AT511811B1

AT511811B1 - Einspritzeinrichtung

Info

Publication number: AT511811B1
Application number: AT500052011A
Authority: AT
Inventors: Marko Dipl Ing Certic
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-03-15
Also published as: AT511811A4; DE102012112205A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einspritzeinrichtung (1), insbesondere eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine - vorzugsweise fremdgezündete -Brennkraftmaschine, mit einer Einspritzdüse (2) mit zumindest einer in die Einspritzdüse (2) eingeformten, sich in Strahlrichtung erweiternden schlitzförmigen Düsenöffnung (3), welche einem langgestreckten Eintrittsquerschnitt (4) und einem langgestreckten Austrittsquerschnitt (5) aufweist, wobei der Eintrittsquerschnitt (4) kleiner ist als der Austrittsquerschnitt (5). Um die Strahlgeometrie des Einspritzstrahles zu verbessern ist vorgesehen, dass die Düsenöffnung (3) ein stufenartiges Profil aufweist, wobei zwischen dem Eintrittsquerschnitt (4) und dem Austrittsquerschnitt (5) zumindest eine Schulter (7) ausgebildet ist.

Description

österreichisches Patentamt AT 511 811 B1 2013-03-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Einspritzeinrichtung, insbesondere Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine - vorzugsweise fremdgezündete -Brennkraftmaschine, mit einer Einspritzdüse mit zumindest einer in die Einspritzdüse eingeformten, sich in Strahlrichtung erweiternden schlitzförmigen Düsenöffnung, welche einem langgestreckten Eintrittsquerschnitt und einen langgestreckten Austrittsquerschnitt aufweist, wobei der Eintrittsquerschnitt kleiner ist als der Austrittsquerschnitt, wobei die Düsenöffnung ein stufenartiges Profil aufweist, wobei zwischen dem Eintrittsquerschnitt und dem Austrittsquerschnitt zumindest eine Schulter ausgebildet ist.

[0002] Aus der GB 248 531 A ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer geschlitzt ausgeführten Einspritzdüse bekannt.

[0003] Die Veröffentlichungen EP 0 611 886 A1, JP 9-133 060 A2, DE 195 17 988 A1, DE 195 07 285 A1 und DE 195 07 275 A1 offenbaren Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mit geschlitzter und sich abgestuft erweitender Einspritzöffnung, wobei die abgestufte Öffnung jeweils durch zwei übereinander angeordnete blendenartige Öffnungsplatten realisiert ist.

[0004] Einspritzdüsen mit linsenförmigen Schlitzöffnung sind weiters aus der DE 10 2008 042 413 A1 und der DE 199 18 257 A1 bekannt.

[0005] Die DE 10 2006 047 137 A1 beschreibt eine Lochscheibe für ein Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, welche zumindest einen Durchgang aufweist, wobei der Durchgang eine zulaufseitige Eintrittsöffnung und eine abspritzseitige Austrittsöffnung aufweist. Die abspritzseitige Austrittsöffnung weist ein gegenüber der zulaufseitigen Eintrittsöffnung verkleinerten Durchmesser auf, wobei das Zentrum der abspritzseitigen Austrittsöffnung von den Zentrum der zulaufseitigen Eintrittsöffnung dezentriert angeordnet ist.

[0006] Die DE 199 37 961 A1 offenbart ein Brennstoffeinspritzventil mit einer ein stufenartiges Profil aufweisenden Düsenöffnung mit einem Eintrittsquerschnitt und einem Austrittsquerschnitt, wobei der Eintrittsquerschnitt kleiner ist als der Austrittsquerschnitt. Die Düsenöffnung ist kreisrund gestaltet.

[0007] Aus der US 5,881,958 A ist eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer sich in Strahlrichtung erweiternden schlitzförmigen Einspritzdüse bekannt, welche einen langgestreckten Eintrittsquerschnitt und einen langgestreckten Austrittsquerschnitt aufweist. Der Eintrittsquerschnitt ist kleiner als der Austrittsquerschnitt ausgebildet, wobei die Düsenöffnung ein stufenartiges Profil aufweist. Zwischen dem Eintrittsquerschnitt und dem Austrittsquerschnitt ist zumindest eine Schulter ausgebildet.

[0008] Mit den bekannten geschlitzten Einspritzdüsen lässt sich allerdings kein konstantes zufriedenstellendes Strahlbild des eingespritzten Kraftstoffes erzielen. Dies resultiert in einer Wandbenetzung mit Kraftstoff und einer erhöhten Russbildung, sowie einer mangelnden Qualität der Emissionen.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und das Strahlbild auf einfache und nachhaltige Weise zu verbessern.

[0010] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zwei gegenüberliegende Längskanten des Eintrittsquerschnittes der Einspritzöffnung konkav ausgebildet sind.

[0011] Eine präzise und einfache Herstellung lässt sich erzielen, wenn die Einspritzöffnung durch Funkenerodieren oder Laserstrahlschneiden geformt ist.

[0012] Die Strahleigenschaften können wesentlich verbessert werden, wenn die Schulter eine im Wesentlichen normal zur Strahlachse ausgebildete Schulterfläche aufweist. Bevorzugt sind dabei die Seitenwände der Düsenöffnung zwischen Eintrittsquerschnitt und Schulter und/oder zwischen Schulter und Austrittsquerschnitt im wesentlichen parallel zur Düsenachse ausgebildet. 1 /6 österreichisches Patentamt AT 511 811 B1 2013-03-15 [0013] Es hat sich gezeigt, dass sowohl Eintrittstiefe, als auch der Kegelwinkel des Einspritzstrahles maßgebend günstig beeinflusst werden können, wenn gilt: 0,5 < h/b < 2, vorzugsweise 1 < h/b < 1,8, besonders vorzugsweise 1 < h/b < 1,5, wobei h der Abstand zwischen Schulter und Eintrittquerschnitt und b die maximale Schlitzbreite des Eintrittsquerschnittes ist.

[0014] Der Eintrittsquerschnitt der Eintrittsöffnung kann eckig, beispielsweise rechteckig, oval oder elliptisch geformt sein. Besonders günstig ist es, wenn die beiden gegenüber liegenden Längskanten des Eintrittsquerschnittes der Einspritzöffnung so geformt sind, dass gilt: 0,5 < b2/b1 < 2, vorzugsweise 0,8 < b2/b1 < 1,8, besonders vorzugsweise 1 < b2/b1 < 1,5, wobei b1 die kleinste Schlitzbreite des Eintrittquerschnittes und b2 die größte Schlitzbreite des Eintrittquerschnittes ist.

[0015] Die Breite des Austrittsquerschnittes hängt sowohl von der Breite des Eintrittquerschnittes, als auch von der Wandstärke der Düse ab. Es hat sich gezeigt, dass ein besonders vorteilhaftes Strahlbild erzielt werden kann, wenn - in einem Schnitt quer zur Düsenöffnung betrachtet - eine Verbindungslinie zwischen der Austrittskante des Austrittsquerschnittes und einer Abrisskante im Bereich der Schulter einen Winkel von mindestens 8°, vorzugsweise mindestens 10°, besonders vorzugsweise mindestens 12° aufweist.

[0016] Die Beschreibung wird im Folgenden anhand der Fig. näher erläutert.

[0017] Es zeigen Fig. 1 eine Einspritzdüse der erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung in einer Draufsicht in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 2 die Einspritzdüse in einem Schnitt gemäß der Linie ll-ll in Fig. 1, Fig. 3 die Einspritzdüse in einem Schnitt gemäß der Linie lll-lll in Fig. 1, Fig. 4 bis 6 verschiedene Ausführungsvarianten von Austrittsquerschnitten und Fig. 7 und 8 verschiedene Varianten von Eintrittquerschnitten der Einspritzöffnung.

[0018] Fig. 1 zeigt eine Einspritzdüsen 2 einer Einspritzeinrichtung 1 mit einer schlitzförmigen Düsenöffnung 3 im Bereich der konvex geformten Düsenkuppe 2a.

[0019] Die Düsenöffnung 3 ist gestuft ausgeführt und weist einen Eintrittquerschnitt 4 und einen Austrittsquerschnitt 5 auf, wobei der Austrittquerschnitt 5 größer als der Eintrittquerschnitt 4 ausgebildet ist. Die Seitenwände 6 der Düsenöffnung 3 weisen ein gestuftes Profil mit einer Schulter 7 auf, welche eine Schulterfläche 8 ausbildet, die etwa normal zur Strahlachse 9 angeordnet ist. Der ist mit h bezeichnet. Der Abstand h Abstand zwischen dem Eintrittquerschnitt 4 und der Schulter 7 ist deutlich geringer als die Wandstärke s der Düsenkuppe 2a und kann beispielsweise die halbe Wandstärke s betragen.

[0020] Sowohl die Wandstärke s, als auch der Abstand h können konstant oder variabel entlang der Düsenöffnung 3 ausgeführt sein. Eine günstige Strahlgeometrie kann erreicht werden, wenn das Verhältnis zwischen dem Abstand h und der maximalen Schlitzbreite b des Eintrittsquerschnittes zwischen 0,5 und 2, insbesondere zwischen 1 und 1,5 beträgt.

[0021] Die Seitenwände 6 zwischen Eintrittsquerschnitt 4 und Schulter 7, sowie zwischen der Schulter 7 und dem Austrittsquerschnitt 5 sind - im in Fig. 3 gezeigten Profil betrachtet - parallel zueinander und parallel zur Strahlachse 9 ausgebildet. Die Verbindungslinie 12 zwischen der Abrisskante 10 der Schulter 7 und der Austrittskante 11 des Austrittsquerschnittes 5 spannt mit der Strahlachse 9 einen Winkel α von mindestens 8 Grad auf, vorzugsweise von mindestens 12 Grad auf. Die Breite B des Austrittsquerschnittes 5 wird sowohl durch die Breite b des Eintrittquerschnittes 4, als auch durch die Wandstärke s der Düsenkuppe 2a beeinflusst. Die Steigung der Verbindungslinie 12 sollte auf jeden Fall so gewählt sein, dass ein aus der Düsenöffnung 3 austretender Kraftstoffstrahl die Austrittskante 11 nicht kontaktiert.

[0022] Im in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen sowohl der Eintrittsquerschnitt 4, als auch der Austrittsquerschnitt 5 - in einer Draufsicht gesehen - eine rechteckige Form auf, siehe Fig. 1. Die Fig. 4 bis 6 zeigen weitere mögliche Formen für den Austrittsquerschnitt 5. Wie ersichtlich, weist dabei der Austrittsquerschnitt 5 im Wesentlichen eine keulenförmige Form auf, wobei die Breite B des Austrittsquerschnittes 5 im Bereich einer kleinen Mittelachse 13 des Austrittsquerschnittes am kleinsten ist. Mit 14 ist die große Mittelachse des 2/6

Claims

österreichisches Patentamt AT 511 811 B1 2013-03-15 Eintritts- bzw. Austrittsquerschnittes 4, 5 bezeichnet. [0023] Die Fig. 7 und 8 zeigen Beispiele für mögliche Formen für den Eintrittsquerschnitt 4. In Fig. 7 sind dabei die Schmalseiten 4a des rechteckigen Eintrittsquerschnittes 4 durch Halbkreise 4a' gebildet, während die Langseiten 4b parallel zueinander geführt sind. In dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die gegenüberliegenden Längskanten 4b' des Eintrittsquerschnittes 4 konkav gekrümmt ausgeführt, so dass im Bereich der kleinen Mittelachse 13 die Breite b des Eintrittsquerschnittes 4 am größten ist. Das Verhältnis zwischen der maximalen Breite b2 und der minimalen Breite bi (im Bereich der Schmalseiten gemessen) beträgt zwischen 0,5 und 2, vorzugsweise zwischen 1 und 1,5. Patentansprüche 1. Einspritzeinrichtung (1), insbesondere Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine -vorzugsweise fremdgezündete - Brennkraftmaschine, mit einer Einspritzdüse (2) mit zumindest einer in die Einspritzdüse (2) eingeformten, sich in Strahlrichtung erweiternden schlitzförmigen Düsenöffnung (3), welche einem langgestreckten Eintrittsquerschnitt (4) und einen langgestreckten Austrittsquerschnitt (5) aufweist, wobei der Eintrittsquerschnitt (4) kleiner ist als der Austrittsquerschnitt (5), wobei die Düsenöffnung (3) ein stufenartiges Profil aufweist, wobei zwischen dem Eintrittsquerschnitt (4) und dem Austrittsquerschnitt (5) zumindest eine Schulter (7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegende Längskanten (4b') des Eintrittsquerschnittes (4) der Einspritzöffnung (3) konkav ausgebildet sind.
2. Einspritzeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzöffnung (3) durch Funkenerodieren oder Laserstrahlschneiden geformt ist.
3. Einspritzeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulter (7) eine im Wesentlichen normal zur Strahlachse (9) ausgebildete Schulterfläche (9) aufweist.
4. Einspritzeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand h zwischen Schulter (7) und Eintrittsquerschnitt (4) so gewählt ist, dass gilt: 0,5 < h/b < 2, vorzugsweise 1 < h/b < 1,8, besonders vorzugsweise 1 < h/b < 1,5, wobei b die maximale Schlitzbreite des Eintrittsquerschnittes (4) ist.
5. Einspritzeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittquerschnitt (4) die Form eines Rechteckes, vorzugsweise mit abgerundeten Ecken, aufweist.
6. Einspritzeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittquerschnitt (4) einen ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweist.
7. Einspritzeinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei gegenüberliegende Längskanten (4b') des Eintrittsquerschnittes (4) der Einspritzöffnung (3) so geformt sind, dass gilt: 0,5 < b2/b1 < 2, vorzugsweise 0,8 < b2/b1 < 1,8, besonders vorzugsweise 1 < b2/b1 < 1,5, wobei b1 die kleinste Schlitzbreite des Eintrittquerschnittes (4) und b2 die größte Schlitzbreite des Eintrittquerschnittes (4) ist.
8. Einspritzeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsquerschnitt (4) eine linsenartige Form aufweist, wobei die Breite (b) des Eintrittsquerschnitt (4) im Bereich einer kleinen Mittelachse (13) am größten ist.
9. Einspritzeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem Schnitt quer zur Düsenöffnung (3) betrachtet - eine Verbindungslinie (12) zwischen der Austrittskante (11) des Austrittsquerschnittes (5) und einer Abrisskante (10) im Bereich der Schulter (7) mit der Strahlachse (9) einen Winkel (a) von mindestens 8°, vorzugsweise mindestens 10°, besonders vorzugsweise mindestens 12° aufspannt. 3/6 österreichisches Patentamt AT 511 811 B1 2013-03-15
10. Einspritzeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (6) der Düsenöffnung (3) zwischen Eintrittsquerschnitt (4) und Schulter (7) und/oder zwischen Schulter (7) und Austrittsquerschnitt (5) im wesentlichen parallel zur Strahlachse (9) ausgebildet sind.
11. Einspritzeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsquerschnitt (5) eine rechteckige, ovale oder elliptische Form aufweist.
12. Einspritzeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsquerschnitt (5) eine keulenartige Form aufweist, wobei die Breite (B) des Austrittsquerschnitt (5) im Bereich einer kleinen Mittelachse (13) am geringsten ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 4/6