DE3540780C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für Einspritzbrennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a fuel injector for Injection internal combustion engines according to the preamble of Claim 1.
Es ist bekannt, bei direkteinspritzenden Motoren mit Zweistoffbetrieb zur Reduktion des Zündkraftstoff anteils nach dessen Einspritzung in den Brennraum einen zweiten Kraftstoff, Hauptkraftstoff genannt, in den Brennraum einzuspritzen. Dabei kann es sich z. B. bei dem Zündkraftstoff um Dieselkraftstoff und bei dem Hauptkraftstoff um Alkoholkraftstoff handeln, bei dessen Verbrennung umweltfreundlichere Abgase als bei der Verbrennung von Dieselkraftstoff entstehen. Jedoch weisen die Alkoholkraftstoffe eine relativ hohe Zünd temperatur auf, weshalb die Entzündung des Alkohol kraftstoffs durch diejenige des Dieselkraftstoffs ein geleitet werden muß. It is known to use direct injection engines Two-fuel operation to reduce the ignition fuel share after its injection into the combustion chamber second fuel, called main fuel, in the Inject combustion chamber. It can be z. B. at the ignition fuel for diesel fuel and the Main fuel is alcohol fuel its combustion more environmentally friendly exhaust gases than with the combustion of diesel fuel. However the alcohol fuels have a relatively high ignition temperature, which is why the inflammation of the alcohol fuel by that of diesel fuel must be directed.
Zur Einspritzung von Zünd- und Hauptkraftstoff in direkteinspritzende Motoren sind verschiedene Ein spritzvorrichtungen bekannt. Dabei wird bei Verbrennung des zündwilligen Zündkraftstoffs die Temperatur im Brennraum über die Zündungstemperatur des zünd unwilligen Hauptkraftstoffs angehoben.For the injection of ignition and main fuel in direct injection engines are different types sprayers known. Doing so will burn of the ignitable ignition fuel the temperature in the Combustion chamber above the ignition temperature of the ignition unwilling main fuel raised.
Aus der DE-OS 32 43 176, von der der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht, ist eine Kraftstoff einspritzdüse bekannt, die eine erste vom Druck des Zündkraftstoffs gesteuerte Ventilnadel für den Zünd kraftstoff und eine zweite ebenfalls vom Druck des Zündkraftstoffs gesteuerte Ventilnadel für den Haupt kraftstoff aufweist. Beide Ventilnadeln stehen über Spritzbohrungen mit dem Brennraum in Verbindung. Jeder Ventilnadel ist eine Steuerkammer zugeordnet, die mit der Zuführleitung für Zündkraftstoff verbunden ist. Zusätzlich ist der zweiten Ventilnadel noch eine Sammelkammer zugeordnet, die mit der Zuführleitung für Hauptkraftstoff verbunden ist. Die zeitliche An steuerung der beiden Ventilnadeln geschieht derart über den Druck des Zündkraftstoffs, daß zunächst die erste Ventilnadel öffnet und Zündkraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird; bei weiter ansteigendem Druck des Zündkraftstoffs wird die zweite Ventilnadel geöffnet und Hauptkraftstoff aus der Sammelkammer in den Brenn raum eingespritzt. Die Einspritzung des Hauptkraft stoffs wird demnach von derjenigen des Zündkraftstoffs begleitet. Gegen Ende der Einspritzphase schließt sich zunächst die zweite und kurze Zeit später die erste Ventilnadel. Bei dieser Einspritzvorrichtung wird während des gesamten Hauptkraftstoff-Einspritzvorgangs auch Zündkraftstoff in den Brennraum eingespritzt, wodurch der Zündkraftstoffanteil relativ hoch ist. From DE-OS 32 43 176, of which the preamble of Claim 1 is a fuel known injection nozzle, the first one from the pressure of the Ignition fuel controlled valve needle for ignition fuel and a second also from the pressure of the Ignition fuel controlled valve needle for the main has fuel. Both valve needles protrude Spray holes in connection with the combustion chamber. Everyone Valve needle is assigned to a control chamber that with the supply line for ignition fuel is connected. In addition, the second valve needle is another Collection chamber assigned to the supply line for Main fuel is connected. The timing The two valve needles are controlled in this way the pressure of the ignition fuel that first the first Valve needle opens and ignition fuel in the combustion chamber is injected; if the pressure of the Ignition fuel, the second valve needle is opened and main fuel from the plenum into the combustor injected space. The main force injection Accordingly, the substance becomes that of the ignition fuel accompanied. Towards the end of the injection phase it closes first the second and a short time later the first Valve needle. With this injector throughout the main fuel injection process ignition fuel also injected into the combustion chamber, whereby the proportion of ignition fuel is relatively high.
Außerdem ist eine Einspritzvorrichtung gemäß der DE-OS 29 24 128 bekannt, die ebenfalls eine erste Ventilnadel für Zündkraftstoff und eine zweite Ventilnadel für Hauptkraftstoff aufweist. Die Ansteuerung der beiden Ventilnadeln erfolgt durch den Druck des Haupt kraftstoffs. Dabei wird der in einem Voreinspritz zylinder befindliche Zündkraftstoff zu Beginn der Einspritzphase über einen Differentialkolben, der vom Druck des Hauptkraftstoffs bewegt wird, aus dem Vor einspritzzylinder heraus über die Steuerkammer der ersten Ventilnadel in den Brennraum gespritzt. Anschließend wird die zweite Ventilnadel durch den weiter ansteigenden Druck des Hauptkraftstoffs ge öffnet, und es wird Hauptkraftstoff in den Brennraum gespritzt. Bei dieser Einspritzvorrichtung wird also der Zündkraftstoff ausschließlich vor dem Haupt kraftstoff eingespritzt. Die Menge an Zündkraftstoff ist dabei konstant, weil sie durch die Größe der im Voreinspritzzylinder abgemessenen Kraftstoffmenge be stimmt ist, was jedoch im Hinblick auf den leistungs abhängig unterschiedlichen Bedarf an Zündkraftstoff nachteilig ist.In addition, an injection device according to DE-OS 29 24 128 known, which is also a first valve needle for ignition fuel and a second valve needle for Main fuel has. The control of the two Valve needles are made by the pressure of the main fuel. This is done in a pilot injection ignition fuel at the beginning of the cylinder Injection phase via a differential piston, which from Pressure of the main fuel is moved from the front injection cylinder out over the control chamber of the first valve needle injected into the combustion chamber. The second valve needle is then passed through the further increasing pressure of the main fuel ge opens, and it gets main fuel into the combustion chamber sprayed. So with this injector the ignition fuel only in front of the head fuel injected. The amount of ignition fuel is constant because it is determined by the size of the Pre-injection cylinder measured fuel quantity be is true, however, in terms of performance depending on different need for ignition fuel is disadvantageous.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ein spritzvorrichtung für Einspritzbrennstoffmaschinen zu schaffen, bei der der Anteil an Zündkraftstoff pro Einspritzzyklus im Verhältnis zum Hauptkraftstoffanteil gering ist und sich außerdem betriebsabhängig anpaßt.The invention has for its object a Injection device for injection fuel machines create, in which the proportion of ignition fuel per Injection cycle in relation to the main fuel percentage is low and also adapts depending on the operation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraft stoffeinspritzdüse mit den im Kennzeichen des Patent anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. This object is achieved by a force fabric injection nozzle with the in the hallmark of the patent claims 1 listed features solved.
Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung weist außer den beiden Ventilnadeln, die die Einspritzung der beiden Kraftstoffe steuern, ein Unterbrecherventil auf. Dabei handelt es sich um ein vom Hauptkraftstoff steuerbares Ventil, das den Kraftstoffweg des Zünd kraftstoffs absperrt. Wenn das Unterbrecherventil nicht angesteuert ist, nimmt es seine Öffnungsstellung ein, in die es durch eine Vorspannkraft vorgespannt ist und in der es den Flüssigkeitsweg des Zündkraftstoffs nicht unterbricht. Die Steuerung durch den Hauptkraftstoff erfolgt derart, daß bei geöffneter zweiter Ventilnadel der Druck des in den Brennraum eingespritzten Haupt kraftstoffes zum Ansteuern des Unterbrecherventils, das daraufhin seine Schließstellung einnimmt, benutzt wird. Das Unterbrecherventil seinerseits unterbricht hier durch die Zündkraftstoffeinspritzung im wesentlichen für diejenige Zeit, in der Hauptkraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird.The injection device according to the invention has the two valve needles, which are the injection of the control both fuels, an interruption valve on. It is one of the main fuel controllable valve that controls the fuel path of the Zünd shut off fuel. If the break valve is not it is in its open position, in which it is biased by a biasing force and in which it is not the fluid path of the ignition fuel interrupts. Control by the main fuel takes place in such a way that when the second valve needle is open the pressure of the head injected into the combustion chamber fuel to control the break valve, the then takes its closed position, is used. The interrupter valve in turn interrupts here through the ignition fuel injection essentially for the time when the main fuel in the Combustion chamber is injected.
Kurz nach dem Beginn der Hauptkraftstoffeinspritzung unterbricht das Unterbrecherventil die Zündkraftstoff zufuhr innerhalb der Einspritzdüse. Diese Unterbrechung geschieht mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung, so daß für eine kurze Zeit lang sowohl Zünd- als auch Hauptkraftstoff in den Brennraum eingespritzt werden. In dieser Übergangsphase leitet der bereits entzündete Zündkraftstoff die Verbrennung des im Brennraum be findlichen und bis zum Ende des Einspritzzyklus in den Brennraum eingespritzten Hauptkraftstoffs ein. Gegen Ende der Einspritzphase fällt der Druck in der Zünd kraftstoffleitung wieder ab, so daß sich die zweite Ventilnadel schließt. Das Unterbrecherventil nimmt daraufhin mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung seinen Ausgangszustand aufgrund der Vorspannkraft wieder ein. Während dieser Verzögerungszeit ist der Druck in der Zündkraftstoffleitung bereits unter den Öffnungsdruck der ersten Ventilnadel abgefallen, so daß gegen Ende der Einspritzphase kein Zündkraftstoff mehr in den Brennraum gelangt.Shortly after the start of the main fuel injection the cut-off valve interrupts the ignition fuel feed inside the injector. This interruption happens with a certain time delay, so that for a short time both ignition and Main fuel to be injected into the combustion chamber. In this transition phase, the one already inflamed conducts Ignition fuel the combustion of the be in the combustion chamber sensitive and until the end of the injection cycle in the Combustion chamber injected main fuel. Against At the end of the injection phase, the pressure in the ignition drops fuel line again, so that the second Valve needle closes. The break valve takes then with a certain time delay its initial state due to the preload again. During this delay time, the Pressure in the ignition fuel line is already below the Opening pressure of the first valve needle dropped so that towards the end of the injection phase, no more ignition fuel gets into the combustion chamber.
Bei der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung wird der Zündkraftstoff nur zu Beginn eines Einspritzzyklus und im wesentlichen zeitlich vor dem Hauptkraftstoff in den Brennraum eingespritzt, wobei er als Zündhilfe für den Hauptkraftstoff dient. Die Menge des eingespritzten Zündkraftstoffs hängt dabei u. a. von der Geschwindig keit des Druckaufbaus des Zündkraftstoffs bei einem Einspritzvorgang ab. Eine Veränderung der Betriebs bedingungen des Motors hinsichtlich der Drehzahl wirkt sich auf die Förderleistung der Einspritzpumpe für den Zündkraftstoff aus und hat außerdem einen sich zeitlich ändernden Druckaufbau des Zündkraftstoffs beim Ein spritzvorgang zur Folge. Mit dem sich derart ändernden Druckaufbau ändert sich auch die Zeitspanne, innerhalb derer die zweite Ventilnadel anspricht, und damit die Zündkraftstoffmenge, die bis zur Unterbrechung der Zündkraftstoffeinspritzung in den Brennraum ein gespritzt worden ist. Somit wird die Menge an Zünd kraftstoff den Betriebsverhältnissen drehzahlabhängig angepaßt und es kann über den gesamten Drehzahl- und Belastungsbereich des Motors eine große Menge an Zündkraftstoff eingespart und durch Hauptkraftstoff ersetzt werden, wobei ein sicheres Entzünden des Haupt kraftstoffs stets garantiert ist.In the injection device according to the invention Ignition fuel only at the beginning of an injection cycle and essentially before the main fuel in the Injected combustion chamber, being an ignition aid for the Main fuel is used. The amount of injected Ignition fuel depends on it. a. from the speed speed of pressure build-up of the ignition fuel at one Injection process from. A change in operations conditions of the engine with regard to the speed on the delivery rate of the injection pump for the Ignition fuel and also has a time changing pressure build-up of the ignition fuel on spraying result. With the so changing Pressure build-up also changes the time span within which addresses the second valve needle, and thus the Amount of ignition fuel until the interruption of the Ignition fuel injection into the combustion chamber has been injected. Thus the amount of ignition fuel depending on the operating speed adjusted and it can over the entire speed and Load range of the engine a large amount of Ignition fuel saved and by main fuel to be replaced, safely igniting the head fuel is always guaranteed.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen entnehmen. Advantageous embodiments of the invention can be take from the subclaims.
So ist eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung durch die Merkmale gemäß Anspruch 2 gegeben. Da die Ventilnadel die Zündkraftstoffeinspritzung durch Sperrung der engen Spritzbohrung für den Zündkraftstoff unterbricht, können die Nadel des als Nadelventil aus gebildeten Unterbrecherventils und dieses insgesamt in ihren Abmessungen klein gemacht werden, so daß auch die zu bewegende Masse gering ist.This is an advantageous development of the invention given by the features according to claim 2. Since the Valve needle through the ignition fuel injection Blocking the narrow spray hole for the ignition fuel interrupts, the needle can act as a needle valve formed break valve and this in total their dimensions are made small so that the mass to be moved is low.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildungsform der Erfindung ist durch die Merkmale gemäß Anspruch 3 gekennzeichnet. Wenn während der Hauptkraftstoffeinspritzung das Unter brecherventil angesteuert ist, drückt dessen Ventil nadel gegen ihre Ventilsitzfläche, wodurch die beiden Abschnitte der Spritzbohrung für den Zündkraftstoff durch die Ventilnadel voneinander getrennt werden. Durch diese Art des Zusammenspiels des Unterbrecher ventils und der Spritzbohrung wird erreicht, daß das Totvolumen innerhalb der Spritzbohrung so gering wie möglich ist.Another advantageous embodiment of the invention is characterized by the features according to claim 3. If during the main fuel injection the sub is activated, the valve presses needle against their valve seat surface, causing the two Sections of the spray hole for the ignition fuel be separated from each other by the valve needle. Through this type of interaction of the interrupter valve and the spray hole is achieved that Dead volume within the spray hole as low as is possible.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildungsform der Erfindung ergibt sich mit den Merkmalen gemäß Anspruch 4. Hier spricht das Unterbrecherventil nur bei geöffneter zweiter Ventilnadel an, wobei der Druck des durch die Spritzbohrung in den Brennraum eingespritzten Haupt kraftstoffs über die Druckbohrung auf die Steuerfläche des Unterbrecherventils wirkt, wodurch dieses die Zündkraftstoffeinspritzung unterbricht. Der Hauptkraft stoff wird hierbei mit konstantem Druck zugeführt. Die Ansteuerung des Unterbrecherventils wird indirekt durch die zweite Ventilnadel, über die auch die Haupt kraftstoffeinspritzung erfolgt, gesteuert. Damit fallen Ansteuerung und Hauptkraftstoffeinspritzung zusammen. Another advantageous embodiment of the invention arises with the features according to claim 4. Here the interrupter valve speaks only when the valve is open second valve needle, the pressure of the by the Spray hole in the combustion chamber main injected fuel through the pressure hole on the control surface of the interruption valve acts, whereby this the Ignition fuel injection stops. The main force The material is fed at constant pressure. The Activation of the interrupter valve is done indirectly by the second valve needle, over which the main one fuel injection takes place, controlled. Fall with it Control and main fuel injection together.
Bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse wird für die Zeit der Hauptkraftstoffeinspritzung die Einspritzung von Zündkraftstoff unterbrochen. Der Zündkraftstoff wird somit nur zum Entzünden des Hauptkraftstoffs zu Beginn der Einspritzphase in den Brennraum ein gespritzt. Damit kann der Zündkraftstoffanteil reduziert werden. Die pro Einspritzphase in den Brenn raum eingespritzte Zündkraftstoffmenge ist nicht kon stant und richtet sich nach der vom Motor abzugebenden Leistung.In the injection nozzle according to the invention for Main fuel injection time the injection interrupted by ignition fuel. The ignition fuel is therefore only used to ignite the main fuel Start the injection phase in the combustion chamber sprayed. So that the ignition fuel portion be reduced. The per injection phase in the combustion The amount of ignition fuel injected is not con constant and depends on the engine to deliver Power.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.Below is a reference to the figures Embodiment of the invention explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Einspritzdüse und Fig. 1 shows a longitudinal section through the injection nozzle and
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Düsenkörper aus Richtung der Pfeile II-II der Fig. 1 zur Verdeutlichung der Zuführung und Verteilung des Zünd- und Hauptkraftstoffs in der Einspritzdüse. Fig. 2 is a plan view of the nozzle body from the direction of arrows II-II of Fig. 1 to illustrate the supply and distribution of the ignition and main fuel in the injector.
Gemäß Fig. 1 besteht die Einspritzdüse aus einem axial geteilten Düsenkörper 10 a, b und einem oberhalb des Düsenkörpers 10 a, b an diesem anliegenden Haltekörper 11. Der Düsenkörper 10 a, b und der Haltekörper 11 sind von einer mit einem Innenkonus versehenen Düsenspann mutter 12 umspannt. Die beiden Teile 10 a und 10 b des Düsenkörpers sind durch Paßstifte 14 a, 14 b in axialer Richtung relativ zueinander fixiert. Im Teil 10 b des Düsenkörpers befindet sich eine erste kraftstoff gesteuerte Ventilnadel 16 für den Zündkraftstoff. Dazu weist der Teil 10 b des Düsenkörpers eine Sackbohrung 15 b auf, in der sich die Ventilnadel 16 befindet. Die Nadel weist in ihrem oberen Teil 16 b einen Durchmesser auf, der gleich demjenigen der Sackbohrung 15 b ist. Der untere Teil 16 a der Nadel weist einen kleineren Durch messer als der obere Teil 16 b auf. Über einen Druck bolzen 20 wird die Ventilnadel 16 von einer Feder 18 belastet, wobei der Öffnungsdruck über eine (nicht dargestellte) Druckeinstellscheibe einstellbar ist.According to FIG. 1, the injection nozzle consists of an axially divided nozzle body 10 a , b and a holding body 11 abutting the nozzle body 10 a , b above it. The nozzle body 10 a , b and the holding body 11 are spanned by a nozzle clamping nut 12 provided with an inner cone. The two parts 10 a and 10 b of the nozzle body are fixed relative to each other by dowel pins 14 a , 14 b in the axial direction. In the part 10 of the nozzle body b is a first fuel-controlled valve needle 16 for the pilot fuel. For this purpose, the part 10 b of the nozzle body, a blind bore 15 b, the valve needle is in the sixteenth The needle in its upper part 16 b has a diameter which is equal to that of the blind bore 15 b . The lower part 16 a of the needle has a smaller diameter than the upper part 16 b . Via a pressure bolt 20 , the valve needle 16 is loaded by a spring 18 , the opening pressure being adjustable via a pressure adjusting disk (not shown).
Die Zündkraftstoff-Zuführleitung ist an einem durch den Haltekörper 11 führenden Zuführkanal 22 angeschlossen. An den Zuführkanal 22 ist der Kraftstoffweg des Zünd kraftstoffs innerhalb des Düsenkörpers angeschlossen. Dieser besteht aus einem Druckkanal 24, der sich im Teil 10 b des Düsenkörpers befindet und in die Steuer kammer 26 der ersten Ventilnadel 16 mündet, die durch eine Aufweitung der Sackbohrung 15 b gebildet wird und den Übergangsbereich vom oberen Teil 16 b der in der Druckbohrung 15 b befindlichen Ventilnadel 16 zu deren unteren Teil 16 a umschließt. Die Umfangsfläche der Ventilnadel 16 im Übergangsbereich vom oberen Teil 16 b zum unteren Teil 16 a entspricht einer Druckschulter 28 der ersten Ventilnadel 16, die von der Steuerkammer 26 umschlossen wird. Dem Kraftstoffweg ist ferner zu zurechnen der sich von der Steuerkammer 26 aus bis zum durch die Ventilnadel 16 verschließbaren Sackloch 30 der ersten Ventilnadel 16 erstreckende Ringkanal 24 a, der sich als Ringspalt zwischen der Sackbohrung 15 b und der Ventilnadel 16 ergibt, sowie eine vom Ventilsitz 36 der ersten Ventilnadel 16 aus bis in den Brennraum 32 führende Spritzbohrung 34. The ignition fuel supply line is connected to a supply channel 22 leading through the holding body 11 . To the feed channel 22 , the fuel path of the ignition fuel is connected within the nozzle body. This consists of a pressure channel 24 , which is located in part 10 b of the nozzle body and opens into the control chamber 26 of the first valve needle 16 , which is formed by widening the blind bore 15 b and the transition region from the upper part 16 b in the pressure bore 15 b located valve needle 16 encloses the lower part 16 a . The peripheral surface of the valve needle 16 in the transition area from the upper part 16 b to the lower part 16 a corresponds to a pressure shoulder 28 of the first valve needle 16 , which is enclosed by the control chamber 26 . The fuel path is to attribute further extending from the control chamber 26 of up to be closed by the valve needle 16 blind hole 30 of the first valve needle 16 extending annular channel 24 a, which results as the annular gap between the blind hole 15 b and the valve needle 16, as well as from the valve seat 36 of the first valve needle 16 from the spray bore 34 leading into the combustion chamber 32 .
Die erste Ventilnadel 16 drückt aufgrund der Kraft der Feder 18 gegen den Ventilsitz 36 und versperrt somit die Spritzbohrung 34. Der Druck des in dem Druckkanal 24 befindlichen Zündkraftstoffs wirkt in der Steuer kammer 26 auf die Druckschulter 28 der ersten Ventil nadel 16 und öffnet diese bei Erreichen des Öffnungs druckes, so daß die Ventilnadel 16 die Spritzbohrung 34 freigibt.The first valve needle 16 presses against the valve seat 36 due to the force of the spring 18 and thus blocks the spray bore 34 . The pressure of the pilot fuel located in the pressure channel 24 acts within the control chamber 26 on the pressure shoulder 28 of the first valve needle 16 and opens the pressure upon reaching of the opening, so that the valve needle 16 opens the injection hole 34th
Darüber hinaus weist die Einspritzdüse im Teil 10 a des Düsenkörpers eine zweite kraftstoffgesteuerte Ventil nadel 38 auf. Hierzu befindet sich im Teil 10 a des Düsenkörpers eine Sackbohrung 15 a, die aus einem oberen und einem unteren Abschnitt besteht, wobei der obere Abschnitt im Durchmesser größer ist als der untere Abschnitt. Die in die Sackbohrung 15 a eingesetzte Ventilnadel 38 weist einen oberen Teil 38 c, einen mitt leren Teil 38 b und einen unteren Teil 38 a auf, der am Ende spitz zuläuft. Der Durchmesser des oberen Teils 38 c und der Durchmesser des mittleren Teils 38 b stimmt mit dem Durchmesser des oberen Abschnitts bzw. mitt leren Abschnitts der Sackbohrung 15 a überein, während der Durchmesser des unteren Teils 38 a kleiner als der Durchmesser des unteren Abschnittes der Sackbohrung 15 a ist. Eine Steuerkammer 40 der zweiten Ventilnadel 38 ist wie die Steuerkammer 26 der ersten Ventilnadel 16 ausgebildet und umschließt eine als Druckschulter 44 der zweiten Ventilnadel 38 fungierende Umfangsfläche der Ventilnadel im Übergangsbereich von ihrem oberen Teil 38 c zu ihrem mittleren Teil 38 b. Die Steuerkammer 40 dieser Ventilnadel ist über einen Druckkanal 42 gemäß Fig. 2 mit einem Ringkanal 43 verbunden, der die Druckkanäle 24 und 42 verbindet und zu dem der Zulauf kanal 22 für Zündkraftstoff führt. Der Druckkanal 42 befindet sich im Teil 10 a des Düsenkörpers und endet in der Steuerkammer 40. Der Druck des über den Druckkanal 42 in die Steuerkammer 40 gelangenden Zündkraftstoffs wirkt auf die Druckschulter 44 der zweiten Ventilnadel 38 und hebt diese gegen die Kraft einer die zweite Ventilnadel 38 belastenden Feder 46 an, deren Spannung über einen Druckbolzen 48 auf die Ventilnadel 38 auf gebracht wird und über eine (nicht dargestellte) Druck einstellscheibe einstellbar ist. Die Steuerung der zweiten Ventilnadel 38 erfolgt genauso wie diejenige der ersten Ventilnadel 16 durch den Druck des Zünd kraftstoffs.In addition, the injection nozzle in part 10 a of the nozzle body has a second fuel-controlled valve needle 38 . For this purpose, in part 10 a of the nozzle body there is a blind bore 15 a , which consists of an upper and a lower section, the upper section being larger in diameter than the lower section. The valve needle 38 inserted into the blind bore 15 a has an upper part 38 c , a middle part 38 b and a lower part 38 a , which tapers to the end. The diameter of the upper part 38 c and the diameter of the middle part 38 b corresponds to the diameter of the upper section or middle section of the blind hole 15 a , while the diameter of the lower part 38 a is smaller than the diameter of the lower section of the blind hole 15 a is. A control chamber 40 of the second valve needle 38 is designed like the control chamber 26 of the first valve needle 16 and encloses a peripheral surface of the valve needle acting as a pressure shoulder 44 of the second valve needle 38 in the transition region from its upper part 38 c to its central part 38 b . The control chamber 40 of this valve needle is connected via a pressure channel 42 according to FIG. 2 with an annular channel 43 , which connects the pressure channels 24 and 42 and to which the inlet channel 22 for ignition fuel leads. The pressure channel 42 is located in part 10 a of the nozzle body and ends in the control chamber 40 . The pressure of the ignition fuel reaching the control chamber 40 via the pressure channel 42 acts on the pressure shoulder 44 of the second valve needle 38 and raises it against the force of a spring 46 loading the second valve needle 38 , the tension of which is brought to the valve needle 38 via a pressure pin 48 and is adjustable via a (not shown) pressure adjusting disc. The control of the second valve needle 38 is carried out just like that of the first valve needle 16 by the pressure of the ignition fuel.
Zusätzlich zur Steuerkammer 40 ist der zweiten Ventil nadel 38 eine im Kraftstoffweg für den Hauptkraftstoff liegende Sammelkammer 50 zugeordnet, die wie die Steuerkammer 40 ausgebildet ist und stromabwärts hinter der Steuerkammer 40 angeordnet ist. Die Sammelkammer 50 umschließt die in die Sackbohrung 15 a eingesetzte Ventilnadel 38 im Übergangsbereich vom mittleren Teil 38 b zum unteren Teil 38 a. Die (nicht dargestellte) Hauptkraftstoff-Zuführleitung ist über einen Zulauf kanal 52, der durch den Haltekörper 11 führt, mit dem im Düsenkörper ausgebildeten Hauptkraftstoffweg ver bunden, der in dem Teil 10 a des Düsenkörpers verläuft und als Zuführkanal 54 sich bis zur Sammelkammer 50 erstreckt, von dieser aus als Ringkanal 54 a bis zum durch die zweite Ventilnadel 38 verschließbaren Sack loch 56 führt, wobei sich der Ringkanal 54 a als Ring spalt zwischen der Sackbohrung 15 a und dem unteren Teil 38 a der Ventilnadel 38 ergibt und vom Sackloch 56 aus in Form von zwei oder mehr Spritzbohrungen 58 a, 58 b in den Brennraum 32 mündet. In addition to the control chamber 40 of the second valve needle is assigned a need in the fuel path for the main fuel collecting chamber 50 38, like the control chamber 40 is formed and is arranged downstream of the control chamber 40th The collecting chamber 50 encloses the valve needle 38 inserted into the blind bore 15 a in the transition region from the central part 38 b to the lower part 38 a . The (not shown) main fuel supply line is via an inlet channel 52 , which leads through the holding body 11 , with the main fuel path formed in the nozzle body, which runs in part 10 a of the nozzle body and extends as a supply channel 54 to the collecting chamber 50 , from this as an annular channel 54 a to the closable by the second valve needle 38 blind hole 56 , the annular channel 54 a as an annular gap between the blind hole 15 a and the lower part 38 a of the valve needle 38 results and from the blind hole 56 in the form of two or more spray bores 58 a , 58 b opens into the combustion chamber 32 .
Bei geöffneter zweiter Ventilnadel 38 gelangt der Hauptkraftstoff über den Zuführkanal 54, die Sammel kammer 50, den Ringkanal 54 a, das Sackloch 56 und die Spritzbohrungen 58 a, b in den Brennraum 32. Dabei weist der Hauptkraftstoff einen zum Einspritzen geeigneten Druck auf, der niedriger als der zum Steuern der beiden Ventilnadeln 16 und 38 benötigte Druck des Zündkraft stoffs sein kann.When the second valve needle 38 is open, the main fuel passes through the supply channel 54 , the collecting chamber 50 , the annular channel 54 a , the blind hole 56 and the spray bores 58 a , b into the combustion chamber 32 . The main fuel has a pressure suitable for injection, which can be lower than the pressure of the ignition fuel required to control the two valve needles 16 and 38 .
Zwischen den Spritzbohrungen 58 a und 58 b der zweiten Ventilnadel 38 und der Spritzbohrung 34 der ersten Ventilnadel 16 ist ein kraftstoffgesteuertes Nadel ventil querliegend angeordnet, das als Unterbrecher ventil 59 fungiert und während der Hauptkraftstoff einspritzung die Einspritzung des Zündkraftstoffs unterbricht. Das Nadelventil weist eine Ventilnadel 60 auf, an deren zum Sackloch 56 der zweiten Ventilnadel 38 weisenden Ende sich ein Steuerkolben 62 befindet, der in einer in dem Teil 10 a des Düsenkörpers ein gebrachten Bohrung 64 geführt wird. Die Bohrung 64 ist über eine Druckbohrung 66 mit dem Sackloch 56 der zweiten Ventilnadel 38 verbunden. Das spitz zulaufende Ende der Ventilnadel 60 ist seitlich in die Spritzboh rung 34 für den Zündkraftstoff hinein bewegbar. Die Spritzbohrung 34 für den Zündkraftstoff wird dabei in zwei Abschnitte 34 a, 34 b unterteilt, von denen der erste Abschnitt 34 a vom Ventilsitz 36 für die erste Ventil nadel 16 bis zum Ventilsitz 72 des Nadelventils führt. Der zweite Abschnitt 34 b erstreckt sich vom Ventilsitz 72 aus bis zum Brennraum 32. Statt nur eines zweiten Teilkanals 34 b, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, sind auch mehrere zweite Abschnitte möglich, die in unter schiedlichen Richtungen in den Brennraum 32 münden. Bei Bewegung der Ventilnadel 60 des Nadelventils in Richtung auf dessen Sackloch 61 wird die Spritzbohrung für den Zündkraftstoff durch die gegen den Ventilsitz 72 andrückende Ventilnadel 60 versperrt.Between the spray bores 58 a and 58 b of the second valve needle 38 and the spray bore 34 of the first valve needle 16 , a fuel-controlled needle valve is arranged transversely, which acts as an interrupter valve 59 and interrupts the injection of the ignition fuel during the main fuel injection. The needle valve has a valve needle 60 , at the end of which points to the blind hole 56 of the second valve needle 38 there is a control piston 62 which is guided in a bore 64 drilled in part 10 a of the nozzle body. The bore 64 is connected to the blind hole 56 of the second valve needle 38 via a pressure bore 66 . The tapered end of the valve needle 60 is laterally movable into the Spritzboh tion 34 for the ignition fuel. The spray hole 34 for the ignition fuel is divided into two sections 34 a , 34 b , of which the first section 34 a leads from the valve seat 36 for the first valve needle 16 to the valve seat 72 of the needle valve. The second section 34 b extends from the valve seat 72 to the combustion chamber 32 . Instead of only one second part of the channel 34 b, as shown in Fig. 1, a plurality of second sections are possible which open in difference directions union into the combustion space 32. When the valve needle 60 of the needle valve moves in the direction of its blind hole 61 , the spray hole for the ignition fuel is blocked by the valve needle 60 pressing against the valve seat 72 .
Im Ruhezustand wird das Nadelventil in Öffnungsrichtung durch eine Feder 68 vorgespannt. Die Feder 68 greift mit ihrem einen Ende an einer Scheibe 70 an, die sich zwischen dem Steuerkolben 62 und der Ventilnadel 60 befindet und fest mit dieser verbunden ist. Mit ihrem anderen Ende stützt sich die Feder 68 gegen die Stirn seite eines in den Teil 10 b des Düsenkörpers ein gearbeiteten zylindrischen Hohlraumes 69 ab, der un mittelbar mit der Bohrung 64 in Verbindung steht. Die Längsachse des zylindrischen Hohlraumes 69 und der Bohrung 64 fallen mit der Längsachse der Ventilnadel 60 zusammen. Mit Hilfe einer zwischen der Feder 68 und der Scheibe 70 angeordneten Druckeinstellscheibe 71 kann die Spannung der Feder 68 und dadurch die Ansprech charakteristik des Unterbrecherventils verändert und den speziellen Erfordernissen eines Motors angepaßt werden.In the idle state, the needle valve is biased in the opening direction by a spring 68 . The spring 68 engages with its one end on a disk 70 which is located between the control piston 62 and the valve needle 60 and is fixedly connected to the latter. With its other end, the spring 68 is supported against the end face of a machined cylindrical cavity 69 in part 10 b of the nozzle body, which is directly connected to the bore 64 . The longitudinal axis of the cylindrical cavity 69 and the bore 64 coincide with the longitudinal axis of the valve needle 60 . With the help of a arranged between the spring 68 and the disk 70 pressure adjusting disk 71 , the tension of the spring 68 and thereby the response characteristic of the interrupter valve can be changed and adapted to the special requirements of an engine.
Aufgrund des hohen Druckes des Zündkraftstoffs in der Spritzbohrung 34 bei geöffneter erster Ventilnadel 16 gelangt ein kleiner Teil des Zündkraftstoffs an der Ventilnadel 60 des Nadelventils entlang in den zylindrischen Hohlraum 69. Der Hohlraum 69 ist über eine Bohrung 74 mit dem Brennraum 32 verbunden. Über die Bohrung 74 kann der als Leckflüssigkeit in den Hohlraum 69 gelangende Anteil des Zündkraftstoffs in den Brennraum 32 abgeführt werden. Die Ventilnadel 60 des Nadelventils sowie der Steuerkolben 62 des Nadel ventils werden also durch den Zündkraftstoff ge schmiert. Due to the high pressure of the ignition fuel in the spray bore 34 when the first valve needle 16 is open, a small part of the ignition fuel passes along the valve needle 60 of the needle valve into the cylindrical cavity 69 . The cavity 69 is connected to the combustion chamber 32 via a bore 74 . The portion of the ignition fuel which reaches the cavity 69 as a leakage liquid can be discharged into the combustion chamber 32 via the bore 74 . The valve needle 60 of the needle valve and the control piston 62 of the needle valve are thus lubricated by the ignition fuel.
Nachfolgend wird die Zünd- und Hauptkraftstoff einspritzung während eines Einspritzzyklus beschrieben. Der zu Beginn der Einspritzphase ansteigende Druck des Zündkraftstoffs wirkt auf die Druckschulter 28 der ersten Ventilnadel 16 für den Zündkraftstoff und öffnet diese. Die Ventilnadel 60 des in seiner Ruheposition befindlichen Unterbrecherventils 59 versperrt die Spritzbohrung 34 für den Zündkraftstoff nicht, so daß dieser in den Brennraum 32 eingespritzt wird. Der weiter ansteigende Druck des Zündkraftstoffs öffnet kurz nach dem Öffnen der ersten Ventilnadel 16 auch die auf einen höheren Öffnungsdruck eingestellte zweite Ventilnadel 38. Über den Zuführkanal 54, den Ringkanal 54 a und das Sackloch 56 gelangt jetzt durch die Spritz bohrungen 58 a, b Hauptkraftstoff in den Brennraum 32. Dabei gelangt auch Hauptkraftstoff durch die Druck bohrung 66 in den Teil 67 der Bohrung 64, in dem sich der Steuerkolben 62 des Unterbrecherventils 59 bewegt. Der Druck des Hauptkraftstoffs wirkt somit auf die als Steuerfläche des Unterbrecherventils 59 fungierende Stirnseite des Steuerkolbens 62, wodurch das Unter brecherventil 59 gegen die Kraft der Feder 68 bewegt wird, und dabei die Ventilnadel 60 des Unterbrecher ventils 59 gegen ihren Ventilsitz 72 angedrückt wird und damit die Spritzbohrung 34 für den Zündkraftstoff sperrt. Somit wird danach trotz geöffneter erster Ventilnadel 16 kein Zündkraftstoff in den Brennraum 32 eingespritzt.Ignition and main fuel injection during an injection cycle are described below. The increasing pressure of the ignition fuel at the beginning of the injection phase acts on the pressure shoulder 28 of the first valve needle 16 for the ignition fuel and opens it. Valve needle 60 of interrupter valve 59, which is in its rest position, does not block spray bore 34 for the ignition fuel, so that it is injected into combustion chamber 32 . Shortly after the opening of the first valve needle 16 , the further increasing pressure of the ignition fuel also opens the second valve needle 38 , which is set to a higher opening pressure. About the feed channel 54 , the ring channel 54 a and the blind hole 56 now passes through the spray holes 58 a , b main fuel in the combustion chamber 32nd Main fuel also passes through the pressure bore 66 into the part 67 of the bore 64 in which the control piston 62 of the interrupter valve 59 moves. The pressure of the main fuel thus acts on the acting as a control surface of the interrupter valve 59 end of the control piston 62, thereby being moved against the force of the spring 68 cut-off valve 59, and thereby the valve needle 60 of the breaker is pressed valve 59 against its valve seat 72 and thus blocks the spray hole 34 for the ignition fuel. Thus, despite the first valve needle 16 being opened, no ignition fuel is then injected into the combustion chamber 32 .
Während dieser Phase gelangt nur Hauptkraftstoff in den Brennraum 32. Damit kann der Zündkraftstoffanteil pro Einspritzzyklus reduziert werden. Nur in einer kurzen Übergangsphase vom Beginn der Hauptkraftstoff einspritzung bis zum vollständigen Verschließen der Spritzbohrung 34 durch die Ventilnadel 60 des Unter brecherventils 59 gelangen beide Kraftstoffarten in den Brennraum. Dabei entzündet der bereits in den Brennraum 32 eingespritzte Zündkraftstoff den Hauptkraftstoff, dessen Verbrennung bis zum Ende des Einspritzzyklus bei weiter in den Brennraum 32 eingespritztem Hauptkraft stoff aufrechterhalten wird. Bei gegen Ende der Ein spritzphase abfallendem Druck des Zündkraftstoffs schließt zunächst die zweite Ventilnadel 38, wodurch sich die Ventilnadel 60 des Unterbrecherventils 59 bei jetzt abfallendem Druck des Hauptkraftstoffs im Sack loch 56 der zweiten Ventilnadel 38 aufgrund der Feder 68 in ihre Ausgangsposition zurückbewegt. Dieser Vor gang erfolgt jedoch mit einer gewissen zeitlichen Ver zögerung, so daß der Druck des Zündkraftstoffs bereits bis unterhalb des Öffnungsdruckes für die erste Ventil nadel 16 abgesunken ist und damit gegen Ende der Ein spritzphase kein Zündkraftstoff mehr in den Brennraum 32 gelangt. Die zeitliche Verzögerung, mit der die Bewegung der Ventilnadel 60 in ihre Ausgangsposition einsetzt, wird dadurch erreicht, daß der Durchmesser des Zylinders 64, in dem sich der Steuerkolben 62 des Unterbrecherventils 59 bewegt, wesentlich größer ist als der Durchmesser der Druckbohrung 66, wodurch eine Drosselwirkung beim Zurückbewegen der Ventilnadel 60 entsteht.During this phase, only main fuel enters combustion chamber 32 . This can reduce the amount of ignition fuel per injection cycle. Only in a short transition phase from the beginning of the main fuel injection to the complete closure of the spray hole 34 through the valve needle 60 of the interrupter valve 59 both types of fuel get into the combustion chamber. The ignition fuel already injected into the combustion chamber 32 ignites the main fuel, the combustion of which is maintained until the end of the injection cycle with the main fuel injected further into the combustion chamber 32 . At the end of the injection phase dropping pressure of the ignition fuel first closes the second valve needle 38 , whereby the valve needle 60 of the interrupter valve 59 with the pressure of the main fuel now falling in the pocket hole 56 of the second valve needle 38 moves back to its starting position due to the spring 68 . Before this takes place, however, with a certain time delay Ver, so that the pressure of the ignition fuel has already dropped to below the opening pressure for the first valve needle 16 and thus no ignition fuel gets into the combustion chamber 32 towards the end of the injection phase. The time delay with which the movement of the valve needle 60 begins in its starting position is achieved in that the diameter of the cylinder 64 in which the control piston 62 of the interrupter valve 59 moves is substantially larger than the diameter of the pressure bore 66 , which results in a Throttling effect occurs when valve needle 60 is moved back.
Mit Hilfe der Einspritzdüse kann der Zündkraftstoff anteil pro Einspritzzyklus reduziert und damit Zünd kraftstoff eingespart werden. Dabei ist die pro Ein spritzzyklus eingespritzte Zündkraftstoffmenge jedoch nicht konstant, sondern richtet sich vielmehr nach der augenblicklichen vom Motor drehzahlabhängig geforderten Leistung. Über den gesamten Drehzahlbereich des Motors wird ein sicheres Entzünden des Hauptkraftstoffs durch den Zündkraftstoff ermöglicht, da in einem kurzen Zeit abschnitt beide Kraftstoffe gleichzeitig eingespritzt werden, wobei der bei Hauptkraftstoff-Einspritzbeginn bereits im Brennraum befindliche Zündkraftstoff den Hauptkraftstoff entzündet. Anschließend wird durch den weiterhin eingespritzten Hauptkraftstoff die Zünd kraftstoffeinspritzung über das Unterbrecherventil 59 bis zum Ende der Einspritzphase unterbrochen. Somit kann in allen Drehzahl- und Belastungsbereichen des Motors eine wesentliche Menge an Zündkraftstoff durch Hauptkraftstoff ersetzt werden, wobei stets eine sanfte Hauptkraftstoffentzündung erfolgt.With the help of the injection nozzle, the amount of ignition fuel per injection cycle can be reduced, thus saving ignition fuel. However, the amount of ignition fuel injected per one injection cycle is not constant, but rather depends on the instantaneous output required by the engine depending on the engine speed. A reliable ignition of the main fuel by the ignition fuel is made possible over the entire speed range of the engine, since both fuels are injected at the same time in a short period of time, the ignition fuel already in the combustion chamber at the start of the main fuel injection igniting the main fuel. Then the ignition fuel injection via the interrupter valve 59 is interrupted until the end of the injection phase by the main fuel which is still injected. In this way, a substantial amount of ignition fuel can be replaced by main fuel in all engine speed and load ranges, with a gentle main fuel ignition always taking place.
Schließlich sei noch erwähnt, daß sich das Verhältnis der eingespritzten Kraftstoffmengen während der Kalt startphase des Motors mit Hilfe der beschriebenen Einspritzdüse auf einfache Art und Weise variieren läßt. Der bei normalen Betriebstemperaturen mit Zünd- und Hauptkraftstoff betriebene Motor kann nämlich während des Kaltstarts fast ausschließlich mit Zünd kraftstoff betrieben werden, indem durch eine im Kraft stoffweg des Hauptkraftstoffs angeordnete, nicht dar gestellte Drossel der Druck des Hauptkraftstoffs in Abhängigkeit von einer Referenztemperatur derart ein gestellt werden kann, daß das Unterbrecherventil bei geöffneter zweiten Ventilnadel die Zündkraftstoff einspritzung nicht mehr unterbricht. Dadurch wird erreicht, daß während des gesamten Einspritzvorganges fast ausschließlich Zündkraftstoff in den Brennraum gelangt und - bedingt durch die Drosselung im Haupt kraftstoffweg - die Menge des Hauptkraftstoffs pro Einspritzvorgang vermindert wird. Sobald die Motor temperatur den Referenzwert überschreitet, wird die Drosselwirkung im Hauptkraftstoffweg aufgehoben, so daß der Druck des Hauptkraftstoffs nunmehr wieder aus reicht, das Unterbrecherventil derart anzusteuern, daß während der Einspritzung des Hauptkraftstoffs kein Zündkraftstoff in den Brennraum gelangt.Finally, it should also be mentioned that the ratio of the injected fuel quantities during the cold start phase of the engine can be varied in a simple manner with the aid of the injection nozzle described. The engine operated at normal operating temperatures with ignition and main fuel can namely be operated almost exclusively with ignition fuel during the cold start by a throttle arranged in the fuel path of the main fuel, not shown, the pressure of the main fuel depending on a reference temperature can be that the break valve no longer interrupts the ignition fuel injection when the second valve needle is open. This ensures that almost exclusively ignition fuel enters the combustion chamber during the entire injection process and - due to the throttling in the main fuel path - the amount of main fuel per injection process is reduced. As soon as the engine temperature exceeds the reference value, the throttling effect in the main fuel path is canceled, so that the pressure of the main fuel is now sufficient to actuate the cut-off valve in such a way that no ignition fuel gets into the combustion chamber during the injection of the main fuel.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DEUTSCHE FORSCHUNGSANSTALT FUER LUFT- UND RAUMFAHR |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |