DE1751566A1

DE1751566A1 - Fuel injector

Info

Publication number: DE1751566A1
Application number: DE19681751566
Authority: DE
Inventors: Bailey John Maxwell
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1967-06-22
Filing date: 1968-06-21
Publication date: 1971-07-08
Also published as: BE717001A; FR1568592A; GB1219938A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil, das aus einem Ventilkopf besteht, der in einer Ventilkammer sitzt. Der Ventilkopf sitzt normalerweise mit seiner rückwärtigen Fläche in einem durch die Ventilkammer gebildeten Ventilsitz. Die in die Kammer eintretende Flüssigkeit wird gegen einen Teil der rückwärtigen Fläche geleitet, um den Ventilkopf zunächst in eine Stellung zu bewegen, in der er sich nicht mehr in dem Sitz befindet. Sodann wird der Kraftstoff mit Hilfe eines in axialer Richtung verlaufenden Lippenteiles der Wandfläche der Ventilkammer auf die gesamte rückwärtige Fläche des Ventilkopfes gelenkt, um den letzteren weiter nach vorn zu bewegen.The present invention relates to a fuel injection valve consisting of a valve head seated in a valve chamber. The valve head is normally seated with its rear surface in a valve seat formed by the valve chamber. The liquid entering the chamber is directed against part of the rear surface in order to first move the valve head into a position in which it is no longer in the seat. The fuel is then directed onto the entire rear surface of the valve head with the aid of a lip part of the wall surface of the valve chamber which extends in the axial direction, in order to move the latter further forward.

Kraftstoffeinspritzventile werden vorwiegend in Verbrennungsmotoren verwendet. Viele bisher verwendete Ventile wiesen hinsichtlich ihrer Ausbildung und ihrer Wirkungsweise Nachteile auf. Derartige Ventile waren für gewöhnlich verhältnismäßig kompliziert ausgebildet und verhältnismäßig teuer in ihrer Herstellung. Außerdem waren diese Ventile oft nicht in der Lage, einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. So wurden beispielsweise oft Ventile mit außerordentlich genau sitzendem Schaft verwendet, die teuer sind und anfällig für ein Hängenbleiben sind. Ferner haben viele Ventile die Verwendung von Leckleitungen erfordert.Fuel injection valves are mainly used in internal combustion engines. Many valves used up to now have disadvantages in terms of their design and mode of operation. Such valves were usually relatively complex and relatively expensive to manufacture. In addition, these valves were often unable to ensure trouble-free operation. For example, valves with an extremely well-fitting stem have often been used, which are expensive and prone to snagging. Furthermore, many valves have required the use of leak lines.

Es sind für Kraftstoffeinspritzzwecke Ventile verwendet worden, die sowohl von der nach innen öffnenden als auch von der nach außen öffnenden Art waren. Die bekannten Ventile der nach außen öffnenden Art hatten den Nachteil, keine Ausgleichsfläche zu bilden (wie sie für gewöhnlich in Ventilen der nach innen öffnenden Art vorhanden ist). Infolgedessen rufen die nach außen öffnenden Ventile ein unerwünschtes "Rattern" bei Anlassdrehzahlen hervor. Außerdem liefern derartige Ventile keine angemessene hohe anfängliche Kraftstoffeinspritzung bei Laufdrehzahlen des Motors.Valves of both the inwardly and outwardly opening types have been used for fuel injection purposes. The known valves of the outward opening type had the disadvantage of not forming a compensating surface (as is usually present in valves of the inward opening type). As a result, the outward opening valves cause an undesirable "rattle" at starting speeds. In addition, such valves do not provide adequately high initial fuel injection at engine running speeds.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Kraftstoffeinspritzventil vor, das die oben erörterten Nachteile der Kraftstoffeinspritzventile gemäß dem Stand der Technik überwinden soll.The present invention provides a fuel injector which is intended to overcome the disadvantages of the prior art fuel injectors discussed above.

Gemäß der Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzventil geschaffen, das von der nach außen öffnenden Art ist. Das Ventil besteht aus einem Ventilkopf und einer Ventilkammer. Der Ventilkopf ist mit einer rückwärtigen Fläche ausgebildet, die in einem Ventilsitz sitzen kann. Die Ventilkammer bildet einen Sitz für den Ventilkopf und umschließt den letzteren, so dass dieser sich aus der in dem Sitz befindlichen Stellung nach vorn in eine Stellung bewegen kann, in der er sich nicht in dem Sitz befindet. Die Kammer besteht aus einer Wandfläche, die dazu bestimmt ist, Kraftstoff gegen einen Teil der Rückfläche des Ventilkopfes zu lenken, um diesen zunächst aus seinem Sitz zu bewegen. Die Kammer weist eine Fläche auf, mit der der Kraftstoff im wesentlichen auf die gesamte rückwärtige Fläche des Ventilkopfes gelenkt wird, nachdem der letztere zunächst aus seinem Sitz bewegt worden ist.According to the invention there is provided a fuel injector which is of the outwardly opening type. The valve consists of a valve head and a valve chamber. The valve head is formed with a rear surface that can sit in a valve seat. The valve chamber forms a seat for the valve head and encloses the latter so that it can move forward from the position in the seat into a position in which it is not in the seat. The chamber consists of a wall surface which is designed to direct fuel against part of the rear surface of the valve head in order to initially move the latter out of its seat. The chamber has a surface by which the fuel is directed onto substantially the entire rear surface of the valve head after the latter has first been moved out of its seat.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Ausgleichsfläche in einem Ventil der nach außen öffnenden Art. Infolgedessen sind die Kraftstoffeinspritzeigenschaften des Ventils wesentlich verbessert. Ein zufriedenstellendes "Rattern" wird gewährleistet. Außerdem wird eine hohe anfängliche Kraftstoffeinspritzung bei Laufdrehzahlen erzielt.The present invention thus provides a compensation surface in a valve of the outwardly opening type. As a result, the fuel injection properties of the valve are significantly improved. A satisfactory "chatter" is guaranteed. It also provides high initial fuel injection at run speeds.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor, in denenFurther advantages of the present invention will become apparent from a reading of the following description with reference to the accompanying drawings, in which

Figur 1 eine teilweise als Schnitt dargestellte Seitenrissansicht einer Kraftstoffeinspritzanordnung ist, die ein er- findungsgemäß gebildetes Ventil enthält, undFigure 1 is a partially sectioned side elevational view of a fuel injection assembly incorporating a contains valve formed according to the invention, and

Figur 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in Figur 1 ist.FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view taken along line II-II in FIG.

In Figur 1 ist eine Ventilanordnung 10 gezeigt, die zum Zwecke der Kraftstoffeinspritzung in einen (nicht gezeigten) Zylinder eines Verbrennungsmotors verwendet werden kann. Die Ventilanordnung 10 bildet ein geeignetes Gehäuse 11, in dem ein Ventil 12 angeordnet ist. Das letztere umfasst einen Ventilschaft 14, der an seinem inneren Ende einen Ventilkopf 16 trägt (siehe auch Figur 2). Der Ventilkopf 16 hat im wesentlichen kegelstumpfförmigen Querschnitt und ist an der Grundfläche des Kegelstumpfes mit einer abgerundeten Schulter 18 ausgebildet. Die Schulter 18 bildet für den Ventilkopf 16 eine rückwärtige Sitzfläche 20. In Nähe der Schulter 18 ist der Kopf 16 mit einem im wesentlichen flachen Flächenteil oder Band 22 ausgebildet. Das Band 22 verläuft um den Umfang des Ventilkopfes 16 und ist mit der Achse des Ventilkopfes konzentrisch.FIG. 1 shows a valve arrangement 10 which can be used for the purpose of injecting fuel into a cylinder (not shown) of an internal combustion engine. The valve arrangement 10 forms a suitable housing 11 in which a valve 12 is arranged. The latter comprises a valve stem 14 which carries a valve head 16 at its inner end (see also FIG. 2). The valve head 16 has a substantially frustoconical cross-section and is formed with a rounded shoulder 18 on the base of the truncated cone. The shoulder 18 forms a rear seat surface 20 for the valve head 16. In the vicinity of the shoulder 18, the head 16 is formed with an essentially flat surface part or band 22. The band 22 extends around the circumference of the valve head 16 and is concentric with the axis of the valve head.

Das Ventil 12 weist eine Ventilspitze 24 auf, die mit zwei entgegengesetzt gerichteten Kraftstoffauslassöffnungen 26 und 28 ausgebildet ist. Ein Kraftstoffauslasskanal 30 steht an einem Ende in Verbindung mit den Öffnungen 26, 28, und an seinem entgegengesetzten Ende mit einer in der Spitze 24 ausgebildeten Ventilkammer 32. In dem inneren Ende der Ventilspitze 24 ist ein Ventilsitzteil 34 angebracht. Das Ventilsitzteil 34 weist einen Einlasskanal 36 auf, der mit einer Einlassöffnung 38 für die Kammer 32 in Verbindung steht, sowie einen Ventilsitz 40, der an der Öffnung 38 angeordnet ist.The valve 12 has a valve tip 24 which is formed with two oppositely directed fuel outlet openings 26 and 28. A fuel outlet passage 30 communicates at one end with the openings 26, 28, and at its opposite end with a valve chamber 32 formed in the tip 24. In the inner end of the valve tip 24, a valve seat member 34 is mounted. The valve seat part 34 has an inlet channel 36 which is in communication with an inlet opening 38 for the chamber 32, as well as a valve seat 40 which is arranged at the opening 38.

Der Ventilsitz 40 verläuft gegenüber der Achse der Kammer 32 in schräger Richtung. In Nähe des Sitzes 40 und von diesem in axialer Richtung nach außen ist das Teil 34 mit einer Lippe 42 ausgebildet. Letztere ist verhältnismäßig kurz und verläuft im wesentlichen parallel zu der Achse der Kammer 32. Die Lippe 42 geht an ihrem äußeren Ende in eine schrägverlaufende Fläche 43 des Teiles 34 über.The valve seat 40 extends in an oblique direction with respect to the axis of the chamber 32. In the vicinity of the seat 40 and outwardly therefrom in the axial direction, the part 34 is formed with a lip 42. The latter is relatively short and runs essentially parallel to the axis of the chamber 32. The lip 42 merges at its outer end into an inclined surface 43 of the part 34.

Eine Hülse 44 ist an der Ventilspitze 24 angeordnet und umschließt das Ventilsitzteil 34. Die Hülse 44 bildet eine zylindrische Kammer 45. An dem Teil 34 liegt ein in der Kammer 45 angeordnetes Abstandsstück 46 an. An dem äußeren Ende des Ventilschaftes 14 ist ein Ring 48 befestigt. Ein Federhalteteil 50 liegt an dem Ring 48 an. Zwischen dem Federhalteteil 50 und dem Abstandsstück 46 ist eine Feder 52 angeordnet. Eine Kraftstoffzufuhrleitung 54 ist in der Hülse 44 angebracht und steht in Verbindung mit der Kammer 45.A sleeve 44 is arranged on the valve tip 24 and encloses the valve seat part 34. The sleeve 44 forms a cylindrical chamber 45. A spacer 46 arranged in the chamber 45 rests on the part 34. A ring 48 is attached to the outer end of the valve stem 14. A spring holding part 50 rests on the ring 48. A spring 52 is arranged between the spring holding part 50 and the spacer 46. A fuel supply line 54 is mounted in the sleeve 44 and is in communication with the chamber 45.

Bei Betrieb der Ventilanordnung 10 wird Kraftstoff durch das Einlassrohr 54, die Kammer 45, den Einlasskanal 36 und die Öffnung 38 in die Ventilkammer 32 geschickt. Dieser Kraftstoff übt einen Druck auf die rückwärtige Fläche 26 des Ventilkopfes aus, der normalerweise durch die Feder 52 in dem Sitz 40 gehalten wird. Der Ventilkopf 16 wird infolgedessen aus dem Sitz in Richtung auf den Auslasskanal 30 bewegt. Diese Bewegung wird durch den Druck des Kraftstoffes hervorgerufen, der nur auf denjenigen Teil der Fläche 20 ausgeübt wird, der sich unmittel- bar neben dem Ventilschaft 14 befindet. Nachdem der Ventilkopf 16 zunächst aus seinem Sitz bewegt worden ist, strömt der Kraftstoff um die Schulter 18 und entlang der Sitzfläche 40. Dieser Kraftstoff gelangt dann in Berührung mit der Lippe 42. Diese dient dazu, die weitere Strömung des Kraftstoffes aufzuhalten. Der Kraftstoff wird dadurch von der Lippe 42 und der Fläche 40 hinweggelenkt und gelangt in Berührung mit dem Teil der rückwärtigen Fläche 20 in Nähe des Bandes 22. Dadurch wird nunmehr der Kraftstoffdruck auf die gesamte rückwärtige Fläche 20 ausgeübt, um die Fortsetzung der Bewegung des Ventilkopfes 16 in die vollständig geöffnete Stellung hervorzurufen. Der Kraftstoffdruck dient dann dazu, den Ventilkopf 16 in dieser geöffneten Stellung zu halten. Gleichzeitig strömt Kraftstoff um den Ventilkopf 16 herum und in den Auslasskanal 30, um durch die Öffnungen 26 und 28 ausgestoßen zu werden.In operation of the valve assembly 10, fuel is sent into the valve chamber 32 through the inlet tube 54, the chamber 45, the inlet passage 36 and the opening 38. This fuel exerts a pressure on the rear surface 26 of the valve head which is normally held in the seat 40 by the spring 52. The valve head 16 is consequently moved out of the seat in the direction of the outlet channel 30. This movement is caused by the pressure of the fuel, which is only exerted on that part of the surface 20 which is directly bar is located next to the valve stem 14. After the valve head 16 has first been moved out of its seat, the fuel flows around the shoulder 18 and along the seat surface 40. This fuel then comes into contact with the lip 42. This serves to stop the further flow of the fuel. The fuel is thereby diverted away from lip 42 and surface 40 and comes into contact with the portion of rear surface 20 near belt 22. This now applies fuel pressure to all of rear surface 20 to continue movement of the valve head 16 to cause the fully open position. The fuel pressure then serves to hold the valve head 16 in this open position. Simultaneously, fuel flows around valve head 16 and into exhaust passage 30 to be expelled through openings 26 and 28.

Bei Anlassdrehzahlen ist die Auslasskapazität der Ventilanordnung 10 höher als der durch den Kanal 36 eintretende Kraftstoff. Daher baut sich zunächst der Kraftstoffdruck an der hinteren Fläche 26 auf, bis der Ventilkopf 16 aus seinem Sitz bewegt wird. Da zu diesem Zeitpunkt die Kraftstoffströmungsmenge verhältnismäßig gering ist, nimmt der Kraftstoffdruck sofort ab, und der Ventilkopf 16 wird durch die Feder 52 schnell in seinen Sitz zurückgebracht. Der Kraftstoffdruck baut sich sodann wieder auf und der Zyklus wird wiederholt. Während des Anlassens geht daher der Ventilkopf 16 schnell zwischen einer Stellung, in der er sich in seinem Sitz befindet, und einer Stellung hin und her, in der aus dem Sitz bewegt ist. Dieses schnelle Hin- und Hergehen oder "Rattern" dient dazu, feine Kraftstofftropfen zu erzeugen, die ein verbessertes Anlassen des Motors unterstützen.At starting speeds, the outlet capacity of the valve assembly 10 is higher than the fuel entering through the channel 36. Therefore, fuel pressure first builds up on the rear surface 26 until the valve head 16 is moved out of its seat. Since the fuel flow rate is relatively small at this time, the fuel pressure immediately decreases and the valve head 16 is quickly returned to its seat by the spring 52. The fuel pressure then builds up again and the cycle is repeated. Thus, during cranking, the valve head 16 rapidly reciprocates between a position in which it is in its seat and a position in which it is moved out of the seat. This rapid reciprocation or "chatter" is used to create fine droplets of fuel that aid in better starting the engine.

Nachdem der Motor die Laufdrehzahl erreicht hat, wird der Ventilkopf 16 durch den verhältnismäßig hohen Druck und die Kraftstoffströmungsmenge vollständig offen gehalten. Wenn der Kraftstoffeinspritzzyklus beendet wird, nimmt der Kraftstoffdruck in der Kammer 32 ab. Der Ventilkopf 16 kehrt in den Sitz zurück, wenn der Druck auf einen Wert gefallen ist, der etwas geringer ist, als derjenige Druck, der zuvor gegen die gesamte Fläche 20 ausgeübt worden ist.After the engine has reached running speed, the valve head 16 is kept fully open by the relatively high pressure and the amount of fuel flow. When the fuel injection cycle ends, the fuel pressure in chamber 32 decreases. The valve head 16 returns to the seat when the pressure has fallen to a value which is slightly less than the pressure previously exerted against the entire surface 20.

Das erfindungsgemäße Ventil weist, obwohl es von der nach außen öffnenden Art ist, eine Ausgleichsfläche auf, wie sie früher nur bei den nach innen öffnenden Ventilen vorhanden war. Durch die Ausgleichsfläche wird ein gutes "Rattern" des Ventils bei Anlassdrehzahlen und eine hohe Anfangskraftstoffeinspritzung bei Laufdrehzahlen des Motors hervorgerufen. Das Ventil ist gleichzeitig von verhältnismäßig einfacher Ausbildung und verhältnismäßig billig herzustellen. Das Ventil erfordert nicht die Verwendung eines mit großer Genauigkeit sitzenden Ventilschaftes, wie er früher oft in den bekannten Ventilen verwendet wurde. Außerdem erfordert das Ventil nicht die Verwendung einer Leckleitung, wie sie oft in Ventilen gemäß dem Stand der Technik erforderlich ist. Als einen weiteren Vorteil weist die Ventilanordnung eine verringerte Nadelmasse auf.The valve according to the invention, although of the outwardly opening type, has a compensating surface such as was previously only present in inwardly opening valves. The compensation surface causes a good "chatter" of the valve at starting speeds and a high initial fuel injection at running speeds of the engine. The valve is at the same time of a relatively simple design and relatively cheap to manufacture. The valve does not require the use of a precisely fitting valve stem, as was often used in the past in the known valves. In addition, the valve does not require the use of a leakage line as is often required in prior art valves. As a further advantage, the valve arrangement has a reduced needle mass.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil, gekennzeichnet durch einen Ventilkopf (16) mit einer rückwärtigen Fläche (18), mit der er in einem Ventilsitz (40) sitzen kann, und eine Ventilkammer (32) für den Durchgang von Kraftstoff, die einen Sitz (40) für den Ventilkopf bildet und den Ventilkopf (16) so umschließt, dass er zwischen einer Stellung, in der er sich in seinem Sitz befindet, und Stellungen, in denen er aus dem Sitz bewegt ist, nach vorn bewegt werden kann, wobei die Kammer so ausgebildet ist, dass sie Kraftstoff gegen einen Teil der rückwärtigen Fläche des Ventilkopfes lenkt, um den Ventilkopf nach vorn zu bewegen, und einen Wandflächenteil (42) aufweist, durch den Kraftstoff gegen im wesentlichen die gesamte rückwärtige Fläche des Ventilkopfes gelenkt wird, wenn er aus seinem Sitz herausbewegt ist.1. Fuel injection valve, characterized by a valve head (16) with a rear surface (18) with which it can sit in a valve seat (40), and a valve chamber (32) for the passage of fuel, which has a seat (40) for forms the valve head and encloses the valve head (16) so that it can be moved forward between a position in which it is in its seat and positions in which it is moved out of the seat, the chamber so formed is that it directs fuel against part of the rear surface of the valve head to move the valve head forward and has a wall surface portion (42) through the fuel is steered against substantially the entire rear surface of the valve head when it is moved out of its seat.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkopf im wesentlichen kegelstumpfförmigen Querschnitt hat, an dessen Grundfläche er mit einer abgerundeten Schulter (18) ausgebildet ist, die die rückwärtige Fläche des Ventilkopfes bildet.2. Valve according to claim 1, characterized in that the valve head has a substantially frustoconical cross-section, on the base of which it is formed with a rounded shoulder (18) which forms the rear surface of the valve head.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkopf in Nähe der Schulter mit einem Band (22) ausgebildet ist, das im wesentlichen parallel zu der Achse des Ventilkopfes liegt.3. Valve according to claim 2, characterized in that the valve head is formed in the vicinity of the shoulder with a band (22) which is substantially parallel to the axis of the valve head.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (40) schräg zu der Achse der Ventilkammer verläuft.4. Valve according to claim 1, characterized in that the valve seat (40) extends obliquely to the axis of the valve chamber.

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkammer mit einer Kraftstoffeinlassöffnung (36) versehen ist, und dass der Sitz (40) an der Einlassöffnung angeordnet ist.5. Valve according to claim 1, characterized in that the valve chamber is provided with a fuel inlet opening (36), and that the seat (40) is arranged at the inlet opening.

6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandflächenteil (42) in Nähe des Sitzes (40) angeordnet ist.6. Valve according to claim 1, characterized in that the wall surface part (42) is arranged in the vicinity of the seat (40).

7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandflächenteil (42) eine Lippe umfasst, die im wesentlichen parallel zu der Achse der Ventilkammer verläuft.7. Valve according to claim 1, characterized in that the wall surface part (42) comprises a lip which is substantially parallel to the axis of the valve chamber.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lippe dazu dient, die uneingeschränkte Strömung des Kraftstoffes um den Ventilkopf herum zu verhindern, wenn der Ventilkopf aus seinem Sitz bewegt ist.8. Valve according to claim 7, characterized in that the lip serves to prevent the unrestricted flow of fuel around the valve head when the valve head is moved out of its seat.