Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen. Bei bekannten Einspritzdüsen für Breiin- kraftmaschinen wird ein Nadelventil entgegen der Fliessrichtung des Brennstoffes gegen die Kraft einer Feder durch den Brennstoff druck von seinem Sitz abgehoben und da durch der Durchfluss zu den Düsenlöchern freigegeben. Dabei ist der Schliessdruck stet., Nv-esentlicli geringer als der Eröffnungsdruck.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einspritzdüse für Brennkraftmaschi- nen, mit einem Absperrorgan, das in einem Gehäuse gleitbar ist und dessen Bewegung die Ausspritzung von Brennstoff durch minde stens eine Düsenöffnung steuert, wobei dieses Organ durch den Druck des Speisebrenn stoffes in der Fliessrichtung des Brennstoffe öffnet.
Die Einspritzdüse unterscheidet sich von bekannten dadurch, dass das Absperr organ ein zweistufiger Kolben ist, welcher in auf gegenüberliegenden Seiten einer durch die Speiseleitung gespeisten Pufferkammer angeordneten Führungen dichtend geführt ist, wobei der Kolben so angeordnet ist, dass eine Bewegung desselben in der Fliessrich tung des Brennstoffes eine Raumverminde rung der Pufferkammer bewirkt, sowie da durch, dass Kolben und Gehäuse Teile auf weisen, die bei der genannten Bewegung des Kolbens die Schliessung der Pufferkammer bewirken und die Ausspritzung des Brenn stoffes steuern.
Die beiliegende Zeichnung zeigt sehema- tiseh einige Ausführungsbeispiele der erfin dungsgemässen Einspritzdüse. Fig. 1 ist ein Längsschnitt einer ersten Ausführungsart, welche mehrere Düsenöff nungen aufweist.
Fig. 2 ist ein Querschnitt eines Teils einer Ausführungsvariante von Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Längsschnitt einer zweiten Ausführungsart mit -dem Kolben in Ruhe lage.
Fig. 4 zeigt die Ausführung nach Fig. 3 mit dem Kolben in Betriebslage.
Fig. 5 zeigt im Längsschnitt einen Teil einer Ausführungsvariante der in Fig. 3 und 4 dargestellten Einspritzdüse.
Fig. 6 ist ein Längsschnitt einer dritten, eine einzige zentrale Düsenöffnung aufwei senden Ausführungsart.
Fig. 7 ist ein Querschnitt eines Teils einer Ausführungsvariante von Fig. 6.
Die übereinstimmenden Teile der ver schiedenen Ausführungsarten werden in sämtlichen Figuren mit. den gleichen Bezugs zeichen bezeichnet.
Die Einspritzdüse gemäss Fig. 1 weist ein Gehäuse 1 auf. In diesem ist ein Stufenkolben vorgesehen, der einen Kopf T und zwei Abschnitte 2, 3 aufweist, wobei der Durchmesser des Abschnittes 2 kleiner als derjenige des Abschnittes 3 und der Durchmesser des Abschnittes 3 wiederum kleiner als derjenige des Kop <I>fes T</I> ist. Dieser Kolben ist in dichten Führungen 4, .5 axial beweglich, deren Durch messer denen der Abschnitte 2 bzw.
3 des Kolbens entsprechen und die sich auf gegen- überliegenden Seiten einer Pufferkammer 6 befinden. Eine in dieser Kammer 6 unter gebrachte, einerseits auf deren Boden 8 und anderseits auf der Schulter 9 des Kolbens ab gestützte R.üekstellfeder 7 drückt den Kolben gegen eine Stützfläche 12 am Gehäuse. Der Kopf T befindet sich im Innern einer Kam- rner ?0, welche einerseits durch die Stütz fläche 12 und anderseits durch eine Anschlag fläche 13 axial begrenzt ist.
Der Kolben weist eine axiale Bohrung 14 auf, welche sieh annä hernd über seine ganze Länge erstreckt und in welche ein Kanal 15, welcher diese Boh rung mit der Pufferkammer 6 in Verbin dung setzt, und Düsenöffnungen 16 münden, welche symmetrisch um die Achse b des Kol bens angeordnet sind und deren Achsen die Achse b schneiden und mit ihr einen Winkel a bilden.
Eine Speiseleitung 18, welche an eine nicht dargestellte Einspritzpumpe anzuschliessen ist, mündet in die Kammer 20 ein.
Die vorstehend beschriebene Einspritz düse arbeitet folgendermassen: In Ruhelage, d. h. zwischen zwei Brenn stoffeinspritzungen, nehmen die Organe der Einspritzdüse die in Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung dargestellte Lage ein.
Die Feder 7 drückt den Kolben mit seiner Stirnfläche 10 gegen die Stützfläche 12. Die Düsenöffnungen 16 sind durch die Führung 4 geschlossen gehalten. Der Kanal 15 verbin det die Pufferkammer 6 mit der Bohrung 14.
Wenn die nicht dargestellte Einspritz pumpe Brennstoff durch die Speiseleitung 18 treibt, drückt der in der Kammer 20 vorhan dene Brennstoff den Kolben gegen den An schlag 13. Diese axiale Verschiebung bewirkt eine Raumverminderung der Pufferkammer f und infolgedessen: a) die Kompression des in dieser Kammer 6 enthaltenen Bremistoffes und b) das Zurücktreiben eines Teils dieses Brennstoffes durch den Kanal 15 in die Boh rung 14, welche mit der Kammer 20 in Ver bindung steht.
Wenn der Kanal 15 nach einer axialen Verschiebung des Kolbens iun einen Wert h durch den Kammerboden 8 ganz abgeschlos sen wird, kann. der in der Kammer 6 ein geschlossene Brennstoff nicht mehr entwei chen, so dass der Druck in derselben in Funk tion der axialen Verschiebung des Kolbens rasch steigt.
Wenn der Kolben eine Verschiebung um einen Wert hu' ausgeführt hat., so dass die Schulter 11 des Kopfes T an der Anschlag fläche 13 anliegt, sind die Düsenöffnungen 16 durch die Führung 4 zweckmässig ganz frei gegeben, indem sie über die Steuerkante 22 hinaus gelangt sind.
Der Druck des Brennstoffes bei Beginn der Einspritzung- wird durch folgende Kräfte beeinflusst a) durch den von der Rückstellfeder 7 ausgeübten Druck, b) durch den auf die vordere Stirnfläche 24 des Kolbens von den im Zylinder des 2vIo- tors verdichteten Gasen ausgeübten Druck, und c) durch den auf die Schulter 9 von dem in der Pufferkammer 6 komprimierten Brenn stoff ausgeübten Druck.
Nun ist festzustellen, dass der Feder druck praktisch konstant bleibt, und dass der Gasdruck durch die Konstruktion des Motors bedingt wird. Dagegen ist der Wert des Brennstoffdriiekes von der durch den Kanal 15 vor seiner gänzlichen Schliessung zurück getriebenen Brennstoffmenge abhängig.
Es ist klar, da.ss diese Menge um so grö sser ist, je grösser die lichte Weite des Kanals 15, je kleiner die Geschwindigkeit des Kol bens und je länger der vom Kolben zur gänz lichen Schliessung des Kanals 15 zurück zulegende Weg ist.
Da die Gxesehwindigkeit des Kolbens um so grösser ist, je grösser die Drehzahl des Mo tors ist, hat dies zur Folge, dass der in der Pufferkammer 6 herrschende Druck und so mit der Einspritzdruck des Brennstoffes mit der Drehzahl des Motors steigt.
Sobald die Speisung der Kammer 20 mit Brennstoff unterbrochen wird, nimmt der Druck in derselben rasch ab und der Kolben wird - in seine Ruhelage (Fug. 1) zurück getrieben durch: l.. den Druck der Rückstellfeder 7, 2. den Druck des in der Kammer 6 kom primierten Brennstoffes, 3. den Verbrennungsdruck der im Motor- zylinder brennenden Gase.
Nun ist aber der Verbrennungsdruck im mer bedeutend höher als der Verdichtungs druck, so dass die Summe der auf den Kolben ausgeübten, die Schliessbewegung bewirkenden Druckkräfte, zu Beginn der Schliessbewe gung grösser ist, als die Kräfte, die bei der Öffnung der Düsenöffnungen 16 im gleichen Sinn auf den Kolben wirken.
Beim Rücklauf des Kolbens werden durch die Kante 22 die Düsenöffnungen 16 ge schlossen und hernach durch den Boden 8 der Kanal 15 geöffnet. Die in den Kammern 20 und 6 herrschenden Drücke können sich alsdann ausgleichen.
Die Düsenöffnungen 16 könnten auch tangential zur Bohrung 14 angeordnet wer den, wie in Fig. 2 dargestellt. Während der Einspritzung bewirkt der durch diese schrä gen Öffnungen durchfliessende Brennstoff. eine Drehung des Kolbens um seine Achse b.
Die Einspritzdüse gemäss Fig. 3 und 4 weist eine Pufferkammer 6 auf, welche über die Führung 5, eine im Gehäuse 1 ein geschnittene ringförmige Rille 25 und einen Kanal 26 mit Brennstoff gespeist wird. Da gegen werden die Düsenöffnungen 16 über die axiale Bohrung 14, deren oberes Ende ge sperrt ist, und über radiale Kanäle 27 ge speist, welche beim Einspritzen eine Verbin dung zwischen der Bohrung 14 und der Rille 25 herstellen. Die Kugeln 29, mit welchen die Schulter 11 des Kopfes T zusammenwirkt. und die sich auf den Boden 13 der Kammer 20 ab stützen, begrenzen die Öffnungsbewegung des Kolbens.
Diese Ausführungsart arbeitet auf ähn liche Weise wie die mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschriebene Einspritzdüse. Wenn der Brennstoff durch die nicht. dargestellte Ein spritzpumpe über die Speiseleitung 18 in die Kammer 20 getrieben wird, so wird der Kol ben von der in Fig. 3 dargestellten Ruhelage in seine Betriebsstellung axial verschoben (Fig. 4). Im Verlaufe dieser Verschiebung unterbricht die Kante 28 der Schulter 9 unter Mitwirkung der Kante 30 der Rille 25 die Verbindung zwischen der Kammer 20 und der Pufferkammer 6. Bei weiterer axialer Be wegung des Kolbens werden die Düsenöffnun gen 16 durch die Kante 22 der Führung 4 freigegeben.
Zuletzt öffnet noch die Kante 31 der Rille 25 die Kanäle 27. Nunmehr befin det sich die Kammer 20 in Verbindung mit den Düsenöffnungen 16, welche vollständig freigelegt sind, so dass durch diese Brennstoff. hinausgespritzt wird.
Der Rücklauf des Kolbens wird am Schluss der Einspritzung infolge des Druckabfalls im Innern der Kammer 20 durch den Brennstoff druck in der Kammer 6, die Feder 7 und den Gasdruck im Z_ vlinder bewirkt.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Variante besitzt der Kolben nur eine einzige zentrale Düsenöffnung 16. Die Einspritzung wird, wie hiervor beschrieben, durch die Kante 31 der Rille 25 gesteuert.
In der axialen Bohrung 14 ist eine Stange 38 untergebracht, deren vorderes Ende 37 kegelförmig ausgebildet ist und in die Düsen öffnung des Kolbens ragt, so dass eine kreis ringförmige Ausmündung geschaffen wird. Das andere Ende dieser Stange sitzt im Ab schnitt 3 des Kolbens.
In der Nähe der Befestigungsstelle weist diese Stange eine Einschnürung 39 auf, wo durch ihr eine genügende Elastizität. verlie hen wird, damit sich ihr Ende 37 bei der Ein spritzung von Brennstoff automatisch in der Düsenöffnung des Kolbens zentrieren kann, wie Versuche gezeigt haben.
Es könnten auch mehrere Einschnürungen 39 vorgesehen werden oder die Stange könnte auch in zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen abgeplattet sein.
Die Einspritzdüse gemäss Fig. 6 weist nur eine einzige zentrale Düsenöffnung auf. Die Bohrung 14 ist unterhalb des Kanals 15 abgesperrt. Die Düsenöffnung 16 mündet in eine axiale Bohrung 14c, die durch einen Ka nal 32 gespienen wird. Eine Leitung 33 ver- bindet die Kammer \?0 mit einer in der Füh- rnng 4 ein-esehnittenen Rille 3.1.
Die Einspritzung wird durch die Kante 35 der Rille 34 gesteuert.
Bei der Einspritzung nimmt der Kolben eine Lage ein, bei welcher die Düsenöffnung über den Kanal 32 und die Rille 34 mit der Kammer 20 verbunden ist.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausfüh rungsvariante weist der Kopf T des Kolbens Kanäle 36 auf, welche auf seinen Stirnflächen 1.0 und 11 münden. Diese Kanäle sind im Ver hältnis zn radialen, durch die Achse b des Kolbens gehenden Ebenen schräg angeordnet, damit der durch diese Kanäle in die Kammer 20 fliessende Brennstoff eine Drehung des Kolbens hervorruft.
Injection nozzle for internal combustion engines. In known injection nozzles for pulp engines, a needle valve is lifted from its seat counter to the flow direction of the fuel against the force of a spring by the fuel pressure and is released by the flow to the nozzle holes. The closing pressure is steadily, Nv-esentlicli lower than the opening pressure.
The subject of the present invention is an injection nozzle for internal combustion engines, with a shut-off element which is slidable in a housing and whose movement controls the ejection of fuel through at least one nozzle opening, this element being caused by the pressure of the feed fuel in the direction of flow of the fuel opens.
The injection nozzle differs from known ones in that the shut-off organ is a two-stage piston which is sealingly guided in guides arranged on opposite sides of a buffer chamber fed by the feed line, the piston being arranged so that it can move in the direction of flow Fuel causes a space reduction of the buffer chamber, as well as the fact that the piston and housing have parts that cause the buffer chamber to close during said movement of the piston and control the injection of the fuel.
The attached drawing shows schematically some exemplary embodiments of the injection nozzle according to the invention. Fig. 1 is a longitudinal section of a first embodiment which has a plurality of nozzle openings.
FIG. 2 is a cross section of part of a variant embodiment of FIG. 1.
Fig. 3 is a longitudinal section of a second embodiment with the piston at rest.
FIG. 4 shows the embodiment according to FIG. 3 with the piston in the operating position.
FIG. 5 shows, in longitudinal section, part of an embodiment variant of the injection nozzle shown in FIGS. 3 and 4.
Fig. 6 is a longitudinal section of a third, a single central nozzle opening aufwei send embodiment.
FIG. 7 is a cross-section of part of a variant embodiment of FIG. 6.
The corresponding parts of the different types of execution are shown in all figures with. denotes the same reference characters.
The injection nozzle according to FIG. 1 has a housing 1. In this, a stepped piston is provided which has a head T and two sections 2, 3, the diameter of section 2 being smaller than that of section 3 and the diameter of section 3 being smaller than that of head T </ I> is. This piston is axially movable in tight guides 4, .5, the diameter of which corresponds to that of the sections 2 and
3 of the piston and which are located on opposite sides of a buffer chamber 6. A in this chamber 6 under, on the one hand on the bottom 8 and on the other hand on the shoulder 9 of the piston from supported R.üekstellfeder 7 presses the piston against a support surface 12 on the housing. The head T is located inside a chamber? 0, which is axially limited on the one hand by the support surface 12 and on the other hand by a stop surface 13.
The piston has an axial bore 14, which see approximately extends over its entire length and in which a channel 15, which this Boh tion with the buffer chamber 6 in connec tion, and nozzle openings 16 open which are symmetrical about the axis b of the Kol bens are arranged and the axes of which intersect the axis b and form an angle a with it.
A feed line 18, which is to be connected to an injection pump (not shown), opens into the chamber 20.
The injection nozzle described above works as follows: In the rest position, d. H. between two fuel injections, the organs of the injection nozzle take the position shown in Fig. 1 of the accompanying drawings.
The spring 7 presses the piston with its end face 10 against the support surface 12. The nozzle openings 16 are kept closed by the guide 4. The channel 15 connects the buffer chamber 6 with the bore 14.
When the injection pump, not shown, drives fuel through the feed line 18, the fuel in the chamber 20 presses the piston against the stop 13. This axial displacement causes a reduction in space in the buffer chamber f and as a result: a) the compression of the in this chamber 6 contained Bremistoffes and b) the driving back of part of this fuel through the channel 15 in the Boh tion 14, which is connected to the chamber 20 in Ver.
If the channel 15 is completely closed through the chamber bottom 8 after an axial displacement of the piston iun a value h. the closed fuel in the chamber 6 no longer escapes, so that the pressure in the same rises rapidly in function of the axial displacement of the piston.
When the piston has shifted by a value hu ', so that the shoulder 11 of the head T rests against the stop surface 13, the nozzle openings 16 are expediently completely free through the guide 4 in that they pass over the control edge 22 are.
The pressure of the fuel at the start of the injection is influenced by the following forces a) the pressure exerted by the return spring 7, b) the pressure exerted on the front face 24 of the piston by the gases compressed in the cylinder of the 2vIotor, and c) by the pressure exerted on the shoulder 9 by the fuel compressed in the buffer chamber 6.
Now you can see that the spring pressure remains practically constant and that the gas pressure is conditioned by the design of the engine. In contrast, the value of the fuel pressure is dependent on the amount of fuel driven back through the channel 15 before it is completely closed.
It is clear that this amount is greater, the greater the clear width of the channel 15, the slower the speed of the piston and the longer the distance covered by the piston to completely close the channel 15.
Since the speed of the piston is greater, the greater the speed of the engine, this has the consequence that the pressure in the buffer chamber 6 and so with the injection pressure of the fuel increases with the speed of the engine.
As soon as the fuel supply to the chamber 20 is interrupted, the pressure in the same decreases rapidly and the piston is - driven back into its rest position (Fig. 1) by: l .. the pressure of the return spring 7, 2. the pressure of the in the chamber 6 of compressed fuel, 3. the combustion pressure of the gases burning in the engine cylinder.
Now, however, the combustion pressure is always significantly higher than the compression pressure, so that the sum of the pressure forces exerted on the piston and causing the closing movement at the beginning of the closing movement is greater than the forces that are applied when the nozzle openings 16 are opened Make sense to act on the piston.
When the piston returns, the nozzle openings 16 are closed by the edge 22 and then the channel 15 is opened through the bottom 8. The pressures prevailing in chambers 20 and 6 can then equalize each other.
The nozzle openings 16 could also be arranged tangentially to the bore 14, as shown in FIG. During the injection, the effect of the fuel flowing through these oblique openings is. a rotation of the piston about its axis b.
The injection nozzle according to FIGS. 3 and 4 has a buffer chamber 6 which is fed with fuel via the guide 5, an annular groove 25 cut in the housing 1 and a channel 26. In contrast, the nozzle openings 16 via the axial bore 14, the upper end of which is ge locks, and via radial channels 27 ge feeds, which produce a connec tion between the bore 14 and the groove 25 when injecting. The balls 29 with which the shoulder 11 of the head T cooperates. and which are based on the bottom 13 of the chamber 20, limit the opening movement of the piston.
This embodiment operates in a manner similar to that of the injector described with reference to FIGS. 1 and 2. If the fuel isn't through that. An injection pump shown is driven via the feed line 18 into the chamber 20, the Kol ben is axially displaced from the rest position shown in Fig. 3 into its operating position (Fig. 4). In the course of this displacement, the edge 28 of the shoulder 9 interrupts the connection between the chamber 20 and the buffer chamber 6 with the assistance of the edge 30 of the groove 25. With further axial movement of the piston, the nozzle openings 16 are released through the edge 22 of the guide 4 .
Finally, the edge 31 of the groove 25 opens the channels 27. The chamber 20 is now in connection with the nozzle openings 16, which are completely exposed, so that fuel can flow through them. is splashed out.
The return of the piston is effected at the end of the injection due to the pressure drop inside the chamber 20 by the fuel pressure in the chamber 6, the spring 7 and the gas pressure in the cylinder.
In the variant shown in FIG. 5, the piston has only a single central nozzle opening 16. The injection is, as described above, controlled by the edge 31 of the groove 25.
A rod 38 is accommodated in the axial bore 14, the front end 37 of which is conical and protrudes into the nozzle opening of the piston, so that a circular orifice is created. The other end of this rod sits in section 3 from the piston.
In the vicinity of the fastening point, this rod has a constriction 39, which gives it sufficient elasticity. is loaned so that its end 37 can automatically center in the nozzle opening of the piston during the injection of fuel, as experiments have shown.
Several constrictions 39 could also be provided or the rod could also be flattened in two directions perpendicular to one another.
The injection nozzle according to FIG. 6 has only a single central nozzle opening. The bore 14 is blocked off below the channel 15. The nozzle opening 16 opens into an axial bore 14c which is fed through a channel 32. A line 33 connects the chamber 0 with a groove 3.1 formed in the guide 4.
Injection is controlled by the edge 35 of the groove 34.
During the injection, the piston assumes a position in which the nozzle opening is connected to the chamber 20 via the channel 32 and the groove 34.
In the embodiment variant shown in FIG. 7, the head T of the piston has channels 36 which open onto its end faces 1.0 and 11. These channels are arranged obliquely in relation to the radial planes passing through the axis b of the piston, so that the fuel flowing through these channels into the chamber 20 causes the piston to rotate.