EP1521912B1 - Kraftstoffeinspritzd se einer brennkraftmaschine mit direkteinspritzduese - Google Patents

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EP1521912B1
EP1521912B1 EP03763680A EP03763680A EP1521912B1 EP 1521912 B1 EP1521912 B1 EP 1521912B1 EP 03763680 A EP03763680 A EP 03763680A EP 03763680 A EP03763680 A EP 03763680A EP 1521912 B1 EP1521912 B1 EP 1521912B1
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EP
European Patent Office
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sealing surface
nozzle
turbulence
fuel
closing body
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EP03763680A
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Arnold Kaden
Christian Krüger
Oliver Steil
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Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1873—Valve seats or member ends having circumferential grooves or ridges, e.g. toroidal

Definitions

  • the invention relates to an outwardly opening fuel injector for a direct-injection internal combustion engine, in particular a spark-ignited internal combustion engine the features of the preamble of claim 1.
  • DE 100 12 970 A1 discloses a method for forming an ignitable fuel air mixture known at the fuel in at least two subsets in the Combustion chamber of the internal combustion engine is introduced, wherein the Closure body of an injection nozzle after the injection process a subset can be brought into its closed position. The fuel jet is thereby accelerated until it exits, because the nozzle opening with a curved or parabolic Outlet cross section to the outlet steadily tapered.
  • the invention is therefore based on the object simple measures at the fuel injector of a direct injection Internal combustion engine, through which an improvement combustion achieved despite manufacturing tolerances can be.
  • the fuel injection nozzle according to the invention is characterized by an outwardly opening closure body, a nozzle housing with a nozzle seat and a nozzle needle, wherein at the fuel injection nozzle by means of the nozzle needle movable closure body on a sealing surface of the nozzle seat during a closed position, and during a Operating position is moved outward, leaving the fuel through a formed gap between the nozzle seat and the closure body in the form of a hollow cone in a Combustion chamber of the internal combustion engine is introduced, wherein on Nozzle seat and / or on the closure body in the region of the sealing surface at least one turbulence cavity is provided.
  • the turbulence increase a reinforced Breaking open the fuel lamella and thus achieving smaller drops, whereby by the smaller drops an increased evaporation and a reduction in penetration the fuel drops achieved, leaving a fuel piston wetting at a late fuel injection in the compression stroke is reduced.
  • a turbulence cavity is provided such that two turbulence cavities during an operating position relative to Beam axis are arranged offset from one another. This will be as well as the atomizing properties of the fuel in the Combustion chamber amplifies, reducing the characteristics of the motor Combustion can be further improved.
  • the nozzle seat and on the closure body of the fuel injector at least two turbulence cavities in or immediately before the sealing surface of the nozzle seat and at least two turbulence cavities in or immediately before the sealing surface of Closure body in a stroke direction along the sealing surface successively designed such that in each case two turbulence cavities during an operating position of the fuel injector are arranged opposite one another.
  • the atomization properties of the injected Fuel droplets amplified, which through the targeted turbulence generation throughout the area of the injected Fuel jet a occurring by manufacturing tolerances Turbulence difference covers and thus an approximation the necessary spray pattern is enough.
  • the am Seat and arranged on the closure body turbulence cavities be formed such that each of the two cavities during an operating position relative to the beam axis arranged offset from each other.
  • the in or immediately before the sealing surface of the nozzle seat and / or in or immediately before the sealing surface of the closure body arranged turbulence cavity in the form of an inwardly formed Groove formed along a peripheral surface.
  • injectors made in internal combustion engines with Ignition can be used in which the fuel as Hollow cone injected and in particular a beam-guided Burning process is present.
  • the injection of the fuel such that in the end the fuel hollow cone formed a toroidal vortex is, wherein in the combustion chamber of such an internal combustion engine a Spark plug is arranged such that the electrodes of the Spark plug outside the injected hollow fuel cone lie and protrude into the formed toroidal vortex.
  • a Spark plug is arranged such that the electrodes of the Spark plug outside the injected hollow fuel cone lie and protrude into the formed toroidal vortex.
  • Fig. 1 shows a fuel injection nozzle 1 with a nozzle needle 2 and a closure body 5 wherein a housing 3 of the Fuel injector 1 in the combustion chamber side area a Nozzle seat 4, which in a closed position of the closure body 5 by its application to a sealing surface the fuel injector closes.
  • the closure body 5 is at its upper end through the nozzle needle 2 with a not shown adjusting device connected.
  • a piezoelectric actuator is used, which is under electrical Voltage expands and one according to the applied voltage Operating stroke of the closure body 5 can cause.
  • the Tightness of the fuel injector is mechanically through ensures a return spring, not shown.
  • Of the Closure body is by means of the nozzle needle 2 in an operating position brought, causing a gap 6 between the closure body 5 and the nozzle seat 4 sets.
  • the closure body 5 is in an operating position (Open position) brought by means of a stroke direction 9, so that the fuel through the gap 6 in a combustion chamber. 8 can flow into it.
  • the turbulence cavities shown in FIG. 2 7 are both in the sealing surface of the closure body. 5 as well as formed in the sealing surface of the nozzle seat 4, that the fuel jet passing through the gap 6 10 flows with a turbulence increase in the combustion chamber 8, which intensifies the decay of the fuel.
  • Nozzle escaping fuel jet 10 is according to Fig. 3 injected into the combustion chamber 8 with an increased turbulence, so that small droplets when entering into form the combustion chamber 8, whereby optimal combustion of the injected fuel is achieved.
  • the inventive Fuel injector is preferred in internal combustion engines used with spark ignition, in which a so-called. beam-guided combustion process is present. Accordingly, the Fuel in a stratified charge preferably in the compression stroke so injected that with the injected Hollow fuel cone a toroidal vortex in the combustion chamber. 8 is trained. In such a combustion process, a for ignition provided spark plug in the combustion chamber.
  • Fig. 5 and 6 are further embodiments of the invention shown in the in the sealing surface of the closure body two turbulence cavities 7 are mounted, with which an increased turbulence of the injected fuel jet is obtained, wherein according to FIG. 6, the attached Turbulence cavities 7 are arranged in a region which is farther away from the combustion chamber than the region according to FIG Fig. 5 and 5a.
  • the turbulence cavities in the Sealing surface of the nozzle seat attached so that in the Hollow fuel cone in the outer area a turbulence increase is achieved, so that for the spray-guided combustion required toroidal vortex reinforced trained becomes.
  • the goal is to create a symmetrical vortex and a to achieve even distribution of fuel in the outer area so that an undesirable tilting of the formed Vertebra is prevented. Furthermore, thereby the formation strands are avoided at the end of the hollow fuel cone.
  • the fuel injection nozzle is designed such that the emerging from the injection nozzle hollow fuel cone with a Beam angle between 70 ° and 100 ° is formed.
  • the turbulence cavities have a depth of 30 ⁇ m both in the nozzle seat area as well as in the closure body area.

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Description

Die Erfindung betrifft eine nach außen öffnende Kraftstoffeinspritzdüse für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, insbesondere eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Beim Betrieb neuer direkteinspritzender Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung werden Verbesserungen der Gemischbildung durch den Einsatz von modernen Kraftstoffeinspritzdüsen erzielt, wobei fertigungsbedingte Toleranzabweichungen die Verbrennung und dadurch die Emissionsbildung negativ beeinflussen.
Aus der Patentschrift DE 196 42 653 C1 ist ein Verfahren zur Gemischbildung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung bekannt, mit dem bei der Kraftstoffeinspritzung ein Öffnungshub eines Ventilgliedes relativ zu einem Ventilsitz eines Injektors erfolgt und die Einspritzzeit variabel einstellbar ist, wodurch eine dynamische Beeinflussung eines Einspritzwinkels und auch des Kraftstoffmassenstroms ermöglicht wird.
Weiterhin ist aus der DE 100 12 970 A1 ein Verfahren zur Bildung eines zündfähigen Kraftstoffluftgemisches bekannt, bei dem der Kraftstoff in mindestens zwei Teilmengen in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht wird, wobei der Verschlusskörper einer Einspritzdüse nach dem Einspritzvorgang einer Teilmenge in seine Schließstellung bringbar ist. Der Kraftstoffstrahl wird bis zum Austritt dadurch beschleunigt, da sich die Düsenöffnung mit einem kurven- oder parabelförmigen Austrittquerschnitt zum Austritt hin stetig verjüngt.
Da bei den Kraftstoffeinspritzdüsen fertigungsbedingt unterschiedliche Kraftstoffstrahlbilder zustande kommen, die die Gemischbildung und dadurch die erzielte Verbrennung unterschiedlich beeinflussen, müßten vor dem Einbau solcher Kraftstoffeinspritzdüsen in einer Brennkraftmaschine kaum durchführbare Verbesserungen an der jeweiligen Geometrie der Kraftstoffeinspritzdüse vorgenommen werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einfache Maßnahmen an der Kraftstoffeinspritzdüse einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine vorzunehmen, durch die eine Verbesserung der Verbrennung trotz Fertigungstoleranzen erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftstoffeinspritzdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse zeichnet sich durch einen nach außen öffnenden Verschlusskörper, ein Düsengehäuse mit einem Düsensitz und einer Düsennadel aus, wobei bei der Kraftstoffeinspritzdüse der mittels der Düsennadel bewegbare Verschlusskörper an einer Dichtfläche des Düsensitzes während einer Schließposition anliegt, und während einer Betriebsposition nach außen bewegt wird, so dass der Kraftstoff durch einen ausgebildeten Spalt zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper in Form eines Hohlkegels in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht wird, wobei am Düsensitz und/oder am Verschlusskörper im Bereich der Dichtfläche mindestens ein Turbulenzhohlraum vorgesehen ist.
Durch den Turbulenzhohlraum wird während der Einspritzung des Kraftstoffes eine verbesserte Zerstäubung der eingespritzten Kraftstofftröpfchen sichergestellt, um günstige Bedingungen für die anschließende Gemischbildung zu erzielen. Dies geschieht dadurch, dass der Kraftstoff beim Einspritzvorgang durch den von dem Verschlusskörper freigegebenen Querschnitt in den Brennraum derart eintritt, dass in Folge einer erhöhten Strömungsturbulenz der eingespritzte Kraftstoffstrahl in kleine Kraftstofftropfen aufgebrochen wird. Durch die Anbringung der Turbulenzhohlräume bzw. Taschen oder Ausnehmungen in der Oberfläche des Verschlusskörpers und/oder in der Oberfläche des Düsensitzes wird die Turbulenz der Kraftstoffströmung in der Einspritzdüse kurz vor dem Austritt des Kraftstoffes in den Brennraum erhöht, wodurch der Aufbruch von Kraftstofflamellen verstärkt wird, so dass kleinere Tropfen erzielt werden. Dadurch dass die Zerstäubungseigenschaften des eingespritzten Kraftstoffstrahles verbessert werden, können fertigungsbedingte Toleranzabweichungen ausgeglichen, und dadurch die Eigenschaften der motorischen Verbrennung insbesondere Verbrauch und Emissionen verbessert werden.
Insbesondere bei den direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung muß innerhalb kürzester Zeit ein zündfähiges Kraftstoff/Luft-Gemisches im Bereich der Zündkerze vorliegen. Die Kraftstoffeinspritzdüsen unterliegen jedoch fertigunbedingt einem gewissen Streuband, was zu unterschiedlichen Erscheinungsbildern des Einspritzstrahls führt. Durch die erzielte Turbulenzerhöhung kurz vor dem Strahlaustritt wird eine durch Fertigungstoleranzen auftretende bzw. verursachte Strahlbildschwankungen insbesondere im Bereich der Rezirkulationsgebiete ausgeglichen und somit eine Annäherung an das geforderte Idealstrahlbild erzielt.
Weiterhin wird durch die Turbulenzerhöhung ein verstärkter Aufbruch der Kraftstofflamelle und somit kleinere Tropfen erzielt, wobei durch die kleineren Tropfen eine verstärkte Verdampfung einsetzen kann, und eine Verringerung der Penetration der Kraftstofftropfen erzielt, so dass eine Kraftstoffkolbenbenetzung bei einer späten Kraftstoffeinspritzung im Kompressionshub reduziert wird.
In Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass jeweils in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes mindestens ein Turbulenzhohlraum und in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers ebenso ein Turbulenzhohlraum angeordnet sind, so dass zwei Turbulenzhohlräume während einer Betriebsposition der Kraftstoffeinspritzdüse relativ zur Strahlachse gegenüberliegend angeordnet sind. Durch die Anbringung von zwei Ausnehmungen in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche wird eine Turbulenzerhöhung der Düseninnerströmung im Spaltbereich zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper derart erhöht, dass ein verstärkter Kraftstoffzerfall erzielt wird. Dadurch können Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden, d.h. durch die auftretenden Fertigungsfehler wird das Strömungsverhalten des eingespritzten Kraftstoffes aus der Einspritzdüse kaum beeinflußt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes und in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers mindestens ein Turbulenzhohlraum derart vorgesehen, dass zwei Turbulenzhohlraume während einer Betriebsposition relativ zur Strahlachse zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch werden ebenso die Zerstäubungseigenschaften des Kraftstoffes im Brennraum verstärkt, wodurch die Eigenschaften der motorischen Verbrennung weiter verbessert werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper im Spaltbereich zwei Turbulenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes angebracht werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper im Spaltbereich zwei Turbulenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers angeordnet. Durch diese Maßnahme werden die im Innenbereich des eingespritzten Kraftstoffhohlkegels erzielten Tropfen weiter verkleinert und deren Penetration bis zu einer Kolbenoberfläche verhindert. Gerade bei einem strahlgeführten Brennverfahren wirkt sich diese Maßnahme sehr positiv aus, da der Kraftstoff sehr spät im Kompressionshub eingespritzt wird und eine Kolbenbenetzung mit Kraftstoff verhindert werden muß.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden am Düsensitz und am Verschlusskörper der Kraftstoffeinspritzdüse mindestens zwei Turbulenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes und mindestens zwei Turbulenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers in eine Hubrichtung entlang der Dichtfläche nacheinander derart ausgebildet, dass jeweils zwei Turbulenzhohlräume während einer Betriebsposition der Kraftstoffeinspritzdüse gegenüberliegend angeordnet sind. Dadurch werden weiterhin die Zerstäubungseigenschaften der eingespritzten Kraftstofftropfen verstärkt, wodurch durch die gezielte Turbolenzgenerierung im gesamten Bereich des eingespritzten Kraftstoffstrahles eine durch Fertigungstoleranzen auftretende Turbulenzdifferenz überdeckt und somit eine Annäherung an das notwendige Strahlbild reicht. Alternativ können die am Sitz und die am Verschlusskörper angeordneten Turbulenzhohlräume derart ausgebildet werden, dass jeweils die zwei Hohlräume während einer Betriebsposition relativ zur Strahlachse zueinander versetzt angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes und/oder in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Verschlusskörpers angeordnete Turbulenzhohlraum in Form einer nach innen ausgebildeten Nut entlang einer Umfangsfläche ausgebildet. Dadurch wird der eingespitzte Kraftstoffhohlkegel in allen Bereichen mit einer erhöhten Turbulenz beauftragt, so dass der Aufbruch der Kraftstofflamellen verstärkt wird und somit kleinere Tropfen in den Brennraum eingespritzt werden.
Die vorherigen erwähnten Maßnahmen werden bevorzugt bei Einspritzdüsen vorgenommen, die bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung verwendet werden, in denen der Kraftstoff als Hohlkegel eingespritzt und insbesondere ein strahlgeführtes Brennverfahren vorliegt. Bei solchen Brennkraftmaschinen erfolgt die Einspritzung des Kraftstoffes derart, dass am Ende des Kraftstoffhohlkegels ein torusförmiger Wirbel ausgebildet wird, wobei im Brennraum einer solchen Brennkraftmaschine eine Zündkerze derart angeordnet ist, dass die Elektroden der Zündkerze außerhalb des eingespritzten Kraftstoffhohlkegels liegen und in den gebildeten torusförmigen Wirbel einragen. Durch die Anordnung der Turbulenzhohlräume in bzw. unmittelbar vor der Dichtfläche des Düsensitzes wird die Turbulenz gerade im äußeren Bereich des eingespritzten Kraftstoffhohlkegels erhöht, wodurch die Bildung des torusförmigen Randwirbels ausgeprägter stattfindet. Bei einem strahlgeführten Brennverfahren wird eine notwendige Symmetrie des erzielten torusförmigen Wirbels durch die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse beibehalten und eine Verkippung des erzielten Wirbels verhindert. Das führt dazu, dass das Auftreten von Zündaussetzern vermieden wird.
Weitere Merkmale und Merkmalkombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
Eine Schnittdarstellung einer nach außen öffnenden Kraftstoffeinspritzdüse,
Fig. 2
eine vergrößerte Schnittdarstellung eines ausgebildeten Spaltes zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper der Kraftstoffeinspritzdüse mit vier Turbulenzhohlräumen,
Fig. 3
eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Dichtfläche im Bereich eines ausgebildeten Spaltes zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper der Kraftstoffeinspritzdüse aus Fig. 2,
Fig. 3a
eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 3 gezeigten Turbulenzhohlräume,
Fig. 4
eine vergrößerte Schnittdarstellung der Schnittfläche im ausgebildeten Spaltbereich zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper mit versetzten Turbolenzhohlräumen,
Fig. 4a
eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 4 gezeigten Turbulenzhohlräumen,
Fig. 5
eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Dichtfläche im ausgebildeten Spaltbereich zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper mit zwei Turbulenzhohlräumen in der Dichtfläche des Verschlusskörpers,
Fig. 5a
eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 5 gezeigten Turbulenzhohlräumen,
Fig. 6
eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Dichtfläche im ausgebildeten Spaltbereich zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper mit zwei Turbulenzhohlräumen in der Dichtfläche des Verschlusskörpers,
Fig. 6a
eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 6 gezeigten Turbulenzhohlräumen,
Fig. 7
eine vergrößerte Schnittdarstellung der Dichtfläche im ausgebildeten Spaltbereich zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper mit zwei in der Dichtfläche des Düsensitzes ausgebildeten Turbulenzhohlräumen, und
Fig. 7a
eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig. 7 gezeigten Turbulenzhohlräumen.
Fig. 1 zeigt eine Kraftstoffeinspritzdüse 1 mit einer Düsennadel 2 und einem Verschlusskörper 5 wobei ein Gehäuse 3 der Kraftstoffeinspritzdüse 1 im brennraumseitigen Bereich einen Düsensitz 4 aufweist, der in einer Schließposition des Verschlusskörpers 5 durch dessen Anlegen an einer Dichtfläche die Kraftstoffeinspritzdüse verschließt. Der Verschlusskörper 5 ist an seinem oberen Ende durch die Düsennadel 2 mit einer nicht dargestellten Stelleinrichtung verbunden. Vorzugsweise wird hier ein Piezoaktor verwendet, der sich unter elektrischer Spannung ausdehnt und gemäß der angelegten Spannung einen Betriebshub des Verschlusskörpers 5 bewirken kann. Die Dichtheit der Kraftstoffeinspritzdüse wird mechanisch durch eine nicht dargestellte Rückstellfeder gewährleistet. Der Verschlußkörper wird mittels der Düsennadel 2 in eine Betriebsposition gebracht, wodurch sich ein Spalt 6 zwischen dem Verschlusskörper 5 und dem Düsensitz 4 einstellt.
Gemäß Fig. 2 wird der Verschlusskörper 5 in eine Betriebsposition (Offenstellung) mittels einer Hubrichtung 9 gebracht, so dass der Kraftstoff durch den Spalt 6 in einen Brennraum 8 hineinströmen kann. Die in Fig. 2 gezeigten Turbulenzhohlräume 7 sind sowohl in der Dichtfläche des Verschlusskörpers 5 als auch in der Dichtfläche des Düsensitzes 4 derart ausgebildet, dass der durch den Spalt 6 austretende Kraftstoffstrahl 10 mit einer Turbulenzerhöhung in den Brennraum 8 hineinströmt, welche den Zerfall des Kraftstoffes verstärkt.
Der durch den ausgebildeten Spalt 6 aus der Kraftstoffeinspritzenden Düse austretende Kraftstoffstrahl 10 wird gemäß Fig. 3 in den Brennraum 8 mit einer erhöhten Turbulenz hineingespritzt, so dass sich kleine Tröpfchen beim Eintreten in den Brennraum 8 bilden, wodurch eine optimale Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes erzielt wird. Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse wird bevorzugt bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung verwendet, bei denen ein sog. strahlgeführtes Brennverfahren vorliegt. Demnach wird der Kraftstoff in einem Schichtladebetrieb vorzugsweise im Kompressionshub derart eingespritzt, dass mit dem eingespritzten Kraftstoffhohlkegel ein torusförmiger Wirbel im Brennraum 8 ausgebildet wird. Bei einem solchen Brennverfahren, wird eine für die Zündung vorgesehene Zündkerze derart im Brennraum 8 angeordnet, dass die Elektroden der Zündkerze in den erzielten torusförmigen Wirbel hineinragen, wobei sie während der Kraftstoffeinspritzung außerhalb der Mantelfläche des Kraftstoffhohlkegels liegen. Um eine optimale Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes zu erzielen, ist es notwendig einen symmetrischen und gleichmäßigen torusförmigen Wirbel auszubilden, so dass eine Verkippung des Wirbels nicht stattfindet. Durch die erzielte Turbulenzerhöhung im eingespritzten Kraftstoffhohlkegel wird eine gleichmäßige Kraftstoffverteilung erreicht und eine Verkippung des ausgebildeten torusförmigen Wirbels verhindert.
Gemäß Fig. 4 werden in einer Betriebsposition des Verschlusskörpers 5 die im Spaltbereich zwischen dem Düsensitz 4 und dem Verschlusskörper 5 ausgebildeten Hohlräume versetzt angeordnet, so dass eine erhöhte Turbulenz im eingespritzten Kraftstoffstrahl 10 an unterschiedlichen Stellen erzielt wird.
Gemäß Fig. 5 und 6 sind weitere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele dargestellt, bei den in der Dichtfläche des Verschlusskörpers zwei Turbulenzhohlräume 7 angebracht sind, mit denen eine verstärkte Turbulenz des eingespritzten Kraftstoffstrahles erzielt wird, wobei gemäß Fig. 6 die angebrachten Turbulenzhohlräume 7 in einem Bereich angeordnet sind, der vom Brennraum weiter entfernt ist als der Bereich gemäß Fig. 5 und 5a.
Gemäß Fig. 7 und 7a werden die Turbulenzhohlräume in der Dichtfläche des Düsensitzes angebracht, so dass bei dem Kraftstoffhohlkegel im äußeren Bereich eine Turbulenzerhöhung erzielt wird, so dass der für das strahlgeführte Brennverfahren notwendige torusförmiger Wirbel verstärkter ausgebildet wird. Ziel ist es dabei, einen symmetrischen Wirbel und eine gleichmäßige Kraftstoffverteilung im äußeren Bereich zu erzielen, so dass eine unerwünschte Verkippung des gebildeten Wirbels verhindert wird. Weiterhin soll dadurch die Bildung von Strähnen am Ende des Kraftstoffhohlkegels vermieden werden.
Durch die gezeigten Beispiele wird mittels der vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzdüse eine optimale Verbrennung ermöglicht und eine ausgeprägte torusförmige Wirbelbildung bei einem strahlgeführten Brennverfahren erzielt, welche durch den verstärkten Zerfall der Kraftstoffteilchen im Randbereich des Wirbels erreicht wird. Ein weiterer Vorteil ist der Ausgleich von Fertigungsungenauigkeiten beim Herstellen von Kraftstoffeinspritzdüsen, welche im allgemeinen die Gemischbildung bei den direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen insbesondere mit Fremdzündung negativ beeinflussen.
Vorzugsweise wird bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen die Kraftstoffeinspritzdüse derart ausgebildet, dass der aus der Einspritzdüse austretende Kraftstoffhohlkegel mit einem Strahlwinkel zwischen 70° und 100° ausgebildet wird. Weiterhin werden die gemäß der Erfindung im Düsensitz oder am Verschlusskörper angebrachten Hohlräume in ihrer Form flexibel ausgebildet, d.h. es ist denkbar, dass diese Turbulenzhohlräume alle denkbaren geometrischen Formen annehmen können, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Turbulenzhohlräumen flexibel gestaltet werden kann. Vorzugsweise weisen alle Turbulenzhohlräume zum Brennraum hin mindestens einen Abstand von 60µm auf, so dass genügend Dichtfläche zum Abdichten der Kraftstoffeinspritzdüse vorhanden ist. Insbesondere weisen die Turbulenzhohlräume eine Tiefe von 30µm sowohl im Düsensitzbereich als auch im Verschlußkörperbereich auf. Es ist vorteilhaft, dass beim Anbringen von mehreren Turbulenzhohlräumen sie derart anzubringen, dass die zueinander mit einem Abstand von etwa 60µm beabstandet sind. Es ist weiterhin denkbar, dass die Turbulenzhohlräume in einem Bereich innerhalb der Kraftstoffeinspritzdüse angebracht werden, der an den Bereich der Dichtfläche angrenzt, so dass eine gewisse Turbulenzerhöhung des Kraftstoffes erzielt wird, bevor der Kraftstoff in den Spalt 6 zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper hineinströmt. Es ist weiterhin denkbar, dass auf jeder Seite des Düsensitzes als auch auf der Seite des Verschlusskörpers mehrere Turbulenzhohlräume mit unterschiedlichen geometrischen Ausnehmungen angebracht werden.

Claims (9)

  1. Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine mit einer Düsennadel, einem einen Düsensitz aufweisenden Düsengehäuse und einem nach außen öffnenden Verschlusskörper, bei der der mittels der Düsennadel bewegbare Verschlusskörper an einer Dichtfläche des Düsensitzes während einer Schließposition anliegt, und während einer Betriebsposition nach außen bewegt wird, so dass der Kraftstoff durch einen ausgebildeten Spalt zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper in Form eines Hohlkegels in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass am Düsensitz und/oder am Verschlusskörper im Bereich der Dichtfläche mindestens ein Turbulenzhohlraum vorgesehen ist.
  2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass in der Dichtfläche des Düsensitzes und in der Dichtfläche des Verschlusskörpers mindesten jeweils ein Turbulenzhohlraum vorgesehen ist, dass zwei Turbulenzhohlräume während einer Betriebsposition gegenüberliegend angeordnet sind.
  3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass in der Dichtfläche des Düsensitzes und in der Dichtfläche des Verschlusskörpers mindestens ein Turbulenzhohlraum derart vorgesehen ist, dass zwei Turbulenzhohlräume während einer Betriebsposition versetzt zueinander angeordnet sind.
  4. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper zwei Turbulenzhohlräume in der Dichtfläche des Düsensitzes angeordnet sind.
  5. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper zwei Turbulenzhohlräume in der Dichtfläche des Verschlusskörper angeordnet sind.
  6. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass am Düsensitz und am Verschlusskörper mindestens zwei Turbulenzhohlräume in der Dichtfläche des Düsensitzes und mindestens zwei Turbulenzhohlräume in der Dichtfläche des Verschlusskörpers in einer Hubrichtung entlang der Dichtfläche nacheinander derart ausgebildet sind, dass jeweils zwei Turbulenzhohlräume während einer Betriebsposition gegenüberliegend angeordnet sind.
  7. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass am Düsensitz und am Verschlusskörper mindestens zwei Turbulenzhohlräume in der Dichtfläche des Düsensitzes und mindestens zwei Turbulenzhohlräume in der Dichtfläche des Verschlusskörpers in einer Hubrichtung entlang der Dichtfläche nacheinander derart ausgebildet sind, dass jeweils zwei Turbulenzhohlräume während einer Betriebsposition versetzt angeordnet sind.
  8. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der düsensitzseitig und/oder verschlusskörperseitig angeordnete Turbulenzhohlraum in Form einer nach innen ausgebildeten Nut entlang einer Umfangsfläche ausgebildet ist.
  9. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der durch den ausgebildeten Spalt zwischen dem Düsensitz und dem Verschlusskörper austretenden Kraftstoffhohlkegelstrahl einen Strahlwinkel zwischen 70° und 100° aufweist.
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