DE10246693A1

DE10246693A1 - Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff

Info

Publication number: DE10246693A1
Application number: DE10246693A
Authority: DE
Inventors: Grit Dr. Krüger; Eberhard Kull; Ferdinand Löbbering; Jürgen Schindlatz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2004-04-15
Also published as: US7017840B2; EP1408231B1; US20040112988A1; EP1408231A1; JP2004132376A; DE50305940D1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff, umfassend eine Düsennadel (2), welche in einem Düsenkörper (1) angeordnet ist, und ein in dem Düsenkörper (1) gebildetes Mikro-Sackloch (10), in welchem mindestens ein Spritzloch (8) ausgebildet ist. Dabei steht eine Spitze (3) der Düsennadel (2) derart in das Mikro-Sackloch (10) vor, dass die Spitze (3) in Axialrichtung (X-X) der Düsennadel auf Höhe der Spritzlöcher (8) angeordnet ist, wobei an der Spitze (3) der Düsennadel (2) auf Höhe der Spritzlöcher (8) Ausnehmungen in der Spitze gebildet sind, um einen Mindestabstand zwischen der Spitze (3) und den Spritzlöchern (8) sicherzustellen.

Description

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

Einspritzvorrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt, insbesondere in Verbindung mit Speichereinspritzsystemen, wie beispielsweise Common-Rail-Systemen zur Einspritzung von Dieselkraftstoff in einen Brennraum eines Motors. Derartige Einspritzvorrichtungen umfassen eine in einem Düsenkörper geführte Düsennadel, wobei an einer Spitze der Düsennadel ein Dichtsitz zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper realisiert ist. Unterhalb des Dichtsitzes in Austrittsrichtung sind dabei üblicherweise mehrere Spritzlöcher angeordnet, welche von einem Sackloch am Düsenkörper abzweigen und durch welche der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Hierbei sind auch sogenannte Mikro-Sacklochdüsen bekannt, bei denen der Raum unterhalb des Dichtsitzes, von welchem aus die Spritzlöcher abgehen, möglichst klein ist.

Bei einem kleinen Nadelhub, beispielsweise für eine Voreinspritzung oder eine Nacheinspritzung, kann es jedoch bei einer Mikro-Sacklochdüse aufgrund des geringen Strömungsquerschnitts zwischen Nadel und Düsenkörper zu einer schlechten Gleichverteilung des Kraftstoffs und/oder zu einem schlechten Strahlbild kommen. Dies führt zu verschlechterten Verbrennungsvorgängen im Brennraum und somit zu schlechten Abgasemissionen des Motors. Von daher sind bei den bekannten Mikro-Sacklochdüsen die Gestaltungen des Sacklochs derart, dass ein Querschnitt vor dem Spritzloch groß genug gehalten werden muss, woraus jedoch auch ein größerer Querschnitt des Mikro-Sacklochs resultiert. Somit sind durch diese Gegebenheiten Verbesserungen der Abgasemissionen durch das relativ große Volumen des Mikro-Sacklochs enge Grenzen gesetzt.

Es ist von daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einspritzvorrichtung mit einer Mikro-Sacklochdüse bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit ein verbessertes Emissionsverhalten der Abgase aufweist.

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

Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum ist derart ausgebildet, dass eine Spitze einer Düsennadel so tief in ein Mikro-Sackloch reicht, dass die Spitze in Längsrichtung der Düsennadel auch auf Höhe der Spritzlöcher angeordnet ist. Dabei ist die Spitze der Düsennadel auf Höhe der Spritzlöcher derart ausgebildet, dass sie in diesem Bereich abweichend von einer konischen Grundform derart geformt ist, dass ein ausreichender Abstand zwischen den Spritzlöchern und der Düsennadel vorhanden ist. Durch diesen Mindestabstand kann sichergestellt werden, dass die Nadel immer einen ausreichenden Abstand von dem Einlass des Spritzlochs aufweist, sodass es zu einem guten Strahlbild und einer guten Gleichverteilung des Kraftstoffs vor Eintritt in die Spritzlöcher kommt. Dadurch werden signifikant verbesserte Abgasemissionen erhalten. Mit anderen Worten wird dieser Mindestabstand zwischen der Spitze und den Spritzlöchern dadurch erreicht, dass an der Spitze der Düsennadel auf Höhe der Spritzlöcher Ausnehmungen in der Spitze gebildet sind. Die Ausnehmungen können dabei in beliebiger geometrischer Gestalt ausgebildet sein.

Um auch bei kleinen Nadelhüben eine Verbesserung der Abgasemissionen zu erreichen, ist der Mindestabstand zwischen den Spritzlöchern und der Düsennadelspitze sowohl bei geschlossener Düsennadel als auch bei einem kleinen Nadelhub vorhanden.

Vorzugsweise ist der Abstand derart ausgebildet, dass eine Fläche, welche in einer Ebene senkrecht zur Düsennadel liegt, zwischen dem äußeren Umfang der Spitze der Düsennadel und jedem nach innen zum Sackloch gerichteten Randpunkt des Spritzlochs in einem Hubbereich der Düsennadel zwischen 0 und ca. 80 μm größer oder gleich 0,200 mm² ist. Mit anderen Worten ist die Spitze im Bereich nahe dem Spritzloch derart ausgebildet, dass zwischen der Spitze und dem Spritzloch ein ringförmiger, flächenartiger Bereich mit einer Mindestquerschnittsfläche von 0,200 mm² sowohl bei nichtbetätigter Düsennadel als auch bei kleinen Nadelhüben bis ca. 80 μm vorhanden ist.

Besonders bevorzugt liegt dabei die Ringfläche in einer Ebene, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung der Düsennadel ist und durch den obersten Randpunkt des bzw. der Spritzlöcher verläuft.

Ein besonders gutes Strahlbild wird erhalten, wenn alle Spritzlöcher der Einspritzvorrichtung in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung der Düsennadel angeordnet sind.

Vorzugsweise ist die Spitze der Düsennadel in dem Bereich, welche den Spritzlöchern entgegengesetzt liegt, mit einer Aussparung versehen, welche beispielsweise als umlaufende Nut in der kegelförmigen Spitze der Düsennadel ausgebildet sind. Alternativ hierzu kann die Aussparung beispielsweise durch einen, insbesondere stufenförmigen, Absatz in der Spitze der Düsennadel im Bereich gegenüber den Spritzlöchern ausgebildet sein.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Spitze der Düsennadel derart ausgebildet, dass im Bereich gegenüber den Spritzlöchern ein zweiter kegelförmiger Bereich ausgebildet ist. Dabei ist der Winkel dieses zweiten kegelförmigen Bereichs zur Mittelachse der Düsennadel größer als ein Winkel der Spitze der Düsennadel, beispielsweise an einem Dichtsitz der Nadel. Ein derartiger zweiter kegelförmiger Bereich kann besonders einfach beispielsweise mittels Schleifen der Düsennadel hergestellt werden. Es sei weiterhin angemerkt, dass selbstverständlich auch mehrere kegelförmige Bereiche nacheinander die Spitze der Düsennadel bilden können, wobei der Winkel bezüglich der Mittelachse der Nadel immer größer wird, je näher er am Ende der Spitze liegt.

Die vorliegende Erfindung wird insbesondere bei Speichereinspritzsystemen, wie z.B. Common-Rail-Systemen, verwendet. Erfindungsgemäß kann somit trotz einem kleinen Sacklochvolumen, welches üblicherweise zu schlechten Abgasemissionen führt, durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Nadelspitze eine gute Gleichverteilung der Einstrahlmengen und ein gutes Strahlbild erhalten werden, was zu geringen HC-Emissionen führt. Somit kann eine verbesserte Gemischausbildung im Brennraum erreicht werden, wodurch eine signifikante Absenkung der Abgasemissionen und auch des Verbrauchs erhalten wird.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Schnittansicht in einer Einspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II von 1,
3 eine schematische Schnittansicht einer Einspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Einspritzvorrichtung in bekannter Weise eine in einem Düsenkörper 1 angeordnete Düsennadel 2. Die Düsennadel 2 sitzt an einem Dichtsitz 4 am Düsenkörper 1 auf und gibt den Dichtsitz, beispielsweise durch Ansteuerung mittels eines Piezoaktors, in bekannter Weise durch Bewegung entlang der Längsachse X-X der Düsennadel 2 frei bzw. verschließt diesen, um eine Einspritzung zu beginnen bzw. zu beenden. Die Düsennadel 2 weist eine im Wesentlichen konisch gebildete Spitze 3 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Spitze 3 durch einen ersten kegelförmigen Bereich 5, einen zweiten kegelförmigen Bereich 6 und einen dritten kegelförmigen Bereich 7 gebildet. Dabei sind die kegelförmigen Bereiche 5, 6, 7 derart gebildet, dass sie jeweils einen unterschiedlichen Winkel zur Längsachse X-X aufweisen. Genauer weist der erste kegelförmige Bereich 5 den spitzesten Winkel gegenüber der Achse X-X auf und der am Ende der Spitze 3 angeordnete dritte kegelförmige Bereich 7 weist den stumpfesten Winkel gegenüber der Achse X-X auf (vgl. 1).
Im Düsenkörper 1 sind in bekannter Weise eine Vielzahl von Spritzlöchern 8, genauer, wie in 2 gezeigt, sechs Spritzlöcher 8 in symmetrischer Weise ausgebildet. Die Spritzlöcher 8 liegen dabei auf einer Ebene senkrecht durch die Längsachse X-X der Düsennadel 2.
Wie aus 1 ersichtlich ist, liegt dabei der zweite kegelförmige Bereich 6 bei geschlossener Düsennadel 2 und bei einem kleineren Nadelhub bis ca. 80 μm einem obersten Randpunkt 9 und des Spritzloches 8 gegenüber. Genauer liegt der oberste Randpunkt 9 in einer Ebene E, welche senkrecht zur Längsachse X-X der Düsennadel 2 und dem obersten Randpunkt 9 des Spritzlochs 8 verläuft. Dadurch ergibt sich zwischen dem obersten Randpunkt 9 und der Spitze 3 der Düsennadel eine ringförmige Fläche A.
Die ringförmige Fläche A ist im Detail in der in 2 gezeigten Schnittansicht entlang der Ebene E dargestellt. Die ringförmige Fläche A weist dabei eine Größe von größer oder gleich ca. 0,200 mm² auf. Dadurch ist auch bei geschlossener Düsennadel ein gewisser Mindestabstand der Spitze 3, genauer des kegelförmigen Bereichs 6 der Spitze 3 vom Düsenkörper 1, sichergestellt. Dadurch kann vor den Spritzlöchern ein ausreichender Raum aufrecht erhalten werden. Somit kann auch bei einer wie in 1 gezeigten Mikro-Sacklochdüse trotz des kleinen Sacklochvolumens eine gute Gleichverteilung der Einzelstrahlmengen und ein gutes Strahlbild bei der Einspritzung erreicht werden, wodurch die Abgasemissionen und der Kraftstoffverbrauch verringert werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3 eine Einspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel die Spitze 3 der Düsennadel im Bereich gegenüber dem Spritzloch 8 durch einen sich ungefähr parabelförmigen verjüngenden Bereich 11 gebildet. Dieser sich verjüngende Bereich 11 der Spitze 3 ist dabei derart ausgebildet, dass sich zwischen dem obersten Randpunkt 9 des Spritzlochs 8 und dem sich verjüngenden Bereich 11 eine Fläche A mit einem Mindestquerschnitt von ca. 0,200 mm² ergibt.
Somit ist auch bei geschlossener Düsennadel ein ausreichender Abstand zwischen der Spitze der Düsennadel und den Spritzlöchern 8 gegeben, sodass eine verbesserte Einspritzung und damit auch insbesondere ein verbessertes Abgasverhalten des Mo tors erreicht werden kann. Der sich verjüngende Bereich kann ebenfalls beispielsweise mittels Schleifen hergestellt werden.
Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, sodass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.

Claims

Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff, umfassend eine Düsennadel (2), welche in einem Düsenkörper (1) angeordnet ist, und ein in dem Düsenkörper (1) gebildetes Mikro-Sackloch (10), in welchem mindestens ein Spritzloch (8) ausgebildet ist, wobei eine Spitze (3) der Düsennadel (2) derart in das Mikro-Sackloch (10) vorsteht, dass die Spitze (3) in Axialrichtung (X-X) der Düsennadel auf Höhe der Spritzlöcher (8) angeordnet ist, wobei an der Spitze (3) der Düsennadel (2) auf Höhe der Spritzlöcher (8) Ausnehmungen in der Spitze gebildet sind, um einen Mindestabstand zwischen der Spitze (3) und den Spritzlöchern (8) sicherzustellen.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestabstand sowohl bei geschlossener Düsennadel (2) als auch bei einem kleineren Nadelhub vorhanden ist.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestabstand durch eine in einer senkrecht zur Axialrichtung (X-X) angeordneten Ebene (E) liegenden Fläche (A) gebildet ist, wobei die Fläche (A) zwischen dem äußeren Umfang der Spitze (3) und allen inneren Randpunkten der Spritzlöcher (8) in einem Hubbereich der Düsennadel zwischen 0 und ca. 80 μm größer oder gleich ca. 0,200 mm² ist.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene (E) durch den obersten Randpunkt (9) des Spritzlochs (8) verläuft.
Einspritzvorric htung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Spritzlöcher in einer Ebene, welche senkrecht zur Axialrichtung (X-X) ist, angeordnet sind.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (3) der Düsennadel auf Höhe der Ebene (E) einen ausgesparten Bereich (6; 11) aufweist.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgesparte Bereich als umlaufende Nut ausgebildet ist.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgesparte Bereich als Absatz ausgebildet ist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen (3) der Düsennadel auf Höhe der Spritzlöcher einen kegelförmigen Bereich (6) aufweist, wobei ein Winkel dieses kegelförmigen Bereichs (6) zur Achse (X-X) der Düsennadel größer ist als ein Winkel der Spitze (3) der Düsennadel an einem Dichtsitz (4) der Nadel am Düsenkörper (1).