CH632054A5

CH632054A5 - Kraftstoff-einspritzduese fuer brennkraftmaschinen.

Info

Publication number: CH632054A5
Application number: CH1095878A
Authority: CH
Inventors: Eckart Dr Ing Mueller
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1977-11-15
Filing date: 1978-10-24
Publication date: 1982-09-15
Also published as: GB2007763A; SE7811705L; HU178283B; FR2408732A1; IT7829572A0; IT1100085B; GB2007763B; PH16853A; DE2750928A1; RO76670A; IN150516B; JPS6163475U; US4273291A; SU795513A3; DD139882A1; JPS5474918A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, die als Zapfendüse ausgebildet ist und eine in einem Düsenkörper axial verschiebbar gelagerte, durch den Druck des Kraftstoffes von ihrem Dichtsitz abhebbare Düsennadel aufweist, wobei die Düsennadel unterhalb ihres Dichtsitzes mit einem Drosselzapfen in eine zentrisch zur Längsachse der Einspritzdüse angeordnete Düsenbohrung eingreift.

Eine derartige Einspritzdüse ist bereits durch die DT-AS 1 026 572 bekannt. Bei ihr gibt der an seinem freien Ende im Durchmesser etwas verringerte Drosselzapfen die Düsenbohrung je nach dem vorhandenen Kraftstoff-Einspritzdruck mehr oder minder weit frei. Es soll eine geregelte Voreinspritzung des Kraftstoffes erreicht werden, indem die Düsennadel durch zwei Federn auf ihrem Dichtsitz gehalten wird, die unterschiedliche Charakteristik aufweisen bzw. zu verschiedenen Zeitpunkten ansprechen. In jedem Falle bleibt die Strahlrichtung in allen Stellungen der Düsennadel immer in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse, lediglich der Charakter des Strahles ändert sich mit zunehmendem Öffnungsquerschnitt.

Bekanntlich ist die Güte der Gemischbildung im Brennraum einer Brennkraftmaschine ausser von der Strahlcharakteristik auch wesentlich abhängig von der jeweiligen Kraftstoffstrahllage bzw. -richtung. Diesbezüglich wird es für verschiedene Gemischbildungsverfahren auch bereits lange als vorteilhaft angesehen, dem Kraftstoffstrahl beim Starten sowie im unteren Last- und /oder Drehzahlbereich des Motors eine Richtung zu geben, durch die eine grössere unmittelbare Kraftstoff-Luftvermischung erfolgt, während im oberen Last- und/oder Drehzahlbereich ein kompakter, mehr in Richtung zur Brennraumwand hin verlaufender Strahl erwünscht wird, um die bekannten gefährlichen Druckspitzen durch eine zu schnelle Verbrennung zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für Brennkraftmaschinen, die nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeiten, denn hier soll bei genügend erwärmter Brennraumwand ein grosser Teil des Kraftstoffes filmartig auf diese aufgebracht werden.

Um diese Forderungen zu erfüllen, wurde schon eine Reihe von Vorschlägen gemacht, die sich jedoch alle in irgendeiner Weise als nachteilig zeigten. So wurde beispielsweise durch die DT-PS1 014 382 eine Einrichtung zum Ablenken des Einspritzstrahles vorgeschlagen, bei der im B ereich des Strahles ein sich temperaturabhängig verstellender Leitkörper vorgesehen ist. Dieser Leitkörper besteht aus einem Bimetall oder ähnlichem und lenkt den Kraftstoff bei kaltem Brennraum in Richtung zur Brennraummitte hin, während er bei warmem BrennraumBn die Wand geführt wird. Die Einrichtung arbeitet rein teperaturab-hängig, die Strahlcharakteristik und der Einspritzdruck sind nicht berücksichtigt. Ausserdem ist sie sehr störanfällig.

Auch andere Vorschläge, wie die Drehung der Düse bei verschiedenen Lastbereichen des Motors haben sich wegen ihrer Kompliziertheit nicht durchgesetzt.

Wie bereits erwähnt, kann die Strahlencharakteristik relativ einfach durch Verwendung einer Zapfendüse geändert werden, wobei dieser auch noch den Vorteil anhaftet, dass der Kraftstoffdruck während des gesamten Einspritzvorganges nahezu unvermindert an der Düsenbohrung zur Verfügung steht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine als Zapfendüse ausgebildete Kraftstoff-Einspritzdüse der eingangs beschriebenen Art in einfacher, unkomplizierter Weise dahingehend zu verbessern, dass sich die Strahllage bzw. Strahlrichtung durch die jeweilige Stellung der Düsennadel selbsttätig über den gesamten Betriebsbereich oder über einen Teil dieses Bereiches eines Motors derart ändert, dass eine durchwegs gute Gemisch

bildung und damit Verbrennung erreicht wird. Als Unteraufgabe soll es angesehen werden, dass die Strahlrichtung entgegen aller bisher bekannten Ausführungen je nach den Einbaumöglichkeiten derart wählbar ist, dass sie entweder im unteren Drehzahl-und/oder Lastbereich oder bei Vollast in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse verläuft.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Düsenbohrung in ihrer Wand eine exzentrisch angeordnete Ausnehmung aufweist.

Durch die einfach herstellbare exzentrische Ausnehmung ist in jedem Falle eine Änderung der Strahlrichtung möglich. Wann und wie diese Änderung in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand des Motors erfolgen soll, lässt sich beliebig durch Ausführungsformen der Erfindung bewerkstelligen.

Erlauben es die Einbauverhältnisse für die Einspritzdüse,

dass bei Vollast des Motors und/oder im oberen Drehzahlbereich ein kompakter Einspritzstrahl in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse verlaufen soll und dass im unteren Drehzahl- und/ oder Lastenbereich ein Sprühstrahl erwünscht ist, der einen Winkel zur Längsachse der Düse bildet, so wird vorgeschlagen, dass durch Anpassung des Nadelhubes, der Länge der Düsenbohrung und der Form des Drosselzapfens bei voll geöffneter Düsennadel der Drosselzapfen vollkommen oder nahezu vollkommen ausserhalb der Düsenbohrung liegt und den gesamten Querschnitt der Düsenbohrung freigibt, und dass er bei teilgeöffneter Düsennadel weitgehend den Querschnitt der Düsenbohrung ausfüllend in die Düsenbohrung eintaucht. Mit anderen Worten heisst das, dass bei vollem Düsennadelhub der Strahl in der Düsenbohrung geformt wird, während er bei teilgeöffneter Düsennadel durch die Geometrie von Ausnehmung, Düsenbo-rung und Drosselzapfen bestimmt wird.

Soll, was wohl für die meisten Fälle zutreffend sein dürfte, im oberen Lastbereich des Motors der kompakte Kraftstoffstrahl einen Winkel zur Längsachse der Einspritzdüse bilden und im unteren Lastbereich der Sprühstrahl in Richtung der Längsachse verlaufen, so kann der Drosselzapfen bei voll geöffneter Düsennadel noch zu einem geringen Teil in die Düsenbohrung eingreifen , wobei die Ausnehmung zum Durchtritt der vollen Einspritzmenge bestimmt sein kann und kann bei teilgeöffneter Düsennadel zwischen dem Drosselzapfen und der Düsenbohrung ein geringes Spiel vorhanden sein. Wenn die Düsennadel in geöffnetem Zustand noch in die Düsenbohrung eingreift, wird die Ausbildung eines Strahles in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse verhindert.

Dafür kann die ausreichend gross dimensionierte Ausnehmung dem Kraftstoffstrahl eine Richtung geben, die durch die Geometrie des Drosselzapfens, des Spaltes und die Düsenbohrung bestimmt ist. Bei Beginn der Nadelöffnung hingegen wird durch das genannte geringe Spiel ein Sprühstrahl in Richtung der Längsachse erzeugt, der beim weiteren Oeffnen der Düsennadel durch langsames Wirksamwerden der Ausnehmung immer weiter in der gewünschten Richtung abgelenkt wird. Es sind somit alle Möglichkeiten einer Strahlrichtungsänderung im jeweils gewünschten Sinne möglich.

Die Ausnehmung selbst kann halbkreisförmig, rechteckför-mig oder quadratisch ausgebildet sein und über ihre gesamte Länge durchgehend gleich grossen oder in Richtung zum Dichtsitz hin einen zunehmend grösseren freien Querschnitt aufweisen. Sie kann ebenso, je nachdem, welchen Kraftstoffstrahl man erreichen will, über die gesamte Länge der Düsenbohrung oder nur über einen Teil derselben verlaufen. In letzterem Falle kann die Übergangsfläche von der Ausnehmung zur Düsenbohrung zweckmässigerweise konisch oder als mit einem spitzen Winkel zur Achse der Düse verlaufenden Ebene ausgebildet werden, wodurch sich eine günstigere Strahlumlenkung ergibt. Ebenso ist natürlich auch durch die Form des Drosselzapfenendes die Strahlrichtung, insbesondere jedoch die Strahlcharakteristik, veränderbar.

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Die Erfindung ist nachfolgend an einigen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den unteren Teil einer bereits etwas geöffneten Einspritzdüse nach der Erfindung, bei der bei 5 vollem Nadelhub der kompakte Einspritzstrahl in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse verläuft.

Fig. 2 einen Schnitt II-II durch die Einspritzdüse nach Fig. 1.

Fig. 3 und 4 Varianten zur Einspritzdüse nach Fig. 1.

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den unteren Teil einer io geschlossenen Einspritzdüse nach der Erfindung, bei der der kompakte Einspritzstrahl in einen Winkel zur Längsachse der Einspritzdüse verläuft.

Fig. 6 einen Schnitt VI-VI durch die Einspritzdüse nach Fig. 5.

15 Fig. 7 die Einspritzdüse nach Fig. 5 mit geringfügig angehobener Düsennadel.

Fig. 8 die Einspritzdüse nach Fig. 5 in voll geöffnetem Zustand und mit geringfügig abgeändertem Zapfen.

In den Figuren ist der untere Teil des Düsenkörpers mit I 20 bezeichnet, in dem eine Düsennadel 2 axial verschiebbar gelagert ist. Die Düsennadel 2 weist einen konischen Dichtsitz 3 und am unteren Ende einen zylindrischen Drosselzapfen 4 auf, der in eine im Düsenkörper 1 vorgesehene, zylindrische Düsenbohrung

5 eingreift, die in ihrer Wand eine Ausnehmung 6 aufweist.

25 Zwischen dem Düsenkörper 1 und der Düsennadel 2 ist ein freier Raum 7 für die Kraftstoffzufuhr vorgesehen.

Gemäss den Fig. 1 und 2 ist die Ausnehmung 6 als halbkreisförmige Ausnehmung mit gleichbleibendem freiem Querschnitt ausgebildet, die, vom Dichtsitz 3 aus gesehen, nur über einen Teil 30 der Düsenbohrung 5 parallel zu dieser verläuft und schliesslich durch die konische Dichtfläche 10 in sie einmündet. In der gezeigten Stellung der Düsennadel 2 entsteht durch die Form der Ausnehmung 6 bereits ein Sprühstrahl, dessen Sprühwinkel einerseits durch den am Drosselzapfen 4 angebrachten Kegel 8 35 und andererseits durch die konische Fläche 10 der Ausnehmung 6 bzw. die Wand der Düsenbohrung 5 begrenzt wird und dessen mittlere Richtung in jedem Falle unter einem Winkel a zur Längsachse x der Einspritzdüse verläuft. Beim weiteren Öffnen der Düsennadel 2 werden der Spritzwinkel und der Sprüh winkel 40 immer kleiner. Befindet sich die Düsennadel 2 schliesslich in ihrer Offenstellung, so liegt der Drosselzapfen 4 vollkommen oder nahezu vollkommen ausserhalb der Düsenbohrung 5, es entsteht ein kompakter Kraftstoff-Einspritzstrahl, der in Richtung der Längsachse x verläuft.

45 In Fig. 3 zieht sich die Ausnehmung 6 über die gesamte Länge der Düsenbohrung 5 und weist durchgehend gleich grossen freien Querschnitt auf. Die Wirkungsweise dieser Düse ist die gleiche wie nach Fig. 1, lediglich wird der Spritzwinkel a in der Anfangsdrosselstellung kleiner.

50 Nach Fig. 4 weist die Ausnehmung 6 in Richtung zum Dichtsitz 3 einen zunehmend grösseren freien Querschnitt auf, wodurch die einzuspritzende Kraftstoff menge, die Durchschlagkraft des Strahles und auch die Richtungsänderung den jeweils erforderlichen Verhältnissen besser angepasst werden kann. Die 55 übrige Arbeitsweise entspricht der, wie sie unter Fig. 1 bereits beschrieben wurde.

Die Fig. 5 bis 8 zeigen jeweils den unteren Teil einer Einspritzdüse, die zwar im Aussehen nahezu der Düse nach Fig. 1 entspricht, jedoch anders arbeitet. Bei dieser Ausführung lässt 60 man bewusst zwischen der Düsenbohrung 5 und dem Drosselzapfen 4 ein kleines Spiel 9. Die Düsenbohrung 5 und der Drosselzapfen 4 sind etwas länger gehalten und die Ausnehmung

6 weist, wie insbesondere aus Fig. 6 zu ersehen ist, einen wesentlich grösseren freien Querschnitt auf. Das freie Ende des

65 Drosselzapfens 4 ist hier als Kegelstumpf 12 ausgebildet. Im geschlossenen Zustand gemäss Fig. 5 liegt der Drosselzapfen 4 nahezu mit seiner ganzen Länge in der Düsenbohrung 5. Wird die Düsennadel 2 geringfügig von ihrem Dichtsitz 3 abgehoben, wie

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in Fig. 7 dargestellt ist, so wird bereits Kraftstoff durch die Ausnehmung 6 und das Spiel 9 in Form eines Sprühstrahles in den Zylinder bzw. Brennraum des Motors eingespritzt, der jedoch in Richtung der Längsachse x der Einspritzdüse verläuft.

Durch weiteres Anheben der Düsennadel 2 gibt der Drosselzapfen 4 die Ausnehmung 6 langsam frei, der Kraftstoff tritt nunmehr überwiegend durch diesen aus, wodurch der Strahl seine Richtung ändert, so dass der Winkel a grösser wird und schliesslich gemäss Fig. 8 die für die Vollast gewünschte Neigung zur Längsachse x der Einspritzdüse erhält, wenn die Düsennadel 2 voll geöffnet ist. In dieser Stellung taucht der Drosselzapfen 4

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immer noch geringfügig in die Düsenbohrung 5 ein, was einerseits zur Änderung der Strahlrichtung erforderlich ist und andererseits der Düsennadel 2 bzw. dem Drosselzapfen 4 eine Führung bzw. Abstützung gibt, denn durch den nur einseitig austre-

5 tenden Kaftstoff kann die Düsennadel 2 an die dem Spalt 6 gegenüberliegende Seite der Düsenbohrung 5 gedrückt werden. Um für den letztgenannten Fall evtl. auftretende Reibungskräfte möglichst klein zu halten, denn durch sie könnte das ordnungsgemässe Verschieben der Düsennadel 2 behindert werden,

10 erscheint es zweckmässig, den Durchmesser des Drosselzapfens 4 abzusetzen und nur den unteren, als Steuerschieber 11 dienenden Teil mit seinem grössten Durchmesser auszubilden (Fig. 8).

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Kraftstoff-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, die als Zapfendüse ausgebildet ist und eine in einem Düsenkörper axial verschiebbar gelagerte, durch den Druck des Kraftstoffes von ihrem Dichtsitz abhebbare Düsennadel aufweist, wobei die Düsennadel unterhalb ihres Dichtsitzes mit einem Drosselzapfen in eine zentrisch zur Längsachse der Einspritzdüse angeordnete Düsenbohrung eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenbohrung (5) in ihrer Wand eine exzentrisch angeordnete Ausnehmung (6) aufweist.
2. Kraftstoff-Einspritzdüsenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselzapfen (4) wenigstens während eines Teiles des Hubes der Düsennadel (2) in die Düsenbohrung (5) eintaucht.
3. Kraftstoff-Einspritzdüsenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) halbkreisförmig ausgebildet ist.
4. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) rechteckförmig oder quadratisch ausgebildet ist.
5. Kraftstoff-Einspritzdüsenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) überihre gesamte Länge einen durchgehend gleich grossen freien Querschnitt aufweist.
6. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) in Richtung zum Dichtsitz (3) hin einen zunehmend grösseren freien Querschnitt aufweist.
7. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) über die gesamte Länge der Düsenbohrung verläuft.
8. Kraftstoff-Einspritzdüsenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass-die Ausnehmung (6) - vom Dichtsitz (3) aus gesehen - nur über einen Teil der Länge der Düsenbohrung (5) verläuft.
9. Kraftstoff-Einspritzdüse nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Ausnehmung (6) bzw. ihr Übergang zur Düsenbohrung (5) als konische Fläche (10) ausgebildet ist.
10. Kraftstoff-Einspritzdüse nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Ausnehmung (6) bzw. ihr Übergang zur Düsenbohrung (5) als in einem spitzen Winkel zur Längsachse (x) der Einspritzdüse verlaufende Ebene ausgebildet ist.
11. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche des Dosseizapfens (4) als ebene Fläche ausgebildet ist.
12. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des Drosselzapfens (4) als Kegel (8), Kegelstumpf (12) oder Kugelkalotte ausgebildet ist.
13. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselzapfen (4) nur an seinem freien Ende in geringer Länge seinen maximalen Durchmesser aufweist.
14. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei voll geöffneter Düsennadel (2) der Drosselzapfen (4) vollkommen oder nahezu vollkommen ausserhalb der Düsenbohrung (5) liegt und den gesamten oder fast gesamten Querschnitt der Düsenbohrung freigibt, und dass er beim Eintauchen in die Düsenbohrung (5) weitgehend den Querschnitt der Düsenbohrung ausfüllt.
15. Kraftstoff-Einspritzdüse nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselzapfen (4) bei voll geöffneter Düsennadel (2) noch zu einem geringen Teil in die Düsenbohrung (5) eingreift, wobei die Ausnehmung (6) zum Durchtritt der vollen Einspritzmenge bestimmt ist und dass bei teilgeöffneter Düsennadel (2) zwischen dem Drosselzapfen (4) und der Düsenbohrung (5) ein geringes Spiel (9) vorhanden ist, um einen Querschnitt für eine reduzierte Einspritzmenge zu bilden.

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