DD147134A1 - Fuel injection nozzle - Google Patents
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Abstract
Waehrend das Ziel der Erfindung in der Bereitstellung einer Kraftstoff-Einspritzduese fuer selbstzuendende oder fremdgezuendete Brennkraftmaschinen liegt, die eine bessere Gemischbildung und Verbrennung ermoeglicht, besteht die Aufgabe darin, eine bekannte Einspritzduese dahingehend weiter zu entwickeln, dasz durch sie der Kraftstoff bei Leerlauf und im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich moeglichst gut zerstaeubt und im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich als kompakter Strahl in den Brennraum eingespritzt wird. Als Loesung hierzu wird nunmehr vorgeschlagen,dasz zwischen der Mittelbohrung und dem Drosselzapfen ein Ringspalt vorgesehen ist, dasz die Queroeffnung o. Querbohrung bei geschlossener Duesennadel mit Ueberdeckung in die Mittelbohrung einmuendet u. erst nach einem bestimmten Hub der Duesennadel den Druckraum mit der Laengsbohrung verbindet, und dasz der Drosselzapfen auch bei voll geoeffneter Duesennadel ueber nahezu die gesamte Laenge der Mittelbohrung in diese eintaucht.While the object of the invention is to provide a fuel injector for self-igniting or externally-fired internal combustion engines which allows for better mixture formation and combustion, the object is to further develop a known injector such that the fuel at idle and at the bottom Speed and / or load area as well as possible atomized and injected in the upper speed and / or load range as a compact jet into the combustion chamber. As a solution to this, it is now proposed that an annular gap is provided between the central bore and the throttle pin, which introduces the transverse opening or transverse bore into the central bore when the nozzle needle is closed, and covers it. only after a certain stroke of the nozzle needle connects the pressure chamber with the Laengsbohrung, and dasz the throttle pin is immersed in fully open Duesennadel over almost the entire length of the central bore in this.
Description
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Kraftstoff-Einspritzdüse Anwendungsgebiet der ErfindungFuel injection nozzle Field of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzdüse für selbstzündende oder fremdgezündete Brennkraftmaschinen.The invention relates to a fuel injection nozzle for self-igniting or spark-ignited internal combustion engines.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of the known technical solutions
Nach dem DE-GM 7 538 166 ist bereits eine Kraftstoff-Einspritzdüse für selbstzündende oder fremdgezündete Brennkraftmaschinen, mit einer im Düsenkörper axial verschiebbar gelagerten, am brennraumseitigen Ende einen in einer Mittelbohrung des Düsenkörpers verschiebbaren Drosselzapfen versehen Düsennadel und einem zwischen dem Dichtsitz und dem Drosselzapfen bzw. der Mittelbohrung angeordneten Druckraum bekannt, wobei im Drosselzapfen eine Längsbohrung und eine mit dieser in Verbindung stehende Queröffnung oder Querbohrung angebracht ist.According to DE-GM 7 538 166 is already a fuel injector for self-igniting or spark-ignition internal combustion engines, with a nozzle body axially slidably mounted at the combustion chamber end a displaceable in a central bore of the nozzle body throttle pin provided nozzle needle and a between the sealing seat and the throttle pin or ., the central bore arranged pressure chamber known, wherein in the throttle pin, a longitudinal bore and an associated with this transverse opening or transverse bore is mounted.
Hierbei mündet die mit der Längsbohrung verbundene Querbohrung bei geschlossener Düsennadel in den Druckraum und der Drosselzapfen gleitet dichtend in der im Düsenkörper vorgesehenen Mittelbohrung. tfird die Düsennadel auch nur geringfügig von ihrem Sitz abgehoben, so gelangt Kraftstoff in den Druckraum und es wird durch die Querbohrung und die Längsbohrung eine Kraftstoff-Vormenge in Form eines gebündelten Strahles in den Brennraum eingespritzt. Öffnet sich die Düsennadel weiter, so entsteht zwischen der Mittelbohrung und dem konisch ausgebildeten Drosselzapfen ein Ringspalt, durch den die Einspritzmenge erhöht wird. Erst wenn die Düsennadel voll geöffnet ist und derHere, the transverse bore connected to the longitudinal bore opens when the nozzle needle is closed in the pressure chamber and the throttle pin slides sealingly in the nozzle bore provided in the center bore. If the nozzle needle is lifted even slightly from its seat, fuel enters the pressure chamber and a fuel mixture in the form of a bundled jet is injected into the combustion chamber through the transverse bore and the longitudinal bore. If the nozzle needle continues to open, an annular gap arises between the central bore and the conical throttle pin, increasing the injection quantity. Only when the nozzle needle is fully open and the
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Drosselzapfen aus der Mittelbohrung auataucht, wird der gesamte Spritzquerschnitt freigegeben, es erfolgt die Haupteinspritzung.Throttle pin out of the center hole auataucht, the entire injection cross section is released, it is the main injection.
Da der Hub der Düsennadel abhängig vom jeweiligen Drehzahl— und /oder Lastbereich des Motors ist5 wird der Kraftstoff in jedem Falle in allen Betriebsbereichen in Form eines mehr oder weniger stark gebündelten Strahles eingespritzt, wobei es von Bedeutung ist, ob der Drosselzapfen ganz austaucht oder nicht»Since the stroke of the nozzle needle is dependent on the respective speed and / or load range of the engine 5 , the fuel is injected in each case in all operating ranges in the form of a more or less concentrated beam, where it is important whether the throttle pin completely immersed or Not"
Nun arbeitet aber ein großer Teil der heute auf dem Markt befindlichen direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen nach dem Prinzip, daß die im Kolbenbrennraum eingebrachte Verbrennungsluft stark verwirbelt wird bzw. eine Drehbewegung um die Brennraumlängsachse ausführt und der Kraftstoff dann filmartig unmittelbar auf die Brennraumwand oder zumindest nahe derselben eingespritzt wird· Bei diesem Verfahren stellte sich heraus, daß im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich durch einen kompakten, gebündelten Kraftstoffstrahl nahezu optimale Motordaten erzielbar sind, wobei insbesondere die Gangruhe und die Abgasqualität hervorzuheben sind» Taucht in diesem Bereich der Drosselzapfen voll aus der Mittelbohrung aus, so kann die gewünschte optimale Einspritzdauer und auch die Kompaktheit des Strahles nicht mehr erreicht werden.But now works a large part of the currently on the market directly injecting internal combustion engines according to the principle that the combustion chamber introduced in the combustion air is greatly swirled or performs a rotational movement about the longitudinal axis of the combustion chamber and the fuel then injected directly like a film on the combustion chamber wall or at least close to the same In this method, it has been found that in the upper speed and / or load range by a compact, concentrated fuel jet almost optimal engine data can be achieved, in particular, the quietness and the exhaust quality are to be emphasized »immersed in this area of the throttle pinion fully from the center hole out, so the desired optimum injection duration and the compactness of the beam can not be achieved.
Dies gilt insbesondere für kleinere,- hochdrehende Motoren, für die die kleinsten technologisch fertigbaren Düsenbohrungen bzwο Mittelbohrungen noch zu groß sind» Es ergibt sich daher die Notwendigkeit, den Querschnitt derThis applies in particular to smaller, high - revving engines, for which the smallest technologically manufacturable nozzle bores or center bores are still too large
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Mittelbohrung durch das Verbleiben der Spitze des Drosselzapfens in der Mittelbohrung zu verengen, damit der Kraftstoffstrahl mit genügender Energie in den Brennraum eingespritzt wird. Hierdurch wiederum tritt der Strahl auch bei Vollast des Motors durch einen Ringspalt aus, was eine unerwünschte noch größere Zerstäubung bedeutet. Die Polgen sind höhere Rauchwerte bei gleicher Last und härterer Gang des Motors.Narrow the central bore by leaving the tip of the throttle pin in the center hole so that the fuel jet is injected into the combustion chamber with sufficient energy. As a result, in turn, the beam exits through an annular gap at full load of the engine, which means an undesirable even greater atomization. The poles are higher smoke values at the same load and harder gear of the engine.
Bei Leerlauf sowie im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich hingegen hat sich bei den genannten Brennkraftmaschinen gezeigt, daß, insbesondere im kalten Zustand, eine schlechte Verbrennung mit Blauchrauchbildung und ein unrunder Lauf auftritt. Zu beseitigen sind diese Mangel, indem der Kraftstoff gut zerstäubt in die Verbrennungsluft eingebracht wird, so daß eine bessere und schnellere Gemischaufbereitung erfolgt. Somit wird mit der bekannten Einspritzdüse genau das Gegenteil erreicht als man erreichen will.At idle and in the lower speed and / or load range, however, has been shown in the said engine that, especially in the cold state, a poor combustion with Blauchrauchbildung and a non-circular run occurs. To eliminate these deficiencies by the fuel is well atomized introduced into the combustion air, so that a better and faster mixture preparation takes place. Thus, with the known injector exactly the opposite is achieved as one wants to achieve.
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Kraftstoff-Einspritzdüse, welche eine bessere Gemischbildung und Verbrennung ermöglicht.The aim of the invention is to provide a fuel injection nozzle, which enables better mixture formation and combustion.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoff-Einspritzdüse der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie die beschriebenen For-The object of the present invention is to further develop a fuel injection nozzle of the type described above in such a way that it fulfills the described requirements.
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derungen erfüllt, d. h. daß durch sie der Kraftstoff bei Leerlauf und im unteren Drehzahl-= und/oder Lastbereich möglichst gut zerstäubt und im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich als kompakter Strahl in den Brennraum eingespritzt wird.fulfilled, d. H. that as far as possible atomized by the fuel at idle and in the lower speed = and / or load range and injected in the upper speed and / or load range as a compact jet into the combustion chamber.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Mittelbohrung und dem Drosselzapfen ein Ringspalt vorgesehen ist, daß die Queröffnung oder Querbohrung bei geschlossener Düsennadel mit Überdeckung in die Mittelbohrung einmündet und erst nach einem bestimmten Hub der Düsennadel den Druckraum mit der Längsbohrung verbindet, und daß der Drosselzapfen auch bei voll geöffneter Düsennadel über nahezu die gesamte Länge der Mittelbohrung in diese eintaucht.According to the invention the object is achieved in that an annular gap is provided between the central bore and the throttle pin, that the transverse opening or transverse bore opens with closed nozzle needle with coverage in the central bore and only after a certain stroke of the nozzle needle connects the pressure chamber with the longitudinal bore, and that the throttle pin is immersed in fully open nozzle needle over almost the entire length of the central bore in this.
Sobald sich bei dieser Ausführung die Düsennadel geringfügig von ihrem Dichtsitz abhebt, gelangt der Kraftstoff in den Druckraum und wird durch d.en Ringspalt zwischen der Mittelbohrung und dem Drosselzapfen als - ringförmiger Strahl zerstäubt und mit relativ großer Oberfläche in den Brennraum eingebracht. Die große Oberfläche ergibt eine große Berührungsfläche mit der Verbrennungsluft und damit eine schnellere unmittelbare Vermischung mit dieser. Es erfolgt also eine schnellere Gemischbildung. Mit steigender Motordrehzahl und/oder Last wird mehr Kraftstoff eingespritzt, die Düsennadel hebt sich v/eiter vom Dichtsitz ab, bis die Oberkante der Queröffnung die Unterkante des Druckraumes erreicht und schließlich bei Vollast mit ihrem gesamten Querschnitt in den Druckraum einmündet« Nun wirdAs soon as the nozzle needle lifts slightly off its sealing seat in this embodiment, the fuel passes into the pressure chamber and is atomized through the annular gap between the central bore and the throttle pin as an annular jet and introduced into the combustion chamber with a relatively large surface area. The large surface provides a large contact surface with the combustion air and thus a faster immediate mixing with this. So there is a faster mixture formation. With increasing engine speed and / or load, more fuel is injected, the nozzle needle lifts more and more from the sealing seat until the upper edge of the transverse opening reaches the lower edge of the pressure chamber and finally opens at full load with its entire cross section in the pressure chamber
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der Kraftstoff durch die Queröffnung und die Längsbohrung als kompakter Strahl in den Brennraum eingespritzt und kann so, sofern es erwünscht ist, an die Brennraumwand gelangen und sich dort als dünner Film ausbreiten. Daß der Drosselzapfen auch bei voll geöffneter Düsennadel noch nahezu über die gesamte Länge der Mittelbohrung in diese eintaucht, hat den Zweck, daß sich der Streustrahl nicht vergrößert.the fuel injected through the transverse opening and the longitudinal bore as a compact jet in the combustion chamber and can, if desired, get to the combustion chamber wall and spread there as a thin film. That the throttle pin is immersed even with fully open nozzle needle almost over the entire length of the central bore in this, has the purpose that the scattered beam does not increase.
Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, der Queröffnung auch andere Formen zu geben, um den Übergang von der Einspritzung durch den Ringspalt zur Einspritzung durch die Längsbohrung zu verbessern. Als Beispiel wird eine rechteckige Form vorgeschlagen, damit der Übergang schneller erfolgen kann. Der Abstand zwischen dem Druckraum und der dem Druckraum zugekehrten Kante der Queröffnung, das ist die sogenannte Überdeckung, beträgt bei geschlossener Düsennadel je nach den gewünschten Verhältnissen zwischen 0,1 und 0,5 mm.As a further development of the invention, it is proposed to give the transverse opening also other shapes in order to improve the transition from the injection through the annular gap for injection through the longitudinal bore. As an example, a rectangular shape is proposed so that the transition can be made faster. The distance between the pressure chamber and the pressure chamber facing edge of the transverse opening, which is the so-called overlap, is with closed nozzle needle depending on the desired ratios between 0.1 and 0.5 mm.
Sofern größere Kraftstoffmengen eingespritzt werden sollen, wird nach der Erfindung schließlich noch vorgeschlagen, den Drosselzapfen derart auszubilden, daß sich sein Durchmesser von der Queröffnung an bis zu seinem freien Ende hin konisch verjüngt oder daß er von der Queröffnung bis zu seinem freien Ende einen abgesetzten, kleineren Durchmesser aufweist. Hierdurch entsteht zwar im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich wieder eine verstärkte Ringspalteinspritzung, die jedoch auf Grund der größeren Kraftstoffmenge und des Druckes zusammen mit dem durch die·Längsbohrung austretenden Strahl praktisch wieder ei-If larger amounts of fuel to be injected, it is finally proposed according to the invention, the throttle pin in such a way that its diameter tapers conically from the transverse opening to its free end or that he from the transverse opening to its free end a remote, smaller diameter. Although in the upper speed and / or load range this results in an increased annular gap injection, which due to the larger quantity of fuel and the pressure together with the jet emerging through the longitudinal bore practically again
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nen kompakten Strahl ergibt» AugfUhrungsbeispiel A compact beam results in » ope
Die Erfindung soll nachstehend an vier Ausführungsbeispielen näher erläutert werden« In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to four exemplary embodiments.
Figo 1 bis 4 jeweils einen Längsschnitt durch den brennraumseitigen Teil einer Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Erfindung,1 to 4 each show a longitudinal section through the combustion chamber side part of a fuel injection nozzle according to the invention,
Pig» 5 den Schnitt V-V durch die Einspritzdüse nach Fig* 1s Pig »5 the section VV through the injection nozzle according to Fig * 1 s
Fig. 6 den Schnitt VI-VI durch die Einspritzdüse nach Fig. 2.6 shows the section VI-VI through the injection nozzle of FIG .. 2
Gemäß den Fig. 1 bis 4 ist in einem Dusenkörper 1 eine Düsennadel 2 in axialer Richtung verschiebbar gelagert, die im geschlossenen Zustand mit einem Dichtsitz 3 am Düsenkörper 1 anliegt und mit einem Drosselzapfen 4 so in eine Mittelbohrung 5 des Düsenkörpers 1 eintaucht, daß ein Ringspalt 6 entsteht. Zwischen dem Dichtsitz 3 und der Mittelbohrung 5 bzw* dem Drosselzapfen 4 ist ein Druckraum 7 vorgesehen. Der Drosselzapfen 4 weist eine Längsbohrung 8 auf, die in einer Queröffnung 9 endet, deren Oberkante im geschlossenen Zustand der Düsennadel 2 in einem Abstand 10 unterhalb des Druckraumes 7 in die Mittelbohrung 5 einmündet. '1 to 4, a nozzle needle 2 is slidably mounted in a nozzle body 1 in the axial direction, which rests in the closed state with a sealing seat 3 on the nozzle body 1 and with a throttle pin 4 so immersed in a central bore 5 of the nozzle body 1 that a Annular gap 6 is created. Between the sealing seat 3 and the central bore 5 and * the throttle pin 4, a pressure chamber 7 is provided. The throttle pin 4 has a longitudinal bore 8, which ends in a transverse opening 9, the upper edge opens in the closed state of the nozzle needle 2 at a distance 10 below the pressure chamber 7 in the central bore 5. '
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Wie aus den Pig. 1 und 5 zu ersehen ist, hat die Queröffnung 9 kreisrunden Querschnitt.Like the pig. 1 and 5 can be seen, the transverse opening 9 has a circular cross-section.
Nach den Pig· 2 und 6 ist die Queröffnung 9 rechteckförmig ausgebildet, wodurch beim Öffnen der Düsennadel 2 ein schneller Übergang von der Einspritzung durch den Ringspalt 6 zur Einspritzung durch die Längsbohrung 8 möglich ist.According to FIGS. 2 and 6, the transverse opening 9 is of rectangular design, whereby a rapid transition from the injection through the annular gap 6 for injection through the longitudinal bore 8 is possible upon opening of the nozzle needle 2.
Die Ausführung nach Pig. 3 unterscheidet sich von den beschriebenen Einspritzdüsen dadurch, daß der Durchmesser des Drosselzapfens 4 von der Queröffnung 9 an bis zu seinem freien Ende hin einen abgesetzten Durchmesser aufweist. Dies hat den Vorteil, daß bei geöffneter Düsennadel 2 eine größere Menge Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt werden kann·The execution after Pig. 3 differs from the injection nozzles described in that the diameter of the throttle pin 4 has from the transverse opening 9 to a free end to its free end. This has the advantage that when the nozzle needle 2 is open, a larger amount of fuel can be injected into the combustion chamber.
Das gleiche wird durch die Einspritzdüse gemäß Pig. 4 erreicht, bei der sich der Drosselzapfen 4 von der Queröffnung 9 an bis zu seinem freien Ende hin im Durchmesser verjüngt«.The same is done by the injector according to Pig. 4 reaches, in which the throttle pin 4 tapers from the transverse opening 9 to its free end in diameter «.
Zu bemerken ist noch, daß alle Drosselzapfen 4 so weit aus dem Düsenkörper 1 herausragen, daß sie bei geöffneter Düsennadel 2 die Mittelbohrung 5 noch nahezu ausfüllen.It should also be noted that all throttle pin 4 so far protrude from the nozzle body 1, that they almost fill the central bore 5 with open nozzle needle 2.
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