EP4077908A1 - Injection nozzle for injecting fuel under high pressure - Google Patents

Injection nozzle for injecting fuel under high pressure

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Publication number
EP4077908A1
EP4077908A1 EP20820920.5A EP20820920A EP4077908A1 EP 4077908 A1 EP4077908 A1 EP 4077908A1 EP 20820920 A EP20820920 A EP 20820920A EP 4077908 A1 EP4077908 A1 EP 4077908A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blind hole
injection
section
needle
sealing surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20820920.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Fabian Wolf
Christiane SCHIEDT
Ferdinand Nicolai
Gerhard Suenderhauf
Michael Leukart
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4077908A1 publication Critical patent/EP4077908A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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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
    • F02M61/1873—Valve seats or member ends having circumferential grooves or ridges, e.g. toroidal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1866—Valve seats or member ends having multiple cones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/06—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves being furnished at seated ends with pintle or plug shaped extensions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1893—Details of valve member ends not covered by groups F02M61/1866 - F02M61/188

Definitions

  • Injector nozzle for injecting fuel under high pressure
  • the invention relates to an injection nozzle for injecting fuel under high pressure, such as is used, for example, to introduce fuel under high pressure into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • Injection nozzles for introducing fuel under high pressure have been known for a long time from the prior art.
  • Such injection nozzles preferably form part of a fuel! injector, which is electrically controlled and can introduce high-density fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the fuel is finely atomized when it is injected into the combustion chamber, so that an ignitable fuel-air mixture is created there.
  • this is ignited by compressing the fuel-air mixture in the combustion chamber and burns with high efficiency due to the good atomization of the fuel.
  • the injection nozzle which contains the injection holes through which the fuel ultimately emerges, controls the opening and closing of these injection openings via a piston-shaped, longitudinally displaceable nozzle needle which is arranged in the nozzle body of the injection nozzle.
  • the nozzle needle is mostly moved hydraulically, which means that the closing force is generated by the hydraulic pressure in a control chamber.
  • the pressure in the control room is, for example, via a controlled electromagnetic valve, so that the injection can ultimately be precisely controlled via the electromagnet.
  • the nozzle needle has a conical sealing surface at its end facing the injection openings.
  • the nozzle needle interacts with this sealing surface to open and close a flow cross-section with a body seat which is formed in the injection nozzle.
  • the conical body seat is adjoined by a blind hole which is designed as a blind bore and from which the actual injection openings extend.
  • the main purpose of the blind hole is to supply all injection openings with the same amount of fuel and thus ensure even combustion.
  • the nozzle needle in its closed position, d. H. in contact with the body seat, it closes the blind hole and thus also the injection openings against the pressure chamber, which is filled with compressed fuel and surrounds the nozzle needle.
  • the gap between the sealing surface and the body seat represents the narrowest cross-section that limits the flow of fuel into the blind hole.
  • the fuel that flows through this gap reaches the blind hole, where, due to the significantly larger flow cross-section, there is a pressure drop and the flow is slowed down. This favors the creation of vortex structures in the fuel flow and a change from a laminar to a turbulent flow.
  • the pressure drop when the fuel enters the blind hole favors the emergence of cavitation bubbles, which implode in the further course and can lead to damage to the sealing surface of the nozzle needle and to the body seat.
  • a large overall injection hole cross-section i.e. the sum of the cross-sections of all injection openings, causes the gap between the sealing surface and the body seat to form the smallest flow cross-section over a relatively large needle stroke, which accordingly extends the period in which cavitation can occur .
  • a large blind hole area has an equally unfavorable effect, i. H. a blind hole with a large flow cross-section within the blind hole, which leads to the injection openings, since this increases the pressure drop when the fuel flows into the blind hole and promotes the formation of cavitation.
  • a large-volume blind hole also supports the formation of eddies, which increases the dwell time of the cavitation bubbles within the blind hole and increases the likelihood that they will impode there and cause damage.
  • an injection nozzle for introducing fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine which operates according to the principle described above.
  • the nozzle needle has a conical sealing surface which cooperates with a likewise conical body seat for opening and closing a flow cross-section.
  • a Düsenna delspitze is formed, which partially protrudes into the blind hole of the injection nozzle.
  • the transition from the conical sealing surface to the needle tip is rounded so that the flow cross-section, starting from the gap between the sealing surface and the body seat, widens relatively quickly and the pressure drop described above takes place before the fuel enters the blind hole.
  • An injection nozzle of this type is also known from DE 10 2005 037 955 A1, in which the sealing surface has a significantly different cone angle than the body seat, so that the bearing of the sealing surface on the body seat occurs essentially on a circumferential sealing edge.
  • a further, narrow cross section is formed between a second part of the sealing surface and the edge which is formed at the transition from the body seat to the blind hole, so that the flow here flows unevenly from an area with high flow velocity in an area with low and then again in an area with high flow velocity.
  • the injection nozzle according to the invention has the advantage that the formation of cavitation in the injection nozzle, in particular below the sealing seat and in the blind hole, is prevented or reduced to a level that excludes harmful cavitation erosion. This improves the service life of the fuel injection valve and the precision of the injection over a longer service life.
  • the injection nozzle has a nozzle body in which a pressure chamber that can be filled with fuel under high pressure and a conical body seat are formed.
  • the conical body seat merges with the formation of a transition edge into a blind hole from which several injection holes go out, the sum of the flow cross-sections of all injection holes forming a total injection hole cross-section.
  • a nozzle needle is arranged in a longitudinally displaceable manner in the pressure chamber and cooperates with a conical sealing surface with the body seat to open and close a flow cross-section, the nozzle needle having a needle tip at its end facing the body seat which, when the sealing surface rests on the body seat, goes into the blind hole enters.
  • an injection cross-sectional area is formed between the sealing surface and the transition edge, through which the fuel can flow from the pressure chamber into the blind hole.
  • the needle tip is conically shaped and has an opening angle that is smaller than the opening angle of the conical sealing surface, and a conical section is formed in the blind hole, which has an opening angle and which connects to the transition edge, the needle tip in a partial stroke the nozzle needle is arranged at the level of the conical portion of the blind hole.
  • the nozzle needle tip and the blind hole form a flow cross-section which is largely constant and which, in particular in the partial stroke area of the nozzle needle, i.e. at the beginning of the opening stroke movement, forms a flow cross-section which leads to a calming of the flow and thus to a laminar flow of fuel into the injection hole .
  • This is achieved by the design of the nozzle needle tip on the one hand and the blind hole on the other, between which the flow cross-section is fixed. Since there is little or no pressure drop when the fuel flows into the injection hole, the formation of cavitation is suppressed at this point, which otherwise could lead to the known cavitation damage in the area of the injection holes or the blind hole.
  • the partial stroke of the nozzle needle is in particular the area of the nozzle needle stroke in which the ratio of seat cross-sectional area and total injection hole cross-section is no more than 1.3. Only when the total injection hole cross-section is greater than 1.3 times the seat cross-sectional area is there a risk of cavitation formation in the blind hole, since the injection holes then form the smallest flow cross-section and consequently there is no pressure drop when the fuel flows into the pressure chamber the blind hole is coming.
  • the inventive design of the sealing surface effectively prevents the tendency to cavitation in the partial stroke area of the nozzle needle.
  • the flow cross-section between the needle tip and the wall of the blind hole up to the upper edge of the injection hole is at most twice the cross-sectional area of the seat, the upper edge of the injection hole being the line that runs around the blind hole through the inlet edge of the injection holes facing the body seat the wall of the blind hole is marked.
  • a shoulder is formed at the transition from the sealing surface of the nozzle needle to the needle tip, which, in cooperation with the transition edge at the transition from the body seat to the blind hole, leads to a favorable configuration of the flow cross-section in this area.
  • a transition cone is formed on the nozzle needle between the needle tip and the sealing surface Opening angle is different from the opening angle of the sealing surface and from the opening angle of the needle tip. Also in cooperation with the transition edge at the beginning of the blind hole, an optimization of the flow can be achieved in order to adapt the nozzle needle to different configurations of the spray hole or the body seat.
  • the opening angle of the conical needle tip and the opening angle of the conical blind hole are equal. This results in a uniform flow cross-section between these components and thus an equalization of the flow.
  • the diameter of the upper edge of the spray hole can still be greater than the diameter of the transition edge in an advantageous embodiment. It can thereby be achieved that the flow cross-section between the nozzle needle and the wall of the blind hole is constant between the transition edge and the upper edge of the spray hole, so that the flow is made more uniform.
  • FIG. 1 shows an injection nozzle as it is known from the prior art in a longitudinal section
  • Figure 2 is an enlargement of the known from the prior art blind hole with the nozzle needle and a definition of the geometric sizes
  • FIG. 3 a nozzle also known from the prior art, further flow cross-sections being defined here,
  • FIG. 4 shows a first embodiment according to the invention of the injection nozzle according to the invention in the same representation as FIG. 2 and FIGS. 5, 6, 7 and 8 further exemplary embodiments of the invention. Description of the exemplary embodiments
  • FIG. 1 is a fuel! injector 1 shown in longitudinal section, as is known from the prior art, with only the area of the injection nozzle of the fuel! injector is shown, which is sufficient for the following explanation of the inven tion.
  • the injection nozzle has a nozzle body 2 which, with the interposition of a throttle disk 3, is braced against a holding body 5 in a liquid-tight manner by means of a clamping nut 7.
  • a pressure chamber 9 is formed, which can be filled with fuel under high pressure via a high-pressure bore 12, which is formed in the holding body 5 and the throttle plate 3.
  • a piston-shaped nozzle needle 14 is arranged to be longitudinally displaceable.
  • the nozzle needle 14 is guided in a guide section 15 within the pressure chamber 9, the fuel flow in this guide section 15 being ensured by a plurality of polished sections 16 on the nozzle needle 14, which are so large that there is no throttling of the fuel flow in this area .
  • a body seat 25 is formed in the pressure chamber 9, which is conically shaped and which interacts with a conical sealing surface 27 formed on the nozzle needle 14.
  • the conical body seat 25 is followed by a blind hole 32, from which a plurality of injection holes 30 extend, through which the fuel exits.
  • the nozzle needle 14 is in a sleeve 18 leads ge.
  • the sleeve 18 is pressed against the throttle plate 3 by a closing spring 19 surrounding the nozzle needle 14 and is thus held stationary in this position.
  • the nozzle needle 14, the sleeve 18 and the throttle plate 3 delimit a control chamber 22, which via an inlet throttle 23 with the high pressure bore 12 is connected.
  • the control chamber 22 can be connected via an outlet throttle 21 to a low-pressure chamber in the holding body 5 which is not shown in detail in the drawing.
  • a control valve 20 is formed in Hal tek Congresss 5, which opens and closes this connection, driven by an electromagnetic or piezoelectric actuator.
  • the control valve 20 opens the connection between the control chamber 22 and the low-pressure chamber by releasing the outlet throttle 21. Due to the pressure drop in the control room 22 the hydraulic closing force acting in the direction of the body seat 25 decreases, and the nozzle needle 14 lifts off the body seat 25 and releases a flow cross-section between the sealing surface 27 and the body seat 25 through the fuel from the pressure chamber 9 into the blind hole 32 and from there the injection openings 30 can flow.
  • the fuel exits through the injection holes 30, is finely atomized in the process and, together with the air in the combustion chamber, forms an ignitable mixture.
  • the control valve 20 is closed again, and the fuel flowing out of the high-pressure bore 12 via the inlet throttle 23 pushes the nozzle needle 14 back into its closed position, that is, in contact with the body seat 25.
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of the section of FIG. 1 labeled II. Since the nozzle body 2 and also the nozzle needle 14 are designed to be rotationally symmetrical with respect to a longitudinal axis 10, only one side of the injection nozzle is shown here for the sake of clarity.
  • the conical body seat 25 has an opening angle g, which is defined here as the angle between the longitudinal axis 10 and the body seat 25.
  • the body seat 25 merges into a blind hole 32 forming a transition edge 35, the blind hole 32 having a conical section 132 and is delimited by a dome 34 at the end on the combustion chamber side.
  • the opening angle of the conical blind hole 32 is denoted here by s and is significantly smaller than the opening angle g of the body seat 25.
  • the sealing surface 27 on the nozzle needle 14 is also conical and interacts with the body seat 25.
  • the opening angle of the sealing surface 27 is denoted by a and in this embodiment is slightly larger than the opening angle g of the body seat 25.
  • the injection holes 30 are distributed over the circumference of the blind hole 32, for example five or six injection holes 30, the injection holes 30 being an upper one Form inlet edge 31, that is to say the area of the round inlet edge of the injection holes 30 which is closest to the body seat 25.
  • the flow of fuel from the pressure chamber 9 into the blind hole 32 and further into the injection holes 30 takes place through different flow cross-sections, as shown in FIG.
  • the flow cross-section between the sealing surface 27 and the transition edge 35 forms a seat cross-sectional area As.
  • This sitting Cross-sectional area As forms the smallest flow cross-section when the nozzle needle is in a partial stroke, ie when it has moved only a little away from the body seat 25 at the beginning of the opening stroke movement.
  • the fuel flows through the seat cross-sectional area As into the blind hole 32 and passes through the area Aso, which is formed by the upper edge 33 of the injection hole.
  • the injection hole upper edge 33 is defined as the imaginary line on which the Einlaufkan th 31 lie.
  • All spray holes 30 together form an overall spray hole cross section A S L, SO that the flow within the blind hole 32 is determined in particular by the ratio of these flow cross sections to one another.
  • other geometric variables also have an influence on the flow of the fuel, in particular the so-called L dimension, which is marked with L in FIG. 3 and which marks the distance between the transition edge 35 and the center of the injection holes 30. If the nozzle needle 14 has only passed through a small part of its maximum opening stroke, the seat cross-sectional area As forms the smallest cross-section, while the area of the top edge Aso is relatively large.
  • FIG. 4 shows, in the same representation as FIG. 3, a first exemplary embodiment of the injection nozzle according to the invention.
  • a needle tip 28 is then formed on the conical sealing surface 27, which protrudes into the blind hole 32.
  • the needle tip 28 is also conical and has an opening angle ⁇ which is smaller than the opening angle ⁇ of the sealing surface 27.
  • the opening angle ⁇ corresponds roughly to the opening angle s of the blind hole wall, so that a largely constant flow cross section is formed between the needle tip 28 and the wall of the blind hole 32.
  • This flow cross-section extends up to the level of the upper edge of the spray hole 33, so that the flow in this area between the seat cross-sectional area As and the spray holes 30 is made more uniform.
  • the diameter DBI of the settling edge 17, which is formed between the sealing surface 27 and the needle tip 28, is smaller than the diameter Ds of the transition edge 35 (see FIG. 2), which forms the transition between the body seat 25 and the blind hole 32 marked.
  • FIG. 5 a further embodiment of the injection nozzle according to the invention is shown.
  • a transition cone 24 is formed here on the nozzle needle 14 between the sealing surface 27 and the needle tip 28.
  • the opening angle t of the transition cone 24 is greater than the opening angle a of the sealing surface 27 and smaller than the opening angle ⁇ of the needle tip 28, so that an edge is also formed at the transition from the sealing surface 27 to the transition cone 24.
  • the diameter DA of this transition edge 37 between the sealing surface 27 and the transition cone 24 is greater than the diameter of the transition edge 35 in order to shape the corresponding flow path to the 30 injection holes.
  • FIG. 6 shows a further variant of the blind hole of an injection nozzle according to the invention.
  • the injection hole 32 has here subsequently to the conical section 132, which is bounded by the transition edge 35 and an intermediate edge 36 be, a cylindrical section 232, to which a rounded tip 34 is connected.
  • the interaction with the correspondingly shaped nozzle needle 14 is shown in FIG.
  • the conical needle tip 28 is here over a large part of the needle stroke opposite the conical section 132 of the blind hole 32 and thus forms the flow cross section which leads to a calming of the flow.
  • a nozzle needle 14 can be used here, which has a transition cone 24 between the sealing surface 27 and the needle tip 28.
  • a further exemplary embodiment of the injection nozzle according to the invention is shown.
  • a shoulder 26 is formed here, through which the offset edge 17 is formed.
  • the corresponding angles and distances must be coordinated so that during the partial stroke of the nozzle needle, in which the seat cross-sectional area As is only slightly larger than the total injection hole cross-section ASL, SO, that no flow slowdown occurs when entering the blind hole 32, but only when entering the injection holes 30.
  • the diameter Ds of the transition edge 35 is greater than the diameter of the intermediate edge 36 and is at most 1.6 times this diameter Ds2.
  • the cone angle ⁇ of the needle tip 28 is in the range of +/- 20 ° of the opening angle s of the conical section 132 of the blind hole 32.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to an injection nozzle for injecting fuel under high pressure, comprising a nozzle body (2) in which a pressure chamber (9), which can be filled with fuel under high pressure, is formed and in which a conical body seat (25) is formed which opens into a blind hole (32), forming a transition edge (35), from which blind hole a plurality of injection holes (30) originate and the total of the flow cross-sections of all injection holes forms a total injection hole cross-section (ASL). A nozzle needle (14) is arranged in the pressure chamber (9) so as to be longitudinally movable, said nozzle needle interacting, by means of a conical sealing surface (27), with the body seat (25) in order to open and close a flow cross-section, wherein the nozzle needle (14) has, on the end thereof facing the body seat (25), a needle tip (28) which protrudes into the blind hole (32) when the sealing surface (27) contacts the body seat (25). A seat cross-section area (As) is formed between the sealing surface (27) and the transition edge (35) when the nozzle needle (14) is raised from the body seat (25), through which seat cross-section area fuel can flow from the pressure chamber (9) into the blind hole (32). The needle tip (28) is conical and has an opening angle (ß) that is smaller than the opening angle (α) of the conical sealing surface (27), and the blind hole (32) has a conical portion (132) having an opening angle (α) that is formed between the transition edge (35) and an intermediate edge (36), wherein the needle tip (28) is arranged in a partial stroke of the nozzle needle (14) at the height of the conical portion (132) of the blind hole (32).

Description

Beschreibung description
Titel title
Einspritzdüse zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck Injector nozzle for injecting fuel under high pressure
Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse zur Einspritzung von Kraftstoff unter ho hem Druck, wie sie beispielsweise Verwendung findet, um Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzubringen. The invention relates to an injection nozzle for injecting fuel under high pressure, such as is used, for example, to introduce fuel under high pressure into a combustion chamber of an internal combustion engine.
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik sind Einspritzdüsen zur Einbringung von Kraftstoff unter hohem Druck seit längerer Zeit bekannt. Solche Einspritzdüsen bilden vor zugsweise einen Teil eines Kraftstoff! njektors, der elektrisch gesteuert hoch ver dichtete Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einbringen kann. Der Kraftstoff wird bei der Eindüsung in den Brennraum fein zerstäubt, so dass dort ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Dieses wird bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen durch Verdichtung des Kraftstoff-Luft- Gemischs im Brennraum gezündet und verbrennt aufgrund der guten Zerstäu bung des Kraftstoffs mit hoher Effizienz. Injection nozzles for introducing fuel under high pressure have been known for a long time from the prior art. Such injection nozzles preferably form part of a fuel! injector, which is electrically controlled and can introduce high-density fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. The fuel is finely atomized when it is injected into the combustion chamber, so that an ignitable fuel-air mixture is created there. In self-igniting internal combustion engines, this is ignited by compressing the fuel-air mixture in the combustion chamber and burns with high efficiency due to the good atomization of the fuel.
Die Einspritzdüse, in der sich die Spritzlöcher befinden, durch die der Kraftstoff letztlich austritt, steuert das Öffnen und Schließen dieser Einspritzöffnungen über eine kolbenförmige, längsverschiebbare Düsennadel, die im Düsenkörper der Einspritzdüse angeordnet ist. Die Bewegung der Düsennadel erfolgt dabei zu meist hydraulisch, das heißt, dass die Schließkraft durch den hydraulischen Druck in einem Steuerraum erzeugt wird. Durch Regulierung des Drucks in die sem Steuerraum und angetrieben durch den hydraulischen Druck des Kraftstoffs, der die Düsennadel umgibt, kann so eine Längsbewegung der Düsennadel ge steuert werden. Der Druck im Steuerraum wird dabei beispielsweise über ein elektromagnetisches Ventil gesteuert, so dass die Einspritzung letztlich über den Elektromagneten präzise gesteuert werden kann. The injection nozzle, which contains the injection holes through which the fuel ultimately emerges, controls the opening and closing of these injection openings via a piston-shaped, longitudinally displaceable nozzle needle which is arranged in the nozzle body of the injection nozzle. The nozzle needle is mostly moved hydraulically, which means that the closing force is generated by the hydraulic pressure in a control chamber. By regulating the pressure in this control chamber and driven by the hydraulic pressure of the fuel surrounding the nozzle needle, a longitudinal movement of the nozzle needle can be controlled. The pressure in the control room is, for example, via a controlled electromagnetic valve, so that the injection can ultimately be precisely controlled via the electromagnet.
Die Düsennadel weist an ihrem den Einspritzöffnungen zugewandten Ende eine konische Dichtfläche auf. Mit dieser Dichtfläche wirkt die Düsennadel zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts mit einem Körpersitz zusammen, der in der Einspritzdüse ausgebildet ist. An den konischen Körpersitz schließt sich bei dem hier betrachteten Typ von Einspritzdüsen ein Sackloch an, das als Blindbohrung ausgebildet ist und von der die eigentlichen Einspritzöffnungen ausgehen. Das Sackloch dient hauptsächlich dazu, alle Einspritzöffnungen mit der gleichen Menge an Kraftstoff zu versorgen und so eine gleichmäßige Ver brennung sicher zu stellen. The nozzle needle has a conical sealing surface at its end facing the injection openings. The nozzle needle interacts with this sealing surface to open and close a flow cross-section with a body seat which is formed in the injection nozzle. In the case of the type of injection nozzle considered here, the conical body seat is adjoined by a blind hole which is designed as a blind bore and from which the actual injection openings extend. The main purpose of the blind hole is to supply all injection openings with the same amount of fuel and thus ensure even combustion.
Ist die Düsennadel in ihrer Schließstellung, d. h. in Anlage am Körpersitz, so ver schließt sie das Sackloch und damit auch die Einspritzöffnungen gegen den Druckraum, der mit verdichtetem Kraftstoff befüllt ist und die Düsennadel umgibt. Zu Beginn des Öffnungshubs der Düsennadel stellt der Spalt zwischen der Dicht fläche und dem Körpersitz den engsten Querschnitt dar, der den Kraftstofffluss in das Sackloch limitiert. Der Kraftstoff, der durch diesen Spalt fließt, gelangt in das Sackloch, wo es aufgrund des deutlich größeren Strömungsquerschnitts zu ei nem Druckabfall und zu einem Abbremsen der Strömung kommt. Dies begünstigt die Entstehung von Wirbelstrukturen in der Kraftstoffströmung und einen Um schlag von einer laminaren zu einer turbulenten Strömung. Darüber hinaus be günstigt der Druckabfall beim Eintritt des Kraftstoffs in das Sackloch die Entste hung von Kavitationsbläschen, die im weiteren Verlauf implodieren und zu Schä den an der Dichtfläche der Düsennadel und am Körpersitz führen können. Is the nozzle needle in its closed position, d. H. in contact with the body seat, it closes the blind hole and thus also the injection openings against the pressure chamber, which is filled with compressed fuel and surrounds the nozzle needle. At the beginning of the opening stroke of the nozzle needle, the gap between the sealing surface and the body seat represents the narrowest cross-section that limits the flow of fuel into the blind hole. The fuel that flows through this gap reaches the blind hole, where, due to the significantly larger flow cross-section, there is a pressure drop and the flow is slowed down. This favors the creation of vortex structures in the fuel flow and a change from a laminar to a turbulent flow. In addition, the pressure drop when the fuel enters the blind hole favors the emergence of cavitation bubbles, which implode in the further course and can lead to damage to the sealing surface of the nozzle needle and to the body seat.
Bei der Kraftstoffeinspritzung müssen verschiedene Anforderungen berücksich tigt werden. Zum einen wird ein immer höherer Einspritzdruck angestrebt, da ein hoher Einspritzdruck eine gute Zerstäubung des Kraftstoffs bewirkt und damit ei nen guten Verbrennungsverlauf. Gleichzeitig soll auch ein hoher Kraftstoffdurch- fluss ermöglicht werden, um hohe Leistungen zu erzeugen (Downsizing), um also möglichst viel Leistung mit einem gegebenen Hubraum zu erhalten. Dies führt je- doch zu Düsengeometrien, die die Entstehung von Kavitationen und damit die daraus folgende Kavitationserosion begünstigen. Various requirements must be taken into account when injecting fuel. On the one hand, an ever higher injection pressure is sought, since a high injection pressure causes good atomization of the fuel and thus a good combustion process. At the same time, a high fuel flow should also be made possible in order to generate high power (downsizing), in other words to obtain as much power as possible with a given cubic capacity. This leads every- but to nozzle geometries that favor the formation of cavitations and thus the resulting cavitation erosion.
Ein großer Gesamtspritzlochquerschnitt, d.h. die Summe der Querschnitte sämt licher Einspritzöffnungen, bewirkt, dass der Spalt zwischen der Dichtfläche und dem Körpersitz über einen relativ großen Nadelhub hinweg den kleinsten Strö mungsquerschnitt bildet, was entsprechend den Zeitraum, in dem Kavitation auf- treten kann, verlängert. Ebenso ungünstig wirkt sich eine große Sacklochfläche aus, d. h. ein Sackloch mit einem großer Strömungsquerschnitt innerhalb des Sacklochs, der zu den Einspritzöffnungen führt, da dadurch der Druckabfall bei der Einströmung des Kraftstoffs in das Sackloch verstärkt und die Entstehung von Kavitation begünstigt wird. Ein großvolumiges Sackloch unterstützt auch die Wirbelbildung, was die Verweildauer der Kavitationsbläschen innerhalb des Sacklochs verlängert und die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass diese dort implo- dieren und Schäden führen. A large overall injection hole cross-section, i.e. the sum of the cross-sections of all injection openings, causes the gap between the sealing surface and the body seat to form the smallest flow cross-section over a relatively large needle stroke, which accordingly extends the period in which cavitation can occur . A large blind hole area has an equally unfavorable effect, i. H. a blind hole with a large flow cross-section within the blind hole, which leads to the injection openings, since this increases the pressure drop when the fuel flows into the blind hole and promotes the formation of cavitation. A large-volume blind hole also supports the formation of eddies, which increases the dwell time of the cavitation bubbles within the blind hole and increases the likelihood that they will impode there and cause damage.
Aus der EP 1 891 324 Bl ist eine Einspritzdüse für die Einbringung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, die nach dem oben ge schilderten Prinzip arbeitet. Die Düsennadel weist eine konische Dichtfläche auf, die mit einem ebenfalls konischen Körpersitz zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts zusammenwirkt. An der Düsennadel ist eine Düsenna delspitze ausgebildet, die teilweise in das Sackloch der Einspritzdüse hineinragt. Der Übergang der konischen Dichtfläche zu der Nadelspitze ist gerundet ausge bildet, so dass sich der Strömungsquerschnitt ausgehend von dem Spalt zwi schen der Dichtfläche und dem Körpersitz relativ rasch erweitert und damit der oben beschriebene Druckabfall bereits vor dem Eintritt des Kraftstoffs in das Sackloch stattfindet. From EP 1 891 324 B1 an injection nozzle for introducing fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine is known, which operates according to the principle described above. The nozzle needle has a conical sealing surface which cooperates with a likewise conical body seat for opening and closing a flow cross-section. On the nozzle needle a Düsenna delspitze is formed, which partially protrudes into the blind hole of the injection nozzle. The transition from the conical sealing surface to the needle tip is rounded so that the flow cross-section, starting from the gap between the sealing surface and the body seat, widens relatively quickly and the pressure drop described above takes place before the fuel enters the blind hole.
Auch aus der DE 10 2005 037 955 Al ist eine Einspritzdüse dieses Typs be kannt, bei dem die Dichtfläche einen deutlich anderen Konuswinkel aufweist als der Körpersitz, so dass die Auflage der Dichtfläche auf dem Körpersitz im We sentlichen an einer umlaufenden Dichtkante geschieht. Zwischen einem zweiten Teil der Dichtfläche und der Kante, die am Übergang des Körpersitzes zum Sackloch ausgebildet ist, wird ein weiterer, enger Querschnitt gebildet, so dass die Strömung hier ungleichmäßig von einem Bereich mit hoher Strömungsge schwindigkeit in einem Bereich mit niedriger und danach erneut in einem Bereich mit hoher Strömungsgeschwindigkeit fließt. An injection nozzle of this type is also known from DE 10 2005 037 955 A1, in which the sealing surface has a significantly different cone angle than the body seat, so that the bearing of the sealing surface on the body seat occurs essentially on a circumferential sealing edge. A further, narrow cross section is formed between a second part of the sealing surface and the edge which is formed at the transition from the body seat to the blind hole, so that the flow here flows unevenly from an area with high flow velocity in an area with low and then again in an area with high flow velocity.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die erfindungsgemäße Einspritzdüse weist demgegenüber dem Vorteil auf, dass Kavitationsbildung in der Einspritzdüse, insbesondere unterhalb des Dichtsitzes und im Sackloch, verhindert bzw. auf ein Maß reduziert wird, das schädliche Ka vitationserosion ausschließt. Dadurch werden die Lebensdauer des Kraftstoffein- spritzventils und die Präzision der Einspritzung auch über eine längere Lebens dauer verbessert. Dazu weist die Einspritzdüse einen Düsenkörper auf, in dem ein mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbarer Druckraum und ein konischer Körpersitz ausgebildet ist. Der konische Körpersitz geht unter Bildung einer Übergangskante in ein Sackloch über, von dem mehrere Einspritzlöcher ausge hen, wobei die Summe der Strömungsquerschnitte aller Spritzlöcher einen Ge samtspritzlochquerschnitt bildet. Im Druckraum ist eine Düsennadel längsver schiebbar angeordnet, die mit einer konischen Dichtfläche mit dem Körpersitz zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts zusammenwirkt, wobei die Düsennadel an ihrem dem Körpersitz zugewandten Ende eine Nadelspitze aufweist, die bei Anlage der Dichtfläche auf dem Körpersitz in das Sackloch hin einragt. Dabei wird zwischen der Dichtfläche und der Übergangskante bei vom Körpersitz abgehobener Düsennadel eine Spritzquerschnittsfläche gebildet, durch die Kraftstoff aus dem Druckraum in das Sackloch strömen kann. Die Na delspitze ist konisch geformt und weist einen Öffnungswinkel auf, der kleiner als der Öffnungswinkel der konischen Dichtfläche ist, und im Sackloch ist ein koni scher Abschnitt ausgebildet, der einen Öffnungswinkel aufweist und der sich an die Übergangskante anschließt, wobei die Nadelspitze in einem Teilhub der Dü sennadel auf Höhe des konischen Abschnitts des Sacklochs angeordnet ist. In contrast, the injection nozzle according to the invention has the advantage that the formation of cavitation in the injection nozzle, in particular below the sealing seat and in the blind hole, is prevented or reduced to a level that excludes harmful cavitation erosion. This improves the service life of the fuel injection valve and the precision of the injection over a longer service life. For this purpose, the injection nozzle has a nozzle body in which a pressure chamber that can be filled with fuel under high pressure and a conical body seat are formed. The conical body seat merges with the formation of a transition edge into a blind hole from which several injection holes go out, the sum of the flow cross-sections of all injection holes forming a total injection hole cross-section. A nozzle needle is arranged in a longitudinally displaceable manner in the pressure chamber and cooperates with a conical sealing surface with the body seat to open and close a flow cross-section, the nozzle needle having a needle tip at its end facing the body seat which, when the sealing surface rests on the body seat, goes into the blind hole enters. In this case, when the nozzle needle is lifted from the body seat, an injection cross-sectional area is formed between the sealing surface and the transition edge, through which the fuel can flow from the pressure chamber into the blind hole. The needle tip is conically shaped and has an opening angle that is smaller than the opening angle of the conical sealing surface, and a conical section is formed in the blind hole, which has an opening angle and which connects to the transition edge, the needle tip in a partial stroke the nozzle needle is arranged at the level of the conical portion of the blind hole.
Durch die erfindungsgemäße Formung der Einspritzdüse, insbesondere der Dü sennadel im Bereich der Dichtfläche, wird zwischen der Düsennadel bzw. der Düsennadelspitze und dem Sackloch ein Strömungsquerschnitt gebildet, der weitgehend konstant ist und der insbesondere im Teilhubbereich der Düsenna del, also zu Beginn der Öffnungshubbewegung, einen Strömungsquerschnitt bil det, der zu einer Beruhigung der Strömung führt und damit zu einem laminaren Einströmen des Kraftstoffs in das Spritzloch. Dies wird durch die Ausgestaltung der Düsennadelspitze einerseits und das Sackloch andererseits erreicht, zwi schen denen der Strömungsquerschnitt festgelegt ist. Da es beim Einströmen des Kraftstoffs in das Spritzloch zu keinem oder nur zu einem geringen Druckab fall kommt, wird an dieser Stelle die Bildung von Kavitation unterdrückt, die ande renfalls zu den bekannten Kavitationsschäden im Bereich der Spritzlöcher oder des Sacklochs führen könnten. The inventive shaping of the injection nozzle, in particular the nozzle needle in the area of the sealing surface, between the nozzle needle or the The nozzle needle tip and the blind hole form a flow cross-section which is largely constant and which, in particular in the partial stroke area of the nozzle needle, i.e. at the beginning of the opening stroke movement, forms a flow cross-section which leads to a calming of the flow and thus to a laminar flow of fuel into the injection hole . This is achieved by the design of the nozzle needle tip on the one hand and the blind hole on the other, between which the flow cross-section is fixed. Since there is little or no pressure drop when the fuel flows into the injection hole, the formation of cavitation is suppressed at this point, which otherwise could lead to the known cavitation damage in the area of the injection holes or the blind hole.
Der Teilhub der Düsennadel ist insbesondere der Bereich des Düsennadelhubs, bei dem das Verhältnis aus Sitzquerschnittsfläche und Gesamtspritzlochquer schnitt nicht mehr als 1,3 beträgt. Erst wenn der Gesamtspritzlochquerschnitt größer als das 1,3-fache der Sitzquerschnittsfläche ist, besteht die Gefahr der Kavitationsbildung im Sackloch, da dann die Spritzlöcher den kleinsten Strö mungsquerschnitt bilden und es folglich nicht zu einem Druckabfall bei der Ein strömung des Kraftstoffs aus dem Druckraum in das Sackloch kommt. Durch die erfindergemäße Ausformung der Dichtfläche wird die Kavitationsneigung im Teil hubbereich der Düsennadel somit effektiv verhindert. In vorteilhafter Weist be trägt dann der Strömungsquerschnitt zwischen der Nadelspitze und der Wand des Sacklochs bis zur Spritzlochoberkante höchstens das 2-fache der Sitzquer schnittsfläche, wobei die Spritzlochoberkante die im Sackloch umlaufend ge dachte Linie ist, die durch die dem Körpersitz zugewandte Einlaufkante der Spritzlöcher in der Wand des Sacklochs markiert wird. The partial stroke of the nozzle needle is in particular the area of the nozzle needle stroke in which the ratio of seat cross-sectional area and total injection hole cross-section is no more than 1.3. Only when the total injection hole cross-section is greater than 1.3 times the seat cross-sectional area is there a risk of cavitation formation in the blind hole, since the injection holes then form the smallest flow cross-section and consequently there is no pressure drop when the fuel flows into the pressure chamber the blind hole is coming. The inventive design of the sealing surface effectively prevents the tendency to cavitation in the partial stroke area of the nozzle needle. In an advantageous manner, the flow cross-section between the needle tip and the wall of the blind hole up to the upper edge of the injection hole is at most twice the cross-sectional area of the seat, the upper edge of the injection hole being the line that runs around the blind hole through the inlet edge of the injection holes facing the body seat the wall of the blind hole is marked.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist am Übergang der Dichtfläche der Düsennadel zur Nadelspitze ein Absatz ausgebildet, was im Zusammenwirken mit der Übergangskante am Übergang des Körpersitzes zum Sackloch zu einer günstigen Ausgestaltung des Strömungsquerschnitts in diesem Bereich führt. In an advantageous embodiment of the invention, a shoulder is formed at the transition from the sealing surface of the nozzle needle to the needle tip, which, in cooperation with the transition edge at the transition from the body seat to the blind hole, leads to a favorable configuration of the flow cross-section in this area.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der Nadelspitze und der Dichtfläche ein Übergangskonus an der Düsennadel ausgebildet, dessen Öffnungswinkel von dem Öffnungswinkel der Dichtfläche und vom Öffnungswin kel der Nadelspitze verschieden ist. Ebenfalls im Zusammenwirken mit der Über gangskante am Beginn des Sacklochs kann so eine Optimierung der Strömung erreicht werden, um die Düsennadel an verschiedene Ausgestaltungen des Spritzlochs oder des Körpersitzes anzupassen. In a further advantageous embodiment, a transition cone is formed on the nozzle needle between the needle tip and the sealing surface Opening angle is different from the opening angle of the sealing surface and from the opening angle of the needle tip. Also in cooperation with the transition edge at the beginning of the blind hole, an optimization of the flow can be achieved in order to adapt the nozzle needle to different configurations of the spray hole or the body seat.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Öffnungswinkel der konischen Na delspitze und der Öffnungswinkel des konischen Sacklochs gleich groß. Dadurch ergibt sich ein gleichmäßiger Strömungsquerschnitt zwischen diesen Bauteilen und damit eine Vergleichmäßigung der Strömung. Dabei kann weiterhin in vor teilhafter Ausgestaltung der Durchmesser der Spritzlochoberkante größer als der Durchmesser der Übergangskante sein. Dadurch kann erreicht werden, dass der Strömungsquerschnitt zwischen der Düsennadel und der Wand des Sacklochs zwischen der Übergangskante und der Spritzlochoberkante konstant ist, so dass die Vergleichmäßigung der Strömung erreicht wird. In a further advantageous embodiment, the opening angle of the conical needle tip and the opening angle of the conical blind hole are equal. This results in a uniform flow cross-section between these components and thus an equalization of the flow. In this case, the diameter of the upper edge of the spray hole can still be greater than the diameter of the transition edge in an advantageous embodiment. It can thereby be achieved that the flow cross-section between the nozzle needle and the wall of the blind hole is constant between the transition edge and the upper edge of the spray hole, so that the flow is made more uniform.
Zeichnungen drawings
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemä ßen Einspritzdüse gezeigt. Es zeigt In the drawing, various exemplary embodiments of the injection nozzle according to the invention are shown. It shows
Figur 1 eine Einspritzdüse, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist in einem Längsschnitt, FIG. 1 shows an injection nozzle as it is known from the prior art in a longitudinal section,
Figur 2 eine Vergrößerung des aus dem Stand der Technik bekannten Sack lochs mit der Düsennadel und einer Definition der geometrischen Grö ßen, Figure 2 is an enlargement of the known from the prior art blind hole with the nozzle needle and a definition of the geometric sizes,
Figur 3, eine ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte Düse, wobei hier weitere Strömungsquerschnitte definiert werden, FIG. 3, a nozzle also known from the prior art, further flow cross-sections being defined here,
Figur 4 eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einspritzdüse in der gleichen Darstellung wie Figur 2 und Figur 5, 6, 7 und 8 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung. Beschreibung der Ausführungsbeispiele FIG. 4 shows a first embodiment according to the invention of the injection nozzle according to the invention in the same representation as FIG. 2 and FIGS. 5, 6, 7 and 8 further exemplary embodiments of the invention. Description of the exemplary embodiments
In Figur 1 ist ein Kraftstoff! njektor 1 im Längsschnitt dargestellt, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, wobei nur der Bereich der Einspritzdüse des Kraftstoff! njektors dargestellt ist, was für die nachfolgende Erläuterung der Erfin dung ausreichend ist. Die Einspritzdüse weist einen Düsenkörper 2 auf, der unter Zwischenlage einer Drosselscheibe 3 mittels einer Spannmutter 7 gegen einen Haltekörper 5 flüssigkeitsdicht verspannt ist. Im Düsenkörper 2 ist ein Druckraum 9 ausgebildet, der über eine Hochdruckbohrung 12, die im Haltekörper 5 und der Drosselscheibe 3 ausgebildet ist, mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist.In Figure 1 is a fuel! injector 1 shown in longitudinal section, as is known from the prior art, with only the area of the injection nozzle of the fuel! injector is shown, which is sufficient for the following explanation of the inven tion. The injection nozzle has a nozzle body 2 which, with the interposition of a throttle disk 3, is braced against a holding body 5 in a liquid-tight manner by means of a clamping nut 7. In the nozzle body 2, a pressure chamber 9 is formed, which can be filled with fuel under high pressure via a high-pressure bore 12, which is formed in the holding body 5 and the throttle plate 3.
Im Druckraum 9 ist eine kolbenförmige Düsennadel 14 längsverschiebbar ange ordnet. Die Düsennadel 14 wird dabei in einem Führungsabschnitt 15 innerhalb des Druckraums 9 geführt, wobei der Kraftstofffluss in diesem Führungsabschnitt 15 durch mehrere Anschliffe 16 an der Düsennadel 14 sichergestellt ist, die so groß ausgebildet sind, dass es zu keiner Drosselung der Kraftstoffströmung in diesem Bereich kommt. Am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 2 ist im Druckraums 9 ein Körpersitz 25 ausgebildet, der konisch geformt ist und der mit einer an der Düsennadel 14 ausgebildeten konischen Dichtfläche 27 zusam menwirkt. An den konischen Körpersitz 25 schließt sich ein Sackloch 32 an, von dem mehrere Spritzlöcher 30 ausgehen, durch die der Kraftstoff austritt. In the pressure chamber 9, a piston-shaped nozzle needle 14 is arranged to be longitudinally displaceable. The nozzle needle 14 is guided in a guide section 15 within the pressure chamber 9, the fuel flow in this guide section 15 being ensured by a plurality of polished sections 16 on the nozzle needle 14, which are so large that there is no throttling of the fuel flow in this area . At the end of the nozzle body 2 on the combustion chamber side, a body seat 25 is formed in the pressure chamber 9, which is conically shaped and which interacts with a conical sealing surface 27 formed on the nozzle needle 14. The conical body seat 25 is followed by a blind hole 32, from which a plurality of injection holes 30 extend, through which the fuel exits.
Am brennraumabgewandten Ende ist die Düsennadel 14 in einer Hülse 18 ge führt. Die Hülse 18 wird durch eine die Düsennadel 14 umgebende Schließfeder 19 gegen die Drosselscheibe 3 gedrückt und so in dieser Stellung ortsfest gehal ten. Die Düsennadel 14, die Hülse 18 und die Drosselscheibe 3 begrenzen einen Steuerraum 22, der über eine Zulaufdrossel 23 mit der Hochdruckbohrung 12 verbunden ist. Um den Druck im Steuerraum 22 zu steuern, kann der Steuer raum 22 über eine Ablaufdrossel 21 mit einem in der Zeichnung nicht näher dar gestellten Niederdruckraum im Haltekörper 5 verbunden werden. Dazu ist im Hal tekörper 5 ein Steuerventil 20 ausgebildet, das diese Verbindung öffnet und schließt, angetrieben durch einen elektromagnetischen oder piezoelektrischen Aktuator. Soll eine Einspritzung von Kraftstoff geschehen, so öffnet das Steuer ventil 20 die Verbindung des Steuerraums 22 zum Niederdruckraum, indem die Ablaufdrossel 21 freigegeben wird. Durch den Druckabfall im Steuerraum 22 vermindert sich die in Richtung des Körpersitzes 25 wirkende hydraulische Schließkraft, und die Düsennadel 14 hebt vom Körpersitz 25 ab und gibt einen Strömungsquerschnitt zwischen der Dichtfläche 27 und dem Körpersitz 25 frei, durch den Kraftstoff aus den Druckraum 9 in das Sackloch 32 und von dort zu den Einspritzöffnungen 30 strömen kann. Der Kraftstoff tritt durch die Spritzlöcher 30 aus, wird dabei fein zerstäubt und bildet zusammen mit der Luft im Brennraum ein zündfähiges Gemisch. Zur Beendigung der Kraftstoffeinspritzung wird das Steuerventil 20 wieder geschlossen, und der über die Zulaufdrossel 23 nach strömende Kraftstoff aus der Hochdruckbohrung 12 drückt die Düsennadel 14 zu rück in ihre Schließstellung, d.h. in Anlage an den Körpersitz 25. At the end remote from the combustion chamber, the nozzle needle 14 is in a sleeve 18 leads ge. The sleeve 18 is pressed against the throttle plate 3 by a closing spring 19 surrounding the nozzle needle 14 and is thus held stationary in this position. The nozzle needle 14, the sleeve 18 and the throttle plate 3 delimit a control chamber 22, which via an inlet throttle 23 with the high pressure bore 12 is connected. In order to control the pressure in the control chamber 22, the control chamber 22 can be connected via an outlet throttle 21 to a low-pressure chamber in the holding body 5 which is not shown in detail in the drawing. For this purpose, a control valve 20 is formed in Hal tekkörpers 5, which opens and closes this connection, driven by an electromagnetic or piezoelectric actuator. If fuel is to be injected, the control valve 20 opens the connection between the control chamber 22 and the low-pressure chamber by releasing the outlet throttle 21. Due to the pressure drop in the control room 22 the hydraulic closing force acting in the direction of the body seat 25 decreases, and the nozzle needle 14 lifts off the body seat 25 and releases a flow cross-section between the sealing surface 27 and the body seat 25 through the fuel from the pressure chamber 9 into the blind hole 32 and from there the injection openings 30 can flow. The fuel exits through the injection holes 30, is finely atomized in the process and, together with the air in the combustion chamber, forms an ignitable mixture. To terminate the fuel injection, the control valve 20 is closed again, and the fuel flowing out of the high-pressure bore 12 via the inlet throttle 23 pushes the nozzle needle 14 back into its closed position, that is, in contact with the body seat 25.
Zur weiteren Erläuterung zeigt die Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des mit II bezeichneten Ausschnitts der Figur 1. Da der Düsenkörper 2 und auch die Dü sennadel 14 bezüglich einer Längsachse 10 rotationssymmetrisch ausgebildet sind, ist hier der Übersichtlichkeit halber nur eine Seite der Einspritzdüse darge stellt. Der konische Körpersitz 25 weist einen Öffnungswinkel g auf, der hier defi niert ist als der Winkel zwischen der Längsachse 10 und dem Körpersitz 25. Der Körpersitz 25 geht in ein Sackloch 32 unter Bildung einer Übergangskante 35 über, wobei das Sackloch 32 einen konischen Abschnitt 132 aufweist und am brennraumseitigen Ende durch eine Kuppe 34 begrenzt ist. Der Öffnungswinkel des konischen Sacklochs 32 ist hier mit s bezeichnet und ist deutlich kleiner als der Öffnungswinkel g des Körpersitzes 25. Die Dichtfläche 27 an der Düsennadel 14 ist ebenfalls konisch ausgebildet und wirkt mit dem Körpersitz 25 zusammen. Der Öffnungswinkel der Dichtfläche 27 ist mit a bezeichnet und ist in diesem Ausführungsbeispiel etwas größer als der Öffnungswinkel g des Körpersitzes 25. Die Spritzlöcher 30 sind über den Umfang des Sacklochs 32 verteilt ausgebildet, beispielsweise fünf oder sechs Spritzlöcher 30, wobei die Spritzlöcher 30 eine obere Einlaufkante 31 ausbilden, also den Bereich der runden Einlaufkante der Spritzlöcher 30, der dem Körpersitz 25 am nächsten ist. For further explanation, FIG. 2 shows an enlarged illustration of the section of FIG. 1 labeled II. Since the nozzle body 2 and also the nozzle needle 14 are designed to be rotationally symmetrical with respect to a longitudinal axis 10, only one side of the injection nozzle is shown here for the sake of clarity. The conical body seat 25 has an opening angle g, which is defined here as the angle between the longitudinal axis 10 and the body seat 25. The body seat 25 merges into a blind hole 32 forming a transition edge 35, the blind hole 32 having a conical section 132 and is delimited by a dome 34 at the end on the combustion chamber side. The opening angle of the conical blind hole 32 is denoted here by s and is significantly smaller than the opening angle g of the body seat 25. The sealing surface 27 on the nozzle needle 14 is also conical and interacts with the body seat 25. The opening angle of the sealing surface 27 is denoted by a and in this embodiment is slightly larger than the opening angle g of the body seat 25. The injection holes 30 are distributed over the circumference of the blind hole 32, for example five or six injection holes 30, the injection holes 30 being an upper one Form inlet edge 31, that is to say the area of the round inlet edge of the injection holes 30 which is closest to the body seat 25.
Die Strömung des Kraftstoffs aus dem Druckraum 9 in das Sackloch 32 und wei ter in die Spritzlöcher 30 erfolgt durch verschiedene Strömungsquerschnitte, wie in Figur 3 dargestellt. Der Strömungsquerschnitt zwischen der Dichtfläche 27 und der Übergangskante 35 bildet eine Sitzquerschnittsfläche As. Diese Sitz- querschnittsfläche As bildet den kleinesten Strömungsquerschnitt, wenn sich die Düsennadel in einem Teilhub befindet, d. h., wenn sie sich zu Beginn der Öff nungshubbewegung nur wenig von dem Körpersitz 25 entfernt hat. Der Kraftstoff strömt durch die Sitzquerschnittsfläche As in das Sackloch 32 und passiert dabei die Fläche Aso, die durch die Spritzlochoberkante 33 gebildet wird. Die Spritz lochoberkante 33 ist dabei definiert als die gedachte Linie, auf der die Einlaufkan ten 31 liegen. Diese bildet den Strömungsquerschnitt, bevor der Kraftstoff in die Spritzlöcher 30 einfließt. Alle Spritzlöcher 30 zusammen bilden einen Gesamt spritzlochquerschnitt ASL, SO dass die Strömung innerhalb des Sacklochs 32 ins besondere durch das Verhältnis dieser Strömungsquerschnitte zueinander be stimmt wird. Darüber hinaus haben auch andere geometrische Größen Einfluss auf die Strömung des Kraftstoffs, insbesondere das sogenannte L-Maß, das in Figur 3 mit L gekennzeichnet ist und das den Abstand der Übergangskante 35 zur Mitte der Spritzlöcher 30 markiert. Hat die Düsennadel 14 erst einen kleinen Teil ihres maximalen Öffnungshubs durchfahren, so bildet die Sitzquerschnitts fläche As den kleinsten Querschnitt, während die Fläche der Spritzoberkante Aso demgegenüber relativ groß ist. Erst wenn die Düsennadel 14 einen bestimmten Hub überschritten hat, bildet der Gesamtspritzlochquerschnitt ASL den kleinsten Strömungsquerschnitt, so dass die Kraftstoffströmung erst beim Eintritt in das Spritzloch abgebremst wird, was zu keiner Kavitation im Sackloch 32 führt. The flow of fuel from the pressure chamber 9 into the blind hole 32 and further into the injection holes 30 takes place through different flow cross-sections, as shown in FIG. The flow cross-section between the sealing surface 27 and the transition edge 35 forms a seat cross-sectional area As. This sitting Cross-sectional area As forms the smallest flow cross-section when the nozzle needle is in a partial stroke, ie when it has moved only a little away from the body seat 25 at the beginning of the opening stroke movement. The fuel flows through the seat cross-sectional area As into the blind hole 32 and passes through the area Aso, which is formed by the upper edge 33 of the injection hole. The injection hole upper edge 33 is defined as the imaginary line on which the Einlaufkan th 31 lie. This forms the flow cross section before the fuel flows into the injection holes 30. All spray holes 30 together form an overall spray hole cross section A S L, SO that the flow within the blind hole 32 is determined in particular by the ratio of these flow cross sections to one another. In addition, other geometric variables also have an influence on the flow of the fuel, in particular the so-called L dimension, which is marked with L in FIG. 3 and which marks the distance between the transition edge 35 and the center of the injection holes 30. If the nozzle needle 14 has only passed through a small part of its maximum opening stroke, the seat cross-sectional area As forms the smallest cross-section, while the area of the top edge Aso is relatively large. Only when the nozzle needle 14 has exceeded a certain stroke does the total injection hole cross section A S L form the smallest flow cross section, so that the fuel flow is only slowed down when it enters the injection hole, which does not lead to cavitation in the blind hole 32.
Figur 4 zeigt in der gleichen Darstellung wie Figur 3 ein erstes Ausführungsbei spiel der erfindungsgemäßen Einspritzdüse. An der Düsennadel 14 ist anschlie ßend an die konische Dichtfläche 27 eine Nadelspitze 28 ausgebildet, die in das Sackloch 32 hineinragt. Die Nadelspitze 28 ist ebenfalls konisch ausgebildet und weist einen Öffnungswinkel ß auf, der kleiner als der Öffnungswinkel a der Dicht fläche 27 ist. Der Öffnungswinkel ß entspricht in diesem Ausführungsbeispiel un gefähr dem Öffnungswinkel s der Sacklochwand, so dass ein weitgehend kon stanter Strömungsquerschnitt zwischen der Nadelspitze 28 und der Wand des Sacklochs 32 gebildet wird. Dieser Strömungsquerschnitt erstreckt sich bis auf Höhe der Spritzlochoberkante 33, so dass eine Vergleichmäßigung der Strömung in diesem Bereich zwischen der Sitzquerschnittsfläche As und den Spritzlöchern 30 erreicht wird. Damit kommt es nicht zu einem Druckabfall beim Eintritt des Kraftstoffs in das Sackloch 32 und damit zu keiner Kavitationsbildung, zumindest aber zu einer deutlichen Reduzierung der Kavitationsneigung, was Kavitations schäden im Bereich des Sacklochs 32 und der Spritzlöcher 30 verhindert. Zur Bildung dieses Strömungsquerschnitts ist der Durchmesser DBI der Absetzkante 17, die zwischen der Dichtfläche 27 und der Nadelspitze 28 ausgebildet ist, klei ner als der Durchmesser Ds der Übergangskante 35 (siehe Figur 2), die den Übergang zwischen dem Körpersitz 25 und dem Sackloch 32 markiert. FIG. 4 shows, in the same representation as FIG. 3, a first exemplary embodiment of the injection nozzle according to the invention. On the nozzle needle 14, a needle tip 28 is then formed on the conical sealing surface 27, which protrudes into the blind hole 32. The needle tip 28 is also conical and has an opening angle β which is smaller than the opening angle α of the sealing surface 27. In this exemplary embodiment, the opening angle β corresponds roughly to the opening angle s of the blind hole wall, so that a largely constant flow cross section is formed between the needle tip 28 and the wall of the blind hole 32. This flow cross-section extends up to the level of the upper edge of the spray hole 33, so that the flow in this area between the seat cross-sectional area As and the spray holes 30 is made more uniform. This means that there is no pressure drop when the fuel enters the blind hole 32 and thus no cavitation formation occurs, at least but leads to a significant reduction in the tendency to cavitation, which prevents cavitation damage in the area of the blind hole 32 and the injection holes 30. To form this flow cross-section, the diameter DBI of the settling edge 17, which is formed between the sealing surface 27 and the needle tip 28, is smaller than the diameter Ds of the transition edge 35 (see FIG. 2), which forms the transition between the body seat 25 and the blind hole 32 marked.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ein spritzdüse dargestellt. Zwischen der Dichtfläche 27 und der Nadelspitze 28 ist hier an der Düsennadel 14 ein Übergangskonus 24 ausgebildet. Der Öffnungs winkel t des Übergangskonus 24 ist größer als der Öffnungswinkel a der Dicht fläche 27 und kleiner als der Öffnungswinkel ß der Nadelspitze 28, so dass am Übergang der Dichtfläche 27 zum Übergangskonus 24 ebenfalls eine Kante aus gebildet ist. Der Durchmesser DA dieser Übergangskante 37 zwischen der Dicht fläche 27 und dem Übergangskonus 24 ist größer als der Durchmesser der Übergangskante 35, um den entsprechenden Strömungsweg hin zu den Spritzlö chern 30 zu formen. In Figure 5, a further embodiment of the injection nozzle according to the invention is shown. A transition cone 24 is formed here on the nozzle needle 14 between the sealing surface 27 and the needle tip 28. The opening angle t of the transition cone 24 is greater than the opening angle a of the sealing surface 27 and smaller than the opening angle β of the needle tip 28, so that an edge is also formed at the transition from the sealing surface 27 to the transition cone 24. The diameter DA of this transition edge 37 between the sealing surface 27 and the transition cone 24 is greater than the diameter of the transition edge 35 in order to shape the corresponding flow path to the 30 injection holes.
In Figur 6 zeigt eine weitere Variante des Sacklochs einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse. Das Spritzloch 32 weist hier anschließend an den konischen Ab schnitt 132, der durch die Übergangskante 35 und eine Zwischenkante 36 be grenzt wird, einen zylindrischer Abschnitt 232 auf, an den sich eine abgerundete Kuppe 34 anschließt. Das Zusammenspiel mit der entsprechend geformten Dü sennadel 14 ist in Figur 7 dargestellt. Die konische Nadelspitze 28 ist hier über einen großen Teil des Nadelhubs dem konischen Abschnitt 132 des Sacklochs 32 gegenüber und bildet so den Strömungsquerschnitt, der zu einer Beruhigung der Strömung führt. Insbesondere kann hier eine Düsennadel 14 verwendet wer den, die einen Übergangskonus 24 zwischen der Dichtfläche 27 und der Nadel spitze 28 aufweist. In Figur 8 ist ein weiteres Ausführungsbespiel der erfin dungsgemäßen Einspritzdüse dargestellt. Am Übergang der Dichtfläche 27 zur Nadelspitze 28 ist hier ein Absatz 26 ausgebildet, durch den die Absetzkante 17 gebildet wird. Bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse müssen die entsprechenden Winkel und Abstände so abgestimmt sein, dass während des Teilhubs der Düsennadel, bei dem die Sitzquerschnittsfläche As nur wenig größer ist als der Gesamtspritz lochquerschnitts ASL, SO dass keine Strömungsverlangsamung beim Eintritt in das Sackloch 32 geschieht, sondern erst beim Eintritt in die Spritzlöcher 30. Da bei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Durchmesser Ds der Übergangskan te 35 größer ist als der Durchmesser der Zwischenkante 36 und höchstens das 1,6-fache dieses Durchmessers Ds2 beträgt. Weiter ist es vorteilhaft, wenn der Konuswinkel ß der Nadelspitze 28 im Bereich von +/- 20° des Öffnungswinkels s des konischen Abschnitts 132 des Sacklochs 32 liegt. FIG. 6 shows a further variant of the blind hole of an injection nozzle according to the invention. The injection hole 32 has here subsequently to the conical section 132, which is bounded by the transition edge 35 and an intermediate edge 36 be, a cylindrical section 232, to which a rounded tip 34 is connected. The interaction with the correspondingly shaped nozzle needle 14 is shown in FIG. The conical needle tip 28 is here over a large part of the needle stroke opposite the conical section 132 of the blind hole 32 and thus forms the flow cross section which leads to a calming of the flow. In particular, a nozzle needle 14 can be used here, which has a transition cone 24 between the sealing surface 27 and the needle tip 28. In Figure 8, a further exemplary embodiment of the injection nozzle according to the invention is shown. At the transition from the sealing surface 27 to the needle tip 28, a shoulder 26 is formed here, through which the offset edge 17 is formed. In the case of the injection nozzle according to the invention, the corresponding angles and distances must be coordinated so that during the partial stroke of the nozzle needle, in which the seat cross-sectional area As is only slightly larger than the total injection hole cross-section ASL, SO, that no flow slowdown occurs when entering the blind hole 32, but only when entering the injection holes 30. It is particularly advantageous if the diameter Ds of the transition edge 35 is greater than the diameter of the intermediate edge 36 and is at most 1.6 times this diameter Ds2. It is also advantageous if the cone angle β of the needle tip 28 is in the range of +/- 20 ° of the opening angle s of the conical section 132 of the blind hole 32.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Einspritzdüse zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck, mit einem Düsenkörper (2), in dem ein mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbarer Druckraum (9) ausgebildet ist und in dem ein konischer Körpersitz (25) aus gebildet ist, der unter Bildung einer Übergangskante (35) in ein Sackloch (32) mündet, von dem mehrere Spritzlöcher (30) ausgehen und die Summe der Strömungsquerschnitte aller Spritzlöcher einen Gesamtspritzlochquerschnitt (ASL) bildet, und mit einer im Druckraum (9) längsverschiebbar angeordneten Düsennadel (14), die mit einer konischen Dichtfläche (27) mit dem Körpersitz (25) zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts zusammen wirkt, wobei die Düsennadel (14) an ihrem dem Körpersitz (25) zugewandten Ende eine Nadelspitze (28) aufweist, die bei Anlage der Dichtfläche (27) auf dem Körpersitz (25) in das Sackloch (32) hinein ragt, wobei zwischen der Dichtfläche (27) und der Übergangskante (35) bei vom Körpersitz (25) abge hobener Düsennadel (14) eine Sitzquerschnittsfläche (As) gebildet wird, durch die Kraftstoff aus dem Druckraum (9) in das Sackloch (32) strömen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelspitze (28) konisch geformt ist und einen Öffnungswinkel (ß) aufweist, der kleiner als der Öffnungswinkel (a) der konischen Dichtfläche (27) ist, und das Sackloch (32) einen konischen Ab schnitt (132) mit einem Öffnungswinkel (s) aufweist, der sich an die Über gangskante (35) anschließt, wobei die Nadelspitze (28) in einem Teilhub der Düsennadel (14) auf Höhe des konischen Abschnitts (132) des Sacklochs (32) angeordnet ist. 1. Injection nozzle for injecting fuel under high pressure, with a nozzle body (2) in which a pressure chamber (9) that can be filled with fuel under high pressure is formed and in which a conical body seat (25) is formed from which is formed by a Transition edge (35) opens into a blind hole (32) from which several spray holes (30) extend and the sum of the flow cross-sections of all spray holes forms a total spray hole cross-section (ASL), and with a nozzle needle (14) arranged in the pressure chamber (9) so as to be longitudinally displaceable, which with a conical sealing surface (27) interacts with the body seat (25) for opening and closing a flow cross-section, the nozzle needle (14) having a needle tip (28) on its end facing the body seat (25) which, when the sealing surface ( 27) protrudes on the body seat (25) into the blind hole (32), with a seat between the sealing surface (27) and the transition edge (35) when the nozzle needle (14) lifted from the body seat (25) Cross-sectional area (As) is formed through which fuel can flow from the pressure chamber (9) into the blind hole (32), characterized in that the needle tip (28) is conically shaped and has an opening angle (β) which is smaller than the opening angle (A) the conical sealing surface (27), and the blind hole (32) has a conical section (132) with an opening angle (s) which adjoins the transition edge (35), the needle tip (28) in a partial stroke of the nozzle needle (14) is arranged at the level of the conical section (132) of the blind hole (32).
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilhub der Düsennadel (14) der Nadelhubbereich ist, bei dem das Verhältnis aus Sitzquerschnittsfläche (As) und Gesamtspritzlochquerschnitt (ASL) nicht mehr als 1,3 beträgt (As/ ASL < 1,3). 2. Injection nozzle according to claim 1, characterized in that the partial stroke of the nozzle needle (14) is the needle stroke area in which the ratio of seat cross-sectional area (As) and total injection hole cross-section (ASL) is not more than 1.3 (As / ASL <1, 3).
3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strö mungsquerschnitt zwischen der Nadelspitze (28) und der Wand des Sack lochs (32) bis zur Spritzlochoberkante (33) höchstens das 2-fache der Sitz querschnittsfläche (As) ist, wobei die Spritzlochoberkante (33) die im Sack loch (32) umlaufende, gedachte Linie ist, die durch die dem Körpersitz (25) zugewandte Einlaufkante der Spritzlöcher (30) in der Wand des Sacklochs3. Injection nozzle according to claim 2, characterized in that the Strö flow cross-section between the needle tip (28) and the wall of the blind hole (32) up to the top edge of the injection hole (33) is at most twice the cross-sectional area of the seat (As), the The upper edge of the spray hole (33) is the imaginary line running around the blind hole (32) through the inlet edge of the spray holes (30) facing the body seat (25) in the wall of the blind hole
(32) markiert wird. (32) is highlighted.
4. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergang der Dichtfläche (27) zur Nadelspitze (28) ein Absatz (26) ausgebildet ist. 4. Injection nozzle according to one of claims 1 to 3, characterized in that a shoulder (26) is formed at the transition from the sealing surface (27) to the needle tip (28).
5. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Nadelspitze (28) und der Dichtfläche (27) ein Übergangs konus (24) an der Düsennadel (14) ausgebildet ist, dessen Öffnungswinkel (t) von dem Öffnungswinkel (a) der Dichtfläche (27) und dem Öffnungswinkel (ß) der Nadelspitze (28) verschieden ist. 5. Injection nozzle according to one of claims 1 to 3, characterized in that a transition cone (24) is formed on the nozzle needle (14) between the needle tip (28) and the sealing surface (27), the opening angle (t) of which depends on the opening angle (A) the sealing surface (27) and the opening angle (ß) of the needle tip (28) is different.
6. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öff nungswinkel (ß) der konischen Nadelspitze (28) und der Öffnungswinkel (s) des konischen Sacklochs (32) gleich groß sind. 6. Injection nozzle according to claim 1, characterized in that the opening angle (ß) of the conical needle tip (28) and the opening angle (s) of the conical blind hole (32) are equal.
7. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durch messer (Aso) der Spritzlochoberkante (33) größer als der Durchmesser (Ds) der Übergangskante (35) ist. 7. Injection nozzle according to claim 1, characterized in that the diameter (Aso) of the upper edge of the injection hole (33) is greater than the diameter (Ds) of the transition edge (35).
8. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strö mungsquerschnitt zwischen der Düsennadel (14) und der Wand des Sack lochs (32) zwischen der Übergangskante (35) und der Spritzlochoberkante8. Injection nozzle according to claim 1, characterized in that the flow cross-section between the nozzle needle (14) and the wall of the blind hole (32) between the transition edge (35) and the upper edge of the injection hole
(33) konstant ist. (33) is constant.
9. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den konischen Abschnitt (132) ein zylindrischer Abschnitt oder eine Kuppe (34) im Sackloch (32) anschließt. 9. Injection nozzle according to claim 1, characterized in that the conical section (132) is followed by a cylindrical section or a dome (34) in the blind hole (32).
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