DE2655793A1

DE2655793A1 - Gesteuerte mehrloch-einspritzduese

Info

Publication number: DE2655793A1
Application number: DE19762655793
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Bauer; Joachim Dipl Ing Loehr; Klaus Dr Ing Wiebicke
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1976-12-09
Filing date: 1976-12-09
Publication date: 1978-06-22
Also published as: DD133170A1; IT1088461B; JPS5371721A; CH627526A5; FR2373689A1; SE7713907L

Description

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Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 2. Dez. 1976 Gesteuerte Mehrloch-Einspritzdüse

Die Erfindung betrifft eine gesteuerte Mehztloch-Einspritzdüse für luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschinen mit einem im Kolben angeordneten rotationskörperförmigen Brennraum und partieller Kraftstoff-Wandanlagerung sowie einer gezielten, um die Brennraumlängsachse rotierenden Luftbewegung, wobei die Einspritzdüse im wesentlichen aus einem Düsenkörper und einem Kraftstoff-Steuerorgan besteht.

Derartige Einspritzdüsen gehören zum allgemeinen Stand der Technik und werden in verschiedenen Ausführungen in Brennkraftmaschinen, die nach dem beschriebenen Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeiten, verwendet. Bei solohen Motoren hat sich seit längerer Zeit herausgestellt, dafl im unteren Drehzahl- und Lastbereich immer wieder eine unerwünschte Blau- oder Weißrauohbildung auftritt, die zu einer Belästigung und Rei/lzung der Augen und Atmungsorgane? führt. Der Grund hierfür ist eine mangelhafte, unvollständige Verbrennung, hervorgerufen duroh eine zu niedrige Temperatur der Brennraumwand, die zur Bildung von Aldehyden, Acrolein, unverbrannten Kohlenwasserstoffen u.a. führt.

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ORIGINAL IMSPEGTEO

Um diesem Übel abzuhelfen, wurde schon vorgeschlagen, das Verdichtungsverhältnis des Motors zu erhöhen odtr einen Drallzerstörer für die im Brennraum rotierende Verbrennungsluft vorzusehen. Weiter hat man versucht, die Lage des Kraftstoffstrahles in den genannten Betriebsbereichen derart zu verändern, daß der Anteil von sich unmittelbar mit der Verbrennungsluft vermischendem Kraftstoff entsprechend erhöht wird.

Durch diese Maßnahmen wurde zwar eine Minderung des Blaurauohes bzw. der reizenden Stoffe in den Abgasen erreicht, sie sind jedoch insofern nicht zufriedenstellend, weil die hierfür zusätzlich erforderlich werdenden Mittel eine Verteuerung und damit auch eine erhöhte Störanfälligkeit mit sich bringen. Außerdem tritt meist eine Verschlechterung der motorischen Betriebsdaten im oberen Lastbereich, Insbesondere bei Vollast ein.

Auch wurde bereits vorgeschlagen, mit einfachen Mitteln die Kraftstoff-Einspritzzeit im unteren Drehzahlbereieh zu verlängern, um einen ausgeprägten Kraftstoffstrahl zu verhindern. Der angestrebte Erfolg wurde damit nicht erzielt.

Weiterhin wurde durch die DT-PS 2 038 048 bekannt, bei Verwendung eines Kugelbrennraumes das Verhältnis zwischen Brennraundurchmesser und öffnungsduroheeseer auf einen bestimmten Wert zu begrenzen und den Auftreffpunkt des Kraftstoffstrahles in das untere Viertel des Brennraumes zu verlegen, wobei die Größenordnung der drehenden Luftladung auf ein bestimmtes MaB fixiert wurde. Sinn dieser Maßnahmen war es, einen möglichst großen Anteil der eingespritzten Kraftstoffmenge unmittelbar mit der Verbrennungsluft zu vermischen und einen möglichst kleinen Anteil als Film auf dl« kalte

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Brennraumwand aufzubringen. Die Maßnahmen sind allerdings nicht mehr anwendbar, wenn der kugelförmige Brennraum zu Gunsten eines anderen rotationskörperförmigen Brennraumes verlassen wird.

Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Mehrloch-Einspritzdüse der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwiekeln, daß durch sie in einfacher, unkomplizierter Weise bei einer nach dem erwähnten Verfahren arbeitenden Brennkraftmaschine ohne Verteuerung und ohne Verschlechterung der Betriebsdaten im oberen Betriebsbereich bei weitgehend freier Wahl der Brennraumform eine maximale Verminderung der Blau- und Weißrauchbildung ermöglicht wird.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Kraftstoff-Steuerorgan derart ausgebildet ist, daß es im unteren Drehzahl- und Lastbereioh des Motors zunächst ein Spritzloch^eine Reihe von Spritzlöchern und im Mitteldruck und oberen Lastbereich ein weiteres Spritzloch bzw. eine weitere Reihe von Spritzlöchern freigibt.

Dadurch wird die gestellte Aufgabe bereits gelöst. Indem man wie bisher eine LochdUse verwendet, können keine Einbausohwierigkeiten auftreten, da die Spritzlöcher nahezu jeder Situation anpaßbar sind.

Im einzelnen wird nach der Erfindung vorgeschlagen, eine gesteuerte Mehrloch-Einspritzdüse zu verwenden, bei der das Kraftstoff-Steuerorgan als axial im Düsenkörper verisc schiebbare, federbelastete Düsennadel ausgebildet und unterhalb des Nadelsitzes im Düsenkörper ein Ringraum vorgesehen 1st. Diese Einspritzdüse ist dadurch gekennzeioh-

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net, daß das zuerst öffnende Spritzlooh bzw. die zuerst öffnende Reihe von Spritzlöchern in den Ringraum einmündet, das unterhalb des Ringraumes im Düsenlcörper ein· axiale Sacklochbohrung vorgesehen ist, in die das später öffnende Spritzlooh bzw. die später öffnende Reihe von Spritzlöchern einmündet, und daß die Düsennadel in axialer Verlängerung einen in der Sacklochbohrung geführten, zylindrischen Zapfen aufweist, dessen Länge derart bemessen ist, daß er das oder die in die Sacklochbohrung einmündenden Spritzlöoher erst rmch Zurücklegen eines bestimmten, vorher festgelegten Teilhubes der Düsennadel freigibt.

Im unteren Drehzahl- und Lastbereich wird die Düsennadel nur um einen geringen Teil vom Nadelsitz abgehoben, so daß eine teilweise Kraftstoffeinspritzung durch das in den Ringraum einmündende Spritzloch oder dier Spritzlöcher erfolgt. Mit steigenden Motordrehzahlen und -Lasten steigt auch der Druck in der Einspritzleitung und damit im Ringraum, die Düsennadel wird weiter angehoben, bis der an ihr vorgesehene zylindrische Zapfen die Sackloohbohrung freigibt und schließlich auch die in diese einmündenden Spritzlöoher mit Kraftstoff beaufschlagt werden. Damit steht der volie Spritzquersohnitt zur Verfügung. Nach einer Weiterbildung der Erfindung entspricht der volle Spritzquerschnitt aller Spritzlöoher dem Querschnitt, wie ihn bei Verwendung einer Einlochdüse die ein· Spritzbohrung hätte, wobei zu erwähnen 1st, daß die Querschnittsaufteilung auf die einzelnen Spritzlöcher willkürlich vorgenommen werden kann, d.h. daß ein Spritzloch oder einige Spritzlöoher größeren und andere kleineren Querschnitt aufweisen können. Auf diese Weise wird in dem beschriebenen unteren Drehzahl- bzw. Lastbereich des Motors eine bisher noch nicht erreichte Kraftstoffzerstäubung geschaffen, die kompromißlos ohne Rücksicht und ohne Schaden auf das Vollastverhalten

In diesem Zusammenhang wird noch auf die DT-PS 926 050 hingewiesen, durch die eine modifizierte Zapfendüse bekannt ist, welche zwei Spritzlöcher unterschiedlichen Querschnitts aufweist und bei der die Düsennadel als Zapfendüse veränderlichen Querschnitts das in DU-senlängsachse angebrachte Hauptspritzlooh steuert, das kleine Spritzloch jedoch während des gesamten Einspritzvorganges offen bleibt. Durch diese Konstruktion wird erreicht, daß in dem gesamten Motorbetriebsbereioh das kleine Spritzloch sehr stark zerstäubt und sich eine unmittelbare Kraftstoff-Luftverteilung ergibt, das Hauptspritzloch hingegen läßt durch die Querschnittsgestaltung des Zapfens nur relativ wenig Kraftstoff als kompakten Strahl durch.

Die Anordnung hat bei direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen mit Brennräumen im Kolben und Kraftstoff-Wandanlagerung eine Reihe von Nachteilen, wodurch sie für vorliegenden Fall praktisch nicht verwertbar ist. So muß die Düse, um bei Vollast gute Betriebswerte zu erhalten, beispielsweise derart im Zylinderkopf angebracht sein, daß mit der Düsenachse die gewünschte Auftreffstelle auf der Brennraumwand anvisierbar ist, was aus konstruktiven Gründen nahezu nie erreicht wird. Bei Vollast ist das kleine Spritzloch auch offen und spritzt den Kraftstoff in einer Richtung in den Brennraum, die weit von der für eine gute Vollast-Verbrennung optimalen Richtung abweicht. Schließlich lift bekannt, daß aus den genannten Gründen das kleine Spritzloch stark zum Verkoken; neigt und unwirksam wird.

All diese Nachteile vermeidet die erfindungsgemäße Düse, zumal sich diese als typische Lochdüse grundsätzlich von einer Drosselzapfendüse unterscheidet, weil der hier vor-

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handene zylindrische Zapfen eine völlig andere Punktion hat und exakt die Spritzfolge beider Spritzlöcher oder Spritzlochgruppen voneinander trennt. Daran würde sich auch nichts ändern, wenn auf Grund von Pertigungetoleranzen zwischen dem Zapfen und der Sacklochbohrung im DUsenkörper eine geringfügige Leckage vorhanden wäre.

Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Düsenkörper an seiner Außenfläche unten einen Kegelmantel aufweist, und daß das oder die in den Ringraum und in die Sacklochbohrung einmündenden Spritzlöcher jeweils auf gleicher Ebene des Kegelmantels liegen und beliebige Richtung aufweisen können. Nur so ist eine ganz bestimmte, beste Motorbetriebsdaten ergebende Kraftstoffeinspritzung zu erreichen.

Schließlich wird erfindungsgemäß,wie an sich bereits bekannt, noch vorgeschlagen, die Düsennadel durch die Kraft einer Feder an ihren Nadelsitz zu halten und nach dem Abheben vom Nadelsitz nach Erreichen eines bestimmten Teilhubes eine zweite Feder zuzuschalten, welche die erste Feder unterstützt. Auf diese Weise ist eine genauere Regelung der Kraftstoffeinspritzung über den gesamten Betriebsbereich des Motors möglich.

Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispleles entnommen werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den unteren Teil einer Einspritzdüse nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil der auf die Düsennadel einwirkenden Federkombination gemäß der Erfindung.

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In Pig. I ist mit I ein Teil eines Düsenkörpers bezeichnet, der eine Bohrung 2 zur Aufnahme einer Düsennadel 3 aufweist. Nach unten hin verengt sich die Bohrung 2 und die so entstehende Schrägfläche bildet den Nadelsitz 4, an den die Düsennadel 3 in Ruhestellung dichtend anliegt. Unterhalb des Nadelsitzes 4 ist ein Ringraura 5 vorgesehen, in den in Fig. I ein in einem Winkel zur Düsenlängsachse ic verlaufendes Spritzloch 6 mündet. Schließlich endet die Bohrung 2

in einer Saohlochbohrung 7, die in der gezeigten Ruhestellung von einem eine Verlängerung der Düsennadel 3 bildenden zylindrischen Zapfen 8 abgeschlossen wird. Von der Sacklochbohrung 7 aus führt ein weiteres Spritzloch 9 durch den Düsenkörper I nach außen und endet im Kegelmantel

In Pig. 2 ist der obere Teil der Düsennadel 3 im Düsenkörper I axial verschiebbar gelagert. Auf der Düsennadel 3 befindet sich ein Pilzstück 11, auf den eine sich andernends an einem nicht dargestellten Halter abstützende Feder 12 drückt. Eine im Durchmesser größere Haltefeder 13 wirkt auf einen Federteller 14, der über einen Bund Ha des Pilzstückes H reicht und in Richtung der Düsenlängsachse χ ein Spiel 15 zum Bund Ha aufweist.

Wird der Einspritzdüse Kraftstoff zugeführt, so verschiebt sich zunächst die Düsennadel 3 entgegen der Kraft der Feder 12, bis das Spiel 15 Null ist. Damit tritt das Spritzloch (6) in Tätigkeit. Im oberen Lastbereich bzw. bei Vollast des Motors steigt der Druck im Ringraum 5 an, bis er auch die Kraft der zweiten Feder 13 überwindet und die Düsennadel 3 bis zu ihrem maximalen Hub öffnet, wo der Zapfen 8 die Sackloohbohrung 7 und damit das Spritzloch 9 freigibt.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

2BR5793 Maschinenfabrik: Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft Nürnberg, 2. Dez. 1976 Patentansprüche

1. Gesteuerte Mehrloch-ElnspritzdUse für luftverdiohtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschinen mit einem im Kolben angeordneten rotationskörperförmigen Brennraum und partieller Kraftstoff-Wandanlagerung sowie einer gezielten, um die Brennraumlängsachse rotierenden Luftbewegung, wobei die Einspritzdüse im wesentlichen aus einem Düsenkörper und einem Kraftstoff-Steuerorgan besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoff-Steuerorgan (3) derart ausgebildet ist, daß es im unteren Drehzahl- und Lastbereich des Motors zunächst ein Spritzloch (6) bzw. eine Reihe von Spritzlöchern und im Mitteldruck- und oberen Lastbereich ein weiteres Spritzloch (9) bzw. eine weitere Reihe von Spritzlöchern freigibt.

2. Gesteuerte Mehrloch-Einspritzdüse nach Anspruch I, bei der das Kraftstoff-Steuerorgan als axial im Düsenkörper (1) verschiebbare, federbelastete Düsennadel (3) ausgebildet und unterhalb des Nadelsitzes (^) im Düsenkörper (l) ein Ringraum (5) vor-

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gesehen 1st, dadurch gekennzeichnet, daß das zuerst öffnende Spritzlooh (6) bzw. die zuerst öffnende Reihe von Spritzlöchern in den Ringraum (5) einmündet, daß unterhalb des Ringraumes (5) im Düsenkörper (l) eine axiale Sacklochbohrung (7) vorgesehen ist, In die das später öffnende Spritzloch (9) bzw. die später Öffnende Reihe von Sprltzlöohern einmünden, und daß die Düsennadel (j5) in axialer Verlängerung einen in der Sacklochbolirung (7) geführten, zylindrischen Zapfen (8) aufweist, dessen Länge derart bemessen ist, daß er das oder die in die Sacklochbohrung (7) einmündenden Spritzlöcher (9) erst nach Zurücklegen eines bestimmten, vorher festgelegten Teilhubes (15) der Düsennadel (j5) freigibt.

- Gesteuerte Mahrloch-Einspritzdüse naoh den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (I) an seiner Außenfläche unten einen Kegelmantel (10) aufweist, und daß das oder die in d*n Ringraum (4) nnd in die Sacklochbohrung (7) einmündenden Spritzlöcher (6, 9) jeweils auf gleicher Ebene des Kegelmantels (10) liegen und beliebige Richtung aufweisen können.

4. Gesteuerte Mehrloch-Einspritzdüse nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (3) durch die Kraft einer Feder (12) dichtend an ihren Nadelsitz (4) gehalten wird, und daß beim öffnen der Düsennadel (j5) naoh einem bestimmten Teilhub (15) eine zweite Feder (IjJ) zugeschaltet wird, welche die erste Feder (12) unterstützt .

5. Gesteuerte Mehrloch-Einspritzdüse nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung des gesamten Spritzquerschnittes auf die einzelnen Spritzlöoher (6, 9) beliebig möglich ist.

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