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EP1117928B1 - Kraftstoffeinspritzdüse - Google Patents

Kraftstoffeinspritzdüse Download PDF

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EP1117928B1
EP1117928B1 EP99969475A EP99969475A EP1117928B1 EP 1117928 B1 EP1117928 B1 EP 1117928B1 EP 99969475 A EP99969475 A EP 99969475A EP 99969475 A EP99969475 A EP 99969475A EP 1117928 B1 EP1117928 B1 EP 1117928B1
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EP
European Patent Office
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injection
injection holes
fuel
nozzle
recess
Prior art date
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Application number
EP99969475A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1117928A1 (de
Inventor
Hakan Yalcin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1117928A1 publication Critical patent/EP1117928A1/de
Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector for Internal combustion engines in the preamble of claim 1 mentioned type.
  • Such injectors are in particular at direct injection internal combustion engines in general Use.
  • the injection nozzle In the injection system of an internal combustion engine with fuel injection, especially with direct fuel injection, the injection nozzle has the task of the combustion chamber to supply the engine with fuel in a targeted and metered manner.
  • the type of fuel processing by the injector and the course of the injection process affect the Burning in the combustion chamber considerably.
  • a fuel injector essentially consists of two Parts, the nozzle body and the nozzle needle.
  • the nozzle needle is axially movable in the nozzle body.
  • a free space is provided between the front part of the nozzle needle and the inner wall of the nozzle body.
  • Common rail injection are systems where the fuel from a high pressure pump in a common to all cylinders of the engine Pressure accumulator is conveyed from which the injectors be supplied to the individual cylinders.
  • the Pre-injection (pilot injection) of a very small amount of fuel before the actual injection (main injection) improves the combustion process in such systems especially with regard to noise and exhaust gas behavior. Due to the small amount of fuel, the Pre-inject the nozzle needle very little from its seat in the nozzle body, the conical sealing surface. Centering therefore have a particularly strong impact.
  • Document DE 197 26 099 A1 describes a fuel injection nozzle known in the area of the injection holes a circular recess portion is provided which serves to round the injection holes in the upper area different from rounding the injection holes in the lower one Shaping area and thereby the fuel injection vary according to a change in fuel pressure.
  • a fuel injection valve known with a nozzle tip in the above Injection holes a cylindrical step is introduced. The The step serves to end the seat of the nozzle needle to specify exactly.
  • an injection valve with a cylindrical recess known in a nozzle tip is an injection valve with a cylindrical recess known in a nozzle tip.
  • the tip of this injector has the shape of a cylindrical valve section on that the cylindrical recess in the nozzle tip seals.
  • the injection holes will be here via channels arranged in the tip of the nozzle needle are supplied with fuel.
  • the invention has for its object the aforementioned Design the injector so that the fuel always with the intended even distribution in the Combustion chamber of the internal combustion engine is injected.
  • the invention is accordingly a cylindrical recess in the interior of the nozzle body in the area of the injection holes characterized.
  • the recess is, on the one hand, that the transition from the interior of the No longer the nozzle body to the respective injection hole is sharp-edged and therefore the fuel with less turbulence is injected into the injection holes.
  • It also has special shape the advantage that around the cone at the top the nozzle needle creates an annular channel that when lifting the Nozzle needle to supply the injection holes evenly with fuel, even if the nozzle needle is not precise is centered. This advantage is particularly important when injecting of small amounts of fuel such as the pre-injection is important.
  • the drawing shows the tip of a fuel injector on average.
  • Injection holes 14 formed in the tip 10 are radially circumferential at a certain angle (to the axis of the nozzle body 12 Injection holes 14 formed.
  • Through the series of injection holes 14 becomes the fuel with the injector open in the well known manner under pressure in the Combustion chamber of the internal combustion engine injected, the arrangement of the injection holes 14 the atomization pattern of the Determined fuel.
  • the nozzle needle 20 has on it Tip a cone 22 with which when the injector is closed, in the area of the injection holes 14 and especially in the flow direction of the fuel above thereof on a conical sealing surface 16 in the tip 10 of the Nozzle body 12 abuts.
  • the conical sealing surface 16 forms a seat for the cone 22 so that when the injector is closed no fuel from the interior 18 between the Nozzle needle 20 and the nozzle body 12 to the injection holes 14 arrives.
  • the inside of the tip 10 of the nozzle body 12 is worked out in a cylindrical manner such that a cylindrical recess 30 is formed in the tip 10.
  • the cylindrical recess 30 runs in the area of the injection holes 14 and in the area of the conical sealing surface 16 in an annular manner around the cone 22 of the nozzle needle 20, the conical sealing surface 16 above the injection holes 14 being maintained at least to the extent that the seal is secured when the injection nozzle is closed ,
  • the recess 30 has essentially the shape of a circular cylinder around the axis of the nozzle body 12.
  • the cylinder jacket 32 of the recess 30 runs essentially parallel to the axis of the nozzle body 12.
  • the cover surface 34 of the circular cylinder adjoining the cylinder jacket can be a flat circular surface, so that the angle between the cylinder jacket 32 and the top surface 34 is 90 °.
  • the annular circumferential, cylindrical recess 30 the inside of the tip 10 can be made by any suitable method be formed, for example by drilling, Grinding, milling, an erosion process such as die sinking EDM, Laser cutting and the like.
  • the interior of the nozzle body 12 in the otherwise essentially conical tip 10 in the surroundings of the injection holes 14 are cylindrical.
  • the injection holes 14 can be in the area of the corner between the cylinder jacket 32 and the top surface 34 of the Recess 30 forming circular cylinder can be arranged as it is shown in the drawing, or they can be above in the area of the cylinder jacket 32 at a distance from the corner between the cylinder jacket 32 and the top surface 34 of the inside of the nozzle body 12 go out.
  • the recess 30 reduces the angle in any case the individual injection holes 14 with the inner wall of the tip 10 of the nozzle body 12 form. While the angle between the axis of the individual injection holes 14 and the conical Inner wall of the tip 10 without the recess 30 is 90 ° and often even more pointed, i.e. is less than 90 °, is the angle between the individual injection holes 14 and the inner wall the recess 30 considerably larger than 90 ° and thus pretty dull. The transition between the interior of the nozzle body 12 to the individual injection holes 14 is thereby less sharp-edged and there is less turbulence when the fuel is introduced into the injection holes.
  • cylindrical recess 30 um the cone 22 of the nozzle needle 20 from an annular channel which at Lift off the nozzle needle 20 at the beginning of the injection and during the injection also with respect to centering errors the nozzle needle 20 a uniform supply of the injection holes 14 with fuel and thus a uniform atomization pattern of fuel guaranteed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für Verbrennungsmotoren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Solche Einspritzdüsen sind insbesondere bei direkteinspritzenden Verbrennungsmotoren allgemein in Gebrauch.
Im Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffeinspritzung, insbesondere bei der Kraftstoff-Direkteinspritzung, hat die Einspritzdüse die Aufgabe, den Brennraum des Motors gezielt und dosiert mit Kraftstoff zu versorgen. Die Art der Kraftstoffaufbereitung durch die Einspritzdüse und der Verlauf des Einspritzvorgangs beeinflussen die Verbrennung im Brennraum erheblich.
Eine Kraftstoffeinspritzdüse besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, dem Düsenkörper und der Düsennadel. Die Düsennadel ist axial beweglich in den Düsenkörper eingesetzt. An der Spitze des Düsenkörpers, die in den Brennraum des Verbrennungsmotors ragt, ist radial umlaufend eine Anzahl von Einspritzlöchern ausgebildet, die von der beweglichen Düsennadel verschlossen bzw. freigegeben werden, wozu ein Konus am vorderen Ende der Düsennadel an eine konische Dichtfläche in der Spitze des Düsenkörpers gedrückt wird bzw. von dieser Dichtfläche abhebt.
Damit der Kraftstoff zu den Einspritzlöchern strömen kann, ist zwischen dem vorderen Teil der Düsennadel und der Innenwand des Düsenkörpers ein Freiraum vorgesehen.
Bei geschlossener Einspritzdüse, wenn der Konus der Düsennadel an der konischen Dichtfläche des Düsenkörpers anliegt, ist die Düsennadel durch diese Anlage im Düsenkörper zentriert. Beim Abheben der Düsennadel von der konischen Dichtfläche neigt die dann frei in die Spitze des Düsenkörpers ragende Düsennadel jedoch dazu, von der exakt zentrierten Lage abzuweichen. Das hat zur Folge, daß die umlaufenden Einspritzlöcher nicht gleichmäßig freigegeben werden, was wiederum zu einer unsymmetrischen Strahlausbildung führt, die den Verbrennungsverlauf und die Emissionswerte ungünstig beeinflußt.
Dieser Nachteil tritt insbesondere bei Common-Rail-Einspritzsystemen mit Voreinspritzung in Erscheinung. Common-Rail-Einspritzsysteme sind Systeme, bei denen der Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe in einen allen Zylindern des Motors gemeinsamen Druckspeicher befördert wird, von dem aus die Einspritzventile an den einzelnen Zylindern versorgt werden. Die Voreinspritzung (Piloteinspritzung) einer sehr kleinen Kraftstoffmenge vor der eigentlichen Einspritzung (Haupteinspritzung) verbessert bei solchen Systemen den Verbrennungsvorgang insbesondere hinsichtlich Geräuschentwicklung und Abgasverhalten. Aufgrund der kleinen Kraftstoffmenge hebt bei der Voreinspritzung die Düsennadel nur sehr wenig von ihrem Sitz im Düsenkörper, der konischen Dichtfläche, ab. Zentrierungsfehler wirken sich daher besonders stark aus.
Aus dem Dokument DE 197 26 099 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse bekannt, bei der im Bereich der Einspritzlöcher ein kreisförmiger Aussparungsabschnitt vorgesehen ist, der dazu dient, die Rundungen der Einspritzlöcher im oberen Bereich unterschiedlich zur Rundung der Einspritzlöcher im unteren Bereich zu formen und dadurch die Kraftstoffeinspritzung gemäss einer Änderung des Kraftstoffdrucks zu variieren. Aus dem Dokument GB 2 223 270 A ist ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer Düsenspitze bekannt, in der oberhalb von Einspritzlöchern eine zylindrische Stufe eingebracht ist. Die Stufe dient dazu, das Ende einer Sitzfläche der Düsennadel genau festzulegen. Schließlich ist aus dem Dokument GB 2 158 151 A ein Einspritzventil mit einer zylindrischen Ausnehmung in einer Düsenspitze bekannt. Die Düsenspitze bei diesem Einspritzventil weist die Form eines zylindrischen Ventilstückabschnittes auf, das die zylindrische Ausnehmung in der Düsenspitze dichtend abschließt. Die Einspritzlöcher werden hierbei über Kanäle, die in der Spitze der Düsennadel angeordnet sind, mit Kraftstoff versorgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Einspritzdüse so auszugestalten, daß der Kraftstoff immer mit der vorgesehenen gleichmäßigen Verteilung in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der im Patenanspruch 1 angegebenen Einspritzdüse gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einspritzdüse sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung ist demnach durch eine zylinderförmige Aussparung im Innenraum des Düsenkörpers im Bereich der Einspritzlöcher gekennzeichnet. Vorteil dieser ringförmig umlaufenden Aussparung ist zum einen, daß der Übergang vom Innenraum des Düsenkörpers zum jeweiligen Einspritzloch nicht mehr so scharfkantig ist und somit der Kraftstoff mit geringeren Turbulenzen in die Einspritzlöcher geleitet wird. Zudem hat diese besondere Form den Vorteil, daß um den Konus an der Spitze der Düsennadel ein Ringkanal entsteht, der beim Abheben der Düsennadel ein gleichmäßiges Beliefern der Einspritzlöcher mit Kraftstoff ermöglicht, auch wenn die Düsennadel nicht exakt zentriert ist. Dieser Vorteil ist besonders beim Einspritzen von geringen Kraftstoffmengen wie beispielsweise bei der Voreinspritzung von Bedeutung.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt die Spitze einer Kraftstoffeinspritzdüse im Schnitt.
In der Zeichnung ist die in den Brennraum eines Verbrennungsmotors ragende, im wesentlichen konusförmige Spitze 10 des Düsenkörpers 12 einer Kraftstoffeinspritzdüse vergrößert im Schnitt dargestellt. In der Spitze 10 sind radial umlaufend unter einem bestimmten Winkel(zur Achse des Düsenkörpers 12 Einspritzlöcher 14 ausgebildet. Durch die Reihe von Einspritzlöchern 14 wird der Kraftstoff bei geöffneter Einspritzdüse in der allgemein bekannten Art unter Druck in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt, wobei die Anordnung der Einspritzlöcher 14 das Zerstäubungsbild des Kraftstoffs bestimmt.
Im Düsenkörper 12 der Einspritzdüse ist axial beweglich eine Düsennadel 20 angeordnet. Die Düsennadel 20 weist an ihrer Spitze einen Konus 22 auf, mit dem sie, wenn die Einspritzdüse geschlossen ist, im Bereich der Einspritzlöcher 14 und insbesondere in Strömungsrichtung des Kraftstoffes oberhalb davon an einer konischen Dichtfläche 16 in der Spitze 10 des Düsenkörpers 12 anliegt. Die konische Dichtfläche 16 bildet einen Sitz für den Konus 22, so daß bei geschlossener Einspritzdüse kein Kraftstoff aus dem Innenraum 18 zwischen der Düsennadel 20 und dem Düsenkörper 12 zu den Einspritzlöchern 14 gelangt.
Im Bereich der Einspritzlöcher 14 ist die Innenseite der Spitze 10 des Düsenkörpers 12 zylinderförmig derartig ausgearbeitet, daß eine zylinderförmige Aussparung 30 in der Spitze 10 entsteht. Die zylinderförmige Aussparung 30 läuft im Bereich der Einspritzlöcher 14 und im Bereich der konischen Dichtfläche 16 ringförmig um den Konus 22 der Düsennadel 20 herum, wobei die konische Dichtfläche 16 oberhalb der Einspritzlöcher 14 zumindest so weit erhalten bleibt, daß die Abdichtung bei geschlossener Einspritzdüse gesichert ist.
Die Aussparung 30 hat im wesentlichen die Form eines Kreiszylinders um die Achse des Düsenkörpers 12. Der Zylindermantel 32 der Aussparung 30 verläuft im wesentlichen parallel zur Achse des Düsenkörpers 12. Die an den Zylindermantel anschließende Deckfläche 34 des Kreiszylinders kann eine ebene Kreisfläche sein, so daß der Winkel zwischen Zylindermantel 32 und Deckfläche 34 90° beträgt.
Die ringförmig umlaufende, zylinderförmige Aussparung 30 an der Innenseite der Spitze 10 kann durch jedes geeignete Verfahren ausgebildet werden, beispielsweise durch Bohren, Schleifen, Fräsen, ein Erosionsverfahren wie Senkerodieren, Laserschneiden und dergleichen.
Durch die Aussparung 30 wird der Innenraum des Düsenkörpers 12 in der ansonsten im wesentlichen konischen Spitze 10 in der Umgebung der Einspritzlöcher 14 zylinderförmig ausgebildet. Die Einspritzlöcher 14 können dabei im Bereich der Ecke zwischen dem Zylindermantel 32 und der Deckfläche 34 des die Aussparung 30 bildenden Kreiszylinders angeordnet sein, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, oder sie können weiter oben im Bereich des Zylindermantels 32 in einem Abstand von der Ecke zwischen dem Zylindermantel 32 und der Deckfläche 34 von der Innenseite des Düsenkörpers 12 nach außen abgehen.
Die Aussparung 30 vermindert in jedem Fall den Winkel, den die einzelnen Einspritzlöcher 14 mit der Innenwand der Spitze 10 des Düsenkörpers 12 bilden. Während der Winkel zwischen der Achse der einzelnen Einspritzlöcher 14 und der konischen Innenwand der Spitze 10 ohne die Aussparung 30 bei 90° liegt und oft sogar spitzer, d.h. kleiner ist als 90°, ist der Winkel zwischen den einzelnen Einspritzlöchern 14 und der Innenwand der Aussparung 30 erheblich größer als 90° und damit ziemlich stumpf. Der Übergang zwischen dem Innenraum des Düsenkörpers 12 zu den einzelnen Einspritzlöchern 14 ist dadurch weniger scharfkantig, und es treten weniger Turbulenzen beim Einleiten des Kraftstoffs in die Einspritzlöcher auf. Darüber hinaus bildet die zylinderförmige Aussparung 30 um den Konus 22 der Düsennadel 20 einen Ringkanal aus, der beim Abheben der Düsennadel 20 zu Beginn der Einspritzung und während der Einspritzung auch bei Zentrierfehlern hinsichtlich der Düsennadel 20 eine gleichmäßige Versorgung der Einspritzlöcher 14 mit Kraftstoff und damit ein gleichmäßiges Zerstäubungsbild des Kraftstoffes gewährleistet.

Claims (1)

  1. Einspritzdüse für die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Düsenkörper (12) mit einer Spitze (10), wobei in einem Innenraum der Spitze (10) eine zylindrische Aussparung (30) eingebracht ist, mit Einspritzlöchern (14), die in Verbindung mit der Aussparung (30) stehen, und mit einer Düsennadel (20), wobei ein Konus (22) an der Spitze der Düsennadel (20) ausgebildet ist, wobei die Spitze (10) im Innenraum eine Dichtfläche (16) aufweist, die einen Sitz für den Konus (22) bildet, wobei die Düsennadel (20) den Kraftstoffweg zu den Einspritzlöchern (14) selektiv freigibt und sperrt, wobei die Aussparung (30) unterhalb des Sitzes angeordnet ist und um den Konus (22) einen Ringkanal bildet, an den die Einspritzlöcher (14) angeschlossen sind, und wobei die Aussparung (30) in Form eines Zylindermantels (32) und einer Deckfläche (34) ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Deckfläche (34) der zylinderförmigen Aussparung (30) im wesentlichen eine ebene Kreisform hat und der Übergang vom Zylindermantel (32) zur Deckfläche (34) einen Winkel von im wesentlichen 90° einschließt,
    und dass die Einspritzlöcher (14) im Bereich des Zylindermantels (32) der zylinderförmigen Aussparung (30) und axial beabstandet vom Bereich des Übergangs vom Zylindermantel (32) zur Deckfläche (34) der zylinderförmigen Aussparung (30) angeordnet sind.
EP99969475A 1998-09-23 1999-09-16 Kraftstoffeinspritzdüse Expired - Lifetime EP1117928B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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PCT/DE1999/002961 WO2000017514A1 (de) 1998-09-23 1999-09-16 Kraftstoffeinspritzdüse

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EP1117928A1 EP1117928A1 (de) 2001-07-25
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