DE10349778A1

DE10349778A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10349778A1
Application number: DE2003149778
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dörges
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2005-06-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Diesel-Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzdüse, die als Mehrlochdüse ausgestaltet ist, bestehend aus einem Düsenkörper mit einer Innenbohrung, in der eine Düsennadel axial verlagerbar angeordnet ist, wobei der Kraftstoff, von der Innenbohrung ausgehend, über mehrere Spritzlochkanäle in den Brennraum eingespritzt wird und wobei die Spritzlochkanäle in der Wand des Düsenkörpers derart angeordnet sind, dass eine fiktive Verlängerung ihrer jeweiligen Mittellängsachse außerhalb der Kontur der Mittellängsachse der Düsennadel verläuft. Es wird die Aufgabe gelöst, eine solche Mehrlochdüse zu schaffen, bei der die Spritzlochkanäle zumindest geringfügig abweichend vom Radius angeordnet sind und die sowohl ein verbessertes Einspritzverhalten als auch einen verminderten Fertigungsaufwand erzielt. Dies wird erreicht, indem wenigstens zwei Schnittpunkte (S¶1¶; S¶2¶) der Mittellängsachse (Y¶1...n¶) von zueinander benachbarten Spritzlochkanälen (5) auf einer gemeinsamen Kreislinie (K) angeordnet sind, deren Durchmesser (D¶K¶) kleiner ist als der Durchmesser eines durch die Mittellängsachse (Y¶1...n¶) der Spritzlochkanäle (5) gebildeten Lochkreises auf der Ventilsitzfläche des Düsenkörpers (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Diesel-Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzdüse, die als Mehrlochdüse ausgestaltet ist, bestehend aus einem Düsenkörper mit einer Innenbohrung, in der eine Düsennadel axial verlagerbar angeordnet ist, wobei der Kraftstoff von der Innenbohrung ausgehend über mehrere Spritzlochkanäle in den Brennraum eingespritzt wird und wobei die Spritzlochkanäle in der Wand des Düsenkörpers derart angeordnet sind, dass eine fiktive Verlängerung ihrer jeweiligen Mittellängsachse außerhalb der Kontur der Mittellängsachse der Düsennadel verläuft.
Einspritzdüsen für Diesel-Brennkraftmaschinen bestehen im wesentlichen aus zwei Baugruppen, dem Düsenkörper und der Düsennadel. Der Düsenkörper ist überwiegend zylindrisch ausgebildet mit einer Innenbohrung, in der die Düsennadel axial verlagerbar angeordnet ist. Der Düsenkörper weist am brennraumseitigen Ende zumeist einen konisch zulaufenden Kuppenbereich auf, der von einem Sackloch abgeschlossen wird. Am unteren Ende der Düsennadel ist ein Dichtkonus ausgestaltet, der mit einer konischen Dichtfläche im unteren Bereich des Düsenkörpers in Wirkverbindung steht. Vom Sackloch oder vom konischen Kuppenbereich des Düsenkörpers ausgehend führt zumindest ein Spritzlochkanal durch die Wand des Düsenkörpers in den Brennraum.
Für heute übliche luftverteilende Brennverfahren werden Mehrlochdüsen verwendet, die in Abhängigkeit der angestrebten Drallintensität überwiegend vier bis acht Spritzlochkanäle aufweisen. Der Kraftstoff wird in die Innenbohrung des Düsenkörpers mit hohem Druck eingeleitet. Sobald die zunächst aufsitzende Düsennadel mit ihrem Dichtkonus vom Dichtsitz im Düsenkörper abhebt, werden die Spritzlochkanäle frei gegeben und der Kraftstoff wird in den Brennraum eingespritzt. Die Spritzlochkanäle verlaufen überwiegend als geradlinig durchgehende Bohrung, die radial und schräg zur Innenbohrung des Düsenkörpers angeordnet ist. Folglich bilden sämtliche Spritzlochkanäle einen gemeinsamen Spritzlochkegel, der letztlich den Verlauf der Einspritzstrahlen im Brennraum definiert.
Die Ausbildung der Einspritzstrahlen bestimmt wesentlich die Parameter des Verbrennungsverfahrens. Trotz zahlreicher bereits verfügbarer Konstruktionen wird deshalb noch immer eine weitere Ausgestaltung der Spritzlochkanäle im Übergangsbereich von Einspritzdüse und Brennraum angestrebt, um das Betriebsverhalten der jeweiligen Brennkraftmaschine weiter zu optimieren.
EP 0 352 926 A1 beschreibt eine Mehrlochdüse, bei der die inneren Eintrittsöffnungen der Spritzlochkanäle größer sind als die äußeren Austrittsöffnungen. Diese Ausgestaltung wird mittels elektroerosiver Bearbeitung erreicht. Eine ähnliche Lösung ist Gegenstand von JP 2002-250 259, wobei an der inneren Eintrittsöffnung der Spritzlochkanäle eine Mulde vorgesehen ist, die mit einer abrasiven Flüssigkeit erzeugt wird. Beim Kraftstoffeinspritzventil nach DE 195 07 171 C1 werden an einer Mehrlochdüse die inneren Einlaufbereiche der Spritzlochkanäle abgerundet. Diese technische Lösung ist in DE 199 31 890 A1 weiter entwickelt worden, indem der Einlaufbereich des Spritzlochkanals in Form einer Ellipse ausgestaltet ist.
Mit derartigen geometrischen Ausgestaltungen im Einlaufbereich der Spritzlochkanäle werden scharfe Kanten im Strömungsweg vermieden und somit eine Wirbelbildung und Drosselung des Kraftstoffs vermindert. Die Umlenkung des Kraftstoffs beim Übergang von der zylinderförmig angeordneten Innenbohrung in die radial abzweigenden Spritzlochkanäle bewirkt jedoch Umström- und Geschwindigkeitsverluste, welche das Einspritzverhalten in den Brennraum nachteilig beeinflussen.
Diese Nachteile sollen gemäß US 6 029 913 A überwunden werden, indem die Spritzlochkanäle eine kreisbogenförmige Kontur aufweisen. Dabei sind die Spritzlochkanäle so angeordnet, dass eine fiktive Verlängerung ihrer Mittellängsachsen annähernd die (ebenfalls fiktiv verlängerte) Mittellängsachse der Düsennadel schneidet.
Ferner ist aus JP 11-324 868 eine Mehrlochdüse bekannt, bei der die Spritzlochkanäle von der Innenbohrung des Düsenkörpers ausgehend tangential in Richtung Brennraum verlaufen. Demzufolge wird ein „Herausdrehen" aus der bisher üblichen radialen Ausrichtung erzielt, wobei die Spritzlochkanäle so angeordnet sind, dass eine fiktive Verlängerung ihrer jeweiligen Mittellängsachse außerhalb der Kontur der Mittellängsachse der Düsennadel verläuft. Somit kann das Strömungs- und Einspritzverhalten des Kraftstoffs grundsätzlich verbessert werden. Allerdings erfordert diese Ausgestaltung einen erheblichen Herstellungsaufwand, der eine Anwendung in der Serienfertigung beeinträchtigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mehrlochdüse für Kraftstoffeinspritzventile zu schaffen, bei der die Spritzlochkanäle zumindest geringfügig abweichend vom Radius angeordnet sind. Hierbei soll insbesondere eine Anordnung geschaffen werden, mit der sowohl ein verbessertes Einspritzverhalten gegenüber konventioneller radialer Anordnung als auch ein verminderter Fertigungsaufwand gegenüber bisher bekannter nichtradialer Anordnung erzielt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem wenigstens zwei Schnittpunkte der Mittellängsachsen von zueinander benachbarten Spritzlochkanälen auf einer gemeinsamen Kreislinie angeordnet sind, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser eines durch die Mittellängsachsen der Spritzlochkanäle gebildeten Lochkreises auf der Ventilsitzfläche des Düsenkörpers. Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Spritzlochkanäle derart angeordnet sind, dass eine fiktive Verlängerung ihrer sämtlichen Mittellängsachsen einen gemeinsamen Schnittpunkt außerhalb der Kontur der Mittellängsachse der Düsennadel ergibt. Hierbei ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass jeweils zwei Spritzlochkanäle paarweise gegenüberliegend auf einer gemeinsamen Mittellängsachse angeordnet sind.
Somit wird eine Mehrlochdüse für die Kraftstoffeinspritzung geschaffen, mit der beim Austritt aus den Spritzlochkanälen ein langer und konturstabiler Einspritzstrahl erzeugt wird, der ein tiefes Eindringen von Kraftstoff in den Brennraum der zugeordneten Brennkraftmaschine ermöglicht. Nunmehr können auch Brennraumabschnitte, die konstruktiv bedingt einen relativ großen Abstand zur Austrittsöffnung der Spritzlochkanäle haben, ausreichend mit Kraftstoff beaufschlagt werden. Folglich wird mit der erfindungsgemäßen Konstruktion der Verbrennungsablauf von Brennkraftmaschinen verbessert. Gleichzeitig wird der Fertigungsaufwand für die Spritzlochkanäle gegenüber bisher bekannten nichtradialen Anordnungen vorteilhaft vermindert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
1 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Mehrlochdüse mit beispielsweise vier Spritzlochkanälen in Schnittdarstellung
2 den grundsätzlichen Aufbau einer alternativ ausgestalteten Mehrlochdüse mit beispielsweise acht Spritzlochkanälen in Seiten- und Schnittdarstellung
3 eine weitere Ausgestaltung mit beispielsweise vier Spritzlochkanälen
4 als Detail die Anordnung und Ausgestaltung eines Spritzlochkanals
In der Zeichnung ist ein Kraftstoffeinspritzventil dargestellt, das insbesondere für Diesel-Brennkraftmaschinen geeignet ist, deren Einspritzdüsen als Mehrlochdüse 1 ausgestaltet sind. Die Mehrlochdüse 1 besteht im wesentlichen aus einem Düsenkörper 2 mit einer Innenbohrung 3. In der Innenbohrung 3 ist eine Düsennadel 4 axial verlagerbar angeordnet. Die Mittellängsachse der Düsennadel 4 ist mit dem Bezugszeichen "X" bezeichnet. In der Wand des Düsenkörpers 2 sind mehrere Spritzlochkanäle 5 ausgestaltet. Eine fiktive Verlängerung der jeweiligen Mittellängsachsen "Y_1...n" der Spritzlochkanäle 5 verläuft außerhalb der Kontur der Mittellängsachse "X" der Düsennadel 4. Die verlängerten Mittellängsachsen "Y_1...n" haben folglich keinen Schnittpunkt mit der ebenfalls verlängerten Mittellängsachse "X". Über die Spritzlochkanäle 5 wird der Kraftstoff, ausgehend von der Innenbohrung 3 in den (in der Zeichnung nicht näher dargestellten) Brennraum eingespritzt.
Aus 1 ist die im vorliegenden Sachverhalt wesentliche Anordnung der Spritzlochkanäle 5 ersichtlich. In der Wand des Düsenkörpers 2 sind beispielsweise vier Spritzlochkanäle 5₁ bis 5₄ ausgestaltet, deren Mittellängsachsen mit "Y₁" bis "Y₄" bezeichnet sind. Die Spritzlochkanäle 5₁ bis 5₄ bilden in an sich bekannter Weise einen Lochkreis. Die Mittellängsachsen "Y₁" und "Y₂ " der benachbarten Spritzlochkanäle 5₁ und 5₂ treffen sich in einem Schnittpunkt "S₁". Weiterhin treffen sich die Mittellängsachsen "Y₂" und "Y₃" der ebenfalls benachbarten Spritzlochkanäle 5₂ und 5₃ in einem Schnittpunkt "S₂". Die beiden Schnittpunkte "S₁" und "S₂" sind auf einer gemeinsamen Kreislinie "K" angeordnet, die einen Durchmesser "D_K" aufweist. Dieser Durchmesser "D_K" ist stets kleiner als der Durchmesser des Lochkreises auf der Ventilsitzfläche des Düsenkörpers 2. Der vierte Spritzlochkanal 5₄ kann ebenfalls so angeordnet werden, dass seine Mittellängsachse „Y₄ " auf der Kreislinie "K" einen Schnittpunkt mit der Mittellängsachse eines benachbarten Spritzlochkanals ergibt.
Ebenso kann der Spritzlochkanal 5₄ (wie in 1 dargestellt) in einer anderen Kontur ausgestaltet werden, bei der kein gemeinsamer Schnittpunkt auf der Kreislinie "K" entsteht.
In einer alternativen Anordnung gemäß 2 sind die Spritzlochkanäle 5 derart angeordnet, dass die fiktiv verlängerten Mittellängsachsen "Y_1...n" sämtlicher Spritzlochkanäle 5 einen gemeinsamen Schnittpunkt "S" ergeben. Dieser Schnittpunkt "S" liegt außerhalb der Kontur der Mittellängsachse "X" der Düsennadel 4.
3 zeigt eine Ausgestaltung mit beispielsweise vier Spritzlochkanälen 5, von denen jeweils zwei paarweise gegenüberliegend auf einer gemeinsamen Mittellängsachse "Y₁" bzw. "Y₂" angeordnet sind.
Neben den gezeigten Anordnungen sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche weitere Anordnungen möglich, bei denen die verlängerten Mittellängsachsen "Y_1...n" der Spritzlochkanäle 5 keinen Schnittpunkt mit der verlängerten Mittellängsachse "X" der Düsennadel 4 aufweisen, sondern außerhalb von deren Kontur verlaufen. Diese prinzipielle Ausgestaltung ist aus 4 nochmals im Detail ersichtlich, wobei hier lediglich ein einziger und vergrößert dargestellter Spritzlochkanal 5 gezeigt wird, dessen Mittellängsachse mit "Y₅" bezeichnet ist. Mit unterbrochenen Linien ist die radiale Anordnung eines weiteren Spritzlochkanals 6 gemäß bisher üblichen Konstruktionen dargestellt. Bei einer derartigen Ausgestaltung schneidet die verlängerte Mittellängsachse "Y₆" die ebenfalls verlängerte Mittellängsachse "X" der Düsennadel 4. Wie ferner aus 4 ersichtlich, ist es zweckmäßig, den inneren Einlaufbereich der Spritzlochkanäle 5 bogenförmig abzurunden, so dass an dieser Stelle eine unkontrollierte Wirbelbildung und Drosselung des Kraftstoffs infolge scharfer Kanten vermieden wird.

1: Mehrlochdüse
2: Düsenkörper
3: Innenbohrung
4: Düsennadel
5: Spritzlochkanal
6: Spritzlochkanal
K: Kreislinie
D_K: Durchmesser Kreislinie
S: Schnittpunkt der Mittellängsachsen der Spritzlochkanäle
X: Mittellängsachse Düsennadel
Y: Mittellängsachse Spritzlochkanal

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Diesel-Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzdüse, die als Mehrlochdüse ausgestaltet ist, bestehend aus einem Düsenkörper mit einer Innenbohrung, in der eine Düsennadel axial verlagerbar angeordnet ist, wobei der Kraftstoff von der Innenbohrung ausgehend über mehrere Spritzlochkanäle in den Brennraum eingespritzt wird und wobei die Spritzlochkanäle in der Wand des Düsenkörpers derart angeordnet sind, dass eine fiktive Verlängerung ihrer jeweiligen Mittellängsachse außerhalb der Kontur der Mittellängsachse der Düsennadel verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Schnittpunkte (S₁; S₂) der Mittellängsachsen (Y_1...n) von zueinander benachbarten Spritzlochkanälen (5) auf einer gemeinsamen Kreislinie (K) angeordnet sind, deren Durchmesser (D_K) kleiner ist als der Durchmesser eines durch die Mittellängsachsen (Y_1...n) der Spritzlochkanäle (5) gebildeten Lochkreises auf der Ventilsitzfläche des Düsenkörpers (2).
Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Diesel-Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzdüse, die als Mehrlochdüse ausgestaltet ist, bestehend aus einem Düsenkörper mit einer Innenbohrung, in der eine Düsennadel axial verlagerbar angeordnet ist, wobei der Kraftstoff von der Innenbohrung ausgehend über mehrere Spritzlochkanäle in den Brennraum eingespritzt wird und wobei die Spritzlochkanäle in der Wand des Düsenkörpers derart angeordnet sind, dass eine fiktive Verlängerung ihrer jeweiligen Mittellängsachse außerhalb der Kontur der Mittellängsachse der Düsennadel verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzlochkanäle (5) derart angeordnet sind, dass eine fiktive Verlängerung ihrer sämtlichen Mittellängsachsen (Y_1...n) einen gemeinsamen Schnittpunkt (S) außerhalb der Kontur der Mittellängsachse (X) der Düsennadel (4) ergibt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Spritzlochkanäle (5) paarweise gegenüberliegend auf einer gemeinsamen Mittellängsachse (Y₁; Y₂) angeordnet sind.