WO2001004490A1 - Sackloch-einspritzdüse für brennkraftmaschinen mit abgerundetem übergang zwischen sackloch und düsennadelsitz - Google Patents

Sackloch-einspritzdüse für brennkraftmaschinen mit abgerundetem übergang zwischen sackloch und düsennadelsitz Download PDF

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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size

Definitions

  • Blind hole injection nozzle for internal combustion engines with a rounded transition between blind hole and nozzle needle seat
  • the invention is based on an injection nozzle for internal combustion engines with a blind hole having at least one spray hole and with a nozzle needle seat adjoining the blind hole.
  • Blind hole injection nozzles of the generic type have a large scatter in the flow resistance and thus also in the amount of fuel injected, especially in the partial stroke area of the nozzle needle. As a result, the emission and consumption behavior of many of the internal combustion engines equipped with these blind hole injection nozzles is not optimal.
  • the invention has for its object to provide a blind hole injection nozzle in which the scatter of the injection quantity in the partial stroke area of the nozzle needle is reduced in different examples of a blind hole injection nozzle of the same type and thus the consumption and emission behavior of the with the invention
  • a variant of an injection nozzle according to the invention provides that the nozzle needle seat is frustoconical, which results in a good sealing effect and good centering of the nozzle needle in the nozzle needle seat.
  • the cone angle of the nozzle needle seat is 60 °, so that a good sealing effect between the nozzle needle and the nozzle needle seat is achieved.
  • the cone angle of the nozzle needle is up to one degree, preferably 15-30 minutes, greater than the cone angle of the nozzle needle seat, so that the sealing surface is reduced and moved into the area of the largest diameter of the nozzle needle.
  • blind hole is a mini blind hole or a micro blind hole, so that the advantages according to the invention can also be used with these injection nozzles.
  • the transition between the spray hole and the blind hole is rounded, so that the throttling effect of the spray hole is reduced and spreads within a narrower tolerance range.
  • an injection nozzle for internal combustion engines with a blind hole having at least one spray hole characterized in that the transition between the spray hole and the blind hole is rounded. This measure reduces the scatter of the operating behavior of the injection nozzles.
  • Figure 1 a cross section through a blind hole injection nozzle
  • Figure 2 a characteristic of the hydraulic diameter of the
  • an injection nozzle 1 is shown with a conical blind hole 2.
  • the blind hole 2 can also be cylindrical or it can be a mini or micro blind hole 2. In the latter, the volume of the blind hole 2 is reduced compared to the type shown in FIG. 1. As a result, less fuel evaporates into the combustion chamber when the internal combustion engine is switched off.
  • the fuel not shown, reaches the combustion chamber, which is also not shown, from the blind hole 2 via a spray hole 3.
  • a conical nozzle needle seat 4 connects to the conical blind hole 2.
  • the nozzle needle seat 4 can have a cone angle of 60 °.
  • the blind hole 2 does not have to be conical, but can also be cylindrical.
  • a nozzle needle 5 rests on the nozzle needle seat 4.
  • FIG. 1 clearly shows that the cone angle of the nozzle needle 5 is larger than the cone angle of the nozzle needle seat 4.
  • the contact zone 6 between the nozzle needle 5 and the nozzle needle seat 4 lies in the region of the largest diameter of the nozzle needle 5 and
  • edge 7 On the left side of FIG. 1, a transition between blind hole 2 and nozzle needle seat 4 according to the prior art is shown as edge 7. This edge 7 arises when grinding the nozzle needle seat 4. Depending on the type of
  • the edge 7 can be a sharp burr or a smooth edge.
  • the flow resistance of the edge 7 is significantly influenced by the nature thereof.
  • a transition 8, rounded according to the invention, between blind hole 2 and nozzle needle seat 4 is shown.
  • the rounding of the transition 8 can be circular in cross section, for example, the radius being in the range from 0.01 mm to 0.1 mm, preferably 0.04 mm to 0.06 mm.
  • the rounding according to the invention means that the geometry of the transition 8 between the nozzle needle seat 4 and the blind hole 2 in the case of injection nozzles 1 of the same type only scatters within a very narrow tolerance range; d. H. the geometry of the transition 8 is defined and thus the flow resistance of the transition 8 is also clearly defined when the nozzle needle 5 is lifted from the nozzle needle seat 4 in the direction of a nozzle needle stroke 9. As a result, the scatter in the flow resistance of various specimens of injection nozzles according to the invention decreases sharply in the region of the transition 8 between nozzle needle seat 4 and blind hole 2.
  • transition 8 between nozzle needle seat 4 and blind hole 2 result in changes in the hydraulic diameter 10.
  • the spray hole 3 of the injection nozzle 1 is decisive for the hydraulic diameter of the injection nozzle 1.
  • the effects of different geometries of the transition 7 or 8 on the hydraulic diameter in the partial stroke area were indicated by the characteristic curves 11, 12 and 13.
  • the characteristic curve 12 shown in dashed lines represents a geometry of an edge 7 or a transition 8, which has a larger hydraulic diameter than the characteristic curve 11 and consequently has lower throttle losses.
  • the characteristic curve 13 shown in broken lines shows the effects of a geometry of a transition 7 or 8, which is stronger in relation to the characteristic curve 11 in FIG Has throttling effect.
  • the map of the internal combustion engine and the associated injection system is determined by measurements using one or more selected test copies.
  • the characteristic maps determined in this way are used as a basis for all injection systems of the same type.
  • the characteristic curve 11 is a measured characteristic curve and that this characteristic curve 11 is stored in the control unit of the injection system. It is also assumed that two injection nozzles taken from series production have the characteristic curves 12 and 13. If the injection nozzles 1 with the characteristic curves 12 and 13 cooperate with a control unit in which the characteristic curve 11 is stored, then the actual injection quantity in the partial stroke range does not match the optimal injection quantity according to the characteristic curve 11 measured in the test specimens, so that the output and / or the emission behavior of the internal combustion engine is deteriorated.

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Abstract

Es wird eine Einspritzdüse (1) mit Sackloch (2) vorgeschlagen, bei der Übergang (8) zwischen Sackloch (2) und Düsennadelsitz (4) abgerundet ist. Dadurch verringert sich die Toleranz des Strömungswiderstands der Einspritzdüse (1) bei Teilhub der Düsennadel (5) und ermöglicht so eine genauere Bemessung der eingespritzten Kraftstoffmenge.

Description

Sackloch-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit abgerundetem Übergang zwischen Sackloch und Düsennadelsitz
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einem, mindestens ein Spritzloch aufweisenden Sackloch und mit einem an das Sackloch anschließenden Düsennadelsitz.
Sackloch-Einspritzdüsen der gattungsgemäßen Art weisen vor allem im Teilhubbereich der Düsennadel eine große Streuung des Strömungswiderstands und damit auch der eingespritzten Kraftstoffmenge auf. In Folge dessen ist das Emissions- und Verbrauchsverhalten vieler der mit diesen Sackloch- Einspritzdüsen ausgerüsteten Brennkraftmaschinen nicht optimal .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sackloch- Einspritzdüse bereitzustellen, bei der die Streuung der Einspritzmenge im Teilhubbereich der Düsennadel bei verschiedenen Exemplaren einer Sackloch-Einspritzdüse gleicher Bauart verringert wird und somit das Verbrauchs- und Emissionsverhalten der mit der erfindungsgemäßen
Sackloch-Einspritzdüse ausgerüsteten Brennkraftmaschinen verbessert wird.
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Eine Variante einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse sieht vor, dass der Düsennadelsitz kegelstumpfförmig ist, wodurch sich eine gute Dichtwirkung und eine gute Zentrierung der Düsennadel im Düsennadelsitz ergibt.
Bei einer anderen Ausführung der Erfindung beträgt der Kegelwinkel des Düsennadelsitzes 60°, so dass eine gute Dichtwirkung zwischen Düsennadel und Düsennadelsitz erzielt wird.
In Ergänzung der Erfindung ist der Kegelwinkel der Dusennadel bis zu einem Grad, vorzugsweise 15 - 30 Winkelminuten, größer als der Kegelwinkel des Düsennadelsitzes, so dass die Dichtfläche verkleinert und in den Bereich des größten Durchmessers der Düsennadel verlegt wird.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass das Sackloch ein Minisackloch oder ein Mikrosackloch ist, so dass die erfindungsgemäßen Vorteile auch bei diesen Einspritzdüsen nutzbar sind.
Bei einer anderen Ausführungsform ist der Übergang zwischen Spritzloch und Sackloch abgerundet, so dass die Drosselwirkung des Spritzlochs verringert wird und innerhalb eines engeren Toleranzbereichs streut.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einem, mindestens ein Spritzloch aufweisenden Sackloch, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen Spritzloch und Sackloch abgerundet ist . Durch diese Maßnahme wird die Streuung des Betriebsverhaltens der Einspritzdüsen verringert .
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1: einen Querschnitt durch eine Sackloch- Einspritzdüse und Figur 2: eine Kennlinie des hydraulischen Durchmessers der
Einspritzdüse über dem Hub der Düsennadel .
In Figur 1 ist eine Einspritzdüse 1 mit einem konischen Sackloch 2 dargestellt. Das Sackloch 2 kann auch zylindrisch sein oder es kann sich um eine Mini- oder Mikro-Sackloch 2 handeln. Bei letztgenannten ist das Volumen des Sacklochs 2 gegenüber der in Figur 1 dargestellten Bauart verringert. Dadurch verdunstet bei abgestellter Brennkraftmaschine weniger Kraftstoff in den Brennraum.
Über ein Spritzloch 3 gelangt der nicht dargestellte Kraftstoff aus dem Sackloch 2 in den ebenfalls nicht dargestellten Brennraum. An das konische Sackloch 2 schließt sich ein kegelstumpfförmiger Düsennadelsitz 4 an. Der Düsennadelsitz 4 kann einen Kegelwinkel von 60° haben. Das Sackloch 2 muß nicht konisch sein, sondern kann auch zylindrisch sein.
An dem Düsennadelsitz 4 liegt eine Düsennadel 5 auf. In
Figur 1 ist deutlich zu erkennen, dass der Kegelwinkel der Düsennadel 5 größer als der Kegelwinkel des Düsennadelsitzes 4 ist. Dadurch liegt die Kontaktzone 6 zwischen Düsennadel 5 und Düsennadelsitz 4 im Bereich des größten Durchmessers der Düsennadel 5 und die
Flächenpressung zwischen Düsennadel 5 und Düsennadelsitz 4 wird erhöht. Die Differenz der Kegelwinkel von Düsennadel 5 und Düsennadelsitz 4 ist in Figur 1 übertrieben dargestellt. In der Regel ist die o. g. Differenz kleiner als 1 Grad und bewegt sich im Bereich von wenigen Winkelminuten.
Auf der linken Seite von Figur 1 ist ein Übergang zwischen Sackloch 2 und Düsennadelsitz 4 nach dem Stand der Technik als Kante 7 dargestellt. Diese Kante 7 entsteht beim Schleifen des Düsennadelsitzes 4. Je nach Art der
Bearbeitung kann die Kante 7 ein scharfer Grat oder eine glatte Kante sein. Der Strömungswiderstand der Kante 7 wird wesentlich von der Beschaffenheit derselben beeinflusst.
Auf der rechten Seite von Figur 1 ist ein erfindungsgemäß abgerundeter Übergang 8 zwischen Sackloch 2 und Düsennadelsitz 4 dargestellt. Die Abrundung des Übergangs 8 kann im Querschnitt beispielsweise kreisförmig sein, wobei der Radius im Bereich von 0,01 mm bis 0,1 mm, vorzugsweise 0,04 mm bis 0,06 mm beträgt. Das erfindungsgemäße Abrunden führt jedenfalls dazu, dass die Geometrie des Übergangs 8 zwischen Düsennadelsitz 4 und Sackloch 2 bei Einspritzdüsen 1 gleicher Bauart nurmehr innerhalb eines sehr engen Toleranzbereichs streut; d. h. die Geometrie des Übergangs 8 ist definiert und damit ist auch der Strömungswiderstand des Übergangs 8 eindeutig definiert, wenn die Düsennadel 5 in Richtung eines Düsennadelhubs 9 vom Düsennadelsitz 4 abgehoben wird. Demzufolge nimmt die Streuung des Strömungswiderstands verschiedener Exemplare von erfindungsgemäßen Einspritzdüsen im Bereich des Übergangs 8 zwischen Düsennadelsitz 4 und Sackloch 2 stark ab.
Die Folgen der Streuung des Strömungswiderstands von Einspritzdüsen 1 im Bereich des Übergangs 7 oder 8 werden anhand des in Figur 2 dargestellten Diagramms veranschaulicht . ω J t to in o tn o cn o LΠ
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des Übergangs 8 zwischen Düsennadelsitz 4 und Sackloch 2 Änderungen des hydraulischen Durchmessers 10 zur Folge haben. Im Bereich des vollen Düsennadelhubs "c" ist das Spritzloch 3 der Einspritzdüse 1 maßgeblich für den hydraulischen Durchmesser der Einspritzdüse 1.
Gemäß dem vorstehend Gesagten führen Streuungen in der Geometrie der Kante 7 oder des Übergangs 8 zu einer Änderung der Kennlinie 11 der Einspritzdüse 1 vor allem im Teilhubbereich zwischen "a" und "b" .
Nicht dargestellt wurde in Figur 1 die Möglichkeit, auch den Übergang zwischen Sackloch 2 und Spritzloch 3 abzurunden. Dadurch wird der Strömungswiderstand der Einspitzdüse verringert und es wird verhindert, dass beispielsweise beim Bohren des Spritzlochs 3, welches in der Regel von außen nach innen erfolgt, ein Grat stehenbleibt. Ein solcher Grat kann dazu führen, dass der Strömungswiderstand einer Einspritzdüse 1 vor allem bei vollem Düsennadelhub ansteigt. Die daraus resultierenden Nachteile entsprechen den bereits genannten und im folgenden weiter beschriebenen Nachteilen von Einspritzdüsen 1 bei denen der Strömungswiderstand der Kante 7 oder des Übergangs 8 stark streut.
In Figur 2 wurden andeutungsweise die Auswirkungen verschiedener Geometrien des Übergangs 7 oder 8 auf den hydraulischen Durchmesser im Teilhubbereich durch die Kennlinien 11, 12 und 13 dargestellt. Die gestrichelt dargestellte Kennlinie 12 repräsentiert eine Geometrie einer Kante 7 oder eines Übergangs 8, welche im Vergleich zu der Kennlinie 11 einen größeren hydraulischen Durchmesser hat und demzufolge geringere Drosselverluste aufweist. Die gestrichelt dargestellte Kennlinie 13 zeigt die Auswirkungen einer Geometrie eines Übergangs 7 oder 8, welche relativ zu der Kennlinie 11 in Figur 2 eine stärkere Drosselwirkung hat.
Bei in Serie gefertigten Brennkraftmaschinen wird das Kennfeld der Brennkraftmaschine und des zugehörigen Einspritzsystems anhand eines oder mehrerer ausgewählter Testexemplare durch Messungen ermittelt. Die solcherart ermittelten Kennfelder werden allen bauartgleichen Einspritzsystemen zugrundegelegt .
Im Folgenden wird angenommen, dass die Kennlinie 11 eine gemessene Kennlinie ist, und dass diese Kennlinie 11 in dem Steuergerät des Einspritzsystems abgespeichert ist. Weiter wird unterstellt, dass zwei der Serienfertigung entnommene Einspritzdüsen die Kennlinien 12 und 13 haben. Wenn nun die Einspritzdüsen 1 mit den Kennlinien 12 und 13 mit einer Steuergerät zusammenwirken, in dem die Kennlinie 11 abgespeichert ist, dann stimmt die tatsächliche Einspritzmenge im Teilhubbereich nicht mit der bei den Testexemplaren gemessenen optimalen Einspritzmenge gemäß der Kennlinie 11 überein, so dass die Leistung und/oder das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine verschlechtert wird.
Im Umkehrschluss kann man sagen, dass durch das Abrunden des Übergangs 8 zwischen Düsennadelsitz 4 und Sackloch 2 die Streuung der Kennlinien 11, 12 und 13 verringert wird. Damit wird die Übereinstimmung zwischen der im Steuergerät abgespeicherten Kennlinie 11 und der Kennlinien 11 und 12 von zwei der Serienfertigung entnommenen Einspritzdüsen deutlich verbesssert. Die Übereinstimmung kann beispielsweise um den Faktor 2 bis 3 verbessert werden. In Folge dessen entspricht die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge genau der von dem Steuergerät vorgegebenen Einspritzmenge und das Verbrauchs- und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine ist optimal. Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

Ansprüche
1. Einspritzdüse (1) für Brennkraftmaschinen mit einem, mindestens ein Spritzloch (3) aufweisenden Sackloch (2) und mit einem an das Sackloch (2) anschließenden Düsennadelsitz (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (8) zwischen Düsennadelsitz (4) und Sackloch (2) abgerundet ist.
2. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (8) zwischen Düsennadelsitz (4) und Sackloch (2) mit einem Radius zwischen 0,01 mm und 0,1 mm, vorzugsweise zwischen 0,04 mm und 0,06 mm abgerundet ist.
3. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch (2) konisch ist.
4. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch (2) zylindrisch ist.
5. Einspritzdüse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelsitz (4) kegelstumpfförmig ist.
6. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelwinkel des Düsennadelsitzes (4) 60° beträgt.
7. Einspritzdüse (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelwinkel der Düsennnadel (5) bis zu einem Grad, vorzugsweise 15 bis 30 Winkelminuten, größer als der Kegelwinkel des Düsennadelsitzes (4) ist.
8. Einspritzdüse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch (2) ein Mini-Sackloch oder ein Mikro-Sackloch ist.
9. Einspritzdüse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen Spritzloch (3) und Sackloch (2) abgerundet ist.
10. Einspritzdüse (1) für Brennkraftmaschinen mit einem, mindestens ein Spritzloch (3) aufweisenden Sackloch (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen Spritzloch (3) und Sackloch (2) abgerundet ist.
PCT/DE2000/002125 1999-07-08 2000-06-29 Sackloch-einspritzdüse für brennkraftmaschinen mit abgerundetem übergang zwischen sackloch und düsennadelsitz WO2001004490A1 (de)

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