DE19527364A1

DE19527364A1 - Brennstoff-Einspritzdüse des Kollisionstyps und Verfahren zum Herstellen der Einspritzdüse

Info

Publication number: DE19527364A1
Application number: DE19527364A
Authority: DE
Inventors: Yuij Furuya; Kenichi Iino
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 1996-02-01
Also published as: JPH0842428A; KR0176737B1; US5586726A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoff- Einspritzdüse des Kollisionstyps und auf ein Verfahren zum Herstellen der Einspritzdüse. Im besonderen befaßt sich die Erfindung mit einer Brennstoff-Einspritzdüse des Kollision styps, die mit hoher Präzision herstellbar ist, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen dieser Düse.

Bei konventionellen Brennstoff-Einspritzdüsen des Kollision stypes ist ein Nachteil die Schwierigkeit der Bearbeitung der Düsensektion, was zu hohen Produktionskosten führt. Anhand von Fig. 2 wird eine Brennstoff-Einspritzdüse erläutert, die aus JP-A-HEI-4-125666 bekannt ist. Fig. 2 ist ein Querschnitt dieser Brennstoff-Einspritzdüse 1, die einen Düsenkörper 2, ein Nadelventil 3 und eine Hülse 4 aufweist. In den Düsenkör per 2 ist ein Brennstoffreservoir 6, eine Düsenvertiefung 7, zumindest ein Paar erster Einspritzdüsen-Bohrungen 8 und ein Paar zweiter Einspritzdüsen-Bohrungen 9 eingeformt, sowie an der Düsen-Spitze eine Kollisionsvertiefung 10. Die Paare der ersten Einspritzdüsen-Bohrungen 8 und der zweiten Einspritz- Bohrungen 9 sind in Verbindungsabschnitten miteinander ver bunden, die an der Außenseite der Düsenspitze freiliegen und durch die Hülse 4 abgedeckt sind.

Das Nadelventil 3 sitzt unter einem vorbestimmten Druck einer Ventilfeder (nicht gezeigt) auf einem Sitz 11 auf. Ein An stieg des Brennstoffdrucks hebt das Nadelventil 3 vom Sitz 11 ab und gestattet es, den Brennstoff unter einem vorgeschrie benen Druck in die Kollisionsvertiefung 10 einzuspritzen, und zwar über die Paare der ersten und der zweiten Einspritzdü sen-Bohrungen 8, 9. Die zweiten Einspritzdüsen-Bohrungen 9 sind in der Kollisionsvertiefung 10 einander gegenüberliegend angeordnet, so daß die Brennstoffstrahlen von jeder Seiten wand der Kollisionsvertiefung 10 austreten und miteinander kollidieren, wodurch ein Brennstoff-Luftgemisch entsteht, das einer Verbrennungskammer 12 zugeführt wird.

Um sicherzustellen, daß die Brennstoffstrahlen mit hoher Prä zision kollidieren, müssen die zweiten Einspritzdüsen- Bohrungen 9 präzise geformt werden, wenn die Brennstoffein spritzdüsen hergestellt wird, und zwar derart, daß die Mitte lachsen (die Mitten) der gegenüberliegenden zweiten Ein spritzdüsen-Bohrungen 9 in gegenseitiger Ausrichtung stehen. Jedoch wird im Fall der konventionellen Brennstoffeinspritz düse 1 jede Bohrung des Paares der zweiten Einspritzdüsen- Bohrungen 9 getrennt geformt. Dies kann dazu führen, daß die Mitten der zweiten Einspritzdüsen-Bohrungen 9 nicht ordnungs gemäß aufeinander ausgerichtet sind, was es erschwert, eine volle Kollision der Brennstoffstrahlen in der Kollisionsver tiefung 10 sicherzustellen. Dann läßt sich nur mit Schwierig keit erreichen, den Brennstoff gleichförmig atomisiert zu versprühen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Brennstoffeinspritzdüse des Kollisionstyps, die eine volle frontale Kollision zwischen den Brennstoffstrahlen sicher stellen kann, die von den gegenüberliegenden zweiten Ein spritzdüsen-Bohrungen eingespritzt werden. Ferner soll ein Verfahren zum Herstellen solcher Düsen angegeben werden.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaf fung einer Brennstoff-Einspritzdüse des Kollisionstyps und eines Verfahrens zum Herstellen dieser Düsen, wobei die prä zise Herstellung wenigstens eines Paares der Düsenbohrungen vereinfacht werden soll, durch die dann die kollidierenden Brennstoffstrahlen eingespritzt werden.

Die vorerwähnten Ziele werden erfindungsgemäß bei einer Brennstoff-Einspritzdüse des Kollisionstyps mit folgenden Merkmalen erreicht: In einem Düsenkörper mit einem eingeform ten Brennstoffdurchgang, einer Kollisionsvertiefung, mit mit dem Brennstoffdurchgang kommunizierenden Brennstoffeinlässen, und mit wenigstens einem Paar Einspritzdüsen-Bohrungen, die mit den Brennstoffeinlässen kommunizieren und einander gegen überliegend in die Kollisionsvertiefung münden, mit einem Dü senelement, das im Düsenkörper hin- und hergehend bewegt wird, um atomisierten Brennstoff aus der Kollisionsvertiefung auszuspritzen, und mit einer zumindest einen Umfangsabschnitt der Einspritzdüsen-Bohrungen abdeckenden Kappe, werden die Brennstoffeinlässe so geformt, daß sie sich ausgehend von dem Brennstoffdurchgang erstrecken und nicht in die Kollisions vertiefung führen, und wird das zumindest eine Paar der Ein spritzdüsen-Bohrungen geradlinig und so geformt, daß sie die Brennstoffeinlässe und die Kollisionsvertiefung schneiden.

Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoff-Einspritzdüse des Kollisionstypes geschaffen. Die Einspritzdüse weist einen Düsenkörper auf, in dem eingeformt ist ein Brennstoffdurchgang, eine Kollisionsvertiefung, mit dem Brennstoffdurchgang kommunizierende Brennstoffeinlässe, und mindestens ein Paar Einspritzdüsen-Bohrungen, die mit den Brennstoffeinlässen kommunizieren und einander gegenüberlie gend in die Kollisionsvertiefung münden. Ein hin- und herge hendes Düsenelement ist im Düsenkörper vorgesehen, um atomi sierten Brennstoff aus der Kollisionsvertiefung zu injizie ren. Das Verfahren umfaßt folgende Schritte: Formen von Brennstoffeinlässen, die sich vom Brennstoffdurchgang weger strecken und nicht in die Kollisionsvertiefung führen. Gleichzeitiges Formen der Bohrungen des wenigstens einen Paa res der Einspritzdüsen-Bohrungen in einer geraden Linie, die die Brennstoffeinlässe und die Kollisionsvertiefung über schneidet. Befestigen einer Kappe auf zumindest einem Um fangsabschnitt der Einspritzdüsen-Bohrungen.

Im Gegensatz zur konventionellen Vorgangsweise, bei der jede Einspritzdüsen-Bohrung des Paares getrennt geformt wird, wer den bei der Brennstoff-Einspritzdüse des Kollisionstyps gemäß der Erfindung und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Her stellen dieser Düse die Einspritzdüsen-Bohrungen des Paares integral zur selben Zeit geformt. Dies ermöglicht es, eine Fehlausrichtung zwischen den Mittelachsen der Einspritzdüsen- Bohrungen zu minimieren und sicherzustellen, daß eine ord nungsgemäße frontale Kollision zwischen den aufeinander zu gerichteten Strahlen des Brennstoffs und eine höchst gleich mäßige Brennstoffatomisierung stattfinden.

Weiterhin kann, da die sich gegenüberliegenden Einspritzdü sen-Bohrungen des einen Paares oder mehrerer Paare integral und gleichzeitig geformt werden, um die Brennstoffeinlässe und die Kollisionsvertiefung zu überschneiden, bei dem Ver fahren das Ausbilden der Einspritzdüsen-Bohrungen mit hoher Präzision vorgenommen werden.

Anhand der Zeichnung wird eine Ausführungsform des Erfin dungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform einer Brennstoff-Einspritzdüse des Kollisionstyps zur Ver deutlichung eines Verfahrens zum Herstellen der er findungsgemäßen Einspritzdüse; und

Fig. 2 einen Längsschnitt einer konventionellen Brenn stoff-Einspritzdüse der in JP-A-HEI 4-125666 be schriebenen Art.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Brennstoff-Einspritzdüse des Kollisionstyps sind mit in Fig. 2 gezeigten Teilen übereinstimmende Teile mit identischen Bezugszeichen versehen und wird eine weitere Erklärung dieser Teile unterlassen.

Eine in Fig. 1 im Längsschnitt gezeigte Brennstoff- Einspritzdüse 20 des Kollisionstyps weist einen Düsenkörper 2, ein mit dem Nadelventil 3 der Fig. 2 korrespondierendes Ventil 21 und eine Kappe 23 auf, die auf einem Spitzenabschnitt 22 des Düsenkörpers 2 befestigt ist. Ein Kugelelement 21A des Ventils 21 sitzt auf einem Sitz 11. Eine Brennstoff-Einspritzung wird ermöglicht durch Abheben des Kugelelements 21A vom Sitz 11.

In dem Düsen-Spitzenabschnitt 22 ist wenigstens ein Paar Brenn stoffeinlässe 24 geformt, die sich zur Mittelachse des Sitzes 11 erstrecken und mit einem Brennstoffdurchgang 5 kommunizie ren. Ferner ist in den Düsenspitzenabschnitt 22 wenigstens ein Paar Einspritzdüsen-Bohrungen 25 eingeformt, die die Brennstof feinlässe 24 schneiden und sich in eine Kollisionsvertiefung 26 öffnen. Die Brennstoffeinlässe 24 erstrecken sich vom Brenn stoffdurchgang 5 durch das Äußere des Düsenspitzenabschnitts 22, derart, daß sie an der Kollisionsvertiefung 26 vorbeigehen (Formungsprozeß der Brennstoffeinlässe).

Die linken und rechten Einspritzdüsen-Bohrungen 25 werden durch Bohren oder eine ähnliche Bearbeitung gleichzeitig geformt, wo bei in einer geraden Linie durch den Düsenspitzenabschnitt 22 gebohrt wird, so daß sich die Bohrungen mit den Brennstoffein lässen überschneiden und durch die Kollisionsvertiefung 26 hin durchgehen (Formungsprozeß der Düsenbohrungen). Eine beliebige Anzahl von Paaren von Brennstoffeinlässen 24 und Einspritzdü sen-Bohrungen 25 kann vorgesehen werden, vorausgesetzt, daß die Strahlen des Brennstoffs, der aus den jeweils sich gegenüber liegenden Bohrungen eines Paares injiziert wird, mit den Strah lenvorderenden in der Kollisionsvertiefung 26 miteinander kol lidieren.

Vorausgesetzt, daß der Durchmesser jedes Brennstoffeinlasses 24 D1 und der Durchmesser jeder Einspritzdüsen-Bohrung 25 D2 ist, ist es wünschenswert, daß D2 D1 ist. Dies führt dazu, daß die Einspritzdüsenbohrungen 25 entlang des Strömungsweges des Brennstoffs einen Abschnitt maximaler Restriktion zwischen dem Brennstoffdurchgang 5 und der Kollisionsvertiefung 26 konstitu ieren, und nicht die Überschneidung zwischen den Brennstoffein lässen 24 und den Einspritzdüsen-Bohrungen 25. Dies bedeutet, daß eine Abnahme des Brennstoffdrucks verhindert wird, selbst wenn die Präzision etwas vermindert ist, mit der die Brennstof feinlässe 24 und die Einspritzdüsen-Bohrungen 25 geformt wer den. Dies stellt jedoch die gewünschte Kollision der injizier ten Brennstoffstrahlen sicher. Ferner bewirkt die bewußt in die Einspritzdüsenbohrungen 25 verlegte maximale Restriktion bzw. Drosselung, daß die Einspritzrate durch Einstellen der Größe des Durchmessers D2 wahlweise vorherbestimmbar ist.

Obwohl die Form der Kollisionsvertiefung 26 keiner besonderen Limitierung unterliegt, sollte ein Raum oberhalb der Stelle vorliegen, an der die aus den Einspritzdüsen-Bohrungen 25 aus tretenden Brennstoffstrahlen kollidieren, und zwar an der der Verbrennungskammer 12 abgewandten Seite dieser Stelle. Der Sprühwinkel und die Sprühverteilung können nach Bedarf geändert werden durch ein wahlweises Design der Form.

Die Kappe 23, die beispielsweise aus Metall besteht und eine Öffnung 27 aufweist, die eine Verbindung zwischen der Kollisi onsvertiefung 26 und der Verbrennungskammer 12 schafft, ist am Umfang 22A und einem ringförmigen Randbereich 22B des Düsen spitzenabschnittes 22 durch Laser- oder Lichtbogen-Schweißen befestigt (Kappenbefestigungsprozeß). Auf diese Weise sind die Stellen, an denen die Brennstoffeinlässe 24 und die Einspritz düsenbohrungen 25 zur Außenseite des Düsenspitzenabschnitts 22 offen wären, durch die Kappe 23 dicht verschlossen. Werden die Brennstoffeinlässe 24 hingegen nicht als Durchgangsbohrungen ausgebildet, dann ist es nicht erforderlich, den ringförmigen Randbereich 22B abzudecken. Um im erstgenannten Fall eine Leckage von Brennstoff aus den Brennstoffeinlässen 24 und den Einspritzdüsen-Bohrungen 25 sicher zu vermeiden, ist es zweck mäßig, oberhalb der Öffnungen zu schweißen (unter Bezugnahme auf die Zeichnung) und bei der Öffnung 27.

Wird bei dieser Brennstoff-Einspritzdüse 20 des Kollisionstyps durch eine Drucksteigerung des aus dem Brennstoffdurchgang 5 kommenden Brennstoffs das Ventil 21 bzw. das Kugelelement 21A vom Sitz 11 abgehoben, passiert Brennstoff die Brennstoffein lässe 24 und die damit kommunizierenden Einspritzdüsen- Bohrungen 25. Die Strahlen treten in die Kollisionsvertiefung 26 von allen Seiten ein. Die resultierende Kollision der Strah len atomisiert den Brennstoff in einen gleichförmigen Nebel, der in die Verbrennungskammer 12 geführt wird.

Im Vergleich mit der konventionellen Herstellungsmethode ist die erfindungsgemäße Brennstoff-Einspritzdüse 20 des Kollision styps mit den aufeinander ausgerichteten Achsen der Einspritz düsen-Bohrungen 25 weitaus einfacher herzustellen. Es lassen sich so die Effizienz verbessern und Kosten reduzieren. Die An ordnung und Position der Überschneidungsstellen zwischen den Brennstoffeinlässen 24 und den Einspritzdüsen-Bohrungen 25 läßt sich frei wählen. Die interne Konfiguration des Düsenkörpers 2 ist ebenfalls frei wählbar, wobei die Düse vom vorbeschriebenen Typ sein oder auch ein elektronisch gesteuerter Injektor sein kann. Es lassen sich auch ein Kugelventil und ein Ventilsitz verwenden anstelle des konventionellen Nadelventils 3 der Fig. 2.

Wie vorstehend erläutert wurde, können erfindungsgemäß einander gegenüberliegende Einspritzdüsen-Bohrungen integral an jeder Seite einer Kollisionsvertiefung durch Bohren oder dgl. geformt werden. Dies führt zu einer hochpräzisen Kollision der Brenn stoffstrahlen, verringert die Herstellungskosten, reduziert die Ungleichförmigkeit des atomisierten Brennstoffs, und stellt si cher, daß ein Brennstoffnebel erreicht wird, der die geringe Penetration und die kleine Sprühpartikelgröße hat, die ein Kennzeichen einer Brennstoff-Einspritzdüse des Kollisionstyps sein sollen.

Bezugszeichenliste

1 Brennstoff-Einspritzdüse
2 Düsenkörper
3 Nadelventil
4 Hülse
5 Brennstoffdurchgang
6 Brennstoffreservoir
7 Düsenvertiefung
8 Paar erster Einspritzdüsenbohrungen
9 Paar zweiter Einspritzdüsenbohrungen
10 Kollisionsvertiefung
11 Sitz
12 Verbrennungskammer
20 Brennstoff-Einspritzdüse des Kollisionstyps
21 Ventil
21A Kugelelement
22 Spitzenbereich
22A Umfang des Düsenspitzenbereichs 22
22B Ringförmiger Randabschnitt des Düsenspitzenabschnitts
22 Spitzenbereich
23 Kappe
24 Paar der Brennstoffeinlässe
25 Paar der Einspritzdüsenbohrungen
26 Kollisionsvertiefung
27 Öffnung
D1 Durchmesser der Brennstoffeinlässe 24
D2 Durchmesser der Einspritzdüsenbohrungen 25

Claims

1. Brennstoff-Einspritzdüse (20) des Kollisionstyps mit einem einen eingeformten Brennstoffdurchgang (5) aufweisenden Düsen körper (2), einer Kollisionsvertiefung (26), mit dem Brenn stoffdurchgang (5) kommunizierenden Brennstoffeinlässen (24) und wenigstens einem Paar Einspritzdüsen-Bohrungen (25), die mit den Brennstoffeinlässen (24) kommunizieren und sich nach außen und einander gegenüberliegend in die Kollisionsvertiefung (26) öffnen,
mit einem im Düsenkörper (2) hin- und herbewegbaren Düsenele ment (21) zum Injizieren von Brennstoff, der im Bereich der Kollisionsvertiefung (26) atomisierbar ist, und
mit einer festgelegten Kappe (23) zum Abdecken wenigstens eines Umfangsteils der Einspritzdüsen-Bohrungen (25),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Brennstoffeinlässe (24) derart geformt sind, daß sie sich vom Brennstoffdurchgang (5) wegerstrecken und an der Kollisi onsvertiefung (26) vorbeigehen, und daß das wenigstens eine Paar der Einspritzdüsenbohrungen (25) in einer geraden Linie geformt ist, um die Brennstoffeinlässe (24) und die Kollisions vertiefung (26) zu überschneiden.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser jedes Brennstoffeinlasses (24) gleich oder grö ßer ist als der Durchmesser jeder Einspritzdüsen-Bohrung (25).

3. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen-Bohrungen (25) in einer diametralen Richtung im Düsenkörper (2) geformt sind.

4. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen-Bohrungen (25) senkrecht zur Längsrichtung des Düsenkörpers (2) geformt sind.

5. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Düsenkörper (2) ein Sitz (11) zum Aufsetzen des Düsenelemen tes (21) geformt ist, und daß der Brennstoffdurchgang (5) und die Brennstoffeinlässe (24) miteinander durch Abheben des Düsen elements (21) vom Sitz (11) verbindbar sind.

6. Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen der Brennstoffeinlässe (24) an der Achsenseite des Sitzes (11) geformt sind.

7. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Düsenkörper (2) ein Düsenspitzenbereich (22) vorgesehen ist, in dem die Brennstoffeinlässe (24), die Einspritzdüsenbohrungen (25) und die Kollisionsvertiefung (26) geformt sind.

8. Einspritzdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (23) an dem Düsenspitzenbereich (22) befestigt ist.

9. Einspritzdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (23) entlang eines Umfanges (22A) und eines ringför migen Randabschnittes (22B) des Düsenspitzenabschnittes (22) angeschweißt ist.

10. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (23) eine Öffnung (27) aufweist, über die eine Kommu nikation zwischen der Kollisionsvertiefung (26) und einer Ver brennungskammer (12) hergestellt wird.

11. Verfahren zum Herstellen einer Brennstoff-Einspritzdüse des Kollisionstyps, die einen Düsenkörper (2) aufweist, in den ein Brennstoffdurchgang (5), eine Kollisionsvertiefung (26), mit dem Brennstoffdurchgang (5) kommunizierende Brennstoffeinlässe (24) und wenigstens ein Paar Einspritzdüsen-Bohrungen (25) ein geformt werden, die mit den Brennstoffeinlässen (24) kommuni zieren und einander gegenüberliegend in die Kollisionsvertie fung einmünden, wobei in dem Düsenkörper (2) ein hin- und her bewegliches Düsenelement (21) angeordnet ist zum Injizieren atomisierten Brennstoffes aus der Kollisionsvertiefung (26), ge kennzeichnet durch folgende Schritte:
Formen sich von dem Brennstoffdurchgang (5) wegerstreckender und an der Kollisionsvertiefung (26) vorbeigehender Brennstof feinlässe (24),
gleichzeitiges Formen des wenigstens einen Paares von Ein spritzdüsen-Bohrungen (25) in einer geraden Linie, die die Brennstoffeinlässe (24) und die Kollisionsvertiefung (26) über schneidet, und
Befestigen einer Kappe (23) über wenigstens einem Umfangsbe reich der Einspritzdüsen-Bohrungen (25).

12. Verfahren zum Herstellen einer Brennstoff-Einspritzdüse des Kollisionstyps gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar der Einspritzdüsenbohrungen (25) von einem Außensei tenbereich an einer Seite des Düsenkörpers, durch die Kollisi onsvertiefung (26) und bis zu einem Außenseitenbereich an der anderen Seite des Düsenkörpers (2) geformt wird.