DE967936C - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 27. DEZEMBER 1957

M20513 Ia/46c²

Brennstoffeinspritzventil

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmaschinen, mit einer durch den Brennstoffdruck betätigten Düsennadel und einem über derselben angeordneten Druckraum.

Bei den bekannten Einspritzventilen dieser Art wird die Düsennadel durch Federspannung auf den Sitz gepreßt und durch die mit Beginn der Pumpenförderung erzeugte Drucks,teigerung in der Brennstoffdruckleitung angehoben, wodurch die Düsenbohrungen zur Einspritzung freigegeben werden. Dabei beginnt der Nadelhub, wenn der durch die Brennstoffpumpe erzeugte Druck auf die Differenzfläche von Nadelquerschnitt und Sitzquerschnitt größer wird als die Vorspannkraft der Feder. Bei geöffneter Nadel dagegen wirkt der Einspritzdruck auf den gesamten Nadelquerschnitt entgegen der Schließrichtung. Nadelöffnungsdruck und Schließdruck verhalten sich demnach umgekehrt wie Nadelquerschnitt minus Sitzquerschnitt zu Nadelquerschnitt. Da bei den bekannten Ventilen der Sitzquerschnitt annähernd die Hälfte des Nadelquerschnittes beträgt und demnach der Brennstoff druck vor dem. Öffnen etwa auf den halben, nach dem öffnen aber auf den ganzen Nadelquerschnitt wirkt, und zwar entgegen der Schließrichtung, so wird demzufolge auch der Schließdruck nur etwa halb so groß wie der Öffnungsdruck sein.

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Bei Dieselmotoren mit höhen Zünddrücken, wie sie beispielsweise hochaufgeladene Motoren aufweisen, müssen solche Nadelventile auf einen sehr hohen Öffnungsdruck eingestellt werden. Beträgt beispielsweise der Zünddruck der Maschine 120 at, so muß, um am Ende der Einspritzung eine genügend feine Verteilung des Brennstoffs zu gewährleisten, der Schließdruck mindestens 150 bis 160 at und der Öffnungsdruck des Nadelventils daher 300 bis 320 at betragen. Nachdem bei hochaufgeladenen Motoren außerdem die zwei- bis dreifache Brennstoffmenge der nicht aufgeladenen Brennkraftmaschinen in möglichst kurzer Zeit einzuspritzen ist, steigt bei einem öffnungsdruck von über 300 at auch der Druck während der Einspritzung sehr hoch an. Dadurch werden die Antriebselemente, wie Pumpen, Nocken, Steuerwelle und Steuerungsantrieb, infolge der hohen und stoßweise auftretenden Kräfte in erhöhtem Maße beansprucht. Man ist daher .bestrebt, bei hochaufgeladenen Brennkraftmaschinen den öffnungsdruck möglichst niedrig zu halten. Eine derartige Maßnahme ist aber auch bei Brennkraftmaschinen mit "niedrigen Zünddrücken erwünscht, um die Ganghärte des Motors zu verringern.

Man hat bereits versucht, die erwähnten- Nachteile zu beheben, indem man die Druckfeder während der Einspritzung durch einen vom Brennstoff beaufschlagten Kolben stärker zusammendrückt und zwischen zwei Einspritzungen wieder entlastet. Eine derartige Einrichtung erfordert jedoch einen beträchtlichen baulichen Aufwand und weist außerdem größere Leckverluste auf, da nunmehr zwei Nadelführungen gegen hohen Druck abzudichten sind.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, auf die Düsennadel den Brennstoffdruck in Schließrichtung, z. B. über Ventile oder Drosselbohrungen, einwirken zu lassen. Eine solche Ausführung hat wohl gewisse Vorteile, jedoch ist dabei die zeitliche Abstimmung der Öffnungs- und Schließwirkung bei verschiedenen Brennstoffmengen und verschiedenen Drehzahlen sehr schwierig.

Ferner sind geschlossene Einspritzdüsen bekannt, bei denen durch eine die Düsennadel in Längsrichtung durchlaufende Bohrung eine Verbindung zwischen dem hinter der Düsennadel angeordneten Raum und dem Raum zwischen Nadelsitz und Düsenbohrungen hergestellt ist. Diese Bohrungen enden jedoch in Vertiefungen der Nadelsitzfiäche und dienen dem Zweck, das Lecköl aus dem Raum hinter der Düsennadel zu entfernen. Eine Änderung des Öffnungs- und Schließdrucks ist mit einer derartigen Einrichtung jedoch nicht zu bewirken. Erfindungsgemäß werden die erwähnten Nachteile dadurch behoben, daß bei Einspritzventilen mit durch den Brennstoffdruck betätigten Düsennadeln und über denselben angeordneten Druckräumen, die erst nach Eröffnung der Düsennadeln unter Brennstoffdruck gesetzt werden, die von einem Raum zwischen Düsennadelsitz und Düsenausspritzöffnungen abzweigende Verbindungsleitung in einen um die Nadel angeordneten, geschlossenen ringförmigen Druckraum geführt ist, in welchem die Nadel eine ringförmige, in Schließrichtung wirksame Druckfläche aufweist. Im Druckraum über der Düsennadel ist dabei eine Druckfläche an der Nadel vorgesehen, weiche nur einen Teil des Nadelquerschnitts beträgt. Auf diese Weise kann jedes gewünschte Verhältnis von Nadelöffnungs- zu Nadelschließdruck eingestellt werden. Wählt man vorzugsweise die Druckfläche an der Nadel gleich dem Sitzquerschnitt, so werden die nach Abheben der Nadel auf diese wirkenden zusätzlichen Kräfte ausgeglichen, d. h., der Schließdruck ist gleich dem 'Öffnungsdruck. Gegenüber den bekannten Anordnungen hat die Erfindung den Vorteil, daß keinerlei zusätzliche, schwer abzudichtende Ventile, Steuerkolben usw. benötigt werden. Darüber hinaus ist das Einspritzventil durch den Wegfall von Drosselbohrungen außerdem weitgehendst drehzahlunabhängig und infolge seines einfachen Aufbaus wenig störungsanfällig. Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung eines Einspritzventils näher erläutert. Es zeigt

Fig. ι einen Schnitt durch ein Einspritzventil und

Fig. 2 einen Teilschnitt in größerem Maßstab. Am Ventilgehäuse, ι sind in an sich bekannter Weise mittels einer Spannmutter 2 das Nadel- go gehäuse 3 und die Brennstoffdüse 4 befestigt. Der Brennstoff gelangt durch den Kanal 5 in den Ringraum 6 am unteren Ende der Düsennadel 7 und übt auf die Ringfläche 8 der Nadel einen Druck entgegen der Feder 9 aus. Zwischen der Düsennadel 7 und der Feder 9 ist eine Stelze 10 und ein Differenzkolben 11 vorgesehen. Sobald der Öffnungsdruck erreicht ist, wird die Düsennadel 7 bis zum Anschlag 12 des Differenzkolbens 11 angehoben. Bei Beginn des Nadelhubes strömt dabei Brennstoff aus dem Ringraum 6 in den Düsenraum 13, wobei gleichzeitig eine geringe Menge des von dem vorhergehenden Arbeitstakt im Druckraum 14 verbliebenen Brennstoffs durch die Bohrung 15 verdrängt wird. Der vor den Düsenöffnungen 16 sich im Raum 13 bildende Einspritzdruck wirkt nun auf die gesamte Nadelfläche nach oben und über die Bohrung 15 auf eine Druckfläche 17 der Düsennadel im Drückraum 14 in Schließrichtung nach unten. Wählt man beispielsweise die Druckfläche 17 gleich dem Sitzquerschnitt α der Nadel, so gleichen sich die zusätzlich auf die Nadel 7 wirkenden Kr.äfte aus, d. h., mit Beendigung des Förderhubes wird die Nadel bei Erreichen des Öffnungsdruckes durch die Feder 9 wieder auf den Sitz gedrückt. Wird die Fläche 17 größer gewählt, so wirkt bei angehobener Nadel der Brennstoffdruck auf eine kleinere Fläche nach oben als vor dem Spritzbeginn, und der Schließdruck wird somit größer als der öffnungsdruck. Die Steilheit des Druckanstieges bzw. des Druckabfalls und die Trägheit der bewegten Teile begrenzt das Verhältnis von Öffnungs- und Schließdruck. Maßgebend für die Dimensionierung ist die Forderung, daß während des Öffnungsvorganges bis zum Erreichen des Schließdrucks im Ringraum 6 die Kraft

auf die Nadel in Schließrichtung nicht höher als die in Öffnungsrichtung werden darf.

Um eine sichere Entlastung der Auflagefläche des Differenzkolbens 11 an der Düsennadel zu erreichen, ist dessen Stirnfläche mit einer Vertiefung versehen, welche über eine zentrale Entlastungsbohrung 18 mit dem Leckbrennstoffraum verbunden ist.

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil

ίο ist äußerst einfach in seinem Aufbau und kann nach Auswechseln weniger Teile ohne Änderung am Zylinderdeckel an Stelle des bisher üblichen verwendet werden.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren mit durch den Brennstoffdruck betätigten Düsennadeln und über denselben angeordneten Druckräumen, die erst nach Eröffnung der Düsennadeln unter Brennstoffdruck gesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Raum (13) zwischen Düsennadelsitz undDüsenausspritzöffnungen (16) abzweigende Verbindungsleitung (15) in einen um die Nadel angeordneten, geschlossenen ringförmigen Druckraum (14) geführt ist, in welchem die Nadel eine ringförmige, in Schließrichtung wirksame Druckfläche (17) aufweist.
2. 2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (7) im Druckraum (14) eine Druckfläche (17) aufweist, die annähernd der Sitzfläche der Düsennadel ist.
3. 3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckfläche die ringförmige Differenzfläche von Düsennadelquerschnitt und dem Querschnitt eines aufgesetzten Differenzkolbens (11) vorgesehen ist.
4. 4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (11) unter Zwischenschaltung einer an sich bekannten Stelze (10) durch die Ventilschließfeder (9) brennstoffdicht auf die Düsennadel (7) gedrückt wird.
5. 5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Düsennadel aufliegende Stirnfläche des Kolbens (11) eine Hinterdrehung aufweist, welche durch eine im Kolben angeordnete Bohrung (18) mit dem Leckbrennstoffraum verbunden ist.
6. 6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Düsennadel abgekehrte Stirnfläche des Differenzkolbens (11) als Anschlagfläche (12) ausgebildet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 844 689, 866 574, 87S279, 879936, 711 940.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 514/152 5.56 (709 821/26 12.57)