DE1601984A1

DE1601984A1 - OEleinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE1601984A1
Application number: DE19681601984
Authority: DE
Inventors: Wolff George D
Original assignee: Continental Aviation and Engineering Corp
Current assignee: Continental Aviation and Engineering Corp
Priority date: 1967-03-23
Filing date: 1968-03-09
Publication date: 1971-03-18

Description

Continental Aviation and 1601984

Engineering Corporation
22565 Statler Boulevard
St. Clair Shores^ Michigan

öleinspritzvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine öleinspritzvorrichtung und insbesondere eine Vorrichtung zum Steuern der Primäüdruckwellen, die in der Druckkammer einer Pumpe erzeugt werden, um auf eine öleinspritzdüse zu wirken und der Sekundär druckwellen, die durch Reflexionen der Primärdruckwelle an der Einspritzdüse und dann an dem Zuführventil entstehen.

Moderne Brennkraftmaschinen benutzen eine Art der Einspritzung eines Ölssuführsystems zur Erzeugung abgemessener ölbeträge für die Brennkammern der Maschine, die normalerweise mit einer Hochdruckölpumpe, gewöhnlich mit einem sich hin und her bewegenden Kolben, ausgestattet sind, wobei eine Zuführleitung den Auslaß der ölpumpe mit einem Sprühdüsenventil verbindet, das der Brennkammer zugeordnet ist. Ein normalerweise geschlossenes, auf Druck ansprechendes Zuführventil ist zwischen der Druckkammer und der Zuführleitung angeordnet und steuert die Fließverbindung zwischen der ölpumpe und der Einspritzdüse.

Eine ölmenge wird in die Brennkammer durch einen Einspritzer einge-

109812/0277

spritzt, der auf eine Primärdruckwelle anspricht, die durch öffnen des Zuführventils erzeugt wird, das auf einen Druckanstieg in der Pumpendruckkammer anspricht. Dieser Druckanstieg wird durch die Bewegung des Pumpenkolbens im Zuführhub erzeugt.

Ein ernster Mangel bei der Anordnung eines herkömmlichen öleinspritzsystems besteht selbst in der Form der sekundären Einspritzungen von in die Brennkammer entladenem öl durch das Einspritzdüsenventil. Eine sekundäre Einspritzung wird durch eine sekundäre Druckwelle erzeugt, die von der Reflexion der Primärdruckwelle an der Düse zurück zu dem Zuführventil und einer zweiten Reflexion von dem Zuführventil zur Einspritzdüse herrührt.

Allgemein ging man bisher zur Verhinderung von Sekundäreinspritzungen den Weg, die Amplitude der Sekundärdruckwelle so zu verringern, daß sie nicht mehr die Einspritzdüse betätigen konnte. Die Mittel zur Erreichung dieser Verringerung der Amplitude der Sekundärdruckwelle bestanden herkömmlich in der Form eines Einziehvolumens. In der einfachsten Form ist das Einziehvolumen eine Ausdehnung des Volumens der Zuführleitung, um eine Lücke zu erzeugen, so daß der Druck der reflektierten Welle verringert wird.

Die hauptsächlichen Mittel beim Stand der Technik, das Volumen der Zuführleitung zu vergrößern, bestanden in einem verlängerten Hub des

109812/0277

Zuführventils nach der Verbindung zwischen der Pumpendruckkammer und der abgeschlossenen Zuführleitung.

Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin., daß für ein gegebenes Einspritzsystem das Retraktionsvolumen im wesentlichen konstant ist. Idealerweise sollte aber dieses Einziehvolumen mit der Geschwindigkeit und Belastung sich verändern. Somit wurde der Kompromiß geschlossen, daß eine irreguläre Einspritzung oder Periode aufgrund eines übergroßen Einziehvolumens bei geringeren Geschwindigkeiten und Belastungen nicht in Erscheinung tritt, während dafür Sorge getragen wurde, daß sekundäre Einspritzungen aufgrund eines ungenügenden Einziehvolumens nicht bei hohen Geschwindigkeiten und Lasten auftritt. Dieser Kompromiß wurde zu einer immer schwierigeren Aufgabe mit der Ausdehnung der Geschwindigkeits- und Belastungs» bereiche bei modernen Brennkraftmaschinen. Weiterhin begrenzt diese Vorgehensweise verschiedentlich die Wahl der Parameter des Einspritzsystems, die eine optimale Leistungsfähigkeit der Maschine bedingen.

Ein anderes bekanntes Vorgehen, die Amplutude der Sekundär druckwelle zu verringern, hat die Form eines normalerweise geschlossenen, auf Druck ansprechbaren, Rückschlagventils, getrennt von dem Zuführventil, aber ebenfalls an der offenen Verbindung zwischen der Zuführ-

10 9812/Π277

leitung und der Pumpendruckkammer angeordnet. Das herkömmliche Rückschlagventil spricht auf eine Reflexion der Primärdruckwelle an, die von der Einspritzdüse zurückkehrt wobei sie sich gegen die Offenstellung bewegt, so daß die reflektierte Druckwelle sich in die Pumpendruckkammer bewegen kann, wo ihre Energie absorbiert wird.

Diese Ruckschlagventilanordnung_e obgleich sie wirksam ist, hat Nachteile darin, daß sie ein zweites Ventil und ein unerwünschtes "Tot¹¹-Volumen erforderlich macht. Dieses Tot-Volumen ist allgemein ein Teil der (^übertragungsleitung, die nicht notwendig ist für die Übertragung der Primärdruckwelle und sie ist nachteilig, indem die kinetische Energie der Primärdruckwelle verringert wird.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile des Rückschlagventilsystems_a indem das Zuführventil als Rückschlagventil ausgebildet

Allgemein besteht die Erfindung aus einem unter Federvorspannung stehenden Zufüfarventil zur Steuerung des ölüberganges von der Druckkammer einer ölpumpe durch eine Zuführleitung zu einer öleinspritzdüse, Das Zuführventil führt eine Bewegung zwischen einer offenen und einer geschlossenen Lage aus, um entweder die Verbindung zwischen der Pumpendruckkammer und der Zuführleitung zu öffnen oder abzu-

109812/Π277

ORIGINAL INSPECTED

schließen. Das Zuführventil besitzt ein Paar getrennter druckempfindlicher Flächen, wobei jede von diesen auf einen Fluidumsdruck von ausreichender Amplitude anspricht, um das Ventil zu der Offen·» stellung zu bewegen. Die erste druckempfindliche Fläche ist dem Öl in der Druckkammer ausgesetzt, wenn das Ventil geschlossen ist und spricht auf einen Druckanstieg an, der in der Druckkammer erzeugt wird, um das Ventil in die Offenlage zu bewegen, so daß eine Primärdruckwelle sich von der Druckkammer zu der Einspritzdüse bewegen kann. Die zweite druckempfindliche Fläche ist dem öl in der Zuführleitung ausgesetzt und spricht auf einen von der Einspritzdüse reflektierten Druck an, um das Zuführventil zu öffnen, so daß die reflektierte Druckwelle in der Pumpendruckkammer absorbiert werden kann.

Vorzugsweise ist das erfindungs gemäße Zuführ ventil zwischen der Druckkammer der ölpumpe und der Zuführleitung angeordnet und wird von einer Federvorspannung in eine normalerweise geschlossene Lage gedrängt, wobei die Flüssigkeitsverbindung zwischen der Pumpendruckkammer und der Zuführleitung abgeschlossen ist.

Es ist daraus zu ersehen, daß das erfindungs gemäße Zuführventil eine zweite Funktion ausübt, indem es die Amplitude der Druckwellen reduziert, die von der Einspritzdüse reflektiert werden, so daß irgendwelche Sekundärdruckwellen eine nicht ausreichende Amplitude besitzen,

109812/0 2 77

um das Einspritzdüsenventil wieder zu öffnen. Diese bevorzugte Ausführungsform hat den zusätzlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, daß die Kammer für das auf das Zuführventil wirkende unter Pedervorspannung stehende Teil entfernt von der Zuführleitung angeordnet ist, wobei ein zusätzliches "Tot"-Volumen vermieden ist, das bei den herkömmlichen Zuführ ventilen vorhanden ist, wo die Federvorspannungsteile in der (^übertragungsleitung angeordnet sind.

Die Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt also eine Einrichtung zum Steuern des ölflusses zwischen der Druckkammer der Pumpe durch einen Zuführungsdurchgang zu einer Einspritzdüse mit einem Ventilsitz in dem Zuführungsdurchgang, ein Zuführventilglied, das für eine Bewegung zwischen einer Berührungslage mit dem Ventilsitz und einer Offenlage gelagert ist, wobei das Ventilglied die Verbindung zwischen der Druckkammer und der Einspritzdüse abschließt, wenn es sich in der Berührungslage befindet, Vorspannungsglieder, um das Ventilglied in die Eingriffslage zu bringen, ein erstes Gliöd, das auf den Druck in der Druckkammer anspricht und betätigbar ist, um das Zuführventilglied in die Außereingriffslage zu bewegen und ein zweites Glied, das auf den Druck in dem Zuführdurchgang anspricht und betätijtoar ist, um das Zuführventilglied gegen die Nichtberührungs« lage zu bewegen.

109812/0277

601984

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Er£indung_s 8ekundäreinspritzun«=> gen in einem öleinspritzsystem zu vermeiden durch die Verfügbar ma» chung eines Zuführventils_e das die Verbindung zwischen der Ölpumpe»«» druckkammer und der Zuführleitung ansprechend auf den Druck öffnet« der in der Pumpendruckkammer oder durch die von der Einspritzdüse reflektierten Druckwelle entsteht

Ein anderes Ziel besteht in der Verfügbarmachung eines verbesserten normalerweise geschlossenen Zuführventils für ein öleinspritzsystem_e angeordnet für eine Bewegung zwischen einer offenen und einer ge« schlossenen Lage, um entweder eine Verbindung zwischen der Druck« kammer der ölpumpe und der Zuführleitung herzustellen oder abzuschließen., wobei das Ventil eine erste druckempfindliche Fläche auf= w©ist₉ die dem Druck in der Pumpenkammer ausgesetzt ist und eine zweite druckempfindliche Fläche besitzt^ die der Druckwelle ausgesetzt ist_s die γόη der Einspritzdüse reflektiert wird_s wobei beide druckemp= findliehe Flächen das Zuführventil in eine Stellung bringen_s in der die Verbindung zwischen der Pumpendruckkammer und der Zuführleitung offen ist_o

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin,, eine Öleinspritzvorrich-= tang zu verbessern^, die Mittel aufweist, die ein V/andern der Druckwelle₀ die in der ölpumpe erzeugt wurde., zur Einspritzdüse zu erlauben und

1098 12/Π277

eine Einrichtung zum Entspannen der Druckwellen größerer Amplitude besitzt, die von der Einspritzdüse reflektiert werden, indem ein einziges Ventilglied angeordnet ist, das die Verbindung zwischen der Pumpendruckkammer ansprechend auf den durch den Zuführhub des Pumpenkolbens erzeugten Druck öffnet, um eine Übertragung der Primärdruckwelle zu der Einspritzdüse zu erlauben, wodurch eine ölmenge in die Verbrennungskammer entladen wird, und daß auch die Verbindung zwischen der Pumpendruckkammer und der Zuführleitung ansprechend auf eine Druckwelle öffnet, die von der Einspritzdüse reflektiert wird und eine Amplitude besitzt, um eine Sekundärdruckwelle zu erzeugen, die genügend groß ist, um die Düse wieder zu öffnen.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten beziehen, zeigen}

Pig. 1 ein öleinspritzsystem mit dem erfindungsgemäßen Pumpen· zuführventil im Lämgs schnitt, wobei andere Teile des Systems schematisch dargestellt sind und

Fig. 2 eine Teilquerschnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig.

In den Zeichnungen ist ein öleinspritzsystem veranschaulicht, das eine ölzuführkammer umfaßt, die mit einer ölpumpe 12, kombiniert mit

109812/0277

einem Zuführventil 14 verbunden ist, dessen Auslaß mit einer Einspritzdüse 16 in Verbindung steht. Das Zuführventil 14 führt öl zu der Einspritzdüse 16 durch eine ölzuführleitung 18.

Die ölpumpe 12 ist von herkömmlicher Bauart und umfaßt ein ölpumpengehäuse 20, das eine zylindrische Druckkammer 22 bildet. Ein Kolbenglied 24 ist in der Kammer 22 für eine axiale Bewegung gelagert und wird durch eine nichtdargestellte Einrichtung, wie einen Drehnocken, Federeinrichtungen oder ähnliches hin und her bewegt. Die Bewegung des Kolbens 24 nach links erzeugt eine Saugwirkung in der Druckkammer 22, wodurch in diese öl von der Zuführkammer IO durch eine Zuführleitung 26 fließt. Der Kolben 24 wird dann in einem Druckhub nach rechts bewegt_e um die Verbindung mit dem Zuführ durchgang 26 abzuschließen und das in dem geschlossenen Ende der Druckkammer 22 befindliche öl zu komprimieren.

Eine Ventilführung 28 bildet das Ende der Druckkammer 22 und ist mit einer axialen Auslaßöffnung 30 versehen. Die Auslaßöffnung 30 endigt mit einem kegelstumpfartigen Ventilsitz 32.

Eine ringförmige Kammer in der Form einer Höhlung 34 ist axial mit dem Ventilsitz 32 verbunden. Eine Längsbohrung 36 bildet eine axiale Verlängerung der Höhlung 34. In der Bohrung 36 ist ein axial verschieb-

109812/0277

id

bares Ventilglied 38 angeordnet und besitzt einen Endabschnitt 40, der eine komplementäre Gestalt zu dem Ventilsitz 32 aufweist. Wenn somit das Ventilglied 38 axial zu dem Ventilsitz oder von diesem weg bewegt wird, schließt bzw. öffnet er die Verbindung zwischen der Druckkammer 22 und dem Hohlraum 34.

Das Ventilglied 38 ist an dem Endabschnitt 40 mit einer ringförmigen Schulter 42 versehen, die als Druckfläche wirkt in der vom Ventilsitz 32 weg verlaufenden Richtung.

Ein längliches Federgehäuse 44 bildet eine axiale Verlängerung der Ventilführung 28 und bildet eine längliche Federkammer 46. Die Federkammer 46 besitzt ein offenes Ende, das mit der Bohrung 36 fluchtet und ein geschlossenes Ende 48 axial im Abstand von dem Ventilglied

Ein längliches Anschlagteil 50 besitzt einen vergrößerten Teil 52 und ist axial verschiebbar in der Feder kammer 46 angeordnet. Das vergrößerte Teil 52 ist in einem vorbestimmten Abstand von dem geschlossenen Ende 48 der Kammer 46 durch eine ringförmige Scheibe 54 von ausgewählter Dicke angeordnet. Eine Scheibe mit einer größeren Dicke bewirkt einen entsprechend kürzeren Ventilhub und eine dünnere Scheibe einen längeren Hub.

Eine schraubenförmige konische Feder 60 ist in der Federkammer 46

109812/0277

angeordnet, wobei das eine Ende gegen das Ventilglied 38 wirkt und ihr gegenüberliegendes Ende gegen das vergrößerte Teil 52 des Anschlagteils 50. Die Feder 60 drängt normalerweise das Ventilglied 38 in Berührung mit dem Sitz 32. Wie allgemein bekannt ist, wirken Federn dieser Art mit einer Kraft, die abhängig von ihrer installierten Länge ist* Somit kann durch Verkürzung des Abstands zwischen dem Ventilglied 38 und dem vergrößerten Teil 52 die Feder vorgespannt werden, um eine gewünschte Kraft zu erhalten, die auf das Ventil 38 wirkt. Diese ausgewählte Vorspannung wird durch Einsetzen einer Scheibe 62 zwischen das Ende der Feder 60 und dem vergrößerten Teil 52 erreicht. Somit kann der Öldruck, der das Ventil 38 von seinem Sitz abhebt, durch die Feder 60 und die Scheibe 62 gesteuert werden.

Eine Vielzahl nach außen verlaufender Durchgänge erstreckt sich von dem Hohlraum 34 und endigt in einer ringförmigen Kammer' 66, die durch die zusammenwirkenden Flächen der Ventilführung 28 und dem Federgehäuse 44 gebildet wird. Ein Längsdurchgang 68 stellt eine Verbindung zwischen der ringförmigen Kammer 66 und der ölzufuhr leitung 18 her.

Das Federgehäuse 44 und das Pumpengehäuse 20 besitzen außerdem Abflußdurchgänge 70 bzw. 71, die die Federkammer 46 und die Zuführkammer 10 verbinden.

109812/0277

Zum Zwecke der Beschreibung ist die Einspritzdüse 16 von allgemein bekannter geschlossener Bauart, wobei der Fluß von der Pumpe 12 zu den Düsenöffnungen durch ein Feder vorgespanntes Ventil gesteuert wird, das durch eine öldruckwelle in die geöffnete Lage gebracht ist.

Betriebsweise

Die Bewegung des Pumpenkolbens 24 während eines Pumpenhubs nach rechts vergrößert den Druck des Öls in der Kammer 22. Das komprimierte öl wirkt auf das Ende des Ventilglieds 38 und entwickelt eine Kraft entgegen der Feder 60. Ist der Druck so weit angestiegen, daß er die Vorspannung der Feder 60 überwinden kann, wird das Ventil 38 angehoben, eine Druckwelle gelangt durch die Ausflußöffnung 30 in den Hohlraum 34 und über die Durchgänge 64 in die ringförmige Kammer und schließlich über den Durchgang 68 und die Leitung 18 zu der Einspritzdüse 16.

Eine zurückkehrende Druckwelle, die durch eine Reflexion an der Einspritzdüse 16 erzeugt wird, gelangt zu dem Hohlraum 34 und erzeugt eine Kraft an der Schulter 42 entgegen der Feder 60. Ist das Ventil 38 geschlossen und die reflektierte Druckwelle ist von genügender Stärke, so wird das Ventil 38 außer Berührung mit dem Sitz 32 gebracht, uni die Verbindung zwischen dem Hohlraum 34 und der Druckkammer 22 der Pumpe zu öffnen. Das erlaubt einer Menge des Öls aus der Zuführ-

109812/0277

leitung in die Druckkammer 22 abzuströmen, so daß die Amplitude der reflektierten Druckwelle verringert wird. Die Feder 60 drückt dann das Ventil 38 in den Sitz 32 zurück, so daß die Fließverbindung zwischen der Druckkammer 22 und dem Hohlraum 34 abgeschnitten wird bis zum nächsten Einspritzhub.

Der Betrieb des Ventils 38 erzeugt einen geringen Betrag an Leckage zwischen dem Ventil 38 und seiner Bohrung 35 von dem Hohlraum in die Feder kammer 44. Die Abflußdurchgänge 70 und 71 stellen einen Abfluß dieser Leckage von der Federkammer 46 zu der Zuführkammer 10 sicher, so daß die Federkammer normalerweise den gleichen Druck wie die Zuführkammer 10 aufweist.

1 0 9 H 1 2 / π ? 7 7

Claims

Patentansprüche

(1.) öleinspritzvorrichtung, die zwischen der Druckkammer einer ölpumpe und der Zuführleitung zu einer öleinspritzdüse angeordnet ist und ein Zuführventil aufweist, das auf einen in der Pumpendruckkammer erzeugten Druckanstieg anspricht und die Verbindung zwischen der ölpumpe und der Einspritzdüse öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführventil unter Vorspannung in seiner Schließstellung gehalten wird, und daß eine Einri chtung auf den Druck in der Zuführleitung anspricht und das Zuführventil ebenfalls öffnet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied eine Fläche aufweist, die in der Schließstellung dem Druck in der Druckkammer ausgesetzt ist und so angeordnet ist, daß der Druck eine Kraft in Gegenrichtung zur Vorspannung des Zuführventils ausübt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführventil eine Fläche aufweist, die in der Schließstellung dem Druck in der Zuführleitung ausgesetzt ist und so angeordnet ist, daß eine von der Einspritzdüse reflektierte Druckwelle eine Kraft entgegen der Vorspannung des Zuführventils ausübt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der

1 0 9 8 1 2 / η Ί 7 7

Ventilsitz so angeordnet ist, daß bei genügend großer Amplitude die reflektierte Druckwelle das Zuführventil öffnet und in die Druckkammer der Pumpe gelangt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausübung der Vorspannung eine einstellbare Feder vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Führung des Ventilgliedes eine Längsbohrung vorgesehen ist, in der das Ventilglied axial verschiebbar ist, daß die Bohrung an dem Ventilsitz eine Radialkammer aufweist, daß zwischen der Radialkammer und der Einspritzdüse Zuführdurchgänge vorgesehen sind und daß der mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Ventilteil einen geringeren Durchmesser hat als das übrige Ventilglied, so daß eine dem Druck in der Radialkammer ausgesetzte Fläche gebildet ist,
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das dem verjüngten Ventilgliedende gegenüberliegende Ende mit Anschlägen versehen ist, um die Bewegung des Ventilgliedes zu begrenzen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Druckkammer gegenüberliegenden Seite des Ventilgliedes eine Federkammer vorgesehen ist, in der eine Schrauben-

109812/0277

1984*"

feder angeordnet ist und ein Stellglied zwischen dem Ende der Feder und der Kammer, um die effektiv wirksame Länge der Feder einzustellen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anschläge verstellbar sind, um den Hub des Zufuhr ventile s zu verändern.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkammer über Abflußkanäle mit einer Zufuhrkammer in Verbindung steht.

9812/0277