritzung und während der Einspritzung auch bei Zentrierfehlern hinsichtlich der Düsennadel 20 eine gleichmäßige Versorgung der Einspritzlöcher 14 mit Kraftstoff und damit ein gleichmäßiges Zerstäubungsbild des Kraftstoffes gewährleistet.

Claims

Einspritzdüse für die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Düsenkörper (12) mit einer Spitze (10), wobei in einem Innenraum der Spitze (10) eine zylindrische Aussparung (30) eingebracht ist, mit Einspritzlöchern (14), die in Verbindung mit der Aussparung (30) stehen, und mit einer Düsennadel (20), wobei ein Konus (22) an der Spitze der Düsennadel (20) ausgebildet ist, wobei die Spitze (10) im Innenraum eine Dichtfläche (16) aufweist, die einen Sitz für den Konus (22) bildet, wobei die Düsennadel (20) den Kraftstoffweg zu den Einspritzlöchern (14) selektiv freigibt und sperrt, wobei die Aussparung (30) unterhalb des Sitzes angeordnet ist und um den Konus (22) einen Ringkanal bildet, an den die Einspritzlöcher (14) angeschlossen sind, und wobei die Aussparung (30) in Form eines Zylindermantels (32) und einer Deckfläche (34) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Deckfläche (34) der zylinderförmigen Aussparung (30) im wesentlichen eine ebene Kreisform hat und der Übergang vom Zylindermantel (32) zur Deckfläche (34) einen Winkel von im wesentlichen 90° einschließt,
und dass die Einspritzlöcher (14) im Bereich des Zylindermantels (32) der zylinderförmigen Aussparung (30) und axial beabstandet vom Bereich des Übergangs vom Zylindermantel (32) zur Deckfläche (34) der zylinderförmigen Aussparung (30) angeordnet sind.