DE2043914B2

DE2043914B2 - Brennstoffeinspritzduese fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2043914B2
Application number: DE19702043914
Authority: DE
Inventors: Yves Lille Tacquet Maurice Marcq en Baroeul Guegan, (Frankreich)
Original assignee: Crepelle & Cie, Lille (Frankreich)
Priority date: 1969-09-15
Filing date: 1970-09-04
Publication date: 1977-09-08
Also published as: DE2043914C3; GB1325698A; NO130162B; DE2043914A1; US3688986A; FR2058548A5; NL7013648A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzdüse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 32 82 512 ist eine Brennstoffeinspritzdüse bekannt, bei welcher die Schließkraft für die Düsennadel statt durch eine metallische Schließfeder durch eine Flüssigkeitsfeder erzeugt wird. Letztere besteht dabei aus einem am Ende der Düsennadel anliegenden zylindrischen Körper mit einem Hohlraum, der mit dem Innern eines sich innerhalb der Düse abstützenden Faltenbalgs in Verbindung steht. Der Hohlraum und das Innere des Faltenbalgs sind mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit gefüllt und nach außen hin hermetisch abgeschlossen, um Leckagen zu vermeiden. Eine Verbindung mit einer Füllleitung besteht nicht. Nachteilig ist hier außerdem noch die beim Hub der Düsennadel in Form des zylindrischen

Körpers relativ große zu beschleunigende Masse.

Aus der OE-PS 1 05 944 ist ferner eine Brennstoffeinspritzdüse der eingangs erwähnten Art bekannt, in welcher die kompressible Flüssigkeit, die den den Schaft der Düsennadel bildenden Kolben beaufschlagt, die Funktion eines Sperrflüssigkeitspolsters hat, mit welchem das Problem der Abdichtung gelöst werden soll. Zugleich soll das elastische Flüssigkeitspolster als Ersatz für eine metallische Schließfeder dienen. Um die im Laufe des Betriebs unvermeidlichen Leckverluste der das Sperrflüssigkeitspolster bildenden Flüssigkeit zu ersetzen, muß bei dieser bekannten Brennstoffeinspritzdüse in entsprechenden Abständen Flüssigkeit über die in die Kammer mündende absperrbare Fülleitung nachgepumpt werden. Hierzu muß jedoch diese Fülleitung geöffnet und nach dem Füllvorgang wieder gesperrt werden. Im Hinblick darauf, daß nur ein sporadisches Nachfüllen der Kammer erfolgt kann bei der bekannten Düse nur ein sehr begrenzter Leckagenuß entlang dem Düsennadelschaft zugelassen werden, so daß es zu Schwierigkeiten bezüglich der Schmierung und Kühlung des Düsennadelschaftes kommen kann. Somit genügt, obwohl durch das Sperrflüssigkeitspolster eine übliche mechanische Schließfeder und ein mechanischer Anschlag für die Düsennadel mit seinen Nachteilen vermieden wird, diece bekannte Brennstoffeinspritzdüse nicht den Anforderungen, die an moderne Brennkraftmaschinen mit ihren hohen Drehzahlen von 1000 bis 5000 U/min gestellt werden.

Die Erfindungsaufgabe besteht demgemäß darin, eine Brennstoffeinspritzdüse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so zu verbessern, daß unabhängig von einer durch Leckage aus der Kammer abgehenden Flüssigkeitsmenge zur ausreichenden Schmierung und Kühlung des Düsennadelschaftes eine automatische Aufrechterhaltung des in der Kammer erforderlichen Flüssigkeitsdrucks erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Auf diese Weise ist, unter Verzicht auf eine gute Abdichtung des durch den Nadelschaft der Düsennadel gebildeten Kolbens, eine so große gewollte Leckströmung der Flüssigkeit längs des Umfangs der Düsennadel möglich, daß das Scharnier- und Kühlproblem auf denkbar einfache Weise und ohne jeden konstruktiven Aufwand gelöst wird. Die Ausbildung des Absperrgliedes in Form eines Rückschlagventils hat den Vorteil, daß dieses nir anspricht, wenn die Leckverluste eine entsprechend vorgebbare Druckminderung in der Kammer bewirkt haben, und daß auf diese Weise eine im Rhythmus der Brennstoffeinspritzung erfolgende fluktierende Bewegung der Flüssigkeitssäule und entsprechend des Rückschlagventils vermieden wird. Schließlich weist die Brennstoffeinspritzdüse nach der Erfindung alle sich aus dem Verzicht auf eine metallische Schließfeder für die Düsennadel ergebenden Vorteile auf, d. h., die mit einer schnellen Ermüdung der Feder sowie mit einer raschen Abnützung des Düsennadelsitzes und der Düsennadel selber zusammenhängenden Problerne werden vermieden. Alle diese Vorzüge machen die Brennstoffeinspritzdüse nach der Erfindung besonders für die Anwendung bei Motoren mit großer Leistung und hohen Drehzahlen geeignet.

Aus der GB-PS 9 17 425 ist zwar bereits eine Brennstoffeinspritzdüse mit einer Flüssigkeitsfeder bekannt, die aus einem Hohlraum innerhalb des Düsenhalters besteht, der mit einer unter Druck

stehenden, auf einen axial beweglichen Kolben wirkenden Flüssigkeit gefüllt und über ein Rückschlagventil an eine mit einer Förderpumpe in Verbindung stehende Fülleitung angeschlossen ist. Leckverluste entlang dem Kolben werden durch die Pumpe ausgeglichen. Diese s Einspritzdüse arbeitet nach einem anderen Prinzip als die Brennstoffeinspritzdüse gemäß der Erfindung, indem die Düsennadel nicht durch den von der Einspritzpumpe erzeugten BrennstoFfdruck angehoben wird und außerdem von einer gleichzeitig auch auf ein zur Einspritzleitung hin schließendes Ringventil wirkenden Schraubendruckfeder beaufschlagt wird. Der die Schraubendruckfeder und das Ringventil aufnehmende Raum dient als eine Akkumulatorkammer, in die der obenerwähnte axial bewegliche Kolben hineinwirkt. Die Flüssigkeitsfeder dient hier nicht der Beaufschlagung der Düsennadel in Schließrichtung sondern der Erzeugung eines variabel einstellbaren Einspritzdrucks und der Betätigung der Düsennadel in ihre Offenstellung während der Einspritzung. Demgegenüber besteht die Funktion der Flüssigkeitsfeder bei der Brennstoffeinspritzdüse nach der vorliegenden Erfindung darin, ständig auf die Düsennadel in Schließrichtung einzuwirken und durch den bewußt einkalkulierten Leckagefluß eine Schmierung und Kühlung der Düsennadel zu bewirken.

Ferner ist aus der US-PS 33 52 245 ein Brennstoffeinspritzsystem bekannt, in welchem die Düse durch Brennstoff gekühlt wird, welcher während der Einspritzpausen von einer besonderen Förderpumpe durch im Düsenkörper und in der Düsennadel vorgesehene Kanäle zur Einspritzpumpe gepumpt wird. Abgesehen davon, daß dieses bekannte Brennstoffeinspritzsystem mit einer konventionellen Schließfeder für die Düsennadel arbeitet und sich auch in seinem übrigen Aufbau von der Brennstoffeinspritzdüse nach der vorliegenden Erfindung wesentlich unterscheidet, erfolgt die Kühlung der Düsennadel auf sehr aufwendige Weise.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der Druck der der Kammer zugeführten Flüssigkeit durch einen während des Motorbetriebs verstellbaren Druckregler einstellbar ist, welcher in der die Längsbohrung mit der Förderpumpe verbindenden Leitung angeordnet ist, oder wenn bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine die Längsbohrungen aller Einspritzdüsen Vorzugsweise an eine gemeinsame Verbindungsleitung zur Förderpumpe angeschlossen sind.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Brennstoffeinspritzdüse in schematischer Seitenansicht, teilweise im Schnitt, und

F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt hiervon.

Danach sitzt die Brennstoffeinspritzdüse 1 auf dem oberen Teil eines den Kolben 3 enthaltenden Zylinders 2 eines Verbrennungsmotors und besteht aus einem Düsenhalter 4, an dessen unterem Ende der Düsenkörper 5 mit der darin axial verschiebbar gelagerten Düsennadel 6 eingesetzt ist. Diese Düsennadel 6 wird normalerweise mit ihrem unteren Ende gegen einen Düsennadelsitz 7 gedrückt, durch dessen öffnung 8 bei angehobener Düsennadel 6 Brennstoff in den Zylinder 2 gespritzt wird. Die Düsennadel 6 weist einen in einer Bohrung 11 des Düsenkörpers 5 geführten, als Kolben 6a ausgebildeten Nadelschaft auf, welcher einspritzseitig mit seiner Drückschuker 6d einen Druckraum 10 begrenzt und dessen diesem Druckraum abgewandter Bereich 6b zwecks besserer Handhabung während der Bearbeitung der Düsennadel 6 profiliert ist.

Der Düsenhalter 4 und der Düsenkörper 5 weisen eine über eine Einspritzleitung 12 an eine Einspritzpumpe 13 angeschlossenen Brennstoffzuführbohrung 9 auf, welche in den Druckraum iO mündet, der über den den einspritzseitigen Bereich der Düsennadel 6 umgebenden Ringraum mit der Einspritzöffnung 8 in Verbindung steht Die dem Druckraum 10 abgewandte Seite 6c des Düsennadelkolbens 6a begrenzt eine zur Aufnahme einer Flüssigkeit dienende Kammer 14, welche über ein als Rückschlagventil 15 ausgebildetes Absperrglied mit einer ^:τι Düsenhalter 4 vorgesehenen, als Fülleitung dienenden Längsbohrung 16 in Verbindung steht, die ihrerseits über einen Anschlußstutzen 18 und eine Leitung 19 an eine Förderpumpe 20 für die in einem Behälter 21 zur Verfügung stehende Flüssigkeit angeschlossen ist, wobei ein mit der Leitung 19 in Verbindung stehender, verstellbarer Druckregler 22 den Rückstrom der Flüssigkeit in den Behälter 21 und damit den Druck der der Kammer 14 zugeführten Flüssigkeit einzustellen erlaubt. Das an der Mündungsstelle der Längsbohrung 16 in die Kammer 14 angeordnete Rückschlagventil 15 wird durch eine in der Längsbohrung 16 angeordnete, am inneren Ende des Anschlußstutzens 18 befestigte Zugfeder 17 und außerdem durch den Druck in der Kammer 14 in Schließrichtung beaufschlagt und ist daher normalerweise geschlossen. Eine im Düsenkörper 4 vorgesehene verschließbare Entlüftungsöffnung 23 steht über einen Kanal 24 mit der Längsbohrung 16 in Verbindung.

Als Flüssigkeit, welche den die Schließkraft für die Düsennadel 6 bewirkenden Druck in der Kammer 14 erzeugt, wird, da diese Flüssigkeit als Leckströmung in den Zylinder 2 gelangt, eine mit dem Brennstoff verträgliche und vorzugsweise brennstoffartige Eigenschaften aufweisende kompressibie Flüssigkeit wie Dieselkraftstoff, öl, Benzin od. dgl. verwendet, wobei es sich insbesondere auch um denselben Brennstofftyp handeln kann, der von der Einspritzpumpe 13 geliefert wird.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Brennstoffeinspritzdüse ist die folgende:

Die Förderpumpe 20, die entweder durch die Brennkraftmaschine selber oder durch einen Hilfsmotor angetrieben wird, fördert Flüssigkeit über die Leitung 19, die Längsbohrung 16 und das Rückschlagventil 15 in die Kammer 14, bis in dieser ein durch die Einstellung des Druckreglers 22 bestimmter Druck herrscht, welcher die Schließkraft für die Düsennadel erzeugt und diese gegen den Düsennadelsitz 7 preßt Die Einspritzpumpe 13 fördert in bekannter Weise über die Brennstoffzuführbohrung 9 Brennstoff in den Druckraum 10. Dieser Brennstoff beaufschlagt die Druckschulter 6d des Düsennadelkolbens 6a und bewirkt während der Druckmaxima eine Anhebung der Düsennadel 6 von ihrem Düsennadelsitz 7, wodurch die Einspritzöffnung 8 freigegeben und der Brennstoff in den Zylinder 2 eingespritzt wird; der Öffnungshub der Düsennadel 6 ist durch die Zusammendrückbarkeit der Flüssigkeit in der Kammer 14 auf einen ziemlich kleinen Wert begrenzt, welcher im wesentlichen zum Einspritzdruck proportional ist. Sobald dieser Einspritzdruck wieder nachläßt, wird die Düsennadel 6 unter der Wirkung des Flüssigkeitsdrucks in der Kammer 14 wieder unter Schließung der öffnung 8 auf ihren Düsennadelsitz 7 gedruckt, wobei der beim Anschlagen herrschende Druck nur verhältnismäßig schwach ist, so daß eine Zerstörung des Düsennadelsitzes 7 weitgehend vermieden wird. Dieser vorteilhafte Effekt wird noch

dadurch begünstigt, daß die Masse der Düsennadel 6 nur sehr gering ist.

Der Druck der der Kammer 14 zugeführten Flüssigkeit ist nun stets so hoch eingestellt, daß zwischen den Einspritzperioden Druckflüssigkeit aus der Kammer 14 entlang dem Düsennadelkolben 6a in den Druckraum 10 überströmt und während der folgenden Einspritzperiode zusammen mit dem Brennstoff in den Zylinder 2 gelangt. Auf diese Weise wird eine ständige, automatische Schmierung und gleichzeitig eine Kühlung der Düsennadel erreicht.

Da in der Regel der Druck der Flüssigkeit in der Kammer 14 auf einem Wert gehalten wird, der über dem maximalen Verbrennungsdruck des Brennstoffs liegt, können keine Verbrennungsgase entlang der Düsenna- ,₅ del 6 zurückströmen. Gleichzeitig vermeidet ein hinreichend starker Druck in der Kammer 14 ein Zurückprallen oder ein ungewolltes Anheben der Düsennadel 6 infolge möglicher Druckschwankungen in der Brennstoffzuführbohrung 9.

Der Druckregler 22 gestattet eine Veränderung des Flüssigkeitsdrucks in der Kammer 14 während des Betriebs der Brennkraftmaschine und daher in Abhängigkeit von ihren Arbeitsbedingungen. So kann z. B. bei einem Motor mit wechselnden Belastungen diese Druckeinstellung jeweils von Hand oder auch automatisch in Abhängigkeit von der Motorleistung durchgeführt werden, während bei einem Motor mit gleichbleibender Belastung eine einmalige Einstellung zu Beginn des Betriebs genügt.

Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine sind vorzugsweise die Längsbohrungen 16 aller Einspritzdüsen an eine gemeinsame Verbindungsleitung 19 zur Förderpumpe 20 angeschlossen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einer durch den Druck des Einspritzbrenn-Stoffs gegen dessen Strömungsrichtung von ihrem Sitz abhebenden Düsennadel, deren Nadelschaft als ein in einer Bohrung des Düsenkörpers geführter, eiiispritzseitig über eine Druckschulter einen über eine Einspritzleitung mit einer Einspritzpumpe in Verbindung stehenden Druckraum begrenzender Kolben ausgebildet ist, dessen dem Druckraum abgewandte Seite von dem in einer durch ein Absperrglied in einer Fülleitung verschließbaren Kammer anstehenden Druck einer kompressiblen, die Schließkraft für die Düsennadel aufbringenden Flüssigkeit beaufschlagt ist, wobei der innerhalb der Kammer erforderliche Flüssigkeitsdruck einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrglied ein an der Mündungsstelle der als Längsbohrung (16) im Düsenhalter (4) ausgebildeten Fülleitung in die Kammer (14) angeordnetes Rückschlagventil (15) ist, das sowohl durch den Druck in der Kammer (14) als auch durch eine Zugfeder (17) in Schließrichtung beaufschlagt ist, welch letztere in der als Fülieitung dienenden Längsbohrung (16) angeordnet ist, die über eine Leitung (19) mit einer Förderpumpe (20) in Verbindung steht, und daß der Druck der der Kammer (14) zugeführten Flüssigkeit stets so hoch eingestellt ist, daß zum Zweck der Schmierung und Kühlung der Düsennadel (6) zwischen den Einspritzperioden Druckflüssigkeit aus der Kammer (14) entlang dem Düsennadelkolben (ta) in den Druckraum (10) überströmt.

2. Brennstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der der Kammer (14) zugeführten Flüssigkeit durch einen während des Betriebs der Brennkraftmaschine verstellbaren Druckregler (22) einstellbar ist, we!- eher in der die Längsbohrung (16) mit der Förderpumpe (20) verbindenden Leitung (19) angeordnet ist.

3. Brennstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine die Längsbohrungen (16) aller Einspritzdüsen an eine gemeinsame Verbindungsleitung (19) zur Förderpumpe (20) angeschlossen sind.