DE3114398A1

DE3114398A1 - Einspritzduese fuer dieselmotoren

Info

Publication number: DE3114398A1
Application number: DE19813114398
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. DDR 9381 Lichtenwalde Böhme; Brigitte Dipl.-Ing. DDR 9000 Karl-Marx-Stadt Dienel; Hans Dipl.-Ing. Gärtner
Original assignee: KARL MARX STADT AUTOMOBILBAU
Current assignee: KARL MARX STADT AUTOMOBILBAU
Priority date: 1980-04-18
Filing date: 1981-04-09
Publication date: 1982-06-24
Also published as: GB2074234A; CS235943B1; DD154871A3; CS267881A1

Description

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Titel:

Einspritzdüse für Dieselmotoren

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse, vorzugsweise für direkt einspritzende Dieselmotoren mit einem im Kolben angeordneten rotationskörperförmigen Brennraum, insbesondere mit um die Brennraumlängsachse rotierender Luftbewegung undmit einer Kraftstoffanlagerung auf der Wand oder im wandnahen Bereich, wobei die Einspritzdüse mindestens zwei Spritzbohrungen aufweist und aus einem Düsenkörper mit einer zu einem Sackloch hinreichenden Düsennadel besteht, welche mittels Federkraft auf ihren Sitz gehalten ist.

Charakteristik des vorbekannten Standes der Technik:

Es sind eine ganze Reihe von konstruktiven Varianten der vorstehend umrissenen Mehrloch-Düsenbauart vorbekannt, mit denen unterschiedliche Verhältnisse zwischen den Abspritzmengen der Spritzbohrungen drehzahl- und einspritzmengenabhängig realisiert werden. Durch die USA-PS 3 559 892 ist es vorbekannt, die Düsennadel mit einem Kegelsitz und einem in einem Sackloch dichtend geführten Steuerzapfen auszuführen, wobei eine Spritζbohrung geringen Querschnittes vom Kegelsitz des

Düsenkörpers ausgehend angeordnet ist und eine weitere größere Spritzbohrung vom Sackloch aua^oht. Bei ditjaar Konstruktion werden die Verhältnisse der Teilmengen der beiden vorerwähnten Spritzlöcher drehzahl- und mengenabhängig beeinflußt, wobei der Nadelhub hierfür steuernd wirkt·

Weiterhin ist es durch die DS-OS 2 434 339 und PR-PS 1 256 474 zum Beeinflussen der Verteilung des Kraftstoffes, insbesondere bei Leerlauf und niedrigen Drehzahlen, vorbekannt, Düsen mit mehreren steuernden Sitz- bzw. Passungsquerschnitten auszustatten, denen jeweils eine oder mehrere Spritzö'ffmangen zugeordnet sind. So sind bei der Düsenart D3-0S 24 34 399 und der DDR-PS 133 179 eine Reihe von Spritzbohrungen in einem dem Sitzkegel der Düsennadel nachgeordneten Ringraum mündend angeordnet. Sine weitere Serie von Spritζbohrungen geht vom Sackloch aus, wobei diese in ihrem Spritzverhalten von einem zum Düsenkörper gepaßten Steuerzapfen an der Düsennadel beeinflußt sind» Dabei kann die Düsennadel hubabhängig einer veränderbaren Federkraft und Pedersteife unterliegen·

Gemäß der PR-PS 1 256 474 wird vermittels einer kegeligen Düsennadelspitze mit einer ringförmigen Zurücksetzung im Bereich der Mitte des Kegelmantels ein Doppelsitz bewirkt, in dem am unteren und oberen Ende der Düsennadel die kegelige Kontur auf einem Sitz im Düeenkörper aufruiit. 5'ine Spritzbohrung mit geringem Querschnitt ist ausgehend von dem Bereich der ringförmigen Zurücksetzung im Kegelmantel der Düsennadel angeordnet, während weitere Spritzbohrungen unterhalb des zweiten Sitzes an der Kegelspitze im Sackloch münden.

Nachteilig ist bei allen vorbeschriebenen Konstruktionen, daß jeweils zwei zueinander gepaßte Sitzkonturen bzw. Sitz- und Passungskonturen an der Düsennadel und in einem Sackloch im Düsenkörper hergestellt werden müssen. Weiterhin ist es durch die DS-OS 2 147 719 und die DD-PS 102 198 vorbekannt, zwei Serien vor. Spritzbohrur. ;_; bei

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unterschiedlichen Drücken wirksam werden zu lassen. Hierzu ist die Düsennadel jeweils zweiteilig, wobei jedes Teil einzeln von Federkraft belastet ist, ausgeführt, so daß zwei Dichtquerschnitte bei unterschiedlichen Drücken nacheinander öffnen, so daß die Spritzbohrungen unterschiedlich in ihrer Charakteristik bei verschiedenen Drehzahlen und Binspritzmengen wirksam werden. Insbesondere diese zweiteilige Konstruktion ist aufwendig und kompliziert herstellbar, weil mehrere Teile zueinander geführt werden müssen und dabei passungsbedingte Dichtfunktionen zu gewährleisten haben« Vorbekannt ist es auch durch die GB-PS 1 418 574, eine Anzahl von umfangsmäßig verteilten SpritζÖffnungen vom Kegelsitz ausgehend zu beaufschlagen« Mit dieser Konstruktion wird eine unterschiedliche Strahlkondition bewirkt, die sich bei unterschiedlichem Düsennadelhub einstellt.

Ziel der Erfindung:

Bei einer Einspritzdüse der eingangs genannten Art soll in Abhängigkeit von Motordrehzahl nnd Einspritzmenge eine unterschiedliche Mengenverteilungscharakteristik zwischen den Spritzbohrungen erzielt werden, wobei im unteren Drehzahl- und Lastbereich des Motors der Kraftstoff vorzugsweise über eine Neben-Spritzbohrung und mit weiterer Drehzahl- und Laststeigerung über die Hauptspritzbohrung austritt. Auch soll eine einfache Konstruktion der Düse bei guter Herstell- und Haltbarkeit gewährleistet werden.

Darlegung zum Wesen der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Anordnung und Dimensionierung der Spritzbohrungen für eine mindestens zweistrahlige Düse zu schaffen, die die oben erwähnte Mengenverteilungscharakteristik gewährleistet und insbesondere Doppelführungen an der Düsennadel und im Düsenkörper zwischen Sitzkonturen und gegebenenfalls steuernden Formkonturen vermeidet. InsbesondereJLm

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Düsenkörper soll eine einfache Herstellung der Dicht- und Steuerkonturen gewährleistet werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Mehrloch-Einspritzdüse der eingangs beschriebenen Gattung dadurch erreicht, daß in an sich bekannter Weise mindestens eine Spritzbohrung im Bereich des Sitzes der am Ende kegelförmig oder abgeflacht kegelförmig ausgeführten Düsennadel mündend angeordnet ist und diese Spritzbohrung einen größeren Durchmesser als eine weitere im Sackloch mündend angeordnete Spritzbohrung aufweist. Durch die geometrischen Verhältnisse der Spritzbohrungen und ihre Anordnung und die sich hieraus ergebenden Zuströmungsverhältnisse zu den Spritzbohrungen bei unterschiedlichem Ventilnadelhub ist es möglich, daß ein Steuerzapfen an der Düsennadel für die Steuerung der Einspritzmengenverhältnisse zwischen den zwei Spritzbohrungen entfällt. Durch die Strömungsverhältnisse am Ventilnadelsitz bei relativ kleinen Strömungsgeschwindigkeiten, z. B. bei Start- und Leerlauf, wird das Austreten von Kraftstoff aus der größeren Spritzbohrung weitgehend unterbunden. Erat bei höherer Motordrehzahl entsteht gegenüber dem Sackloch ein solcher Überdruck am Ventilnadelsitz, daß auch die größere Spritzbohrung eine anteilig höhere Einspritzmenge bringt. Somit wird im oberen Last- und Drehzahlbereich die Einspritzmenge hauptsächlich bei der größeren Spritzbohrung erhöht. Vorzugsweise beträgt das Durchmesserverhältnis zwischen der größeren im Sitz mündenden Spritzbohrung und der kleineren, im Sackloch mündenden Spritzbohrung 1,5 bis 2,3· Mit den vorangegebenen Merkmalen wird die gewünschte Verteilung der ßinspritzmenge in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit und der Einspritzmenge auf die mindestens zwei Spritzbohrungen erreicht. Dies gewährleistet eine vorteilhafte Anpassung der Einspritzung an den motorischen 'Gegebenheiten der eingangs bestimmten Dieselmotor-Bauart zum Erzielen von niedriger Äbgasemission.

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Vorteilhaft fällt die kleinere Bohrung annähernd mit der Düsenachse zusammen, wobei der Winkel zwischen: den beiden Spritzbohrungen 20 bis 40° beträgt. Diese Ausführung sichert den günstigen Einbau der Düse in den Zylinderkopf unter Berücksichtigung der notwendigen Strahllage·

Ausführungsbeispiel:

Anhand von Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und erzielten Ergebnisse nachfolgend beschrieben werden· 15s zeigt:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch den Zylinderkopf eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung, aus dem die Anordnung der Einspritzdüse und die Lage der Sinspritzstrahlen im Brennraum erkennbar sind,

Pig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Mehrlochdüse,

Fig. 3 ein Diagramm über die Mengenverteilung bei gleich und unterschiedlich großen Spritzöffnungen bei verschiedenen Betriebszuständen des Motors,

Pig. 4 ein Diagramm über die Durchflußmengen der Spritzlb'cher bei unterschiedlichem Hub der Düsennadel.

In Pig. 1 ist die Anordnung einer erfindungsgemäßen Mehrlochdüse in einem Dieselmotor mit Direkteinspritzung gezeigt. Die Kraftstoffstrahlen ST 14; ST 15 aus den Spritzlöchern 14; 15 werden in unterschiedlichen Richtungen in den rotationssymmetrischen Brennraum 2 im Kolben 3 des Motors gerichtet. Es ist erkennbar, daß der Strahl ST 15 der kleineren Spritzbohrung 15 durch das Zentrum des Brennraumes führt, was überwiegend zu luftverteiltem Kraftstoff führt. Hingegen verläuft der Strahl ST 14 der Spritzbohrung 14 in Wandnähe des Brennraumes 2, wobei er vorzugsweise senkrecht zur Blockdrallströmung 4 oder leicht schräg gegen diese gerichtet ist. Der Kraftstoff wird in der Nähe der

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Wand aufbereitet und nachfolgend unter Mitwirkung dea Dralles gleichmäßig verbrannt.

In Pig· 2 ist der wesentliche Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Mehrlochdüse sichtbar· Im Dü3enkörper 12 ist eine übliche Düsennadel 10 geführt gelagert. Diese Düsennadel 10 weist einen Düsennadelsitz 11 auf, dem ein Sitz 13 im Düsenkörper 12 zugeordnet ista

Sine große Spritzbohrung 14, die den Hauptstrahl bei normalen Betriebsbedingungen erbringt, mündet im Sitz 13 im Düsenkörper 12 und wird bei der tiefsten Stellung der Düsennadel vom Düsennadelsitz 11 abgedeckt» Eine kleinere Spritzbohrung 15, die vorzugsweise bei Startbedingungen im Leerlauf und im niedrigen Teillastbereich Kraftstoff abgibt, mündet im Sackloch 16 des Düsenkörpers 12· Es ist hervorzuheben, daß das Sackloch 16 in seinem Volumen minimiert ausgeführt ist, was einesteils durch geringe Tiefe oder aber durch einen kegeligen Aasatz am Snde der Düsennadel 10 nach dem Bereich des Düsennadelsitzes 11 bewirkt wird·

Fig· 3a; b vermittelt charakteristische Abspritzmengenkennlinien mit der erfindungsgemäßen Spritzlochanordnung. Das linke Diagramm —Fig. 3a - gilt für eine Pumpendrehzahl von 300 U/min und das rechte - Fig. 3b - für 1400 U/min. In beiden Diagrammen sind auf der Ordinate die Teilmengen der aus den Spritzbohrungen 14; 15 austretenden Spritzmengen undauf der Abszisse die Gesamtmenge aufgetragen. Für die ausgezogenen Kurven beträgt das Durchmesserverhältnis der Spritzbohrungen 1,5 und für die gestrichelten Kurven 1,0, d· h_# die Spritzbohrungen sind hier gleich groß.

Bei 300 Pumpenumdrehungen pro Minute und Leerlaufmenge tritt der Kraftstoff wie angestrebt nahezu ausschließlich über die Spritzbohrung 15 aus. Mit größerer Gesamtmenge gleichen sich die Teilmengen für das Spritzbohrungsverhältnis d14 zu d15 - 1»5 dann annähernd an, während die gleich großen Spritzbohrungen 14; 15 ständig wesentlich mehr Kraftstoff aus der in das Sackloch 16 mündenden Spritzbohrung austritt.

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Bei 1400 U/min besteht für die d14 zu di5 = 1,5 bereits bei kleinerer Gesamtmenge annähernd Mengengleichheit beider Spritzbohrungen 14; 15 und für gleich große Spritzbohrungen überwiegt auch hier die Spritzmenge QSt 15 eindeutig· Die Auswirkungen der unterschiedlichen Zuflußverhältnisse zu den beiden Spritzbohrungen 14; 15 auf den effektiven Durchflußquerschnitt derselben veranschaulichen stationäre Durchflußmessungen an einer Düse mit gleich großen Spritzlöchern 14; 15 nach Fig. 4 nochmals deutlich. Bis zu einem Nadelhub von ca. 0,06 mm tritt aus der in den Sitz 13 mündenden Spritzbohrung 14 praktisch kein Kraftstoff aus, und bei vollem Nadelhub überwiegt der effektive Durchflußquerschnitt der in das Sackloch 16 mündenden Bohrung 15 wiederum eindeutig. Die Spritzmengenverteilung bei 1400 U/min entsprechend Pig· 3b entspricht annähernd dem Verhältnis der effektiven Durchflußquerschnitte in Hg. 4.

Claims

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färfindungsanapruohi

einspritzdüse, vorzugsweise für direkt einspritzende Dieselmotoren mit einem im Kolben angeordneten rotationskörperförmigen Brennraum, insbesondere mit um die Brennraumlängsachse rotierender Luftbewegung und mit einer Kraftstoffanlagerung auf der Wand oder im wandnahen Bereich, wobei die Einspritzdüse mindestens zwei Spritzbohrungen aufweist und aus einem Düsenkörper mit einer zu einem Sackloch hinreichenden Düsennadel besteht, welche mittels Federkraft auf ihren Sitz gehalten ist,
gekennzeichnet dadurch,

daß in an sich bekannter Weise mindestens eine Spritzbohrung (14) im Bereich des Sitzes (13) der am Ende kegelförmig oder abgeflacht kegelförmig ausgeführten Düsennadel (10) mündend angeordnet ist und diese Spritzbohrung (14) einen größeren Durchmesser als eine weitere im Sackloch (16) mündend angeordnete Spritzbohrung (15) aufweist,
2. Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Durchmesserverhältnis zwischen der größeren im Sitz (13) mündenden Spritzbohrung (14) und der kleineren, im Sackloch (16) mündenden Spritzbohrung (15) 1,5 bis 2,3 beträgt.
3· Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die kleinere Bohrung (15) annähernd mit der Düsenachse zusammenfällt.
4. Einspritzdüse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Winkel zwischen den beiden Spritzbohrungen (14; 15) 20 bis 40° beträgt.