DE2043914C3 - Brennstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Brennstoffeinspritzdüse für BrennkraftmaschinenInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffe nspritzdüse
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der US· PS 32 82 512 ist eine Brennstoffeinspritzdüse bekannt, bei welcher die Schließkraft für die
Düsennadel statt durch eine metallische Schließfeder durch eine Flüssigkeitsfeder erzeugt wird. Letztere
besteht dabei aus einem am Fnde der Düsennadel
anliegenden zylindrischen Körper mit einem Hohlraum, der mit dem Innern eines sich innerhalb' der Düse
abstützenden Faltenbalgs in Verbindung steht. Der Hohlraum und das Innere des Faltenbalgs sind mit einer
unter Druck stehenden Flüssigkeit gefüll· und nach außen hin hermetisch abgeschlossen, um Leckagen zu
vermeiden. Eine Verbindung mit einer Füllleitung besteht nicht. Nachteilig ist hier außerdem noch die
beim Hub der Düsennadel in Form des zylindrischen
Aus der AT-PS 1 05 944 ist ferner eine Brennstoffeinspritzdüse der eingangs erwähnten Art bekannt, in
welcher die kompressible Flüssigkeit, die den den Schaft
S der Düsennadel bildenden Kolben beaufschlagt, die
Funktion eines Sperrflüssigkeitspolsters hat, mit welchem das Problem der Abdichtung gelöst we, den soll.
Zugleich soll das elastische Flüssigkeitspolster als Ersatz für eine metallische Schließfeder dienen. Um die im
ίο Laufe des Betriebs unvermeidlichen Leckverluste der
das Sperrflüssigkeitspoister bildenden Flüssigkeit zu
ersetzen, muß bei dieser bekannten Brennstoffeinspritzdüse in entsprechenden Abständen Flüssigkeit über die
in die Kammer mündende absperrbare Fülleitung
iS nachgepumpt werden. Hierzu muß jedoch diese
Fülleitung geöffnet und nach dem Füllvorgang wieder gesperrt werden. Im Hinblick darauf, daß nur ein
sporadisches Nachfüllen der Kammer erfolgt kann bei der bekannten Düse nur ein sehr begrenzter Leckage
fluß entlang dem Düsennadelschaft zugelassen werden,
so daß es zu Schwierigkeiten bezüglich der Schmierung und Kühlung des Düsennadelschaftes kommen kann.
Somit genügt, obwohl durch das Sperrflüssigkeitspoister eine übliche mechanische Schließfeder und ein
mechanischer Anspblag für die Düsennadel mit seinen Nachteilen vermieden wird, diese bekannte Brennstoffeinspritzdüse nicht den Anforderungen, die an moderne
Brennkraftmaschinen mit ihren hohen Drehzahlen von 1000 bis 5000 U/riiin gestellt werden.
Die Erfindungsaufgabe besteht demgemäß darin, eine Brennstoffeinspritzdüse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so zu verbessern, daß
unabhängig von einer durch Leckage aus der Kammer abgehenden Flüssigkeitsmenge zur ausreichenden
Schmierung und Kühlung des Düsennadelschaftes eine automatische Aufrechterhaltung des in der Kammer
erforderlichen Flüssigkeitsdrucks erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgtmäß durch die im
Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen
Auf diese Weise ist, unter Verzicht auf eine gute Abdichtung des durch den Nadelschaft der Düsennadel
gebildeten Kolbens, eine so große gewollte Leckströmung der Flüssigkeit längs des Umfangs der Düsenna-
del möglich, daß das Scharnier- und Kühlproblem auf denkbar einfache Weise und ohne jeden konstruktiver,
Aufwand gelöst wird. Die Ausbildung des Absperrgliedes in Form eines Rückschlagventils hat den Vorteil, daß
dieses nur anspricht, wenn die Leckverluste eine
entsprechend vorgebbare Druckminderung in der
Kammer bewirkt haben, und daß auf diese Weise eine im Rhythmus der Brennstoffeinspritzung erfolgende
fluktierendc Bewegung der Flüssigkeitssäule und entsprechend des Rückschlagventils vermieden wird.
Schließlich weist die Brennstoffeinspritzdüse nach der Erfindung alle sich aus dem Verzicht auf eine
metallische Schließfeder für die Düsennadel ergebenden Vorteile auf, d. h, die mit einer schnellen Ermüdung der
Feder sowie mit einer raschen Abnützung des
Düsennadelsitzes und der Düsennadel selber zusammenhängenden Probleme werden vermieden. Alle diese
Vorzüge machen die Brennstoffeinspritzdüse nach der Erfindung besonders für die Anwendung bei Motoren
mit großer Leistung und hohen Drehzahlen geeignet.
Aus der GB-PS 9 17 425 ist zwar bereits eine
Brennstoffeinspritzdüse mit einer Flüssigkeitsfeder bekannt, die aus einem Hohlraum innerhalb des
Düsenhalters besteht, der mit einer unter Druck
stehenden, auf einen axial beweglichen Kolben wirkenden Flüssigkeit gefüllt und über ein Rückschlagventil an
eine mit einer Förderpumpe in Verbindung stehende Fülleitung angeschlossen ist Leckverluste entlang dem
Kolben werden durch die Pumpe ausgeglichen. Diese Einspritzdüse arbeitet nach einem anderen Prinzip als
die Brennstoffeinspritzdüse gemäO der Erfindung, indem die Düsennadel nicht durch den von der
Einspritzpumpe erzeugten Brennstoffdruck angehoben wird und außerdem von einer gleichzeitig auch auf ein
zur Einspritzleitung hin schließendes Ringventil wirkenden Schraubendruckfeder beaufschlagt wird. Der die
Schraubendruckfeder und das Ringventil aufnehmende Raum dient als eine Akkumulatorkammer, in die der
obenerwähnte axial bewegliche Kolben hineinwirkt. Die
Flüssigkeitsfeder dient hier nicht der Beaufschlagung der Düsennadel in Schließrichtung sondern der
Erzeugung eines variabel einstellbaren Einspritzdrucks und der Betätigung der Düsennadel in ihre Offenstellung
während der Einspritzung. Demgegenüber besteht die Funktion der Flüssigkeitsfeder bei der Brennstoffeinspritzdüse
nach der vorliegenden Erfindung darin, ständig auf die Düsennadel in Schließrichtung einzuwirken
und durch den bewußt einkalkulierten Leckagefluß eine Schmierung und Kühlung der Düsennadel zu
bewirken.
Ferner ist aus der US-PS 33 52 245 ein Brennstoffeinspritzsystem bekannt, in welchem die Düse durch
Brennstoff gekühlt wird, welcher während der Einspritzpausen von einer besonderen Förderpumpe durch
im Düsenkörper und in der Düsennadel vorgesehene Kanäle zur Einspritzpumpe gepumpt wird. Abgesehen
davon, daß dieses bekannte Brennstoffeinspritzsystem
mit einer konventionellen Schließfeder für die Düsennadel arbeitet und sich auch in seinem übrigen Aufbau von
der Brennstoffeinspritzdüse nach der vorliegenden Erfindung wesentlich unterscheidet, erfolgt die Kühlung
der Düsennndel auf sehr aufwendige Weise.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der Druck der der Kammer zugeführten Flüssigkeit durch einen
während des Motorbetriebs verstellbaren Druckregler einstellbar ist, welcher in der die Längsbohrung mit der
Förderpumpe verbindenden Leitung angeordnet ist, oder wenn bei einer mehrzylindrigei. Brennkraftmaschine
die Längsbohrungen aller Einspritzdüsen vorzugsweise an eine gemeinsame Verbindungsleitung zu.·
Förderpumpe angeschlossen sind.
Ein Ausführungsbeisp'el wird nachfolgend anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 e'ne Brennstoffeinspritzdüse in sciiernaiisclier
Seilenansicht, teilweise im Schnitt, und
F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt hiervon.
Danach sitzt die Brennstoffeinspritzdüse 1 auf dem oberen Teil eines den Kolben 3 enthaltenden Zylinders 2
eines Verbrennungsmotors und besteht aus einem Düsenhalter 4, an dessen unterem Ende der Düsenkörper
5 mit der darin axial verschiebbar gelagerten Düsennadel 6 eingesetzt ist. Diese Düsennadel 6 wird
normalerweise mit ihrem Unteren Ende gegen einen Düsennadelsitz 7 gedruckt, durch dessen öffnung 8 bei
angehobener Düsennadel 6 Brennstoff in den Zylinder 2 gespritzt wird. Die Düsennadel 6 weist einen in einer
Bohrung ti des Düsenkörpers 5 geführten, als Kolben Bd ausgebildeten Nadelschaft auf, welcher einspritzsei-Iig
mit seiner Druckschalter %d einen Druckraum 10
begrenzt und dessen diesem Druckraum abgewandter Bereich fib zwecks besserer Handhabung während der
Bearbeitung der Düsenn1 At\ 6 profiliert ist.
Der Düsenhalter 4 und der Düsenkörper 5 weisen eine über eine Einspritzleitung 12 an eine Einspritzpumpe
13 angeschlossenen Brennstoffzuführbohrung 9 auf, welche in den Druckraum 10 mündet, der über den den
einspritzseitigen Bereich der Düsennadel 6 umgebenden Ringraum mit der Einspritzöffnung 8 in Verbindung
steht- Die dem Druckraum 10 abgewandte Seite 6c des Düsennadelkolbens 6a begrenzt eine zur Aufnahme
einer Flüssigkeit dienende Kammer 14, welche über ein
ίο als Rückschlagventil 15 ausgebildetes Absperrglied mit
einer im Düsenhalter 4 vorgesehenen, als Fülleitung dienenden Längsbohrung 16 in Verbindung steht, die
ihrerseits über einen Anschlußstutzen 18 und eine Leitung 19 an eine Förderpumpe 20 für die in einem
Behälter 21 zur Verfugung stehende Flüssigkeit angeschlossen ist, wobei ein mit der Leitung 19 in
Verbindung stehender, verstellbarer Druckregler 22 den Rückstrom der Flüssigkeit in den B jäher 21 und damit
den Dnick der der Kammer 14 zugeführten Flüssigkeit
einzustellen erlaubt. Das an der Mündungsstelle der Längsbohrung 16 in die Kammer 14 angeordnete
Rückschlagventil 15 wird durch eine in der Längsbohrung 16 angeordnete, am inneren Ende des Anschlußstutzens
18 befestigte Zugfeder 17 und außerdem durch den Druck in der Kammer 14 in Schließrichtung
beaufschlagt und ist daher normalerweise geschlossen. Eine im Düsenkörper 4 vorgesehen 2 verschließbare
Entlüftungsöffnung 23 steht über einen Kanal 24 mit der Längsbohrung 16 in Verbindung.
Als Flüssigkeit, welche den die Schließkraft für die
Düsennadel 6 bewirkenden Druck in der Kammer 14 erzeugt, wird, da diese Flüssigkeit als Leckströmung in
den Zylinder 2 gelangt, eine mit dem Brennstoff verträgliche und vorzugsweise brennstoffartige Eigenschäften
aufweisende kompressible Flüssigkeit wie Dieselkraftstoff, öl. Benzin od. dgl. verwendet, wobei es
sich insbesondere auch um denselben Brennstofftyp handeln kann, der von der Einspritzpumpe 13 geliefert
wi"d.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Brennstoffeinspritzdüse ist die folgende:
Die Förderpumpe 20. die entweder durch die Brennkraftmaschine selber oder durch einen Hiltsmotor
angetrieben wird, fördert Flüssigkeit über die Leitung 19, die Längsbohrung 16 und das Rückschlagventil 15 in
die Kammer 14, bis in dieser ein durch die Einstellung des Druckreglers 22 bestimmter Druck herrscht,
welcher die Schließkraft für die Düsennadel erzeugt und diese gegen den Düsennadelsitz 7 preßt Die Einspritzpumpe
13 fördert in bekannter Weise über die Brennstoffzuführbohrung 9 Brennstoff in den Druckrdum
10. Dieser Brennstoff beaufschlagt die Druckschulter 6d des Düsennadelkolbens 6a Jnd bewirkt
während der Dmckmaxirna eine Anhebung der Düsennadel 6 von ihrem Düsennadelsitz 7, wodurch die
Einspritzöffnung 8 freigegeben und der Brennstoff in den Zylinder 2 ei) gespritzt wird; der Öffnungshub der
Düsennade1 6 ist durch die Zusammendrückbarkeit der Flüssigkeit in der Kammer 14 auf einen ziemlich kleinen
Wert begrenzt, welcher im wesentlichen ium Einspritzdruck
proportional ist. Sobald dieser Einspritzdruck wieder nachläßt, wird die Düsennadel 6 unter der
Wirkung des Flüssigkeitsdruck in der Kammer 14 wieder unter Schließung der öffnung 8 auf ihren
6j Düsennadelsitz 7 gedrückt, wobei der beim Anschlagen
herrschende Druck nur verhältnismäßig schwach ist, so daß eine Zerstörung des Düsennadelsitzes 7 weitgehend
vermieden wird. Dieser vmipilhnfi»» Fffoti mir/i η~·\-
dadurch begünstigt, daß die Mlasse der Düsennadel 6 nur
sehr gering ist.
Der Druck der der K.amnier 14 zugeführten
Flüssigkeit ist nun stets so hoch eingestellt, daß zwischen den Einspritzperioden Druckflüssigkeit aus s
der Kammer 14 entlang dem Düsennadelkolben 6a in den Druckraum 10 überströmt und während der
folgenden Einspritzperiode zusammen mit dem Brennstoff in den Zylinder 2 gelangt. Auf diese Weise wird
eine ständige, automatische Schmierung und gleichzeitig eine Kühlung der Düsennadel erreicht.
Da in der Regel der Druck der Flüssigkeit in der Kammer 14 auf einem Wert gehalten wird, der über dem
maximalen Verbrennungsdruck des Brennstoffs liegt, können keine Verbrennungsgase entlang der Düsenna- ,5
del 6 zurückströmen. Gleichzeitig vermeidet ein
riinruieiiL-nu
Zurückprallen oder ein ungewolltes Anheben der Düsennadel 6 infolge möglicher Dnickschwankungen in
der Brennstoffzuführbohrung 9.
Der Druckregler 22 gestattet eine Veränderung des Flüssigkeitsdrucks in der Kammer 14 während des
Betriebs der Brennkraftmaschine und daher in Abhängigkeit von ihren Arbeitsbedingungen. So kann z. B. bei
einem Motor mit wechselnden Belastungen diese Druckeinstellung jeweils von Hand oder auch automatisch
in Abhängigkeit von der Motorleistung durchgeführt werden, während bei einem Motor mit gleichbleibender
Belastung eine einmalige Einstellung zu Beginn des Betriebs genügt.
Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine sind vorzugsweise die Längsbohrungen 16 aller Einspritzdüsen
an eine gemeinsame Verbindungsleitung 19 zur
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Brennstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einer durch den Druck des Einspritzbrennstoffs gegen dessen Strömungsrichtung von ihrem
Sitz abhebenden Düsennadel, deren Nadelschaft als
ein in einer Bohrung des Düsenkörpers geführter, einspritzseitig über eine Druckschulter einen über
eine Einspritzleitung mit einer Einspritzpumpe in Verbindung stehenden Druckraum begrenzender
Kolben ausgebildet ist, dessen dem Druckraum abgewandte Seite von dem in einer durch ein
Absperrglied in einer Fülleitung verschließbaren Kammer anstehenden Druck einer kompressiblen,
die Schließkraft für die Düsennadel aufbringenden Flüssigkeit beaufschlagt ist, wobei der innerhalb der
Kammer erforderliche Flüssigkeitsdruck einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das
Absperrglied ein an der Mündungsstelle der als Längsbohrung (16) im Düsenhalter (4) ausgebildeten
Fülleitung in die Kammer (14) angeordnetes Rückschlagventil (15) ist, das sowohl durch den
Druck in der Kammer (14) als auch durch eine Zugfeder (17) in Schließrich;ang beaufschlagt ist,
welch letztere in der als Fülleitun.g dienenden Längsbohrung (16) angeordnet ist, die über eine
Leitung (19) mit einer Förderpumpe (20) in Verbindung steht, und daß der Druck der der
Kammer (K/ zugeführten Flüssigkeit stets so hoch eingestellt ist, daß zun Zwec-'. der Schmierung und
Kühlung der Düsennadel (6) zwischen den Einspritzperioden Druckflüssigkeit au:· der Klammer (14)
entlang dem Düsennadelkolben (6a) ir den Druckraum (10) überströmt.
2. Brennstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der der
Kammer (14) zugeführten Flüssigkeit durch einen während des Betriebs der Brennkraftmaschine
verstellbaren Druckregler (22) einstellbar ist, welcher in der die Längsbohrung (Ki) mit dtr
Förderpumpe (20) verbindenden Leitung (19) angeordnet ist.
3. Brennstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine die Längsbohrungen
(16) aller Einspritzdüsen an eine gemeinsame Verbindungsleitung (19) zur Förderpumpe (20)
angeschlossen sind.
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