DD139882A1

DD139882A1 - Kraftstoff-einspritzduese fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DD139882A1
Application number: DD78209077A
Authority: DD
Inventors: Eckart Mueller
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1977-11-15
Filing date: 1978-11-14
Publication date: 1980-01-23
Also published as: IT1100085B; US4273291A; SU795513A3; GB2007763B; PH16853A; DE2750928A1; SE7811705L; CH632054A5; GB2007763A; FR2408732A1; JPS6163475U; IT7829572A0; IN150516B; RO76670A; JPS5474918A; HU178283B

Description

Berlin, den 26. 3. 1979

WP F02 M/209 077 54 549 28

Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, die als Zapfendüse ausgebildet is't und eine in einem Düsenkörper axial verschiebbar, gelagerte, durch den Druck des Kraftstoffes von ihrem Dichtsitz abhebbare Düsennadel aufweist, wobei die Düsennadel unterhalb ihres Dichtsitzes mit einem Drosselzapfen in eine zentrisch zur Längsachse der Einspritzdüse angeordnete Düsenbohrung eingreift.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine derartige Einspritzdüse ist bereits durch die DE-AS 1 026 572 bekannt,. Bei ihr gibt der an seinem freien Ende im Durchmesser etwas verringerte Drosselzapfen die Düsenbohrung Qe nach dem vorhandenen Kraftstoff-Einspritzdruck mehr oder minder weit frei. Es soll eine geregelte Voreinspritzung des Kraftstoffes erreicht werden, indem die Düsennadel durch zwei Federn auf ihrem Dichtsitz gehalten wird, die unterschiedliche Charakteristik aufweisen bzw. zu verschiedenen Zeitpunkten ansprechen. In federn Falle bleibt die Strahlrichtung in allen Stellungen der Düsennadel immer in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse, lediglich der Charakter des Strahles ändert sich mit zunehmenden! Öffnungsquerschnitt.

209 077

- 2 - 26, 3. 1979

54 549 28

Bekanntlich ist die Güte der Gemischbildung im Brennraum einer Brennkraftmaschine außer von der Strahlcharakteristik auch wesentlich abhängig von der jeweiligen Kraftstoffstrahllage bzw. -richtung. Diesbezüglich wird es für verschiedene Gemischbildungsverfahren auch bereits lange als vorteilhaft angesehen, dem Kraftstoffstrahl beim Starten sowie im unteren Last- und/oder Drehzahlbereich des Motors eine Richtung zu geben, durch die eine größere unmittelbare Kraftstoff-Luftvermischung erfolgt, während im oberen Last- und/oder Drehzahlbereich ein kompakter, mehr in Richtung zur Brennraumwand hin verlaufender Strahl erwünscht wird, um die bekannten gefährlichen Druckspitzen durch eine zu schnelle Verbrennung zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für Brennkraftmaschinen, die nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeiten, denn hier soll bei genügend erwärmter Brennraumwand ein großer Teil des Kraftstoffes filmartig auf diese aufgebracht werden.

Um diese Forderungen zu erfüllen, ist schon eine Reihe von Lösungen bekannt, die sich jedoch alle in irgendeiner Weise als nachteilig zeigten. So wurde beispielsweise durch die DE-PS 1 014 382 eine Einrichtung zum Ablenken des Einspritz«. Strahles bekannt, bei der im Bereich des Strahles ein sich temperaturabhängig verstellender Leitkörper vorgesehen ist. Dieser Leitkörper besteht aus einem Bimetall oder ähnlichem und lenkt den Kraftstoff bei kaltem Brennraum in Richtung zur Brennraummitte hin, während er bei warmem Brennraum an die Wand geführt wird. Die Einrichtung arbeitet rein temperaturabhängig, die Strahlcharakteristik und der Einspritzdruck sind nicht berücksichtigt. Außerdem ist sie sehr störanfällig.

2 09077

-3- 26. 3. 1979 54 549 28

Auch andere Lösungen, wie die Drehung der Düse bei verschiedenen Lastbereichen des Motors haben sich wegen ihrer Kompliziertheit nicht durchgesetzt.

Wie bereits erwähnt, kann die Strahlcharakteristik relativ einfach durch Verwendung einer Zapfendüse geändert werden, wobei dieser auch noch der Vorteil anhaftet, daß der Kraftstoff druck während des gesamten Einspritzvorganges nahezu unvermindert an der Düsenbohrung zur Verfügung steht.

Ziei der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, diese Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen auszubilden, die bei einfacher, unkomplizierter Bauweise eine geringe Störanfälligkeit und gute Gemischbildung gewährleistet,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine als Zapfendüse ausgebildete Kraftstoff-Einspritzdüse der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, deren Strahllage bzw,, Strahlrichtung sich durch die jeweilige Stellung der Düsennadel selbsttätig über den gesamten Betriebsbereich oder über einen Teil dieses Bereiches eines Motors derart ändert, daß eine durchwegs gute Gemischbildung und damit Verbrennung erreicht wird. Als Unteraufgabe soll es angesehen v/erden, daß die Strahlrichtung entgegen aller bisher bekannten Ausführungen je nach den Einbaumöglichkeiten derart wählbar ist, daß sie entweder im unteren Drehzahl- und/ oder Lastbereich oder bei Vollast in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse verläuft.

20^077

-4 - 26. 3. 1979

54 549 28

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Düsenbohrung an einer Stelle oder über einen Teil ihres Umfanges einen exzentrisch angeordneten Spalt aufweist.

Durch den einfach herstellbaren exzentrischen Spalt ist in jedem Falle eine Änderung der Strahlrichtung möglich. Wann und wie diese Änderung in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand des Motors erfolgen soll, läßt sich beliebig durch weitere Ausbildungen der Erfindung bewerkstelligen.

Erlauben es die Einbauverhältnisse für die Einspritzdüse, daß bei Vollast des Motors und/oder im oberen Drehzahlbereich ein kompakter Einspritzstrahl in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse verlaufen soll und daß im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich ein Sprühstrahl erwünscht ist, der einen Winkel zur Längsachse der Düse bildet, so wird vorgeschlagen, daß durch Anpassung des Eadelhubes, der Länge der Düsenbohrung und der Form des Drosselzapfens bei voll geöffneter Düsennadel der Drosselzapfen vollkommen oder nahezu vollkommen außerhalb der Düsenbohrung liegt, und deren gesamten Spritzquerschnitt freigibt, und daß er bei teilgeöffneter Düsennadel weitgehend abdichtend in die Düsenbohrung eintaucht. Mit anderen Worten heißt das, daß bei vollem Düsennadelhub der Strahl in der Düsenbohrung geformt wird, während er bei teilgeöffneter Düsennadel durch die Geometrie von Spalt, Düsenbohrung und Drosselzapfen bestimmt wird.

Soll, was wohl für die meisten Fälle zutreffend sein dürfte, im oberen Lastbereich des Motors der kompakte Kraftstoffstrahl einen Winkel zur Längsachse der Einspritzdüse

~ 5 - · 26. 3. 1979

54 549 28

bilden und im unteren Lastbereich der Sprühstrahl in Richtung der Längsachse verlaufen, so wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß der Drosselzapfen bei voll geöffneter Düsennadel noch zu einem geringen Teil in die Düsenbohrung eingreift und der Spalt derart ausgebildet ist, daß durch ihn der volle Spritζquerschnitt freigegeben wird, und daß auch bei geschlossener Düsennadel zwischen den Drosselzapfen und der Düsenbohrung ein geringes Spiel vorhanden ist. Indem die Düsennadel in geöffnetem Zustand noch in die Düsenbohrung eingreift, wird die Ausbildung eines Strahles in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse verhindert.

Dafür gibt der ausreichend groß dimensionierte Spalt dem Kraftstoffstrahl eine Richtung, die durch die Geometrie des Drosselzapfens, des Spaltes und die Düsenbohrung bestimmt ist. Bei Beginn der Nadelöffnung hingegen wird durch das genannte geringe Spiel ein Sprühstrahl in Richtung der Längsachse erzeugt, der beim weiteren Öffnen der Düsennadel durch langsames Wirksamwerden des Spaltes immer weiter in der gewünschten Richtung abgelenkt wird. Es sind somit alle Möglichkeiten einer Strahlrichtungsänderung im jeweils gewünschten Sinne möglich.

Der Spalt selbst kann als halbkreisförmige, rechteckförmige oder quadratische Ausnehmung ausgebildet sein und über seine gesamte Länge durchgehend gleich großen oder in Richtung zum Dichtsitz hin einen zunehmend größeren freien Querschnitt aufweisen. Er kann, ebenso, je nachdem, welchen Kraftstoffstrahl man erreichen will, über die gesamte Länge der Düsenbohrung oder nur über einen Teil derselben verlaufen., in letzterem Falle wird die Übergangsfläche vom Spalt zur Düsenbohrung zweckinäßigerweise konisch oder als mit

209077

- 6 - 26, 3. 1979

54 549 28

einem spitzen Winkel zur Achse der Düse verlaufenden Ebene ausgebildet, wodurch sich eine günstigere Strahlumlenkung ergibt· Ebenso ist natürlich auch durch die Form des Drosselzapfenendes die Strahlrichtung, insbesondere jedoch die Strahlcharakteristik veränderbar.

Ausführungsbei spie1

Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigen:

Pig. 1: einen Längsschnitt durch den unteren Teil einer bereits etwas geöffneten Einspritzdüse nach der Erfindung, bei der bei vollem Nadelhub der kompakte Einspritzstrahl in Richtung der Längsachse

ei der Einspritzdüse verläuft;

Pig, 2: einen Schnitt II-II durch die Einspritzdüse nach Pig. 1;

Pig. 3 und 4: Varianten zur Einspritzdüse nach Pig. 1;

Pig. 5: einen Längsschnitt durch den unteren Teil einer geschlossenen Einspritzdüse nach der Erfindung, bei der der kompakte Einspritzstrahl in einem Winkel zur Längsachse der Einspritzdüse verläuft;

Pig. 6: einen Schnitt VI-VI durch die Einspritzdüse nach Pig. 5;

- 7 - 26. 3. 1979

54 549 28

Pig, 7: die Einspritzdüse nach Pig, 5 mit geringfügig angehobener Düsennadel;

Pig. 8: die Einspritzdüse nach Pig· 5 in voll geöffnetem Zustand und mit geringfügig abgeändertem Zapfen.

In den Figuren ist der untere Teil des Düsenkörpers 1 gezeigt, in dem eine Düsennadel 2 axial verschiebbar gelagert ist. Die Düsennadel 2 weist einen konischen Dichtsitz 3 und am unteren Ende einen zylindrischen Drosselzapfen 4 auf, der in eine im Düsenkörper 1 vorgesehene, zylindrische Düsenbohrung 5 eingreift, die an einer Stelle oder über einen Teil ihres Umfanges mit einem Spalt 6 in Verbindung steht. Zwischen dem Düsenkörper 1 und der Düsennadel 2 ist ein freier Raum 7 für die Kraftstoffzufuhr vorgesehen.

Gemäß den Pig. 1 und 2 ist der Spalt 6 als halbkreisförmige Ausnehmung mit gleichbleibendem freien Querschnitt ausgebildet, die, vom Dichtsitz 3 aus gesehen, nur über einen Teil der Düsenbohrung 5 parallel zu dieser verläuft und schließlich durch die konische Dichtfläche 10 in sie einmündet. In der gezeigten Stellung der Düsennadel 2 entsteht durch die Form des Spaltes 6 bereits ein Sprühstrahl, dessen Sprühwinkel einerseits durch den am Drosselzapfen 4 angebrachten Kegel 8 und andererseits durch die konische Fläche 10 des Spaltes 6 bsw. die Wand der Düsenbohrung 5 begrenzt wird und dessen mittlere Richtung in jedem Falle unter einem Winkel oC zur Längsachse χ der Einspritzdüse verläuft. Beim weiteren Öffnen der Düsennadel 2 werden der Spritzwinkel und der Sprühwinkel immer kleiner. Befindet sich die Düsen» nadel 2 schließlich in ihrer Offenstellung, so liegt der Drosselsapfen 4 vollkommen oder nahezu vollkommen außerhalb

2 09077

- 8 - 26. 3. 1979

54 549 28

der Düsenbohrung 5, es entsteht in kompakter Kraftstoff-Einspritzstrahl, der in Richtung der Längsachse χ verläuft.

In Pig. 3 zieht sich der Spalt 6 über die gesamte Länge der Düsenbohrung 5 und weist durchgehend gleich großen freien Querschnitt auf. Die Wirkungsweise dieser Düse ist die gleiche wie nach Pig. 1, lediglich wird der Spritzwinkel cc in der Anfangsdrosselstellung kleiner·

Nach Pig. 4 weist' der Spalt 6 in Richtung zum Dichtsitz 3 einen zunehmend größeren freien Querschnitt auf, wodurch die einzuspritzende Kraftstoffmenge, die Durchschlagkraft des Strahles und auch die Richtungsänderung den jeweils erforderlichen Verhältnissen besser angepaßt werden kann. Die übrige Arbeitsweise entspricht der, wie sie unter Pig. 1 bereits beschrieben wurde.

Die Pig. 5 bis 8 zeigen jeweils den unteren Teil einer Einspritzdüse, die zwar im Aussehen nahezu der Düse nach Pig. 1 entspricht, jedoch anders arbeitet. Bei dieser Ausführung läßt man bewußt zwischen der Düsenbohrung 5 und dem Drosselzapfen 4 ein kleines Spiel 9. Die Düsenbohrung 5 und der Drosselzapfen 4 sind etwas langer gehalten und der Spalt 6 weist, wie insbesondere aus Pig.' 6 zu ersehen ist, einen wesentlich größeren freien Querschnitt auf. Das freie Ende des Drosselzapfens 4 ist hier als Kegelstumpf 12 ausgebildet. Im geschlossenen Zustand gemäß Pig. 5 liegt der Drosselzapfen 4 nahezu mit seiner ganzen Länge in der Düsenbohrung 5. Wird die Düsennadel 2 geringfügig von ihrem Dichtsitz 3 abgehoben, wie in Pig, 7 dargestellt ist, so wird bereits Kraftstoff durch den Spalt 6 und das Spiel 9 in Porm eines Sprühstrahles in den Zylinder bzw. Brennraum des Motors

77

- 9 - 26. y. 1979

54 549 28

eingespritzt, der jedoch in Richtimg der Längsachse χ der Einspritzdüse verläuft.

Durch weiteres Anheben der Düsennadel 2 gibt der Drosselzapfen 4 den Spalt 6 langsam frei, der Kraftstoff tritt nunmehr überwiegend durch diesen aus, wodurch der Strahl seine Richtung ändert, so daß der Winkel cC größer wird und schließlich gemäß Pig. 8 die für Vollast gewünschte Neigung zur Längsachse χ der Einspritzdüse erhält, wenn die Düsen« nadel 2 voll geöffnet ist. In dieser Stellung taucht der Drosselzapfen 4 immer noch geringfügig in die Düsenbohrung 5 ein, was einerseits zur Änderung der Strahlrichtung erforderlich ist und andererseits der Düsennadel 2 bzw. dem Drosselzapfen 4 eine Führung bzw, Abstützung gibt, denn durch den nur einseitig austretenden Kraftstoff kann die Düsennadel 2 an die dem Spalt 6 gegenüberliegende Seite der Düsenbohrung 5 gedrückt werden. Um für den letztgenannten Fall evtl. auftretende Reibungskräfte möglichst klein zu halten, denn durch sie könnte das ordnungsgemäße Verschieben der Düsennadel 2 behindert werden, erscheint es zweckmäßig, den Durchmesser des Drosselzapfens 4 abzusetzen und nur den unteren, als Steuerschieber 11 dienenden Teil mit seinem größten Durchmesser auszubilden (Fig. 8),

Claims

209077 - 10 -.: · . 26, 3. 1979 54 549 28 Erfindungsanspruch .

1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, die als Zapfendüse ausgebildet ist und eine in einem Düsenkb'rper axial verschiebbar gelagerte, durch den Druck des Kraftstoffes von ihrem Dichtsitz abhebbare Düsennadel aufweist, wobei die Düsennadel unterhalb ihres Dichtsitzes mit einem Drosselzapfen in eine zentrisch zur Längsachse der Einspritzdüse angeordnete Düsenbohrung eingreift, gekennzeichnet dadurch, daß die Düsenbohrung (5) an einer Stelle oder über einen Teil ihres Üinfanges einen exzentrisch angeordneten Spalt (6) aufweist.

2. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Drosselzapfen (4) wenigstens während eines Teiles des Hubes der Düsennadel (2) in die Düsenbohrung (5) eintaucht.

(3) hin einen zunehmend größeren freien Querschnitt aufweist.

7. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Spalt (6) über die gesamte Länge der Düsenbohrung (5) verläuft»

8. Kraftstoff-»Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Spalt (6) - vom Dichtsitz (3) aus gesehen - nur über einen Teil der länge der Düsenbohrung (5) verläuft.

9. Kraftstoff-Einspritzdüse nach den Punkten 1 und 8, gekennzeichnet dadurch, daß das Ende des Spaltes (6) bzw. sein Übergang zur Düsenbohrung (5) als konische Fläche (10) ausgebildet ist,

10, Kraftstoff-Einspritzdüse nach den Punkten 1 und 8, gekennzeichnet dadurch, daß das Ende des Spaltes (6) bzw. sein Übergang zur Düsenbohrung (5) als in einem spitzen Winkel zur Längsachse (x) der Einspritzdüse verlaufende Ebene ausgebildet ist.

11. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Stirnfläche des Drosselzapfens (4) als ebene Fläche ausgebildet ist.

209077

- 12 - 26. 3. 1979

54 549 28

12. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das freie Ende des Drosselzapfens (4) als Kegel (8), Kegelstumpf (12) oder Kugelkalotte ausgebildet ist.

13. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet, dadurch, daß der Drosselzapfen (4) als Steuerschieber (11) ausgebildet ist und nur an seinem freien Ende in geringer Länge seinen maximalen Durchmesser aufweist.

14« Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1 und einem oder mehreren der Punkte 2 bis 13» gekennzeichnet dadurch, daß bei voll geöffneter Düsennadel (2) der Drosselzapfen

3# Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Spalt (6) als halbkreisförmige Ausnehmung ausgebildet ist.

(4) vollkommen oder nahezu vollkommen außerhalb der Düeenbohrung (5) liegt und deren gesamten oder fast gesamten Spritzquerschnitt freigibt, und daß er beim Eintauchen in die Düsenbohrung (5) weitgehend abdichtend in dieser läuft.

15· Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1 und-einem oder mehreren der Punkte 2 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß der Drosselzapfen (4) bei voll geöffneter Düsennadel (2) noch zu einem geringen Teil in die Düsenbohrung

4. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Spalt (6) als rechteckfönnige oder quadratische Ausnehmung ausgebildet ist.

5· Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Spalt (6.) über seine gesamte Länge durchgehend gleich großen freien Querschnitt aufweist.

- 11 - 26. 3. 1979

54 549 28

6. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch/ daß der Spalt (6) in Richtung zum Dichtsitζ

(5) eingreift und der Spalt (6). derart ausgebildet ist, daß durch ihn der volle Spritzquerschnitt freigegeben wird, und daß auch bei geschlossener Düsennadel (2) zwischen dem Drosselzapfen (4) und der Düsenbohrung (5) ein geringes Spiel (9) vorhanden ist, das eine für kleine Einspritzmengen ausreichende Querschnittsflache bildet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen