DE3048500A1

DE3048500A1 - Einspritzventil fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3048500A1
Application number: DE19803048500
Authority: DE
Inventors: Jiro Akagi; Yuzo Oyama Tochigi Tsumura
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1981-09-17
Also published as: GB2065772A; JPS5694854U

Description

RASPER & SANDAIANN

Patentanwälte 3 048 O UU

-3-

Dr. phiL nat. J. Rasper Dr. jur. J. Sandmann

Diplonichemiker Diplomingenieur

Bierstadter Höhe 22 Hirtenstrafje 19

WIESBADEN 8012 OTTOBRUNN h.Münehen

T. 1. 06121 / 562842 Tel. 089/6013894

Telex 4 187 401 smz rasper

Ainll. Aklenz.: Neuanmel dung Mein Zeichen: KOM k2

Anmelder: KABUSHIKI KAISHA KOMATSU SEISAKUSHO

Beschreibung?;

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für einen Verbrennungsmotor, das dafür vorgesehen ist, zusammen mit einer Stoßpumpe zum Einspritzen von Dieselkraftstoff in einen Dieselmotor eingesetzt zu werden.

Die Verbindung von einer Stoßpumpe und einem Einspritzventil stellt ein Beispiel für bekannte Kraftstoffeinspritzsysteme dar, das bisher zum Abgeben von Kraftstoff an einen Verbennungsmotor und insbesondere einen Dieselmotor verwendet wurde. Nach dem Aufnehmen aufeinanderfolgender abgemessener Kraftstoffmengen von der Stoßpumpe muß das Einspritzventil den Kraftstoff gegen die am Ende des Verdichtungshubes stark komprimierte Luft in die Verbrennungskammer des Motors einleiten, wie es zur Verbrennung beim Dieselzyklus erforderlich ist. Ebenfalls ist ein beträchtlicher Druck erforderlich, um den Kraftstoff in feine Sprühtröpfchen aufzubrechen, wie es für eine gute Verbrennung erwünscht ist.

Bei diesen bekannten Kraftstoffeinspritzsystemen ergeben sich Schwierigkeiten daraus, daß die Kraftstoffpumpen vom Motor angetrieben werden. Bei einem Rückgang der Motorgeschwindigkeit sinken die Pumpleistung und die Einspritzdrücke ent-

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sprechend, was den Verbrennungsvorgang und die Nfotorleistung
ungünstig beeinflußt.

Dejtnentsprechend liegt der Ei'findung die Aufgabe zugrunde, ein in Verbindung mit einer motorgetriebenen Kraftstoffpumpe verwendbares Einspritzventil zu schaffen, das keine hohe- Pumpleistung erfordert, um den Kraftstoff mit ausreichend hohem
Druck einzuspritzen. Dabei sollen auch ein verwendetes Nadelventil verbesserte Sitzeigenschaften und ein Rückschlagventil gute Abdichtungseigenschaften aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das Einspritzventil für einen Verbrennungsmotor ein Gehäuse auf, das einen Kraftstoffeinlaß zum Zuführen aufeinander folgender Ladungen von unter Druck
stehendem Kraftstoff, eine Speicherkamrner zum Aufnehmen der
zuströmenden Kraftstoffladung, einen Kraftstoffauslaß zum Abgeben des unter Druck stehenden Kraftstoffs aus der Speicherkamrner in Form von Tröpfchen, eine mit der Speicherkamrner in
Verbindung stehende Ventilabhebkammer und eine die Speicherkammer mit der Ventilabhebkammer verbindende Führungsbohrung
aufweist. Ferner sind in der Speicherkamrner eine Feder und irn Ventilgehäuse eine Ventilnadel angeordnet, die unter der Vorspannung der Feder in einer den Kraftstoffauslaß verschließenden erstenStellung gehalten ist, in der Führungsbohrung verschiebbar ist und mit einer Einrichtung versehen ist, die unter der Einwirkung des unter Druck stehenden Kraftstoffs im Speicherbehälter die Ventilnadel aus der ersten Stellung gegen die
Vorspannkraft der Feder in eine zweite Stellung bewegen kann, um den Kraftstoffauslaß zu öffnen. Schließlich ist an der
Ventilnadel ein Rückschlagventil vorgesehen, das nach der Zuführung einer jeden Kraftstoffladung vom Kraftstoffeinlaß in
die Speicherkammer den Kraftstoffeinlaß verschließt.

Dieses Kraftstoffeinspritzventil arbeitet mit einer kurzzeitigen Speicherung oder Ansammlung jeder Kraftstoffladung im

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Einspritzventil. Nur nach Beendigung der Zuführung einer jeden Kraftstoff Ladung· von der Kraftstoffpumpe wird der angesammelte Kraftstoff in den Motor gesprüht. Daher ist der Einspritzdruck gänzlich unabhängig von der Motorgeschwindigkeit. Als zusätzlicher Vorteil ist bei der erfindungsgemäßen Ausbildung das Einspritzventil weniger als bisher von der Leitung zwischen der Kraftstoffpumpe und dem Einspritzventil beeinflußt, so daß Druckverlust vermieden wird und die Teile weniger der Abnutzung und Erosion infolge von Kavitation ausgesetzt sind. Ferner bietet die Erfindung die Möglichkeit, eine Pumpe von kleinerer Kapazität zu verwenden, als sie bisher erforderlich war.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung das Kraftstoffeinspritzsystem mit dem Einspritzventil und

Fig. 2 in einem vergrößerten AxiaLschnitt die Ausbildung des Einspritzventils.

Gemäß Fig. 1 ist ein Einspritzventil 10 vorgesehen, das dem Einspritzen von Dieselkraftstoff in einen nicht dargestellten Dieselmotor dient.

Das Einspritzventil 10 ist mit einer Stoßpumpe 12 von bekannter Ausbildung und geeigneter Dimensionierung durch eine Leitung 14 verbunden. Die Stoßpumpe 12 wird vom Dieselmotor angetrieben und liefert aufeinanderfolgende genau abgemessene Mengen oder Ladungen von unter Druck stehendem Dieselkraftstoff an das Einspritzventil 1G.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsfortn des Kraftstoffeinspritzventils 10. Dieses weist ein Gehäuse mit einem oberen

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Bauteil 16, einem unteren Bauteil 18 und einer Kappe 20 auf, die mit dem oberen Bauteil 16 abdichtend verschraubt ist. Das obere Bauteil 16 ist mit einem Kraftstoffeinlaß 22 versehen, der gemäß Pig. 1 über die Lei tung 1k an die Stoßpumpe 12 angeschlossen ist.

Unter dem Kraftstoffeinlaß 22 ist eine Speicherkammer 2k vorgesehen. Das untere Bauteil 18 ist mit einer Führungsbohrung 26 versehen, durch die sich eine verschiebbare Ventilnadel 28 erstreckt.

Die Ventilnadel 28 weist etwa in ihrer Mitte einen abgestuften Federhalter 30 auf. Ein Rückschlagventil 32 ist auf der Ventilnadel 28 angeordnet und mittels einer zwischen dem Rückschlagventil 32 und dem Federhalter 30 angeordneten schraubenförmigen Druckfeder 3^ gegen das obere Bauteil 16 vorgespannt, um den Kraftstoffeinlaß 22 zu verschließen. Das Rückschlagventil 32 wirkt so, daß der Kraftstoff nur vom Kraftstoffeinlaß 22 im oberen Bauteil 16 zur Speicherkammer 2k strömen kann. Dabei nimmt die Speicherkammer 2k .jede zugeführte Kraftstoffladung vorübergehend auf.

Die Ventilnadel 28 erstreckt sich weiter mit Spiel durch einen AuslaOkanal 36 in einer Düse JS und endet in einer konischen Spitze ^tO. Normalerweise ist die Spitze ^O der Ventilnadel 28 durch die Feder Jk auf einen Ventilsitz hZ niedergedrückt, um den von einer oder mehreren Düsenöffnungen gebildeten Kraftstoffauslaß ^'i an der Spitze der Düse zu schließen. Die Feder jik ist in geringem Maße zusammengedrückt, wenn die Spitze hO der Ventilnadel 28 auf dem Ventilsitz k2 aufsitzt.

Verbindungskanäle k6 erstrecken sich von der Unterseite der Speicherkammer 2k nach unten zu einer Ventilabhebkammer k8,

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die eine konoidische Stufe 50 der Ventilnadel 28 umschließt und mit dem Kvaftstoffauslaß 44 über den Auslaßkanal 36 in Verbindung steht. Der unter Druck stehende Kraftstoff in der Ventilabhebkammer 48 ist bestrebt, die Ventil nadel 28 nach oben vom Ventilsitz 42 abzuheben.

Im Interesse eines guten Betriebsverhaltens ist das Spiel zwischen der VentiLnadel 28 und der Führungsbohrung 26 als kritisch anzusehen. Es muß im Bereich von etwa 1 bis 6/um liegen und sollte vorzugsweise etwa 2 bis 4/um betragen. Bei einem Spiel in diesem Bereich kann sich die Spitze 4O der Ventilnadel 28 ordnungsgemäß bzw. sauber auf den Ventilsitz aufsetzen. Ferner ist der rechtwinklige Verlauf der Achse der Ventilnadel 28 gegenüber der Unterseite des oberen Bauteils von Bedeutung.

Um eine wirksame Abdichtung zwischen dem Rückschlagventil 32 und dem oberen Bauteil 16 zu erreichen, muß diese vorgenannte Rechtwinkligkeit unter 10 / 1000 und vorzugsweise unter 5 / 1000 liegen.

Mährend des Betriebs strömt jede Ladung aus unter Drupk stehendem Dieselkraftstoff von der Stoßpumpe 12 durch die Leitung und den Kraftstoffeinlaß 22 in das Einspritzventil 10. Der Kraftstoff tritt zunächst durch das Rückschlagventil 32 gegen die Kraft der Feder Jk in die Speicherkammer 24 ein und strömt dann durch die von der Speicherkammer 2k ausgehenden Verbindungskanäle k6 zur Ventilabhebkammer k8.

Der unter Druck stehende Kraftstoff in der Speicherkammer 2k und in der Ventilabhebkammer 48 übt aufwärts gerichtete Kräfte auf den abgestuften Federhalter 30 und auf die konoidische Stufe 50 der Ventilnadel 28 aus. Die aus diesen aufwärts gerichteten Kräften resultierende Kraft wird durch die abwärts gerichteten Kräfte ausgeglichen, die auf die Querschnitts-

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fläche (obere Stirnfläche) der Ventilnadel 28 und den abgestuften Federhalter 30 vom unter Druck stehenden Kraftstoff in der Speicherkammer 2k ausgeübt werden. Daher hält während der Zuführung einer jeden Kraftstoffladung von der Stoßpumpe die Feder 3k die Ventilnadel 28 auf dem Ventilsitz nieder.

Nach vollständiger Abgabe der Kraftstoffladung von der Stoßpurape 12 sinkt der Kraftstoffdruck im Kraftstoffeinlaß 22 schnell ab, und als Folge davon verlagert sich das Rückschlagventil 32 nach oben und schließt den Kraftstoffeinlaß 22. Der Kraftstoff in der Speicherkammer 2k und in der Ventilabhebkammer k8 behält seinen Druck, während das Rückschlagventil den Kraftstoffeinlaß 22 schließt. Da dann der Kraftstoffdruck im Kraftstoffeinlaß 22 auf einen Wert von etwa null zurückgeht, übersteigt die vom Druck des in der Ventilabhebkammer ^8 vorhandenen Kraftstoffs auf die konoidische Stufe 50 der Ventilnadel 28 ausgeübte Aufwärtskraft' die von der Feder 3k auf die Ventilnadel 28 ausgeübte Abwärtskraft.

Als Folge verlagert sich die Ventilnadel 28 nach oben und hebt vom Ventilsitz kZ ab, so daß der unter Druck stehende Kraftstoff in Form von Tröpfchen in die Verbrennungskammer des Dieselmotors durch die Düsenöffnungen des Kraftstoffauslasses kk eingespritzt wird.

Mit fortschreitender Einsprühung des Kraftstoffs sinkt der Kraftstoffdruck in der Speicherkammer 2k und in der Ventilabhebkainmer k8 allmählich, bis die Kraft der Feder 3k die auf die konoidische Stufe 50 der Ventilnadel 28 wirkende Aufwärtskraft übersteigt. Daraufhin bewegt sich die Ventilnadel 28 wieder zurück in Anlage an den Ventilsitz k2, so daß der Kraftstoffauslaß kk geschlossen wird. Damit ist ein Zyklus der Kraftstoffeinspritzung beendet. Der gleiche Zyklus wiederholt sich, sobald die Stoßpumpe 12 aufeinanderfolgende Ladungen von unter Druck stehendem Kraftstoff an das Einspritzventil 10 überführt.

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Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt gleitet die Ventilnadel in der Führungsbohrung 26 und wird von dieser geführt. Daher kann die konische Spitze 4O der Ventilnadel 28 einwandfrei auf den Ventilsitz k2 aufsetzen.

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Claims

Pa tentansprüchei

1.) Einspritzventil für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch

- ein Ventilgehäuse (i6, I8, 20) mit einem Kraf tstof fein.laß(22) zum Zuführen aufeinander folgender Ladungen von unter Druck stehendem Kraftstoff, einer Speicherkammer (2k) zum. Aufnehmen jeder einströmenden Kraftstoffladung, einem Kraftstoffauslaß (kk) zum Abgeben des der Speicherkammer (2k) zugeführten Kraftstoffs in Form von Tröpfchen, einer Ventilabhebkammer(48), die mit der Speicherkammer (2^) in Verbindung steht, und mit einer Führungsbohrung (26), die die Speicherkammer (2^t) mit der Yentilabhebkammer (48) verbindet,

- eine in der Speicherkammer (2k) angeordnete Feder(3*0 _t

- eine Ventilnadel (28), die im Ventilgehäuse (16, 18, 20) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung hin und her bewegbar angeordnet ist und unter der Vorspannung der Feder (i4) in der ersten Stellung gehalten ist,

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um den Kraftstoffauslaß (44) zu verschließen, wobei die Venti Lnadel (2B) in der Führungshohrungf 26) glt-i.tend gelagert ist und mit einer Einrichtung· ( 50) versehen ist, auf die wenigstens der unter Druck stehende Kraftstoff in der Spelcherkammer(2'i)einwirkt, um die Ventilnadel (28) entgegen der Vorspannkraft der Feder (34) aus der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen, wodurch der Kraftstoffaus— laii (44) geöffnet wird, und

- ein Rückschlagventil (32), das auf der Ventilnadel (28) angeordnet ist, um den Kraftstoffeinlaß (22) nach dem Eintritt einer jeden KraftstoffLadung aus dem Kraftstoffeinlaß (22) in die Speicherkammer (24) zu verschließen.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (28) etwa in ihrem mittleren Abschnitt einen Federhalter (30) aufweist und daß die Feder (34) zwischen dem Rückschlagventil (32) und dem Federhalter (30)angeordnet ist.

3. Einspritzventil nach Anspruch ¹ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (16, 18, 2θ) ein oberes Bauteil(i6), ein unteres Bauteil (18) und eine Kappe (20) aufweist, die mit dem oberen Bauteil (16) verschraubt ist, wobei das untere Bauteil (18) einen Auslaßkanal (36) zum Abgeben des unter Druck stehenden Kraftstoffs von der Speicherkararaer (24) an den Kraftstoffauslaß (44) aufweist.

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