DE2439374A1

DE2439374A1 - FUEL INJECTION SYSTEM

Info

Publication number: DE2439374A1
Application number: DE19742439374
Authority: DE
Inventors: Stanley John Kranc; Ziedonis I Krauja; Jun Joseph Patrick Little
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1973-08-22
Filing date: 1974-08-14
Publication date: 1975-02-27
Also published as: BE819103A; CA1002836A; JPS5045122A; JPS58102770U; IT1018950B; GB1474216A

Description

Hamburg, den.8. August'1974 163374 .1210 FEBHamburg, 8. August 1974 163374 .1210 FEB

Priorität: 22. August 1973, LJ.S..A., . Pat.Anm.Nr. 390 540Priority: August 22, 1973, LJ.S..A.,. Pat. Note no. 390 540

Anmelder:Applicant:

Caterpillar Tractor Co.
Paoria, 111., U.S.A. Caterpillar Tractor Co.
Paoria, 111., USA

Kraftstoff-EinspritzsystemFuel injection system

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoff-Einspritzsystem und betrifft insbesondere eine Ventilanordnung in einem Kraftstoffsystem, um Kavitation zu verhindern.The present invention relates to a fuel injection system and more particularly relates to a valve assembly in a fuel system to prevent cavitation.

Kraftstoff-Einspritzsysteme erfordern eine ziemlich scharfe Absperrung des Kraftstoffes an der Einspritzdüse, um ein Tröpfeln zu verhindern, welches wiederum zu einer schlechten Verbrennung und zu einer Vergeudung von Kraftstoff führen würde. Bei hohen Einspritzdrücken und hohen Maschinengβ-schwindigkeiten bzw. IKlotordrehzahlen kann diese scharfe bzw.Fuel injection systems require a fairly sharp one Shutting off the fuel at the injection nozzle to prevent dripping, which in turn leads to poor Combustion and waste of fuel would. At high injection pressures and high machine speeds or IKlotor speed can this sharp or

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schlagartige Absperrung erhebliche Druckschwenkungen in den Leitungen zwischen der Einspritzpumpe und der Düse hervorrufen. Dies kann zu Kavitation führen, wenn der Druck in den Einspritzleitungen unter den Dampfdruck des Kraftstoffes abfällt.sudden shut-off cause considerable pressure fluctuations in the lines between the injection pump and the nozzle. This can lead to cavitation if the pressure is in the injection lines drops below the vapor pressure of the fuel.

Der bekannte Stand der Technik versucht diesem Problem dadurch zu begegnen, daß die in dem System entwickelten Sekundärdruckwellen gedämpft werden. Hierzu werden mehrere Drosselstellen verwendet', um die Druckwellen zu dämpfen, während eine Flüssigkeitsströmung zugelassen wird. Beispiele für diesen Stand der Technik sind in den. US-Patenten 2 888 876 (Nichols) und 3 364 863 (Olszewski) beschrieben. Der wesentliche Nachteil dieser Methode₍besteht darin, daß sie den Betrieb einer maschine im Bereich hoher Drehzahlen verhindert. Die Drosselstellen verringern die für diesen hochtourigen Betrieb erforderlichen Strömungsraten.The known prior art attempts to counter this problem by attenuating the secondary pressure waves developed in the system. For this purpose, several throttling points are used to dampen the pressure waves while a flow of liquid is allowed. Examples of this prior art are given in. U.S. Patents 2,888,876 (Nichols) and 3,364,863 (Olszewski). The main disadvantage of this method ₍ is that it prevents a machine from operating at high speeds. The throttling points reduce the flow rates required for this high-speed operation.

Zur Vermeidung dieser Nachteile bezweckt die Erfindung die Schaffung einer einfachen Einspritzventilanordnung.To avoid these disadvantages, the invention aims to provide a simple injection valve arrangement.

Die Erfindung bezweckt ferner, eine einfache und preisgünstige Ventilanordnung zu schaffen, durch welche das Problem der Kavitation in einem Kraftstoff-Einspritzsystem wirksam verhindert werden kann.The invention also aims to provide a simple and inexpensive valve arrangement through which the Problem of cavitation in a fuel injection system can be effectively prevented.

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Hierfür ist erfindungsgemäß eine einfache Rückschlagventilanordnung mit einem Auslaß- und einem Rückschlagventil vorgesehen, um die Druckschiuankungen zu verringern, die die Kavitation in Kraftstoff-Einspritzsystem hervorrufen.According to the invention, a simple check valve arrangement is provided for this purpose provided with an outlet and a check valve to reduce the pressure fluctuations that cause cavitation in the fuel injection system.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzanordnung meist ein scheibenförmiges Auslaßventil und ein Rückschlagventil auf, welches mit dem Auslaßventil kombiniert ist, um den Sekundärdruck zu steuern und damit den durch Kavitation verursachten Verschleiß bzw. die Zerfressung der Kraftstoffleitung herabzusetzen. Ein wesentlicher i/orteil der Srfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß nach dem öffnen des Ventils . ein störungsfreier, ungehinderter Durchlaß für die Kraftstoffzufuhr gewährleistet ist.A preferred embodiment of an inventive Fuel injection assembly usually has a disc-shaped outlet valve and a check valve, which with the Exhaust valve is combined to control the secondary pressure and thus the wear caused by cavitation or reduce the pitting of the fuel line. An essential i / orteil of the invention Arrangement is that after opening the valve. a trouble-free, unobstructed passage for the fuel supply is guaranteed.

Weitere Vorzüge und lYlerkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in welchen die Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt ist. Dabei zeigen: Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungeform eines erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzsystems undFurther advantages and features of the invention emerge from the claims as well as from the following description and the drawing in which the invention is explained and illustrated, for example. Show: Fig. 1 is a sectional side view of a preferred embodiment of an inventive Fuel injection system and

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie H-IIFig. 2 shows a cross section along the line H-II

in Fig. 1.in Fig. 1.

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Die in Fig. 1 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfaßt allgemein ein Gehäuse 10 mit einem Tauchkolben 12, der in einer Bohrung 14 des Gehäuses hin- und herbeiuegbar "angeordnet ist. Ein Kraftstoff-Einlaßkanal 16 ist in dem Gehäuse ausgebildet und stellt eine Verbindung zwischen einer nicht dargestellten Kraftstoffquelle und der ■Bohrung 14 her. Eine Pumpendruckkammer 18 ist im Ende der Bohrung 14 zwischen dem Tauchkolben 12 und einem Ansatzoder Verlängerungsstück. 20 ausgebildet. Das Verlängerungsstück bildet mit dem Ende des Gehäuses 10 eine Halterung für ein Auslaßventil und meist eine Auslaßöffnung 22 auf, die für den Betrieb in üblicher Weise zur Zuführung des unter Druck stehenden Kraftstoffes an die Einspritzdüsen angeschlossen ist.The illustrated in Fig. 1, preferred embodiment of the Invention generally comprises a housing 10 having a plunger 12 which reciprocates in a bore 14 of the housing A fuel inlet channel 16 is arranged is formed in the housing and provides a connection between a fuel source, not shown, and the ■ Hole 14 ago. A pump pressure chamber 18 is in the end of the Bore 14 between the plunger 12 and a neck or extension piece. 20 trained. The extension piece forms with the end of the housing 10 a holder for an outlet valve and usually an outlet opening 22, for the operation in the usual way to supply the pressurized fuel is connected to the injectors.

Zu der Auslaßventilanordnung des Einspritzsystems gehört ein ringförmiger, die Bohrung 14 umfassender Ventilsitz 24 und ein scheibenförmiges Ringventil 26, welches einen am Ventilsitz 24 anliegenden Teil 28 aufweist. Ein im wesentlichen ringförmiges Führungs- und Anschlagglied 30 ist auf die Oberseite des Ventilgliedes 26 aufgesetzt und wird auf diesem durch die Vorspannung einer Feder 32 gehalten, welche zwischen dem Führungs- und Anschlagteil 30 und einer in dem Gehäuseaufsatz 20 ausgebildeten Schulter 34 angeordnet ist, um das Ventil in Schiießberührung mit seinem VentilsitzThe outlet valve arrangement of the injection system includes an annular valve seat 24 encompassing the bore 14 and a disk-shaped annular valve 26 which has a part 28 resting on the valve seat 24. A substantially annular guide and stop member 30 is placed on the top of the valve member 26 and is held on this by the bias of a spring 32 which is arranged between the guide and stop part 30 and a shoulder 34 formed in the housing attachment 20 the valve in closing contact with its valve seat

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vorzuspannen. Der Führungs- und Anschlagteil 30,dessen Form am deutlichsten in Fig. 2 zu erkennen ist, .meist · bogenförmige Führungsflächen 36 auf, die mit der Wand einer Bohrung 38 zusammenwirken, um eine'seitliche Verschiebung des Ventilelementes zu verhindern. Der Führungsteil weist ferner abge-r flachte Randteile 40 auf, um einen im wesentlichen ungehinderten Strömungsweg 42 für die Strömung dar unter Druck gesetzten Flüssigkeit von der Kammer 18 zum Auslaß 22 vorzu- ■ sehen. Die oben liegende Fläche des Führungs- und Anschlagteiles 30 trifft auf eine Schulter 44 in dar Bohrung des Verlängerungsteiles, um die Aufwärtsbewegung. dee Ventil- "'· elementas 26 zu begrenzen.to pretension. The guide and stop part 30, its shape can be seen most clearly in FIG. 2, mostly arcuate Guide surfaces 36, which with the wall of a hole 38 cooperate in order to displace the valve element laterally to prevent. The guide part also has ab-r flattened edge portions 40 to provide a substantially unobstructed flow path 42 for flow to be pressurized To provide liquid from the chamber 18 to the outlet 22. The upper surface of the guide and stop part 30 meets a shoulder 44 in the bore of the extension member to permit upward movement. dee valve- "'· elementas 26 limit.

Ein Rückschlag-Strömungsventil zur Sekundärdruckentlastung, umfaßt eine in dem Ventilelement 26 ausgebildete Pflittelbohrung 46 und schließt einen ringförmigen Ventilsitz 488 und ein an diesem anliegendes scheibenförmiges Ventilelement 50 ein. Zu dem scheibenförmigen Ventilelement 50 gehört ein länglicher Stößel, der von diesem auf der der Pumpenkammer 18 abgekehrten Seite nach oben vorsteht und einen Halteteil 54 trägt, welcher am oberen Ende des Stößels angreift, um eine zwischen dem Halterungsteil und dem Ventilelement 26 angeordnete Druckfeder 56 zurückzuhalten. Eine Scheibe 58 zur Einstellung der Federspannung kann zwischen der Feder 56 und dem Ventilelement 26 vorgesehen sein, um den Schließdruck des Rückschlagventiles einzustellen. A non-return flow valve for relieving secondary pressure comprises a planted bore 46 formed in the valve element 26 and includes an annular valve seat 488 and a disk-shaped valve element 50 resting thereon. The disk-shaped valve element 50 includes an elongated tappet which protrudes upward therefrom on the side facing away from the pump chamber 18 and carries a holding part 54 which engages the upper end of the tappet in order to hold back a compression spring 56 arranged between the holding part and the valve element 26 . A disk 58 for adjusting the spring tension can be provided between the spring 56 and the valve element 26 in order to adjust the closing pressure of the check valve.

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Diese sehr einfach und preisgünstig aufgebaute Anordnung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Steuerung der Sekundärdrücke in einem Einspritzsystem und verhindert gleichzeitig eine Bedämpfung des eigentlichen Einspritzzyklus. Der scheibenförmige Ventilaufbau nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht den vereinfachten Aufbau und eliminiert gleichzeitig Störungen und eine übermässige Dämpfung der Flüssigkeitsströmung, ujie sie beim Stand der Technik auftreten. .This very simple and inexpensive arrangement advantageously allows control of the Secondary pressures in an injection system and at the same time prevents damping of the actual injection cycle. The disc-shaped valve structure according to the present invention enables the simplified structure and simultaneously eliminates interference and excessive Attenuation of the liquid flow, ujie it at the level of the Technique occur. .

UJe π η sich im Betrieb der erf indungsgemäßen Anordnung der Kolben 12 beim Einspritzzyklus in der Bohrung 14 nach oben bewegt, preßt er die in der Kammer 18 eingeschlossene, unter Druck gesetzte Flüssigkeit nach oben gegen die Stirnfläche des Ventils 26, um dieses von seinem Sitz abzuheben und nach oben gegen den Anschlag 44 zu bewegen. Die unter Druck gesetzte Flüssigkeit strömt nach außen gegen die in der Auslaßöffnung 22, den Einspritzleitungen und der Einspritzdüse enthaltenen Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit wird somit unter Druck gesetzt, und wenn das Einspritzdüsenventil öffnet, beginnt der Einspritzvorgang in den Kompressionsraum eines Motors, liienn der Tauchkolben 12 das Ende seines Hubes erreicht, endet der Einspritzvorgang,und das Ventil schließt.UJe π η in operation of the inventive arrangement of the Piston 12 moves upward in bore 14 during the injection cycle, it presses the enclosed in chamber 18, pressurized fluid up against the face of valve 26 to lift it from its seat and move up against the stop 44. The pressurized liquid flows outward against the in the outlet port 22, the injection lines and the injection nozzle. This liquid will thus pressurized, and when the injector valve opens, the injection process begins in the compression chamber of an engine, the plunger 12 liienn the end of its Stroke, the injection process ends, and the valve closes.

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Infolge der schlagartigen Unterbrechung des Einspritzzyklus treten Sekundärdrücke auf. Diese. Drücke werden durch Stoßwellen hervorgerufen, welche aus den hohen Drücken an der Düse entstehen, die zur Pumps zurücklaufen. Weil das Ventil 26 eine Rückströmung verhindert, könnten diese hohen Sekundärdrücke zu einer Kavitation führen, die durch einen infolge der schnellen Rückschlag- oder Sekundärdruckwellen stellenweise in der Druckleitung auftretenden Abfall verursacht wird. Das erfimdungsgemäß vorgesehene Rückschlagventil 50 ist auf einen solchen Druck eingestellt, daß eine Entlastung oder Entlüftung dieses Sekundärdruckes oberhalb vorgeschriebener oder vorbestimmter Drücke, welche eine Kavitation hervorrufen könnten, zugelassen ist« Die Bedingungen für eine Kavitation treten allgemein bei höheren Betriebsgeschwindigkeiten oder Betriebsdrehzahlen auf, jedoch kann aufgrund des erfindungsgemäß vorgesehenen Rückschlagventiles 50 der Druck in den Einspritzleitungen in die Pumpen-Druckkammer 18 entlüftet werden. Der Ventildruck des Ventiles 50 ist ausreichend hoch eingestellt, um ein übermässiges Abfließen von Flüssigkeit aus den Einspritzleitungen zu vermeiden, welches andernfalls zu einer unerwünschten Verzögerung oder Unterbrechung beim Einspritzzyklus führen könnte.As a result of the sudden interruption of the injection cycle secondary pressures occur. These. Pressures are caused by shock waves, which result from the high pressures at the Nozzles are created that run back to the pumps. Because the valve 26 prevents a backflow, these high secondary pressures could lead to cavitation caused by the rapid backflow or secondary pressure waves waste occurring in places in the pressure pipe is caused. The check valve 50 provided according to the invention is set to such a pressure that a Relief or venting of this secondary pressure above prescribed or predetermined pressures, which a Cavitation could cause is permitted «The conditions for cavitation generally occur at higher levels Operating speeds or operating speeds, however, due to the check valve 50 provided according to the invention, the pressure in the injection lines in the pump pressure chamber 18 can be vented. The valve pressure of the valve 50 is set sufficiently high to a To avoid excessive drainage of liquid from the injection lines, which could otherwise lead to an undesirable delay or interruption in the injection cycle.

Die erfindungsgemäße Kombination dee Rückschlagventiles 50 ' und dem in Anordnung und Aufbau vereinfachten, während desThe inventive combination of the check valve 50 ' and the simplified in arrangement and construction, during the

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Injektionszyklus eine ungestörte Strömung zulassenden Auslaßventils vereinigt also den Vorteil einer ungehinderten Durchströmung beim Injektionszyklus, durch welchen eine äußerst wirksame Arbeitsweise des Injektionssystems gewährleistet ist, mit dem weiteren Wdrteil, daß gleichzeitig eine zerstörende Kavitation in den Einspritzleitungen sicher verhindert wird.Injection cycle an outlet valve allowing an undisturbed flow thus combines the advantage of an unimpeded flow during the injection cycle, through which a extremely effective operation of the injection system guaranteed is, with the further part, that at the same time destructive cavitation in the injection lines is reliably prevented.

- ANSPRÜCHE -- EXPECTATIONS -

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Claims

EXPECTATIONS . .

.J Kraftstoff-Einspritzsystem, dadurch gekennzeichnet., daß es ein Gehäuse (10) mit einer darin ausgebildeten zylindrischen Bohrung (14) aufweist, in weicher ein Tauchkolben (12) hin- und herbeiuegbar angeordnet ist und eine Kammer (18) abgrenzt,, daß Einlaß- und Auslaßöffnungen (16,22) mit der Bohrung in Verbindung stehen,· daß ein Auslaßventil (26) im Auslaßweg 'angeordnet und zur Steuerung der am Auslaß austretenden Druckflüssig- ' kaitsströmung in die vom Kolben abgekehrte Richtung *. offenbar ist, und daß zur Herabsetzung des Sekundärdruckes der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit Dämpfungsmittel vorgesehen sind, die ein dem Auslaßventil derart zugeordnetes Rückschlagventil (50) umfassen, daß bei einem vorbestimmten Druck eine unge- * hinderte Rückströmung der Flüssigkeit zur Kammer zugelassen ist..J Fuel injection system, characterized. That it has a housing (10) with a cylindrical bore (14) formed therein, in which a plunger (12) is arranged such that it can move back and forth, and a chamber (18) defines, that inlet and outlet openings (16,22) are in communication with the bore, · that an outlet valve (26) is arranged in the outlet path and is used to control the fluid pressure exiting at the outlet kaits flow in the direction away from the piston *. is evident, and that to reduce the secondary pressure of the liquid conveyed by the pump Damping means are provided which include a check valve (50) assigned to the outlet valve in such a way that, at a predetermined pressure, an un- * Prevented backflow of the liquid to the chamber is permitted.

2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (26) ein scheibenförmiges Ringventil ist, und daß das Rückschlagventil (50) in der Mitte des Auslaßventils montiert ist und Mittel zur Abgrenzung eines Öffnung (46) und eines die Bohrung (14) umfassenden ringförmigen Ventilsitzes (48) aufweist,2. Injection system according to claim 1, characterized in that that the outlet valve (26) is a disc-shaped ring valve, and that the check valve (50) in the Center of the exhaust valve is mounted and means for delimiting an opening (46) and a bore (14) comprising an annular valve seat (48),

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und daß ein scheibenförmiges Ventilelement (50) mit dem Ventilsitz.in Eingriff ist.and that a disc-shaped valve element (50) with the valve seat. is engaged.

3. Einspritisystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Ventilelement (50) des Rückschlagventils ein Stößel (52) gehört, der mit der Mitte des scheibenförmigen Ventilelementes (50)■verbunden ist und auf der dem Kolben abgekehrten Seite vorsteht, und daß eine Druckfeder (56) zwischen dem Stößel und' dem Aiagabeventil (26) angeordnet ist, durch welche das Rückschlagventil (50) gewöhnlich in der geschlossenen Stellung gehalten ist.3. injection system according to claim 2, characterized in that that the valve element (50) of the check valve includes a plunger (52) which is connected to the center of the disc-shaped valve element (50) ■ and on the the side facing away from the piston protrudes, and that a compression spring (56) between the plunger and 'the Aiagabeventil (26) through which the check valve (50) is usually held in the closed position is.

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