DE2847058A1 - FUEL INJECTION NOZZLE - Google Patents
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Description
fo/kr ■fo / kr ■
Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AktiengesellschaftMaschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft
Nürnberg, 26. Oktober 1978Nuremberg, October 26, 1978
Kraftstoff-EinspritzdüseFuel injector
Die Erfindung bezieht sich auf 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, wobei im Drosselzapfen eine Längsbohrung und eine mit dieser in Verbindung stehende Queröffnung oder Querbohrung angebracht ist.The invention relates to a fuel injection nozzle for self-igniting or externally ignited internal combustion engines, with one mounted axially displaceably in the nozzle body and one in one at the end on the combustion chamber side Central bore of the nozzle body displaceable throttle pin provided nozzle needle and one between the Sealing seat and the throttle pin or the central bore arranged pressure chamber, wherein in the throttle pin a Longitudinal bore and a transverse opening or transverse bore connected to this is attached.
Eine derartige Einspritzdüse ist bereits durch das ■ DE-GM 7538 166 bekannt. Bei ihr mündet die mit der Längsbohrung verbundene Querbohrung bei geschlossener ■ Düsennadel in den Druckraum und der Drosselzapfen gleitet dichtend in der im Düsenkörper vorgesehenen Mittelbohrung. Wird 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 ausgebildetenSuch an injection nozzle is already known from DE-GM 7538 166. With her it ends with the Longitudinal bore connected transverse bore when the nozzle needle is closed ■ in the pressure chamber and the throttle pin slides sealingly in the central bore provided in the nozzle body. Will the nozzle needle only slightly lifted from their seat, so fuel enters the pressure chamber and it is through the transverse bore and the longitudinal bore a fuel pre-amount in the form a bundled jet is injected into the combustion chamber, the nozzle needle opens further, thus creating between the central bore and the conical one
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Drosselzapfen ein Ringspalt, durch den die Einspritzmenge erhöht wird. Erst wenn die.Düsennadel voll geöffnet ist und der Drosselzapfen aus der Mittelbohrung austaucht, wird der gesamte Spritzquerschnitt freigegeben, es erfolgt die Haupteinspritzung.Throttle pin an annular gap through which the injection quantity is increased. Only when the nozzle needle is fully open and the throttle pin emerges from the central bore, the entire spray cross-section is released, the main injection takes place.
Da der Hub der Düsennadel abhängig vom jeweiligen Drehzahl- und/oder Lastbereich des Motors ist, 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 depends on the respective speed and / or load range of the engine, the Fuel in any case in all operating areas in the form of a more or less strongly bundled Injected jet, it is important whether the throttle pin completely emerges 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.However, a large part of the direct injection internal combustion engines currently on the market are now in operation according to the principle that the combustion air introduced into the piston combustion chamber is strongly swirled or executes a rotary movement around the longitudinal axis of the combustion chamber and the fuel is then directly in the form of a film is injected onto the combustion chamber wall or at least close to it. In this process, it turned out found out that in the upper speed and / or load range through a compact, bundled fuel jet almost optimal engine data can be achieved, with particular emphasis on the smoothness of the gears and the quality of the exhaust gas are. If the throttle pin dips fully out of the central bore in this area, the desired optimal injection duration and the compactness of the jet can no longer be achieved.
Dies gilt insbesondere für kleinere, hochdrehende Motoren, für die die kleinsten technologisch fertigbaren Düsenbohrungen bzw. Mittelbohrungen noch zu groß sind. Es ergibt sich daher die Notwendigkeit, den Querschnitt der Mittelbohrung durch das Verbleiben der Spitze des Drosselzapfens in der Mittelbohrung zu verengen, damit der Kraftstoffstrahl mit genügen-This applies in particular to smaller, high-revving engines for which the smallest technologically manufacturable nozzle bores or central bores are still closed are great. There is therefore the need to keep the cross-section of the central bore to narrow the tip of the throttle pin in the center hole so that the fuel jet
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der 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 Folgen sind höhere Rauchwerte bei gleicher Last und härterer Gang des Motors.the energy is injected into the combustion chamber. Through this in turn, the jet occurs even when the engine is at full load. through an annular gap from what an undesirable yet means greater atomization. The consequences are higher smoke values with the same load and a harder walk 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 Blaurauchbildung und ein unrunder Lauf auftritt. Zu beseitigen sind diese Mängel, 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.When idling as well as in the lower speed and / or load range however, has been found in the internal combustion engines mentioned showed that, especially when cold, poor combustion with blue smoke and an irregular run occurs. These deficiencies can be eliminated by atomizing the fuel well into the combustion air is introduced, so that a better and faster mixture preparation takes place. Thus becomes with the well-known injection nozzle achieved exactly the opposite than what you want to achieve.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraft-• . · stoff-Einspritzdüse der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie die beschriebenen Forderungen 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.The object of the present invention is to provide a force •. Substance injection nozzle of the type described at the beginning to be further developed in such a way that it fulfills the requirements described, i.e. that through it the Fuel is atomized as well as possible when idling and in the lower speed and / or load range and in the upper range Speed and / or load range is injected into the combustion chamber as a compact jet.
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 Uberdeckung in die Mittelbohrung einmündet und erst nach einem bestimmten Hub der Düsennadel den Druckraum mit der Längsbohrung verbindet, und daß der DrosselzapfenAccording to the invention, the object is achieved in that between the central bore and the throttle pin an annular gap is provided that the transverse opening or transverse bore with the nozzle needle closed with overlap opens into the central bore and only after a certain stroke of the nozzle needle does the pressure chamber with it the longitudinal bore connects, and that the throttle pin
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aueh bei voll geöffneter Düsennadel über nahezu die gesamte Länge der Mittelbohrung in diese eintaucht.even when the nozzle needle is fully open, it dips into it over almost the entire length of the central bore.
Sobald sich bei dieser Ausführung die Düsennadel geringfügig von ihrem Dichtsitz abhebt, gelangt der Kraftstoff in den Druckraum und wird durch den 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 Düsenandel hebt sich weiter 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 wird 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.As soon as the nozzle needle lifts slightly from its sealing seat in this design, the fuel arrives into the pressure chamber and becomes more ring-shaped due to the annular gap between the central bore and the throttle pin Jet atomized and introduced into the combustion chamber with a relatively large surface. The large surface area makes one large contact surface with the combustion air and thus a faster direct mixing with it. It there is therefore a faster mixture formation. With increasing engine speed and / or load, more fuel is injected, the nozzle cap continues to rise from the sealing seat until the upper edge of the transverse opening meets the lower edge of the pressure chamber reached and finally opens into the pressure chamber with its entire cross section at full load. Well will the fuel is injected through the transverse opening and the longitudinal bore as a compact jet into the combustion chamber and can so, if desired, can reach the combustion chamber wall and spread out there as a thin film. That the throttle pin even when the nozzle needle is fully open, it still dips into the central bore almost over the entire length of the latter 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 beiAs a further development of the invention, it is proposed that the transverse opening also be given other shapes in order to make the transition from the injection through the annular gap to the injection through the longitudinal bore. As an example is proposed a rectangular shape so that the transition can take place more quickly. The distance between the pressure space and the edge of the transverse opening facing the pressure chamber, which is the so-called overlap, is at
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geschlossener Düsennadel je nach den gewünschten Verhältnissen zwischen 0,1 und 0,5 mm.closed nozzle needle between 0.1 and 0.5 mm depending on the desired proportions.
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 einen kompakten Strahl ergibt.If larger amounts of fuel are injected should, it is finally proposed according to the invention to design the throttle pin in such a way that that its diameter from the transverse opening to tapers conically towards its free end or that it has one from the transverse opening to its free end has offset, smaller diameter. This occurs in the upper speed and / or load range Again an increased annular gap injection, which, however, due to the larger amount of fuel and the Pressure together with the .jet exiting through the longitudinal bore practically a compact one again Ray yields.
Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung von vier in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen entnommen werden. Es zeigen:Details of the invention can be found in the following description of four illustrated in the drawings Embodiments are taken. Show it:
Fig. 1 bis 4 jeweils einen Längsschnitt durch denFig. 1 to 4 each show a longitudinal section through the
brennraumseitigen Teil einer Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Erfindung,Part of a fuel injection nozzle on the combustion chamber side according to the invention,
Fig. 5 einen Schnitt V-V durch die Einspritzdüse5 shows a section V-V through the injection nozzle
nach Fig. I,according to Fig. I,
Fig. 6 einen Schnitt VI-VI durch die Einspritzdüse nach Fig. 2.6 shows a section VI-VI through the injection nozzle according to FIG. 2.
Gemäß den Fig. 1 bis 4 ist in einem Düsenkörper 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 I eintaucht, daß ein Ringspalt 6 entsteht. Zwischen dem Dichtsitz 3 und der Mittelbohrung 5 bzw. dem Drossel-According to FIGS. 1 to 4, a nozzle needle 2 is mounted displaceably in the axial direction in a nozzle body 1, which in the closed state with a sealing seat 3 on Nozzle body 1 rests and with a throttle pin 4 dips into a central bore 5 of the nozzle body I, that an annular gap 6 is formed. Between the sealing seat 3 and the central bore 5 or the throttle
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zapfen 4 ist ein Druckraum 7 vorgesehen. Der Drosselzapfen 4 weist eine Längsbohrung 8 auf, die in einer Queröffnung 9 endet, deren Oberkante im geschlossenen Zus tand der Düsennadel 2 in einem Abstand 10 unterhalb des Druckraumes 7 in die Mittelbohrung 5 einmündet.pin 4, a pressure chamber 7 is provided. The throttle pin 4 has a longitudinal bore 8 which is in a Transverse opening 9 ends, the upper edge of which in the closed state of the nozzle needle 2 at a distance 10 below of the pressure chamber 7 opens into the central bore 5.
Wie aus den Pig. I und 5 zu ersehen ist, hat die Queröffnung 9 kreisrunden Querschnitt.Like from the Pig. I and 5 can be seen, has the transverse opening 9 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 the Pig. 2 and 6, the transverse opening 9 is rectangular formed, whereby a faster transition from the injection through when opening the nozzle needle 2 the annular gap 6 for injection through the longitudinal bore 8 is possible.
Die Ausführung nach Fig. j5 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 embodiment according to Fig. J5 differs from the Injection nozzles described in that the diameter of the throttle pin 4 from the transverse opening 9 on has a stepped diameter up to its free end. This has the advantage that when the Nozzle needle 2 a larger amount of fuel can be injected into the combustion chamber.
Das gleiche wird durch die Einspritzdüse gemäß Fig. 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 achieved by the injection nozzle according to FIG. 4, in which the throttle pin 4 extends from the Transverse opening 9 tapers in diameter up to its free end.
Zu bemerken ist noch, daß alle Drosselzapfen 4 so weit aus dem Düsenkörper I herausragen, daß sie bei geöffneter Düsennadel 2 die Mittelbohrung 5 noch nahezu ausfüllen.It should also be noted that all throttle pins 4 protrude so far from the nozzle body I that they at When the nozzle needle 2 is open, almost fill the center hole 5.
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