EP0961024B1 - Fuel injection nozzle - Google Patents
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- EP0961024B1 EP0961024B1 EP98810499A EP98810499A EP0961024B1 EP 0961024 B1 EP0961024 B1 EP 0961024B1 EP 98810499 A EP98810499 A EP 98810499A EP 98810499 A EP98810499 A EP 98810499A EP 0961024 B1 EP0961024 B1 EP 0961024B1
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- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F2007/0097—Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines
Definitions
- the invention relates to a fuel injector for a diesel engine according to the preamble of the independent claim.
- the invention relates to a fuel injector for a two-stroke large diesel engine as it is used for example for driving ships.
- valve seat of the fuel injector For large diesel engines, z.
- marine engines operating on the two-stroke cycle typically have the valve seat of the fuel injector relatively far from the nozzle holes through which the fuel enters the combustion chamber of the cylinder. This has several reasons.
- the valve seat must be sufficiently strongly supported in order to be able to absorb the pressure loads resulting from the high injection pressures. This requires a mechanically robust arrangement, which takes up relatively much space. Since, however, several injection nozzles are typically provided per cylinder, it would be difficult at least for reasons of space to make the regions of the injection nozzles, which are located in the immediate vicinity of the combustion chamber, mechanically sufficiently robust.
- the cylinder head is usually so thick that these areas of the injection nozzles are barely cooled and thus exposed to very high temperatures during operation. These high temperatures would easily lead to malfunction of the valve seat. Also, for this reason, the valve seat is usually arranged further away from the nozzle holes, so that it is located further away from the application of heat of combustion.
- the spatial distance between the valve seat and nozzle holes brings with it a problem that, for example, in the EP-B-0 744 007 is described.
- the nozzle needle Upon completion of the fuel injection, the nozzle needle is pressed into the valve seat, so that the fuel is downstream of the valve seat and nozzle holes is no longer acted upon by the feed pressure. This part of the fuel can then pass badly atomized into the combustion chamber after completion of the injection through the nozzle holes, but where it burns little or not at all. It thus leads to additional pollution of the exhaust gas and deposits of unburned fuel in all parts of the combustion chamber and the exhaust gas-carrying components.
- an injection valve in which the main valve seat is arranged in the cooled region of the cylinder head.
- the valve spool has an upper portion having a valve member which cooperates with the main valve seat and a lower portion having a secondary closure member located in the uncooled valve portion.
- the secondary closing member is designed so that it closes the fuel passage immediately above the nozzle holes in the closed state of the valve spool, that is, when the valve member of the valve spool is sealingly in the main valve seat.
- the lower portion of the valve spool with the secondary closure member is either a rigid extension of the upper portion or a separate member which is bolted to the upper portion of the valve spool.
- the problem solving fuel injection nozzle is characterized by the features of the independent claim 1.
- a fuel injector for a diesel engine in particular a two-stroke large diesel engine, which comprises a nozzle body and a nozzle head connected to the nozzle body, which has at least one nozzle hole through which the fuel can escape into a combustion chamber.
- the inventive fuel injection nozzle further has a first pressure chamber in the interior of the nozzle body, a feed line for the fuel, which opens into the first pressure chamber, at least one connecting line between the first pressure chamber and the nozzle hole, so that fuel can pass from the first pressure chamber to the nozzle hole, as well a first nozzle needle arranged in the interior of the nozzle body, which cooperates with a first valve seat such that it opens or closes the passage from the first pressure chamber to the connecting line.
- a second pressure chamber is arranged, and there is provided a second nozzle needle which cooperates with a second valve seat such that it opens or closes the passage from the second pressure chamber to the nozzle hole, wherein the second valve seat is arranged in the nozzle head and the first and the second nozzle needle are mechanically decoupled from each other, characterized in that the second nozzle needle is completely contained in the nozzle head in the closed state.
- the injection nozzle according to the invention has two nozzle needles, each of which interacts with a valve seat, wherein the second valve seat is arranged downstream of the first valve seat, that is, between the first valve seat and the nozzle hole.
- the second valve seat is arranged in the nozzle head, in particular closer to the nozzle hole than to the end of the nozzle head, which faces the nozzle body, that is, the second valve seat is in arranged in the immediate vicinity of the nozzle hole.
- the volume which is located between the second valve seat and the nozzle hole is particularly small, so that the injection process can be terminated virtually immediately by closing the passage at the second valve seat without any further fuel being able to drip into the combustion chamber.
- the first and the second nozzle needle are mechanically decoupled from each other. This makes it possible to set the opening or the closing pressure for the second nozzle needles to the desired value substantially independently of the first nozzle needle or the movement of the first nozzle needle.
- the inventive fuel injector is suitable for diesel engines, especially for two-stroke large diesel engines, as used for example in shipbuilding.
- Fig. 1 shows in a longitudinal section for the understanding of the invention essential parts of a first embodiment of the inventive fuel injector, which is provided throughout with the reference numeral 1.
- the fuel injector 1 is designed for installation in the cylinder head of a two-stroke large diesel engine, for example a marine engine. In the mounted state protrudes the lower end of the fuel injector 1 as shown in the combustion chamber of a cylinder of the diesel engine.
- the fuel injection nozzle 1 comprises a nozzle body 2 and a nozzle head 3 which is connected to the nozzle body 2.
- the connection takes place by means of a holding sleeve 4, which tapers at its lower end to the longitudinal axis A of the fuel injector 1 out.
- the retaining sleeve 4 is fixed to the nozzle body 2 by means of a union nut 5 and an elastic element 45, for example a snap ring.
- the nozzle head 3 is supported in the tapered part of the retaining sleeve 4. In the region of its lower end, the nozzle head 3 has at least one nozzle hole 31, typically z. B. five nozzle holes 31, through which the fuel can escape into the combustion chamber.
- a first pressure chamber 6 is provided, in which a feed line 12 opens for the fuel.
- the first Pressure chamber 6 is limited in the axial direction by a first valve seat 8, which serves as a main valve seat.
- a first nozzle needle 7 is arranged in the interior of the nozzle body 2, which extends substantially parallel to the longitudinal axis A, and which cooperates with the first valve seat 8.
- the tip of the first nozzle needle 7 is pressed into the first valve seat 8, so that the passage at the first valve seat 8 is closed.
- the first nozzle needle 7 is in a conventional manner, for. B. via a plunger 14 and a plunger plate 15 which is spring-loaded by a compression spring 16, biased against the first valve seat 8.
- a second pressure chamber 9 is provided which is limited in the axial direction by a second valve seat 11, which serves as a secondary valve seat.
- the second valve seat 11 is preferably arranged directly above the uppermost nozzle hole 31 in order to make the blind hole volume 20 below the second valve seat 11 small.
- a second nozzle needle 10 is further provided for cooperation with the second valve seat 11, which also extends parallel to the longitudinal axis A.
- the second nozzle needle 10 is configured such that it is hydraulically actuated.
- the second nozzle needle 10 for example, a head 10a, which limits the second pressure chamber 9 in the axial direction upwards.
- a shaft 10b adjoins, which cooperates with the second valve seat 11, that the passage from the second pressure chamber 9 to the nozzle holes 31 is either opened or - Fig. 1 shown - is closed.
- the second nozzle needle 10 is biased toward the second valve seat 11.
- the means for biasing comprise in this embodiment, a spring 21 which is supported on the one hand in the nozzle body 2 and on the other hand acts on the second nozzle needle 10, namely on the second pressure chamber 9 facing away from the axial end surface of the head 10a of the second nozzle needle 10.
- the spring 21 is arranged in a spring chamber 22 which is configured as a recess in the nozzle body 2.
- a washer 23 may be arranged to adjust the force acting on the second nozzle needle 10 spring force.
- the opening or closing pressure for the Adjust the passage on the second valve seat 11 in a controlled manner to the desired value.
- other means for accurately adjusting the bias caused by the spring 21 may be provided.
- a connecting line 13 is provided between the first pressure chamber 6 and the nozzle holes 31 so that fuel from the first pressure chamber 6 can reach the nozzle holes 31.
- a passage in the form of a bore 13a is provided, which extends in the direction of the longitudinal axis A from the first pressure chamber 6 through the first valve seat 8.
- two connecting lines 13 branch off from the bore 13a.
- the two connecting lines 13 each extend obliquely outwards, ie away from the longitudinal axis A, then run parallel to the longitudinal axis A downwards and finally obliquely inwards, ie towards the longitudinal axis A, until they open into the second pressure chamber 9 ,
- the fuel injector 1 functions as follows.
- the fuel is z. B. promoted by means of an injection pump, not shown, through the supply line 12 into the first pressure chamber 6 and applied there the first nozzle needle 7. If the fuel pressure in the first pressure chamber 6 is greater than that caused by the compression spring 16 bias, the first nozzle needle 7 is raised and opens the passage at the first valve seat 8.
- the fuel flows through the connecting lines 13 in the second pressure chamber 9 and there acts on the second nozzle needle 10.
- the second Nozzle needle 10 raised from the second valve seat 11 and thus opens the passage to the nozzle holes 31, so that the injection process begins, that is, the fuel through the nozzle holes 31 into the combustion chamber of the cylinder entry.
- the fuel pressure in the first pressure chamber 6 decreases.
- the first nozzle needle 7 is pressed into the first valve seat 8 and closes the passage from the first pressure chamber 6 in the connecting lines 13.
- the injection continues until the fuel pressure in the second pressure chamber 9 has fallen so far that the spring 21 presses the second nozzle needle 10 in the second valve seat 11. Thereby, the passage at the second valve seat 11 is closed, and the injection process is completed. Since the blind hole volume 20 downstream of the second valve seat 11 is negligibly small, virtually no fuel can drip into the combustion chamber after the end of the injection process.
- the second nozzle needle 10 is supported via the spring 21 in the nozzle body 2, so it is mechanically separated from the first nozzle needle 7.
- This mechanical decoupling of the two nozzle needles 7, 10 has the particular advantage that the opening or closing pressure, that is to say the fuel pressure in the second pressure chamber 9, at which the passage at the second valve seat 11 is opened or lowered by raising or lowering the second nozzle needle 10 is closed, can be adjusted substantially independently of the first nozzle needle 7.
- This adjustment is made via the bias generated by the spring 21, for example by means of appropriate dimensioning of the washer 23.
- the possibility of adjusting the opening or closing pressure for the second valve seat 11 ensures that the fuel always with the optimum injection pressure in the combustion chamber is promoted, whereby an economical, economical and efficient operation of the diesel engine is achievable.
- the hydraulic actuation of the second nozzle needle 10 is advantageous because it is in particular structurally simple to implement and also enables reliable operation of the fuel injection valve.
- the second nozzle needle 10 is contained in the nozzle head 3.
- the nozzle head 3 is designed and arranged as an exchangeable unit. Due to the simple connection of the nozzle head 3 with the nozzle body 2 via the retaining sleeve 4 and the union nut 5, the nozzle head 3 can be easily separated from the nozzle body 2 and replaced by a new one. This is in particular an advantage in view of the fact that the nozzle head 3 is exposed in the operating state enormous, especially thermal and corrosive loads and therefore subject to a certain wear, which limits its life.
- the second nozzle needle 10 is contained in the nozzle head 3 and is interchangeable with this, the tolerances to be complied with in the manufacture of a new nozzle head 3 are less stringent, without requiring concessions to the proper functioning. This means a considerably lower workload in the manufacture of a new nozzle head 3 with a new second nozzle needle 10th
- Fig. 2 shows a sectional view of the lower portion of a second embodiment of the inventive fuel injector 1 with the nozzle head 3.
- first embodiment shows a sectional view of the lower portion of a second embodiment of the inventive fuel injector 1 with the nozzle head 3.
- means for cooling the nozzle head 3 are additionally provided intended.
- These means comprise an additional sleeve 41, which is arranged between the retaining sleeve 4 and the nozzle head 3.
- the additional sleeve 41 is supported in the tapered part of the holding sleeve 4 and the nozzle head 3 is supported on or in the additional sleeve 41.
- the additional sleeve 41 has on its inner side a recess extending in the circumferential direction on which forms a cooling space 42 in the mounted state.
- the additional sleeve 41 encloses the nozzle head 3 such that the recess in the additional sleeve 41 together with the outer wall of the nozzle head 3 forms the annular cooling space 42 which surrounds the nozzle head 3 in the circumferential direction.
- cooling lines 43 and 44 are provided, which are preferably designed as bores.
- Each cooling line 43, 44 extends through the nozzle body 2, the upper part of the nozzle head 3 and the additional sleeve 41 and opens into the cooling chamber 42.
- a coolant for example water or a cooling oil
- the nozzle head 3 can cool efficiently in the operating state, which has a positive effect on its life.
- Fig. 3 Yet another variant of the design of the nozzle head 3 is shown, which can be used for both the first and the second embodiment.
- the nozzle head 3 at least on a part of its outer surface, a heat protection layer 32, in particular of a ceramic such as Cikron oxide, on.
- the thermal protection layer 32 extends in the axial direction approximately over the entire length of the part of the outer surface of the nozzle head 3, which is located outside the retaining sleeve 4.
- the heat protection layer 32 extends only over a part, for example half, of the circumference of the nozzle head 3, wherein this part lies on the side facing away from the nozzle holes 31 of the nozzle head 3.
- the heat protection layer 32 surrounds the nozzle head 3 along its entire circumference and ends in the axial direction above the nozzle holes 31.
- the heat-insulating layer 32 has the advantage that it reduces the thermal load on the nozzle head 3.
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzdüse für einen Dieselmotor gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Brennstoffeinspritzdüse für einen Zweitakt-Grossdieselmotor wie er beispielsweise zum Antreiben von Schiffen eingesetzet wird.The invention relates to a fuel injector for a diesel engine according to the preamble of the independent claim. In particular, the invention relates to a fuel injector for a two-stroke large diesel engine as it is used for example for driving ships.
Bei Grossdieselmotoren, z. B. Schiffsmotoren, die nach dem Zweitakt-Verfahren arbeiten, ist typischerweise der Ventilsitz der Brennstoffeinspritzdüse relativ weit von den Düsenlöchern entfernt, durch welche der Brennstoff in den Verbrennungsraum des Zylinders eintritt. Dies hat mehrere Gründe. Zum einen muss der Ventilsitz genügend stark abgestützt sein, um die Druckbelastungen, die aus den hohen Einspritzdrücken resultieren, aufnehmen zu können. Dies verlangt eine mechanisch robuste Anordnung, die relativ viel Platz in Anspruch nimmt. Da aber typischerweise pro Zylinder mehrere Einspritzdüsen vorgesehen sind, wäre es aus Platzgründen zumindest schwierig, die Bereiche der Einspritzdüsen, die sich in unmittelbarer Nähe des Verbrennungsraums befinden, mechanisch ausreichend robust auszugestalten. Zum anderen ist bei einem Zweitakt-Dieselmotor der Zylinderkopf üblicherweise so dick, dass diese Bereiche der Einspritzdüsen kaum noch gekühlt werden und somit im Betrieb sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Diese hohen Temperaturen würden leicht zu Fehlfunktionen des Ventilsitzes führen. Auch aus diesem Grunde wird der Ventilsitz üblicherweise weiter entfernt von den Düsenlöchern angeordnet, damit er sich weiter entfernt von der Beaufschlagung durch die Verbrennungswärme befindet.For large diesel engines, z. For example, marine engines operating on the two-stroke cycle typically have the valve seat of the fuel injector relatively far from the nozzle holes through which the fuel enters the combustion chamber of the cylinder. This has several reasons. On the one hand, the valve seat must be sufficiently strongly supported in order to be able to absorb the pressure loads resulting from the high injection pressures. This requires a mechanically robust arrangement, which takes up relatively much space. Since, however, several injection nozzles are typically provided per cylinder, it would be difficult at least for reasons of space to make the regions of the injection nozzles, which are located in the immediate vicinity of the combustion chamber, mechanically sufficiently robust. On the other hand, in the case of a two-stroke diesel engine, the cylinder head is usually so thick that these areas of the injection nozzles are barely cooled and thus exposed to very high temperatures during operation. These high temperatures would easily lead to malfunction of the valve seat. Also, for this reason, the valve seat is usually arranged further away from the nozzle holes, so that it is located further away from the application of heat of combustion.
Die räumliche Entfernung zwischen Ventilsitz und Düsenlöchern bringt aber ein Problem mit sich, das beispielsweise auch in der
Zur Lösung dieses Problems wird gemäss der
Aus den Dokument
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine andere Brennstoffeinspritzdüse vorzuschlagen, die zuverlässig arbeitet und die das Nachtropfen von Brennstoff in den Verbrennungsraum nach dem Ende des Einspritzvorgangs wirkungsvoll verhindert.It is an object of the invention to propose a different fuel injector which operates reliably and which effectively prevents the dripping of fuel into the combustion chamber after the end of the injection process.
Die diese Aufgabe lösende Brennstoffeinspritzdüse ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gekennzeichnet.The problem solving fuel injection nozzle is characterized by the features of the independent claim 1.
Erfindungsgemäss wird also eine Brennstoffeinspritzdüse für einen Dieselmotor, insbesondere einen Zweitakt-Grossdieselmotor, vorgeschlagen, die einem Düsenkörper und einen mit dem Düsenkörper verbundenen Düsenkopf umfasst, welcher mindestens ein Düsenloch aufweist, durch das der Brennstoff in einen Verbrennungsraum austreten kann. Die erfindungsgemässe Brennstoffeinspritzdüse hat ferner einen ersten Druckraum im Innern des Düsenkörpers, eine Zuführleitung für den Brennstoff, die in den ersten Druckraum einmündet, mindestens eine Verbindungsleitung zwischen dem ersten Druckraum und dem Düsenloch, sodass Brennstoff aus dem ersten Druckraum zu dem Düsenloch gelangen kann, sowie eine im Innern des Düsenkörpers angeordnete erste Düsennadel, welche mit einem ersten Ventilsitz derart zusammenwirkt, dass sie den Durchlass von dem ersten Druckraum zu der Verbindungsleitung öffnet oder verschliesst. Zwischen dem ersten Druckraum und dem Düsenloch ist ein zweiter Druckraum angeordnet, und es ist eine zweite Düsennadel vorgesehen, die derart mit einem zweiten Ventilsitz zusammenwirkt, dass sie den Durchlass vom zweiten Druckraum zu dem Düsenloch öffnet oder verschliesst,
wobei der zweite Ventilsitz im Düsenkopf angeordnet ist und die erste und die zweite Düsennadel mechanisch voneinander entkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düsennadel in geschlossenen Zustand völlig im Düsenkopf enthalten ist.Thus, according to the invention, a fuel injector for a diesel engine, in particular a two-stroke large diesel engine, is proposed which comprises a nozzle body and a nozzle head connected to the nozzle body, which has at least one nozzle hole through which the fuel can escape into a combustion chamber. The inventive fuel injection nozzle further has a first pressure chamber in the interior of the nozzle body, a feed line for the fuel, which opens into the first pressure chamber, at least one connecting line between the first pressure chamber and the nozzle hole, so that fuel can pass from the first pressure chamber to the nozzle hole, as well a first nozzle needle arranged in the interior of the nozzle body, which cooperates with a first valve seat such that it opens or closes the passage from the first pressure chamber to the connecting line. Between the first pressure chamber and the nozzle hole, a second pressure chamber is arranged, and there is provided a second nozzle needle which cooperates with a second valve seat such that it opens or closes the passage from the second pressure chamber to the nozzle hole,
wherein the second valve seat is arranged in the nozzle head and the first and the second nozzle needle are mechanically decoupled from each other, characterized in that the second nozzle needle is completely contained in the nozzle head in the closed state.
Die erfindungsgemässe Einspritzdüse weist also zwei Düsennadeln auf, die jeweils mit einem Ventilsitz zusammenwirken, wobei der zweite Ventilsitz stromabwärts des ersten Ventilsitzes angeordnet ist, das heisst zwischen dem ersten Ventilsitz und dem Düsenloch. Durch diese Massnahme kann am Ende des Einspritzvorgangs zusätzlich zum Schliessen des Durchlasses für den Brennstoff am ersten Ventilsitz auch stromabwärts des ersten Ventilsitzes der Durchlass für den Brennstoff mittels des zweiten Ventilsitzes und der zweiten Düsennadel verschlossen werden, sodass der Brennstoff, der sich zwischen dem ersten und zweiten Ventilsitz befindet, wirkungsvoll daran gehindert wird, in den Verbrennungsraum zu tropfen.Thus, the injection nozzle according to the invention has two nozzle needles, each of which interacts with a valve seat, wherein the second valve seat is arranged downstream of the first valve seat, that is, between the first valve seat and the nozzle hole. By this measure, in addition to closing the passage for the fuel at the first valve seat and downstream of the first valve seat, the passage for the fuel by means of the second valve seat and the second nozzle needle can be closed at the end of the injection process, so that the fuel between the first and second valve seat is effectively prevented from dripping into the combustion chamber.
Vorzugsweise ist der zweite Ventilsitz im Düsenkopf angeordnet, insbesondere näher zum Düsenloch als zu dem Ende des Düsenkopfs, das dem Düsenkörper zugewandt ist, das heisst, der zweite Ventilsitz ist in unmittelbarer Nähe des Düsenlochs angeordnet. Durch diese Massnahme ist das Volumen, das sich zwischen dem zweiten Ventilsitz und dem Düsenloch befindet, besonders klein, sodass sich der Einspritzvorgang durch Schliessen des Durchlasses am zweiten Ventilsitz praktisch unmittelbar beenden lässt, ohne dass dann noch weiterer Brennstoff in den Verbrennungsraum tropfen kann.Preferably, the second valve seat is arranged in the nozzle head, in particular closer to the nozzle hole than to the end of the nozzle head, which faces the nozzle body, that is, the second valve seat is in arranged in the immediate vicinity of the nozzle hole. As a result of this measure, the volume which is located between the second valve seat and the nozzle hole is particularly small, so that the injection process can be terminated virtually immediately by closing the passage at the second valve seat without any further fuel being able to drip into the combustion chamber.
Bevorzugt sind die erste und die zweite Düsennadel mechanisch voneinander entkoppelt. Dadurch ist es möglich, den Offnungs- bzw. den Schliessdruck für die zweite Düsennadeln im wesentlichen unabhängig von der ersten Düsennadel oder der Bewegung der ersten Düsennadel auf den gewünschten Wert einzustellen.Preferably, the first and the second nozzle needle are mechanically decoupled from each other. This makes it possible to set the opening or the closing pressure for the second nozzle needles to the desired value substantially independently of the first nozzle needle or the movement of the first nozzle needle.
Auch ist es vorteilhaft, die zweite Düsennadel derart auszugestalten und anzuordnen, dass sie hydraulisch betätigbar ist, weil dies eine besonders einfache Ausgestaltung ist, die zudem eine zuverlässige Arbeitsweise gewährleistet.It is also advantageous to design and arrange the second nozzle needle such that it can be actuated hydraulically, because this is a particularly simple embodiment, which also ensures a reliable operation.
Die erfindungsgemässe Brennstoffeinspritzdüse eignet sich für Dieselmotoren, insbesondere für Zweitakt-Grossdieselmotoren, wie sie beispielsweise im Schiffsbau verwendet werden.The inventive fuel injector is suitable for diesel engines, especially for two-stroke large diesel engines, as used for example in shipbuilding.
Weitere vorteilhafte Massnahmen und bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Einspritzdüse ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further advantageous measures and preferred embodiments of the injection nozzle according to the invention will become apparent from the dependent claims.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der schematischen, nicht massstäblichen Zeichnung zeigen:
- Fig. 1:
- eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Brennstoffeinspritzdüse mit den wesentlichen Teilen,
- Fig. 2:
- eine Schnittdarstellung des unteren Bereichs eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Brennstoffeinspritzdüse, und
- Fig. 3:
- eine Variante für die Ausgestaltung des Düsenkopfs.
- Fig. 1:
- a sectional view of a first embodiment of the inventive fuel injector with the essential parts,
- Fig. 2:
- a sectional view of the lower portion of a second embodiment of the inventive fuel injector, and
- 3:
- a variant of the design of the nozzle head.
Die im folgenden verwendeten relativen Lagebezeichnungen wie "oben, unten, oberhalb, unterhalb..." beziehen sich stets auf die Darstellung in
Die Brennstoffeinspritzdüse 1 umfasst einen Düsenkörper 2 und einen Düsenkopf 3, der mit dem Düsenkörper 2 verbunden ist. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung mittels einer Haltehülse 4, die sich an ihrem unteren Ende zur Längsachse A der Brennstoffeinspritzdüse 1 hin verjüngt. Die Haltehülse 4 ist mittels einer Überwurfmutter 5 sowie einem elastischen Element 45, zum Beispiel einem Sprengring, am Düsenkörper 2 befestigt. Der Düsenkopf 3 stützt sich in dem sich verjüngenden Teil der Haltehülse 4 ab. Im Bereich seines unteren Endes weist der Düsenkopf 3 mindestens ein Düsenloch 31, typischerweise z. B. fünf Düsenlöcher 31, auf, durch welche der Brennstoff in den Verbrennungsraum austreten kann.The fuel injection nozzle 1 comprises a
Im Innern des Düsenkörpers 2 ist ein erster Druckraum 6 vorgesehen, in welchen eine Zuführleitung 12 für den Brennstoff einmündet. Der erste Druckraum 6 wird in axialer Richtung durch einen ersten Ventilsitz 8, der als Hauptventilsitz dient, begrenzt. Ferner ist im Innern des Düsenkörpers 2 eine erste Düsennadel 7 angeordnet, die sich im wesentlichen parallel zur Längsachse A erstreckt, und die mit dem ersten Ventilsitz 8 zusammenwirkt. Im geschlossenen Zustand, der in
Im Düsenkopf 3 ist ein zweiter Druckraum 9 vorgesehen, der in axialer Richtung von einem zweiten Ventilsitz 11, welcher als Nebenventilsitz dient, begrenzt wird. Der zweite Ventilsitz 11 ist vorzugsweise unmittelbar oberhalb des obersten Düsenlochs 31 angeordnet, um das Sacklochvolumen 20 unterhalb des zweiten Ventilsitzes 11 klein zu gestalten. Im Düsenkopf 3 ist ferner eine zweite Düsennadel 10 zum Zusammenwirken mit dem zweiten Ventilsitz 11 vorgesehen, die sich ebenfalls parallel zur Längsachse A erstreckt. Vorzugsweise ist die zweite Düsennadel 10 derart ausgestaltet, dass sie hydraulisch betätigbar ist. Dazu weist die zweite Düsennadel 10 beispielsweise einen Kopf 10a auf, der den zweiten Druckraum 9 in axialer Richtung nach oben begrenzt. Unterhalb des Kopfs 10a schliesst sich ein Schaft 10b an, der so mit dem zweiten Ventilsitz 11 zusammenwirkt, dass der Durchlass vom zweiten Druckraum 9 zu den Düsenlöchern 31 entweder geöffnet oder - wie in
Die zweite Düsennadel 10 ist zum zweiten Ventilsitz 11 hin vorgespannt. Die Mittel zum Vorspannen umfassen bei diesem Ausführungsbeispiel eine Feder 21, die sich einerseits im Düsenkörper 2 abstützt und andererseits auf die zweite Düsennadel 10 einwirkt, nämlich auf die dem zweiten Druckraum 9 abgewandte axiale Endfläche des Kopfs 10a der zweiten Düsennadel 10. Die Feder 21 ist in einem Federraum 22 angeordnet, der als Ausnehmung im Düsenkörper 2 ausgestaltet ist. Zwischen der Feder 21 und dem oberen Ende des Federraums 22 kann eine Unterlegscheibe 23 angeordnet sein, um die auf die zweite Düsennadel 10 einwirkende Federkraft einzustellen. Durch diese Massnahme lässt sich der Öffnungs- bzw. Schliessdruck für den Durchlass am zweiten Ventilsitz 11 in kontrollierte Weise auf den gewünschten Wert justieren. Natürlich können auch andere Mittel zum genauen Einstellen der durch die Feder 21 bewirkten Vorspannung vorgesehen sein.The
Ferner ist es vorteilhaft, eine Entlastungsleitung 24 vorzusehen, die in den Federraum 22 einmündet. Durch diese Entlastungsleitung kann nämlich Brennstoff, der eventuell während des Betriebs in den Federraum 22 eindringt, aus diesem abfliessen.Furthermore, it is advantageous to provide a
Zwischen dem ersten Druckraum 6 und den Düsenlöchern 31 ist mindestens eine Verbindungsleitung 13 vorgesehen, sodass Brennstoff aus dem ersten Druckraum 6 zu den Düsenlöchern 31 gelangen kann. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Durchlass in Form einer Bohrung 13a vorgesehen, die sich in Richtung der Längsachse A von dem ersten Druckraum 6 durch den ersten Ventilsitz 8 hindurch erstreckt. Unterhalb des ersten Ventilsitzes 8 zweigen zwei Verbindungsleitungen 13 von der Bohrung 13a ab. Die beiden Verbindungsleitungen 13 erstrecken sich jeweils zunächst schräg nach aussen, dass heisst von der Längsachse A weg, verlaufen dann parallel zur Längsachse A nach unten und schliesslich schräg nach innen, das heisst auf die Längsachse A hin, bis sie in den zweiten Druckraum 9 einmünden.Between the
Im Betriebszustand funktioniert die Brennstoffeinspritzdüse 1 wie folgt. Der Brennstoff wird z. B. mittels einer nicht dargestellten Einspritzpumpe durch die Zuführleitung 12 in den ersten Druckraum 6 gefördert und beaufschlagt dort die erste Düsennadel 7. Wenn der Brennstoffdruck im ersten Druckraum 6 grösser ist als die durch die Druckfeder 16 bewirkte Vorspannung, wird die erste Düsennadel 7 angehoben und öffnet somit den Durchlass am ersten Ventilsitz 8. Der Brennstoff strömt durch die Verbindungsleitungen 13 in den zweiten Druckraum 9 und beaufschlagt dort die zweite Düsennadel 10. Sobald der Brennstoffdruck im zweiten Druckraum 9 grösser ist als die von der Feder 21 erzeugte Vorspannung, wird die zweite Düsennadel 10 aus dem zweiten Ventilsitz 11 angehoben und öffnet somit den Durchlass zu den Düsenlöchern 31, sodass der Einspritzvorgang beginnt, das heisst, der Brennstoff durch die Düsenlöcher 31 in den Verbrennungsraum des Zylinders eintritt. Am Ende der Einspritzung nimmt der Brennstoffdruck im ersten Druckraum 6 ab. Sobald er kleiner wird als die von der Druckfeder 16 erzeugte Vorspannung, wird die erste Düsennadel 7 in den ersten Ventilsitz 8 gedrückt und verschliesst den Durchlass vom ersten Druckraum 6 in die Verbindungsleitungen 13. Die Einspritzung geht nun noch solange weiter bis der Brennstoffdruck im zweiten Druckraum 9 so weit abgesunken ist, dass die Feder 21 die zweite Düsennadel 10 in den zweiten Ventilsitz 11 drückt. Dadurch wird der Durchlass am zweiten Ventilsitz 11 geschlossen, und der Einspritzvorgang ist beendet. Da das Sacklochvolumen 20 stromabwärts des zweiten Ventilsitzes 11 vernachlässigbar klein ist, kann nach dem Ende des Einspritzvorgangs praktisch kein Brennstoff mehr in den Verbrennungsraum tropfen.In operation, the fuel injector 1 functions as follows. The fuel is z. B. promoted by means of an injection pump, not shown, through the
Bei dem beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel stützt sich die zweite Düsennadel 10 über die Feder 21 im Düsenkörper 2 ab, ist also mechanisch von der ersten Düsennadel 7 getrennt. Diese mechanische Entkopplung der beiden Düsennadeln 7,10 hat insbesondere den Vorteil, dass der Öffnungs- bzw. Schliessdruck, das heisst derjenige Brennstoffdruck im zweiten Druckraum 9, bei dem der Durchlass am zweiten Ventilsitz 11 durch Anheben bzw. Absenken der zweiten Düsennadel 10 geöffnet bzw. geschlossen wird, im wesentlichen unabhängig von der ersten Düsennadel 7 eingestellt werden kann. Diese Einstellung erfolgt über die von der Feder 21 erzeugte Vorspannung, z.B. mittels entsprechender Dimensionierung der Unterlegscheibe 23. Durch die Möglichkeit der Einstellung des Offnungs- bzw. Schliessdrucks für den zweiten Ventilsitz 11 ist gewährleistet, dass der Brennstoff stets mit dem optimalen Einspritzdruck in den Verbrennungsraum gefördert wird, wodurch ein wirtschaftlicher, sparsamer und effizienter Betrieb des Dieselmotors erreichbar ist. Unmittelbar zu Beginn der Einspritzung, wenn der Durchlass am ersten Ventilsitz 8 bereits geöffnet, der Durchlass am zweiten Ventilsitz 11 aber noch verschlossen ist, erhöht sich zunächst der Brennstoffdruck im zweiten Druckraum 9 bis er auf einen Wert angestiegen ist, der für eine effiziente Einspritzung ausreichend ist. Erst dann öffnet die zweite Düsennadel 10 den Durchlass am zweiten Ventilsitz 11 und die Einspritzung beginnt. Sobald am Ende des Einspritzvorgangs der Brennstoffdruck im zweiten Druckraum 9 unter den Schliessdruck abfällt, wird der Durchlass am zweiten Ventilsitz 11 praktisch unmittelbar verschlossen, sodass im wesentlichen kein Brennstoff mehr in den Verbrennungsraum gelangen kann.In the described first embodiment, the
Die hydraulische Betätigung der zweiten Düsennadel 10 ist vorteilhaft, weil sie insbesondere konstruktiv einfach zu realisieren ist und zudem einen zuverlässigen Betrieb des Brennstoffeinspritzventils ermöglicht.The hydraulic actuation of the
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die zweite Düsennadel 10 im Düsenkopf 3 enthalten. Zudem ist der Düsenkopf 3 als austauschbare Einheit ausgestaltet und angeordnet. Durch die einfache Verbindung des Düsenkopfs 3 mit dem Düsenkörper 2 über die Haltehülse 4 und die Überwurfmutter 5 kann der Düsenkopf 3 ohne grossen Aufwand von dem Düsenkörper 2 getrennt und durch einen neuen ersetzt werde. Dies ist insbesondere ein Vorteil im Hinblick auf die Tatsache, dass der Düsenkopf 3 im Betriebszustand enormen, insbesondere thermischen und korrosiven Belastungen ausgesetzt ist und daher einem gewissen Verschleiss unterliegt, der seine Lebensdauer begrenzt.In the embodiment described here, the
Da die zweite Düsennadel 10 im Düsenkopf 3 enthalten ist und zusammen mit diesem austauschbar ist, sind die bei der Anfertigung eines neuen Düsenkopfs 3 einzuhaltenden Toleranzen weniger streng, ohne dass dadurch Zugeständnisse an die Funktionstüchtigkeit vonnöten sind. Dies bedeutet einen erheblich geringeren Arbeitsaufwand bei der Herstellung eines neuen Düsenkopfs 3 mit einer neuen zweiten Düsennadel 10.Since the
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Brennstoffeinspritzdüse sind zusätzlich Mittel zur Kühlung des Düsenkopfs 3 vorgesehen. Diese Mittel umfassen eine Zusatzhülse 41, die zwischen der Haltehülse 4 und dem Düsenkopf 3 angeordnet ist. Die Zusatzhülse 41 stützt sich in dem sich verjüngenden Teil der Haltehülse 4 ab und der Düsenkopf 3 stützt sich auf oder in der Zusatzhülse 41 ab.In the second exemplary embodiment of the fuel injection nozzle according to the invention, means for cooling the
Die Zusatzhülse 41 weist an ihrer Innenseite eine in Umfangsrichtung verlaufende Ausnehmung auf welche im montierten Zustand einen Kühlraum 42 bildet. Die Zusatzhülse 41 umschliesst den Düsenkopf 3 derart, dass die Ausnehmung in der Zusatzhülse 41 zusammen mit der Aussenwand des Düsenkopfs 3 den ringförmigen Kühlraum 42 bildet, der den Düsenkopf 3 in Umfangsrichtung umgibt.The
Ferner sind zwei Kühlleitungen 43 und 44 vorgesehen, welche vorzugsweise als Bohrungen ausgestaltet sind. Jede Kühlleitung 43, 44 erstreckt sich durch den Düsenkörper 2, den oberen Teil des Düsenkopfs 3 sowie die Zusatzhülse 41 und mündet in den Kühlraum 42. Durch die Kühlleitungen 43 bzw. 44 kann ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder ein Kühlöl, in den Kühlraum 42 eingebracht bzw. aus diesem abgeführt werden. Durch diese Massnahme lässt sich der Düsenkopf 3 im Betriebszustand effizient kühlen, was sich positiv auf seine Lebensdauer auswirkt.Furthermore, two cooling
Weiterhin ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dasjenige Ende des Schafts 10b der zweiten Düsennadel 10, welches mit dem zweiten Ventilsitz 11 zusammenwirkt,sphärisch gekrümmt, insbesondere als Halbkugel, ausgestaltet, sodass die zweite Düsennadel 10 und der zweite Ventilsitz 11 eine Kugel-Kegel-Abdichtung bilden. Diese Variante, die natürlich auch für das erste Ausführungsbeispiel (
In
Die Wärmeschutzschicht 32 hat den Vorteil, dass sie die thermische Belastung des Düsenkopfs 3 reduziert.The heat-insulating
Claims (10)
- Fuel injection nozzle for a diesel engine, in particular for a two-stroke large diesel engine, comprising a nozzle body (2) and a nozzle head (3) which is connected to the nozzle body (2) and which has at least one nozzle hole (31) through which the fuel can flow out into a combustion chamber, comprising a first pressure chamber (6) in the interior of the nozzle body (2), comprising an infeed line for the fuel which opens into the first pressure chamber (6), comprising at least one connection line (13) between the first pressure chamber (6) and the nozzle hole (31) so that fuel can enter from the first pressure chamber (6) to the nozzle hole (31), as well as comprising a first nozzle needle (7) which is arranged in the interior of the nozzle body (2) and which cooperates with a first valve seat (8) in such a manner that it opens or closes the passage from the first pressure chamber (6) to the connection line (13), wherein a second pressure chamber (9) is arranged between the first pressure chamber (6) and the nozzle hole (31); and in that a second nozzle needle (10) is provided which cooperates with a second valve seat (11) in such a manner that it opens or closes the passage from the second pressure chamber (9) to the nozzle hole (31) whereby the second valve seat (11) is arranged in the nozzle head (3), and the first and second nozzle needle (7, 10) are mechanically decoupled from one another, characterised in that the second nozzle needle (10) is contained in the closed state completely in the nozzle head (3).
- Fuel injection nozzle in accordance with claim 1, wherein the second valve seat is arranged closer to the nozzle hole (31) than to the end of the nozzle head (3) which faces the nozzle body (2).
- Fuel injection nozzle in accordance with one of the preceding claims, with the second nozzle needle (10) being designed and arranged in such a manner that it can be actuated hydraulically.
- Fuel injection nozzle in accordance with one of the preceding claims, with means being provided for biasing the second nozzle needle (10) to the second valve seat (11).
- Fuel injection nozzle in accordance with claim 4, in which the means for the biasing comprise a spring (21) which is braced at one end in the nozzle body (2) and which acts on the second nozzle needle (10) at the other end.
- Fuel injection nozzle in accordance with claim 5, with the spring (21) being arranged in a spring chamber (22) which is designed as a cut-out in the nozzle body (2) and with a relief line (24) being provided which opens into the spring chamber (22).
- Fuel injection nozzle in accordance with one of the preceding claims, with the nozzle head (3) being designed and arranged as a replaceable unit.
- Fuel injection nozzle in accordance with one of the preceding claims, with means (41, 42) being provided for the cooling of the nozzle head (3).
- Fuel injection nozzle in accordance with one of the preceding claims, with the nozzle head (3) having a heat protection layer (32), in particular of ceramic, at least at a portion of its outer surface.
- Diesel engine, in particular two-stroke large diesel engine, comprising a fuel injection nozzle in accordance with one of the preceding claims.
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