DE3513080A1

DE3513080A1 - Einspritzduese fuer eine kraftmaschine

Info

Publication number: DE3513080A1
Application number: DE19853513080
Authority: DE
Inventors: Godfrey Hatch End Middlesex Greeves
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1984-04-26
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1985-10-31
Also published as: IT8520418A0; FR2563581A1; GB8508343D0; JPS60240871A; GB8410749D0; GB2158151A; IT1184757B

Description

Anmelderin: Firma LUCAS INDUSTRIES public limited company

Titel: Einspritzdüse für eine Kraftmaschine

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse zum Einspritzen von flüssigem Brennstoff in eine Verbrennungs-Kraftmaschiene, bei der in einer Bohrung eines Grundkörpers ein vom Brennstoffdruck betätigtes Ventilglied gleitbar ist, die Bohrung einen zylindrischen Bereich, von dem eine Auslaß-Bohrung zum Äußeren des Grundkörpers führt, aufweist und der Ventilkörper einen zylindrischen Ventilbereich umfaßt, der in dem zylindrischen Bohrungs-Bereich gleitbar ist und eine Ventilkante bildet, die bei Verschiebung des Ventilgliedes durch Brennstoffdruck den Einlaß zu der Auslaß-Bohrung gegenüber einem im Grundkörper vorgesehenen Raum freigibt, der Brennstoff unter hohem Druck enthält.

Eine Einspritzdüse dieser Art kann vom Typ mit Einwärts-Öffnung oder vom Typ mit Auswärts-Öffnung sein und das Ausmaß, um das sich der Ventilkörper verschiebt, hängt vom Brennstoffdruck ab, der sich wiederum mit der Maschinengeschwindigkeit und der Menge der Brennstoffzufuhr zu der Maschine ändert. Die Tatsache, daß der Bereich des inneren Endes der Auslaß-Bohrung von der Stellung des Ven-

tilgliedes abhängt, ermöglicht es der Einspritzdüse, sich selbsttätig an sich ändernde Maschinengeschwindigkeiten und Brennstoffzufuhrmengen anzupassen. Z.B. ist bei geringen Geschwindigkeiten ein kleinerer Bereich und bei höheren Geschwindigkeiten ein größerer Bereich erforderlich, um die sich ergebende Brennstoff-Einsprühung genau auf die Maschinengeschwindigkeit abzustimmen. Der Querschnitt der Auslaß-Bohrung ist jedoch festgelegt und muß ausreichend groß sein, um die bei hohen Maschinengeschwindigkeiten und hohen Zufuhrmengen erforderliche Brennstoff-Sprühung zu schaffen. Obwohl der Einlaßbereich durch das Ventilglied verkleinert werden kann, lassen sich die theoretisch davon abhängigen Vorteile nicht verwirklichen, wenn die Brennstoff-Strömungs-Bedingungen entlang der Auslaß-Bohrung so sind, daß sie die Brennstoffdruekenergie des Brennstoffes wesentlich vermindern, wenn dieser entlang der Auslaß-Bohrung fließt. Wenn die Energie des Brennstoffes verloren ist, dann ist die Versprühung des Brennstoffes beim Verlassen der Auslaß-Bohrung verschlechtert.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzdüse der eingangs genannten Art unter Vermeidung der geschilderten Nachteile in einfacher und praktischer Form zu schaffen. Die erfindungsgemäße Einspritzdüse ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkante durch den Mantel des zylindrischen Ventilbereiches und eine

Fläche bestimmt ist, die Teil der Begrenzungswandung des Raumes, der Brennstoff unter hohem Druck enthält, ist und daß der Winkel zwischen der Fläche und der Längsachse der Auslaß-Bohrung so ist, daß Brennstoff, der bei nur teilweise offenem Einlaß zu der Auslaß-Bohrung in diese fließt, von der Ventilkante abreißt und in der Auslaß-Bohrung eine Brennstoff-Säule bildet, die in der Auslaß-Bohrung eine freie Oberfläche hat.

Wenn der Einlaß zu der Bohrung offen ist, hat der durch die kleine Bohrung fließende Brennstoff eine von der Wandung der Bohrung getrennte Oberfläche. Dadurch ist der Verlust an Brennstoffdruckenergie in der Bohrung minimiert.

In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und zeigt

Fig. 1 schematisch und teilweise im Schnitt eine Einspritzdüse für eine Kraftmaschine,

Fig. 2 einen Längsschnitt des Endbereiches der Einspritzdüse gemäß Fig. 1 in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab bei Schließstellung der Einspritzdüse,

Fig. 3 eine der Fig. 2 vergleichbare Darstellung, jedoch bei teilweise geöffneter Stellung der Einspritzdüse und
Fig. 4 einen Schnitt eines Teiles einer Einspritzdüse für

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eine Kraftmaschine, mit Auswärts-Öffnung.

Die Einspritzdüse gem-äß Fig. 1-3 meist einen Grundkörper 10 auf, in dem eine Bohrung 11 vorgesehen ist. Die Bohrung 11 verjüngt sich nach innen hin und bildet so einen Sitz 12; sie endet in einem zylindrischen Bereich 13, der vorzugsweise von genau zylindrischer Form ist, der sich aber auch ganz allmählich in Richtung zum Grund der Bohrung verjüngen kann. In der Bohrung ist ein Ventilglied 14 gleitbar, dessen Durchmesser zwischen einer Vergrößerung 11 Ä der Bohrung und dem Sitz verringert ist. Die Vergrößerung steht beim Gebrauch mit dem Auslaß einer Hochdruck-Brennstoffeinspritzpumpe 9 in Verbindung, die zeitlich abgestimmt auf eine zugeordnete Maschine angetrieben ist.

Das Ventilglied 14 ist zum Zusammenwirken mit dem Sitz 12 geeignet ausgebildet und wird mittels einer wendelf örmigen Druckfeder 8 in Berührung mit dem Sitz 12 gedruckt. Zwischen dem im Durchmesser verjüngten Teil des Ventilgliedes 14 und der Bohrung 11 befindet sich ein Spalt 15 und dann, wenn das Ventilglied angehoben ist, kann aufgrund des Brennstoffdruckes Brennstoff entlang dem Spalt fließen. Das Ventilglied 14 besitzt an dem der Feder 8 entgegenliegenden Ende einen zylindrischen Ventilbereich 16, der vorzugsweise von genau zylindrischer Form ist und der eine brennstoffdichte Dichtung mit dem Bereich 13 der Bohrung bildet.

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Durch die Wandung des zylindrischen Bereiches 13 der Bohrung ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein Paar von Auslaß-Bohrungen 17 vorgesehen. Diese sind gegenüber der Achse 18 der Einspritzdüse geneigt, die mit der Längsachse der Bohrung und des Ventilgliedes 14 zusammenfällt. Wie die Zeichnung zeigt, ist die Neigung der beiden Auslaß-Bohrungen nicht die gleiche und die jeweilige Neigung ist in Anpassung an die Verbrennungskammer der zugeordneten Maschine gewählt. Die hinteren Enden der Auslaß-Bohrungen 17 sind, wie Fig. 2 zeigt, bei der schließenden Stellung des Ventilgliedes 14 von dem Ventilbereich 16 des Ventilgliedes überdeckt. Am Ende der Bohrung 11 ist ein Raum 19 abgegrenzt und dieser Raum stellt über eine Mittelbohrung 20 und Seitenbohrungen 21 mit dem Bohrungsbereich, der in Strömungsrichtung an den Sitz 21 anschließt, in Verbindung.

Wenn dem ringförmigen Spalt 15 Brennstoff unter Druck zugeführt wird, wirkt der Druck auf eine Differenzialfläche des Ventilgliedes und hebt dieses gegen die Wirkung der Feder 8 von dem Sitz 12 ab; nach dieser Bewegung fließt Brennstoff von dem Spalt 15 über die Seitenbohrungen 21 und die Mittelbohrung 20 in den Raum 19. Es muß eine nennenswerte Bewegung des Ventilgliedes auftreten, bevor die inneren Enden der Bohrungen 17 freigegeben werden; aber wenn diese inneren Enden freigegeben sind, dann fließt Brennstoff durch die Bohrungen und zerstäubt, wenn er die Bohrungen verläßt.

Gemäß Fig. 3 befindet sich das Ventilglied in einer teilweise offenen Stellung und die Spritzdüse ist vom verschiedenflächigen Typ. Hierbei ändert sich vorteilhafterweise die wirksame Größe des Einlasses der Bohrungen in Abhängigkeit von der axialen Stellung des Ventilgliedes und diese ändert sich üblicherweise mit der Geschwindigkeit und der Menge des zu der Maschine gelieferten Brennstoffes. Wenn man gute Zerstäubung des Brennstoffes sicherstellen will, wenn die Flächen der Einlasse in die Bohrungen klein sind, muß man sicherstellen, daß die Geschwindigkeit des Brennstoffes aufrechterhalten wird, wenn dieser entlang den Bohrungen fließt. Um dies zu erreichen, ist es nötig, daß die Ventilkanten 22 von korrekter Gestalt sind, so daß sichergestellt ist, daß der Brennstoff von den Kanten reißt und, wenn er entlang der Bohrungen 17 fließt, eine freie Oberfläche 23 (Fig. 3) bildet. Die Ventilkante 22 ist von dem genau zylindrischen Ventilbereich 16 und einer Fläche 24 gebildet, die am Ende des Ventilgliedes vorgesehen ist und die mit der Achse 18 des Ventilgliedes einen Winkel bildet, der geringfügig kleiner ist als der Winkel der Bohrung. In Fig. 2 ist der Winkel der Bohrung 17 durch den Buchstaben J wiedergegeben und ist der Winkel der Fläche 24 durch den Buchstaben H wiedergegeben. Es ist festgestellt worden, daß sich zufriedenstellende Ergebnisse erzielen lassen, indem man den Winkel H kleiner als den Winkel J macht. Die Fläche 24 wird durch eine einfache Drehoperation hergestellt. In dem Fall, wenn die Winkel J der zwei oder auch mehr Bohrungen 17 verschieden sind, wird der

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Winkel H der Fläche 24 so gewählt, daß er der Bohrung angepaßt ist, die den kleinsten Winkel J hat.

Die bisher beschriebene Spritzdüse weist Einwärts-Öffnung auf. Es ist aber auch möglich, die hier interessierende Gestaltung bei einer Spritzdüse mit Auswärts-Öffnung anzuwenden; bei dieser hat gemäß Fig. 4 das Ventilglied 25 einen Kopf 26 mit genau zylindrischer Form am äußeren Ende, der die inneren Enden von Bohrungen 27 des Ventil-Grundkörpers 28 freigibt, wenn er sich aus Zusammenwirkung mit einem Sitz in seine voll öffnende Stellung bewegt. Der Kopf 26 bildet an dem Übergang der zylindrischen Mantelfläche des Ventilgliedes und einer ringförmigen Fläche 30 eine Ventilkante 29. In Fig. 4 sind die Winkel H und J ebenfalls angegeben, die jedoch, da es sich um eine Spritzdüse mit Auswärts-Öffnung handelt, in Bezug auf eine Ebene angegeben sind, die rechtwinkelig zur Achse der Spritzdüse verläuft. Der weiter oben erörterte Raum ist hier durch einen verringerten Bereich des Kopfes in Strömungsrichtung gesehen vor den Sitz gebildet.

Claims

. BÖHME VA* 8500 NÜRNBERG7O, den DIPL.-ING. E. KESSEL Frauentorgraben 73 (am Plärrer) niPI -IKIf- V RAMMP Telefon: (0911) 227362, 204296 DIPL.-ING. V.BUMMt Telegrammadresse: PATBOM PATENTANWÄLTE Telex Nr.: 0623638 Bankkonto: Deutsche Bank Nürnberg (BLZ 76070012) Nr. 0137315 O C 1 Q Π Q fj Postgirokonto: Amt Nürnberg Nr. 448 52-853 ^ ^ I O U O U Patentansprüche

1.) Einspritzdüse zum Einspritzen von flüssigem Brennstoff in eine Verbrennungs-Kraftmaschine, bei der in einer Bohrung eines Grundkörpers ein vom Brennstoffdruck betätigtes Ventilglied gleitbar ist, die Bohrung einen zylindrischen Bereich, von dem eine Auslaß-Bohrung zum Äußeren des Grundkörpers führt, aufweist und der Venti.l körper einen zylindrischen Ventilbereich umfaßt, der in dem zylindrischen Bohrungs-Bereich gleitbar ist und eine Ventilkante bildet, die bei Verschiebung des Ventilgliedos durch Brennstoffdruck den Einlaß zu der Auslaß-Bohrung gegenüber einem im Grundkörper vorgesehenen Raum freigibt, der Brennstoff unter hohem Druck enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil kante (22) durch den Mantel des zylindrischen Ventilbereiches (16) und eine Fläche bestimmt ist, die Teil der Begrenzungswandung des Raumes (19), der Brennstoff unter hohem Druck enthält, ist und daß der Wi rs!: al zwischen der Fläche (24) und der Längsachse der AuslaT'bohrung (17) so ist, daß Brennstoff, der bei nur teilweise offenem Einlaß zu der Auslaß-Bohrung in diese fließt, von der Ventilkante abreißt und in der Auslaß-Bohrung eine D-rrsnnstoff-Säule bildet, die in der Auslaß-Bohrung eine freio Oberfläche hat.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Einwärts-Öffnung gestaltet ist, der, Brennstoff unter hohem Druck enthaltende Raum (19) am Ende des zylindrischen Bereiches (13) der Bohrung (11) gebildet ist, in dem Ventilglied (14) Durchlässe (20, 21,) durch die Brennstoff in den Raum (19) fließen kann, vorgesehen sind, in der Bohrung ein Sitz (12) bestimmt ist, das Ventilglied zur Zusammeni/uirkung mit dem Sitz geeignet ausgebildet ist und das Ventilglied in Schließstellung mit dem Sitz zusammenwirkt, um den Fluß von Brennstoff durch die Durchlässe zu verhindern.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkante (22) durch die zylindrische Mantelfläche des Ventilbereiches (16) und eine weitere am Ende des Ventilgliedes gebildete Fläche (24) bestimmt ist, die zur Achse der Einspritzdüse unter einem Winkel geneigt ist, der geringfügig kleiner als der Winkel der Auslaß-Bohrung (17) relativ zu dieser Achse ist.

4. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Auswärts-Öffnung gestaltet ist, das Ventilglied
(25) einen Kopf (26) von zylindrischer Form bildet, der den Einlaß zu der Auslaß-Bohrung (27) freigibt, die Ventilkante (29) durch die zylindrische Mantelfläche des Ventilkopfes (26·) und eine weitere am Ventil-Kopf vorgesehene Fläche (30) bestimmt ist, die unter einem Winkel gegenüber einer zur Achse der Einspritzdüse recht -

winkeligen Ebene geneigt ist, wobei dieser Winkel geringfügig kleiner als der Winkel, der Auslaß-Bohrung gegenüber dieser Ebene ist.

5. Einspritzdüse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die weitere Fläche (24, 30) ringförmig ist.