WO2004076850A1 - Blind hole and seat hole injection nozzle for an internal combustion engine, comprising a transition cone between the blind hole and the nozzle needle seat - Google Patents
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Abstract
The invention relates to an injection nozzle (1) comprising a blind hole (2), a transition cone (8) being provided between the blind hole (2) and the nozzle needle seat (4). In this way, the tolerance of the flow resistance of the injection nozzle (1) is reduced in the partial stroke of the nozzle needle (5), thus enabling a more precise measurement of the injected fuel quantity.
Description
Sackloch- und Sitzloch-Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine mit einem Ubergangs kegel zwis chen Sackloch und Düsennadels it z Blind hole and seat hole injection nozzle for an internal combustion engine with a transition cone between Chen blind hole and nozzle needle z
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einem, mindestens ein Spritzloch aufweisenden Sackloch beziehungsweise eine Sitzloch- Einspritzdüse und mit einem an das Sackloch anschließenden Düsennadelsitz.The invention is based on an injection nozzle for internal combustion engines with a blind hole or at least one injection hole or a seat hole injection nozzle and with a nozzle needle seat adjoining the blind hole.
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.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.
Aus der DE 199 31 761.5 ist eine Ξackloch-Einspritzdüse bekannt bei der durch Verrunden des Übergangs zwischen Sackloch und Düsennadelsitz die Streuung des Strömungswiderstandes im Teilhubbereich reduziert wird.From DE 199 31 761.5 a blind hole injection nozzle is known in which the spreading of the flow resistance in the partial stroke area is reduced by rounding the transition between blind hole and nozzle needle seat.
Aus der DE 196 09 218 AI ist eine Sackloch-Einspritzdüse
bekannt bei der zwischen Sackloch und Düsennadelsitz ein zylindrischer Ringsteg ausgebildet ist.From DE 196 09 218 AI is a blind hole injection nozzle known in which a cylindrical ring web is formed between the blind hole and the nozzle needle seat.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Bei einer erfindung^sgemäße Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine mit einem, mindestens ein Spritzloch aufweisenden Sackloch und einem an das Sackloch anschließenden Düsennadelsitz ist erfindungsgemäß zwischen Sackloch und Düsennadelsitz ein Ubergangskegel vorhanden. Auch bei Sitzloch-Einspritzdüsen kann der erfindungsgemäße Ubergangskegel mit Erfolg eingesetzt werden. Durch den erfindungsgemäßen Ubergangskegel wird der im Teilhub vorhandene kegelstumpfförmige Ringspalt zwischen Düsennadel und Düsennadelsitz stark verkürzt, so dass sich dessen Ströraungswiderstand stark verringert. Dadurch sinkt der Anteil des Strömungswiderstands dieses kegelstumpfförmigen Ringspalts am Gesa tströmungswiderstand der Einspritzdüse während des Einspritzvorgangs im Teillastbereich der Brennkraftmaschine. Im Ergebnis wirken sich somitIn an invention ^ sgemäße injection nozzle for an internal combustion engine having a least one spray hole and having a blind hole adjoining the nozzle needle seat blind hole, a transition cone according to the invention is provided between the blind hole and the nozzle needle seat. The transition cone according to the invention can also be used successfully with seat hole injection nozzles. The transition cone according to the invention greatly reduces the frustoconical annular gap between the nozzle needle and the nozzle needle seat, so that its flow resistance is greatly reduced. As a result, the proportion of the flow resistance of this frustoconical annular gap in the total flow resistance of the injection nozzle decreases during the injection process in the part-load range of the internal combustion engine. The result thus have an effect
Streuungen des Strömungswiderstands des kegelstumpfförmigen Spalts weniger stark auf das Einspritzverhalten der Einspritzdüse aus. Dadurch werden die Streuungen des Betriebsverhaltens der Einspritzdüsen bei der Serienproduktion verringert. Die Einspritzdüsen einer Großserie verhalten sich nahezu identisch im Teilhubbereich, so dass die Ansteuerung dieser Einspritzdüsen durch ein mit vorgegebenen Parametern programmiertes Steuergerät zu exakt vorhersehbaren und gleich großen Einspritzmengen führt. Dies führt im Ergebnis zu einer Verbesserung des Verbrauchs- und Emissionsverhaltens der Brennkraftmaschine sowie einer Verbesserung des Rundlaufs der Brennkraftmaschine insbesondere im Teillastbereich.
Durch die Verkürzung des Ringspalts zwischen Düsennadelsitz und Düsennadel wird auch der Einfluss derScatters of the flow resistance of the frustoconical gap affect the injection behavior of the injector less strongly. This reduces the scatter in the operating behavior of the injection nozzles during series production. The injection nozzles of a large series behave almost identically in the partial stroke range, so that the control of these injection nozzles by a control unit programmed with predetermined parameters leads to precisely predictable and equally large injection quantities. As a result, this leads to an improvement in the consumption and emission behavior of the internal combustion engine and an improvement in the concentricity of the internal combustion engine, in particular in the part-load range. By shortening the annular gap between the nozzle needle seat and nozzle needle, the influence of the
Oberflächenrauigkeit des Düsennadelsitzes beziehungsweise der Düsennadel auf den Strömungswiderstand im Teilhubbereich der Düsennadel aus den gleichen Gründen verringert. Somit können die Anforderungen an die zu bearbeitenden Oberflächen, falls gewünscht, herabgesetzt werden und somit Kosten bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Einspritzdüse eingespart werden.Surface roughness of the nozzle needle seat or the nozzle needle is reduced to the flow resistance in the partial stroke area of the nozzle needle for the same reasons. Thus, the requirements on the surfaces to be machined can, if desired, be reduced and thus costs can be saved in the manufacture of the injection nozzle according to the invention.
Die Verkürzung des Ringspaltes führt mit den beiden begrenzenden Winkeln an der Nadel und durch den erfindungsgemäßen Verlauf des Düsenkörperwinkels zu einer Verschleißgrenze beim Einarbeiten der Nadel in den Körper.The shortening of the annular gap with the two limiting angles on the needle and through the course of the nozzle body angle according to the invention leads to a wear limit when the needle is worked into the body.
Schließlich kann durch Messen des Betriebsverhaltens einer erfindungsgemäßen Sacklocheinspritzdüse das Betriebsverhalten aller anderen bauartgleichen Sacklocheinspritzdüsen mit wesentlich größerer Genauigkeit vorhergesagt werden und die Steuerung des Einspritzvorgangs entsprechend optimiert werden. Der Übergang kann nicht nur als Ubergangskegel, , sondern auch kurvenförmig angelegt sein.Finally, by measuring the operating behavior of a blind hole injection nozzle according to the invention, the operating behavior of all other blind hole injection nozzles of the same type can be predicted with much greater accuracy and the control of the injection process can be optimized accordingly. The transition can be designed not only as a transition cone, but also in a curve.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Kegelwinkel des Übergangskegels in etwa der Winkelhalbierenden zwischen dem Sackloch und dem Düsennadelsitz entspricht. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Übergangs zwischen Sackloch und Düsennadelsitz sowohl bei Einspritzdüsen mit konischem als auch mit zylindrischem Sackloch eingesetzt werden .It has proven to be advantageous if the cone angle of the transition cone roughly corresponds to the bisector between the blind hole and the nozzle needle seat. The configuration according to the invention of the transition between blind hole and nozzle needle seat can be used both with injection nozzles with a conical and with a cylindrical blind hole.
Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Düsennadelsitz kegelstumpfförmig, insbesondere mit einem Kegelsitz von etwa 60 °, ausgeführt ist, da sich dann eine
gute Dichtwirkung und eine gute Zentrierung der Düsennadel im Düsennadelsitz ergibt.Furthermore, it has proven to be advantageous if the nozzle needle seat is frustoconical, in particular with a conical seat of approximately 60 °, since then a good sealing effect and good centering of the nozzle needle in the nozzle needle seat results.
In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein mit dem Düsennadelsitz zusammenwirkendes Ende einer Düsennadel kegelstumpfförmig ausgebildet ist, wobei in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Kegelwinkel bis zu 1 °, vorzugsweise 15 Winkelminuten - 30 Winkelminuten, größer als der Kegelwinkel des Düsennadelsitzes ist, so dass die Dichtfläche verkleinert und in den Bereich des größten Durchmessers der Düsennadel verlegt wird.In addition to the invention, it is provided that one end of a nozzle needle interacting with the nozzle needle seat is frustoconical, in a particularly advantageous embodiment of the invention the cone angle is up to 1 °, preferably 15 angle minutes - 30 angle minutes, greater than the cone angle of the nozzle needle seat that the sealing surface is reduced and moved into the area of the largest diameter of the nozzle needle.
Alternativ kann das mit dem Düsennadelsitz zusammenwirkende Ende der Düsennadel doppelt kegelstumpfförmig ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Düsennadelsitz dort, wo die beiden Kegelstümpfe aneinander anschließen.Alternatively, the end of the nozzle needle which interacts with the nozzle needle seat can be designed in the shape of a truncated cone. In this case, the nozzle needle seat is where the two truncated cones connect to one another.
Das oder die Sacklöcher der erfindungsgemäßen Einspritzdüse können als Mini-Sackloch oder Mikro-Sackloch oder Sitzloch ausgebildet sein.The one or more blind holes of the injection nozzle according to the invention can be designed as a mini blind hole or micro blind hole or seat hole.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous refinements of the invention can be found in the following drawing, its description and the patent claims.
Zeichnungdrawing
Es zeigen:Show it:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse im Schnitt,1 shows a first exemplary embodiment of an injection nozzle according to the invention in section,
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse,
Figur 3 eine Kennlinie des hydraulischen Durchmessers der Einspritzdüse über dem Hub der Dusennadel undFIG. 2 shows a second exemplary embodiment of an injection nozzle according to the invention, Figure 3 is a characteristic curve of the hydraulic diameter of the injection nozzle over the stroke of the nozzle needle and
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine .Figure 4 is a schematic representation of a fuel injection system for an internal combustion engine.
Beschreibung der AusfuhrungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
In Figur 1 ist eine Einspritzdüse 1 mit einem konischen Sackloch 2 im Schnitt dargestellt. Dabei ist in der linken Hälfte der Figur 1 eine Einspritzdüse nach dem Stand der Technik dargestellt, wahrend auf der rechten Seite von Figur 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemaßen Einspritzdüse 1 dargestellt ist.In Figure 1, an injection nozzle 1 with a conical blind hole 2 is shown in section. An injection nozzle according to the prior art is shown in the left half of FIG. 1, while a first exemplary embodiment of an injection nozzle 1 according to the invention is shown on the right side of FIG.
Machfolgend wird zunächst die linke Hälfte der Figur 1 beschrieben und anschließend die erfindungsgemaßen Unterschiede erläutert.The left half of FIG. 1 is first described below and the differences according to the invention are subsequently explained.
Das Sackloch 2 kann auch zylindrisch sein oder es kann um als Mini- oder Mikrosackloch 2 ausgeführt werden. Die Spritzlocher können auch in einem Düsennadelsitz 4 angeordnet sein. Bei letztgenanntem ist das Volumen desThe blind hole 2 can also be cylindrical or it can be designed as a mini or micro blind hole 2. The spray holes can also be arranged in a nozzle needle seat 4. The latter is the volume of the
Sacklochs 2 gegen ber der m Figur 1 dargestellten Bauart verringert. Dadurch verdunstet bei abgestellter Brennkraftmaschine weniger Kraftstoff in den Brennraum.Blind holes 2 compared to the m shown in Figure 1 reduced. As a result, less fuel evaporates into the combustion chamber when the internal combustion engine is switched off.
Über ein Spritzloch 3 gelangt der nicht dargestellte Kraftstoff aus dem Sackloch 2 in den ebenfalls nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) . An das konische Sackloch 2 schließt sich ein kegelstumpfformiger Düsennadelsitz 4 an. Der Düsennadelsitz 4 kann einen Kegelwinkel von beispielsweise 60 ° haben.
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 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 diese Differenz kleiner als 1 ° und bewegt sich im Bereich von beispielsweise 15 Winkelminuten bis 30 Winkelminuten.The fuel, not shown, reaches the combustion chamber of the internal combustion engine (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, for example, 60 °. A nozzle needle 5 rests on the nozzle needle seat 4. It can be clearly seen in FIG. 1 that the cone angle of the nozzle needle 5 is greater than the cone angle of the nozzle needle seat. As a result, 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 the surface pressure between the nozzle needle 5 and the nozzle needle seat 4 is increased. The difference between the cone angles of the nozzle needle 5 and the nozzle needle seat 4 is exaggerated in FIG. 1. As a rule, this difference is less than 1 ° and ranges from, for example, 15 angular minutes to 30 angular minutes.
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 Grad oder eine glatte Kante sein. Der Strömungswiderstand der Kante 7 wird wesentlich von der Beschaffenheit derselben beeinflusst .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 processing, the edge 7 can be a sharp degree or a smooth edge. The flow resistance of the edge 7 is significantly influenced by the nature of the same.
Auf der rechten Seite von Figur 1 ist der Übergang zwischen Sackloch 2 und Düsennadelsitz 4 anders gestaltet. Zwischen Düsennadelsitz 4 und Sackloch 2 ist ein Ubergangskegel 8 ausgebildet. Dieser Ubergangskegel 8 führt dazu, dass der in Figur 1 unterhalb der Kontaktzone 6 liegende Teil des Düsennadelsitzes 4 verkürzt wird. Die Länge des unterhalb der Kontaktzone 6 liegenden Teils des Düsennadelsitzes 4 ist in Figur 1 (rechte Seite) mit "x" bezeichnet. An den Düsennadelsitz 4 schließt sich auf der rechten Seite von Figur 1 der bereits erwähnte Ubergangskegel 8 an, der anschließend in das Sackloch 2 übergeht.On the right side of Figure 1, the transition between blind hole 2 and nozzle needle seat 4 is designed differently. A transition cone 8 is formed between the nozzle needle seat 4 and the blind hole 2. This transition cone 8 has the result that the part of the nozzle needle seat 4 lying below the contact zone 6 in FIG. 1 is shortened. The length of the part of the nozzle needle seat 4 below the contact zone 6 is denoted by "x" in FIG. 1 (right side). On the right-hand side of FIG. 1, the already mentioned transition cone 8 adjoins the nozzle needle seat 4, which then merges into the blind hole 2.
Bei einer Sacklochdüse nach dem Stand der Technik, wie sie
in Figur 1 auf der linken Seite dargestellt ist, ist die Länge des Düsennadelsitzes 4 unterhalb der Kontaktzone 6 deutlich größer. Sie ist in Figur 1 mit "y" bezeichnet.In a blind hole nozzle according to the prior art, as they Is shown in Figure 1 on the left side, the length of the nozzle needle seat 4 below the contact zone 6 is significantly greater. It is designated by "y" in FIG. 1.
Wenn nun die Düsennadel in Richtung eines Düsennadelhubs 9 vom Düsennadelsitz abhebt, entsteht bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 ein schmaler kegelstumpfförmiger Ringspalt zwischen Düsennadelsitz 4 und der Düsennadel 5. Der kegelstumpfförmige Ringspalt (nicht dargestellt) hat bei einer Düsennadel nach dem Stand der Technik die Länge "y", während er bei einer erfindungsgemäßen Sacklocheinspritzdüse 1 nur eine Länge "x" hat, wobei "x" kleiner als "y" ist. Die Maße x, y sind jedoch bezüglich des Verhältnisses variabel ; oder und je nach Anforderungen in Abhängigkeit der Prüfpunkte des Einspritzsystems ausgelegt werden.If the nozzle needle now lifts from the nozzle needle seat in the direction of a nozzle needle stroke 9, a narrow frustoconical annular gap is formed between the nozzle needle seat 4 and the nozzle needle 5 in the injection nozzle 1 according to the invention. The frustoconical annular gap (not shown) has the length in a prior art nozzle needle. y ", while in a blind hole injection nozzle 1 according to the invention it has only a length" x "," x "being less than" y ". The dimensions x, y are variable in relation to the ratio; or and depending on the requirements depending on the test points of the injection system.
Wegen der gegenüber dem Stand der Technik stark verkürzten Länge des kegelstumpfförmigen Spalts zwischen Düsennadel 5 und Düsennadelsitz 4 im Teilhub ist naturgemäß auch derBecause of the greatly shortened length of the frustoconical gap between the nozzle needle 5 and nozzle needle seat 4 in the partial stroke, this is of course also the
Strömungswiderstand dieses kegelstumpfförmigen Ringspalts einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 sehr viel kleiner als bei einer Düsennadel nach dem Stand der Technik. Infolgedessen ist der Einfluss des Ξtrömungswiderstands dieses kegelstumpfförmigen Ringspalts im Teilhub auf das Einspritzverhalten einer erfindungsgemäß ausgestalteten Einspritzdüse 1 mit einem Ubergangskegel 8 sehr viel kleiner. Deshalb ist die Streuung des Betriebsverhaltens von Einspritzdüsen 1, die erfindungsgemäß mit einem Ubergangskegel 8 ausgestattet sind, untereinander sehr viel kleiner.Flow resistance of this frustoconical annular gap of an injection nozzle 1 according to the invention is very much smaller than in the case of a nozzle needle according to the prior art. As a result, the influence of the flow resistance of this frusto-conical annular gap in the partial stroke on the injection behavior of an injection nozzle 1 designed according to the invention with a transition cone 8 is very much smaller. Therefore, the variation in the operating behavior of injection nozzles 1, which according to the invention are equipped with a transition cone 8, is much smaller among themselves.
Die Folgen der Streuung des Strömungswiderstands von Einspritzdüsen 1 werden nachfolgend anhand des in Figur 3 dargestellten Diagramms veranschaulicht.
Das oder die Spritzlöcher 3 können auch im Düsennadelsitz 4 oder im Ubergangskegel 8 (beides nicht dargestellt) angeordnet sein.The consequences of the scattering of the flow resistance of injection nozzles 1 are illustrated below using the diagram shown in FIG. 3. The one or more spray holes 3 can also be arranged in the nozzle needle seat 4 or in the transition cone 8 (neither of which is shown).
In Figur 2 i-st ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 dargestellt. Der wesentliche Unterschied zu dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß der rechten Seite der Figur 1 besteht darin, dass das mit dem Düsennadelsitz 4 zusammenwirkende Ende der Düsennadel 5 als Doppelkegel ausgeführt ist. Ein erster Kegel 15 wird gefolgt von einem zweiten Kegel 16. Dabei ist der Kegelwinkel des ersten . Kegels 15 kleiner als der Kegelwinkel des Düsennadelsitzes 4 und der Kegelwinkel des zweiten Kegels 16 größer als der Kegelwinkel des Düsennadelsitzes 4. Im Ergebnis führt dies dazu, dass die Kontaktzone 6 zwischen Düsennadel 5 und Düsennadelsitz 4 dort ist, wo der erste Kegel 15 in den zweiten Kegel 16 übergeht. Dieser Übergangsbereich ist in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 17 versehen worden.FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of an injection nozzle 1 according to the invention. The essential difference from the exemplary embodiment according to the invention according to the right side of FIG. 1 is that the end of the nozzle needle 5 which interacts with the nozzle needle seat 4 is designed as a double cone. A first cone 15 is followed by a second cone 16. The cone angle is the first. Cone 15 smaller than the cone angle of the nozzle needle seat 4 and the cone angle of the second cone 16 larger than the cone angle of the nozzle needle seat 4. As a result, this means that the contact zone 6 between the nozzle needle 5 and the nozzle needle seat 4 is where the first cone 15 in the second cone 16 merges. This transition area has been given the reference symbol 17 in FIG.
Infolgedessen wird die Länge x des kegelstumpfförmigen Ringspalts zwischen Düsennadel 5 und Düsennadelsitz 4 bei diesem Ausführungsbeispiel gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe rechte Seite von Figur 1) nochmals verkürzt. Dadurch sinkt der Einfluss desAs a result, the length x of the frustoconical annular gap between the nozzle needle 5 and the nozzle needle seat 4 is shortened again in this exemplary embodiment compared to the first exemplary embodiment (see right side of FIG. 1). This reduces the influence of the
Strömungswiderstands des Ringspalts zwischen Düsennadel 5 und Düsennadelsitz 4 im Teilhub der Einspritzdüse 1 auf die Streuung des Strömungswiderstands nochmals, was das Betriebsverhalten einer Brennkraftmaschine, die mit den er indungsgemäßen Einspritzdüsen 1 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgerichtet ist, nochmals an.Flow resistance of the annular gap between the nozzle needle 5 and nozzle needle seat 4 in the partial stroke of the injection nozzle 1 to the scatter of the flow resistance once again, which shows the operating behavior of an internal combustion engine, which is aligned with the injection nozzles 1 according to the second exemplary embodiment.
Der Ubergangskegel 8 kann durch Schleifen, Senken, Prägen oder ein anderes spanendes oder spanloses Bearbeitungsverfahren einfach und kostengünstig hergestellt
werden .The transition cone 8 can be produced simply and inexpensively by grinding, countersinking, embossing or another cutting or non-cutting processing method become .
Im Betrieb wird sich die Düsennadel 5 im Bereich der Kontaktzone 6 etwas in den Düsennadelsitz 4 einarbeiten, indem sie den Düsennadelsitz 4 plastisch verformt und etwas Material vom Düsennadelsitz 4 abträgt und/oder verdrängt. Infolgedessen verkürzt sich die Länge "x" des Ringspalts zwischen Düsennadel 5 und Düsennadelsitz 4 mit zunehmender Betriebsdauer der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1. Wenn die Länge "x" gleich null geworden ist, das heißt, wenn sich die Kontaktzone 6 an den Übergang zwischen Düsennadelsitz 4 und Ubergangskegel 8 verlagert hat, ist die Verschleißgrenze der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 erreicht .In operation, the nozzle needle 5 will work somewhat into the nozzle needle seat 4 in the region of the contact zone 6 by plastically deforming the nozzle needle seat 4 and removing and / or displacing some material from the nozzle needle seat 4. As a result, the length "x" of the annular gap between the nozzle needle 5 and the nozzle needle seat 4 shortens with increasing operating time of the injection nozzle 1 according to the invention Transition cone 8 has shifted, the wear limit of the injector 1 according to the invention has been reached.
Nachfolgend werden anhand des in Figur 3 dargestellten Diagramms die Vorteile der erfindungsgemäßen Gestaltung des Übergangs zwischen Düsennadelsitz 4 und Sackloch 2 erläutert .The advantages of the design according to the invention of the transition between nozzle needle seat 4 and blind hole 2 are explained below with reference to the diagram shown in FIG. 3.
In Figur 3 ist der hydraulische Durchmesser 10 einer Sackloch-Einspritzdüse 1 über dem Düsennadelhub 9 qualitativ aufgetragen. Der hydraulische Durchmesser 10 ist eine Größe mittels derer beliebige durchströmte Querschnitte hinsichtlich ihres Strömungswiderstands vergleichbar gemacht werden. Als Bezugsgröße dient der Strömungswiderstand eines Rohrs mit kreisförmigem Querschnitt. Ein Querschnitt mit großem hydraulischen Durchmesser hat einen geringen Strömungswiderstand und umgekehrt.In FIG. 3, the hydraulic diameter 10 of a blind hole injection nozzle 1 is plotted qualitatively over the nozzle needle stroke 9. The hydraulic diameter 10 is a size by means of which any cross-sections that are flowed through can be made comparable in terms of their flow resistance. The flow resistance of a pipe with a circular cross-section serves as a reference. A cross section with a large hydraulic diameter has a low flow resistance and vice versa.
In Figur 3 wurde der Düsennadelhub 9 in zwei Bereiche eingeteilt. Ein erster Bereich erstreckt sich von Null bis "a", der zweite, nachfolgend als Teilhubbereich bezeichnete Bereich erstreckt sich von "a" bis "b". Bei "c" ist der
volle Düsennadelhub erreicht.In Figure 3, the nozzle needle stroke 9 was divided into two areas. A first area extends from zero to "a", the second area, hereinafter referred to as partial stroke area, extends from "a" to "b". At "c" it is full nozzle needle stroke reached.
Wenn eine geschlossene Einspritzdüse 1, bei der die Düsennadel 5 auf dem Düsennadelsitz 4 aufliegt, geöffnet wird, ergibt sich bei sehr kleinem Düsennadelhub 9 imIf a closed injection nozzle 1, in which the nozzle needle 5 rests on the nozzle needle seat 4, is opened, this results in a very small nozzle needle stroke 9 in
Bereich der Kontaktzone 6 ein sehr schmaler Spalt, duxch den der unter Druck stehende Kraftstoff in das Sackloch 2 strömen kann. Dieser sehr schmale Spalt bestimmt den Strömungswiderstand der Einspritzdüse 1 und die Nadelstabilität im Düsenkörper; d. h. die Verhinderung von Flattern der Nadel; maßgeblich und legt damit auch den hydraulischen Durchmesser 10 fest. Da der Strömungswiderstand dieses sehr schmalen Spalts groß ist, ist der hydraulische Durchmesser 10 der Einspritzdüse 1 bei sehr kleinem Düsennadelhub 9 sehr klein.Area of the contact zone 6, a very narrow gap through which the fuel under pressure can flow into the blind hole 2. This very narrow gap determines the flow resistance of the injection nozzle 1 and the needle stability in the nozzle body; d. H. preventing needle flutter; decisive and thus also defines the hydraulic diameter 10. Since the flow resistance of this very narrow gap is large, the hydraulic diameter 10 of the injection nozzle 1 is very small with a very small nozzle needle stroke 9.
Im Teilhubbereich zwischen "a" und "b" wird der Strömungswiderstand der Einspritzdüse 1 maßgeblich von der Länge des kegelstumpfförmigen Ringspaltes zwischen Düsennadel 5 und Düsennadelsitz 4 bestimmt. Die Länge dieses Ringspaltes ist in den Fig. 1 und 2 mit "x" bei einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 und mit "y" bei einer Einspritzdüse 1 nach dem Stand der Technik bezeichnet. Damit ist die Länge "x" im Teilhubbereich 1 auch für den hydraulischen Durchmesser 10 der Einspritzdüse 1 von großer Bedeutung. Das bedeutet, dass beispielsweise Änderungen der Oberflächenrauhigkeit des Düsennadelsitzes 4 oder des kegelstumpfförmigen Endes der Düsennadel 5 bei großer Länge "x" einen großen Einfluss auf die Streuung des hydraulischen Durchmessers 10 haben. In Folge dessen ändert sich die Kennlinie 11 der Einspritzdüse 1 vor allem im Teilhubbereich zwischen "a" und "b".In the partial stroke range between "a" and "b", the flow resistance of the injector 1 is largely determined by the length of the frustoconical annular gap between the nozzle needle 5 and the nozzle needle seat 4. The length of this annular gap is designated in FIGS. 1 and 2 with "x" for an injection nozzle 1 according to the invention and with "y" for an injection nozzle 1 according to the prior art. The length "x" in the partial stroke range 1 is therefore also of great importance for the hydraulic diameter 10 of the injection nozzle 1. This means that, for example, changes in the surface roughness of the nozzle needle seat 4 or the frustoconical end of the nozzle needle 5 with a large length “x” have a great influence on the scattering of the hydraulic diameter 10. As a result, the characteristic curve 11 of the injector 1 changes, especially in the partial stroke range between "a" and "b".
Im Bereich des vollen Düsennadelhubs "c" ist das Spritzloch 3 der Einspritzdüse 1 maßgeblich für den hydraulischen
Durchmesser der Einspritzdüse 1.In the area of the full nozzle needle stroke "c", the spray hole 3 of the injection nozzle 1 is decisive for the hydraulic one Diameter of the injector 1.
In Figur 3 wurden andeutungsweise die Auswirkungen verschiedener Oberflächenrauhigkeiten im Bereich des kegelstumpfförmigen Ringspaltes zwischen Düsennadelsitz 4 und Düsennadel 5 auf den hydraulischen Durchmesser im Teilhubbereich durch die Kennlinien 11, 12 und 13 dargestellt. Die gestrichelt dargestellte Kennlinie 12 repräsentiert eine Einspritzdüse 1 bei der der Ringspalt im Vergleich zu der Kennlinie 11 einen größeren hydraulischen Durchmesser hat und demzufolge geringere Drosselverluste aufweist. Die gestrichelt dargestellte Kennlinie 13 zeigt die Auswirkungen eines Ringspalts, welcher relativ zu der Kennlinie 11 in Figur 3 eine stärkere Drosselwirkung hat.In FIG. 3, the effects of different surface roughness in the area of the frustoconical annular gap between the nozzle needle seat 4 and the nozzle needle 5 on the hydraulic diameter in the partial stroke area were represented by the characteristic curves 11, 12 and 13. The characteristic curve 12 shown in broken lines represents an injection nozzle 1 in which the annular gap has a larger hydraulic diameter than the characteristic curve 11 and consequently has lower throttle losses. The characteristic curve 13 shown in dashed lines shows the effects of an annular gap, which has a stronger throttling effect relative to the characteristic curve 11 in FIG.
Bei in Serie gefertigten Brennkraftmaschinen wird das Kennfeld der Brennkraftmaschine und des zugehörigen Einspritzsystems anhand eines oder mehrerer ausgewählter Referenz-Einspritzdüsen 1 durch Messungen ermittelt. Die solcherart ermittelten Kennfelder werden allen bauartgleichen Einspritzsystemen zugrundegelegt.In the case of internal combustion engines manufactured in series, the characteristic diagram of the internal combustion engine and the associated injection system is determined by measurements using one or more selected reference injection nozzles 1. The characteristic maps determined in this way are used as a basis for all injection systems of the same type.
Im Folgenden wird angenommen, dass die Kennlinie 11 eine gemessene Kennlinie einer Referenz-Einspritzdüse ist, und dass diese Kennlinie 11 in dem Steuergerät des Einspritzsystems abgespeichert ist. Weiter wird unterstellt, dass zwei der Serienfertigung entnommene Einspritzdüsen 1 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.It is assumed below that the characteristic curve 11 is a measured characteristic curve of a reference injection nozzle, and that this characteristic curve 11 is stored in the control unit of the injection system. It is further assumed that two injection nozzles 1 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 measured in the test specimens according to the characteristic curve 11, so that the output and / or the emission behavior of the internal combustion engine deteriorates becomes.
Im U kehrschluss kann man sagen, dass durch das erfindungsgemäße Verkürzen der Länge "x" des kegelstumpfförmigen Ringspalts im Teilhub durch denIn conclusion, one can say that by shortening the length "x" of the frustoconical annular gap in the partial stroke through the
Ubergangskegel 8 die Streuung der "Kennlinien 11, 12 und 13 verringert wird. Damit wird die Übereinstimmung zwischen der im Steuergerät abgespeicherten Kennlinie 11 und der Kennlinien 12 und 13 von zwei der Serienfertigung entnommenen Einspritzdüsen deutlich verbessert. DieTransition cone 8 the scattering of the "characteristic curves 11, 12 and 13 is reduced. Thus, the match is markedly improved between the data stored in the control unit 11 and the characteristic curves 12 and 13 of two series production removed injectors. The
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.Agreement can be improved by a factor of 2 to 3, for example. As a result, the quantity of fuel actually injected corresponds exactly to the injection quantity specified by the control unit, and the consumption and emission behavior of the internal combustion engine is optimal.
Anhand der Figur 4 wird nachfolgend erläutert, wie die erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 in eine Kraftstoffeinspritzanlage 102 einer Brennkraftmaschine integriert ist. Die Kraftstoffeinspritzanlage 102 umfasst einen Kraftstoffbehälter 104, aus dem Kraftstoff 106 durch eine elektrische oder mechanische Kraftstoffpumpe 108 gefördert wird. Über eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 110 wird der Kraftstoff 106 zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 gefördert. Von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 111 gelangt der Kraftstoff 106 über eine Hochdruck- Kraftstoffleitung 112 zu einem Com on-Rail 114. An dem Com on-Rail 114 sind mehrere erfindungsgemäße Kraftstoff- Einspritzdüsen 1 angeschlossen, die den Kraftstoff 106 direkt in Brennräume 118 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine einspritzen.4, how the injection nozzle 1 according to the invention is integrated into a fuel injection system 102 of an internal combustion engine is explained below. The fuel injection system 102 comprises a fuel tank 104, from which fuel 106 is conveyed by an electrical or mechanical fuel pump 108. The fuel 106 is conveyed to a high-pressure fuel pump 111 via a low-pressure fuel line 110. From the high-pressure fuel pump 111, the fuel 106 passes via a high-pressure fuel line 112 to a Com on-Rail 114. A plurality of fuel injection nozzles 1 according to the invention are connected to the Com on-Rail 114, which do not direct the fuel 106 directly into combustion chambers 118 Inject the internal combustion engine shown.
Die erfindungemäße Einspritzdüse kann in verschiedensten Einspritzanlage 102 und in verschiedenen Bauformen eingesetzt werden. Ihre Vorteile treten besonders bei
Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlagen mit Einspritzdrücken > 1600 bar zu Tage.The injection nozzle according to the invention can be used in a wide variety of injection systems 102 and in various designs. Your advantages are particularly important High-pressure fuel injection systems with injection pressures> 1600 bar to day.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
All features shown in the description, the following claims and the drawing can be essential to the invention both individually and in any combination with one another.
Claims
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 zwischen Sackloch (3) und Düsennadelsitz (4) ein Ubergangskegel (8) vorhanden ist.1. Injection nozzle (1) for internal combustion engines with a blind hole (2) having at least one spray hole (3) and with a nozzle needle seat (4) adjoining the blind hole (2), characterized in that between the blind hole (3) and the nozzle needle seat (4 ) there is a transition cone (8).
2. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kegelwinkel () des Übergangskegels (8) in etwa der Winkelhalbierenden zwischen dem Sackloch (2) und dem Düsennadelsitz (4) entspricht.2. Injection nozzle (1) according to claim 1, characterized in that a cone angle () of the transition cone (8) corresponds approximately to the bisector between the blind hole (2) and the nozzle needle seat (4).
3. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch (2) konisch ist.3. Injection nozzle (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the blind hole (2) is conical.
4. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch (2) zylindrisch ist.4. Injection nozzle (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the blind hole (2) is cylindrical.
5. Einspritzdüse (1) nach einem der vorhergehenden5. Injector (1) according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelsitz (4) kegelstumpfförmig ist.Claims, characterized in that the nozzle needle seat (4) is frustoconical.
6. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelwinkel des Düsennadelsitzes (4) 60° beträgt.6. Injection nozzle (1) according to claim 5, characterized in that the cone angle of the nozzle needle seat (4) is 60 °.
7. Einspritzdüse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Düsennadelsitz (4) zusammenwirkendes Ende einer Düsennadel (5) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.7. Injector (1) according to one of the preceding Claims, characterized in that one end of a nozzle needle (5) cooperating with the nozzle needle seat (4) is frustoconical.
8. Einspritzdüse (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Düsennadelsitz (4) zusammenwirkendes Ende der Düsennadel (5) doppelt kegelstumpfförmig ausgebildet ist.8. Injection nozzle (1) according to claim 7, characterized in that that with the nozzle needle seat (4) cooperating end of the nozzle needle (5) is double truncated cone-shaped.
9. Einspritzdüse (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kegelwinkel einer Düsennadel (5) bis zu einem Grad, vorzugsweise 15 bis 30 Winkelminuten, größer als der Kegelwinkel des Düsennadelsitzes (4) ist.9. Injection nozzle (1) according to one of claims 7 or 8, characterized in that a cone angle of a nozzle needle (5) is up to a degree, preferably 15 to 30 angular minutes, greater than the cone angle of the nozzle needle seat (4).
10. Einspritzdüse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch (2) ein Mini-Sackloch oder ein Mikro-Sackloch ist.10. Injection nozzle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the blind hole (2) is a mini blind hole or a micro blind hole.
11. Einspritzdüse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen Spritzloch (3) und Sackloch (2) abgerundet ist.11. Injection nozzle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the transition between the spray hole (3) and blind hole (2) is rounded.
12. Einspritzdüse -(1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spritzloch (3) im Düsennadelsitz (4) oder im Ubergangskegel (8) angeordnet ist. 12. Injection nozzle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one spray hole (3) in the nozzle needle seat (4) or in the transition cone (8) is arranged.
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