DE3114398A1 - INJECTION NOZZLE FOR DIESEL ENGINES - Google Patents
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Description
31U39831U398
Titel:Title:
Einspritzdüse für DieselmotorenInjection nozzle for diesel engines
Anwendungsgebiet der Erfindung:Field of application of the invention:
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.The invention relates to an injection nozzle, preferably for direct injection diesel engines with one in the piston arranged rotational body-shaped combustion chamber, in particular with air movement rotating around the longitudinal axis of the combustion chamber andwith a fuel deposit on the wall or in the area close to the wall, wherein the injection nozzle at least has two spray bores and a nozzle body with a nozzle needle that is sufficient to form a blind hole exists, which is held on its seat by means of spring force.
Charakteristik des vorbekannten Standes der Technik:Characteristics of the known state of the art:
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 desA whole series of structural variants of the multi-hole nozzle design outlined above are already known, with which different ratios between the spray quantities of the spray holes speed and can be realized depending on the injection quantity. From the USA-PS 3 559 892 it is already known, the nozzle needle with a conical seat and a control pin sealingly guided in a blind hole, with one Spritζbohrung small cross-section from the conical seat of the
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·Nozzle body is arranged starting and a further larger injection hole from the blind hole aua ^ oht. At ditjaar Construction, the proportions of the subsets of the two aforementioned spray holes are speed and quantity dependent influenced, whereby the needle stroke has a controlling effect
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·Furthermore it is through the DS-OS 2 434 339 and PR-PS 1 256 474 to influence the distribution of the fuel, especially when idling and at low speeds, previously known to equip nozzles with several controlling seat or fitting cross-sections, each of which has one or several spray openings are assigned. So with the nozzle type D3-0S 24 34 399 and the GDR-PS 133 179 are a number of spray holes in one of the Seat cone of the nozzle needle arranged downstream of the annular space opening. Another series of fuel holes goes from the blind hole, with this in its spray behavior of a fitted to the nozzle body control pin on the The nozzle needle can be influenced by a variable spring force and peder stiffness depending on the stroke subject to
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.According to PR-PS 1 256 474, a tapered The nozzle needle tip with a ring-shaped recess in the area of the center of the cone jacket creates a double seat, in which at the lower and upper end of the nozzle needle the conical contour rests on a seat in the nozzle body. 5 'is an injection bore with a small cross section, starting from the area of the annular recess in the cone surface The nozzle needle is arranged, while further spray bores are located below the second seat at the tip of the cone open into the blind hole.
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. ;; beiThe disadvantage of all of the above-described constructions is that two mutually matched seat contours or seat and fitting contours must be produced on the nozzle needle and in a blind hole in the nozzle body. Furthermore, it is already known from DS-OS 2 147 719 and DD-PS 102 198, two series before. Injection hole. ; ; at
·..- : -..- .:. 31U398· ..-: -..-.:. 31U398
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.different pressures to take effect. For this purpose, the nozzle needle is in two parts, with each part is loaded individually by spring force, so that two sealing cross-sections with different Press successively open, so that the spray holes different in their characteristics at different Speeds and injection quantities take effect. In particular, this two-part construction is expensive and difficult to manufacture, because several parts have to be guided to one another and, in the process, are due to the fit Have to ensure sealing functions «It is also previously known from GB-PS 1 418 574, a Number of circumferentially distributed fuel openings from Pressing the conical seat starting from «With this construction a different jet condition is caused, which is set with different nozzle needle lift.
Ziel der Erfindung:Aim of the invention:
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.In the case of an injection nozzle of the type mentioned at the outset, a different quantity distribution characteristics between the spray holes can be achieved, the fuel is preferred in the lower speed and load range of the engine via a secondary injection hole and with further speed and load increase exits through the main injection hole. The nozzle should also have a simple construction can be guaranteed with good manufacturability and durability.
Darlegung zum Wesen der Erfindung:Statement on the essence of the invention:
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. InsbesondereJLmThe invention is based on the object of a suitable arrangement and dimensioning of the spray bores for to create an at least two-jet nozzle which ensures the above-mentioned quantity distribution characteristics and in particular double guides on the nozzle needle and in the nozzle body between seat contours and, if applicable controlling shape contours avoids. In particular, JLm
". ■ .'■ 'V': . .1 31U393 ->- 5 ". ■ . '■' V ' : . .1 31U393 -> - 5
Düsenkörper soll eine einfache Herstellung der Dicht- und Steuerkonturen gewährleistet werden.Nozzle body is intended to be a simple production of the sealing and Control contours are guaranteed.
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.According to the invention, the object is achieved in a multi-hole injection nozzle of the type described above, that in a known manner at least one injection hole in the area of the seat of the conical or at the end Flattened conical nozzle needle is arranged opening and this spray hole has a larger diameter as a further spray bore arranged opening into the blind hole. Due to the geometric relationships the spray holes and their arrangement and the resulting inflow conditions to the spray holes If the valve needle stroke is different, it is possible that a control pin on the nozzle needle for the control the injection quantity ratios between the two injection bores are omitted. By the flow conditions on the valve needle seat at relatively low flow velocities, e.g. B. at startup and idle, the leakage largely prevented from fuel from the larger spray hole. Erat arises at a higher engine speed opposite the blind hole such an overpressure at the valve needle seat that the larger injection hole also has a proportionally higher pressure Injection quantity brings. Thus, in the upper load and speed range, the injection quantity is mainly in the larger one Injection hole increased. The diameter ratio is preferably between the larger injection hole opening into the seat and the smaller one opening into the blind hole Injection bore 1.5 to 2.3 · With the above features, the desired distribution of the injection quantity is dependent achieved by the rotational speed and the injection quantity on the at least two injection bores. This ensures an advantageous adaptation of the injection to the engine 'conditions of the initially determined Diesel engine design to achieve low exhaust gas emissions.
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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·The smaller bore advantageously coincides approximately with the nozzle axis, with the angle between: the two Spray holes is 20 to 40 °. This design ensures that the nozzle can be installed conveniently in the cylinder head taking into account the necessary beam position
Ausführungsbeispiel:Embodiment:
Anhand von Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und erzielten Ergebnisse nachfolgend beschrieben werden· 15s zeigt:An exemplary embodiment of the invention and the results achieved are described below with the aid of drawings 15s shows:
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,Fig. 1 is a partial section through the cylinder head of a Diesel engine with direct injection, from which the arrangement of the injector and the location the spray jets can be seen in the combustion chamber,
Pig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Mehrlochdüse,Pig. 2 shows a longitudinal section through an inventive Multi-hole nozzle,
Fig. 3 ein Diagramm über die Mengenverteilung bei gleich und unterschiedlich großen Spritzöffnungen bei verschiedenen Betriebszuständen des Motors,3 shows a diagram of the quantity distribution in same and different sized injection openings in different operating states of the Motors,
Pig. 4 ein Diagramm über die Durchflußmengen der Spritzlb'cher bei unterschiedlichem Hub der Düsennadel.Pig. 4 shows a diagram of the flow rates of the spray cups with different strokes of the Nozzle needle.
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 derIn Pig. 1 is the arrangement of a multi-hole nozzle according to the invention in a direct injection diesel engine shown. The fuel jets ST 14; ST 15 from the injection holes 14; 15 are in different directions in the rotationally symmetrical combustion chamber 2 in the piston 3 of the engine directed. It can be seen that the jet ST 15 of the smaller spray bore 15 passes through the center of the combustion chamber leading to predominantly airborne fuel. In contrast, the jet ST 14 of the spray bore 14 runs in the vicinity of the wall of the combustion chamber 2, whereby it is preferably perpendicular is directed towards the block swirl flow 4 or slightly obliquely against this. The fuel will be close to the
' -, '■' 31 Ί 4393 ' -,' ■ '31 Ί 4393
— -Xf — γ- -Xf - γ
Wand aufbereitet und nachfolgend unter Mitwirkung dea Dralles gleichmäßig verbrannt.Wall prepared and subsequently with the assistance of dea Twist burned evenly.
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 istaIn Pig · 2 the essential section of a multi-hole nozzle according to the invention is visible usual nozzle needle 10 guided stored. This nozzle needle 10 has a nozzle needle seat 11, which has a seat 13 in the Nozzle body 12 is assigned a
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·Sine large spray hole 14, which is the main jet in normal Provides operating conditions, opens in the seat 13 in the nozzle body 12 and is at the lowest position of the nozzle needle covered by the nozzle needle seat 11 »A smaller spray hole 15, which is preferably used during start-up conditions emits fuel when idling and in the low part-load range, discharges into the blind hole 16 of the nozzle body 12 It should be emphasized that the blind hole 16 in its volume is minimized, which is partly due to the shallow depth or due to a conical carrion at the end of the The nozzle needle 10 is effected after the area of the nozzle needle seat 11
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.Fig. 3a; b conveys characteristic spray quantity characteristics with the spray hole arrangement according to the invention. The left diagram - Fig. 3a - applies to a pump speed of 300 rpm and the right one - Fig. 3b - for 1400 rpm. In both diagrams, the subsets of the injection bores 14; 15 exiting spray quantities and plotted the total quantity on the abscissa. For the solid curves, the diameter ratio is 1.5, and the injection holes for the dashed curves 1.0, d · h # the injection bores are here of equal size.
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.At 300 pump revolutions per minute and idling rate, the fuel occurs almost exclusively as intended via the injection hole 15. With a larger total amount, the partial amounts for the injection bore ratio are the same then approximately d14 to d15 - 1 »5, while the spray bores 14; 15 always a lot more fuel from the injection hole opening into the blind hole 16 exit.
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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.At 1400 rpm, the d14 already has di5 = 1.5 in the case of a smaller total quantity, the two spray bores 14 are approximately equal in quantity; 15 and for spray bores of the same size Here, too, the QSt 15 spray quantity clearly predominates The effects of the different inflow ratios to the two spray bores 14; 15 on illustrate the effective flow area of the same stationary flow measurements on a nozzle with spray holes 14 of the same size; 15 according to FIG. 4 again clear. Up to a needle stroke of approx. 0.06 mm, the spray bore 14 opening into the seat 13 practically emerges no fuel out, and with a full needle stroke the effective flow cross-section predominates in the blind hole 16 opening bore 15 again clearly. The spray quantity distribution at 1400 rpm corresponding to Pig · 3b corresponds approximately to the ratio of the effective flow cross-sections in ed. 4.
Claims (4)
gekennzeichnet dadurch,Injection nozzle, preferably for direct injection diesel engines with a rotational body-shaped combustion chamber arranged in the piston, in particular with air movement rotating around the longitudinal axis of the combustion chamber and with fuel deposition on the wall or in the area close to the wall, the injection nozzle having at least two spray bores and a nozzle body with a blind hole there is a sufficient nozzle needle, which is held on its seat by means of spring force,
characterized by
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |