DE102019209203A1

DE102019209203A1 - Injection nozzle for high-pressure injection of fuel

Info

Publication number: DE102019209203A1
Application number: DE102019209203.9A
Authority: DE
Inventors: Fabian Wolf; Gerhard Suenderhauf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2020-12-31

Abstract

Einspritzdüse (1) zur Hochdruckeinspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum, mit einem eine Längsachse (6) aufweisenden Düsenkörper (2), in dem ein mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbarer Druckraum (5) ausgebildet ist, wobei an dem in Einbaulage dem Brennraum zugewandten Endbereich des Druckraums (5) ein Düsensitz (13) ausgebildet ist. Im Druckraum (5) ist längsverschiebbar eine Düsennadel (7) angeordnet, die dazu ausgebildet ist, ausgehend von einer Schließstellung in Anlage am Düsensitz (13) einen Öffnungshub zu durchfahren und dabei einen zwischen der Düsennadel (7) und dem Düsensitz (13) ausgebildeten Strömungsquerschnitt zu öffnen. Stromabwärts des Düsensitzes (13) ist ein Sackloch (14) ausgebildet, von dem wenigstens zwei Spritzlöcher (15) ausgehen, wobei die Düsennadel (7) mit einer konkav geformten Düsennadelspitze (18) in das Sackloch (14) ragt und die Spritzlöcher (15) an der Wand des Sacklochs (14) jeweils eine Eintrittsöffnung (115) bilden. Das Ende der Düsennadel (7) verbleibt auch bei maximalem Öffnungshub in Längsrichtung der Düsennadel (7) gesehen unterhalb der Eintrittsöffnungen (115), wobei die Spritzlöcher (15) als gerade Bohrungen im Düsenkörper (2) ausgebildet sind, die jeweils eine Mittelachse (16) aufweisen, wobei die gedanklich in das Sackloch (14) verlängerten Mittelachsen (16) die Düsennadel (7) nicht schneiden.Injection nozzle (1) for high-pressure injection of fuel into a combustion chamber, with a nozzle body (2) having a longitudinal axis (6) in which a pressure chamber (5) that can be filled with fuel under high pressure is formed, with the end area facing the combustion chamber in the installed position of the pressure chamber (5) a nozzle seat (13) is formed. A nozzle needle (7) is arranged in the pressure chamber (5) so as to be longitudinally displaceable and which is designed to travel through an opening stroke starting from a closed position in contact with the nozzle seat (13) and in the process an opening stroke formed between the nozzle needle (7) and the nozzle seat (13) Open flow cross-section. Downstream of the nozzle seat (13) a blind hole (14) is formed, from which at least two injection holes (15) extend, the nozzle needle (7) with a concave nozzle needle tip (18) protruding into the blind hole (14) and the injection holes (15) ) each form an inlet opening (115) on the wall of the blind hole (14). The end of the nozzle needle (7) remains below the inlet openings (115), seen in the longitudinal direction of the nozzle needle (7), even at the maximum opening stroke, the injection holes (15) being designed as straight bores in the nozzle body (2) each having a central axis (16 ), the central axes (16) which are conceptually extended into the blind hole (14) do not intersect the nozzle needle (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse zur Hochdruckeinspritzung von Kraftstoff, wobei solche Einspritzdüsen vorzugsweise Verwendung finden, um Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzubringen.The invention relates to an injection nozzle for high-pressure injection of fuel, such injection nozzles preferably being used to introduce fuel under high pressure into a combustion chamber of an internal combustion engine.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind Kraftstoffinjektoren und Einspritzdüsen für Kraftstoffe seit langer Zeit bekannt, mit denen Kraftstoff unter hohem Druck direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingebracht werden kann. Durch den hohen Druck bei der Einspritzung kommt es zu einer feinen Zerstäubung des Kraftstoffs und damit zur Bildung von feinen Kraftstofftröpfchen, die sich gut mit der Luft im Brennraum mischen und damit eine effektive Verbrennung unter Ausnutzung der dieseltypischen Eigenschaften der Brennkraftmaschine ermöglichen. Dazu weist die Kraftstoffeinspritzdüse einen Düsenkörper auf, in den Kraftstoff unter hohem Druck eingeleitet wird. Der Düsenkörper weist mehrere Einspritzöffnungen auf, durch die der Kraftstoff unter hohem Druck ausgespritzt wird, wobei er - wie schon erwähnt - fein zerstäubt wird. Die Einspritzöffnungen werden dabei mittels einer Düsennadel geöffnet und geschlossen, wobei die Düsennadel entweder direkt mittels eines elektrischen Aktors oder mit einem servohydraulischen Antrieb in Längsrichtung bewegt wird. Dadurch kann die Kraftstoffeinspritzung zeitlich sehr genau eingestellt werden, um den Kraftstoff zur richtigen Zeit bezüglich des Kurbelwinkels in den Brennraum einzubringen.From the prior art, fuel injectors and injection nozzles for fuels have been known for a long time, with which fuel can be introduced directly into the combustion chamber of an internal combustion engine under high pressure. The high pressure during the injection results in a fine atomization of the fuel and thus in the formation of fine fuel droplets, which mix well with the air in the combustion chamber and thus enable effective combustion using the typical diesel properties of the internal combustion engine. For this purpose, the fuel injection nozzle has a nozzle body into which fuel is introduced under high pressure. The nozzle body has several injection openings through which the fuel is injected under high pressure, whereby - as already mentioned - it is finely atomized. The injection openings are opened and closed by means of a nozzle needle, the nozzle needle being moved in the longitudinal direction either directly by means of an electrical actuator or with a servohydraulic drive. As a result, the time of the fuel injection can be set very precisely in order to bring the fuel into the combustion chamber at the correct time with regard to the crank angle.

Die Düsennadel wirkt dabei mit einem Düsensitz zusammen und öffnet und schließt dadurch einen Strömungsquerschnitt, durch den der Kraftstoff zu den Einspritzöffnungen fließt. Schwankungen zwischen den einzelnen Einspritzungen, die zeitlich rasch aufeinander folgen, sollten dabei so gering wie möglich gehalten werden, um die Leistung und Laufruhe der Brennkraftmaschine zu optimieren. Bei sehr hohen Düsendurchflüssen, d.h. insbesondere bei Durchflüssen von mehr als 2000 cm³ pro Minute, wie es für leistungsstarke Motoren im NKW-Bereich notwendig ist, gestaltet sich diese Aufgabe zunehmend schwierig. Die Einspritzdüse sollte wegen des begrenzten Bauraums in der Brennkraftmaschine möglichst klein sein, was aber bedeutet, dass innerhalb des räumlich begrenzten Endbereichs der Einspritzdüse hohe Strömungsgeschwindigkeiten auftreten, um die notwendige Kraftstoffmenge in der gegebenen Zeit in den Brennraum einzubringen. Dies begünstigt Strömungsablösungen an Kanten in diesem Strömungsbereich, was wiederum Instabilitäten und damit Mengenschwankungen der Einspritzungen verursacht.The nozzle needle interacts with a nozzle seat and thereby opens and closes a flow cross-section through which the fuel flows to the injection openings. Fluctuations between the individual injections, which follow one another rapidly in time, should be kept as low as possible in order to optimize the performance and smoothness of the internal combustion engine. In the case of very high nozzle flow rates, that is to say in particular for flow rates of more than 2000 cm ³ per minute, as is necessary for powerful engines in the commercial vehicle sector, this task is becoming increasingly difficult. The injection nozzle should be as small as possible because of the limited installation space in the internal combustion engine, but this means that high flow velocities occur within the spatially limited end region of the injection nozzle in order to bring the necessary amount of fuel into the combustion chamber in the given time. This favors flow separation at edges in this flow area, which in turn causes instabilities and thus fluctuations in the quantity of the injections.

Zur besseren Verteilung des Kraftstoffs auf die einzelnen Einspritzöffnungen werden sogenannte Sacklochdüsen eingesetzt, bei denen die Einspritzöffnungen von einem zentralen Sackloch ausgehen. Zur Führung der Strömung innerhalb dieses Sacklochs ist beispielsweise aus der DE 10 2007 062 701 A1 eine Einspritzdüse bekannt, bei der die Düsennadel mit der Düsennadelspitze in das Sackloch hineinragt, wobei die Düsennadel eine konkave Form im Bereich des Sacklochs aufweist. Dadurch soll die Kraftstoffströmung in das Sackloch geführt und damit Verwirbelungen vermieden werden. In der Praxis kann es jedoch zu Strömungsablösungen und damit zu Instabilitäten im Strömungspfad kommen, d.h. die Strömung liegt zeitweise an der Nadelspitze und zeitweise am Düsenkörper an. Dies führt zu schwankenden Nadelkräften und damit zu zeitlich veränderlichen Einspritzvorgängen mit Nachteilen für den motorischen Betrieb. Auch aus der DE 10 2005 025 135 A1 ist eine ähnliche Einspritzdüse bekannt.For better distribution of the fuel to the individual injection openings, so-called blind hole nozzles are used, in which the injection openings start from a central blind hole. To guide the flow within this blind hole is for example from the DE 10 2007 062 701 A1 an injection nozzle is known in which the nozzle needle with the nozzle needle tip protrudes into the blind hole, the nozzle needle having a concave shape in the region of the blind hole. This is intended to guide the flow of fuel into the blind hole and thus avoid turbulence. In practice, however, flow detachments and thus instabilities in the flow path can occur, ie the flow is temporarily at the needle tip and temporarily at the nozzle body. This leads to fluctuating needle forces and thus to time-varying injection processes with disadvantages for engine operation. Also from the DE 10 2005 025 135 A1 a similar injector is known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Einspritzdüse weist demgegenüber den Vorteil auf, dass der Kraftstoff über den gesamten Hubbereich, d.h. über den gesamten Bewegungsbereich der Düsennadel, eine stabile Strömung zu den Spritzlöchern der Einspritzdüse ausbildet, womit eine zeitlich stabile Kraftstoffeinspritzung gewährleistet ist. Dazu weist die Einspritzdüse einen Düsenkörper mit einer Längsachse auf, wobei im Düsenkörper ein Druckraum ausgebildet ist, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden kann. An dem in Einbaulage dem Brennraum zugewandten Endbereich des Druckraums ist ein Düsensitz ausgebildet, mit dem eine Düsennadel zusammenwirkt, die längsverschiebbar im Druckraum angeordnet ist. Die Düsennadel durchfährt ausgehend von der Schließstellung in Anlage am Düsensitz einen Öffnungshub und öffnet dabei einen Strömungsquerschnitt, durch den Kraftstoff aus dem Druckraum in ein Sackloch strömen kann, das stromabwärts des Düsensitzes ausgebildet ist. Vom Sackloch gehen wenigstens zwei Spritzlöcher aus, wobei die Düsennadel mit einer konkav geformten Düsennadelspitze in das Sackloch ragt und die Spritzlöcher an der Wand des Sacklochs jeweils eine Eintrittsöffnung ausbilden. Das Ende der Düsennadel verbleibt auch bei maximalem Öffnungshub in Längsrichtung der Düsennadel gesehen unterhalb der Eintrittsöffnungen der Spritzlöcher. Die Spritzlöcher sind als gerade Bohrungen im Düsenkörper ausgebildet, die jeweils eine Mittelachse aufweisen, wobei die gedanklich in das Sackloch verlängerten Mittelachsen der Spritzlöcher die Düsennadel nicht schneiden. Als gerade Bohrungen werden hier sowohl zylindrische Bohrungen verstanden, die einen konstanten Querschnitt aufweisen, als auch gerade Kreiskegel, also konische Bohrungen.In contrast, the injection nozzle according to the invention has the advantage that the fuel forms a stable flow to the injection holes of the injection nozzle over the entire stroke range, ie over the entire range of motion of the nozzle needle, thus ensuring a fuel injection that is stable over time. For this purpose, the injection nozzle has a nozzle body with a longitudinal axis, a pressure chamber being formed in the nozzle body which can be filled with fuel under high pressure. On the end region of the pressure chamber facing the combustion chamber in the installed position, a nozzle seat is formed, with which a nozzle needle cooperates, which is arranged longitudinally displaceably in the pressure chamber. Starting from the closed position in contact with the nozzle seat, the nozzle needle travels through an opening stroke and thereby opens a flow cross section through which fuel can flow from the pressure chamber into a blind hole which is formed downstream of the nozzle seat. At least two injection holes extend from the blind hole, the nozzle needle protruding into the blind hole with a concave nozzle needle tip and the injection holes each forming an inlet opening on the wall of the blind hole. The end of the nozzle needle remains below the inlet openings of the injection holes, even at the maximum opening stroke, viewed in the longitudinal direction of the nozzle needle. The injection holes are designed as straight bores in the nozzle body which each have a central axis, the central axes of the injection holes, which are conceptually extended into the blind hole, do not intersect the nozzle needle. As straight bores both cylindrical bores are understood here, which have a constant Have cross-section, as well as straight circular cones, so conical bores.

Durch das schräge Einströmen aus dem Ringspalt zwischen der Düsennadelspitze und dem Sackloch im Maximalhub wird eine starke Entdrosselung ermöglicht, welche sonst bei sehr großen Durchflüssen nur schwer zu erreichen ist. Die Spritzlöcher werden seitlich angeströmt, wobei durch die Platzierung der Düsennadelspitze auf Höhe der Spritzlöcher gleichzeitig eine Vergleichmäßigung der Strömung erreicht wird. So werden Strömungsablösungen und damit Instabilitäten vermieden, was die Mengenschwankungen von Einspritzung zu Einspritzung minimiert.Due to the inclined flow from the annular gap between the nozzle needle tip and the blind hole in the maximum stroke, a strong dethrottling is made possible, which is otherwise difficult to achieve with very high flow rates. The spray holes are flown against from the side, with the placement of the nozzle needle tip at the level of the spray holes simultaneously making the flow more uniform. This avoids flow detachments and thus instabilities, which minimizes the quantity fluctuations from injection to injection.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist der Düsensitz als konische Fläche ausgebildet und der Übergang zum Sackloch ist verrundet. Dies erleichtert eine gleichmäßige Einströmung des Kraftstoffs in das Sackloch, wobei das Sackloch anschließend an den verrundeten Übergangsbereich vorzugsweise zylindrisch geformt ist, so dass eine hohe Symmetrie und eine gleichmäßige Ausbildung des Ringspalts zwischen der Düsennadelspitze und der Wand des Sacklochs erreicht werden kann. Vorzugsweise ist dabei das brennraumseitige Ende des Sacklochs zumindest annähernd halbkugelförmig ausgebildet, was zur Stabilität des Düsenkörpers in diesem Bereich beiträgt.In a first advantageous embodiment, the nozzle seat is designed as a conical surface and the transition to the blind hole is rounded. This makes it easier for the fuel to flow evenly into the blind hole, the blind hole having a preferably cylindrical shape adjoining the rounded transition area so that a high degree of symmetry and a uniform formation of the annular gap between the nozzle needle tip and the wall of the blind hole can be achieved. The end of the blind hole on the combustion chamber side is preferably at least approximately hemispherical, which contributes to the stability of the nozzle body in this area.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Düsennadelspitze eine flache Endfläche auf. Eine solche Fläche ist leicht zu fertigen und kann damit in einer hohen Symmetrie hergestellt werden, was zur Vergleichmäßigung der Strömung innerhalb des Sacklochs beiträgt.In a further advantageous embodiment, the nozzle needle tip has a flat end face. Such a surface is easy to manufacture and can therefore be produced with a high degree of symmetry, which helps to make the flow within the blind hole even.

Die Spritzlöcher sind in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung gleichmäßig über den Umfang des Düsenkörpers verteilt ausgebildet, d.h. gleichmäßig über den Umfang des Sacklochs. Dabei liegen die Spritzlöcher in vorteilhafter Weise auf gleicher Höhe bezüglich der Längsachse des Düsenkörpers, so dass insgesamt eine hohe Symmetrie erreicht wird und damit eine gleichmäßige Einströmung in sämtliche Spritzlöcher, was für eine saubere Verbrennung essentiell ist.In a further advantageous embodiment, the spray holes are uniformly distributed over the circumference of the nozzle body, i. E. evenly over the circumference of the blind hole. The spray holes are advantageously at the same height with respect to the longitudinal axis of the nozzle body, so that overall a high degree of symmetry is achieved and thus a uniform flow into all spray holes, which is essential for clean combustion.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist die Düsennadelspitze einen zylindrischen Abschnitt auf. Dieser zylindrische Abschnitt ist vorzugsweise parallel zu einem ebenfalls zylindrischen oder näherungsweise zylindrischen Abschnitt im Sackloch angeordnet, was einen gleichmäßigen Ringspalt zwischen der Düsennadelspitze und der Wand des Sacklochs bewirkt, in dem sich die gleichmäßige Anströmung zu den Spritzlöchern vollziehen kann. Dabei befinden sich die Spritzlöcher vorzugsweise bezüglich der Längsachse des Düsenkörpers auf Höhe des zylindrischen Abschnitts der Düsennadel.In a further advantageous embodiment, the nozzle needle tip has a cylindrical section. This cylindrical section is preferably arranged parallel to a likewise cylindrical or approximately cylindrical section in the blind hole, which creates a uniform annular gap between the nozzle needle tip and the wall of the blind hole, in which the uniform flow to the spray holes can take place. The spray holes are preferably located at the level of the cylindrical section of the nozzle needle with respect to the longitudinal axis of the nozzle body.

FigurenlisteFigure list

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einspritzdüse gezeigt. Es zeigt

1 einen Längsschnitt durch eine Einspritzdüse, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist,
2 eine vergrößerte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels am brennraumseitigen Ende der Einspritzdüse,
3 eine geschnittene Draufsicht auf die in 2 gezeigte Einspritzdüse und
4 ebenso wie
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse.

Various exemplary embodiments of the injection nozzle according to the invention are shown in the drawing. It shows

1 a longitudinal section through an injection nozzle as it is known from the prior art,
2 an enlarged representation of a first embodiment at the combustion chamber end of the injection nozzle,
3 a sectional top view of the in 2 Injector shown and
4th as well as
5 another embodiment of an injection nozzle according to the invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

In 1 ist eine Einspritzdüse im Längsschnitt dargestellt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist und dafür eingesetzt wird, um Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzudüsen. Die Einspritzdüse 1 weist einen Düsenkörper 2 auf, der mittels einer Spannmutter 3 gegenüber einem in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper verspannt ist, wobei im Haltekörper die notwendigen Anschlüsse vorhanden sind, um Kraftstoff unter hohem Druck in den Düsenkörper 2 zu leiten. Im Düsenkörper 2 ist ein Druckraum 5 als Längsbohrung ausgebildet, wobei sich der Druckraum 5 mit dem Kraftstoff unter hohem Druck befüllen lässt. Im Druckraum 5 ist eine kolbenförmige Düsennadel 7 längsverschiebbar angeordnet, die mittig einen Führungsabschnitt 8 aufweist, mit dem die Düsennadel 7 innerhalb des Druckraums 5 geführt ist. Die Durchströmung des Kraftstoffs entlang des Druckraums 5 zum in der Zeichnung unteren Ende wird dabei über Anschliffe im Bereich des Führungsabschnitts 8 sichergestellt.In 1 shows an injection nozzle in longitudinal section as it is known from the prior art and is used to inject fuel under high pressure into a combustion chamber of an internal combustion engine. The injector 1 has a nozzle body 2 on, by means of a clamping nut 3 is braced with respect to a holding body, not shown in the drawing, the necessary connections being present in the holding body to feed fuel under high pressure into the nozzle body 2 to direct. In the nozzle body 2 is a pressure room 5 designed as a longitudinal bore, the pressure chamber 5 can be filled with fuel under high pressure. In the printing room 5 is a piston-shaped nozzle needle 7th Arranged longitudinally displaceable, the center a guide section 8th has, with which the nozzle needle 7th within the pressure space 5 is led. The flow of fuel along the pressure chamber 5 to the lower end in the drawing, bevels in the area of the guide section 8th ensured.

Die Düsennadel 7 ist an ihrem oberen, also dem Brennraum abgewandten Ende in einer Hülse 10 geführt und stromabwärts der Hülse 10 von einem Stützring 11 umgeben, wobei zwischen der Hülse 10 und dem Stützring 11 eine Schließfeder 12 unter Druckvorspannung angeordnet ist. Die Hülse 10 stützt sich dabei mit ihrem oberen Ende am in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper ab und begrenzt radial einen Steuerraum 17, in dem durch nicht näher gezeigte und aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannte Zu- und Ablaufdrosseln ein wechselnder Kraftstoffdruck einstellbar ist. Durch die Schließfeder 12 wird eine Schließkraft auf die Düsenadel 7 ausgeübt, die die Düsennadel 7 gegen einen konischen Düsensitz 13 drückt, der am brennraumseitigen Ende des Druckraums 5 im Düsenkörper 2 ausgebildet ist. Die Fläche mit der die Düsennadel 7 am Düsensitz 13 aufliegt, ist als Dichtfläche 9 ausgebildet, wobei bei Anlage der Dichtfläche 9 auf dem Düsensitz 13 der Druckraum 5 gegen ein Sackloch 14 flüssigkeitsdicht verschlossen wird, das sich an den konischen Düsensitz 13 brennraumzugewandt anschließt. Vom Sackloch 14 gehen mehrere Spritzlöcher 15 ab, die als gerade Bohrungen innerhalb des Düsenkörpers 2 ausgebildet sind, wobei die Spritzlochform sowohl ein gerader Kreiszylinder als auch ein gerader Kreiskegel sein kann. Ist das Spritzloch als gerader Kreiskegel ausgebildet, so verengt sich der Querschnitt vorzugsweise in Strömungsrichtung.The jet needle 7th is at its upper end facing away from the combustion chamber in a sleeve 10 guided and downstream of the sleeve 10 from a support ring 11 surrounded, with between the sleeve 10 and the support ring 11 a closing spring 12 is arranged under compressive stress. The sleeve 10 is supported with its upper end on the holding body, not shown in the drawing, and radially delimits a control chamber 17th , in which a changing fuel pressure can be set by means of inlet and outlet throttles, which are not shown in detail and are well known from the prior art. By the closing spring 12 becomes a closing force on the nozzle needle 7th who exercised the nozzle needle 7th against a conical nozzle seat 13th that at the end of the pressure chamber on the combustion chamber side 5 in the nozzle body 2 is trained. The area with which the nozzle needle 7th at the nozzle seat 13th is as a sealing surface 9 formed, with the sealing surface in contact 9 on the nozzle seat 13th the pressure room 5 against a blind hole 14th is sealed liquid-tight, which is attached to the conical nozzle seat 13th facing the combustion chamber. From the blind hole 14th go several injection holes 15th starting as straight bores inside the nozzle body 2 are formed, wherein the spray hole shape can be both a straight circular cylinder and a straight circular cone. If the spray hole is designed as a straight circular cone, the cross section preferably narrows in the direction of flow.

Wird der Druck im Steuerraum 17 abgesenkt, so bewegt sich die Düsennadel 7 angetrieben durch den Druck im Druckraum 5 vom Düsensitz 7 weg. Dadurch wird ein Strömungsquerschnitt zwischen der Dichtfläche 9 und dem Düsensitz 13 aufgesteuert, so dass Kraftstoff unter hohem Druck aus dem Druckraum 5 in das Sackloch 14 einströmt, von wo der Kraftstoff durch die Spritzlöcher 15 ausgespritzt wird und so fein zerstäubt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gelangt. Nach Beendigung der Einspritzung kehrt die Düsennadel 7 durch Druckerhöhung im Steuerraum 17 in ihre Ausgangslage zurück, d.h. in Anlage an den Düsensitz 13.Will the pressure in the control room 17th lowered, the nozzle needle moves 7th driven by the pressure in the pressure chamber 5 from the nozzle seat 7th path. This creates a flow cross section between the sealing surface 9 and the nozzle seat 13th steered open, so that fuel under high pressure from the pressure chamber 5 into the blind hole 14th flows in from where the fuel flows through the injection holes 15th is sprayed out and so finely atomized arrives in a combustion chamber of an internal combustion engine. After the injection has ended, the nozzle needle returns 7th by increasing the pressure in the control room 17th back to their original position, ie in contact with the nozzle seat 13th .

In 2 ist eine vergrößerte Darstellung einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse im Bereich des Sacklochs 14 dargestellt. Die Düsennadel 7 ist hier in ihrer geöffneten Position, d.h. mit maximalem Abstand in Richtung der Längsachse 6 zum Düsensitz 13 gezeigt. Die Düsennadel 7 weist eine in das Sackloch 14 hineinragende Düsennadelspitze 18 auf, wobei die Düsennadelspitze konkav geformt, d.h. nach innen gewölbt ist. Das Ende der Düsennadelspitze 18 bildet eine flache Endfläche 19, die bei dem hier gezeigten maximalen Öffnungshub der Düsennadel 7 unterhalb der Eintrittsöffnungen 115 der Spritzlöcher 15 angeordnet ist, d.h. der axiale Abstand der Endfläche 19 zur Mittelachse 16 der Einspritzöffnungen 15 auf Höhe der Eintrittsöffnungen 115, hier mit h bezeichnet, ist stets positiv. Die Einspritzöffnungen 15 sind dabei als gerade Bohrungen innerhalb des Düsenkörpers 2 ausgebildet, jedoch nicht in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 6, sondern schräg dazu. 3 zeigt dazu einen Schnitt durch die Einspritzdüse der 2. Die Spritzlöcher 15 sind als gerade Bohrungen im Düsenkörper 2 ausgebildet, wobei die gedachten Verlängerungen der Mittelachsen 16 so gerichtet sind, dass sie bei gedachter Verlängerung in das Sackloch 14 die Düsennadel 7 nicht schneiden. Der durch den Strömungsquerschnitt zwischen der Dichtfläche 9 und dem Düsensitz 13 in das Sackloch 14 einströmende Kraftstoff strömt damit die Spritzlöcher 15 schräg an und die Düsennadel 7 bewirkt nur eine geringe Störung dieser Einströmung aufgrund der schrägen Ausrichtung der Spritzlöcher 15. Da die Düsennadelspitze 18 auch bei maximalem Öffnungshub auf Höhe der Spritzlöcher 15 ist, kommt es zu keiner Strömungsablösung, beispielsweise am Übergang zur Endfläche 19, und damit zu keiner Instabilität der Kraftstoffströmung in das Sackloch 14 und damit in die Spritzlöcher 15 hinein, was die Einspritzung des Kraftstoffs verstetigt.In 2 is an enlarged illustration of an injection nozzle according to the invention in the area of the blind hole 14th shown. The jet needle 7th is here in its open position, ie with the maximum distance in the direction of the longitudinal axis 6th to the nozzle seat 13th shown. The jet needle 7th has one in the blind hole 14th protruding nozzle needle tip 18th on, wherein the nozzle needle tip is concave, ie curved inward. The end of the nozzle needle tip 18th forms a flat end face 19th , the maximum opening stroke of the nozzle needle shown here 7th below the inlet openings 115 the injection holes 15th is arranged, ie the axial distance of the end face 19th to the central axis 16 of the injection openings 15th at the level of the entry openings 115 , here denoted by h, is always positive. The injection openings 15th are as straight bores within the nozzle body 2 formed, but not in the radial direction with respect to the longitudinal axis 6th , but obliquely to it. 3 shows a section through the injection nozzle of 2 . The spray holes 15th are as straight bores in the nozzle body 2 formed, the imaginary extensions of the central axes 16 are directed so that they enter the blind hole with an imaginary extension 14th the nozzle needle 7th do not cut. The flow cross-section between the sealing surface 9 and the nozzle seat 13th into the blind hole 14th Incoming fuel thus flows through the spray holes 15th at an angle and the nozzle needle 7th causes only a slight disturbance of this inflow due to the inclined alignment of the spray holes 15th . Because the nozzle needle tip 18th even with the maximum opening stroke at the level of the injection holes 15th there is no flow separation, for example at the transition to the end face 19th , and thus no instability of the fuel flow into the blind hole 14th and thus into the injection holes 15th into it, which continues the injection of the fuel.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einspritzdüse in gleicher Darstellung wie 2. Die Spritzlöcher 15 sind auch hier so gerichtet, dass die gedachten Verlängerungen der Mittelachsen 16 in das Sackloch 14 hinein die Düsennadel 7 nicht schneiden. Die Düsennadelspitze 18, die in das Sackloch 14 hinein ragt, ist hier jedoch als Kegelstumpf ausgebildet und die Wand des Sacklochs 14 bildet auf dieser Höhe ebenfalls einen Konus, der parallel zur konischen Düsennadelspitze verläuft. Dadurch ist der Abstand zwischen der Düsennadelspitze 18 und der Wand des Sacklochs 14 in diesem Bereich, in dem auch die Spritzlöcher 15 in das Sackloch 14 münden, konstant. 4th shows another embodiment of the injection nozzle according to the invention in the same representation as 2 . The spray holes 15th are also directed here so that the imaginary extensions of the central axes 16 into the blind hole 14th into the nozzle needle 7th do not cut. The nozzle needle tip 18th that went into the blind hole 14th protrudes into it, but is designed here as a truncated cone and the wall of the blind hole 14th also forms a cone at this height, which runs parallel to the conical nozzle needle tip. This is the distance between the nozzle needle tip 18th and the wall of the blind hole 14th in this area, in which also the spray holes 15th into the blind hole 14th flow out, constant.

Ähnlich ist die Einspritzdüse im Ausführungsbeispiel der 5 ausgebildet, wobei hier die Düsennadelspitze 18 eine zylindrische Form aufweist, die parallel zu einer ebenfalls zylindrischen Form des Sacklochs 14 in diesem Bereich verläuft. Der zylindrische Abschnitt 20 der Düsennadel 7 bildet damit mit dem zylindrischen Abschnitt des Sacklochs 14 einen Ringspalt mit konstantem Querschnitt über die Höhe, d.h. über die Längsachse 6 des Düsenkörpers 2. Der Übergang des konischen Düsensitzes 13 zum Sackloch 14 kann konvex ausgebildet sein, d.h. mit einer Verrundung, wie insbesondere in 5 dargestellt ist. Damit wird das Risiko vermieden, dass sich die Strömung an einer Übergangskante zwischen dem Düsensitz 13 und dem Sackloch 14 ablöst und es damit zu Instabilitäten der Strömung kommt.The injection nozzle in the exemplary embodiment of FIG 5 formed, the nozzle needle tip here 18th has a cylindrical shape which is parallel to a likewise cylindrical shape of the blind hole 14th runs in this area. The cylindrical section 20th the nozzle needle 7th thus forms with the cylindrical section of the blind hole 14th an annular gap with a constant cross-section over the height, ie over the longitudinal axis 6th of the nozzle body 2 . The transition of the conical nozzle seat 13th to the blind hole 14th can be convex, ie with a rounding, as in particular in FIG 5 is shown. This avoids the risk of the flow at a transition edge between the nozzle seat 13th and the blind hole 14th peeled off and flow instabilities occur.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die Spritzlöcher 15 exemplarisch als gerade Kreiskegel ausgebildet, d.h. als Konus, wobei natürlich auch bei diesem Ausführungsbeispiel zylindrische Bohrungen möglich sind. Dabei verringert sich der Querschnitt der Spritzlöcher in Strömungsrichtung von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung, was zur Folge hat, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs zunimmt und eine höhere Auslassgeschwindigkeit erreicht wird. Die Konizität der Spritzlöcher 15 wurde dabei der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt. Bei realen Düsen ist die Konizität, d.h. der Durchmesserunterschied zwischen Einlassöffnung und Auslassöffnung, in der Regel im Bereich von 5 bis 30 µm.In this embodiment the spray holes are 15th exemplarily designed as a straight circular cone, ie as a cone, with cylindrical bores of course also being possible in this exemplary embodiment. The cross-section of the spray holes is reduced in the flow direction from the inlet opening to the outlet opening, with the result that the flow speed of the fuel increases and a higher outlet speed is achieved. The conicity of the spray holes 15th has been exaggerated for the sake of clarity. In real nozzles, the conicity, ie the difference in diameter between the inlet opening and the outlet opening, is usually in the range from 5 to 30 µm.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102007062701 A1 [0004]
DE 102005025135 A1 [0004]

Claims

Injection nozzle (1) for high-pressure injection of fuel into a combustion chamber, with a nozzle body (2) having a longitudinal axis (6) in which a pressure chamber (5) that can be filled with fuel under high pressure is formed, with the end area facing the combustion chamber in the installed position of the pressure chamber (5), a nozzle seat (13) is formed, and with a nozzle needle (7) which is arranged longitudinally displaceably in the pressure chamber (5) and which is designed to travel through an opening stroke starting from a closed position in contact with the nozzle seat (13) and thereby to open a flow cross-section formed between the nozzle needle (7) and the nozzle seat (13), and with a blind hole (14) which is formed downstream of the nozzle seat (13) and from which at least two spray holes (15) extend, the nozzle needle ( 7) with a concave nozzle needle tip (18) protrudes into the blind hole (14) and the injection holes (15) each form an inlet opening (115) on the wall of the blind hole (14), d A characterized in that the end of the nozzle needle (7) remains below the inlet openings (115), even at the maximum opening stroke in the longitudinal direction of the nozzle needle (7), and the injection holes (15) are designed as straight bores in the nozzle body (2), each having a Have central axis (16), the central axes (16), which are conceptually extended into the blind hole (14), do not intersect the nozzle needle (7).

Injector after Claim 1 , characterized in that the spray holes (15) are cylindrical or conical, the cross section of the conical spray holes (15) decreasing in the direction of flow.

Injector after Claim 1 , characterized in that the nozzle seat (13) is designed as a conical surface and the transition to the blind hole (14) is rounded.

Injector after Claim 2 or 3 , characterized in that the blind hole (14) is shaped cylindrically following the rounded transition area.

Injector after Claim 2 , 3 or 4th , characterized in that the blind hole (14) is at least approximately hemispherical at its end toward the combustion chamber.

Injector after Claim 1 , characterized in that the nozzle needle tip (18) has a flat end surface (19).

Injector after Claim 1 , characterized in that more than two spray holes (15) are formed in the nozzle body (2), which are distributed evenly over the circumference of the blind hole (14).

Injector after Claim 1 or 7th , characterized in that the inlet openings (115) of all spray holes (15) are arranged at the same height with respect to the longitudinal axis (6) of the nozzle body (2).

Injector after Claim 1 , characterized in that the nozzle needle tip (18) protruding into the blind hole (14) has a cylindrical section (20).

Injector after Claim 9 , characterized in that the inlet openings (115) of the spray holes (15) with respect to the longitudinal axis (6) of the nozzle body (2) lie at the level of the cylindrical section (20) of the nozzle needle (7).