DE2843000A1

DE2843000A1 - Kraftstoffeinspritzduese

Info

Publication number: DE2843000A1
Application number: DE19782843000
Authority: DE
Inventors: Gregor Dipl Ing Schuster; Kurt Dipl Ing Dr Ziesche
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-10-03
Filing date: 1978-10-03
Publication date: 1980-04-24
Also published as: JPS5549572A; GB2032520A; GB2032520B; FR2438172A1

Description

κ. 500 8

12.9.1978 Su/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Kraftstoffeinspritzdüse Stand der Technik

Die Erfindung geht aus· von einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bekannten Kraftstoffeinspritzdüsen dieser Art prallt die 'Ventilnadel bei schnellem Nadelschluß mit ihrem Nadelkegel so hart auf den Sitzkonus im Düsenkörper₃ daß ein Zurückfedern der Ventilnadel mit nochmaligem öffnen und dadurch Nachspritzen von Kraftstoff erfolgt. Dieses
Nachspritzen hat eine Zunahme der giftigen Anteile im Abgas und einen höheren Kraftstoffverbrauch zur Folge. Um ein derartiges Zurückfedern zu vermeiden, wird bei anderen bekannten Kraftstoffeinspritzdüsen meist beim

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- t -S ' R. 5 00 8

Schließen derselben der an der Ventilnadel angreifende Schließdruck erhöht. Eine derartige Einrichtung zur Erhöhung des Schließdruckes ist jedoch aufwendig und auch nicht immer in ausreichender Weise wirksam.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln eine gute Dämpfung beim Aufschlag der Ventilnadel mit sofortigem Abschluß der Einspritzung erreicht wird. Dieser plötzliche Abschluß wird noch verbessert und sichergestellt, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der Raum am verjüngten Konusende auf ein Minimum verringert wird, was bei der geringen Winkeldifferenz Nadelkonus - Sitzkonus besonders wirksam erreicht werden kann.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 den Ventilsitzbereich einer Kraftstoffeinspritzdüse, Figur 2 und Figur 3 das Sackloch der Düse betreffende Funktionsdarstellungen.

Beschreibung des Erfindungsbeispiels

In Figur 1 ist in einem nur ausschnittsweise dargestell-

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-/- c R- 5or·

ten Düsenkörper 1 eine ebenfalls nur teilweise dargestellte Ventilnadel 2 in deren Sitzbereich dargestellt. Die Ventilnadel 2 weist einen Konus 3 als Dichtfläche auf, an den sich ein Kegel 4 anschließt. Der Konus 3 wirkt mit der nahezu die gleiche Steigung aufweisenden trichterförmigen Bohrung 5 zusammen, welche in dem Abschnitt des sich Berührens mit dem Konus 3 als Ventilsitz dient.'Durch Einschleifen bzw. durch elastische Verformung infolge des Anpreßdruckes schmiegen sich die beiden konischen Flächen völlig ineinander. Stromauf : dieses Ventilsitzes ist der Druckraum 6 der Einspritzdüse angeordnet. Stromab des Ventilsitzes im unteren Teil des Bohrtrichters 5 zweigen die Spritzöffnungen 7 von einem Sackloch 8 ab.

Der Kegel 4 der Ventilnadel schließt einen Winkel der etwas größer ist als ein vom Bohrtrichter 5 eingeschlossener Winkel/2 · Der zwischen den durch Kegel und Trichter gebildeten Flächen eingeschlossene Winkel weist maximal 0,5 Winkelgrade auf. Bei geschlossener Einspritzdüse ist also ein äußerst geringes Restvolumen zwischen Trichterbohrung 5 und Ventilnadelkonus 3 bzw. Kegel 4 vorhanden. Beim Schließen der Ventilnadel erfolgt eine vollständige Auflage von Konus 3 sowie eine fast vollständige Auflage von Kegel 4 auf der Bohrungstrichterfläche 5j insbesondere wenn mit berücksichtigt wird, daß der Düsenkörper 1 eine gewisse Elastizität aufweist. Die Aufschlagkraft der Ventilnadel im Düsenkörper wird also von einer verhältnismäßig großen Fläche aufgefangen, auf welche sie sich verteilt, wobei der zwischen diesen Flächen befindliche Kraftstoff vor dem Aufsitzen verdrängt werden muß, was zu einer entsprechenden Dämpfung

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-/-■? R. 5 0 0 S

führt. Einerseits wird dabei Energie vernichtet, da der Kraftstoff zwischen den verhältnismäßig großen Flächen vor dem sich Berühren derselben unter Wirbelbildung verdrängt wird und andererseits bewirkt die metallisch flächige Auflage eine gewisse Adhäsion zwischen Düsenkörper und Ventilnadel.

Das sich an die Trichterbohrung 5 anschließende Sackloch 8 (D₀), von dem die Spritzöffnungen 7 abzweigen, ist ebenfalls auf ein Minimum verkleinert, um dadurch dessen hydraulisch elastisches Volumen so klein wie möglich zu halten. Durch das kleine Sacklochvolumen wird vor allem ein Nachlecken von Restkraftstoffmengen durch die Spritzöffnungen 7 in gewünschtem Maße verringert. Zur Anpassung an dieses verkürzte Sackloch 8 ist bei dem in Figur 1 dargestellten Beispiel die Ventilnadelspitze 9 kalottenförmig (D, ) ausgebildet.

In Figur 2 ist der Bereich das Sacklochs 8 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Für eine Minimierung des "schädlichen" Raumes des Sacklochs 8 wurden Proportionen entwickelt entsprechend der weiter unten stehenden Gleichung. Gegeben sind der Sitzwinkel oC , der Sacklochschneidewinkel \r , D, oder D . Gesucht ist die Mindestanbohrtiefe φ
^xmin'

Ausgehend von einem Kegelwinkel OC(60 bis 90 sind häufigste Ausführungen in der Praxis), ergibt sich für einen Kalottendurchmesser D₁ ein Durchmesser D für das Sack-

■cC S

loch 8 gemäß folgender Gleichung:
^Ds ^{= D}k -COS ^/2.

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Natürlich sind für den Sacklochdurchmesser D insbesondere wegen der Abzweigung der Spritzöffnungen 7 fertigungsbedingte Mindestmaße anzunehmen. Durch Entwicklung aus obiger Formel ergibt sich dann der Kalottendurchmesser D_k wie folgt:

^Dk ⁼

So läßt sich aus dem Winkel OC sowie dem Sacklochdurchmesser D der Kalottendurchmesser bestimmen. Die Mindestmasse D₁, und D₀ können auch durch weitere Fertigungsgrenzen bestimmt sein.

Aus den geometrischen Verhältnissen, wie sie in Figur 2 dargestellt sind ergibt sich die Mindestanbohrtiefe T . . Diese ergibt sich wie folgt:

Aus Dreieck MAE ergibt sich: U Aus Dreieck MTS ergibt sich: U + V Aus (U + V)- U ergibt sich: V

Aus dem Zweistrahl BESB bzw. BAESBG ergibt sich:

¹InIn _ Z -

V
Und nach Umformungen:

I₁. = — — /1 -COs

^min 2 . sintf/2

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ι. 5 0 ii c

Nach der Rechnung berührt die Kalotte gerade den Bohrkegel 11 des Sackloches. Um ein Aufliegen durch Fertigungsungenauigkeiten und Verschleiß zu verhindern, sollte die tatsächlich gewählte Anbohrtiefe sein:

^T = ^Tmin ^{+ (0}>°⁵ - °>²^⁾ überschlagsmäßig ergeben sich die Proportionen:

D_k = (100 - 150 %) D_s

T- = /1 s 5 - 20) % D₁ mxn \ ' / k

In Figur 3 ist die Ventilnadelspitze 9' als Kegel 12 ausgebildet, um dadurch den schädlichen Raum im Sackloch 8 noch stärker verkleinern zu können. Der Fußdurchmesser des Kegels 12 ist mit D, bezeichnet und muß in jedem Fall etwas kleiner sein als der Sacklochdurchmesser D·. Für den Kegeldurchmesser D. ergibt sich gemäß Figur 3:

Gegeben sind hier 0£ und t^und als herstellerisch bedingte Mindestwerte: D und Tj_n^_n. Berechnet wird

Figur 3: Aus den Dreiecken ACD und BCD ergeben sieh χ und z.

ζ = T .

tg*/2

min 1 - tg °C /2 . cot ^-72

D. = D₀ - 2 ζ
^{b S} tg <* /2

^Db ^{= D}s " ^{2 T}min 1 - tgOC/2 . cot ^ 12

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-/- 10 ' R. -5 00 8

Für die Anbohrungstiefe ergibt sich dann wiederum:

^T: ⁼:^Tmin ^{+ (0}>°⁵ " °»²*O

Überschlagsmäßig kann von folgenden Proportionen ausgegangen werden:

D_b = 35 bis 85 %

^Tmin = 5 - 15

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Claims

■*. se ob . I2.9.I978 Su/Kö ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Ansprüche

1.J Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit flüssigkeitsgesteuerter, gegen die Strömungsrichtung des Kraftstoffes öffnender'Ventilnadel und kegeligen stromab an den Ventilsitz sich anschließenden Flächen im Düsenkörper und an der Ventilnadel, wobei zwischen den Kegelwinkel dieser Flächen Unterschiede bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Unterschiede mindestens 15 Winkelminuten und höchstens 50 Winkelminuten, insbesondere jedoch zwischen 15 und 30 Winkelminuten betragen.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelwinkel im Bereich des Ventilsitzes (33 5) gleich sind.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Restvolumen bei geschlossener Einspritzdüse zwischen Ventilnadel (2) und Düsenkörper (1) stromab des Ventilsitzes minimiert ist.

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- 2 - R. 5 00 0

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 3₃ dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Ventilsitz und den daran angeschlossenen Bohrungskegel (5) ein Sackloch (8) anschließt, von dem insbesondere die Spritzöffnungen (7) abzweigt und welches bezüglich des flüssigkeitsgefüllten Volumens minimiert ist.

5. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (9) der Ventilnadel (2) kalottenförmig ausgebildet' ist und die Maßproportionen zwischen Sackloch (8) und Ventilnadelspitze (9) folgenden Gleichungen genügen:

a) Kalottendurchmesser aus dem Sacklochdurchmesser:

D, = 4

^K cos */2

b) Sacklochmindestanbohrungstiefe ist gleich ^Tmin ⁼ 2 . ----- ~" ' ⁽¹ " ^cos

wobei OC der Kegelwinkel der Ventilnadel bzw. des Ventilsitzes und if der Schnittwinkel des Sacklochgrundes ist.

6. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalottendurchmesser = 100 bis 150 ' des Sacklochdurchmessers ist und daß die Mindestbohrungs· tiefe = 1,5 bis 20 % des Sacklochdurchmessers ist.

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. - 3 - ■ κ.^r- ο ο es

7· Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet j daß die Nadelspitze (9') als Kegel (12) ausgebildet ist, dessen Winkel dem Grundkegel der Sacklochbohrung (8) entspricht und daß der Fußdurchmesser der Kegelspitze der Nadel (12) kleiner ist als der Sacklochdurchmesser (D_).

8. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 7_S dadurch gekennzeichnet, daß die Maßproportionen folgende Gleichungen genügen:

a) der Kegelfußdurchmesser der Nadelspitze D^ = D

2 T ( ^tgC^^/2 ,

* min ' U - tgcC/2 · cot^/2

2y

b) Sacklochtiefe ist gleich Sacklochmindesttiefe plus Q,05 bis 0,2 mm: T = T_min_ + (0,05 - 0_}2\)

9. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelspitzen-Grunddurchmesser gleich 35 bis 85 % des Sacklochdurchmessers ist und daß die Mindestsacklochtiefe 5 bis 15 % des Sacklochdurchmessers ist.

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