DE1947673C - Mehrlochdüse fur Brennkraft maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrlochdüse für Brennkraftmaschinen mit einer gegen die Strömungsrichtung des Brennstoffs öffnenden Düsennadel, die brennraumseitig im Anschluß an ihre konische Sitzfläche einen im Durchmesser so ausgebildeten zylindrischen Zapfen aufweist, daß er, in eine mit der Ventilnadelachse koaxiale Sacklochbohrung des Düsenkörpers hineinragend, mit dieser einen Ringspalt bildet, wobei die sich an die konische Sitzfläche für die Ventilnadel brennraumseitig anschließende Sacklochbohrung in ihrer Wandung die auf dem Umfang verteilten Spritzbohrungen aufnimmt.

Zur Beeinflussung der Verbrennungsgeräusche bei modernen Dieselmotoren wird bei der Einspritzung in einer ersten Einspritzstufe zunächst eine kleinere Brennstoffmenge fein zerstäubt eingespritzt und erst danach die beabsichtigte größere Brennstoffmenge kontinuierlich nachgespritzt. Man erreicht dies durch die bekannten Einloch-Drosselzapfendüsen. Der Hauptnachteil derartiger Düsen besteht darin, daß es ¹ oft schwierig ist, den Brennstoff in bestimmte Zonen der Verbrennungskammer einzuspritzen. Dies wird durch die Verwendung von Mehrlochdüsen möglich.

Aus der französischen Patentschrift 1 046 050 ist eine Mehrlochdüse der eingangs beschriebenen Art bekannt. Wird bei dieser bekannten Düse die Ventilnadel angehoben, so strömt eine bestimmte Brennstoffmenge durch den engen zwischen der Sacklochbohrung des Düsenkörpers und dem zylindrischen Zapfen der Nadel gebildeten Ringspalt. Dieser Ringspalt bleibt jedoch über den gesamten Nadelhub erhalten und auch querschnittsmäßig unverändert.

Wird der Ringspaltquerschnitt zwecks guter Zerstäubung klein gehalten und ändert sich dieser während des Nadelhubs nicht, ist die Drosselung für die Hauptmenge des Brennstoffs unnötig hoch. Macht man dagegen den Ringspaltquerschnitt zur Erzielung einer geringeren Drosselung und eines besserer. Brennstoffdurchsatzes größer, so geht die jedenfalls zu Beginn der Einspritzung erwünschte, möglichst feine Zerstäubungswirkung verloren.

Es liegt die Aufgabe vor, eine Mehrlochdüse für

ίο Brennkraftmaschinen zu schaffen, durch die die Einspritzung derart erfolgt, daß eine zu Beginn der Einspritzung kleine Brennstoffmenge mit über einen. bestimmten Nadelhubbe^reich gleichbleibender foeson ders feiner Zerstäubung kontinuierlich in eine große,

is möglichst ungedrosselt einzuspritzende Hauptein spritzmenge übergeht.

Diese Aufgabe wird bei einer Mehrlochdüse der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zapfen mit einer in seiner Stirnfläche

ao mündenden Axial'bohrung versehen ist, die über im Fußteil des Zapfens ausgebildete Durchführungen mii einem umgebenden und in den Ringspalt überleiten den Raum hinter dem Düsennadelsitz in Verbindung steht, und daß die Länge des Zapfens so gewählt ist.

»5 daß nur bei kleinen Nadelhüben die in der Mantel fläche der Sacklochbohrung liegenden Mündungen der Spritabohrungen überdeckt bleiben.

Bei der erfindungsgemäßen Düse strömt also /u Beginn des Nadelhubes der Brennstoff von dem

Düsennadelsitz her teilweise unmittelbar durch den Ringspalt und teilweise durch die Axialbohrung des Zapfens und von deren Ausgangsende her nach Umlenkung im Unterteil der Sacklochbohrung wieder in Gegenrichtung auf den Düsennadelsitz zu durch den Ringspalt. Diese beiden entgegengesetzten Brennstoffströmungen treffen an den Spritzbohrungen aufeinander, so daß die entsprechend dem Querschnitt des Ringspaltes anfänglich gedrosselte Brennstoffmenge an dieser Stelle besonders gut zerstäubt wird.

Infolge des während des Nadelhubs gleichbleibenden Ringspaltquerschnitts bleibt die gu*e Zerstäubung über einen bestimmten Nadelhub erhalten.

Die erfindungsgemäße Ausführung hat den Vorteil, daß der Brennstoff zu Beginn des Nadelhubes sowohl gedrosselt als auch über längere Zeit gut zerstäubt und am Ende des Nadelhubes ohne zwischenzeitliche Unterbrechung mit dem gewünschten viel größeren Durchsatz austritt.

Aus der britischen Patentschrift 240 336 ist zwar eine Mehrlochdüse bekannt, bei der, wird die Düsennadel angehoben, ein gegenüber der Sitzfläche der Düsennadel konisch verlaufender Ringspalt entsteht, der sich während der Hubbewegung der Düsennadel kontinuierlich verbreitert. Die Spritzbohrungen sind dabei in der konischen Sitzfläche für die Ventilnadel angeordnet. Die Diisennadelspitze weist eine quer zur Düsennadelachse verlaufende Durchführung und eine davon ausgehende, in der Nadelspitze mündende Axialbohrung auf. Auf diese Weise kann der Brennstoff sowohl unmittelbar als auch auf dem Umweg über die Durchführung und die Axialbohrung nach anschließender Umlenkung im Bereich der Nadelspitze in den konischen Ringspalt eintreten. Die beiden Brennstoffströme treffen dabei im Bereich der Spritzbohrungen aufeinander. Die gewünschte gute Zerstäubungswirkung, die nur beim Zusammentreffen sehr schneller Brennstoffströme, d.h. also nur in sehr kleinen Querschnitten zustandekommt, tritt iedoch

höchstens im allerersten Moment des Nadelhubs auf. Eine so kurzzeitige Zerstäubung reicht jedoch nicht aus, um die obenerwähnten Vefbrennungsgeräusche zu vermeiden. Würde man versuchen, die Dauer der Einspritzung durch langsameres Anheben der Düsennadel zu verlängern, so würde die Einspritzung des Brennstoffs nach begonnener Verbrennung nicht rasch und wirksam genug erfolgen.

Aus der deutschen Patentschrift 855 486 ist ferner eine Mehrlochdüse bekannt, bei der die Düsennadel einen in eine Sacklochbohmng eintauchenden Zapfen aufweist, der zunächst im Anschluß an den Ventilsitz einen Durchmesser aufweist, der mit der Sacklochbahrung einen Ringspalt bildet. Daran anschließend ist der Zapfen im Bereich der von der Sacklochbohrung ausgehenden Spritzbohrungen mit einem zwei Steuerkanten ausweisenden, in ier Sacklochbohrung geführten Bund versehen. Darüber hinaus weist der Zapfen in Höhe des Ringspalts Durchführungen auf, die mit einer Axialbohrung im Zapfen in Verbindung »0 stehen, welche im geschlossenen Ende der Sacklochbohrung mündet. Bei Hubbewegung der Düsennadel fließt den Spritzbohrungen zunächst während eines ersten Hubteils eine Anfangsbrennstoffmenge über den Ringspalt zu. Nach einem zweiten Hubteil, wäh- »5 rend dem die Spritzbohrungen durch den Bund ganz oder nahezu ganz abgedeckt werden, erfolgt während eines dritten Hubteils über die Durchführungen und die Axialbohrung im Zapfen die Zuführung der BrennstofBiauptmenge. Da der Ringspalt zum Ende des Sacklochs hin durch den erwähnten Bund abgeschlossen ist, treffen auch bei nur nahezu abgedeckten Spritzbohrungen keinerlei genau entgegengerichtete Brennstoffstrahlen aufeinander, und daher kann selbst bei relativ geringem Querschnitt des Ringspaltes die gewünschte Zerstäübungswirkung in der ersten Phase des Einspritzvorganges nicht statlfinden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

F i g. I einen Querschnitt durch eine konventionelle lYinloch-Drosselzapfendüse,

F i g. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch eine erlindungsgemäße Mehrlochdüse, und

F i g. 3 ein Diagramm des Strömungsquerschnitts als Funktion des Diisennadelhubes.

Bei einer konventionellen Einlochdrosselzapfendüsc nach F ι μ. 1 ist im Endabschnitt der Bohrung A ein Sitz C für eine Düsennadel R ausgebildet; an die Bohrung A sehlklii sich eine zur Düsennadel koaxiale Bohrung P an. Am linde der Nadel B, die eine dem Sitz C entsprechend abgeschrägte Sitzfläche E aufweist, ist ein Zapfen F vo-gesehen, dessen Außendurchmesser kleiner ist als tier Durchmesser der Bohrung D und der seinerseits an seinem Ende einen Führungsstift G trägt, dessen Durchmesser wiederum kleiner ist als der des Zapfens F.

Der einströmende Brennstoff wird dabei zu B».<»inn des Nadelhubes in dem Ringspalt zwischen dom Zapfen F und der Bohrung D gedrosselt, wobei gleichzeitig die Durchflußgeschwindigkeit erhöht und tier Brennstoff zerstäubt wird.

Bei der in F i g. 2 gezeigten erfindimgsgeniaßen Mehrlochdüse zur Brennstoffeinspritzung verjüngt sich der untere Teil der Düse 1 über einen abgcschrägten Abschnitt 1 b, wobei dieser Teil 1 b unten durch einen haibkugelförmigen Kopf 1 c abgeschlossen wird.

Der abgeschrägte Teil 1 b bildet im unteren Teil einer Führungsbohrung 2 einen Sitz für eine Düsennadel?, die an ihrem Endabschnitt einen mit dem Sitz 3 zusammenwirkenden Düsennadelsiiz 6 aufweist. Stromabwärts vom Sitz 3 schließt sich im Kopf 1 c eine im vom Sitz 3 abgewandten Unterteil 4 b geschlossene und in axialer Richtung verlaufende Saok-Iochbohrung4 an. Axial gesehen in der Mitte der Saoklochbohrung 4 sind von der Mantelfläche 4 c ausgehend mehrere Spritzbohrungen 5 vorgesehen, die durch den Kopf 1 c verlaufen.

Der Winkel a, unter dem die Spritzbohrungen 5 gegen die Bohrung 4 geneigt sind, wird durch die Form der Verbrennungskammer oder sonstige Be dingungen bestimmt; er beschränkt sich nicht auf den in der schematischen Darstellung gezeigten Wert.

An eine stromabwärts an den Düsennadelsitz 6 anschließende, rechtwinklig zur Düsennadelachsc verlaufende Fläche 7 b ist ein Zapfen 8 angeordnet. der in die Sacklochbohrung 4 eintaucht und dessen Außendurchmesser d kleiner ist > Is der Innendurch messer D der Sacklochbohrung 4, so daß dazwischen ein Ringspalt 11 besteht.

Der Zapfen 8 beeinflußt die Menge des einzuspritzenden Brennstoffs durch den Hubweg /1. Am Fußten des Zapfens 8 sind in Radialrichtung verlaufende Durchführungen 9 vorgesehen. Ferner weist der Zap fen 8 eine Axialbohrung 10 auf, deren dem Unterteil 4 b der Sacklochbohrung 4 zugewandte Stirnfläche 8 <! mit den Durchführungen 9 verbunden ist.

Bei dieser Einspritzdüse wird beim Anhoben de; Düsennadel 7 am Ende des Kompressionshubes eines Motors zwischen dem Düsennadelsitz 6 und dem Sitz 3 ein Durchgang geschaffen, durch den der Brennstoff vom Einlaß in den Raum um den Fußteil des Zapfens 8 gelangt. Auf diese Weise wird der Brennstoff unter hohem Druck teilweise direkt in den Ringspalt 11 eingeleitet und teilweise in die Durchführungen 9 abgezweigt.

Somit strömt der Brennstoff einerseits direkt mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit in den Ringspalt 11 und gelangt an den Einlaß der Spritzbohrungen 5. Andererseits wird der durch die Durchführungen *> und die Axialbohrung 10 strömende Brennstoff im Unterteil 4 b der Sacklochbohrung 4 umgelenkt und fließt auch von dorther in den Ringspalt, wobei sich die Strömungsgeschwindigkeit erhöht.

Auf diese Weise treffen im Mündungsbereich der Bohrungen 5 die schnellen Brennstoffströmungen aus entgegengesetzten Richtungen aufeinander; durch diesen Auftreffeffekt wird der Brennstoff in wirksamer Weise fein zerstäubt und nebelartig durch die Bohrungen 5 eingespritzt.

Der beschriebene Auftreffeffekt hält über die Dauer des Hubs h an. Wird die Nadel 7 über diesen Hub h hinaus angehoben, so wird der Brennstoff aus der Führungsbohrung 2 in die dann gegenüber der Sacklochbohrung 4 offenen Spritzbohrungen 5 gedrückt und von diesen ausgestoßen.

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm einen Vergleich zwischen der Kennlinie der erfindungsgemäßen Einspritzdüse (ausgezogene Kurve) und derjenigen einer konventionellen Mehrlochdüse ohne Brennstoffinengenbeeinflussung (gestrichelte Linie).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mehrlochdüse für Brennkraftmaschinen mit einer gegen die Strömungsrichtung des Brennstoffs öffnenden Düsennadel, die brennraumseitig im Anschluß an ihre konische Sitzfläche einen im Durchmesser so ausgebildeten zylindrischen Zapfen aufweist, daß er, in eine mit der Ventilnadelachse koaxiale Sacklochbohrung des Düsenkörpers hineinragend, mit dieser einen Ringspalt bildet, wobei die sich an die konische Sitzfläche für die Ventilnadel brennraumseitig anschließende Sacklochbohrung in ihrer Wandung die auf dem Umfang verteilten Spritzbohrungen aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (8) mit einer in seiner Stirnfläche (8 a) mündenden Axialbohrung (10) versehen ist, die über im Fußteil des Zapfens (8) ausgebildete Durchführungen (9) mit einem umgebenden und in den Ringspalt (11) überleitenden Raum hinter dem Düsennadelsitz (6) in Veflbindung steht, und daß die Lange des Zapfens (8) so gewählt ist, daß nur bei kleinen Nadelhüben (A) die in der Mantelfläche der Sackloch'bohrung (4) liegenden Mündungen der Spritzbohrungen (5) überdeckt bleiben.