DE10255375A1

DE10255375A1 - Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff

Info

Publication number: DE10255375A1
Application number: DE2002155375
Authority: DE
Inventors: Jürgen BREEDLOVE; Grit Dr. Krüger; Ferdinand Löbbering
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-24
Also published as: EP1565650B1; WO2004048772A1; EP1565650A1; DE50304986D1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff, insbesondere in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Gehäusebauteil (2) mit wenigstens einem Spritzloch (4), welches einen Eintrittsbereich und einen Austrittsbereich (5) aufweist. Der Austrittsbereich (5) liegt in einer Ebene (E) senkrecht zu einer Spritzlochachse (Y-Y).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff, insbesondere zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.

Einspritzvorrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. Insbesondere in Verbindung mit Speichereinspritzsystemen, wie beispielsweise Common-Rail-Systemen zur Einspritzung von Dieselkraftstoff, werden derartige Einspritzvorrichtungen zur Kraftstoffeinspritzung unter hohem Druck verwendet. Derartige Einspritzvorrichtungen umfassen eine in einem Düsenkörper geführte Düsennadel, wobei ein Dichtsitz an einer Spitze der Düsennadel für eine Abdichtung zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper ausgebildet ist. Unterhalb des Dichtsitzes sind üblicherweise mehrere Spritzlöcher ausgebildet, welche von einem Sackloch im Düsenkörper abzweigen. Durch diese Spritzlöcher wird der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt.

Üblicherweise ist der Düsenkörper am Ende in Form eines Kegels bzw. Kegelstumpfes ausgebildet und die Spritzlöcher verlaufen von der Außenseite des Kegels nach innen zum Sackloch. Aufgrund der Anordnung der Spritzlöcher im Kegelbereich ergibt sich dabei eine nicht planare Austrittsfläche an der Außenseite des Kegels, wie in 4 gezeigt. Dies führt dazu, dass Kraftstoffteilchen bei Betrachtung des Kraftstoffstrahls in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse X-X des Spritzlochs zum Teil schon aus dem Spritzloch austreten, während sie an anderen Bereichen des Spritzloches noch an der Spritzlochwandung geführt werden. Hieraus resultiert eine unterschiedliche Ablenkung des Strahls über den Austrittsbereich und eine unterschiedliche Auffächerung des Strahls am Austrittsbereich.

Weiterhin führt die unterschiedliche Führungslänge der Kraftstoffteilchen am Austrittsbereich zu nicht symmetrischen Einspritzgeometrien und weiterhin auch zu einer nicht bzw. nur schwer reproduzierbaren Geometrie des Austrittstrahls.

In 5 ist weiterhin eine bekannte, zu einem Brennraum geneigte Düse dargestellt, bei der aufgrund der Neigung unterschiedliche Führungslängen einzelner Spritzlöcher vorhanden sind. Dabei ist die Führungslänge am linken Spritzloch 4 um A größer als am rechten Spritzloch 4', an dem die Führung B beträgt. Hierbei kommt es zusätzlich noch zu Streuungen des Spritzbildes von Spritzloch zu Spritzloch.

Es ist von daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einspritzvorrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff bereitzustellen, welche eine verbesserte Einspritzung von Kraftstoff ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff weist diese einen Austrittsbereich auf, welcher in einer Ebene senkrecht zu einer Spritzlochachse liegt. Mit anderen Worten liegen alle Randpunkte am Austrittsbereich des Spritzlochs in einer Ebene senkrecht zur Spritzlochachse, sodass eine planare Austrittsfläche vorhanden ist. Dadurch wird erreicht, dass der Kraftstoff im Austrittsbereich des Spritzlochs nicht unterschiedlich lange geführt wird, sodass ein optimaler Austritt von Kraftstoff aus dem Spritzloch erreicht wird. Dabei treten keine durch unterschiedliche Spritzlochlängen verursachte Ablenkungen oder unterschiedliche Auffächerungen des Strahls auf. Somit kann durch die erfindungsgemäße Maßnahme eine exakte Strahlgeometrie erhalten werden. Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung des Austrittsbereich in einer zur Spritzlochach se senkrechten Ebene eine exakte und schnellere Ausrichtung des Strahls. Dies ermöglicht auch eine leichter reproduzierbare Strahlgeometrie, sodass der Verbrennungsvorgang im Motor gleichmäßiger ablaufen kann. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Austrittsbereichs verbessert weiterhin die Zerstäubung innerhalb des Strahls und verringert die Druckabhängigkeit der Strahlgeometrie signifikant. Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass auch Versuche an Motorprüfständen o.ä. deutlich vereinfacht werden können. Die erfindungsgemäße Austrittsgeometrie stellt somit einen optimalen Austrittsstrahlkegel bereit, was zu einem verbesserten Verbrennungsvorgang und zur verbesserten Abgasemission führt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung liegt der Austrittsbereich des Spritzlochs in einem, insbesondere mittels Senken ausgesparten Bereich. Mit anderen Worten wird z.B. eine Senkung am Austrittsbereich des Spritzlochs ausgeführt derart, dass nach der Senkung alle Randpunkte des austrittseitigen Spritzlochendes in einer Ebene senkrecht zur Spritzlochachse liegen. Eine derartige Senkung kann beispielsweise vor oder nach der Herstellung des Spritzlochs mit einem entsprechend ausgebildeten Bohrwerkzeug oder mittels Funkenerosion o.ä. erzeugt werden.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Austrittsbereich des Spritzlochs an einem plangeschliffenen Außenbereich des Gehäusebauteils angeordnet. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Austrittsbereich ebenfalls besonders einfach bereitgestellt werden. Dabei ist es möglich, den planen Bereich an der Außenseite des Gehäusebauteils entweder vor dem Herstellen des Spritzlochs oder nach dem Herstellen des Spritzlochs auszubilden.

Weiterhin bevorzugt ist bei Verwendung von plangeschliffenen Bereichen als Austrittsbereiche des Spritzlochs die äußere Gestaltung des Gehäusebauteils als Polyeder ausgebildet. Da bei kann z.B. ein Polyeder mit einer im Wesentlichen kegelförmigen Grundform erzeugt werden.

Weiterhin bevorzugt ist das Gehäusebauteil, in welchem das Spritzloch angeordnet ist, ein im Wesentlichen kegel- oder kugelartiges Bauteil.

Weiterhin bevorzugt ist die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung geneigt zu einer Brennraumachse eingebaut. Bei einem derartigen schrägen Einbau relativ zum Brennraum ergaben sich im Stand der Technik bisher die größten Probleme, da es erst dadurch von Spritzloch zu Spritzloch zu unterschiedlichen Längendifferenzen und somit zu unterschiedlicher Strahlgeometrie der einzelnen Spritzlöcher kommt. Erfindungsgemäß kann dieses Problem jedoch nun einfach gelöst werden und an jedem Spritzloch die gleiche Strahlgeometrie sichergestellt werden.

Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung wird insbesondere in Speichereinspritzsystemen, wie beispielsweise Common-Rail-Systemen, zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck verwendet. Hierbei erzielt die vorliegende Erfindung besonders gute Einspritzergebnisse mit entsprechenden Vorteilen hinsichtlich der Verbrennung und des Abgasverhaltens, da aufgrund des hohen Drucks eine große Menge Kraftstoff innerhalb eines kleinen Zeitraums mit vorbestimmter, leicht reproduzierbarer Strahlgeometrie, eingespritzt wird.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Teilschnittansicht einer Einspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 eine Vergrößerung des mit X in 1 gekennzeichneten Austrittsbereich des Spritzlochs,
3 eine schematische Schnittansicht eines Austrittsbereichs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4 ein Austrittsbereich gemäß dem Stand der Technik, und
5 eine schematische Schnittansicht einer zum Brennraum geneigten Düse gemäß dem Stand der Technik.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Einspritzvorrichtung 1 für ein Speichereinspritzsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Einspritzvorrichtung 1 ein Gehäuse 2 in Form eines Düsenkörpers, in welchem ein Sackloch 3 mit einem Sitzkegel 10 ausgebildet ist. Ein Dichtsitz 8 auf dem Sitzkegel 10 wird in bekannter Weise von einer nicht dargestellten Düsennadel verschlossen bzw. freigegeben. Bei freigegebenem Dichtsitz strömt in bekannter Weise ein unter Druck stehender Kraftstoff durch das Sackloch 3 und über die Spritzlöcher 4 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.
In 2 ist der Austrittsbereich 5 des Spritzlochs 4 des ersten Ausführungsbeispiels im Detail dargestellt. Wie in 2 gezeigt, ist am Austrittsbereich 5 des Spritzlochs 4 eine Senkung 6 derart ausgebildet, dass der Austrittsbereich 5 des Spritzlochs in einer Ebene E liegt. Mit anderen Worten liegen alle Randpunkte 9 des austrittseitigen Spritzlochendes in einer Ebene E, welche senkrecht zu einer Spritzlochachse Y-Y ist. Durch diese Ausbildung des austrittseitigen Spritzlochendes wird eine exakte und schnelle Ausrichtung des Spritzstrahls bei vorberechenbarer und reproduzierbarer Strahlgeometrie erreicht. Insbesondere kann eine besonders gleichmäßige Strahlsymmetrie des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffs erhalten werden. Weiterhin wird der Strahl unabhängiger gegenüber Druckschwankungen. Infolge der verbesserten Zerstäubung im Vergleich mit den herkömmlichen Spritzlochgeometrien kann auch ein verbesserter Verbrennungsvorgang erhalten werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3 eine Einspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Einspritzvorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispiels, wobei anstelle der Senkung beim zweiten Ausführungsbeispiel ein plan geschliffener Bereich 7 ausgebildet ist. Der plan geschliffene Bereich 7 bildet die Ebene E, welche senkrecht zur Spritzlochachse Y-Y angeordnet ist, sodass der Austrittsbereich 5 des Spritzlochs 4 in dieser Ebene E liegt. Der plan geschliffene Bereich 7 kann dabei vor oder nach Herstellung des Spritzlochs 4 erzeugt werden.
Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung 1 wird insbesondere bei Speichereinspritzsystemen, wie beispielsweise Common-Rail-Systemen zur Einspritzung von Dieselkraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum verwendet. Hierbei zeigt die erfindungsgemäße Ausbildung des austrittseitigen Endes des Spritzlochs insbesondere bei hohen Drücken und bei Druckschwankungen signifikante Vorteile gegenüber den herkömmlichen, bisher verwendeten Spritzlochgeometrien.
Im Rahmen der Erfindung sind vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Einspritzvorrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff, insbesondere in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Gehäusebauteil (2) mit wenigstens einem Spritzloch (4), welches einen Eintrittsbereich und einen Austrittsbereich (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsbereich (5) in einer Ebene (E) senkrecht zu einer Spritzlochachse (Y-Y) liegt.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsbereich (5) in einem, insbesondere mittels Senken, ausgesparten Bereich (6) liegt.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene (E) des Austrittsbereichs (5) in einem plan geschliffenen Bereich (7) des Gehäusebauteils (2) liegt.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Gestaltung des Gehäusebauteils (2) ein Polyeder ist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Spritzloch (4) in einem Abschnitt des Gehäusebauteils (2) mit einer im Wesentlichen kegel- oder kugelartigen Gestalt angeordnet ist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzvorrichtung senkrecht oder geneigt zu einer Brennraumachse angeordnet ist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein spritzvorrichtung in einem Speichereinspritzsystem verwendet wird.