CH623891A5

CH623891A5 - Injection device for self-ignition internal combustion engines

Info

Publication number: CH623891A5
Application number: CH1295477A
Authority: CH
Inventors: Wilfried Dr Ing Hoefken
Original assignee: Orange Gmbh & Co Kg L
Priority date: 1976-12-11
Filing date: 1977-10-25
Publication date: 1981-06-30
Also published as: JPS5712026B2; GB1546315A; DE2656276C2; FR2373688B1; JPS5372924A; FR2373688A1; DE2656276A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung für selbstzündende Brennkraftmaschinen, insbesondere mittlerer oder grosser Bauart mit Hochaufladung, bei denen die Vollast-Einspritzmenge ein Vielfaches der Einspritzmenge bei niedriger Last ausmacht. The invention relates to an injection device for self-igniting internal combustion engines, in particular medium or large type with high charging, in which the full-load injection quantity is a multiple of the injection quantity at low load.

Insbesondere für selbstzündende Brennkraftmaschinen mittlerer und grosser Bauart, die in Verbindung mit der Hochaufladung für Mitteldrücke zwischen 20 und 30 bar ausgelegt sind, ergeben sich bei Vollast grosse Einspritzmengen, auf die Einspritzpumpe und Einspritzventil ausgelegt sein müssen, wobei sich entsprechend der grossen Einspritzmenge entsprechend grosse Einspritzlöcher ergeben. Bei niedriger Last und entsprechend kleiner Kraftstoffmenge ist über derartig grosse Einspritzlöcher nur noch eine mangelhafte Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffes zu erreichen, so dass solche Motoren zur Russbildung im Abgas neigen. In particular for self-igniting internal combustion engines of medium and large design, which are designed in connection with the supercharging for medium pressures between 20 and 30 bar, there are large injection quantities at full load, to which the injection pump and injection valve have to be designed, with large injection holes corresponding to the large injection quantity surrender. At low loads and a correspondingly small amount of fuel, insufficient injection of the injected fuel can be achieved via such large injection holes, so that such engines tend to form soot in the exhaust gas.

Durch die Erfindung soll eine Einspritzvorrichtung geschaffen werden, mit dem sich sowohl für kleine als auch grosse Einspritzmengen, also über den gesamten Lastbereich, eine zumindest in Annäherung gleich gute Zerstäubung des Kraftstoffes erreichen lässt. The invention is intended to create an injection device with which atomization of the fuel, which is at least approximately the same, can be achieved for both small and large injection quantities, that is to say over the entire load range.

Gemäss der Erfindung wird dies bei einer Einspritzvorrichtung der vorgenannten Art erreicht durch ein Einspritz-Dop-pelventil mit gesondertem Kleinmengen- und Grossmengenanschluss, gesonderten Spritzlöchern für Kleinmengen- und Grossmengeneinspritzung und Anordnung der Spritzlöcher derart, dass die im Querschnitt kleineren Spritzlöcher des According to the invention, this is achieved in an injection device of the aforementioned type by an injection double valve with a separate small quantity and large quantity connection, separate spray holes for small quantity and large quantity injection and arrangement of the spray holes such that the spray holes of smaller cross section

Kleinmengen-Einspritzventiles durch die davorliegenden Spritzlöcher des Grossmengen-Einspritzventiles einspritzen. Durch diese erfindungsgemässe Ausgestaltung lässt sich über alle Lastbereiche hinweg eine annähernd gleichmässig gute Kraftstoffzerstäubung erreichen, und es ist dementsprechend auch im Teillastbereich die Russbildung im Abgas zumindest weitgehend vermieden. Inject small quantity injection valves through the injection holes in front of the large quantity injection valve. By means of this embodiment according to the invention, an approximately uniformly good atomization of the fuel can be achieved across all load ranges and, accordingly, soot formation in the exhaust gas is at least largely avoided even in the part-load range.

In konstruktiv einfacher Weise und unter Verwendung erprobter Maschinenteile lässt sich dieses beispielsweise erreichen, indem das Grossmengen-Einspritzventil als Nadelventil ausgebildet ist, dessen Ventilnadel das kleine Einspritzventil bildet. Bei einer derartigen Konstruktion lässt sich mit einfachen Mitteln erreichen, dass bei geschlossenem Grossmengen-Einspritzventil in Flucht zu dessen Spritzlöchern die in seiner Ventilnadel vorgesehenen Spritzlöcher des Kleinmengen-Einspritzventiles liegen. This can be achieved in a structurally simple manner and using tried and tested machine parts, for example, by designing the large-volume injection valve as a needle valve, the valve needle of which forms the small injection valve. With such a construction, it can be achieved with simple means that when the large-quantity injection valve is closed, the spray holes of the small-quantity injection valve provided in its valve needle are in alignment with its injection holes.

Ein derartiges Einspritz-Doppelventil kann bezüglich seiner gesonderten Anschlüsse gesonderten Pumpen zugeordnet sein. Insbesondere erweist es sich aber im Rahmen der Erfindung als zweckmässig, wenn eine Einspritz-Kolbenpumpe mit einem Kleinmengen- und einem Grossmengenanschluss vorgesehen wird, deren mit Steuerkanten versehener, zur Spritzmengenverstellung drehbarer Kolben mit einem Drehschieber drehfest verbunden ist. Entsprechend der zur Verstellung der Spritzmenge vorgenommenen Drehung des Pumpenkolbens ergibt sich bei einer derartigen Konstruktion eine Drehung des Drehschiebers, über den damit in Verbindung mit der Spritzmengenverstellung durch Drehung des Kolbens gleichzeitig die Zuführung zum entsprechenden Anschluss sicherzustellen ist. Der Pumpenkolben ist dabei zweckmässigerweise gegenüber dem Drehschieber axial verschiebbar, so dass dieser die Axialbewegungen des Kolbens nicht mitzumachen braucht, was zu einem entsprechend einfachen Aufbau führt. Such a double injection valve can be assigned to separate pumps with regard to its separate connections. In particular, it proves to be expedient within the scope of the invention if an injection piston pump with a small quantity and a large quantity connection is provided, the piston of which is provided with control edges and rotatable for adjusting the quantity of injection is rotatably connected to a rotary valve. Corresponding to the rotation of the pump piston made to adjust the spray quantity, such a construction results in a rotation of the rotary slide valve, via which, in conjunction with the spray quantity adjustment, rotation of the piston must simultaneously ensure the supply to the corresponding connection. The pump piston is expediently axially displaceable relative to the rotary slide valve, so that the latter does not have to take part in the axial movements of the piston, which leads to a correspondingly simple construction.

Der Drehschieber ist im Rahmen der erfindungsgemässen Lösung zweckmässigerweise mit Steuerfenstern versehen, die in Umfangrichtung ein Mehrfaches des Querschnitts des gehäuseseitigen Anschlusskanales ausmachen. Within the scope of the solution according to the invention, the rotary slide valve is expediently provided with control windows which in the circumferential direction make up a multiple of the cross section of the housing-side connection channel.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und einer erfindungsgemässen Einspritzvorrichtung, 1 is a schematic representation of a self-igniting internal combustion engine with direct injection and an injection device according to the invention,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Oberteil einer Einspritzpumpe gemäss der Erfindung mit vom Kolben gesteuerten Drehschieber, 2 shows a section through the upper part of an injection pump according to the invention with the rotary valve controlled by the piston,

Fig. 2a eine Abwicklung des Drehschiebers zur Kenntlichmachung des Steuervorganges, 2a is a development of the rotary valve to identify the control process,

Fig. 3 einen Schnitt durch das erfindungsgemässe Einspritz-Doppelventil bei geschlossenen Ventilen und Fig. 3 shows a section through the injection double valve according to the invention with closed valves and

Fig. 3a in einem Ausschnitt einen Querschnitt durch die Spitze beider Ventile. Fig. 3a in a section a cross section through the tip of both valves.

In Figur 1 ist mit A die selbstzündende Brennkraftmaschine bezeichnet, die als Hubkolbenmaschine einen Kolben B aufweist und in deren Zylinderkopf C das direkt in den Brennraum einspritzende Ventil 31 angeordnet ist. Dem Ventil 31, das als Einspritz-Doppelventil ausgebildet ist, sind gesonderte Anschlüsse für die Kleinmengen- und die Grossmengeneinspritzung zugeordnet, die über entsprechende Einspritzleitungen 1 und 2 mit entsprechenden Ausgängen der Einspritzpumpe D verbunden sind, welche in ihrer Ausbildung als Kolbenpumpe in üblicher Weise über eine von der Kurbelwelle E angetriebene Nockenwelle F angetrieben ist. In FIG. 1, A denotes the self-igniting internal combustion engine, which has a piston B as a reciprocating piston engine and in the cylinder head C of which the valve 31 which injects directly into the combustion chamber is arranged. The valve 31, which is designed as an injection double valve, is assigned separate connections for the small quantity and large quantity injection, which are connected via corresponding injection lines 1 and 2 to corresponding outputs of the injection pump D, which in their design as a piston pump in the usual way a camshaft F driven by the crankshaft E is driven.

Die insgesamt mit D bezeichnete Pumpe ist in Figur 2 des näheren dargestellt, und es ist hier mit 3 die innerhalb des Pumpengehäuses 4 angeordnete Kolbenführung bezeichnet. The pump, designated overall by D, is shown in more detail in FIG. 2, and here 3 denotes the piston guide arranged inside the pump housing 4.

2 2nd

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

Die Kolbenführung 3 stützt sich mit ihrem Rand 8 dichtend auf dem Pumpengehäuse 4 ab und trägt ein Drehschiebergehäuse 7, das über einen Flansch 6 zusammen mit der Kolbenführung 3 axial über Schrauben 5 gegen das Pumpengehäuse 4 verspannt ist. The piston guide 3 is supported with its edge 8 sealingly on the pump housing 4 and carries a rotary valve housing 7, which is clamped axially via screws 5 against the pump housing 4 together with the piston guide 3 by means of screws 5.

In der Kolbenführung 3 ist mit kleinstem Spiel ein Kolben 9 eingeläppt, auf den zwei Steuerkanten 10 eingeschliffen sind, die in bekannter Weise, wie bei Einspritzkolben üblich, mit Steuerbohrungen 11 zusammenarbeiten. A piston 9 is lapped into the piston guide 3 with minimal play, on which two control edges 10 are ground, which cooperate with control bores 11 in a known manner, as is customary with injection pistons.

Der Kolben 9 ist kopfseitig mit einem Zapfen 12 versehen, welcher in einen Schlitz 13 des Drehschiebers 14 eingreift, der axial fixiert drehbar innerhalb des Drehschiebergehäuses 7 angeordnet ist. Der Schlitz 13 und der Zapfen 12 sind so ausgebildet, dass sich der Zapfen zwar bei der Hubbewegung des Kolbens im Schlitz auf- und abbewegen kann, bei der Verdrehung des Kolbens aber den Drehschieber spielfrei mitnimmt. Über die hier nicht dargestellte Regelstange lastabhängig zur Mengeneinstellung erfolgende Verdrehungen des Kolbens macht der Drehschieber also spielfrei mit. The piston 9 is provided on the head side with a pin 12 which engages in a slot 13 of the rotary valve 14, which is arranged in an axially fixed manner and rotatable within the rotary valve housing 7. The slot 13 and the pin 12 are designed such that the pin can move up and down in the slot during the stroke movement of the piston, but takes the rotary slide with it without play when the piston is rotated. Via the control rod, which is not shown here, the rotary slide valve can therefore be turned without play depending on the load for adjusting the quantity.

Der Drehschieber 14, der seinerseits spielfrei in dem Drehschiebergehäuse eingeläppt ist, ist mit zwei radialen Bohrungen 15 und 16 versehen, die auf, wie insbesondere die Abwicklung gemäss Figur 2a zeigt, sich in Umfangsrichtung des Drehschiebers erstreckende Steuerfenster 15a und 16a ausmünden. Im Drehschiebergehäuse 7 sind den Bohrungen 15 und 16 Kanäle 17 und 18 zugeordnet, die auf Druckventile 20 bzw. 21 ausmünden. Je nach Verdrehwinkel des Kolbens 9 besteht bei der gegebenen Anordnung eine Verbindung zwischen dem Pumpenraum 19 und einem der Druckventile 20 oder 21, die einmal über die Bohrung 16, das Steuerfenster 16a und den Kanal 18 und zum anderen über die Bohrung 15, das Steuerfenster 15a und den Kanal 17 hergestellt wird. The rotary slide valve 14, which in turn is lapped into the rotary slide valve housing without play, is provided with two radial bores 15 and 16, which, as the development according to FIG. 2a shows in particular, open out into control windows 15a and 16a extending in the circumferential direction of the rotary slide valve. In the rotary valve housing 7, the bores 15 and 16 are assigned channels 17 and 18, which open out on pressure valves 20 and 21, respectively. Depending on the angle of rotation of the piston 9, in the given arrangement there is a connection between the pump chamber 19 and one of the pressure valves 20 or 21, via the bore 16, the control window 16a and the channel 18 and via the bore 15, the control window 15a and the channel 17 is established.

Durch entsprechende geometrische Ausbildung des Steuerfensters 15a bzw. 16a und durch die entsprechend der Winkelstellung des Drehschiebers 14 sich ergebende Lage der Bohrung 15 und 16 lässt sich die Mengenverteilung zu den beiden Einspritzleitungen 1 und 2 steuern. So ist es beispielsweise möglich, bei kleiner Fördermenge diese über die Bohrung 16 und den Kanal 18 zu fördern, während bei weiter ansteigender Menge die Bohrung 15 und der Kanal 17 zum Einsatz gebracht werden. Bei noch weiter ansteigender Menge kann die Bohrung 16 mit dem Kanal 18 abgesteuert werden, so dass nunmehr die gesamte Menge über die Bohrung 15 und den Kanal 17 gefördert wird. The quantity distribution to the two injection lines 1 and 2 can be controlled by a corresponding geometric design of the control window 15a or 16a and by the position of the bore 15 and 16 which results from the angular position of the rotary valve 14. It is thus possible, for example, to convey these via the bore 16 and the channel 18 when the delivery rate is small, while the bore 15 and the channel 17 are used when the volume continues to increase. If the quantity increases still further, the bore 16 can be controlled with the channel 18, so that the entire quantity is now conveyed through the bore 15 and the channel 17.

Bei den gezeigten Druckventilen 20 bzw. 21 handelt es sich um konventionelle Konstruktionen, so dass sich eine weitere Erläuterung erübrigt. Der Kraftstoff hebt hier den Ventilkegel 22 bzw. 23 gegen die Kraft einer Feder 24 bzw. 25 an, so dass der Weg bei Überschreiten eines bestimmten Druckes zum jeweiligen Kanal 26 bzw. 27 freigegeben wird. Diese Kanäle 26 und 27 münden auf Stutzen 28 und 29 aus, an die die Einspritzleitungen 1 und 2, wie aus Figur 1 ersichtlich, anzuschrauben sind. The pressure valves 20 and 21 shown are conventional constructions, so that a further explanation is unnecessary. The fuel raises the valve cone 22 or 23 against the force of a spring 24 or 25, so that the path to the respective channel 26 or 27 is released when a certain pressure is exceeded. These channels 26 and 27 open out on connecting pieces 28 and 29, to which the injection lines 1 and 2, as can be seen from FIG. 1, are to be screwed.

623 891 623 891

In Figur 3 ist der obere Teil des Einspritzventiles nicht gezeigt. Der Anschluss an die Einspritzleitungen 1 und 2 erfolgt jedoch so, dass der Kraftstoff aus der Einspritzleitung 1 in den Kanal 30 und aus der Einspritzleitung 2 in den Kanal 44 des Einspritzventiles 31 einströmt. The upper part of the injection valve is not shown in FIG. However, the connection to the injection lines 1 and 2 is made such that the fuel flows from the injection line 1 into the channel 30 and from the injection line 2 into the channel 44 of the injection valve 31.

Von dem Kanal 30 gelangt der Kraftstoff über die Dichtfläche 32 in den Kanal 35 und in den Ringraum 36 des Düsenelementes 34, das mit der Spannhülse 33 dichtend gegen das Gehäuse verspannt ist. Aus dem Ringraum 36 kann der Kraftstoff durch die Bohrungen 37 der Ventilnadel 38 in den Ringraum 39 strömen. From the channel 30, the fuel passes through the sealing surface 32 into the channel 35 and into the annular space 36 of the nozzle element 34, which is tightly clamped against the housing with the clamping sleeve 33. The fuel can flow from the annular space 36 through the bores 37 of the valve needle 38 into the annular space 39.

In der Ventilnadel 38 ist eine zweite Ventilnadel 40 mit kleinstem Spiel eingeläppt. Der Kraftstoff vom Ringraum 39 kann nun, wie bei einem konventionellen Nadeleinspritzventil, aufgrund der Differenzfläche zwischen Nadelquerschnitt und Querschnitt des Ventilsitzes 41 die Ventilnadel 40 gegen die Kraft der Feder 42 anheben, wodurch sich, über den Sitz 41, ein freier Durchfluss zu den Einspritzlöchern 43 in der Ventilnadel 38 ergibt. A second valve needle 40 is lapped into the valve needle 38 with the smallest clearance. The fuel from the annular space 39 can now, as in the case of a conventional needle injection valve, raise the valve needle 40 against the force of the spring 42 due to the difference in area between the needle cross section and the cross section of the valve seat 41, as a result of which, via the seat 41, a free flow to the injection holes 43 results in the valve needle 38.

Bei weiter ansteigender Einspritzmenge wird, wie eingangs dargelegt, über die Einspritzleitung 2 der Kraftstoff dem Kanal 44 zugeführt. Er gelangt von hier in den Ringraum 45 und kann hier ebenfalls eine Differenzfläche beaufschlagen, die nun von der Ventilnadel 38 und dem Querschnitt des Ventilsitzes 46 gebildet wird. Die Düsennadel 38 ist ihrerseits spielfrei in dem Düsenelement 34 eingeläppt und wird von der Feder 47 über den Federteller 48 auf den Sitz 46 gedrückt. If the injection quantity continues to increase, the fuel is supplied to the channel 44 via the injection line 2, as stated at the beginning. It reaches the annular space 45 from here and can likewise act on a differential area which is now formed by the valve needle 38 and the cross section of the valve seat 46. The nozzle needle 38 is in turn lapped in the nozzle element 34 without play and is pressed onto the seat 46 by the spring 47 via the spring plate 48.

Der Kraftstoff im Ringraum 45 kann also auch hier, wie bei einem konventionellen Nadeleinspritzventil, die Ventilnadel 38 gegen Federkraft, und zwar die Kraft der Federn 42 und 47 anheben, so dass der Kraftstoff durch die Spritzlöcher 50 in den Brennraum gelangt. The fuel in the annular space 45 can also, as in the case of a conventional needle injection valve, raise the valve needle 38 against spring force, specifically the force of the springs 42 and 47, so that the fuel reaches the combustion chamber through the spray holes 50.

Die Spritzlöcher 43 und 50 sind, wie aus Figur 3a ersichtlich, bei auf ihrem Sitz 46 aufsitzender Ventilnadel 38 fluchtend zueinander ausgerichtet, so dass bei Anheben der in der Ventilnadel 38 angeordneten kleineren Ventilnadel 40 der Kraftstoff aus den Einspritzlöchern 43 kleineren Querschnittes über die Einspritzlöcher 50 grösseren Querschnittes frei in den Brennraum eingespritzt werden kann. Eine Verdrehung der Ventilnadel 38 gegenüber dem Düsenelement 34, durch die ein Versatz der Einspritzlöcher 43 und 50 gegeneinander auftreten könnte, ist dadurch ausgeschlossen, dass die Ventilnadel 38 gegenüber dem Düsenelement 34 durch einen Stift 49, der in einer axialen Ausnehmung des Düsenelementes 34 geführt ist, ausgerichtet wird. As can be seen from FIG. 3a, the spray holes 43 and 50 are aligned with each other with the valve needle 38 seated on their seat 46, so that when the smaller valve needle 40 arranged in the valve needle 38 is lifted, the fuel from the injection holes 43 of smaller cross-section via the injection holes 50 larger cross section can be injected freely into the combustion chamber. A rotation of the valve needle 38 with respect to the nozzle element 34, through which an offset of the injection holes 43 and 50 against one another could occur, is precluded in that the valve needle 38 with respect to the nozzle element 34 by a pin 49, which is guided in an axial recess of the nozzle element 34 , is aligned.

Durch den bei der erfindungsgemässen Lösung gegebenen Einbau eines «kleinen» Einspritzventils in der Ventilnadel eines «grossen» Einspritzventils ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau und zugleich ein Schutz für das kleinere und damit empfindlichere der beiden Einspritzventile. Insbesondere besteht bei der erfindungsgemässen Ausgestaltung nicht die Gefahr des Verkokens des einen oder anderen Ventiles, wenn dieses für längere Zeit ausser Betrieb steht. The installation of a “small” injection valve in the valve needle of a “large” injection valve in the solution according to the invention results in a very compact structure and at the same time protection for the smaller and thus more sensitive of the two injection valves. In particular, in the embodiment according to the invention there is no risk of coking of one or the other valve if it is out of operation for a long time.

3 3rd

5 5

X« X «

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

623 891 PATENT CLAIMS

1.Injection device for self-igniting internal combustion engines, in particular of medium or large design, with supercharging, in which the full-load injection quantity is a multiple of the injection quantity at low load, characterized by an injection double valve (31) with separate small quantity and large quantity connection, separate spray holes ( 43, 50) for the small quantity and large quantity injection and arrangement of the spray holes (43, 50) such that the spray holes (43) of the small quantity injection valve, which are smaller in cross section, inject through the spray holes (50) of the large quantity injection valve in front of them.

2. Injection device according to claim 1, characterized in that the large quantity injection valve is designed as a needle valve, the valve needle (38) of which is designed as the small quantity injection valve.

3. Injection device according to claim 2, characterized in that when the large-volume injection valve is in alignment with its injection holes (50), the injection holes (43) of the small-volume injection valve provided in its valve needle (38).

4. Injection device according to one of the preceding claims, characterized in that an injection piston pump is provided with a small quantity and a large quantity connection, the piston (9) provided with control edges (10), rotatable for the injection quantity adjustment, with a rotary valve for supplying the fuel to Small quantity and / or large quantity connection is rotatably connected.

5. Injection device according to claim 4, characterized in that the pump piston (9) with respect to the rotary valve (14) is axially displaceable.

6. Injection device according to claim 4 or 5, characterized in that the rotary slide valve (14) is provided with control windows (15a, 16a) which in the circumferential direction make up a multiple of the cross section of the housing-side connection channel (17, 18).