DE2500644A1

DE2500644A1 - Kraftstoffeinspritzventil fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2500644A1
Application number: DE19752500644
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Koehler; Dieter Dipl Ing Schlundt
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1975-01-09
Filing date: 1975-01-09
Publication date: 1976-07-15
Also published as: JPS5187618A; FR2297330A1; US3997117A; GB1488985A; DE2500644C2; IT1054026B; JPS5813745B2; FR2297330B1

Description

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Kiockner-Humboidt-Deutzag /ΛIVnU 5 Köln 80, den 6. Dezember 1974

Unsere Zeichen: D 74/112 APTA R/Ro

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einer Ventilnadel, die durch eine Feder in Schließrichtung belastet ist und durch den Kraftstoffdruck entgegen der Federkraft geöffnet wird, wobei die Ventilnadel parallel zur Feder vom Kraftstoff zusätzlich belastet wird, indem ein stirnseitig vorgelagerter Pufferraum über eine Drosselstelle mit der Kraftstoffdruckleitung verbunden ist.

Die üblicherweise verwendeten Kraftstoffeinspritzventile mit einer federbelasteten Ventilnadel weisen infolge der verschiedenen Beaufschlagungsquerschnitte für den Kraftstoff im geschlossenen und geöffneten Zustand eine Differenz zwischen Öffnungs- und Schließdruck auf. Da für den Öffnungsvorgang nur der außerhalb des Ventilnadelsitzes liegende Ringquerschnitt, für den Schließvorgang jedoch der gesamte Querschnitt der Ventilnadel maßgebend ist, liegt der Schließdruck des Ventils stets unter seinem Öffnungsdruck.

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Für den Verbrennungsablauf ist dieser Effekt unerwünscht, da der Kraftstoff im Einspritzbereich nach Erreichen des Spitzendrucks mit abfallendem Druck immer schlechter zerstäubt wird und meist nur noch ungenügende Bedingungen für eine thermisch günstige Verbrennung vorfindet.

Durch die DT-PS 827 140 ist ein Kraftstoffeinspritzventil der eingangs beschriebenen Art bekannt. Dabei wird die Ventilnadel parallel zu einer Belastungsfeder vom Kraftstoff beaufschlagt, der von der Kraftstoffdruckleitung über eine Drosselstelle in einen stirnseitig zur Ventilnadel angeordneten Pufferraum geleitet wird. Durch den zunehmenden Förderdruck wird die Ventilnadel angehoben, sobald die Federkraft überwunden wird. Gleichzeitig strömt über die Drosselstelle Kraftstoff in den Pufferraum, in dem sich infolge der Drosselung verzögert der Kraft- · stoffdruck entsprechend dem in der Druckleitung aufbaut. Die Verzögerung muß so groß sein, daß während der Einspritzzeit der Kraftstoffdruck und der Federdruck im Pufferraum den am Ventilnadelsitz herrschenden Kraftstoffdruck nicht übersteigt. Am Ende der Kraftstoffeinspritzung wird die Kraftstoffdruckleitung entlastet, so daß sich die Druckverhältnisse umkehren. Durch den höheren Kraftstoffdruck im Pufferraum wird die Ventilnadel rasch geschlossen. Die Schließung erfolgt bei einem höheren

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Druck als bei einem Kraftstoffeinspritzventil üblicher Bauart.

In der Regel fällt jedoch der Kraftstoffdruck in der Druckleitung nicht auf den Wert Null ab, sondern wird zwecks Vermeidung von Kavitation durch besondere Vorrichtungen höher gehalten. Wegen der dynamischen Vorgänge auf der Druckseite des Kraftstoffeinspritzsystems ist es im allgemeinen nicht möglich, für alle Betriebsberiche einen gleichen konstanten Entlastungsdruck in der Druckleitung zu erhalten. Auch steigt der Druck im Pufferraum je nach Drehzahl mehr oder weniger an, bevor die Ventilnadel öffnet. Mithin sind auch die Ausgangszustände im -Pufferraum unterschiedlich, wodurch der Öffnungsdruck der Ventilnadel last- und jedenfalls drehzahlabhängig wird. Dies ist aus den eingangs erwähnten Gründen und wegen der Streuung der eingespritzten Kraftstoffmengen unerwünscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen, dessen Schließdruck gegenüber seine» öffnungsdruck über den durch die Nadel- und Sitzgeometrie bestimmten Wert angehoben wird und das vom Entlastungszustand der Druckleitung und der Drehzahl unabhängig ist. Diese Aufgabe wird erfindungsge-

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maß dadurch gelöst, daß der Pufferraum über eine zweite Drosselstelle mit einer Kraftstoffleckleitung verbunden ist und daß die Verbindungsleitung von der Kraftstoffdruckleitung und die Verbindungsleitung zur Leckkraftstoffleitung von einem federbelasteten Umschaltventil beherrscht werden, das die Verbindungsleitung von der Kraftstoffleitung öffnet und die Verbindungsleitung zur Kraftstoffleckleitung schließt, sobald die Ventilnadel geöffnet ist.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung wird erreicht, daß kurz nach dem Öffnen der Ventilnadel die Verbindung zwischen der Kraftstoffdruckleitung und dem Pufferraum aufgesteuert wird. Erst von diesem Zeitpunkt an baut sich über die Drosselstelle verzögert im Pufferraum ein Druck auf, ohne daß der öffnungsdruck der Ventilnadel drehzahlabhängig davon beeinflußt wird. Die Verbindungsleitung zur Kraftstoffleckölleitung ist geschlossen. Mit der Entlastung der Kraftstoffdruckleitung schließt das Umschaltventil die Veripindungsleitung von der Kraftstoffdruckleitung zum Pufferraum und öffnet die Verbindungsleitung zur Kraftstoffleckölleitung. Der zunächst noch anstehende Druck im Pufferraum sorgt für eine schnelle Schließung der Ventilnadel. Er wird dann über die zweite Drosselstelle zur Kraftstoffleckölleitung abgebaut. Da die Kraftstoff-

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leckölleitung drucklos ist, wird auch der Pufferraum drucklos, so daß jedes Arbeitsspiel für den Pufferraum bei einem Druckniveau von Null beginnt. Dadurch wird über den gesamten Betriebsbereich ein gleichmäßiger Öffnungsdruck und überhöhter Schließdruck erzielt, wodurch das Einspritzgesetz in bezug auf eine gleichmäßige Zerstäubung und guten Verbrennungsablauf mit ge±nger Schadstoffemission wesentlich verbessert wird.

Es ist grundsätzlich möglich, daß der Kraftstoff unmittelbar vom Pufferraum auf die Stirnseite der Ventilnadel wirkt. Es ist jedoch in Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, in dem Pufferraum einen Hydraulikkolben vorzusehen, der die Ventilnadel betätigt. Durch die Abstimmung des Durchmessers des Hydraulikkolbens zu dem Durchmesser der Ventilnadel ist es möglich, eine den Betriebsverhältnissen angepaßte hydraulische Übersetzung zu verwirklichen.

Die Ausgestaltungen der Ansprüche 3 bis 6 betreffen Ausführungen bezüglich einer vorteilhaften Fertigung und Montage des Umschaltventiles, das auch zum späteren Einbau in bereits vorhandene Kraftstoffeinspritzventile geeignet ist. Durch die Verwendung eines Kegelsitzes und eine« Flachsitzes

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wird die Schwierigkeit vermieden, die bei der Abdichtung
zweier gleichachsiger Kegelsitze auftreten. Dabei ist es
vorteilhaft, daß mit dem Kegelsitz die Verbindungsleitung
zur Leckkraftstoffleitung gesteuert wird, da so infolge der besseren Abdichtung der Druckleitung gewährleistet ist, daß sich in dem Pufferraum kein Druck aufbaut, bevor die Ventilnadel öffnet. Ferner wird die Gefahr geringgehalten, daß durch Leckagen die eingespritzte Kraftstoffmenge verändert wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Abb; 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil.

Abb. 2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil mit Hydraulikkolben.

Abb. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil mit besonderer Ausgestaltung des Umschaltventiles.

In einem Düsenhaitergehäuse 1 ist eine Düsennadel 2 geführt,

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deren kegelige Spitze 3 durch eine Feder 4 gegen einen Sitz 5 gedrückt wird und somit eine Kraftstoffdruckleitung 6 abschließt. Mit 7 sind die Düsenbohrungen einer Kraftstoffeinspritzdüse 8 bezeichnet.

Die Feder 4 ist in einem Federraum 9 gelagert, der in den Ausführungen nach Abb. 1 und 3 gleichzeitig als Pufferraum dient. Er ist über eine Verbindungsleitung 10 idfc der Kraftstoffdruckleitung 6 und über eine weitere Verbindungsleitung mit einer Leckkraftstoffleitung 12 verbunden. In den Verbindungsleitungen 10 und 11 sind Drosselstellen 13 und 14 vorgesehen, die zwecks Anpassung an die Betriebsverhältnisse veränderbar gestaltet werden könnnen. Ferner sind die Verbindungsleitungen von einem Umschaltventil 15 beherrscht, das von einer Feder 16 belastet ist und in Ruhestellung den Verbindungskanal 10 abschließt und den Verbindungskanal 11 öffnet. Die Drosseln 13 und 14 können in Strömungsrichtungen des Kraftstoffes sowohl vor als auch nach dem Umschaltventil 15 angeordnet werden.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils ist folgender

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Durch die Kraftstoffdruckleitung 6 wird c^er Kraftstoff von einer nicht näher dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe in das Kraftstoffeinspritzventil gefördert. Bei Erreichen eines durch die Spannung der Feder 4 vorbestimmten Druckes öffnet die Ventilnadel 2 und der Einspritzvorgang beginnt. Durch eine Abstimmung der Feder 4 auf die Feder 16 wird erreicht, daß das Umschaltventil 15 den Verbindungskanal 10 freigibt, sobald die Ventilnadel 2 geöffnet ist. Darauf baut sich über die Drosselstelle 13 im Feder- und Pufferraum 9 ein Kraftstoffdruck auf, der auf eine Stirnfläche 17 der Ventilnadel 2 wirkt und mit der Feder 4 bei Entlastung der Druckleitung 6 die Ventilnadel 2 sofort schließt. Die Drosselstelle 13 ist so ausgelegt, daß der Kraftstoffdruck im Pufferraum und die Federkraft erst bei Entlastung der Kraftstoffdruckleitung 6 die Ventilnädel 2 schließt.

Bei Entlastung der Kraftstoffdruckleitung 6 schließt ebenfalls das Umschaltventil 15 die Verbindungsleitung 10 von der Kraftstoffdruckleitung zum Pufferraum 9 und öffnet die Verbindungsleitung zur Leckkraftstoffleitung 12. Während der Umschaltphase wird der Druck im Puffer- und Federraum 9 gleichzeitig über -die Drosselstellen 13 und 14 langsam abgebaut und fällt schließlich über die Verbindungsleitung 11 auf Null ab.

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Es ist dadurch gewährleistet, daß zu Beginn einer jeden Kraftstoffeinspritzung im Pufferraum glefche Verhältnisse vorliegen.

Die Ausführung nach Abb. 2 weist die Besonderheit auf, daß die Feder 4 in einem besonderen Federraum 18 untergebracht ist, der über eine Bohrung 19 mit der Leckkraftstoffleitung 12 in Verbindung steht. Ferner ist ein Pufferraum 20 vorgesehen, in dem ein Hydraulikkolben 21 axial beweglich gelagert 1st, der mit einer stirnseitigen Verlängerung 22 durch die Feder 4 auf die Stirnfläche 7 der Ventilnadel 2 einwirkt.

Das Umschaltventil 15 in der Ausführung nach Abb. 3 hat eine axial bewegliche Ventilnadel 23, die mit einem Kegelsitz 24 die Verbindungsleitung 10 von der Kraftstoffdruckleitung 6 und mit einem Flachsitz 25 die Verbindungsleitung zur Leckkraftstoffleitung 12 steuert. Die Umschaltventilnadel 23 ist in'einem separaten Ventilkörper 26 untergebracht, in dem der Kegelsitz 24 und die Drosselstellen 13 und 14 eingearbeitet sind. Der Ventilkörper 26 wird in dem Düsenhaltergehäuse 1 durch eine hohle Druckschraube 27 mit einer Ventilplatte 28 verspannt, in der Verfcfeidungskanäle 29 zur Leckkraftstoffleitung 12 und der Flachsitz 25 vorgesehen sind. In der hohlen Druckschraube 27 ist die Feder 16 untergebracht, die über

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eine Federplatte 30 auf einen zapfenförmigen Ansatz 31 der Umschaltventilnadel 23 einwirkt. Der zapfenförmige Ansatz 31 greift durch eine zentrale Bohrung 32 der Ventilplatte. Von der zentralen Bohrung 32 gehen die Verbindungskanäle 29 aus und münden in einem ringförmigen Kanal 33, der von einer Fase am Umfang der Ventilplatte 28 gebildet wird und der mit der Leckkraftstoffleitung 12 verbunden ist.

Die Ausführung nach Abb. 3 weist einfach herzustellende Einzelteile auf, die auch nachträglich in bereits vorhandene Kraftstoffexnspritzventile eingebaut werden können.

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Claims

KKD Kiöckner-Humboidt-DeiitzAG Ζ^Λ *%.■"■ IdP 5 K°In 80> «en 6. Dezember 1974 Unsere Zeichen: D 74/112 APTA R/Ro Patentansprüche

1.; Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einer Ventilnadel, die durch den Kraftstoffdruck entgegen der Federkraft geöffnet wird, wobei die Ventilnadel parallel zur Feder vom Kraftstoff zusätzlich belastet wird, indem ein stirnseitig vorgelagerter Pufferraum über eine Drosselstelle mit der Kraftstoffdruckleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferraum (9, 20) über eine zweite Drosselstelle (14) mit einer Kraftstoffleckleitung (12) verbunden ist und daß die Verbindungsleitung (10) von der Kraftstoffdruckleitung (6) und die Verbindungsleitung (11) zur Leckkraftstoffleitung (12) von einem federbelasteten Umschaltventil (15) beherrscht werden, das die Verbindungsleitung ^ 10) von der Kraftstoff druckleitung (6) öffnet und die Verbindungsleitung (11) zur Kraftstoffleckölleitung <12) schließt, sobald die Ventilnadel (2) geöffnet ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß in dem Pufferraum (20) ein Hydraulikkolben (21) vorgesehen ist, der die Ventilnadel (2) betätigt.

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3. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche

1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (15) eine axial bewegliche Ventilnadel (23) hat, die mit einem Kegelsitz (24) die Verbindungsleitung (10) von der Kraftstoffdruckleitung (6) und mit einem Flachsitz (25) die Verbindungsleitung (11) zur Leckkraftstoffleitung (12) steuert.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (23) des Umschaltventiles (15) in einem seperaten Ventilkörper (26) geführt ist, in dem der Kegelsitz (24) und die zwei Drosselstellen (13,14) eingearbeitet sind und der durch eine hohle Druckschraube (2 7) in der die Feder (16) angeordnet ist, mit einer Ventilplatte (28) verspannt ist, in der Verbindungskanäle (29) zur Leckkraftstoff leitung (12) und ein Flachsitz (25) vorgesehen sind.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplatte (28) eine zentrale Bohrung (32) aufweist, durch die die Umschaltventilnadel (23) mit einem zapfenförmigen Ansatz (31) durchgreift und von der aus Bohrungen (29) ausgehen, die in einen ringförmigen Kanal (33) münden.

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6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kanal (33) durch eine Fase am Umfang der Ventilplatte (28) gebildet wird.

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