DE2850879A1

DE2850879A1 - Mehrloch-einspritzduese fuer luftverdichtende brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2850879A1
Application number: DE19782850879
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Bauer
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1978-11-24
Filing date: 1978-11-24
Publication date: 1980-06-19
Also published as: GB2034816B; FR2442344A1; IT1126355B; FR2442344B1; GB2034816A; JPS5575566A; IT7927450A0

Description

fo/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 2o. Nov. 1978

Mehrloch-Einspritzdüse für luftverdichtende Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehrloch-Einspritzdüse für luftverdichtende Brennkraftmaschinen, bei denen im Kolbenboden ein rotationssymmetrischer Brennraum vorgesehen und die Einspritzdüse außermittig zu diesem im Zylinderkopf angeordnet ist, durch deren DUsenbohrungen der Kraftstoff in weitgehend radialer Richtung über einen Teil oder über den gesamten Umfang des Brennraumes in diesen eingespritzt wird.

Bei luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen wird der in den Zylinder einströmenden Verbrennungsluft heute überwiegend eine heftige Drehbewegung erteilt und die Einspritzdüse nach Möglichkeit mittig zum Brennraum angeordnet. Die Düsenbohrungen sind dabei derart vorgesehen, daß die Kraftstoffstrahlen in radialer Richtung, also im wesentlichen senkrecht zur Drehbewegung der Luft verlaufen, sie kreuzen also die sich bewegende Luft, wodurch eine gute Ge-

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mischbjLldung erreicht wird. Durch eine solche Anordnung werden für alle Kraftstoffstrahlen die gleichen Verhältnisse geschaffen, d.h. sie weisen bei gleichen Düsenbohrungen die gleiche Strahllänge und damit die gleiche Eindringtiefe und Zerstäubungsgüte auf, so daß im gesamten Brennraum eine gleichmäßige Vennischung des Kraftstoffes mit der Verbrennungsluft erzielt wird.

Vielfach wird bei diesen Brennkraftmaschinen, vor allem in Verbindung mit der Drehbewegung der Verbrennungsluft, eine mehr oder minder starke Berührung der Brennraumwand durch die einzelnen Kraftstoffstrahlen angestrebt, um einen Teil der Vorzüge, die eine überwiegende Kraftstoff-Wandauftragung mit sich bringt, zu erhalten. Hier sind vor allem eine geringe Drucksteigerungsgeschwindigkeit, niedrigere Verbrennungsgeräusche und ein höherer Mitteldruck an der Rauchgrenze zu nennen. Dies ist bei einer mittig zum Brennraum angeordneten Einspritzdüse ohne weiteres möglich.

In der Praxis ist es allerdings meist nur möglich, eine derartige Anordnung vorzunehmen, wenn jeder Zylinder zwei Einlaßventile und zwei Auslaßventile im Zylinderkopf aufweist. Im allgemeinen wird jedoch, allein schon wegen des geringeren Aufwandes, insbesondere bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen, jeweils nur ein Einlaßventil und ein Auslaßventil vorgesehen. In diesem Falle muß mit Rücksicht auf möglichst große Ventilquerschnitte:die Einspritzdüse meist aus der Mitte des Zylinders gerückt werden. Wenn dabei die Mittelachse des Brennraumes nicht ebenso weit seitlich verschoben werden kann, beispielsweise wegen einer rotationssymmetrischen thermischen Kolbenbelastung oder wegen des Platzbedarfes für Kühlkanäle im Kolben, muß die Einspritzdüse wie

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eingangs erwähnt außermittig zum Brennraum angeordnet werden. Dies bedingt allerdings für die einzelnen Kraftstoffstrahlen unterschiedliche freie Längen, bis sie an die Brennraumwand gelangen. Bei kurzer freier Strahllänge trifft so ein verhältnismäßig großer Kraftstoffanteil auf die Brennraumwand. Bei hohen Motordrehzahlen kann dieser durch die intensive Luftdrehung wieder abgedampft werden, bei niedrigen Motordrehzahlen jedoch ist eine vollständige Abdampfung nicht mehr möglich, es treten an den Auftreffstellen Verkokungen auf. Bei großer freier Strahllänge hingegen zerfällt der Kraftstoffstrahl bereits, bevor er die Brennraumwand erreicht, es erfolgt eine nahezu vollständige unmittelbare Kraftstoff-Luftvermischung. Die Folge davon ist eine hohe Wärmefreisetzungsrate sofort bei Beginn der Verbrennung verbunden mit einer hohen Drucksteigerungsgeschwindigkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die genannten Nachteile zu vermeiden und in einfacher Weise eine Mehrloch-Einspritzdüse für luftverdichtende Brennkraftmaschinen der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der für jeden Kraftstoffstrahl die gleichen Verhältnisse in Bezug auf die Gemischbildung vorliegen.

Nach der Erfindung wir die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Durchmesser und die Länge jeder Düsenbohrung sowie der Übergang zu dem im Inneren des Düsenkörpers vorgesehenen Verteiler-Sackloches derart aufeinander abgestimmt sind, daß jeder Kraftstoffstrahl eine die gleiche optimale Berührung der Brennraumwand ergebende freie Länge aufweist.

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Die optimale Berührung der Brennraunwand kann dabei durchaus unterschiedlich sein. So ist beispielsweise -eine Auslegung möglich, durch die bei Vollast und/oder hohen Motordrehzahlen eine intensive Wandanlagerung erfolgt, bei Teillast und/oder niedrigen Motordrehzahlen sowie im unteren Leerlaufbereich hingegen zum Vermeiden von Weiß- oder Blaurauch der Kraftstoff sich unmittelbar mit der Verbrennungsluft vermischt, so daß eine Wandanlagerung vollkommen entfällt.

Bei der Erfindung wurde davon ausgegangen, daß sich beim Eintritt des Kraftstoffes in die Düsenbohrungen an den scharfen Bohrungskanten Einlaufstörungen ergeben, die zu einer starken Turbulenz im Kraftstoffstrahl führen. Bei langen Düsenbohrungen wird diese Turbulenz wieder gedämpft, bei kurzen Düsenbohrungen hingegen bleibt sie in dem austretenden Kraftstoffstrahl nahezu voll erhalten. Dementsprechend erzeugen lange Düsenbohrungen mit einem großen Verhältnis von ihrer Länge zum Durchmesser scharfe Strahlen mit einem engen Strahlkegel und hoher Durchschlagskraft, während kurze Düsenbohrungen mit einem kleinen Verhältnis von Länge zu Durchmesser aufgelockerte Strahlen mit weitem Strahlkegel und geringer Reichweite bringen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, an der Düsenkuppe der Einspritzdüse im Bereich einer oder mehrerer Düsenbohrungen einen oder mehrere Anschliffe zur Abstimmung der Länge der Düsenbohrungen vorzusehen. Zum gleichen Zweck können auch eine oder mehrere Ansenkungen gleicher oder unterschiedlicher Tiefe angebracht werden. Weiter ist es möglich, die DUsenkuppe im Bereich der Dtisenboh-

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rungen so auszubilden, daß sie - über ihren Umfang gesehen - unterschiedliche Wandstärken aufweist.

Ferner wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß eine oder mehrere Düsenbohrungen im Dichtsitz für die Düsennadel einmünden, und daß zur Abstimmung der Kraftstoffstrahlen der maximale Hub der Düsennadel verschiebbar ist.

Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, die Düsenbohrungen bei gleichen o^er unterschiedlichen Längen mit unterschiedlichen Durchmessern zu versehen.

Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Be§c)irei^ung einiger in den Zeichnungen ^arges^flUer |.^s|;ührungsbeispiele entnommen wejdfn. Es zeigen:

Pig. I einen Längsschnitt durch den oberen Teil

eines Kolbens mit einer außermittig zum Brennraum angeordneten Mehrloch-Einspritzdüse,

Fig, 2 einen Schnitt H-II nach Fig. I,

Fig. .3 eine Ansicht des unteren Teiles einer Einspritzdüse nach der Erfindung,

Fig. 4· einen Schnitt IV-IV durch die Einspritzdüse nach Fig. 25,

Fig. 5 eine Variante der Einspritzdüse nach Fig. 35 in Ansicht,

Fig. 6 einen Schnitt VI-VI durch die Einspritzdüse nach Fig. 5,

und 8 ^^{e eine} Variante der Einspritzdüse nach Fig.

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In den Fig 1 und 2 ist mittig im Kolbenboden I des Kolbens 2 ein rotationssymmetrischer Brennraum 3 angeordnet. Außermittig zum Brennraum 3 bzw. zur.Brennraum- und Kolbenlängsaehse χ ist in einem nicht dargestellten Zylinderkopf eine Mehrloch-Einspritzdüse angedeutet, welche am Umfang ihrer Düsenkuppe 5 verteilt nahezu radial nach außen verlaufende Düsenbohrungen 6 aufweist. Die aus den Düsenbohrungen 6 austretenden Kraftstoffstrahlen 7a, 7b, 7c, 7d weisen unterschiedliche Längen auf, bis sie an die Brennraumwand 8 gelangen. Die zugehörigen Düsenbohrungen 6 sind derart ausgelegt, daß alle Kraftstoffstrahlen 7a bis 7d die Brennraumwand 8 unter den gleichen optimalen Bedingungen berühren.

In den Fig. 3 bis 8 sind, soweit dargestellt, der Düsenkörper mit 9, die Düsennadel mit lo, das Verteiler-Sackloch mit II, der Dichtsitz für die Düsennadel mit 12, die Länge der Düsenbohrung 6 mit L und der Durchmesser derselben mit D.bezeichnet.

Gemäß den Fig. 3 und 4 ist die Länge L der etwa waagrecht verlaufenden Düsenbohrung 6 durch einen ebenen Anschliff 13 verkürzt. Der austretende Kraftstoffstrahl wird daher einen breiteren Strahlkegel und weniger Durchschlagskraft aufweisen.

Nach den Fig. 5 und 6 wird die Verkürzung der Länge L der waagrechten Düsenbohrung 6 durch eine Ansenkung 14 erreicht, die natürlich unterschiedliche Formen aufweisen kann.

In Fig. 7 weist die Düsenkuppe 5 - über ihren Umfang gesehen - im Bereich der Düsenbohrungen 6 bereits

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bei der Herstellung unterschiedliche Wandstärken auf, wodurch ebenfalls unterschiedliche Längen L der • Düsenbohrungen 6 entstehen.

Fig. 8 schließlich zeigt, daß zur Abstimmung der -optimalen Kraftstoffstrahllänge eine oder mehrere Düsenbohrungen 6 auch im Dichtsitz 12 für die Düsennadel to einmünden können, wobei zur genauen Abstimmung auch noch vorgeschlagen wird, den maximalen Hub der Düsennadel Io evtl. entsprechend zu verstellen. Auch läßt die Pig. 8 erkennen, daß die gestellte Aufgabe-ebenso durch Wahl unterschiedlich großer Durchmesser D, D' für die Düsenbohrungen 6 lösbar ist.

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Claims

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 2o. Nov. 1978

Patentansprüche

Iy Mehrloch-Einspritzdüse für luftverdichtende Brennkraftmaschinen, bei denen im Kolbenboden ein rotationssymmetrischer Brennraum vorgesehen und die Einspritzdüse außermittig zu diesem im Zylinderkopf angeordnet ist, durch deren Düsenbohrungen der Kraftstoff in weitgehend radialer Richtung über einen Teil oder über den gesamten Umfang des Brennraumes in diesen eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D, D') und die Länge (L) jeder Düsenbohrung (6) sowie der Übergang zu dem im Inneren des Düsenkörpers (9) vorgesehenen Verteiler-Sackloch· (Il) derart aufeinander abgestimmt sind, daß jeder Kraftstoffstrahl (7a, 7b, 7c, 7d) eine die gleiche optimale Berührung der Brennraumwand (8) ergebende freie Länge aufweist.

2. Mehrloch-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Düsenkuppe (5) im Bereich einer oder mehrerer Düsenbohrungen (6) ein oder meh-

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rere Anschliffe (IJ5) zur Abstimmung der Länge (L) der Düsenbohrungen (6) vorgesehen sind (Fig. 3 und 4)

3· Mehrloch-Einspritzdüse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß an der Düsenkuppe (5) im Bereich einer oder mehrerer Düsenbohrungen (6) Ansenkungen (l4) gleicher oder unterschiedlicher Tiefe zur Abstimmung der Länge (L) der Düsenbohrungen (6) vorgesehen sind (Fig. 5 und 6).

4. Mehrloch-Einspritzdüse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkuppe (5) - über ihrem Umfang gesehen - im Bereich der Düsenbohrungen (6) unterschiedliche Wandstärken zur Abstimmung der Länge (L) der Düsenbohrungen (6) aufweisen (Fig. 7).

5. Mehrloch-Einspritzdüse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Düsenbohrungen (6) im Dichtsitz (12) für die Düsennadel (Io) einmünden, und daß zur Abstimmung der Kraftstoffstrahlen (7a, 7b, 7c, 7d) der maximale Hub der Düsennadel (10) verstellbar ist (Fig. 8).

6. Mehrloch-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenbohrungen (6) bei gleicher Länge (L) unterschiedlich große Durchmesser (D, D') aufweisen.

7. Mehrloch-Einspritzdüse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenbohrungen (6) unterschiedliche Längen (L) und unterschiedliche Durchmesser (D, D') aufweisen.

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