DE3501014A1

DE3501014A1 - Einspritzduese fuer brennkraftmaschinen, insbesondere fuer selbstzuendende brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3501014A1
Application number: DE19853501014
Authority: DE
Inventors: Kraft Herbert 8000 München Georgsdorf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-01-14
Filing date: 1985-01-14
Publication date: 1986-07-17
Also published as: AT399543B; ATA148985A

Description

Ing. Kraft Herbert Georgsdorf

Berg am Laim Str. 79a
D-8000 München 80

Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen insbesodere für selbstzündende Brennkraftmaschinen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen insbesondere für selbstzündende Brennkraftmaschinen _r mit einer zur Seite der Druckfeder hin über einen Druckbolzen freibeweglich gelagerten Düsennadel die in einem Düsenkörper geführt wird, in dem sich eine Druckkammer befindet von welcher der Kraftstoff den Druck beim Förderhub auf die Druckschulter der Düsennadel ausübt, und bei Erreichen des Abspritzdruckes der von der Druckfeder mitbestimmt ist vom Nadelsitz abhebt, wobei Kraftstoff unter Druck intermittierend, hervorgerufen durch ein überlagertes Schwingen der „, Düsennadel in den Brennraum eingespritzt wird. /

Stand der Technik *

Die Erfindung geht aus von einer Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen insbesondere für selbstzündende Brennkraftmaschinen nach dem Hauptanspruch.

Es ist bekannt, daß bei Einspritzdüsen herkömmlicher Bauart eine einwandfreie Funktion sei es bei neuen oder auch gebrauchten, nur dann gegeben ist, wenn beim Prüfen der Düsen oder auch Abdrücken genannt ein Schwingen oder sogenanntes Schnarren oder auch ein höherfrequentes Pfeifen hörbar ist. Tritt diese Eigenschaft nicht in Erscheinung, so ist im Normalfall die Düse nicht mehl· zu gebrauchen, bzw. aus wirtschaftlichen Gründen wegen einer zu erwarteten schlechteren Verbrennung und einer damit verbundenen Entstehung von Ruß und anderen schädlichen Abgasen auszuscheiden.

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Die Ursachen dafür können verschiedener Art sein so zum Beispiel einseitig eingelaufene Düsenschäfte die bei einer entsprechend hohen Betriebsstundenzahl ein Maß erreicht haben, sodaß die Düsennadel um eine Undefinierte Lage kippt und durch den anstehenden Federdruck eine Verklemmung verursacht wird, womit ein beinahe reibungsloses Gleiten der Nadel im Düsenkörper nicht mehr· gegeben ist. Selbstverständlich ist auch bekannt, daß dies durch unsachgemäße Behandlung wie Verspannung des Düsenhalters oder durch unreinen Kraftstoff verursacht wird was in der Regel ausgeschlossen wird. Es ist auch bekannt, daß sich das vorgeschriebene Spritzbild durch einen ausgeschlagenen Düsennadelsitz ändert was bis zur Undichtigkeit bzw. zum sogenannten Nachtropfen der Düsen führen kann, womit 5 ein Erneuern der Düse erforderlich wird. Ebenso zeigt sich ein Einhämmern bzw. Verschleiß am Druckzapfen und Druckbolzen womit ein Nachlassen der Federvorspannung und ein damit verbundenes Absenken des vorgegebenen Einspritzdruckes gegeben ist. Es ist auch bekannt, daß Drehvorrichtungen für Ventile sogenannte Rotakappsysteme eingebaut werden die einen frühzeitigen Verschleiß der Ventile verhindern und eine gleichmäßige Abnutzung der Sitzflächen bewirken sollen. Diese sind jedoch wegen der Kompliziertheit und wegen der hohen auftretenden Drücke in diesem Falle nicht anwendbar. Außerdem würde damit keine Nadelschwingungsdämpfung erreicht werden die eine gleichmäßigere und definierte Einspritzung mit sozusagen geringem oder fast beseitigten Regelschwingungen des letzten Gliedes der Regelkette einer Einspritzanlage bei gleichzeitiger Verbesserung der Standzeit erlaubt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß :

1.) Durch die geringe pro Förderhub schrittweise rotierende Düsennadel eine gleichmäßigere Abnutzung als bisher bekannt^ sowohl des Düsenschaftes, des Düsenkörpers in dem die Düsennadel gleitet und des Düsennadelsitzes bewirkt wird. Damit verbunden sind naturgemäß längere Standzeiten und als Folge längere optimale wirtschaftliche und umweltfreundliche Verbrennungsvorgänge garantiert.

2.) Der Düsennadelsitz und die Nadel wird durch die Dämpfung der Nadelschwingung beim Aufsetzen und gleichzeititigem Drehen derselben wesentlich weniger hart beansprucht da die Nadel in den Sitz mit einer geringen Drehung eingleitet, womit ein sogenanntes Abprellen vermieden wird.

3.) Durch die beim Abwärtshub gedämpfte bzw. bewegungsrichtungsabhängig gedämpfte Schwingung der Düsennadel wird ein zeitgerechtes Öffnen der Düse entsprechend dem

2ü Förderbeginn erlaubt, aber ein Überschwingen während der Förderdauer und ein Nachschwingen der Nadel bei Förderende vermieden, womit während des Einspritzvorganges ein kontinuierlicherer Kraftstoffluß gegeben ist was sich in einem geringeren Kraftstoffverbrauch und somit auch einem wesentlich geringeren Ausscheiden von Ruß, Blaurauch und anderen schädlichen Abgasen niederschlägt, wobei eine wesentlich leisere Verbrennung bei der erfindungsgemäß ausgestalteten Einspritzdüse in Erscheinung tritt.
4.) Erlaubt die Erfindung eine kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Ausführung, da wie offensichtlich nur die erforderlichen Nuten eingefräst gedreht oder geschliffen, werden müssen ohne eine andere Änderung

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durchzuführen, da durch die Formänderung an der Druckschulter wie festgestellt, keine Änderung des statischen Abspritzdruckes hervorgerufen wird.

5.) Außerdem erlaubt die Erfindung wegen der mengenmäßig definierteren Einspritzung von auch kleinsten Kraftstoffmengen, bedingt durch bis zu 95% geringeres Überschwingen der Düsennadel, einen rüttelfreieren Lauf von Motoren mit ansich schon geringem Kraftstoffverbrauch, und eine bessere Beherrschung der Abgasprobleme bei niedrigeren Verbrennungstemperaturen, wie im Stadtverkehr und im Betrieb bei Standgas. Dazu kommt noch, daß sich das Problem des Rauchstoßes ebenso bei Vollgas besser beherrschen läßt und wesentlich reduziert ist. Die Erfindung zeigt hiermit auf, daß nicht nur die Ein-5 spritzpumpe mechanisch oder auch elektronisch gut und schnell ohne ein Überschwingen geregelt werden muß, sondern auch die Einspritzdüse die mitunter in der Regelkette ebenso wichtig ist, worauf bisher kein Wert gelegt wurde. Erst mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Einspritzdüse ergibt sich hier die Möglichkeit wie auch aus dem Diagramm '(Fig. 5) ersichtbar ist den Einspritz Vorgang wesentlich besser zu beherrschen als bisher.

Die Erfindung erlaubt durch einfache Weise mit der Kombination von konzentrischen und unter einem Winkel (.oC) angestellte Nuten an der Druckschulter eine optimale und beinahe beliebige Anpassung an die verschiedenen Abmessungen von Düsennadeln. So konnte mit der erfindungsgemäßen Ausführung der Kraftstoffverbrauch eines Vorkammermotors bei 120 Km/h von 10,21 laut Werksangabe auf 7,81 mit Winterbereifung und niedrigen Außentemperaturen herabgesetzt werden was nicht unwesentlich ist. Ebenso ist eine Verbesserung der Kaltstarteigenschaften festgestellt worden, sodaß z. B. ein Kaltstart mit 7 see. Vorglühen mit Schnellglühkerzen bei minus 21⁰C einwandfrei von statten geht. Wie aus (Fig.5) ersichtlich ergibt sich nicht nur aus Messungen an einem Manometer sondern auch als logische Folgerung, daß bei gleichbleibender· Fördermenge aber wesentlich geringeren

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Nadelhüben die Frequenz der Nadelschwingung wesentlich höher sein muß um die gleiche Kraftstoffmenge durch die Düsenöffnung austreten zu lassen, womit der Kraftstoff besser zertstäubt und eine bessere Gemischaufbereitung bewirkt wird die beim Kaltstart von Vorteil ist.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erleutert.

Es zeigen (Fig. 1) den Aufriß einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Düsennadel worin mit (1) die Druckschulter, mit (2) der Nadelschaft, mit (3) der Druckzapfen, mit (4) die Sitzfläche, mit (5) der Spritzzapfen bezeichnet ist.

Die über den Umfang der Druckschulter symetrisch gegenüberliegend oder gleichmäßig über den Umfang verteilten die Drehung der Düsennadel und Schwingungsdämpfung bewirkenden Nuten (6) sind unter einem empirisch ermittelten Winkel (eO schräg zur Längsachse der Nadel eingefräst oder eingeschliffen,oder sie beschreiben eine Schraubenlinie auf der kegeistumpfförmigen Druckschulter mit dem Steigungswinkel (cC). Die Nuten (6) sind in dem Beispiel wegen der einfachen händischen Herstellung als Rundschliff oder Rundholschliff ausgeführt, ohne eine Schraubenlinie zu beschreiben, sodaß am Umfang ein Schliff ungleicher Tiefe entsteht der hier nicht in Erscheinung tritt, wobei in (Fig. 2) die mittlere Nutentiefe mit (t) bezeichnet ist. Bei der Betrachtung der auftretenden Kräfte in (Fig. 1), die bei der Bewegung der Nadel in Richtung Nadelsitz an der Oberkante der Nut (6) bzw. im Nutengrund durch die mit hoher Dichtigkeit vorhandene in der Nut abgleitende Flüssigkeit auftreten wird ersichtlich, daß sich die Kraft (Pn) in eine Kraft (Pt) und eine Kraft (Pv) zerlegt. Die Kraft (Pt) bewirkt dabei die Drehung der Düsennadel, wobei der Vorschub die Kraft und die Drehgeschwindigkeit von der Steigung (<=O und von der Anzahl

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der· Nuten und deren Tiefe (t) abhängig ist. Die Kraft (Pv) wirkt vertikal entgegen die Federkraft und ist für die Größe der Schwingungsdämpfung maßgebend, die wiederum von der Form bzw. der Art der Verwirbelung an den Nuten (6) abhängig ist. Dabei ist ersichtlich, daß bei einem Winkel von 9O°Grad die drehende Komponente gleich O wird. (Fig. 3) eine Ausführung einer Düsennadel bei der auf die. Drehung verzichtet wird und nur· eine Dämpfung der Nadel mit den am Umfang der Druckschulter verteilten Nuten (7) mit dem Winkel (°c) gleich 90°Grad bewirkt werden soll. Die Nuten (7) sind dabei als konzentrisch angeordnete Ringe oder Ausdrehungen dargestellt die nur eine dämpfungsbewirkende Kraft (Pv) im Nutengrund aufnehmen die ebenso richtungsabhängig ist, und im weitesten Sinne von der Rauhigkeit der Oberfläche der Druckschulter abhängt.

(Fig* 4) die Schwingungen einer herkömmlichen Einspritzdüse im Neuzustand mit einem Manometer gemessen an einem Düsenabdrückgerät wobei ersichtlich ist, daß Druckschwankungen bis zu - 20bar auftreten.

(Fig. 5) zeigt den Schwingungsvorgang einer erfindungsgemäß ausgestalteten Düsennadel nach (Fig. 1),ftier ist ersichtlich, daß die Druckschwankungen wesentlich kleiner sind als bei herkömmlichen Düsen, wobei SchwingunsampLituden von - 1bar gemessen wurden,was ein Verhältnis von ca. 1:20 im Druck und entsprechend im Nadelhub erbringt. Damit wird der Vorteil der Erfindung in einer Weise meßbar deutlich\ wobei eine Messung auf elektrischem Wege die trägheitslos ist noch bessere Ergebnisse zeigen kann.

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Leerseite -

Claims

. Kraft Herbert Georgsdorf Berg am Laim Str. 79a D-8000 München 80 Patentansprüche

1. Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen insbesondere für selbstzündende Brennkraftmaschinen mit einer zur Seite der Druckfeder hin über einen Druckbolzen freibeweglich gelagerten Düsennadel die in einem Düsenkörper geführt wird in dem sich eine Druckkammer befindet von welcher der Kraftstoff den Druck beim Förderhub auf die Druckschulter der Düsennadel ausübt, und bei Erreichen des Abspritzdruckes, der von der Druckfeder mitbestimmt ist vom Nadelsitz abhebt, wobei Kraftstoff unter Druck intermettierend, hervorgerufen durch ein überlagertes Schwingen der Düsennadel in den Brennraum eingespritzt wird, d a d tr r c h gekennzeichnet, daß auf der Druckschulter der Düsennadel symetrisch gegenüberliegende, d oder gleichmäßig über den Umfang der Druckschulter verteilte, ς unter einem Winkel (oC) schräg zur Längsachse der Düsennadel, Nuten gleicher oder ungleicher Tiefe angeordnet sind derart, daß bei der Abwärtsbewegung nach dem Abheben der Nadel vom Sitz in Richtung des Düsensitzes, durch den sich in der Druckkammer befindenden verdichteten Kraftstoff eine Kraft (Pt) tangential an der zum Schaft (2) gerichteten Kante der Nut (6), und eine Kraft (Pv) vertikal entgegen die Federkraft gerichtet am Umfang der Druckschulter wirksam wird, sodaß ein Teil der in der Feder gespeicherten Energie in eine Rotationsbewegung der Düsennadel unter Überwindung des axia-ϊ len Trägheitsmomentes umgewandelt, und zusätzlich Energie in Form von erhöhter Reibung an der Druckzapfenauflage und Verwirbelung an den Nuten entzogen wird, womit sich eine richtungsabhängige Schwingungsdämpfung, bewirkt durch die Kraft (Pv) während jeder Abwärtsschwingung der Nadel innerhalb der

Förderzeit und eine pro Förderhub schrittweise, rotierende Bewegung der Düsennadel in Abhängigkeit von der Anzahl der Nuten^deren Tiefe (t), deren Form und dem Winkel (o£) durch die Kraft (Pt) hervorgerufen wird, wobei für den Fall, daß der Winkel (oC) gleich 9O°Grad ist keine Drehung, sondern nur eine Dämpfung der Schwingung in vertikaler Richtung der Düsennadel resultiert, sodaß die Nuten zwangsweise aus konzentrisch hintereinander angeordneten hinterschliffenen, oder gedrehten Ringen (7) auf der Druckschulter gebildet sind.

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2. Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die eine Schwingungsdämpfung und Drehung der Düsennadel bewirkenden Nuten auf der Oberfläche der Druckschulter aus einer- Kombination von schräg, unter 15- einem Winkel (p£-) angestellten Nuten (6) und konzentrischen Ringnuten (7) gebildet wird.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungs- und Drehvorrichtung auf der druckfreien Seite der Düsennadel im Leckölbereich angeordnet ist.

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