EP1521912B1 - Fuel nozzle of an internal combustion engine comprising a direct injection nozzle - Google Patents
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- EP1521912B1 EP1521912B1 EP03763680A EP03763680A EP1521912B1 EP 1521912 B1 EP1521912 B1 EP 1521912B1 EP 03763680 A EP03763680 A EP 03763680A EP 03763680 A EP03763680 A EP 03763680A EP 1521912 B1 EP1521912 B1 EP 1521912B1
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- F02M61/1873—Valve seats or member ends having circumferential grooves or ridges, e.g. toroidal
Definitions
- the invention relates to an outwardly opening fuel injector for a direct-injection internal combustion engine, in particular a spark-ignited internal combustion engine the features of the preamble of claim 1.
- DE 100 12 970 A1 discloses a method for forming an ignitable fuel air mixture known at the fuel in at least two subsets in the Combustion chamber of the internal combustion engine is introduced, wherein the Closure body of an injection nozzle after the injection process a subset can be brought into its closed position. The fuel jet is thereby accelerated until it exits, because the nozzle opening with a curved or parabolic Outlet cross section to the outlet steadily tapered.
- the invention is therefore based on the object simple measures at the fuel injector of a direct injection Internal combustion engine, through which an improvement combustion achieved despite manufacturing tolerances can be.
- the fuel injection nozzle according to the invention is characterized by an outwardly opening closure body, a nozzle housing with a nozzle seat and a nozzle needle, wherein at the fuel injection nozzle by means of the nozzle needle movable closure body on a sealing surface of the nozzle seat during a closed position, and during a Operating position is moved outward, leaving the fuel through a formed gap between the nozzle seat and the closure body in the form of a hollow cone in a Combustion chamber of the internal combustion engine is introduced, wherein on Nozzle seat and / or on the closure body in the region of the sealing surface at least one turbulence cavity is provided.
- the turbulence increase a reinforced Breaking open the fuel lamella and thus achieving smaller drops, whereby by the smaller drops an increased evaporation and a reduction in penetration the fuel drops achieved, leaving a fuel piston wetting at a late fuel injection in the compression stroke is reduced.
- a turbulence cavity is provided such that two turbulence cavities during an operating position relative to Beam axis are arranged offset from one another. This will be as well as the atomizing properties of the fuel in the Combustion chamber amplifies, reducing the characteristics of the motor Combustion can be further improved.
- the nozzle seat and on the closure body of the fuel injector at least two turbulence cavities in or immediately before the sealing surface of the nozzle seat and at least two turbulence cavities in or immediately before the sealing surface of Closure body in a stroke direction along the sealing surface successively designed such that in each case two turbulence cavities during an operating position of the fuel injector are arranged opposite one another.
- the atomization properties of the injected Fuel droplets amplified, which through the targeted turbulence generation throughout the area of the injected Fuel jet a occurring by manufacturing tolerances Turbulence difference covers and thus an approximation the necessary spray pattern is enough.
- the am Seat and arranged on the closure body turbulence cavities be formed such that each of the two cavities during an operating position relative to the beam axis arranged offset from each other.
- the in or immediately before the sealing surface of the nozzle seat and / or in or immediately before the sealing surface of the closure body arranged turbulence cavity in the form of an inwardly formed Groove formed along a peripheral surface.
- injectors made in internal combustion engines with Ignition can be used in which the fuel as Hollow cone injected and in particular a beam-guided Burning process is present.
- the injection of the fuel such that in the end the fuel hollow cone formed a toroidal vortex is, wherein in the combustion chamber of such an internal combustion engine a Spark plug is arranged such that the electrodes of the Spark plug outside the injected hollow fuel cone lie and protrude into the formed toroidal vortex.
- a Spark plug is arranged such that the electrodes of the Spark plug outside the injected hollow fuel cone lie and protrude into the formed toroidal vortex.
- Fig. 1 shows a fuel injection nozzle 1 with a nozzle needle 2 and a closure body 5 wherein a housing 3 of the Fuel injector 1 in the combustion chamber side area a Nozzle seat 4, which in a closed position of the closure body 5 by its application to a sealing surface the fuel injector closes.
- the closure body 5 is at its upper end through the nozzle needle 2 with a not shown adjusting device connected.
- a piezoelectric actuator is used, which is under electrical Voltage expands and one according to the applied voltage Operating stroke of the closure body 5 can cause.
- the Tightness of the fuel injector is mechanically through ensures a return spring, not shown.
- Of the Closure body is by means of the nozzle needle 2 in an operating position brought, causing a gap 6 between the closure body 5 and the nozzle seat 4 sets.
- the closure body 5 is in an operating position (Open position) brought by means of a stroke direction 9, so that the fuel through the gap 6 in a combustion chamber. 8 can flow into it.
- the turbulence cavities shown in FIG. 2 7 are both in the sealing surface of the closure body. 5 as well as formed in the sealing surface of the nozzle seat 4, that the fuel jet passing through the gap 6 10 flows with a turbulence increase in the combustion chamber 8, which intensifies the decay of the fuel.
- Nozzle escaping fuel jet 10 is according to Fig. 3 injected into the combustion chamber 8 with an increased turbulence, so that small droplets when entering into form the combustion chamber 8, whereby optimal combustion of the injected fuel is achieved.
- the inventive Fuel injector is preferred in internal combustion engines used with spark ignition, in which a so-called. beam-guided combustion process is present. Accordingly, the Fuel in a stratified charge preferably in the compression stroke so injected that with the injected Hollow fuel cone a toroidal vortex in the combustion chamber. 8 is trained. In such a combustion process, a for ignition provided spark plug in the combustion chamber.
- Fig. 5 and 6 are further embodiments of the invention shown in the in the sealing surface of the closure body two turbulence cavities 7 are mounted, with which an increased turbulence of the injected fuel jet is obtained, wherein according to FIG. 6, the attached Turbulence cavities 7 are arranged in a region which is farther away from the combustion chamber than the region according to FIG Fig. 5 and 5a.
- the turbulence cavities in the Sealing surface of the nozzle seat attached so that in the Hollow fuel cone in the outer area a turbulence increase is achieved, so that for the spray-guided combustion required toroidal vortex reinforced trained becomes.
- the goal is to create a symmetrical vortex and a to achieve even distribution of fuel in the outer area so that an undesirable tilting of the formed Vertebra is prevented. Furthermore, thereby the formation strands are avoided at the end of the hollow fuel cone.
- the fuel injection nozzle is designed such that the emerging from the injection nozzle hollow fuel cone with a Beam angle between 70 ° and 100 ° is formed.
- the turbulence cavities have a depth of 30 ⁇ m both in the nozzle seat area as well as in the closure body area.
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Description
Die Erfindung betrifft eine nach außen öffnende Kraftstoffeinspritzdüse
für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine,
insbesondere eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to an outwardly opening fuel injector
for a direct-injection internal combustion engine,
in particular a spark-ignited internal combustion engine
the features of the preamble of
Beim Betrieb neuer direkteinspritzender Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung werden Verbesserungen der Gemischbildung durch den Einsatz von modernen Kraftstoffeinspritzdüsen erzielt, wobei fertigungsbedingte Toleranzabweichungen die Verbrennung und dadurch die Emissionsbildung negativ beeinflussen.When operating new direct injection internal combustion engines with spark ignition, improvements in mixture formation achieved through the use of modern fuel injectors, where production-related tolerance deviations the Combustion and thereby adversely affect the emission.
Aus der Patentschrift DE 196 42 653 C1 ist ein Verfahren zur Gemischbildung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung bekannt, mit dem bei der Kraftstoffeinspritzung ein Öffnungshub eines Ventilgliedes relativ zu einem Ventilsitz eines Injektors erfolgt und die Einspritzzeit variabel einstellbar ist, wodurch eine dynamische Beeinflussung eines Einspritzwinkels und auch des Kraftstoffmassenstroms ermöglicht wird.From the patent DE 196 42 653 C1 is a method for Mixture formation of an internal combustion engine with direct injection known with the fuel injection an opening stroke a valve member relative to a valve seat of a Injector takes place and the injection time variably adjustable is, whereby a dynamic influencing of a Injection angle and also the fuel mass flow allows becomes.
Weiterhin ist aus der DE 100 12 970 A1 ein Verfahren zur Bildung eines zündfähigen Kraftstoffluftgemisches bekannt, bei dem der Kraftstoff in mindestens zwei Teilmengen in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht wird, wobei der Verschlusskörper einer Einspritzdüse nach dem Einspritzvorgang einer Teilmenge in seine Schließstellung bringbar ist. Der Kraftstoffstrahl wird bis zum Austritt dadurch beschleunigt, da sich die Düsenöffnung mit einem kurven- oder parabelförmigen Austrittquerschnitt zum Austritt hin stetig verjüngt.Furthermore, DE 100 12 970 A1 discloses a method for forming an ignitable fuel air mixture known at the fuel in at least two subsets in the Combustion chamber of the internal combustion engine is introduced, wherein the Closure body of an injection nozzle after the injection process a subset can be brought into its closed position. The fuel jet is thereby accelerated until it exits, because the nozzle opening with a curved or parabolic Outlet cross section to the outlet steadily tapered.
Da bei den Kraftstoffeinspritzdüsen fertigungsbedingt unterschiedliche Kraftstoffstrahlbilder zustande kommen, die die Gemischbildung und dadurch die erzielte Verbrennung unterschiedlich beeinflussen, müßten vor dem Einbau solcher Kraftstoffeinspritzdüsen in einer Brennkraftmaschine kaum durchführbare Verbesserungen an der jeweiligen Geometrie der Kraftstoffeinspritzdüse vorgenommen werden.Because of the production of fuel injection nozzles different Fuel jet images come about, the Mixture formation and thus the combustion achieved differently would have to affect before installing such fuel injectors hardly feasible in an internal combustion engine Improvements to the respective geometry of the Fuel injector are made.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einfache Maßnahmen an der Kraftstoffeinspritzdüse einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine vorzunehmen, durch die eine Verbesserung der Verbrennung trotz Fertigungstoleranzen erzielt werden kann.The invention is therefore based on the object simple measures at the fuel injector of a direct injection Internal combustion engine, through which an improvement combustion achieved despite manufacturing tolerances can be.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftstoffeinspritzdüse
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a fuel injector
solved with the features of
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse zeichnet sich durch einen nach außen öffnenden Verschlusskörper, ein Düsengehäuse mit einem Düsensitz und einer Düsennadel aus, wobei bei der Kraftstoffeinspritzdüse der mittels der Düsennadel bewegbare Verschlusskörper an einer Dichtfläche des Düsensitzes während einer Schließposition anliegt, und während einer Betriebsposition nach außen bewegt wird, so dass der Kraftstoff durch einen ausgebildeten Spalt zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper in Form eines Hohlkegels in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht wird, wobei am Düsensitz und/oder am Verschlusskörper im Bereich der Dichtfläche mindestens ein Turbulenzhohlraum vorgesehen ist.The fuel injection nozzle according to the invention is characterized by an outwardly opening closure body, a nozzle housing with a nozzle seat and a nozzle needle, wherein at the fuel injection nozzle by means of the nozzle needle movable closure body on a sealing surface of the nozzle seat during a closed position, and during a Operating position is moved outward, leaving the fuel through a formed gap between the nozzle seat and the closure body in the form of a hollow cone in a Combustion chamber of the internal combustion engine is introduced, wherein on Nozzle seat and / or on the closure body in the region of the sealing surface at least one turbulence cavity is provided.
Durch den Turbulenzhohlraum wird während der Einspritzung des Kraftstoffes eine verbesserte Zerstäubung der eingespritzten Kraftstofftröpfchen sichergestellt, um günstige Bedingungen für die anschließende Gemischbildung zu erzielen. Dies geschieht dadurch, dass der Kraftstoff beim Einspritzvorgang durch den von dem Verschlusskörper freigegebenen Querschnitt in den Brennraum derart eintritt, dass in Folge einer erhöhten Strömungsturbulenz der eingespritzte Kraftstoffstrahl in kleine Kraftstofftropfen aufgebrochen wird. Durch die Anbringung der Turbulenzhohlräume bzw. Taschen oder Ausnehmungen in der Oberfläche des Verschlusskörpers und/oder in der Oberfläche des Düsensitzes wird die Turbulenz der Kraftstoffströmung in der Einspritzdüse kurz vor dem Austritt des Kraftstoffes in den Brennraum erhöht, wodurch der Aufbruch von Kraftstofflamellen verstärkt wird, so dass kleinere Tropfen erzielt werden. Dadurch dass die Zerstäubungseigenschaften des eingespritzten Kraftstoffstrahles verbessert werden, können fertigungsbedingte Toleranzabweichungen ausgeglichen, und dadurch die Eigenschaften der motorischen Verbrennung insbesondere Verbrauch und Emissionen verbessert werden.Through the turbulence cavity is during the injection of the Kraftstoffes an improved atomization of the injected Fuel droplets ensured favorable conditions to achieve for the subsequent mixture formation. this happens in that the fuel during the injection process by the released from the closure body cross-section enters the combustion chamber in such a way that as a result of an increased Flow turbulence of the injected fuel jet in small fuel drops is broken up. By attachment the turbulence cavities or pockets or recesses in the surface of the closure body and / or in the surface of the nozzle seat becomes the turbulence of the fuel flow in the injector just before the fuel exits increased in the combustion chamber, causing the departure of fuel louvers is amplified, so that achieves smaller drops become. Due to the atomization properties of the injected Fuel jet can be improved, production-related Tolerance deviations balanced, and thereby the characteristics of motor combustion in particular Consumption and emissions are improved.
Insbesondere bei den direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung muß innerhalb kürzester Zeit ein zündfähiges Kraftstoff/Luft-Gemisches im Bereich der Zündkerze vorliegen. Die Kraftstoffeinspritzdüsen unterliegen jedoch fertigunbedingt einem gewissen Streuband, was zu unterschiedlichen Erscheinungsbildern des Einspritzstrahls führt. Durch die erzielte Turbulenzerhöhung kurz vor dem Strahlaustritt wird eine durch Fertigungstoleranzen auftretende bzw. verursachte Strahlbildschwankungen insbesondere im Bereich der Rezirkulationsgebiete ausgeglichen und somit eine Annäherung an das geforderte Idealstrahlbild erzielt.In particular, in the direct-injection internal combustion engines with spark ignition must within a very short time an ignitable Fuel / air mixture in the spark plug are present. However, the fuel injectors are subject to completion a certain scatter, resulting in different appearances of the injection jet leads. By the scored Turbulence increase shortly before the beam outlet is a due to manufacturing tolerances occurring or caused Jet image fluctuations, especially in the field of recirculation areas balanced and thus an approximation to that required ideal jet image achieved.
Weiterhin wird durch die Turbulenzerhöhung ein verstärkter Aufbruch der Kraftstofflamelle und somit kleinere Tropfen erzielt, wobei durch die kleineren Tropfen eine verstärkte Verdampfung einsetzen kann, und eine Verringerung der Penetration der Kraftstofftropfen erzielt, so dass eine Kraftstoffkolbenbenetzung bei einer späten Kraftstoffeinspritzung im Kompressionshub reduziert wird. Furthermore, by the turbulence increase a reinforced Breaking open the fuel lamella and thus achieving smaller drops, whereby by the smaller drops an increased evaporation and a reduction in penetration the fuel drops achieved, leaving a fuel piston wetting at a late fuel injection in the compression stroke is reduced.
In Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass jeweils in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes mindestens ein Turbulenzhohlraum und in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers ebenso ein Turbulenzhohlraum angeordnet sind, so dass zwei Turbulenzhohlräume während einer Betriebsposition der Kraftstoffeinspritzdüse relativ zur Strahlachse gegenüberliegend angeordnet sind. Durch die Anbringung von zwei Ausnehmungen in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche wird eine Turbulenzerhöhung der Düseninnerströmung im Spaltbereich zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper derart erhöht, dass ein verstärkter Kraftstoffzerfall erzielt wird. Dadurch können Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden, d.h. durch die auftretenden Fertigungsfehler wird das Strömungsverhalten des eingespritzten Kraftstoffes aus der Einspritzdüse kaum beeinflußt.In an embodiment of the invention, it is provided that in each case in or immediately before the sealing surface of the nozzle seat at least one turbulence cavity and in or immediately before the sealing surface of the closure body as well as a turbulence cavity are arranged so that two turbulence cavities during an operating position of the fuel injector are arranged opposite to the beam axis. By attaching two recesses in or immediately In front of the sealing surface is a turbulence increase of the nozzle inner flow in the gap area between the nozzle seat and the closure body increases such that a reinforced Fuel breakdown is achieved. This allows manufacturing tolerances be balanced, i. through the occurring Manufacturing defects will be the flow behavior of the injected Fuel from the injection nozzle hardly affected.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes und in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers mindestens ein Turbulenzhohlraum derart vorgesehen, dass zwei Turbulenzhohlraume während einer Betriebsposition relativ zur Strahlachse zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch werden ebenso die Zerstäubungseigenschaften des Kraftstoffes im Brennraum verstärkt, wodurch die Eigenschaften der motorischen Verbrennung weiter verbessert werden können.In a further embodiment of the invention is in or directly in front of the sealing surface of the nozzle seat and in or directly at least in front of the sealing surface of the closure body a turbulence cavity is provided such that two turbulence cavities during an operating position relative to Beam axis are arranged offset from one another. This will be as well as the atomizing properties of the fuel in the Combustion chamber amplifies, reducing the characteristics of the motor Combustion can be further improved.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper im Spaltbereich zwei Turbulenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes angebracht werden.In a further embodiment of the invention, it is provided that between the nozzle seat and the closure body in Split region two turbulence cavities in or immediately before the sealing surface of the nozzle seat are attached.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper im Spaltbereich zwei Turbulenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers angeordnet. Durch diese Maßnahme werden die im Innenbereich des eingespritzten Kraftstoffhohlkegels erzielten Tropfen weiter verkleinert und deren Penetration bis zu einer Kolbenoberfläche verhindert. Gerade bei einem strahlgeführten Brennverfahren wirkt sich diese Maßnahme sehr positiv aus, da der Kraftstoff sehr spät im Kompressionshub eingespritzt wird und eine Kolbenbenetzung mit Kraftstoff verhindert werden muß.According to another embodiment of the invention are between the nozzle seat and the closure body in the gap area two turbulence cavities in or immediately in front of the sealing surface arranged the closure body. By this measure become the inside of the injected hollow fuel cone obtained drops further reduced and their penetration prevented to a piston surface. Especially at a spray-guided combustion process, this measure has an effect very positive as the fuel is very late in the compression stroke is injected and a piston wetting with Fuel must be prevented.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden am Düsensitz und am Verschlusskörper der Kraftstoffeinspritzdüse mindestens zwei Turbulenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes und mindestens zwei Turbulenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers in eine Hubrichtung entlang der Dichtfläche nacheinander derart ausgebildet, dass jeweils zwei Turbulenzhohlräume während einer Betriebsposition der Kraftstoffeinspritzdüse gegenüberliegend angeordnet sind. Dadurch werden weiterhin die Zerstäubungseigenschaften der eingespritzten Kraftstofftropfen verstärkt, wodurch durch die gezielte Turbolenzgenerierung im gesamten Bereich des eingespritzten Kraftstoffstrahles eine durch Fertigungstoleranzen auftretende Turbulenzdifferenz überdeckt und somit eine Annäherung an das notwendige Strahlbild reicht. Alternativ können die am Sitz und die am Verschlusskörper angeordneten Turbulenzhohlräume derart ausgebildet werden, dass jeweils die zwei Hohlräume während einer Betriebsposition relativ zur Strahlachse zueinander versetzt angeordnet sind.In a further embodiment of the invention, the nozzle seat and on the closure body of the fuel injector at least two turbulence cavities in or immediately before the sealing surface of the nozzle seat and at least two turbulence cavities in or immediately before the sealing surface of Closure body in a stroke direction along the sealing surface successively designed such that in each case two turbulence cavities during an operating position of the fuel injector are arranged opposite one another. This will be Furthermore, the atomization properties of the injected Fuel droplets amplified, which through the targeted turbulence generation throughout the area of the injected Fuel jet a occurring by manufacturing tolerances Turbulence difference covers and thus an approximation the necessary spray pattern is enough. Alternatively, the am Seat and arranged on the closure body turbulence cavities be formed such that each of the two cavities during an operating position relative to the beam axis arranged offset from each other.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes und/oder in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers angeordnete Turbulenzhohlraum in Form einer nach innen ausgebildeten Nut entlang einer Umfangsfläche ausgebildet. Dadurch wird der eingespitzte Kraftstoffhohlkegel in allen Bereichen mit einer erhöhten Turbulenz beauftragt, so dass der Aufbruch der Kraftstofflamellen verstärkt wird und somit kleinere Tropfen in den Brennraum eingespritzt werden. According to a further embodiment of the invention, the in or immediately before the sealing surface of the nozzle seat and / or in or immediately before the sealing surface of the closure body arranged turbulence cavity in the form of an inwardly formed Groove formed along a peripheral surface. Thereby becomes the tapered hollow fuel cone in all areas tasked with increased turbulence, allowing the departure the fuel fins is amplified and thus smaller Drops are injected into the combustion chamber.
Die vorherigen erwähnten Maßnahmen werden bevorzugt bei Einspritzdüsen vorgenommen, die bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung verwendet werden, in denen der Kraftstoff als Hohlkegel eingespritzt und insbesondere ein strahlgeführtes Brennverfahren vorliegt. Bei solchen Brennkraftmaschinen erfolgt die Einspritzung des Kraftstoffes derart, dass am Ende des Kraftstoffhohlkegels ein torusförmiger Wirbel ausgebildet wird, wobei im Brennraum einer solchen Brennkraftmaschine eine Zündkerze derart angeordnet ist, dass die Elektroden der Zündkerze außerhalb des eingespritzten Kraftstoffhohlkegels liegen und in den gebildeten torusförmigen Wirbel einragen. Durch die Anordnung der Turbulenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes wird die Turbulenz gerade im äußeren Bereich des eingespritzten Kraftstoffhohlkegels erhöht, wodurch die Bildung des torusförmigen Randwirbels ausgeprägter stattfindet. Bei einem strahlgeführten Brennverfahren wird eine notwendige Symmetrie des erzielten torusförmigen Wirbels durch die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse beibehalten und eine Verkippung des erzielten Wirbels verhindert. Das führt dazu, dass das Auftreten von Zündaussetzern vermieden wird.The aforementioned measures are preferred with injectors made in internal combustion engines with Ignition can be used in which the fuel as Hollow cone injected and in particular a beam-guided Burning process is present. In such internal combustion engines takes place the injection of the fuel such that in the end the fuel hollow cone formed a toroidal vortex is, wherein in the combustion chamber of such an internal combustion engine a Spark plug is arranged such that the electrodes of the Spark plug outside the injected hollow fuel cone lie and protrude into the formed toroidal vortex. By the arrangement of the turbulence cavities in or directly before the sealing surface of the nozzle seat is the turbulence just in the outer region of the injected hollow fuel cone increases, causing the formation of the toroidal edge vortex pronounced takes place. In a spray-guided Combustion process will achieve a necessary symmetry of the toroidal vortex by the fuel injection nozzle according to the invention maintained and tipped the achieved Vortex prevented. This causes the occurrence of Misfiring is avoided.
Weitere Merkmale und Merkmalkombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- Eine Schnittdarstellung einer nach außen öffnenden Kraftstoffeinspritzdüse,
- Fig. 2
- eine vergrößerte Schnittdarstellung eines ausgebildeten Spaltes zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper der Kraftstoffeinspritzdüse mit vier Turbulenzhohlräumen,
- Fig. 3
- eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Dichtfläche im Bereich eines ausgebildeten Spaltes zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper der Kraftstoffeinspritzdüse aus Fig. 2,
- Fig. 3a
- eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 3 gezeigten Turbulenzhohlräume,
- Fig. 4
- eine vergrößerte Schnittdarstellung der Schnittfläche im ausgebildeten Spaltbereich zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper mit versetzten Turbolenzhohlräumen,
- Fig. 4a
- eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 4 gezeigten Turbulenzhohlräumen,
- Fig. 5
- eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Dichtfläche im ausgebildeten Spaltbereich zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper mit zwei Turbulenzhohlräumen in der Dichtfläche des Verschlusskörpers,
- Fig. 5a
- eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 5 gezeigten Turbulenzhohlräumen,
- Fig. 6
- eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Dichtfläche im ausgebildeten Spaltbereich zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper mit zwei Turbulenzhohlräumen in der Dichtfläche des Verschlusskörpers,
- Fig. 6a
- eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 6 gezeigten Turbulenzhohlräumen,
- Fig. 7
- eine vergrößerte Schnittdarstellung der Dichtfläche im ausgebildeten Spaltbereich zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper mit zwei in der Dichtfläche des Düsensitzes ausgebildeten Turbulenzhohlräumen, und
- Fig. 7a
- eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 7 gezeigten Turbulenzhohlräumen.
- Fig. 1
- A sectional view of an outwardly opening fuel injector,
- Fig. 2
- an enlarged sectional view of a formed gap between the nozzle seat and the closure body of the fuel injection nozzle with four turbulence cavities,
- Fig. 3
- an enlarged sectional view of a sealing surface in the region of a formed gap between the nozzle seat and the closure body of the fuel injection nozzle of Fig. 2,
- Fig. 3a
- an enlarged sectional view of the turbulence cavities shown in Fig. 3,
- Fig. 4
- an enlarged sectional view of the cut surface in the formed gap region between the nozzle seat and the closure body with offset turbulence cavities,
- Fig. 4a
- an enlarged sectional view of the turbulence cavities shown in Fig. 4,
- Fig. 5
- an enlarged sectional view of a sealing surface in the formed gap region between the nozzle seat and the closure body with two turbulence cavities in the sealing surface of the closure body,
- Fig. 5a
- an enlarged sectional view of the turbulence cavities shown in Fig. 5,
- Fig. 6
- an enlarged sectional view of a sealing surface in the formed gap region between the nozzle seat and the closure body with two turbulence cavities in the sealing surface of the closure body,
- Fig. 6a
- an enlarged sectional view of the turbulence cavities shown in Fig. 6,
- Fig. 7
- an enlarged sectional view of the sealing surface in the formed gap region between the nozzle seat and the closure body with two formed in the sealing surface of the nozzle seat turbulence cavities, and
- Fig. 7a
- an enlarged sectional view of the turbulence cavities shown in Fig. 7.
Fig. 1 zeigt eine Kraftstoffeinspritzdüse 1 mit einer Düsennadel
2 und einem Verschlusskörper 5 wobei ein Gehäuse 3 der
Kraftstoffeinspritzdüse 1 im brennraumseitigen Bereich einen
Düsensitz 4 aufweist, der in einer Schließposition des Verschlusskörpers
5 durch dessen Anlegen an einer Dichtfläche
die Kraftstoffeinspritzdüse verschließt. Der Verschlusskörper
5 ist an seinem oberen Ende durch die Düsennadel 2 mit einer
nicht dargestellten Stelleinrichtung verbunden. Vorzugsweise
wird hier ein Piezoaktor verwendet, der sich unter elektrischer
Spannung ausdehnt und gemäß der angelegten Spannung einen
Betriebshub des Verschlusskörpers 5 bewirken kann. Die
Dichtheit der Kraftstoffeinspritzdüse wird mechanisch durch
eine nicht dargestellte Rückstellfeder gewährleistet. Der
Verschlußkörper wird mittels der Düsennadel 2 in eine Betriebsposition
gebracht, wodurch sich ein Spalt 6 zwischen
dem Verschlusskörper 5 und dem Düsensitz 4 einstellt.Fig. 1 shows a
Gemäß Fig. 2 wird der Verschlusskörper 5 in eine Betriebsposition
(Offenstellung) mittels einer Hubrichtung 9 gebracht,
so dass der Kraftstoff durch den Spalt 6 in einen Brennraum 8
hineinströmen kann. Die in Fig. 2 gezeigten Turbulenzhohlräume
7 sind sowohl in der Dichtfläche des Verschlusskörpers 5
als auch in der Dichtfläche des Düsensitzes 4 derart ausgebildet,
dass der durch den Spalt 6 austretende Kraftstoffstrahl
10 mit einer Turbulenzerhöhung in den Brennraum 8 hineinströmt,
welche den Zerfall des Kraftstoffes verstärkt.According to FIG. 2, the
Der durch den ausgebildeten Spalt 6 aus der Kraftstoffeinspritzenden
Düse austretende Kraftstoffstrahl 10 wird gemäß
Fig. 3 in den Brennraum 8 mit einer erhöhten Turbulenz hineingespritzt,
so dass sich kleine Tröpfchen beim Eintreten in
den Brennraum 8 bilden, wodurch eine optimale Verbrennung des
eingespritzten Kraftstoffes erzielt wird. Die erfindungsgemäße
Kraftstoffeinspritzdüse wird bevorzugt bei Brennkraftmaschinen
mit Fremdzündung verwendet, bei denen ein sog.
strahlgeführtes Brennverfahren vorliegt. Demnach wird der
Kraftstoff in einem Schichtladebetrieb vorzugsweise im Kompressionshub
derart eingespritzt, dass mit dem eingespritzten
Kraftstoffhohlkegel ein torusförmiger Wirbel im Brennraum 8
ausgebildet wird. Bei einem solchen Brennverfahren, wird eine
für die Zündung vorgesehene Zündkerze derart im Brennraum 8
angeordnet, dass die Elektroden der Zündkerze in den erzielten
torusförmigen Wirbel hineinragen, wobei sie während der
Kraftstoffeinspritzung außerhalb der Mantelfläche des Kraftstoffhohlkegels
liegen. Um eine optimale Verbrennung des eingespritzten
Kraftstoffes zu erzielen, ist es notwendig einen
symmetrischen und gleichmäßigen torusförmigen Wirbel auszubilden,
so dass eine Verkippung des Wirbels nicht stattfindet.
Durch die erzielte Turbulenzerhöhung im eingespritzten
Kraftstoffhohlkegel wird eine gleichmäßige Kraftstoffverteilung
erreicht und eine Verkippung des ausgebildeten torusförmigen
Wirbels verhindert.The through the formed gap 6 from the fuel injection ends
Nozzle escaping
Gemäß Fig. 4 werden in einer Betriebsposition des Verschlusskörpers
5 die im Spaltbereich zwischen dem Düsensitz 4 und
dem Verschlusskörper 5 ausgebildeten Hohlräume versetzt angeordnet,
so dass eine erhöhte Turbulenz im eingespritzten
Kraftstoffstrahl 10 an unterschiedlichen Stellen erzielt
wird.According to FIG. 4, in an operating position of the
Gemäß Fig. 5 und 6 sind weitere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele
dargestellt, bei den in der Dichtfläche des Verschlusskörpers
zwei Turbulenzhohlräume 7 angebracht sind, mit
denen eine verstärkte Turbulenz des eingespritzten Kraftstoffstrahles
erzielt wird, wobei gemäß Fig. 6 die angebrachten
Turbulenzhohlräume 7 in einem Bereich angeordnet sind,
der vom Brennraum weiter entfernt ist als der Bereich gemäß
Fig. 5 und 5a. According to Fig. 5 and 6 are further embodiments of the invention
shown in the in the sealing surface of the closure body
two
Gemäß Fig. 7 und 7a werden die Turbulenzhohlräume in der Dichtfläche des Düsensitzes angebracht, so dass bei dem Kraftstoffhohlkegel im äußeren Bereich eine Turbulenzerhöhung erzielt wird, so dass der für das strahlgeführte Brennverfahren notwendige torusförmiger Wirbel verstärkter ausgebildet wird. Ziel ist es dabei, einen symmetrischen Wirbel und eine gleichmäßige Kraftstoffverteilung im äußeren Bereich zu erzielen, so dass eine unerwünschte Verkippung des gebildeten Wirbels verhindert wird. Weiterhin soll dadurch die Bildung von Strähnen am Ende des Kraftstoffhohlkegels vermieden werden.According to Fig. 7 and 7a, the turbulence cavities in the Sealing surface of the nozzle seat attached, so that in the Hollow fuel cone in the outer area a turbulence increase is achieved, so that for the spray-guided combustion required toroidal vortex reinforced trained becomes. The goal is to create a symmetrical vortex and a to achieve even distribution of fuel in the outer area so that an undesirable tilting of the formed Vertebra is prevented. Furthermore, thereby the formation strands are avoided at the end of the hollow fuel cone.
Durch die gezeigten Beispiele wird mittels der vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzdüse eine optimale Verbrennung ermöglicht und eine ausgeprägte torusförmige Wirbelbildung bei einem strahlgeführten Brennverfahren erzielt, welche durch den verstärkten Zerfall der Kraftstoffteilchen im Randbereich des Wirbels erreicht wird. Ein weiterer Vorteil ist der Ausgleich von Fertigungsungenauigkeiten beim Herstellen von Kraftstoffeinspritzdüsen, welche im allgemeinen die Gemischbildung bei den direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen insbesondere mit Fremdzündung negativ beeinflussen.By the examples shown is by means of the proposed Fuel injector allows optimal combustion and a pronounced toroidal vortex formation in one jet-guided combustion achieved by the increased disintegration of the fuel particles in the edge region of the Vertebra is reached. Another advantage is the balance manufacturing inaccuracies in manufacturing fuel injectors, which in general the mixture formation at the direct injection internal combustion engine in particular with Negative influence on spark ignition.
Vorzugsweise wird bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen die Kraftstoffeinspritzdüse derart ausgebildet, dass der aus der Einspritzdüse austretende Kraftstoffhohlkegel mit einem Strahlwinkel zwischen 70° und 100° ausgebildet wird. Weiterhin werden die gemäß der Erfindung im Düsensitz oder am Verschlusskörper angebrachten Hohlräume in ihrer Form flexibel ausgebildet, d.h. es ist denkbar, dass diese Turbulenzhohlräume alle denkbaren geometrischen Formen annehmen können, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Turbulenzhohlräumen flexibel gestaltet werden kann. Vorzugsweise weisen alle Turbulenzhohlräume zum Brennraum hin mindestens einen Abstand von 60µm auf, so dass genügend Dichtfläche zum Abdichten der Kraftstoffeinspritzdüse vorhanden ist. Insbesondere weisen die Turbulenzhohlräume eine Tiefe von 30µm sowohl im Düsensitzbereich als auch im Verschlußkörperbereich auf. Es ist vorteilhaft, dass beim Anbringen von mehreren Turbulenzhohlräumen sie derart anzubringen, dass die zueinander mit einem Abstand von etwa 60µm beabstandet sind. Es ist weiterhin denkbar, dass die Turbulenzhohlräume in einem Bereich innerhalb der Kraftstoffeinspritzdüse angebracht werden, der an den Bereich der Dichtfläche angrenzt, so dass eine gewisse Turbulenzerhöhung des Kraftstoffes erzielt wird, bevor der Kraftstoff in den Spalt 6 zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper hineinströmt. Es ist weiterhin denkbar, dass auf jeder Seite des Düsensitzes als auch auf der Seite des Verschlusskörpers mehrere Turbulenzhohlräume mit unterschiedlichen geometrischen Ausnehmungen angebracht werden.Preferably, in all illustrated embodiments the fuel injection nozzle is designed such that the emerging from the injection nozzle hollow fuel cone with a Beam angle between 70 ° and 100 ° is formed. Farther be in accordance with the invention in the nozzle seat or on Closure-mounted cavities flexible in shape formed, i. It is conceivable that these turbulence cavities can assume all imaginable geometrical forms, the distance between the individual turbulence cavities can be flexibly designed. Preferably have all turbulence cavities towards the combustion chamber at least one Distance of 60μm on, leaving enough sealing surface for sealing the fuel injector is present. Especially The turbulence cavities have a depth of 30μm both in the nozzle seat area as well as in the closure body area. It is advantageous that when mounting multiple turbulence cavities to mount them in such a way that they are in relation to each other spaced at a distance of about 60μm. It is still conceivable that the turbulence cavities in one area be installed inside the fuel injector, the adjacent to the area of the sealing surface, so that a certain Turbulence increase of the fuel is achieved before the Fuel in the gap 6 between the nozzle seat and the closure body into flows. It is also conceivable that on each side of the nozzle seat as well as on the side of the nozzle seat Closure body multiple turbulence cavities with different geometric recesses are attached.
Claims (9)
- Fuel injection nozzle of an internal combustion engine, with a nozzle needle, with a nozzle housing having a nozzle seat and with an outward-opening closing body, in which fuel injection nozzle the closing body movable by means of the nozzle needle bears against a sealing surface of the nozzle seat during a closing position and is moved outwards during an operating position, so that the fuel is introduced in the form of a hollow cone through a gap formed between the nozzle seat and the closing body into a combustion space of the internal combustion engine, characterized in that at least one turbulence cavity is provided at the nozzle seat and/or at the closing body in the region of the sealing surface.
- Fuel injection nozzle according to Claim 1, characterized in that at least one turbulence cavity is provided in each case in the sealing surface of the nozzle seat and in the sealing surface of the closing body, and in that two turbulence cavities are arranged opposite one another during an operating position.
- Fuel injection nozzle according to Claim 1, characterized in that at least one turbulence cavity is provided in the sealing surface of the nozzle seat and in the sealing surface of the closing body in such a way that two turbulence cavities are arranged so as to be offset with respect to one another during an operating position.
- Fuel injection nozzle according to Claim 1, characterized in that two turbulence cavities are arranged in the sealing surface of the nozzle seat between the nozzle seat and the closing body.
- Fuel injection nozzle according to Claim 1, characterized in that two turbulence cavities are arranged in the sealing surface of the closing body between the nozzle seat and the closing body.
- Fuel injection nozzle according to Claim 1, characterized in that at least two turbulence cavities in the sealing surface of the nozzle seat and at least two turbulence cavities in the sealing surface of the closing body are formed at the nozzle seat and at the closing body in succession in a stroke direction along the sealing surface, in such a way that in each case two turbulence cavities are arranged opposite one another during an operating position.
- Fuel injection nozzle according to Claim 1, characterized in that at least two turbulence cavities in the sealing surface of the nozzle seat and at least two turbulence cavities in the sealing surface of the closing body are formed at the nozzle seat and at the closing body in succession in a stroke direction along the sealing surface, in such a way that in each case two turbulence cavities are arranged so as to be offset during an operating position.
- Fuel injection nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the turbulence cavity arranged on the nozzle-seat side and/or on the closing-body side is produced in the form of an inwardly formed groove along a circumferential surface.
- Fuel injection nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow-conical fuel jet emerging through the gap formed between the nozzle seat and the closing body has a jet angle of between 70° and 100°.
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