Beschreibung
Kraftstoffeinspritzdüse
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für Verbrennungsmotoren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Solche Einspritzdüsen sind insbesondere bei direkteinspritzenden Verbrennungsmotoren allgemein in Gebrauch.
Im Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffeinspritzung, insbesondere bei der Kraftstoff-Direkteinspritzung, hat die Einspritzdüse die Aufgabe, den Brennraum des Motors gezielt und dosiert mit Kraftstoff zu versorgen. Die Art der Kraftstoffaufbereitung durch die Einspritzdüse und der Verlauf des Einspritzvorgangs beeinflussen die Verbrennung im Brennraum erheblich.
Eine Kraftstoffeinspritzdüse besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, dem Düsenkörper und der Düsennadel. Die Düsennadel ist axial beweglich in den Düsenkörper eingesetzt. An der Spitze des Düsenkörpers, die in den Brennraum des Verbrennungsmotors ragt, ist radial umlaufend eine Anzahl von Einspritzlöchern ausgebildet, die von der beweglichen Düsennadel verschlossen bzw. freigegeben werden, wozu ein Konus am vor- deren Ende der Düsennadel an eine konische Dichtfläche in der Spitze des Düsenkörpers gedrückt wird bzw. von dieser Dichtfläche abhebt .
Damit der Kraftstoff zu den Einspritzlöchern strömen kann, ist zwischen dem vorderen Teil der Düsennadel und der Innenwand des Düsenkörpers ein Freiraum vorgesehen. Bei geschlossener Einspritzdüse, wenn der Konus der Düsennadel an der konischen Dichtfläche des Düsenkörpers anliegt, ist die Düsennadel durch diese Anlage im Düsenkörper zen- triert. Beim Abheben der Düsennadel von der konischen Dichtfläche neigt die dann frei in die Spitze des Düsenkörpers ragende Düsennadel jedoch dazu, von der exakt zentrierten Lage
abzuweichen. Das hat zur Folge, daß die umlaufenden Einspritzlöcher nicht gleichmäßig freigegeben werden, was wiederum zu einer unsymmetrischen Strahlausbildung führt, die den Verbrennungsverlauf und die Emissionswerte ungünstig be- einflußt.
Dieser Nachteil tritt insbesondere bei Common-Rail-Einspritz- systemen mit Voreinspritzung in Erscheinung. Common-Rail- Einspritzsysteme sind Systeme, bei denen der Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe in einen allen Zylindern des Motors gemeinsamen Druckspeicher befördert wird, von dem aus die Einspritzventile an den einzelnen Zylindern versorgt werden. Die Voreinspritzung (Piloteinspritzung) einer sehr kleinen Kraftstoffmenge vor der eigentlichen Einspritzung (Hauptein- spritzung) verbessert bei solchen Systemen den Verbrennungsvorgang insbesondere hinsichtlich Geräuschentwicklung und Abgasverhalten. Aufgrund der kleinen Kraftstoffmenge hebt bei der Voreinspritzung die Düsennadel nur sehr wenig von ihrem Sitz im Düsenkörper, der konischen Dichtfläche, ab. Zentrie- rungsfehler wirken sich daher besonders stark aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Einspritzdüse so auszugestalten, daß der Kraftstoff immer mit der vorgesehenen gleichmäßigen Verteilung in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der im Patenanspruch 1 angegebenen Einspritzdüse gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einspritzdüse sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung ist demnach durch eine zylinderförmige Aussparung im Innenraum des Düsenkörpers im Bereich der Einspritz- löcher gekennzeichnet. Vorteil dieser ringförmig umlaufenden Aussparung ist zum einen, daß der Übergang vom Innenraum des Düsenkörpers zum jeweiligen Einspritzloch nicht mehr so
scharfkantig ist und somit der Kraftstoff mit geringeren Turbulenzen in die Einspritzlocher geleitet wird. Zudem hat diese besondere Form den Vorteil, daß um den Konus an der Spitze der Dusennadel ein Ringkanal entsteht, der beim Abheben der Dusennadel ein gleichmäßiges Beliefern der Einspritzlocher mit Kraftstoff ermöglicht, auch wenn die Dusennadel nicht exakt zentriert ist. Dieser Vorteil ist besonders beim Einspritzen von geringen Kraftstoffmengen wie beispielsweise bei der Voreinspritzung von Bedeutung.
Eine Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Kraftstoffeinspritzdüse wird im folgenden anhand der Zeichnung naher erläutert.
Die Zeichnung zeigt die Spitze einer Kraftstoffeinspritzdüse im Schnitt.
In der Zeichnung ist die in den Brennraum eines Verbrennungsmotors ragende, im wesentlichen konusformige Spitze 10 des Dusenkorpers 12 einer Kraftstoffeinspritzdüse vergrößert im Schnitt dargestellt. In der Spitze 10 sind radial umlaufend unter einem bestimmten Winkel ( zur Achse des Dusenkorpers 12 Einspritzlocher 14 ausgebildet. Durch die Reihe von Einspritzlochern 14 wird der Kraftstoff bei geöffneter Ein- spritzduse m der allgemein bekannten Art unter Druck m den Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt, wobei die Anordnung der Einspritzlocher 14 das Zerstaubungsbild des Kraftstoffs bestimmt.
Im Dusenkorper 12 der Einspritzdüse ist axial beweglich eine Dusennadel 20 angeordnet. Die Dusennadel 20 weist an ihrer Spitze einen Konus 22 auf, mit dem sie, wenn die Einspritzdüse geschlossen ist, im Bereich der Einspritzlocher 14 und insbesondere in Stromungsrichtung des Kraftstoffes oberhalb davon an einer konischen Dichtflache 16 m der Spitze 10 des Dusenkorpers 12 anliegt. Die konische Dichtflache 16 bildet einen Sitz für den Konus 22, so daß bei geschlossener Ein-
spritzduse kein Kraftstoff aus dem Innenraum 18 zwischen der Dusennadel 20 und dem Dusenkorper 12 zu den Einspritzlochern 14 gelangt.
Im Bereich der Einspritzlocher 14 ist die Innenseite der
Spitze 10 des Dusenkorpers 12 zylinderformig derartig ausgearbeitet, daß eine zylinderformige Aussparung 30 in der Spitze 10 entsteht. Die zylinderformige Aussparung 30 lauft im Bereich der Einspritzlocher 14 und im Bereich der konischen Dichtflache 16 ringförmig um den Konus 22 der Dusennadel 20 herum, wobei die konische Dichtflache 16 oberhalb der Einspritzlocher 14 zumindest so weit erhalten bleibt, daß die Abdichtung bei geschlossener Einspritzd se gesichert ist. Die Aussparung 30 hat im wesentlichen die Form eines Kreiszy- linders um die Achse des Dusenkorpers 12. Der Zylindermantel 32 der Aussparung 30 verlauft im wesentlichen parallel zur Achse des Dusenkorpers 12. Die an den Zylindermantel anschließende Deckflache 34 des Kreiszylinders kann eine ebene Kreisflache sein, so daß der Winkel zwischen Zylindermantel 32 und Deckflache 34 90° betragt. Die Deckflache 34 kann jedoch auch von einem stumpfwinkeligen, flachen Konus gebildet werden, so daß der Winkel zwischen Zylindermantel 32 und Deckflache 34 mehr als 90° betragt.
Die ringförmig umlaufende, zylinderformige Aussparung 30 an der Innenseite der Spitze 10 kann durch jedes geeignete Verfahren ausgebildet werden, beispielsweise durch Bohren, Schleifen, Fräsen, ein Erosionsverfahren wie Senkerodieren, Laserschneiden und dergleichen.
Durch die Aussparung 30 wird der Innenraum des Dusenkorpers 12 m der ansonsten im wesentlichen konischen Spitze 10 m der Umgebung der Einspritzlocher 14 zylinderformig ausgebildet. Die Einspritzlocher 14 können dabei im Bereich der Ecke zwischen dem Zylindermantel 32 und der Deckflache 34 des die Aussparung 30 bildenden Kreiszylinders angeordnet sein, wie es m der Zeichnung gezeigt ist, oder s e können weiter oben
im Bereich des Zylindermantels 32 in einem Abstand von der Ecke zwischen dem Zylindermantel 32 und der Deckfläche 34 von der Innenseite des Düsenkörpers 12 nach außen abgehen. Es ist auch möglich, daß die Einspritzlöcher 14 im Bereich der Deck- fläche 34 in die zylinderformige Aussparung 30 münden.
Die Aussparung 30 vermindert in jedem Fall den Winkel, den die einzelnen Einspritzlöcher 14 mit der Innenwand der Spitze 10 des Düsenkörpers 12 bilden. Während der Winkel zwischen der Achse der einzelnen Einspritzlöcher 14 und der konischen Innenwand der Spitze 10 ohne die Aussparung 30 bei 90° liegt und oft sogar spitzer, d.h. kleiner ist als 90°, ist der Winkel zwischen den einzelnen Einspritzlöchern 14 und der Innenwand der Aussparung 30 erheblich größer als 90° und damit ziemlich stumpf. Der Übergang zwischen dem Innenraum des Dü- senkörpers 12 zu den einzelnen Einspritzlöchern 14 ist dadurch weniger scharfkantig, und es treten weniger Turbulenzen beim Einleiten des Kraftstoffs in die Einspritzlöcher auf. Darüberhinaus bildet die zylinderformige Aussparung 30 um den Konus 22 der Düsennadel 20 einen Ringkanal aus, der beim Ab- heben der Düsennadel 20 zu Beginn der Einspritzung und während der Einspritzung auch bei Zentrierfehlern hinsichtlich der Düsennadel 20 eine gleichmäßige Versorgung der Einspritzlöcher 14 mit Kraftstoff und damit ein gleichmäßiges Zerstäubungsbild des Kraftstoffes gewährleistet.