DE2461309A1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Description

Meissner & Meissner

PATE NTANWALTS B Cl RO

BERLIN — MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den

Pr/Ha.
49-1185.

23.Dezember 1974

ISUZU MOTORS LIMITED,

22-10, Minamiohi 6-chome, Shinagawa-ku, Tokyo, Japan,

Brennstoffeinspritzvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung.

Bekannte Brennstoffeinspritzvorrichtungen bestehen, wie in Fig.1 dargestellt ist, im wesentlichen aus einem Antriebsnocken 1, einer Einspritzpumpe 2, einem Rückschlagventil 3, einer Einspritzleitung 4, einem Düsenhalter 5 und einer Einspritzdüse

Bei Brennstoffeinspritzvorrichtungen dieser Art treten während des Betriebs mehr oder weniger große Druckschwankungen auf, deren typisches Erscheinungsbild anhand der Fig. 2 dargestellt ist, deren Original erschienen ist im "New Handbook for Automotive Engineers" (Herausgeber: Society of Automotive Engineers of Japan, Inc.).

Die infolge der Druckschwankungen auftretenden Reflexionswellen ¥ sind in erster Linie verantwortlich für die unregelmäßige Einspritzung.

Der Mechanismus des Entstehens der Reflexionswellen W ist folgender:

Am Ende der Einspritzung stellt eine. Nut 23 im Plungerkolben

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BORO MÖNCHEN:	TELEX:	TELEGRAMM:	TELEFON:	BANKKONTO:	POSTSCHECKKONTO:
8 MÖNCHEN 22	1-856 44	INVENTION	BERLIN	BERLINER BANK AQ.	W. MEISSNER.BLN-W
ST. ANNASTR. 11	INVEN d	BERLIN	030/885 6037	BERLIN 31	12282-109
TEL.: 089/2235 44			030/886 23 82	3696713000

eine Verbindung mit einem Überströmloch 24 im Pumpenzylinder her, um eine Druckentspannung zu bewirken. Ein Nadelventil schließt daraufhin unter dem Druck einer Feder 62 die Düsenöffnung 63. Zu diesem Zeitpunkt saugt das Rückschlagventil den Brennstoff zurück, so daß der Brennstoffdruck vom Maximum P^ auf das Minimum P₂ in ganz kurzer Zeit fällt. Dieser schroffe Druckwechsel wird zur Düse 6 hin und zurück übertragen und erzeugt die Reflexionswellen W. Wenn die Amplitude der Reflexionswellenbewegung so groß ist, daß sie den Düsenöffnungsdruck P-T übersteigt (s. gestrichelte Linie in Fig. 2), dann öffnet sich das Nadelventil der Einspritzdüse erneut zu einer irregulären Brennstoffeinspritzung. Das bedeutet, daß, wenn die Reflexionswelle nicht in geeigneter Weise gedämpft und kein einwandfreier Restdruck P^ aufrechterhalten werden kann, die Maschine klopft und Schwingungen entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß eine anomale Arbeitsweise, d.h. Sekundäreinspritzung oder ungleichmäßige Einspritzung, nicht eintreten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmal gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine übliche Brennstoffeinspritzvorrichtung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Brennstoffdruckschwankungen in einer gewöhnlichen Brennstoffeinspritzvorrichtung,

Fig. 3-5 vergrößerte, teilweise geschnittene Ansichten von drei erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Düsenhalters .

Wie bereits erwähnt, rühren die Unregelmäßigkeiten bei der Einspritzung von den Reflexionswellen her,, die infolge des

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schroffen Druckabfalls ( von P₁ auf P₂) am Ende der Einspritzung auftreten. Das bedeutet.aber, daß diese Unregelmäßigkeiten durch eine geeignete Korrektur solcher Druckabfälle ausgeglichen werden können. Die Beseitigung des schroffen Druckabfalls auf der Düsenseite und die Dämpfung der Reflexionswellen sollte möglich sein durch Umwandlung der Druckschwankungen (Druckenergie) auf der Einspritzpumpenseite in kinetische Energie und durch Übertragung der Energie auf die Düse.

Die obigen Ausführungen seien nun theoretisch erläutert auf der Basis des Bernoullischen Lehrsatzes, nach welchem die Summe der Druckenergie und der kinetischen Energie konstant ist, und auch im Hinblick auf die Kontinuitätsgleichung, nach der das Volumen einer Flüssigkeitsströmung zwischen zwei Punkten konstant ist.

Es ergeben sich die nachstehenden Gleichungen mit folgenden Werten und Bedingungen:

Fd = Querschnittsfläche der Einspritzleitung 4 beim Eintritt in den Düsenhalter 5,

Pd = Druck beim Eintritt in den Düsenhalter , Vd = Geschwindigkeit beim Eintritt in den Düsenhalter, Fn = Querschnittsfläche des Brennstoffkänals 51 am Auslass des Düsenhalters,

Pn = Druck des durch den Auslass fließenden Brennstoffs, Vn = Geschwindigkeit des durch den Auslass fließenden Brennstoffs, G = Dichte des Brennstoffs = const.

Pd + 1/2 · f . Vd² = Pn + 1/2 · $ · Vn² (1)

Fd . Vd = Fn . Vn (2)

Demzufolge kann eine Änderung in der Druckenergie in eine solche der kinetischen Energie umgewandelt werden, indem eine geeignete Reduzierung der Querschnittsfläche Fn des Brennstoffkanals 51 in bezug auf den Querschnitt Fd der Einspritzleitung 4 vorgenommen wird. Diese Energieumwandlung wird dann zur Unterbindung des schroffen Druckabfalls führen und es werden dabei die Reflexionswellen W beruhigt. _ " " .
Von diesen theoretischen Grundlagen geht die Erfindung aus.

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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 5, die verschiedene Ausführungsformen zeigen, beschrieben. In Fig. 3 ist die Einspritzleitung 4 mittels eines Anschlußstückes 41 mit den Anschlußstutzen 52 eines Düsenhalters verbunden. Ein zentraler Kanal 53 des Anschlußstutzens steht mit einem Brennstoffkanal 51 in Verbindung. Der Innendurchmesser D^ der Einspritzleitung 4, der Durchmesser D₂ des Kanals 53 und der Durchmesser üJdes Brennstoffkanals 51 stehen in folgender Beziehung: D₁ ?*· D₂ ^ D^. Mit anderen Worten, die gesamte Brennstoffzuleitung bis zur Düse ist stufenweise in Durchmesser reduziert, um einen schroffen Abfall der Strömungsgeschwindigkeit Vn zu vermeiden. Versuche haben gezeigt, daß ein gutes Ergebnis erzielt werden kann, wenn sich der Kanal 51 des Düsenhalters 5 in einem Querschnittsreduzierungsverhältnis EWF₁ (oder das Verhältnis der effesktiyen Querschnittsfläche des

* 2

T 2
Brennstoffkanals 51 F* = 1/4^RD^ zu der der Einspritzleitung

F₁ s 1/4^ D₁ ²) befindet, das zwischen 0,5 bis etwa 0,15 beträgt. Weiterhin ist die Länge 1 des im Querschnitt zu reduzierenden Brennstoffkanals 51 vorzugsweise auf 90- bis 30 mal dem Innendurchmesser D₁ der Einspritzleitung zu bemessen. Wenn das Querschnittsreduzierungsverhältnis einen Wert hat, der den vorgeschriebenen Bereich überschreitet, dann ist die für die maximale Leistung der Maschine erforderliche Brennstoffdurchflussmenge nicht sichergestellt bzw. anders gesagt, wenn der Bereich nicht eingehalten wird, dann werden die Reflexionswellen nicht in geeigneter Weise gedämpft. Die vorteilhafte Wirkung der Querschnittsreduzierung hängt demzufolge nicht nur von dem Verhältnis F ,,/F₁ sondern auch von der Länge 1 des Kanals 51 ab. Um das beste Ergebnis zu erzielen, ist es deshalb nur erforderlich, durch Versuche die optimalen Werte für die jeweilige Maschine auszuwählen.

Wie bereits beschrieben, wirkt sich die stufenweise Reduzierung des Querschnitts des Brennstoffkanals im Düsenhalter 5 dämpfend auf die Reflexionswellen aus. Wenn z.B. der Durchmesser des Kanals 51 etwa 75 bis 40% des Innendurchmessers der Einspritzleitung . 4 beträgt, dann werden die Reflexionswellen beruhigt,

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und es tritt keine Unregelmäßigkeit bei der Brennstoffeinspritzung auf.

In der Praxis ist der Brennstoffkanal 51 einige zehn Millimeter lang, manchmal auch über einhundert Millimeter plus einige zehn Millimeter. Das macht es sehr schwer, den Kanal 51 mit herkömmlichen Verfahren, d.h. durch Bohren, auszubilden. Wenn z.B. die Einspritzleitung etwa 2 mm Innendurchmesser aufweist, dann muß der Durchmesser des Kanals zwischen 1,5 und 0,8 mm liegen. Er ist dann zu eng und zu lang, um mit den üblichen Mitteln bei der Massenproduktion des Düsenhalters 5 hergestellt zu werden.

Die Erfindung ist deshalb auch darauf gerichtet, Mittel vorzusehen, mit denen ein enger und langer Brennstoffkanal im Düsenhalter ausgebildet werden kann.

Dazu wird vorgeschlagen, einen Kunststoffstab mit feinem Mittelkanal in eine große Bohrung des Düsenhalters einzusetzen, statt die sonst erforderliche feine Bohrung unmittelbar im Düsenhalter vorzunehmen.

Der Brennstoffkanal kann aber auch dadurch erzeugt werden, daß eine Bohrung im Düsenhalter mit flüssigem Kunststoff ausgegossen wird und dieser nach dem Erhärten mit der gewünschten feinen Bohrung versehen wird«,

Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung des Brennstoffkanals besteht darin, beim Ausgießen der Düsenhalterbohrung einen feinen Draht.mit einzugießen, der nach dem Erhärten des Kunststoffs herausgezogen wird.

Die in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen werden nun beschrieben.

In Fig. 4 ist die Einspritzleitung 4 mit dem Anschlußstutzen 52 eines Düsenhalters 5 mittels eines AnschlußstUckes 41 verbunden und ein Kanal 53 im Anschlußstutzen 52 stellt die Verbindung mit, einer axialen Bohrung 54 im Düsenhalter 5 her. Ein hohler Kunststoffstab 5^ mit einem engen Mittelkanal 56 ist in die Bohrung 54 eingesetzt» Der Mittelkanal 56, der als Brennstoffkanal 51

dient, stellt die Verbindung mit dem Brennstoffkanal 61 im Düsenkopf 6 her„

Kunststoffe sind im allgemeinen einfach in engen Meßtoleranzen bearbeitbar und deshalb kann der Stab 55 mit dem den Brennstoffkanal 51 bildenden Mittelkanal 56 mit großer Genaugkeit auf einfach und billige Weise hergestellt werden.

Es wird demzufolge gemäß der Erfindung ein sehr langer und enger Brennstoffkanal 51 dadurch erzeugt, daß ein Kunststoffstab mit einem sehr engen Mittelkanal 56 in die axiale Bohrung 54 eingesetzt wird, welche im Düsenhalter 5 vorgesehen ist und die Verbindung zwischen dem Kanal 53 und dem Düsenkopf 6 bildet. Die axiale Bohrung 54 kann durch einfaches Bohren hergestellt werden, weil sie nur den Kunststoffstab 55 aufzunehmen hat und im Durchmesser größer sein kann als die Einspritzleitung 4.

Andererseits kann, wie ebenfalls in Fig. 4 gezeigt ist, der Brennstoffkanal 51 auch dadurch hergestellt werden, daß die axiale Bohrung 54 mit geschmolzenem Kunststoff· ausgegossen wird und in diesen dann nach dem Erhärten eine feine Bohrung eingebracht wird.

Da Kunststoffe wesentlich leichter zu bearbeiten sind als das Gußeisen, aus dem der Düsenhalter 5 hergestellt ist, ist die Belastung des Bohrers unbedeutend, wenn der sehr lange enge Kanal gebohrt wird. Es bestehen überhaupt keine Schwierigkeiten, Kanäle im Durchmesserbereich 1,5 bis 0,8 mm im Kunststoff durch Bohren herzustellen. Auf diese Weise kann also der Düsenhalter mit den erforderlichen Kanälen einfach und mit geringen Kosten hergestellt werden.

Eine andere Ausführungsform,wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, ist durch Ausgießen der axialen Bohrung 54 mit Kunststoff erzeugt worden, wobei ein feiner Kerndraht 57 eingegossen wurde, der nach Erhärten des Kunststoffes herausgesogen wurde, so daß ein entsprechend feiner Kanal verblieb.

Der sehr feine Kerndraht 57 kann gezogener Stahldraht wie z.B. Pianodraht sein. Ein derartiger Dreht kann sehr dünn und präzise hergestellt werden, um die Herstellungsgenauigkeit für

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den erfindungsgemäßen Zweck in hohem Maße zu sichern. Der in den Kunststoff als Kern eingegossene Draht hinterläßt nach dem Herausziehen einen langen und engen Kanal mit der geforderten Ma ßgenauigkeit.

Der Bearbeitungsvorgang läuft wie folgt abs Eine axiale Bohrung 54 wird zuerst im Düsenhalter 5 ausgebildet. Sie stelle eine Verbindung zwischen dem Kanal 53 und dem Düsenkopf 6 her. Es wird dann ein feiner Draht 57 als Kern konzentrisch in der Bohrung 54 angeordnet und letztere mit flüssigem Kunststoff ausgegossen. Nach Erhärten des Kunststoffes wird der Draht gezogen und hinterläßt den gewünschten langen.und engen Kanal. Dieses Verfahren erspart das sonst erforderliche. Bohren und gestaltet die Herstellung des Brennstoffkanals auf einfachste Weise. Obwohl der Düsenhalter 5 selbst gebohrt werden muß, um die axiale Bohrung 54 zu erzeugen, so macht dieser Vorgang keine technischen Schwierigkeiten, weil der Bohrungsdurchmesser relativ groß ist, d.h. etwa gleich dem Durchmesser der Einspritzleitung 4 oder größer.

Wie bereits beschrieben, gibt die Erfindung die Lehre, daß, Wenn der Brennstoffkanal im Düsenhalter von der Einspritzleitung an stufenweise im Querschnitt verringert und die Länge des Kanals geeignet gewählt wird, die Druckänderung in der Einspritzleitung 4infolge der Arbeitsweise der Einspritzpumpe 2 und des Rückschlagventils 3 in kinetische Energie umgewandelt wird und als solche auf den Düsenkopf 6 übertragen wird. Dies verhindert die Entwicklung von Reflexionswellen (oder dämpft die Amplitude der Druckschwankung), die sonst durch den schroffen Abfall des Brennstoffeinspritzdruckes (von P₁ auf P₂) entstehen. Es tritt somit keine anomale Brennstoffeinspritzung mehr ein. Weil die Druckschwankung in dem Düsenkopf 6 verrringert ist, wird das Verhalten der Düsennadel gleichmäßig, was eine stoßfreie, ausgeglichene Einspritzung bewirkt. Dadurch wird ferner die Möglichkeit unterstützt, das Klopfen der Maschine , ihre Schwingungen und ihre Abgase zu beeinflussen.

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Claims (6)

Patentansprüche

1.) Brennstoffeinspritzvorrichtung, im wesentlichen bestehend aus einem Antriebsnocken, einer Einspritzpumpe, einem Rückschlagventil, einer Einspritzleitung, einem Düsenhalter und einer Einspritzdüse,

dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Brennst off zuströmkanals (51) vor der Einspritzdüse im Durchmesser reduziert ist und zwar im Verhältnis des effektiven Durchlassquerschnitts F-, des Brennstaffkanals (51) im Düsenhalter (5) zum effektiven Durchlassquerschnitt F₁ der Einspritzleitung (4), wobei der Wert des Verhältnisses F ,/F₁ zwischen etwa 0,5 und 0,15 liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß . der Innendurchmesser D₁ der Einspritzleitung (4), der Durchmesser D₂ des Kanals (53) im Anschlußstutzen (52) des Düsenhalters (5) und der Durchmesser D, des Brennstoffkanals (51) des Düsenhalters (5) in folgender Beziehung zuelnanderstehen:

D₁ ^ D₂;>D₃ oder D

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge 1 des Brennstoffkanals (51) gleich 90- bis 30 mal dem Innendurchmesser D₁ der Einspritzleitung (4) ist.

4. Torrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in eine axiale Bohrung (54) des Düsenhalters (5), die die Verbindung zwischen dem Kanal (53) im Anschlußstutzen (52) und der Einspritzdüse (6) herstellt, ein Kunststoff stab (^) mit einem engen axialen Kanal (51) eingesetzt ist.

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5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in eine axiale Bohrung (54) des

• Düsenhalters (5), die die Verbindung zwischen dem Kanal (53) im Anschlußstutzen (52) und der Einspritzdüse (6) herstellt, Kunststoff in flüssigem Zustand eingef-üllt ist, der nach Erhärten mit einer engen axialen Bohrung versehen ist, die konzentrisch zur Bohrung (54) verläuft.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in eine axiale Bohrung (54) des Düsenhalters (5), die die Verbindung zwischen dem Kanal (53) im Anschlußstutzen (52) und der Einspritzdüse (6) herstellt, ein Kerndraht (57) konzentrisch eingesetzt und Kunststoff in flüssigem Zustand eingefüllt ist, aus dem der Kerndraht nach Erhärten des Kunststoffes zur Bildung eines engen Kanals (51) herausgezogen ist. . --.,

( Patentai

Dipping. H. J. Prestfng

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