DE2419260A1 - FUEL INJECTION SYSTEM FOR A DIESEL ENGINE - Google Patents
FUEL INJECTION SYSTEM FOR A DIESEL ENGINEInfo
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Description
Anlage ' Aktenzeichen *· H I \7 C D UAnnex 'File number * · HI \ 7 C DU
zur Eingabe vom 19. April 1974 VA// Name d. Anm. AMBAC INDUSTRIES, INC.on the submission of April 19, 1974 VA // Name d. Note AMBAC INDUSTRIES, INC.
Brennstoffeinspritzsvstem für einen DieselmotorFuel injection system for a diesel engine
Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Brennstoffeinspriizsysteme und insbesondere auf eine verbesserte Brennstoffeinspritzdüse für Einspritzsysteme von der Art, bei welchen das Düsenventil durch die Kraft des unter Druck gesetzten Brennstoffs geöffnet wird, der demselben in zeitlich festgelegten Intervallen zugeführt wird.The invention relates generally to fuel injection systems and more particularly to an improved fuel injector for injection systems of the type in which the nozzle valve is opened by the force of the pressurized fuel supplied to it at timed intervals will.
Bei einer üblichen Art des Brennstoffzuführungssystems für einen Dieselmotor werden abgemessene Mengen des einzuspritzenden Brennstoffs in zeitlich festgelegten Impulsen einer Düse zugeführt, die sich in eine Verbrennungskammer des Motors erstreckt. Das Ventil in der üblichen Düse wird geöffnet durch die Zuführung des unter Druck gesetzten Brennstoffs gegen die Schließkraft einer Druckfeder. Es sind wesentliche Schließkräfte für das Düsenventil notwendig, um sowohl einen scharf definierten Beginn und ein Ende des Einspritzintervalls vorzusehen, als auch um die öffnung des Ventils unter dem Einfluß der Verbrennungskammerdrücke zu verhindern. Wegen der zunehmend hohen Verbrennungskammerdrücke moderner Dieselmotoren ist die übliche Düsenventil-Schließfeder in einigen Fällen so stark geworden, daß Ventilöffnungsdrücke ναι mehr als 280 kp/cm erforderlich sind.One common type of fuel supply system for a diesel engine is metered amounts of the fuel to be injected delivered in timed pulses to a nozzle extending into a combustion chamber of the engine. That The valve in the usual nozzle is opened by the feed of the pressurized fuel against the closing force of a Compression spring. There are essential closing forces for the nozzle valve to have both a sharply defined start and a To be provided at the end of the injection interval, as well as to close the opening of the valve under the influence of the combustion chamber pressures impede. Because of the increasingly high combustion chamber pressures of modern diesel engines, the common nozzle valve closing spring is in some cases become so strong that valve opening pressures ναι more than 280 kgf / cm are required.
In Anbetracht der Tatsache, daß die gewählte Kraft der Ventilschließfeder auf dem maximalen Verbrennungskammerdruck des Motors basiert, welcher gewöhnlich -bei einem Vollastzustand des Motors auftritt, und da die Ventilschließfeder in charakteristischer Weise die gleiche Schließkraft zeigt, ohne Rücksicht auf die Drehzahl oder Belastung des Motors, ist es nicht, überraschend, daß die Federkraft in einer üblichen Düse für einen anderen als' . den Vollastzustand nicht das Optimum beträgt. Im Leerlauf und im Teillastzustand wird beispielsweise ein niedriger Einspritzdruck von etwa 175"kp/cm als wünschenswert angesehen. Unter hohen Lastzuständen ist teilweise infolge der höheren Verbrennungskam-In view of the fact that the selected force of the valve closing spring based on the maximum combustion chamber pressure of the engine, which is usually - at a full load condition of the Engine occurs, and since the valve closing spring characteristically shows the same closing force, regardless of the speed or load of the engine, it is not, surprisingly, that the spring force in a common nozzle for another than '. the full load condition is not the optimum. In idle and in For example, under partial load conditions, a low injection pressure of about 175 "kgf / cm is considered desirable. Under high Load conditions is partly due to the higher combustion
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merdrücke ein höherer 'Einspritzdruck von beispielsweise 630 kp/ cm erforderlich. Die verschiedenen Faktoren, wie zum Beispiel Einspritzdauer, Spritzschema, geräuschloser Lauf des Motors und so weiter, welche einen verminderten Einspritzdruck beim Leerlauf, Anlassen und Teillastbetrieb wünschenswert machen, sind bekannt und brauchen nicht im einzelnen erörtert zu werden. Es soll nur bemerkt werden, daß ein Motor unter einem anderen als dem Volllastzustand mit einem verringerten Einspritzdruck am besten arbeitet und daß einem federbelasteten Düsenventil die wünschenswerte Anpassungsfähigkeit des Betriebes mangelt, um unter solchen Umständen einen niedrigeren Einspritzdruck zu ermöglichen.Press a higher injection pressure of, for example, 630 kp / cm required. The various factors such as Injection duration, injection scheme, noiseless running of the engine and so on, which result in reduced injection pressure when idling, Starting and making part-load operation desirable are known and need not be discussed in detail. It's just supposed to It will be noted that an engine operates best under a condition other than full load with a reduced injection pressure and that a spring-loaded nozzle valve lacks the desirable adaptability of operation to cope with such circumstances to enable a lower injection pressure.
Die vorliegende Erfindung, welche für die Verwendung mit dem in der amerikanischen Patentschrift 3»587,547 beschriebenen universellen Brennstoffeinspritzsystem besonders angepaßt ist, sieht einen Brennstoffinjektor vor, der eine kontinuierlich zur Einwirkung kommende, hydraulische Düsenschließkraft verwendet, welche mit dem Brennstoffeinspritzdruck veränderlich und zu demselben direkt proportional ist. In dem universellen System wird das Hochdruckmedium aus der gemeinsamen Druckleitung, das verwendet wird, um den Verstärker und dem-nach den Injektorkolben jedes Injektors anzutreiben, auch verwendet, um kontinuierlich eine Schließkraft auf das Düsenventil des Injektors zur Einwirkung zu bringen« Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Druck aus der gemeinsamen Druckleitung in die Düse durch einen Durchlaß im Düsengehäuse eingeführt und wirkt gegen einen Kolben, der mit dem Düsenventil axial ausgerichtet ist und gegen dasselbe anliegt. Da der Druck aus der gemeinsamen Druckleitung, der die Ventilschließkraft liefert, der gleiche Druck ist, der den Verstärkerkolben betätigt, um den Injektorkolben anzutreiben, ist das Verhältnis des Einspritzdrucks zu dem Druck aus der gemeinsamen Druckleitung zu den entsprechenden Durchmessern des Einspritzkolbens und des Verstärkerkolbens proportional. Eine Veränderung des Drucks aus der gemeinsamen Druckleitung relativ zur Motorbelastung wird demgemäß automatisch den Einspritzdruck und die Ventilschließkraft proportional verändern. Der Einspritzdruck kann daher geregelt werden, um sich dem Belastungszustand des Motors anzupassen. Bei von der vollen Belastung verschiedenen ZuständenThe present invention, which is intended for use with the universal described in U.S. Patent 3,587,547 Fuel injection system is particularly adapted, provides a fuel injector, the one continuously to act coming, hydraulic nozzle closing force used which variable with the fuel injection pressure and at the same is directly proportional. In the universal system, the high pressure medium is drawn from the common pressure line that is used to drive the booster and, accordingly, the injector piston of each injector, also used to continuously provide a closing force to act on the nozzle valve of the injector. In a preferred embodiment of the invention, the pressure introduced from the common pressure line into the nozzle through a passage in the nozzle housing and acts against a piston, which with the nozzle valve is axially aligned and rests against the same. Because the pressure from the common pressure line, which is the valve closing force is the same pressure that actuates the intensifier piston to drive the injector piston is the ratio the injection pressure to the pressure from the common pressure line to the corresponding diameters of the injection piston and the booster piston proportionally. A change in the pressure from the common pressure line relative to the engine load accordingly automatically adjusts the injection pressure and the valve closing force change proportionally. The injection pressure can therefore be regulated to suit the load condition of the engine adapt. At conditions different from full loading
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des Motors ermöglicht dieses System einen niedrigeren Einspritz— druck mit daraus resultierender Verringerung der durchschnittlichen Schließkraft des Düsenventils auf dem Düsensitz, wodurch die Abnützung und Beanspruchung des Ventils und des Sitzes verringert und die Lebensdauer der Düseneiriheit erhöht wird.of the engine, this system enables a lower injection pressure with a resulting reduction in the average closing force of the nozzle valve on the nozzle seat, whereby the Wear and stress on the valve and seat are reduced and the service life of the nozzle unit is increased.
Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß in der Ausbildung eines Brennstoffeinspritzsystems von der Art, bei welchem das Brennstoffeinspritzdüsenventil durch den Druck des eingespritzten Brennstoffs geöffnet wird, der durch die hydraulische Belastung des Düsenventils gekennzeichnet ist.Accordingly, a first object of the invention is to provide a fuel injection system of the type in which the fuel injector valve is opened by the pressure of the injected fuel caused by the hydraulic load of the nozzle valve is marked.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung einer Brennstoffeinspritzdüse der beschriebenen Art, bei welcher die * hydraulische Belastungskraft des Ventils mit der Motorbelastung veränderlich ist.Another object of the invention is to provide a fuel injector of the type described in which the * hydraulic loading force of the valve is variable with the engine load.
Noch, eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung einer Düse der beschriebenen Art mit einer Einrichtung zur Veränderung des Drucks des Belastungsmediums für das Düsenventil direkt proportional zu Veränderungen des Brennstoffeinspritzdrucks.Yet another object of the invention is design a nozzle of the type described with a device for changing the pressure of the loading medium for the nozzle valve directly proportional to changes in fuel injection pressure.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung einer Düse der beschriebenen Art, die für die Verwendung in einem universellen Brennstoffeinspritzsystem besonders geeignet ist, gekennzeichnet durch ein vom Motor erzeugtes veränderliches Hochdrucfcmedium aus der gemeinsamen Druckleitung, das verwendet wird, um die Brennstoffinjektoren in zeitlich festgelegter Reihenfolge anzutreiben.Another object of the invention is to provide a Nozzle of the type described, which is particularly suitable for use in a universal fuel injection system, characterized by a variable high-pressure medium generated by the engine from the common pressure line, which is used, around the fuel injectors in a timed order to drive.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung einer Düse für ein Brennstoffeinspritzsystem der beschriebenen Art, welches eine Verringerung des Brennstoff einspritzdrucks während des Anlassens, des Leerlaufs und des Teillastbetriebes ermöglicht, um die Betriebseigenschaften des Motors zu verbessern.Yet another object of the invention is to provide a nozzle for a fuel injection system of the type described Kind of showing a decrease in fuel injection pressure during the starting, idling and partial load operation allows to improve the operating characteristics of the engine.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung einer Düse für ein Brennstoffeinspritzsystem der beschriebenenYet another object of the invention is to provide a nozzle for a fuel injection system of the type described
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Art,, welches eine Veränderung der Schließkraft des Düsenventils ermöglicht, die mit dem Verbrennungskammerdruck im Einklang steht, so daß die verwendete durchschnittliche Schließkraft wesentlich geringer ist als jene der üblichen Düsen, wodurch die Abnützung der Düsenelemente vermindert und die effektive Lebensdauer der Düseneinheit erhöht wird.Type, which is a change in the closing force of the nozzle valve which is consistent with the combustion chamber pressure, so that the average closing force used is much less than that of the usual nozzles, reducing wear and tear of the nozzle elements is reduced and the effective life of the nozzle unit is increased.
Die Erfindung betrifft daher ein für einen Dieselmotor bestimmtes Brennstoffeinspritzsystem, in welchem die Brennstoffeinspritzdüse ein Ventil enthält, das durch den Einspritzdruck des Brennstoffs während des Einspritzintervalls geöffnet wird« Die Erfindung sMib eine Büsenventil-Schließeinrichtung vor, welche durch eine kontinuierlich zur Einwirkung kommende hydraulische Schließkraft gekennzeichnet ist, die sich direkt als eine Funktion des Sinspritzdrucks verändert. Die Erfindung ist besonders geeignet für die Verwendung mit einem eine gemeinsame Druckleitung aufweisenden Injektorsystem, in welchem der Druck aus der gemeinsamen Druckleitung, der verstärkt wird, um den Brennstoffeinspritzdruck zu erzeugen, verwendet wird, um die hydraulische Schließkraft des Düsenventils zu erzeugen,, Die Erfindung sieht eine niedrigere als die maximale Schließkraft des Ventils während des Anlassens und des Leerlaufs des Motors sowie während Perioden des Teillastbetriebes vor, wenn der Einspritzdruck in wünschenswerter Weise verringert ist.The invention therefore relates to a fuel injection system intended for a diesel engine, in which the fuel injection nozzle contains a valve which is opened by the injection pressure of the fuel during the injection interval «The invention sMib a sleeve valve closing device, which by a continuously applied hydraulic closing force is characterized, which is directly as a function of the injection pressure changes. The invention is particularly suitable for use with an injector system having a common pressure line, in which the pressure from the common rail that is boosted to generate the fuel injection pressure, is used to generate the hydraulic closing force of the nozzle valve ,, The invention provides a lower than the maximum closing force of the valve during starting and idling of the engine and during periods of partial load operation occurs when the injection pressure is desirably decreased.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden genauen Beschreibung einer Ausführungsform derselben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen zeigt;Additional features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description of an embodiment the same with reference to the drawings, in which FIG.
Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines universellen Brennstoffeinspritzsystems, welches die neuartige Injektordüse enthält, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist,1 is a schematic diagram of a universal fuel injection system; which contains the novel injector nozzle designed according to the invention,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Injektor, welcher das Düsenventil in einer Schließstellung veranschaulicht,Fig. 2 is a longitudinal section through one designed according to the invention Injector, which illustrates the nozzle valve in a closed position,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Injektor im wesentlichen imFig. 3 is a longitudinal section through the injector essentially
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rechten Winkel zu der Ansicht der Figur 2, welcher weitere Einzelheiten des Injektors veranschaulicht,right angle to the view of Figure 2, which illustrates further details of the injector,
Fig. 4 in größerem Maßstab einen Längsschnitt des oberen Teils des Injektors gemäß den Figuren 2 und 3, welcher die Stellung der Bestandteile des Injektors während der Brennstoffeinspritzung, veranschaulicht, und4 shows, on a larger scale, a longitudinal section of the upper part of the injector according to FIGS. 2 and 3, which shows the position the components of the injector during fuel injection, illustrates, and
Fig. 5 in größerem Maßstab einen Längsschnitt des unteren Endes des Injektors, welcher die Stellung der Düse während der Brennstoffeinspritzung veranschaulicht.Fig. 5 on a larger scale a longitudinal section of the lower end of the injector, which the position of the nozzle during the Fuel injection illustrated.
Fig. 1 zeigt schematisch ein universelles Brennstoffeinspritzsystem von einer Art,, die mit jener in der oben erwähnten amerikanischen Patentschrift 3.587.547 beschriebenen nahezu identisch ist, auf welche im Hinblick auf ihre enge Beziehung zu der vorliegenden Erfindung nachstehend Bezug genommen wird» Das dargestellte System wird verwendet, um Brennstoff einem Dieselmotor zuzuführen, der einen elektrischen Anlasser 12 aufweist. Es wird angenommen, daß der Motor mit vier Zylindern versehen ist, und Brennstoff wird in die Verbrennungskammer jedes Zylinders dureh einen Brennstoffinjektor 14 eingeführt, dessen Einspritzdüse 16 sich in die Verbrennungskammer des Zylinders erstreckt, wie shcematisch angegeben ist. Damit der Motor richtig arbeitet, müssen demselben aufeinanderfolgende intermittierende Einspritzungen von Brennstoff durch die Düsen zugeführt werden. Die Wirkungsweise des Motors wird durch die Abflüsse des Brennstoffs bestimmt. Damit der Motor in optimaler Weise arbeitet, müssen die Abflüsse mit der richtigen zeitlichen Einstellung, Dauer, Brennstoffmenge und mit einem entsprechenden Schema oder einer Wellenform der Einspritzgeschwindigkeit während ctes Abflusses erfolgen. Die Funktion der übrigen Elemente des in Fig. 1 gezeigten Brennstoffeinspritzsystems besteht darin, die optimalen Brennstoffeinspritzparameter für den Motor vorzusehen, wie nachstehend noch genauer beschrieben wird. .Fig. 1 shows schematically a universal fuel injection system of a kind, that with that in the above mentioned American Patent 3,587,547 described is almost identical to which in terms of their close relationship to the present Invention Reference is made below »The illustrated system is used to fuel a diesel engine feed, which has an electric starter 12. It is assumed that the engine is provided with four cylinders, and Fuel is introduced into the combustion chamber of each cylinder through a fuel injector 14 whose injector nozzle 16 extends into the combustion chamber of the cylinder as schematically indicated. In order for the engine to work properly, you must the same successive intermittent injections of fuel are supplied through the nozzles. The mode of action of the engine is determined by the outflows of the fuel. In order to the engine is working in an optimal way, the drains must be timed, duration, amount of fuel correctly and with a corresponding scheme or waveform of the injection speed during ctes outflow. The function of the remaining elements of the fuel injection system shown in Fig. 1 is the optimal fuel injection parameters to be provided for the engine, as will be described in more detail below. .
In dem dargestellten System bildet ein Behälter 18 eine Quelle eines entsprechenden Dieselbrennstoffs, welcher aus dem BehälterIn the illustrated system, a container 18 forms a source of a corresponding diesel fuel, which is from the container
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durch eine Niederdruckbrennstoffpumpe 20 abgezogen und durch einen üblichen Akkumulator 22 einer universellen Brennstoff meß- und -verteilervorrichtung 24 zugeführt wird. Der durch die Brennstoff-.pumpe 20 erzeugte Druck kann beispielsweise etwa 14 kp/cm2 betragen. withdrawn by a low pressure fuel pump 20 and a universal fuel metering and distributor device 24 is supplied by a conventional accumulator 22. The pressure generated by the fuel pump 20 can be approximately 14 kp / cm 2 , for example.
Die universelle Brennstoff meß- und -verteilervorrichtung 24 kann von der in der amerikanischen Patentschrift 3.615.043 beschriebenen Art sein, auf welche nachstehend ebenfalls Bezug genommen wird. In dieser Vorrichtung, die einen hin- und herbeweglichen Kolben mit positiver Verdrängung aufweist, wird jede getrennte abgemessene Brennstoffmenge durch die Bewegung des Kolbens über eine geregelte Strecke erzeugt, wobei der Hub des.Kolbens mit der Wirkungsweise des Motors 10 synchronisiert ist durch eine entsprechende mechanische Verbindung zwischen einer durch den Motor angetriebenen Welle 26 und einer Welle 28, welche die zeitliche Einstellung des Verdrängerkolbens der Meß— und Verteilervorrichtung 24 regelt.The universal fuel measuring and distribution device 24 can be of the type described in U.S. Patent 3,615,043, which is also referred to below will. In this device, which has a reciprocating positive displacement piston, each is measured separately Amount of fuel generated by moving the piston over a regulated distance, the stroke of the piston with the Operation of the motor 10 is synchronized by a corresponding mechanical connection between a shaft 26 driven by the motor and a shaft 28 which controls the timing of the displacement piston of the measuring and distribution device 24 regulates.
Die Brennstoffförderung der Meß- und Verteilervorrichtung 24 gelangt durch die Leitungen 30 zu den Injektoren 14. Die Menge des durch die Vorrichtung 24 zugeführten abgemessenen Brennstoffs wird durch eine Brennstoffsteuerung 32 geregelt, welche mit der Vorrichtung 24 vereinigt ist.The fuel delivery of the measuring and distribution device 24 arrives through lines 30 to injectors 14. The amount of metered fuel supplied by device 24 is regulated by a fuel control 32 which is integrated with the device 24.
Die Brennstoffsteuerung 32 kann aus einer Steuerhülse bestehen, die auf dem Brennstoffmeßkolben in der Längsrichtung verschiebbar ist, um die Menge des zugeführten Brennstoffs zu regeln. Ein Drosselregler 34 von üblicher Konstruktion ist vorgesehen, um die Brennstoffsteuerung 32 zu regeln. Eine Antriebswelle 36 desselben ist mit der Motorwelle 26 durch ein entsprechendes Getriebe mechanisch verbunden, wie schematisch dargestellt ist.The fuel control 32 can consist of a control sleeve, which is displaceable on the fuel measuring piston in the longitudinal direction in order to regulate the amount of fuel supplied. A Throttle regulator 34 of conventional construction is provided to regulate fuel control 32. A drive shaft 36 of the same is mechanically connected to the motor shaft 26 by a corresponding gear, as shown schematically.
Die Einzelheiten der Ausbildung und Wirkungsweise jedes der Injektoren 14 werden nachstehend genauer beschrieben« Jeder Injektor empfängt seine aufeinanderfolgenden getrennten Brennstoffmengen aus der Brennstoffmeß- und -verteilervorrichtung 24 und speichert jede Menge kurze Zeit, bis der Injektor betätigt wirdc ZuThe details of the construction and operation of each of the injectors 14 are described in more detail below. Each injector receives its successive separate amounts of fuel from the fuel metering and distribution device 24 and stores each amount for a short time until the injector is actuated c zu
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diesem Zeitpunkt führt der in dem Injektor enthaltene Kolben den gespeicherten Brennstoff durch die Düse 16 in den entsprechenden Motorzylinder ab. Der Zeitpunkt, in welchem jeder Injektor betätigt wird, um einen Brennstoffabfluß zu erzeugen, wird durch ein Betatigungssignal geregelt und bestimmt, das demselben über eine entsprechende der vier elektrischen Leitungen 38 zugeführt wird, welche von dem einstellbaren Betätigungssignalgenerator 40 zu den Injektoren führen. Der Betätigungssignalgenerator ist mit der Wirkungsweise des Motors synchronisiert durch eine entsprechende mechanische Verbindung der Generatorantriebswelle 42 mit der Motorwelle 26, wie schematisch angegeben ist, so daß die elektrischen Ausgangssignale eine vorherbestimmte Phasenbeziehung zu der Phase der Wirkungsweise des Motors 10 aufweisen. Die den einzelnen Injektoren zugeführten Betätigungssignale sind selbstverständlich entsprechend den Differenzen in der Phase der Wirkungsweise der Kolben in den vier entsprechenden Zylindern des Motors vorgesehen. At this point in time, the piston contained in the injector guides the stored fuel through the nozzle 16 into the corresponding one Engine cylinder. The time at which each injector actuates is to create a fuel drain, is through a Actuation signal regulated and determined, the same via a corresponding of the four electrical lines 38 is supplied, which from the adjustable actuation signal generator 40 to the Lead injectors. The actuation signal generator is synchronized with the operation of the engine by a corresponding one mechanical connection of the generator drive shaft 42 with the motor shaft 26, as indicated schematically, so that the electrical Output signals have a predetermined phase relationship with the phase of operation of the motor 10. The individual Actuating signals supplied to injectors are a matter of course corresponding to the differences in the phase of operation of the pistons in the four corresponding cylinders of the engine.
Vorzugsweise ist auch eine mechanische Verbindung der Brennstoffsteuerung 32 mit dem Betätigungssignalgenerator 40 vorgesehen, um eine automatische Veränderung der Voreilung oder der Verzögerung der Signale zu ermöj.ichen, welche als eine Funktion der Stellung der Brennstoffsteuerung und demnach als eine Funktion der Belastung des Motors erzeugt werden. Der Betätigungssignalgenerator kann auch eine entsprechende Fliehgewichtseinrichtung für die Verzögerung und Voreilung enthalten, um die Phase der Ausgangssignale als eine Funktion der Motordrehzahl automatisch zu verändern. In der dargestellten Ausführungsform wird vorzugsweise der fotoelektrische Betätigungssignalgenerator verwendet, welcher in der amerikanischen Patentschrift 3.587.535 beschrieben ist, auf die nachstehend ebenfalls Bezug genommen wird.A mechanical connection of the fuel control is also preferred 32 provided with the actuation signal generator 40 to an automatic change of the lead or the delay of signals to enable which as a function of position of fuel control and therefore as a function of load of the engine. The actuation signal generator can also have a corresponding flyweight device for the deceleration and advance to automatically change the phase of the output signals as a function of engine speed. In the illustrated embodiment, the photoelectric actuation signal generator is preferably used, which in the U.S. Patent 3,587,535, which is also incorporated herein by reference.
Die Kraft zur Betätigung des Kolbens in jedem der Injektoren 14 wird durch den Druck des Mediums aus einer gemeinsamen Hochdruckleitung 44 geliefert. Während für diesen Zweck ein verschiedenes Medium verwendet werden kann, wird bei der dargestellten Ausführungsform Brennstoff aus dem Behälter 18 als das Hochdruckmedium verwendet, das der gemeinsamen Druckleitung 44 durch einen übli-The force for actuating the piston in each of the injectors 14 is provided by the pressure of the medium from a common high-pressure line 44 delivered. While a variety of media can be used for this purpose, in the illustrated embodiment Fuel from the container 18 is used as the high pressure medium, which the common pressure line 44 through a usual
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chen .Akkumulator 46 mittels einer V veränderlichen hydraulischen Hochdruckbrennstoffpumpe 48 zugeführt wird, welche mit der Niederdruckpumpe 20 verbunden ist. Der Druck aus/Ger gemeinsamen Druckleitung kann beispielsweise 56 bis 210 kp/cm betragen und wird durch die erforderlichen Betriebsdrücke der Injektoren bestimmt. Es sind entsprechende Hochdruckpumpen bekannt, welche Drücke dieser Größenordnung liefern und eine geregelte Druckveränderung ermöglichen.chen .Akkumulator 46 by means of a V variable hydraulic High pressure fuel pump 48 is supplied, which with the low pressure pump 20 is connected. The pressure from / Ger common pressure line can for example be 56 to 210 kp / cm and is determined by the required operating pressures of the injectors. Corresponding high-pressure pumps are known which Deliver pressures of this magnitude and enable a regulated pressure change.
Da eine vollständige Beschreibung des gesamten universellen Systems undder einzelnen Elemente desselben in den oben erwähnten Patentschriften enthalten ist, wird nur eine begrenzte weitere Beschreibung des Systems und seiner Wirkungsweise als notwendig angesehen. Die folgende genaue Beschreibung ist demgemäß auf die Ausbildung und Wirkungsweise des Injektors und insbesondere auf die neuartige hydraulisch belastete Injektordüse gerichtet.As a complete description of the entire universal system and the individual elements thereof in those mentioned above Patents included will provide limited further description of the system and its operation as necessary viewed. The following detailed description is accordingly based on the design and mode of operation of the injector and in particular on the new hydraulically loaded injector nozzle directed.
Gemäß den Figuren 2 bis 5 ist jeder Injektor 14 mit einem Injektorgehäuse 50 versehen, das eine hohle, im wesentlichen zylindrische Kammer 52 aufweist, innerhalb welcher eine Anzahl axial angeordneter Injektorbestandteile angebracht ist. Eine elektromagnetische Ventilbetätigungseinrichtung 54 ist in den mit Innengewinde versehenen Fortsatz 56 am oberen Ende des Injektorgehäuses eingeschraubt und in demselben durch die Stellschraube 57 befestigt. Das Injektorgehäuse ist am unteren Ende 58 mit Innengewinde versehen, um die Düsenhaltemutter 60 aufzunehmen. Ein Befestigungsflansch 62 ist mit Bolzenbohrungen 63 versehen und kann den Flanschteil der Mutter 60 überdecken, um die Mutter und die ganze Injektoreinheit am Motor zu befestigen.According to FIGS. 2 to 5, each injector 14 has an injector housing 50 which has a hollow, substantially cylindrical chamber 52 within which a number of axially arranged Injector components is attached. An electromagnetic valve actuator 54 is internally threaded The extension 56 provided is screwed into the upper end of the injector housing and fastened in the same by the adjusting screw 57. The injector housing is internally threaded at the lower end 58 to receive the nozzle retainer nut 60. A mounting flange 62 is provided with bolt bores 63 and can cover the flange part of the nut 60, around the nut and the whole To attach the injector unit to the engine.
Wie am deutlichsten in der vergrößerten Ansicht der Figur 4 gezeigt ist, sind die inneren Einzelheiten der Injektorbestandteile innerhalb der Bohrung 52 weitgehend jenen des Injektors gemäß der oben erwähnten amerikanischen Patentschrift 3.587.547 ähnlich. Der Injektorzylinder 64, welcher aus oberen und unteren Abschnitten 64a und 64b besteht, ist innerhalb der Injektorgehäusebohrung 52 zwischen der oberen Endkappe 66 und der unteren Endkappe 68 angeordnet. Eine Schraube 69 (Fig. 2) geht durch die Zylinderab-As shown most clearly in the enlarged view of FIG the internal details of the injector components within bore 52 are largely those of the injector shown in FIG U.S. Patent 3,587,547 mentioned above. The injector cylinder 64, which consists of upper and lower sections 64a and 64b, is within the injector housing bore 52 arranged between the upper end cap 66 and the lower end cap 68. A screw 69 (Fig. 2) goes through the cylinder
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schnitte und Endkappen hindurch, um dieselben in winkliger Beziehung zu befestigen. Wie dargestellt, werden entsprechende Dichtungsringe zwischen dem Injektorgehäuse sowie dem Zylinder und 4. den Endkappen verwendet, um ein Lecken des Mediums längs der Boh-v rung 52 zu verhindern.cuts and end caps therethrough to secure them in angular relationship. As shown, appropriate sealing rings are used between the injector housing and the cylinder and 4. the end caps in order to prevent the medium from leaking along the bore 52.
Abgemessener Brennstoff aus der universellen Brennstoffmeß- und -verteilervorrichtung 24 wird in das Injektorgehäuse 50 durch die Öffnung 70 (Fig. 2) und die Einlaßleitung 72 desselben eingeführt, welche mit einem Ringraum 74 der unteren Endkappe 68 in Verbindung steht. Dieser abgemessene Brennstoff fließt dann durch den Durchlaß 114 (Fig. 3) in einen Ringraum ^16 in dem Servokolbenteil 76b und von dort durch den Durchlaß 118 in die Kammer 110. Es ist zu bemerken, daß die Strömung durch den Durchlaß 118 durch die Abwärtsbewegung' des Servokolbens abgesperrt wird. Die Strömungb des abgemessenen Brennstoffs in die Kammer 110 findet daher nur statt, wenn sich der Servokolben, der Verstärkerkolben und der Injektorkolben in der angehobenen Stellung befinden. Der Hochdruckbrennstoff der gemeinsamen Druckleitung von der Pumpe 48 tritt in den Injektor durch den Durchlaß 76 im Injektorgehäuse 50 ein und gelangt durch die Leitung 78 in die obere Endkappe 66. Der Injektor benützt den Hochdruck der gemeinsamen Druckleitung, um den in der Kammer 110 des Injektors gespeicherten abgemessenen Brennstoff bei Empfang eines Signals von der elektromagnetischen Ventilbetätigungseinrichtung 54 in die Düse einzuspritzen, wie nachstehend beschrieben wird.Metered fuel from the universal fuel metering and dispensing device 24 is fed into the injector housing 50 through the Opening 70 (Fig. 2) and the inlet line 72 of the same introduced, which with an annular space 74 of the lower end cap 68 in connection stands. This metered fuel then flows through passage 114 (Fig. 3) into an annulus 16 in the servo piston member 76b and from there through passage 118 into chamber 110. It should be noted that flow through passage 118 is blocked by the downward movement of the servo piston. The current b of the metered fuel into the chamber 110 takes place only when the servo piston, the booster piston and the injector piston is in the raised position. The high pressure common rail fuel from pump 48 enters the injector through passage 76 in injector housing 50 and enters upper end cap 66 through conduit 78. The injector uses the high pressure of the common rail to measure that stored in the chamber 110 of the injector To inject fuel into the nozzle upon receipt of a signal from the electromagnetic valve actuator 54, such as will be described below.
Ein Servokolben 76, der aus oberen und unteren Teilen 76a und 76b besteht, ist zwecks Axialbeweguhg innerhalb des InjektorZylinders verschiebbar angeordnet. Der Teil 76a ist in der Bohrung 79 des Zylinderabschnitts ? 64a angeordnet und der Teil 76efo, welcher einen etwas größeren Durchmesser aufweist, ist innerhalb der Bohrung 80 des Zylinderabschnitts 64b angeordnet. Der Durchlaß 78 in der oberen Endkappe 66 steht mit dem oberen Ende der Bohrung 79 in Verbindung, so daß der Hochdruckbrennstoff aus der gemeinsamen. Druckleitung in die Bohrung 79 eingeführt wird, um gegen das obere Ende des Servokolbens zu wirken. (Nicht dargestellte) Leitungen sind vorgesehen, um den Hochdruckbrennstoff aus der gemeinsa-A servo piston 76, consisting of upper and lower parts 76a and 76b, is for axial movement within the injector cylinder arranged displaceably. The part 76a is in the bore 79 of the cylinder section? 64a arranged and the part 76efo, which has a slightly larger diameter, is arranged within the bore 80 of the cylinder portion 64b. The passage 78 in the upper end cap 66 is in communication with the upper end of the bore 79, so that the high pressure fuel from the common. Pressure line is inserted into the bore 79 to counter the upper To act at the end of the servo piston. Lines (not shown) are provided to remove the high-pressure fuel from the common
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men Druckleitung in die Kammer 82 am unteren Ende des Servokolbens einzuführen, in welcher der- Brennstoff, der gegen eine größere Kolbenfläche wirkt, dazu dient, den Servokolben in die angehobene Stellung der Figur 3 zu bewegen und in derselben zu halten. Aus der Kammer 82 ist ein Durchlaß 84 nach oben zu einem Ventil 86 (Fig. 2) vorgesehen, welches durch die Ventilspindel 88 der elektromagnetischen Ventilbetätigungseinrichtung 54 betätigt wird. Das Ventil öffnet den Durchlaß 54 zu einem peripheren Brennstoffsumpf und senkt demnach den Druck in der Kammer 82, um dem Servokolben zu ermöglichen, sich in. die Stellung der Figur 4 abwärts zu bewegen, wenn ein Signal von der Einrichtung 54 empfangen wird.men pressure line into the chamber 82 at the lower end of the servo piston to introduce, in which the fuel, which acts against a larger piston area, serves to lift the servo piston into the To move position of Figure 3 and hold in the same. From the chamber 82 is a passage 84 up to a valve 86 (FIG. 2) is provided, which is actuated by the valve spindle 88 of the electromagnetic valve actuating device 54. The valve opens passage 54 to a peripheral fuel sump and thus decreases the pressure in chamber 82 to allow the servo piston to move downward to the FIG. 4 position when a signal is received from device 54.
Ein Verstärkerkolben 90 und ein Injektorkolben 92 von kleinerem Durchmesser sind in aneinanderstoßender, axial ausgerichteter Stellung innerhalb der Bohrungen 94 bzw« 96 des Injektorzylinders 64 angeordnet. Ein Ringraum 98 in der Bohrung 94 steht mittels einer Öffnung 100 mit einem Ringraum 102 der Bohrung 78 in Verbindung, so daß dem Hochdruckmedium aus der gemeinsamen Druckleitung ermöglicht wird, in den Ringraum 98 einzutreten, um den Verstärkerkolben anzutreiben, wenn der Servokolben 76 gesenkt ist, um die Strömung in den Ringraum 102 zu ermöglichen.A booster piston 90 and an injector piston 92 of smaller size Diameters are in abutting, axially aligned position within the bores 94 and 96 of the injector cylinder 64 arranged. An annular space 98 in the bore 94 is in communication by means of an opening 100 with an annular space 102 of the bore 78, so that the high pressure medium from the common pressure line is allowed to enter the annulus 98 to the intensifier piston to be driven when the servo piston 76 is lowered, to allow the flow into the annulus 102.
Der Verstärkerkolben 90 weist in der zylindrischen Außenwand desselben einen Ringraum 104 auf, von welchem im Abstand liegende, radiale Öffnungen 106 ausgehen, um die Strömung in eine innere zylindrische Bohrung 108 zu ermöglichen. Die Anordnung des Ringraumes 98, des Ringraumes 104 und der Öffnungen 106 ist vorzugsweise entsprechend der Beschreibung in der amerikanischen Patentanmeldung 247.333 vom 25. April 1972 gewählt«The booster piston 90 has in the cylindrical outer wall of the same an annular space 104, from which radially spaced openings 106 extend in order to enable the flow into an inner cylindrical bore 108. The arrangement of the annular space 98, the annular space 104 and the openings 106 is preferably selected in accordance with the description in the American patent application 247.333 of April 25, 1972 "
Die Abwärtsbewegung des Verstärkerkolbens 90 treibt den Injektorkolben 92 nach unten in die Kammer 110, um den vorher in dieselbe gelenkten abgemessenen Brennstoff durch den Durchlaß 112 in der unteren Endkappe 68 in die Einspritzdüse 16 herauszudrücken. Der Einspritzhub ist beendet, wenn der Ringraum 120 des Injektorkolbens 92 mit dem Ringraum 122 der Kammer 110 ausgerichtet ist, wodurch eine Entlüftung der Kammar- 110 in &@n Durchlaß 114 mittels des axialen Durchlasses 92a im Injektorkolbe^ und des RingraumesThe downward movement of the booster piston 90 drives the injector piston 92 down into the chamber 110 to expel the metered previously in the same steered fuel through the passage 112 in the lower end cap 68 into the injection nozzle sixteenth The injection stroke is ended when the annular space 120 of the injector piston 92 is aligned with the annular space 122 of the chamber 110, whereby a venting of the chamber 110 in & @ n passage 114 by means of the axial passage 92a in the injector piston ^ and the annular space
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92b ermöglicht wird, welcher mit dem .Durchlaß 124 in Verbindung steht, dar den Durchlaß 114 kreuzt. ■ ■92b is made possible, which with the .Pass 124 in connection that the passage 114 crosses. ■ ■
Wie Fig. 3 am deutlichsten zeigt, enthält die Düseneinheit des Injektors einen Düsenhalter 128, welcher eine im allgemeinen zylindrische Form aufweist und am oberen Ende mit einem Flanschteil versehen ist, der innerhalb der Bohrung des Injektorgehäuses durch die Düsenhaltemutter 60 in seiner Stellung festgeklemmt ist. Eine Kappenmutter 132, die auf das untere Ende des Halters 128 aufgeschraubt ist, befestigt den Düsenhauptteil 134 und die Paßstückscheibe 136 an dem Halter in axialer Ausrichtung mit demselben. Wie die vergrößerte Ansicht der Figur 5 am deutlichsten zeigt«, enthält die Düseneinheit ein Ventilelement 138, welches einen oberen zylindrischen Teil 140 aufweist, der innerhalb einer Bohrung 142 des Hauptteils 134 verschiebbar angeordnet ist. Ein unterer zylindrischer Teil 144 des Ventilelements weist einen verringerten Durchmesser auf und begrenzt mit der Bohrung 142 einen ringförmigen Brennstoffdurchlaß 146. Der Teil 144 des Ventilelements endet in einer konischen Spitze 148, welche mit dem konischen Ventilsitz 150 am unteren Ende des Ventilhauptteils zusammenwirkt. Spritzöffnungen 152 im unteren Ende des Ventilhauptteiles lenken den eingespritzten Brennstoff in einem vorherbestimmten Spritzschema in eine Verbrennungskammer des Motors,As shown most clearly in Figure 3, the nozzle assembly of the injector includes a nozzle holder 128 which is generally cylindrical in shape and has a flange portion at the top which is clamped in place within the bore of the injector housing by the nozzle retaining nut 60. A cap nut 132 screwed onto the lower end of the holder 128 secures the nozzle body 134 and spigot washer 136 to the holder in axial alignment therewith. As the enlarged view of FIG. 5 shows most clearly, the nozzle unit contains a valve element 138 which has an upper cylindrical part 140 which is arranged displaceably within a bore 142 of the main part 134. A lower cylindrical portion 144 of the valve element is of reduced diameter and defines an annular fuel passage 146 with the bore 142. The portion 144 of the valve element terminates in a conical tip 148 which cooperates with the conical valve seat 150 at the lower end of the valve body. Injection orifices 152 in the lower end of the valve body direct the injected fuel into a combustion chamber of the engine in a predetermined spray pattern,
Der eingespritzte Brennstoff gelangt aus dem Durchlaß 112 der unteren Endkappe des Injektors in einen Verbindungsdurchlaß 154 im Halter 128, wie Fig. 2 zeigt, in einen Durchlaß 156 im Paßstück 136 und von dort'in den Ringraum 158 des Hauptteils 134, aus welchem derselbe durch den Durchlaß 160 des Hauptteils in den Ring-.raum 162 und von dort durch den ringförmigen Durchlaß 146 in das untere Ende des Hauptteils fließt. Der hohe Einspritzdruck innerhalb des Ringraumes 162 und des Durchlasses 146 wirkt gegen die Schulter des Ventilelements und hebt dasselbe von seinem Sitz ab, um die Strömung durch die Öffnungen 152 in bekannter Weise zu ermöglichen. The injected fuel passes from the passage 112 of the lower end cap of the injector into a connecting passage 154 in the holder 128, as shown in FIG the passage 160 of the main part flows into the annular space 162 and from there through the annular passage 146 into the lower end of the main part. The high injection pressure within annulus 162 and passage 146 acts against the shoulder of the valve element and lifts it from its seat to permit flow through orifices 152 in a known manner.
Bei der üblichen Düse wird das Ventilelement durch eine kräftige Feder innerhalb des Düsenhalters nach unten gegen seinen Sitz ge-With the usual nozzle, the valve element is pushed downwards against its seat by a strong spring inside the nozzle holder.
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drückt. Die Feder muß eine genügende Kraft auf das Ventilelement ausüben, um die Öffnung und Schließung des Ventils während der höchsten Einspritz- und Verbrennungskammerdruckbedingungen des Vollastbetriebes richtig zu regeln. Da öieselmotoren während des größeren Teils der Zeit nicht mit voller Belastung betrieben werden, erfordern die meisten Betriebsbedingungen nicht die hohe Schließkrafteigenschaft einer üblichen Ventilfeder, welche deshalb unnötig und tatsächlich unerwünscht ist. Während des Anlassens, des Leerlaufs und des Teillastbetriebes ist es beispielsweise vorzuziehen, den Brennstoffeinspritzdruck und den Ventilschließdruck in einer im Einklang stehenden Weise zu verringern, wie vorstehend ausgeführt wurde. Gemäß der Erfindung wird diese wünschenswerte Funktion durch hydraulische Belastung des Ventilelements bewirkt, wie nachstehend beschrieben wird.presses. The spring must exert sufficient force on the valve element to allow the valve to open and close during the to regulate the highest injection and combustion chamber pressure conditions of full load operation correctly. Since diesel engines during the If not operated at full load for more of the time, most operating conditions will not require the high Closing force property of a conventional valve spring, which is therefore unnecessary and actually undesirable. While starting, For example, during idling and part-load operation, it is preferable to adjust the fuel injection pressure and the valve closing pressure in a consistent manner as outlined above. According to the invention, this desirable function caused by hydraulic loading of the valve element, as will be described below.
Ein Kolben 164 ist innerhalb einer Bohrung 166 der Paßstückscheibe 136 verschiebbar angeordnet und mit dem Ventilelement 138 mittels eines Zapfens I68 verbunden, der sich vom oberen Ende des Ventilelements in eine entsprechende Bohrung im Kolben erstreckt. Ein Teil 170 des Kolbens mit verringertem Durchmesser erstreckt sich nach oben in eine Bohrung 172 des Halters 128. Der Teil 170 des Kolbens weist einen Durchmesser auf, der kleiner ist als jener der Bohrung 172. Eine schwache Spiralfeder 174, die zusammengedrückt innerhalb der Bohrung 172 angeordnet ist, liegt gegen das obere Ende der Bohrung an und an ihrem unteren Ende gegen den Teil 170 des Kolbens, so daß sie dazu dient, den Kolben und demnach das Ventilelement nach unten zu drücken.A piston 164 is within a bore 166 of the adapter disk 136 arranged displaceably and with the valve element 138 by means of connected to a pin I68 extending from the top of the Valve element extends into a corresponding bore in the piston. A portion 170 of the piston of reduced diameter extends up into a bore 172 of the holder 128. The part 170 of the piston has a diameter which is smaller than that of the bore 172. A weak coil spring 174, which is arranged compressed within the bore 172, opposes the upper end of the bore at and at its lower end against the part 170 of the piston, so that it serves the piston and accordingly to push the valve element down.
Es sind Einrichtungen vorgesehen, um den Hochdruckbrennstoff aus der gemeinsamen Druckleitung in die Bohrung 172 des Halters einzuführen. Diese Einrichtungen bestehen aus einem Durchlaß 176 im Zylinder 64 des Injektors, welcher sich von dem Durchlaß 78 in der oberen Endkappe 66 durch den Zylinder nach unten erstreckt, um mit dem Durchlaß 178 in der unteren Endkappe 68 und mit dem Durchlaß 180 im Düsenhalter 128 in Verbindung zu kommen, wobei der letztere öurchlaß in das obere Ende der Halterbohrung 172 mündet. Der in die Bohrung 172 eingeführte Druck der gemeinsamen Druckleitung wirkt gegen den Kolben 164 und dient daher da:;u, kon-Means are provided for introducing the high pressure fuel from the common pressure line into the bore 172 of the holder. These devices consist of a passage 176 in cylinder 64 of the injector which extends from passage 78 in FIG of the upper end cap 66 extends down through the cylinder to connect with the passage 178 in the lower end cap 68 and with the Passage 180 in the nozzle holder 128 to come into communication, the latter ö passage in the upper end of the holder bore 172 flows out. The pressure introduced into the bore 172 of the common Pressure line acts against piston 164 and therefore serves as:; u, con-
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tinuierlich einen Schließdruck auf das Ventilelement 138 der Düse auszuüben. Die durch den Kolben erzeugte Schließkraft und das Hochdruckmedium der gemeinsamen Druckleitung sind selbstverständlich von der Fläche des Kolbens abhängige Die Verwendung eines Kolbens mit einem Durchmesser, der wesentlich größer ist als jener des Ventilelements, dient dazu, die Ventilschließkraft zu verstärken. Wie nachstehend beschrieben wird, wird die schwache Feder 174 nur während des Anlassens des Motors benötigt,, um das Ventil zu schließen, bis der Druck in der gemeinsamen Druckleitung des Brennstoffsystems hergestellt ist. Von der Bohrung 166 erstreckt sich ein Durchlaß 182 durch die Paßstückscheibe und den Halter nach oben durch die untere Endkappe in den Sumpf 183. Irgendein Brennstoff, der rund um den Ventilteil 142 oder den Kolben 164 leckt, wird durch den Durchlaß 182 in den Sumpf abgeführt.continuously a closing pressure on the valve element 138 of the nozzle exercise. The closing force generated by the piston and the high pressure medium of the common pressure line are a matter of course The use of a piston with a diameter much larger than that depending on the area of the piston of the valve element, serves to increase the valve closing force. As will be described below, the weak spring 174 only needed during engine starting, to close the valve until the pressure in the common pressure line of the fuel system is established. From hole 166 A passage 182 extends through the spud washer and retainer up through the lower end cap into sump 183. Any Fuel leaking around valve portion 142 or piston 164 is discharged through passage 182 into the sump.
Die Wirkungsweise des universellen Systems ergibt sich aus den oben erwähnten Patentschriften und aus der vorstehenden allgemeinen Beschreibung. Die Wirkungsweise des Injektors braucht nur kurz beschrieben zu werden, da sie im wesentlichen die gleiche ist, wie in der amerikanischen Patentschrift 3.587.547 beschrieben wird, obwohl einige strukturelle Unterschiede vorhanden sind, zum Beispiel die Anordnung der Venti!betätigungseinrichtung 54. Von hauptsächlicher Wichtigkeit ist die hydraulische Belastung des Düsenventils, um eine proportionale Veränderung des Ventilschließdrucks mit dem Einspritzdruck und die Belastung des Ventilelementes mit dem Hochdruckmedium der gemeinsamen Druckleitung des universellen Systems zu ermöglichen.The mode of operation of the universal system results from the patents referenced above and from the general description above. The mode of action of the injector only needs briefly as it is essentially the same as that described in US Pat. No. 3,587,547 although there are some structural differences, such as the location of the valve actuator 54. The hydraulic load on the nozzle valve is of primary importance in order to achieve a proportional change in the valve closing pressure with the injection pressure and the loading of the valve element with the high pressure medium of the common pressure line of the universal System to enable.
In Fig. 3 sind der Verstärkerkolben 90 und der Injektorkolben 92 in der angehobenen Stellung gezeigt, wobei die Einspritzkammer . 110 nach dem Durchlaß 118 hin offen ist, was die Füllung der Kammer 110 mit dem abgemessenen Brennstoff ermöglicht, der aus der universellen Brennstoffmeß- und -verteilervorrichtung 24 zugeführt wird. Beim Empfang eines Signals von dem einstellbaren Betätigungs-\ signalgenerator 40 öffnet die elektromagnetische Ventilbetätigungseinrichtung 54 das Ventil 86, so daß der Hochdruck der gemeinsamen Druckleitung.aus der Kammer 82 abfließen kann und daher dem Servokolben ermöglicht wird, sich nach unten ilain die Stellung der Fi-In Fig. 3, the booster piston 90 and the injector piston 92 are shown in the raised position, with the injection chamber. 110 after the passage 118 is open, what the filling of the chamber 110 with the metered fuel that is supplied from the universal fuel metering and distribution device 24 will. When receiving a signal from the adjustable actuation \ signal generator 40 opens the electromagnetic valve actuator 54, the valve 86, so that the high pressure of the common Druckleitung.aus the chamber 82 can flow and therefore the servo piston is made possible to move down ilain the position of the fi
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gur 4 zu bewegen. Gleichzeitig werden der Ringraum 102 und die Öffnung 100 für den Hochdruck der gemeinsamen Druckleitung geöffnet, so daß der Verstärkerkoleben und der Injektorkolben betätigt werden und auch der Durchlaß 118 abgesperrt wird, der den abgemessenen Brennstoff in die Einspritzkammer 110 zuführte. Wenn sich der Verstärkerkolben und der Injektorkolben nach unten bewegen, wird Brennstoff aus der Kammer 110 durch die Durchlässe 112, 154, 156, 16O in den Ringraum 162 und von dort längs des ringförmigen Durchlasses 146 zugeführt. Der Einspritzdruck, der gegen -das abgestufte Düsenventil wirkt, ist genügend groß, um die Ventilschließkraft des auf den Kolben 164 wirkenden Drucks der gemeinsamen Druckleitung plus der kleinen Kraft der schwachen Feder 174 zu überwinden, so daß das Ventilelement geöffnet wird, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Der längs des Ventilsitzes vorbeigehende Brennstoff wird durch die Spritzöffnungen 152 nach einem Spritzschema in die Verbrennungskammer s des Motors eingespritzt, wie in Fig. 5 schematisch dargestellt ist.gur 4 to move. At the same time, the annular space 102 and the opening 100 for the high pressure of the common pressure line are opened, so that the booster piston and the injector piston are actuated and the passage 118, which feeds the metered fuel into the injection chamber 110, is also blocked. As the intensifier piston and injector piston move downward, fuel is supplied from the chamber 110 through the passages 112, 154, 156, 160 into the annulus 162 and from there along the annular passage 146. The injection pressure which acts against the graduated nozzle valve is sufficiently great to overcome the valve closing force of the pressure of the common pressure line acting on the piston 164 plus the small force of the weak spring 174, so that the valve element is opened, as shown in FIG. 5 is shown. The fuel passing along the valve seat is injected into the combustion chamber s of the engine through the injection ports 152 according to an injection pattern, as is shown schematically in FIG.
Wenn der Ringraum 120 des Injektorkolbens pit dem Ringraum 122 der Kammer 110 in Verbindung steht, ist der Einspritzhub beendet, das Ventil 86 (Fig. 2) schließt sich und der Servokolben wird in die angehobene Stellung zurückgeführt, um die Wiederfüllung der Einspritzkammer 110 mit der nächsten Menge des abgemessenen Brennstoffs zu ermöglichen. Wenn der Einspritzdruck bei Beendigung des Einspritzhubes des Injektorkolbens abnimmt, schließt das Ventilelement 138 der Düse gegen seinen Sitz unter dem Einfluß der hydraulischen Belastungskraft des Drucks der gemeinsamen Druckleitung, um die Einspritzung abzusperren und das Ventilelement während der Verbrennung des eingespritzten Brennstoffs gegen den Verbrennungskammerdruck geschlossen zu halten.When the annular space 120 of the injector piston pit the annular space 122 the chamber 110 is in communication, the injection stroke is ended, the valve 86 (Fig. 2) closes and the servo piston is returned to the raised position to refill the To allow injection chamber 110 with the next amount of metered fuel. When the injection pressure upon termination As the injection stroke of the injector piston decreases, the valve element 138 of the nozzle closes against its seat under the influence the hydraulic loading force of the common rail pressure to shut off the injection and the valve element to keep the injected fuel closed against the combustion chamber pressure during the combustion of the injected fuel.
Es ist ersichtlich, daß der Einspritzdruck des Brennstoffs stets höher sein wird als der Druck der gemeinsamen Druckleitung durch das Verstärkerverhältnis, das durch den Flächenunterschied zwischen dem Verstärkerkolben und dem Injektorkolben hergestellt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt dieses Verhältnis 3:1. Die S. zulässige Einstellbarkeit des Drucks der gemeinsamen Druckleitung während des Laufs des Motors bewirkt eine kon-It can be seen that the injection pressure of the fuel will always be higher than the pressure of the common rail due to the intensifier ratio which is established by the difference in area between the intensifier piston and the injector piston. In the preferred embodiment this ratio is 3: 1. The S. permissible adjustability of the pressure of the common pressure line while the engine is running causes a con-
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seqüente Einstellung des Einspritzdrucks und der Einspritzdauer. Der Einspritzdruck kann daher jederzeit den Erfordernissen des Motors angepaßt werden.sequential adjustment of the injection pressure and the injection duration. The injection pressure can therefore always meet the requirements of the Motor can be adapted.
Bei Leerlauf und bei Teilbelastung ist beispielsweise ein Einspritzdruck von nur 175 kp/cm wünschenswert, was einem Druck derAt idle and at partial load there is an injection pressure, for example of only 175 kp / cm desirable, which is a pressure of the
gemeinsamen Druckleitung von ungefähr 58,8 kp/cm entspricht. Andererseits ist bei voller Belastung ein Einspritzdruck von 630 kp/cm (Druck der gemeinsamen Druckleitung von 210 kp/cm ) notwendig,' da unter diesen Bedingungen die Verbrennungskammerdrücke hoch sind.common pressure pipe of approximately 58.8 kgf / cm. on the other hand an injection pressure of 630 kp / cm (pressure of the common pressure line of 210 kp / cm) is necessary at full load, ' since under these conditions the combustion chamber pressures are high.
Bei der vorliegenden hydraulisch belasteten Düse befindet sich die auf das Düsenventil wirkende Schließkraft automatisch auf einem hohen Niveau, wenn hohe Verbrennungskammerdrücke auftreten, da hohe Einspritzdrücke und dejnnach ein hoher Druck der gemeinsamen Druckleitung bei hoher Motorbelastung notwendig sind. Bei einer üblichen federbelasteten Düse wird jedoch die Feder so gewählt, daß sie das Düsenventil gegen die auftretenden maximalen Verbrennungskammerdrücke schließt, welche Kraft beispielsweise einen Brennstoffeinspritzdruck von 224 kp/cm erfordern kann, nur um die Düse zu öffnen. Da die übliche Feder stets die gleiche Schließkraft auf das Düsenventil ausübt, ist der gleiche öffnungsdruck von 224 kp/cm unter allen Bedingungen erforderlich, einschließlich des Anlassens, des Leerlaufs und der Teilbelastung. Da Versuche gezeigt haben, daß der typische Motor im Leerlauf am besten mit Einspritzdrücken von nur 175 kp/cm arbeitet, ist es unmöglich, die optimale Anpassungsfähigkeit der Wirkungsweise mit einer federbelasteten Art der Düse zu erzielen. Da die Düsen-•schließkraft zu dem Druck der gemeinsamen Druckleitung und zum Einspritzdruck direkt proportional ist, kann bei der hydraulisch belasteten Düse die Düsenöffnungskraft verändert werden, um den optimalen Einspritzdruck an den Spritzöffnungen der Düse zu erzielen. In the present hydraulically loaded nozzle, there is the closing force acting on the nozzle valve automatically at a high level when high combustion chamber pressures occur, because high injection pressures and consequently a high pressure of the joint Pressure line are necessary with high engine loads. In a common spring-loaded nozzle, however, the spring is chosen so that it closes the nozzle valve against the occurring maximum combustion chamber pressures, which force, for example may require a fuel injection pressure of 224 kgf / cm just to open the nozzle. Since the usual spring is always the same Closing force exerted on the nozzle valve is the same opening pressure of 224 kgf / cm is required under all conditions including cranking, idling and partial loading. Since tests have shown that the typical engine idles best with injection pressures as low as 175 kgf / cm, it is impossible to achieve the optimal adaptability of the mode of operation with a spring-loaded type of nozzle. Since the nozzle • closing force is directly proportional to the pressure of the common pressure line and to the injection pressure, the hydraulic loaded nozzle, the nozzle opening force can be changed in order to achieve the optimum injection pressure at the injection openings of the nozzle.
Während des Anlassens des Motors dreht sich die übliche Brennstoffeinspritzpumpe sehr langsam mit einem Pumpzyklus von entsprechend langer Dauer und einer Gelegenheit, daß ein wesentlichesThe usual fuel injection pump rotates while the engine is starting very slow with a pumping cycle of suitably long duration and an opportunity that a substantial one
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Ausmaß des Leckens erfolgt. Bei einer federbelasteten Düse wird das Problem des Leckens während des Anlassens von großer Bedeutung, da ein typischer Druck von 224 kp/cm erzeugt werden muß, nur um das Ventil zu öffnen.Extent of leakage occurs. With a spring loaded nozzle, the problem of leakage during cranking becomes of great concern, since a typical pressure of 224 kgf / cm must be generated just to open the valve.
Bei dem beschriebenen universellen System hingegen kann sich die hydraulisch belastete Düse während des Anlassens öffnen, wenn ein Einspritzdruck von nur 35 kp/cm erzielt ist. Die Druckpumpe der gemeinsamen Druckleitung braucht während dieser kritischen Perjiode nur 11,9 kp/cm zu erzeugen, ein Druck, der leicht erzielbar ist, selbst wenn die Leistungsfähigkeit der Pumpe durch Abnützung oder Herstellungstoleranzen vermindert ist.In the case of the universal system described, however, the hydraulically loaded nozzle can open during starting if a Injection pressure of only 35 kp / cm is achieved. The pressure pump of the common pressure line needs during this critical period to generate only 11.9 kp / cm, a pressure that is easily achievable, even if the performance of the pump is worn out or manufacturing tolerances are reduced.
Wenn das Anlassen versucht wird in Abwesenheit der schwachen Feder 174 in der Bohrung 172, die auf den Kolben 164 einwirkt, bis ein genügender Druck in der gemeinsamen Druckleitung hergestellt ist, würde eine ungenügende Schließkraft für das Düsenventil vorhanden sein, um dasselbe gegen den Kompressionsdruck in der Verbrennungskammer geschlossen zu halten. Der Verbrennungsluft mmerdruck würde dann die Düse von ihrem Sitz abheben und Luft in den Brennstoffdurchlaß einführen, so daß die Strömung der abgemessenen Brennstoffs unterbrochen wird. Durch die Anordnung der Fpder wird dies wirksam verhindert und dieselbe erfordert nur eine kleine Öffnungskr^ft. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Feder eine Kraft von ungefähr 3 kg, was eiriean Einspritzdruck von 35 kp/cm" erfordert, um das Düsenventil beim Fehlen irgendeines Drucks der gemeinsamen Druckleitung zu öffnen. Diese Federkraft wird selbstverständlich zu der Schließkraft addiert, welche durch den Druck der gemeinsamen Druckleitung auf das Düsenventil ausgeübt wird, aber während des normalen Betriebes wird nur ein kleiner Bruchteil der Schließkraft vorhanden sein und die vorteilhafte Veränderung der Schließkraft im Einklang mit der Veränderung des Einspritzdrucks nicht behindern. If starting is attempted in the absence of the weak spring 174 in the bore 172 acting on the piston 164 until sufficient pressure is established in the common pressure line, there would be insufficient closing force for the nozzle valve to act against the compression pressure in to keep the combustion chamber closed. The combustion air pressure would then lift the nozzle from its seat and introduce air into the fuel passage so that the flow of the metered fuel is interrupted. This is effectively prevented by the arrangement of the conveyors and only requires a small opening force. In a preferred embodiment of the invention the spring has a force of approximately 3 kg, which requires an injection pressure of 35 kgf / cm "to open the nozzle valve in the absence of any pressure in the common rail. This spring force is of course added to the closing force which is exerted on the nozzle valve by the pressure of the common pressure line, but during normal operation there will be only a small fraction of the closing force and will not hinder the advantageous change in the closing force in accordance with the change in the injection pressure.
Obwohl das hydraulisch belastete Düsenventil vorzugsweise in Verbindung mit dem beschriebenen universellen Brennstoffeinspritzsystem durch Benüt ung des Drucks der gemeinsamen Druckleitung denselben verwendet wird, können andere Anordnungen für die hydrnu-Although the hydraulically loaded nozzle valve is preferably connected the same with the universal fuel injection system described by using the pressure of the common pressure line is used, other arrangements for the hydraulic
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lische Belastung des Düsenventils in einer veränderlichen Weise ausgebildet werden, um die genwünschten funktioneilen Vorteile zu erzielen.Lische load of the nozzle valve can be designed in a variable manner in order to achieve the desired functional advantages achieve.
Die zulässige Veränderung der Dusenschließkraft mit der Belastung·, des Motors verbessert nicht nur die Wirkungsweise des Motors, sondern durch Verringerung der durchschnittlichen Schließkraft auf den Düsensitz wird zusätzlich die Abnützung des Ventilelements und des Sitzes verringert und die Lebensdauer der Düse beträchtlich erhöht.The permissible change in the nozzle closing force with the load, of the motor not only improves the efficiency of the motor, but also by reducing the average clamping force the nozzle seat, the wear on the valve element and the seat is also reduced and the service life of the nozzle is considerably reduced elevated.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene beispielsweise Ausführungsform beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. The invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiment, which has various modifications can experience without departing from the scope of the invention.
P atentansprüche Patent claims
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