DE2431172A1

DE2431172A1 - Einspritzduese

Info

Publication number: DE2431172A1
Application number: DE2431172A
Authority: DE
Inventors: John Roland Gayfer
Original assignee: Rover Co Ltd
Current assignee: Rover Co Ltd
Priority date: 1973-06-30
Filing date: 1974-06-28
Publication date: 1975-01-16
Also published as: FR2235289A1; US3892362A; FR2235289B1; JPS50106029A; GB1470373A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzdüse sowie auf deren Anwendung an einer Brennkraftmaschine,

Ein herkömmliches System zur Kraftstoffeinspritzung für Dieselmotoren benutzt eine zentrale Pumpe, deren Wirkungsweise darin besteht, daß sie eine vorgegebene Kraftstoffmenge abmißt, sie verteilt, jede notwendige Steuer- und Regelaufgabe durchführt und schließlich den Kraftstoff durch eine Hochdruckleitung der Einspritzdüse für einen bestimmten Zylinder zuführt. In einem derartigen System ist die Einspritzdüse lediglich ein diskontinuierlich wirkendes Sperrventil.

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Einer der Hauptnachteile des beschriebenen Systems mit zentraler Hophdruckpumpe liegt im Volumen der Kraftstoffsäule, die in den Verteilerrahmen zwischen der Pumpe und einer bestimmten Einspritzdüse eingeschlossen ist. Der Trend zu höheren Drehzahlen bei kleinen Dieselmotoren bewirkt, daß Elastizität und Trägheit der Kraftstoffsäule die Einspritzgenauigkeit verringern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzdüse zu finden, die zumindest zu einem der eingangs erwähnten Nachteile eine Verbesserung darstellt. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einspritzdüse zu finden, die das exakte Dosieren von Kraftstoffmengen selbst innerhalb extrem kurzer Zeiträume gestattet. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen schnellaufenden Verbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung zu finden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einspritzdüse gelöst, die folgende Merkmale aufweist:

a) einen Ventilträger mit einem Kraftstoffeinlaß und einer Kraftstoff-Auslaßdüse, die beide über einen Beruhigungsraum miteinander in Verbindung stehen.

b) eine Nadel, die verschieblieh in einer Bohrung zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung angeordnet ist, wobei die Auslaßdüse in der ersten

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Stellung geschlossen und in der zweiten geöffnet ist,

C-) eine Rückstellvorrichtung, die die Nadel nachgiebig und unter Spannung in der ersten Stellung hält,

d) einen Dosierstößel, der in der Stößel])ohrung in der !Tadel angeordnet ist,

e) eine auf Druck ansprechende Vorrichtung, die geeignet ist, das Abtrennen des Beruhigungsraumes vom Kraftstoffexnlaß zu bewirken, sowie

f) eine Vorrichtung zum Bewegen des Dosierstößels.

Jedes der beweglichen Teile der erfindungsgemäßen Einspritzdüse kann für sich selbst derart angesteuert werden, daß ein exaktes Einspritzen der notwendigen Treibstoff menge selbst in kurzen Zeiträumen, also bei hohen Motordrehzahlen erfolgen kann.

Die besondere erfindungsgemäße Wirkungsweise der Erfindung besteht aber darin, daß die Vorrichtung zum Betätigen des Dosierstößels bei ihrem Betrieb

I) die auf Druck ansprechende Vorrichtung veranlaßt, den Beruhigungsraum vom Kraftstoffeinlaß abzu-

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trennen, und

II) den Kraftstoff im Beruhigungsraum soweit unter Druck setzt, daß das Verschieben der !Tadel aus deren erster in deren zweite Stellung gegen die Wirkung der Rückstellvorrichtung- verursacht wird, und daß durch die Auslaßdüse eine "bestimmte Menge von Kraftstoff aus dem Beruhigungsraum austreten kann.

Eine Ausgestaltung der Erfindung "besteht darin, daß die Vorrichtung zum Betätigen des DosierstöSels eine Magnetspule aufweist, die geeignet ist, durch Verändern der Hub-' länge des Stößels die dosierte Kraftstoffmenge zu verändern.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Vorrichtung zum Betätigen des Dosierstößels eine Magnetspule aufweist, die geeignet ist, durch Verändern der Zeit, in der der Dosierstößel einen Hub festgelegter Lange durchführt, die Kraftstoffmenge, die aus dem Beruhigungsraum austritt, zu verändern.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert; als Beispiele ist in Pig. 1 bis 3 jeweils eine erfindungsgemäße Einspritzdüse beschrieben, die jeweils im Aufriß geschnitten dargestellt ist.

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Alle drei Figuren zeigen jeweils einen Ventilträger 11, der einen Kraft stof feinlaß 12 auf v/eist, sowie eine Auslaßdüse 13» die mit einer Bohrung 14 über einen Beruhigungsraum 15 in Verbindung steht. Die Bohrung 14 enthält eine Nadel 16, die in ihrer Ausgangsstellung dargestellt ist, in der sie die Auslaßdüse 13 sperrt. Die Nadel 16 ist in eine zweite Stellung verschieblich, in .der der Ausfluß des Kraftstoffs aus der Beruhigungskammer 15 aus der Auslaßdüse 13 freigegeben wird. Die Nadel 16 weist eine Stößelbohrung 17 auf, in der Stößel 18 verschieblich angeordnet ist. Der Ventilträger ist an einem Motorblock derart angebracht, daß die Auslaßdüse in einen Verbrennungsraum im Zylinderkopf angeordnet ist.

Im folgenden werden die einzelnen Ausführungsformen näher erläutert.

In Pig. 1 enthält die Nadel 16 eine Kammer 2o und Durchlaßbohrungen oder -öffnungen 21, von denen allerdings nur zwei dargestellt sind. Die Nadel 16 hat ein bolzenförmiges Ende 22 mit einer abgeschrägten Stirnfläche 23 und konisch abgesetzten Abschnitten 24 und 25. Einlaßöffnungen 26 sind der Ringnut 27 gegenüberliegend angeordnet, die durch den Einlaß 12 beaufschlagt wird. Am oberen Ende der Nadel 16 sitzt ein Ringflansch 28, der durch eine federscheibe 29 nachgiebig vorgespannt wird, um somit die Nadel an den

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konischen Sitz 24 an der Auslaßdüse 13 anzudrücken und somit diese zu verschließen. Die Federkraft ist hierbei so gewählt, daß die Nadel 16 unter Einwirkung der Kraft angehoben werden kann, die die unter Druck gebrachte Flüssigkeit im Beruhigungsraum 15 auf die konische Endfläche 23 der Nadel 16 ausübt.

Der Stößel 18 weist einen Durchlaß 3o auf, der sich koaxial zur Nadel 16 und zum Stößel 18 innerhalb dessen erstreckt. Der Stößel 18 v/eist Öffnungen 31 auf, die mit den Einlaßöffnungen 26 zusammentreffen. Der Stößel wird von seinem oberen Ende her mittels einer hier nicht dargestellten ersten Magnetspule betätigt.

Innerhalb des Durchlasses 3o ist ein sich axial erstreckender Bolzen 33 angeordnet, an dessen unteren Ende ein Ventilkopf 32 angebracht ist, der zum Verschließen des Durchlasses 3o dient. Eine zweite, hier ebenfalls nicht dargestellte Magnetspule betätigt den Bolzen 33 von dessen oberen Ende her.

Im Betrieb wird Dieselkraftstoff beim Kraftstoffeinlaß 12 eingespeist, wobei der Druck des Kraftstoffs derart gewählt ist, daß die Kammer 2o innerhalb zulässiger Zeit gefüllt wird, Wenn die Einzelteile die Positionen einnehmen, die in Fig.1 gezeigt sind, dann dringt Kraftstoff durch die Öffnungen 26

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und 31 in den Durchlaß 3o ein. Hiernach "betätigt die zweite Magnetspule den Ventilbohrer 33» der den Ventilkcnpf 32 von seinem Ventilsitz abhebt und somit den Kraftstoff in die Kammer 2o einströmen läßt* Danach wird die erste Magnetspule angesteuert, die den Stößel- 18 über eine bestimmte, feststehende Hublänge nach unten treibt und somit das Volumen in·der Kammer 2o verringert; hierdurch wird der Kraftstoff in der Kammer 2o, in den Durchlaßöffnungen 21 und im Beruhigungsraum 15 unter Druck gesetzt. Wenn der Flüssigkeitsdruck auf die abgeschrägte Stirnfläche 23 _s an der Nadel 16 wirkt, dann übersteigt dessen Kraft die Summe aus der Kraft der nachgiebigen Vorspannung am Plansch 28 und der Kraft, die aus dem Flüssigkeitsdruck resultiert, der auf die untere Begrenzungsfläche der Kammer 2o einwirkt; aufgrund der Kraftwi-rkung wird die Nadel 16 angehoben, und es wird somit ermöglicht, daß Kraftstoff in die Auslaßdüse 13 und durch diese in den Zylinder eingespritzt wird, der von der Einspritzdüse versorgt wird.

Das beschriebene Anwendungsbeispiel der Erfindung benutzt zum Betätigen des Ventilbolzens 33 und des Stößels 18 Magnetspulen. Der Stößel 18 wirkt mit einem festgelegten Hub, so daß das Bremsen des Treibstoffs durch die Zeitspanne gesteuert wird, in der der Ventilkopf 32 geöffnet ist, und in der er den Durchtritt von Kraftstoff gestattet.

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In Fig. 2 enthält die Nadel 16 eine Kammer 4o, sowie die Durchlaßbohrungen 41. Eine Einlaß-Ringnut 42 wird durch den Kraftstoffeinlaß 12 eingespeist. Am oberen Ende der Nadel 16 sitzt ein Flansch 43, der nachgiebig durch eine Federscheibe 44 vorgespannt wird; hierdurch wird das andere Ende 45 der Nadel nach unten gedrückt, um die Auslaßdüse 13 zu verschließen. Die Federkraft der .Federscheibe 44 ist so gewählt, daß die Nadel 16 von der Kraft angehoben v/erden kann, die von dem unter Druck gesetzten Kraftstoff im Beruhigungsraum 15 auf das abgeschrägte Ende 46 der Nadel 16 ausgeübt wird.

Im Stößel 18 erstreckt sich ein mit ihm koaxialer Durchlaß 47, der über eine Querbohrung 48 mit der Ringnut 42 in Verbindung steht. Das untere Ende des Durchlasses 47 kann durch ein Kugelventil 48a verschlossen werden, das durch eine Spiralfeder 49 nachgiebig geschlossen wird. Eine Magnetspule 5o kann den Stößel 18 bewegen; hierdurch kann sie das Volumen in der Kammer 4o und somit den Kraftstoffdruck in dieser Kammer 4o und im Beruhigungsraum 15 verändern.

Im Betrieb wird Dieselkraftstoff am Kraftstoffeinlaß 12 eingespeist, und zwar mit einem Druck, der so gewählt ist, daß das Kugelventil 48a vom Durchlaß 47 abhebt; somit kann über die Ringnut 42 und die Querbohrung 48 innerhalb einer zulässigen Zeitspanne Kraftstoff die Kammer 4o füllen. V/ird die Magnetspule 5o angesteuert, dann wird der Stößel 18 nach

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unten getrieben; hierdurch wird verursacht, daß das Kugelventil 48a wieder am Durchlaß 47 anliegt und die Verbindung zwischen Kammer 4o und Einlaß 12 unterbricht. Bewegt sich der Stößel weiter nach unten, dann wird der Kraftstoff in der Kammer 4o und im Beruhigungsraum 15 unter Druck gesetzt, bis der Flüssigkeitsdruck hoch genug ist, um die Nadel 16 anzuheben und somit Krafts-toff durch die Auslaßdüse 15 in den Zylinder einspritzen zu lassen, der durch die Einspritzdüse eingespeist wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Hublänge des Stößels 18 durch eine Magnetspule 5o gesteuert, so daß entsprechend der Belastung des Motors der Aufwand an Kraftstoff verändert werden kann.

In Pig, 3 enthält die Nadel 16 eine Kammer 6o sowie Durchlaßöffnungen 61. Die Nadel 16 veist weiterhin ein bolzenförmiges Ende 62 auf. An ihrem oberen Ende ist die Nadel durch eine Federscheibe ähnlich wie die in Fig. 1 und 2 beschriebenen Nadeln vorgespannt.

Der Beruhigungsraum 15 ist direkt mit dem Kraftstoffeinlaß 12 über einen Kanal 63 verbunden, der ein Kugelventil 64 aufweist, das durch eine Feder 65 an den Ventilsitz 66 schlüssig angedrückt wird; in dieser Stellung ist der Kraftstoffluß vom Einlaß 12 zum Beruhigungsraum unterbrochen.

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Der Stößel 18 wird an seinem oberen Ende von einer Magnetspule "betätigt, die imstande ist, eine Stößelbewegung mit veränderlicher Hublänge zu bewirken. Im Betrieb wird Dieselkraftstoff unter Druck über den Einlaß 12 und dem Kanal 63 in den Be ruh igung sr auin 15 geleitet. Der Kraftstoff weist hierbei genug Druck auf, υΐπ das Kugelventil 64 aus dem Ventilsitz 66 zu heben. Das Ansteuern der Magnetspule bewirkt, daß der Stößel 18 nach unten getrieben wird, wodurch er den Kraftstoff in der Kammer 6o, im Beruhigimgsraum 15 und in dem Teil des Kanals 63 unter Druck setzt, der an das Ventil 64 angrenzt; dieses Ventil legt sich hierdurch an seinen Sitz 66 und unterbindet somit den Fluß weiteren Kraftstoffs in den Beruhigungsraum 15. Die weitere Bewegung des Stößels 18 bewirkt eine weitere Steigerung des Kraftstoffdruckes, bis die Nadel 16 abhebt und das Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder ermöglicht, der durch die Einspritzdüse eingespeist wird.

In Fig. 2 und 3 wurde beispielsweise ein Kugelventil gezeigt, es kann aber jede passende Art eines nachgiebig schließenden Gegenschlagventxls verwendet v/erden.

Obwohl sich die beispielsweise genannten Ausführungsformen auf die Verwendung von Dieselkraftstoff beziehen, können die beschriebenen erfindungsgemäßen Einspritzdüsen ebenso für Benzin oder sonstige Kraftstoffe benutzt werden, wobei die Einspritzung in den Zylinder des Motors oder in einen sonstigen geeigneten Raum erfolgt, z.B. in das Ansaugrohr

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oder in eine Vorkammer.

Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf eine Einspritzdüse, sondern auch ausdrücklich auf ein Einspritzsystem, das derartige Einspritzdüsen aufweist, sowie, auf einen Verbrennungsmotor, der erfindungsgemäiBe Einspritzdüsen aufweist.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung ausdrücklich auf ein Verfahren zur Verwendung einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse insbesondere durch Ansteuern erfindur^nfernäßer Magnetspulen durch Signale, die in Relation zur Betätigungsdauer und/oder zur Hublänge des Dosierstößels 18 stehen.

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Claims

Ansprüche

Kraftstoff-Einspritzdüse, dadurch geke nnzeichnet, daß sie einen Dosierstößel (18), der in der Stößelbohrung (17) in der Nadel (16) angeordnet ist, eine auf Druck ansprechende Vorrichtung (32; 48a; 64), die geeignet ist, das Abtrennen des Beruhigungsraumes (15) vom Kraftstoffeinlaß (12) zu bewirken, sowie eine Vorrichtung zum Bewegen des Dosierstößels (5o) aufweist.

-. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (5o) zum Betätigen des Dosierstößels (18) eine Magnetspule auf v/eist, die dazu eingerichtet ist, die dosierte Kraftstoffmenge aus dem Beruhigungsraum (15) dadurch zu verändern, daß sie die Hublängen des Dosierstößels (18) verändert.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (5o) zum Betätigen des Dosierstößels (18) eine Magnetspule aufweist, die dazu eingerichtet ist, die dosierte Kraftstoffmenge aus dem Beruhigungsraum (15) dadurch zu verändern, daß sie bei festgelegter Hublänge die Hubzeit des Dosierstößels (18) verändert.

4. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Druck ansprechende Vorrichtung (32; 4 8a; 64) ei "-irch nachgiebige Krafteinwirkung betätigtes Absperr- bzw. Rückschlagventil (64) ist, das in einem

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Kanal (63) angeordnet ist, der den Kraftstoffeinlaß (12) direkt mit dem Beruhigungsraum (15) verbindet.

5. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Druck ansprechende Vorrichtung (32; 48a; 64) ein durch nachgiebige Krafteinwirkung betätigtes Absperr- bzw. Rückschlagventil (48ä) ist, das in einem Durchlaß (47) angeordnet ist, der den Kraftstof feinlaß (12) über den Dosierstößel (18) mit dem Beruhigungsraum (15) verbindet.

6. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet, durch ihre Vorrichtung an einem Verbrennungsmotor, insbesondere an einem Kolben-Dieselmotor.

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