DE2847058A1

DE2847058A1 - Kraftstoff-einspritzduese

Info

Publication number: DE2847058A1
Application number: DE19782847058
Authority: DE
Inventors: Alfonso Nunzio Dr Ing D
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1978-10-28
Filing date: 1978-10-28
Publication date: 1980-05-08
Also published as: IT1126304B; ATA680079A; SE7908855L; AT368250B; HU181453B; GB2034405A; SU1034615A3; RO78220A; IN153196B; GB2034405B; IT7926777A0; FR2439876A1; CH640308A5; JPS5560656A; DD147134A1

Description

fo/kr ■

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 26. Oktober 1978

Kraftstoff-Einspritzdüse

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzdüse für selbstzündende oder fremdgezündete Brennkraftmaschinen, mit einer im Düsenkörper axial verschiebbar gelagerten, am brennraumseitigen Ende einen in einer Mittelbohrung des Düsenkörpers verschiebbaren Drosselzapfen versehen Düsennadel und einem zwischen dem Dichtsitz und dem Drosselzapfen bzw. der Mittelbohrung angeordneten Druckraum, wobei im Drosselzapfen eine Längsbohrung und eine mit dieser in Verbindung stehende Queröffnung oder Querbohrung angebracht ist.

Eine derartige Einspritzdüse ist bereits durch das ■ DE-GM 7538 166 bekannt. Bei ihr mündet die mit der Längsbohrung verbundene Querbohrung bei geschlossener ■ Düsennadel in den Druckraum und der Drosselzapfen gleitet dichtend in der im Düsenkörper vorgesehenen Mittelbohrung. Wird die Düsennadel auch nur geringfügig von ihrem Sitz abgehoben, so gelangt Kraftstoff in den Druckraum und es wird durch die Querbohrung und die Längsbohrung eine Kraftstoff-Vormenge in Form eines gebündelten Strahles in den Brennraum eingespritzt, öffnet sich die Düsennadel weiter, so entsteht zwischen der Mittelbohrung und dem konisch ausgebildeten

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Drosselzapfen ein Ringspalt, durch den die Einspritzmenge erhöht wird. Erst wenn die.Düsennadel voll geöffnet ist und der Drosselzapfen aus der Mittelbohrung austaucht, wird der gesamte Spritzquerschnitt freigegeben, es erfolgt die Haupteinspritzung.

Da der Hub der Düsennadel abhängig vom jeweiligen Drehzahl- und/oder Lastbereich des Motors ist, wird der Kraftstoff in jedem Falle in allen Betriebsbereichen in Form eines mehr oder weniger stark gebündelten Strahles eingespritzt, wobei es von Bedeutung ist, ob der Drosselzapfen ganz austaucht oder nicht.

Nun arbeitet aber ein großer Teil der heute auf dem Markt befindlichen direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen nach dem Prinzip, daß die im Kolbenbrennraum eingebrachte Verbrennungsluft stark verwirbelt wird bzw. eine Drehbewegung um die Brennraumlängsachse ausführt und der Kraftstoff dann filmartig unmittelbar auf die Brennraumwand oder zumindest nahe derselben eingespritzt wird. Bei diesem Verfahren stellte sich heraus, daß im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich durch einen kompakten, gebündelten Kraftstoffstrahl nahezu optimale Motordaten erzielbar sind, wobei insbesondere die Gangruhe und die Abgasqualität hervorzuheben sind. Taucht in diesem Bereich der Drosselzapfen voll aus der Mittelbohrung aus, so kann die gewünschte optimale Einspritzdauer und auch die Kompaktheit des Strahles nicht mehr erreicht werden.

Dies gilt insbesondere für kleinere, hochdrehende Motoren, für die die kleinsten technologisch fertigbaren Düsenbohrungen bzw. Mittelbohrungen noch zu groß sind. Es ergibt sich daher die Notwendigkeit, den Querschnitt der Mittelbohrung durch das Verbleiben der Spitze des Drosselzapfens in der Mittelbohrung zu verengen, damit der Kraftstoffstrahl mit genügen-

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der Energie in den Brennraum eingespritzt wird. Hierdurch wiederum tritt der Strahl auch bei Vollast des Motors . durch einen Ringspalt aus, was eine unerwünschte noch größere Zerstäubung bedeutet. Die Folgen sind höhere Rauchwerte bei gleicher Last und härterer Gang des Motors.

Bei Leerlauf sowie im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich hingegen hat sich bei den genannten Brennkraftmaschinen gezeigt, daß, insbesondere im kalten Zustand, eine schlechte Verbrennung mit Blaurauchbildung und ein unrunder Lauf auftritt. Zu beseitigen sind diese Mängel, indem der Kraftstoff gut zerstäubt in die Verbrennungsluft eingebracht wird, so daß eine bessere und schnellere Gemischaufbereitung erfolgt. Somit wird mit der bekannten Einspritzdüse genau das Gegenteil erreicht als man erreichen will.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraft-• . · stoff-Einspritzdüse der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie die beschriebenen Forderungen erfüllt, d.h. daß durch sie der Kraftstoff bei Leerlauf und im unteren Drehzahl- und/ oder Lastbereich möglichst gut zerstäubt und im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich als kompakter Strahl in den Brennraum eingespritzt wird.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Mittelbohrung und dem Drosselzapfen ein Ringspalt vorgesehen ist, daß die Queröffnung oder Querbohrung bei geschlossener Düsennadel mit Uberdeckung in die Mittelbohrung einmündet und erst nach einem bestimmten Hub der Düsennadel den Druckraum mit der Längsbohrung verbindet, und daß der Drosselzapfen

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aueh bei voll geöffneter Düsennadel über nahezu die gesamte Länge der Mittelbohrung in diese eintaucht.

Sobald sich bei dieser Ausführung die Düsennadel geringfügig von ihrem Dichtsitz abhebt, gelangt der Kraftstoff in den Druckraum und wird durch den Ringspalt zwischen der Mittelbohrung und dem Drosselzapfen als ~ ringförmiger Strahl zerstäubt und mit relativ großer Oberfläche in den Brennraum eingebracht. Die große Oberfläche ergibt eine große Berührungsfläche mit der Verbrennungsluft und damit eine schnellere unmittelbare Vermischung mit dieser. Es erfolgt also eine schnellere Gemischbildung. Mit steigender Motordrehzahl und/oder Last wird mehr Kraftstoff eingespritzt, die Düsenandel hebt sich weiter vom Dichtsitz ab, bis die Oberkante der Queröffnung die Unterkante des Druckraumes erreicht und schließlich bei Vollast mit ihrem 'gesamten Querschnitt in den Druckraum einmündet. Nun wird der Kraftstoff durch die Queröffnung und die Längsbohrung als kompakter Strahl in den Brennraum eingespritzt und kann so, sofern es erwünscht ist, an die Brennraumwand gelangen und sich dort als dünner Film ausbreiten. Daß der Drosselzapfen auch bei voll geöffneter Düsennadel noch nahezu über die gesamte Länge der Mittelbohrung in diese eintaucht, hat den Zweck, daß sich der Streustrahl nicht vergrößert.

Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, der Queröffnung auch andere Formen zu geben, um den Übergang von der Einspritzung durch den Ringspalt zur Einspritzung durch die Längsbohrung zu verbessern. Als Beispiel wird eine rechteckige Form vorgeschlagen, damit der Übergang schneller erfolgen kann. Der Abstand zwischen dem Druckraum und der dem Druckraum zugekehrten Kante der Queröffnung, das ist die sogenannte Überdeckung, beträgt bei

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geschlossener Düsennadel je nach den gewünschten Verhältnissen zwischen 0,1 und 0,5 mm.

Sofern größere Kraftstoffmengen eingespritzt werden sollen, wird nach der Erfindung schließlich noch vorgeschlagen, den Drosselzapfen derart auszubilden, daß sich sein Durchmesser von der Queröffnung an bis zu seinem freien Ende hin konisch verjüngt oder daß er von der Queröffnung bis zu seinem freien Ende einen abgesetzten, kleineren Durchmesser aufweist. Hierdurch entsteht zwar im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich wieder eine verstärkte Ringspalteinspritzung, die jedoch auf Grund der größeren Kraftstoffmenge und des Druckes zusammen mit dem durch die Längsbohrung austretenden .Strahl praktisch wieder einen kompakten Strahl ergibt.

Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung von vier in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen entnommen werden. Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 jeweils einen Längsschnitt durch den

brennraumseitigen Teil einer Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Erfindung,

Fig. 5 einen Schnitt V-V durch die Einspritzdüse

nach Fig. I,

Fig. 6 einen Schnitt VI-VI durch die Einspritzdüse nach Fig. 2.

Gemäß den Fig. 1 bis 4 ist in einem Düsenkörper 1 eine Düsennadel 2 in axialer Richtung verschiebbar gelagert, die im geschlossenen Zustand mit einem Dichtsitz 3 am Düsenkörper 1 anliegt und mit einem Drosselzapfen 4 so in eine Mittelbohrung 5 des Düsenkörpers I eintaucht, daß ein Ringspalt 6 entsteht. Zwischen dem Dichtsitz 3 und der Mittelbohrung 5 bzw. dem Drossel-

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zapfen 4 ist ein Druckraum 7 vorgesehen. Der Drosselzapfen 4 weist eine Längsbohrung 8 auf, die in einer Queröffnung 9 endet, deren Oberkante im geschlossenen Zus tand der Düsennadel 2 in einem Abstand 10 unterhalb des Druckraumes 7 in die Mittelbohrung 5 einmündet.

Wie aus den Pig. I und 5 zu ersehen ist, hat die Queröffnung 9 kreisrunden Querschnitt.

Nach den Pig. 2 und 6 ist die Queröffnung 9 rechteckförmig ausgebildet, wodurch beim öffnen der Düsennadel 2 ein schneller Übergang von der Einspritzung durch den Ringspalt 6 zur Einspritzung durch die Längsbohrung 8 möglich ist.

Die Ausführung nach Fig. j5 unterscheidet sich von den beschriebenen Einspritzdüsen dadurch, daß der Durchmesser des Drosselzapfens 4 von der Queröffnung 9 an bis zu seinem freien Ende hin einen abgesetzten Durchmesser aufweist. Dies hat den Vorteil, daß bei geöffneter Düsennadel 2 eine größere Menge Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt werden kann.

Das gleiche wird durch die Einspritzdüse gemäß Fig. 4 erreicht, bei der sich der Drosselzapfen 4 von der Queröffnung 9 an bis zu seinem freien Ende hin im Durchmesser verjüngt.

Zu bemerken ist noch, daß alle Drosselzapfen 4 so weit aus dem Düsenkörper I herausragen, daß sie bei geöffneter Düsennadel 2 die Mittelbohrung 5 noch nahezu ausfüllen.

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Claims

f o/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

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Nürnberg, 26. Oktober 1978

Patentansprüche

Kraftstoff-Einspritzdüse für selbstzündende oder fremdgezündete Brennkraftmaschinen, mit einer im Düsenkörper axial verschiebbar gelagerten, am brennraumseitigen Ende einen in einer Mittelbohrung des Düsenkörpers verschiebbaren Drosselzapfen versehenen Düsennadel und einen zwischen dem Dichtsitz und dem Drosselzapfen bzw. der Mittelbohrung angeordneten Druckraum, wobei im Drosselzapfen eine Längsbohrung und eine mit dieser in Verbindung stehende Queröffnung oder Querbohrung angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Mittelbohrung (5) und dem Drosselzapfen (4) ein Ringspalt (6) vorgesehen ist, daß die Queröffnung (9) oder Querbohrung bei geschlossener Düsennadel (2) mit Überdeckung (lo) in die Mittelbohrung (5) einmündet und erst nach einem bestimmten Hub der Düsennadel (2) den Druckraum (7) mit der Längsbohrung (8) verbindet, und daß der Drosselzapfen (4) auch bei voll geöffneter Düsennadel (2) über nahezu die gesamte Länge der Mittelbohrung (5) in diese eintaucht.

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2. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Queröffnung (9) die Form eines Rechteckes aufweist.
3. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Druckraum (7) und der dem Druckraum (7) zugekehrten Kante der Queröffnung (9) bei geschlossener Düsennadel (2) 0,1 bis 0,5 mm beträgt.
4. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser des Drosselzapfens (4) von der Queröffnung (9) bis zu seinem freien Ende hin konisch verkleinert.
5. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Drosselzapfens (4) von der Queröffnung (9) bis zu seinem freien Ende einen abgesetzten, kleineren Durchmesser aufweist.

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