DE2648020A1

DE2648020A1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE2648020A1
Application number: DE19762648020
Authority: DE
Inventors: George L Muntean; Julius P Perr; Harry L Wilson
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1975-10-29
Filing date: 1976-10-23
Publication date: 1977-05-18
Also published as: CA1055343A; SE7611997L; JPS5281422A; GB1560548A; US4149506A; JPS5723781B2; AU1879876A; BR7607239A; DE2648020C2; IT1075781B; FR2329864B1; FR2329864A1; MX143165A

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem langgestreckten Düsenventil. Brennstoffeinspritzvorrichtungen für Brennkraftmaschinen können u.a. nach dem Gesichtspunkt klassifiziert werden, ob sie zum Typ mit geschlossener Düse oder zum Typ mit offener Düse gehören. Bei dem Typ mit geschlossener Düse schließt ein Ventil den zu den Zerstäubungsöffnungen führenden Brennstoffkanal und verhindert ein Eintreten von Zylinderluft in das Innere des Einspritzers. Bei dem Typ mit offener Düse ist ein derartiges Ventil nicht vorgesehen und Zylinderluft kann in den Einspritzer gelangen. Es ist bekannt, daß Einspritzvorrichtungen vom Typ mit geschlossener Düse an sich eine Reihe von Vorteilen aufweisen.

In der US-PS 3 831 846 ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung beschrieben, die als Einspritzer vom Typ mit halboffener oder offener Düse eingestuft werden kann. Ein Düsenventil des Einspritzers schließt den zu den Zerstäubungsöffnungen führenden Brennstoffkanal während eines Teils des Einspritzerzyklusses und öffnet den Kanal während eines anderen Teils des

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ORIGINAL INSPECTED

Zyklusses. Wenngleich der in der Patentschrift beschriebene Einspritzer ausgezeichnete Betriebseigenschaften aufweist, wie sie in der Patentschrift erläutert sind, hat sich gezeigt, daß das Ausmaß des Zylinderlufteintritts in den Einspritzer während bestimmter Betriebsbedingungen nicht völlig zufriedenstellend ist.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Brennstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, die die Vorteile der in der US-PS 3 831 846 beschriebenen Einspritzvorrichtung aufweist und gleichzeitig eine Vermischung von Verbrennungsluft mit Kraftstoff in einer Brennstoffzumeßkammer des Einspritzers verhindert.

Die Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt ein langgestrecktes Düsenventil, einen angrenzend an das eine Ende des Düsenventils befindlichen Ventilsitzabschnitt, einen an dem Düsenventil angrenzend an den Ventilsitzabschnitt gebildeten Steg- oder Feldabschnitt (land portion) und Mittel, die einen von dem Steg oder Feld zum anderen Ende des Düsenventils reichenden Brennstofffließweg bilden.

Die Vorrichtung umfaßt ferner eine mit dem anderen Ende des Düsenventils verbundene· Federanordnung.

Weiterhin weist die Vorrichtung einen Einspritzerrumpf auf, der mit dem Düsenventil und der Federanordnung in Verbindung steht.

Die Vorrichtung enthält ferner einen Plunger oder Kolben (plunger), der mit dem Einspritzerrumpf und der Federventilanordnung in Arbeitsverbindung steht..

Die vorgenannten und weitere bevorzugte Merkmale sowie Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden näheren Erläuterung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen dargestellt sind, hervor.

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Fig. 1 zeigt, teilweise im Schnitt, einen Teil einer Brennkraftmaschine mit einer nach der Erfindung ausgebildeten Brennstoffeinspritzvorrichtung.

Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab einen Schnitt durch einen Teil der Einspritzvorrichtung gemäß Fig. 1.

Die Figuren 3 bis 6 sind Schnitte ähnlich dem der Fig. 2, wobei jedoch einige der Einspritzerteile in anderen Lagen dargestellt sind.

Fig. 7 ist ein Schnitt längs Linie 7-7 der Figur 2.

Gemäß Figur 1 weist die Brennkraftmaschine einen Zylinderkopf 11 und einen Zylinderblock 12 auf. Eine in dem Zylinderblock 12 angebrachte Laufbüchse 13 bildet den Zylinder für einen Kolben 14. Der Raum innerhalb der Zylinderlaufbüchse 13 zwischen dem Zylinderkopf 11 und dem Dach des Kolbens 14 bildet eine Verbrennungskammer 16. Die Ausbildung des Zylinderkopfes 11, des Zylinderblocks 12 und des Kolbens 14 kann von herkömmlicher Art sein und braucht daher nicht weiter erläutert zu werden.

Eine nach den Vorschriften der Erfindung ausgebildete Brennstoffeinspritzvorrichtung 21 ist in dem Zylinderkopf 11 so angebracht, daß sich ihr unteres Ende 24 in einem im Zylinderkopf 11 gebildeten Loch 22 befindet. Das untere Ende 24 des Einspritzers 21 liegt oberhalb der Mitte des Kolbens 14 und Brennstoff wird in die Verbrennungskammer 16 durch im unteren Ende 24 vorgesehene Zerstäubungsöffnungen 23 eingespritzt. Es ergeben sich Brennstoffsprühstrahlen 26, die den Einspritzer , 21 während bestimmter Betriebsphasen des Einspritzers unter hohem Druck verlassen. Die Einspritzung findet natürlich statt, wenn sich der Kolben 14 dem oberen Totpunkt am Ende eines jeden Verdichtungshubs nähert.

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Der Einspritzer 21 liegt ferner in einem oberen Loch 36 des Zylinderkopfes 11 und wird durch eine gabelförmige Klammer 31 mit zwei daran befindlichen Schenkeln 32 an Ort und Stelle in den öffnungen 22 und 36 gehalten. Die Klammer 31 ist mittels einer Schraube 33 an dem Zylinderkopf 11 befestigt. Die beiden Schenkel 32 der Klammer 31 drücken abwärts auf einen Flansch 34 des Einspritzers 21 und halten den Einspritzer fest in seiner Lage. Der Zylinderkopf 11 weist Kanäle zur Zuführung von Brennstoff zu und Abführung von Brennstoff aus dem Einspritzer 21 auf. Ein Brennstoffzufuhrkanal 37 im Zylinderkopf 11 empfängt Brennstoff von einer Brennstoffquelle 38. Ein Brennstoff rückleitungskanal 39 führt von dem Einspritzer 21 zu einem Brennstoffsammeltank oder Sumpf. Sowohl der Brennstoffzufuhrkanal 37 als auch der Rückleitungskanal 39 öffnen sich in das den Einspritzer 21 aufnehmende Loch 36 und der Einspritzer 21 weist Kanäle auf, die mit dem Zufuhrkanal 37 und mit dem Rückleitungskanal 39 in kommunizierender Verbindung stehen. Brennstoff aus dem Zufuhrkanal 37 fließt in einen Kanal oder Einschnitt 41 im äußeren Umfang des Einspritzers und in einen im Einspritzer gebildeten Zulauf 42. Rückleitungsbrennstoff von dem Einspritzer 21 fließt aus dem Einspritzer heraus in einen ringförmigen Kanal oder Einschnitt 43 im äußeren Umfang des Einspritzers, und der Kanal 43 steht mit dem Rückleitungskanal 39 in kommunizierender Verbindung. Auf den entgegengesetzten Seiten der Kanäle 41 und 43 sind Dichtungen 44 zwecks Abdichtung 'der Kanäle vorgesehen. Während des Betriebs der Maschine fließt Brennstoff von der Brennstoffquelle 38 durch den Zufuhrkanal 37 und den Kanal 41 in den Einspritzer 21, wobei ein Teil des Brennstoffs in die Verbrennungskammer 16 eingespritzt wird. Der restliche Brennstoff fließt aus dem Einspritzer 21 heraus durch den Kanal 43 und durch den Rückleitungskanal 39 zu dem Brennstoffsammeltank.

Wie nachstehend noch näher erläutert wird, umfaßt der Einspritzer 21 einen Plunger oder Kolben, der zu Einspritz- und

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Rückführtakten verschiebbar ist. Der Kolben wird in den Einspritztakten durch einen Nocken-Gestänge-Mechanismus angetrieben, der eine Verbindungsstange 51 aufweist, die an dem oberen Ende des Kolbens des Einspritzers 21 angebracht ist. Am oberen Ende der Verbindungsstange 51 greift ein Kipphebel 52 an, der schwenkbar auf einem Stift 53 montiert ist. Der Kipphebel 52 wird von einer Stütze 54 und dem Stift 53 auf dem Zylinderkopf 11 der Maschine getragen. Eine Schubstange 56 greift am kugelförmigen Ende 57 einer Einstellschraube an, die an dem Kipphebel 52 angebracht ist, wobei der Stift 53 zwischen den Verbindungsstellen des Kipphebels mit der Verbindungsstange 51 und der Schubstange 56 liegt. Die Schubstange 56 wird wiederum durch einen Nocken 58 angetrieben, der auf einer Nockenwelle 59 der Maschine angebracht ist. Ein Nockenstössel 61 mit einem Wälzkörper 62 ist zwischen der Schubstange 56 und dem Nocken 58 angeordnet, wobei der Nockenstössel 61 gleitend in einem Teil 60 der Maschine sitzt. Alternativ können ein oszillierender Nockenstössel oder andere Arten von Folgekörpern verwendet werden. Der Nocken 58 weist einen erhöhten Abschnitt 63, eine Basis 64 und zv/ei Böschungen 66 und 67 auf, die ansteigen bzw. abfallen und die Basis 64 mit dem erhöhten Abschnitt 63 verbinden. Während des Betriebs der Maschine wird die Nockenwelle 59 in zeitlicher Abstimmung mit der Kurbelwelle in Drehung versetzt, wobei sich die Nockenwelle 59 gemäß Figur 1 in Gegenuhrzeigerrichtung dreht.

Die Einspritzvorrichtung weist eine nicht dargestellte Rtickhol- oder Rückführfeder auf, die den Einspritzerkolben und die Verbindungsstange 51 aufwärts und damit die Schubstange 56 abwärts zu drücken sucht. Demgemäß hält die Rückholfeder den Nockenwälzkörper 62 auf dem Nocken 58. Wenn sich der Nocken 58 in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, läuft der Wälzkörper 62 die Böschung 66 aufwärts und der Einspritzerkolben wird in einen Einspritzhub getrieben. Nachdem sich die Nockenwelle 59 etwa

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eine halbe Umdrehung gedreht hat, läuft der Wälzkörper 62 die andere Böschung 67 abwärts und die Rückholfeder bewegt den Einspritzerkolben zu einem Rückholhub oder Rückführtakt. Während der Zeitspanne, zu der der Wälzkörper 62 auf dem erhöhten Abschnitt 63 läuft, wird der Einspritzerkolben in einer abwärts geschobenen Stellung gehalten und die Zerstäubungsöffnungen sind durch einen nachstehend noch näher beschriebenen Ventilkörper geschlossen. Wenn der Wälzkörper 62 mit der Basis 64 des Nocken 58 in Eingriff steht, befindet sich der Kolben in einer zurückgezogenen oder nach oben geschobenen Stellung und Brennstoff aus der Brennstoffquelle 38 wird in eine Zumeßkammer der Einspritzvorrichtung 21 eingeführt.

Gemäß Figur 2 umfaßt die Einspritzvorrichtung 21 einen Düsenkörper 71, eine Hülse 72 und einen Plunger oder Kolben Die Hülse 72 .umschließt den äußeren Umfang der Düse 71 und verbindet die Düse 71 mit einem Übergangsstück 70. Wie in der obengenannten US-PS 3 831 846 näher beschrieben ist, ist das obere Ende der Hülse 72 mit dem Übergangsstück 70 verschraubt und das untere Ende der Hülse 72 weist einen Absatz 74 auf, der an einer Fläche 75 der Düse 71 angreift, so daß, wenn die Hülse 72 fest auf das Übergangsstück 70 geschraubt wird, die Düse 71 in fester Vereinigung mit dem Übergangsstück 70 gehalten wird.

Die Düse 71 weist eine darin gebildete Kolbenbohrung 76 auf, die den Kolben 73 in einer verhältnismäßig dichten Gleitpassung aufnimmt; das obere Ende des Plungers oder Kolbens 73 ist mit der vorgenannten Verbindungsstange 51 verbunden (Fig. 1), im unteren Ende 77 des Kolbens 73 ist ein kreisförmiger Hohlraum 78 gebildet, z.B. durch aufwärts gerichtetes Einfrasen in das untere Ende 77. Weiterhin weist der Kolben eine ringförmige überlaufrinne 79 oberhalb der Bodenfläche 81 des Hohlraums 78 auf. Eine axiale Verbindungsbohrung 82 fahrt

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in dem Kolben 73 von dem Boden 81 aufwärts bis zur Höhe der überlaufrinne 79 und ein radial verlaufendes Kreuzloch 83 führt durch den Kolben 73 in der Höhe der Überlaufrinne 79, so daß das Loch 83 die axiale Verbindungsbohrung 82 mit der überlaufrinne 79 verbindet. Oberhalb der überlaufrinne 79 befindet sich eine ringförmige Durchflußrinne 84, die eine größere Axialabmessung als die überlaufrinne 79 aufweist.

Die axial verlaufende Bohrung in der Düse 71, die die Bohrung 76 für den Kolben bildet, erstreckt sich abwärts unter das untere Ende des Kolbens 73 und bildet weiterhin eine Zumeßkämmer. 86." Die Zumeßkammer 86 umfaßt einen oberen Abschnitt 87, der den gleichen Durchmesser wie die Kolbenbohrung 76 aufweist, einen Abschnitt 88, der gegenüber dem oberen Abschnitt 87 etwas erweitert ist, einen zylindrischen Durchflußabschnitt 89, der einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Abschnitte 87 und 88 hat, und eine Bodenkammer oder unteren Abschnitt 90.

Der untere Abschnitt 90 weist einen zylindrischen Bereich 92 auf, der einen etwas größeren Durchmesser als der Durchflußabschnitt 89 hat, und einen Ventilkegelbereich 93, der einen Ventilsitz bildet. Ein Säckloch 94 befindet sich im unteren Ende 24 des Einspritzers und steht mit dem unteren Abschnitt 90 in Verbindung. Die Zerstäubungsöffnungen 23 führen durch das untere Ende 24 und stehen mit dem Sackloch 94 in Verbindung.

Eine Düsenventilanordnung 96 ist in der Zumeßkammer 86 unterhalb des Kolbens 73 angeordnet. Die Düsenventilanordnung 96 umfaßt ein Düsenventil 97 in Form eines langgestreckten im wesentlichen zylindrischen Körpers. Am oberen Ende des Düsenventils 97 befindet sich ein erweiterter runder Kopf 98, der in dem im unteren Ende 77 des Kolbens 73 gebildeten Hohlraum 78 liegt. Etwa auf halber Länge des Düsenven-

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tils 97 befindet sich eine Sprengringnut 95, in der ein Sprengring 99 sitzt. Das untere Ende des Düsenventils 97 weist einen Ventilkegel 101 auf, der so geformt ist, daß er mit dem Ventilkegelbereich 93 zusammenpaßt. Unmittelbar oberhalb des Ventilkegels 101 befindet sich ein zylindrischer Steg- oder Feldabschnitt 102 (land portion) des Düsenventils, der dichte Gleitpassung mit der Wandung des Durchflußabschnitts 89 der Zumeßkammer 86 aufweist. Zwischen dem zylindrischen Steg 102 und der Sprengringnut 98 hat das Düsenventil 97 quadratischen Querschnitt und demgemäß vier flache Seiten 103, wie am besten aus der Figur 7 ersichtlich ist. In Nähe des unteren Endes der flachen Seiten 103 befindet sich ein radial verlaufendes Kreuzloch 104, das sich durch das Düsenventil 97 erstreckt, und ein axial verlaufendes Loch 106 erstreckt sich in dem Düsenventil 97 von dem Kreuzloch 104 aufwärts zum oberen Ende des- Düsenventils. Demgemäß bilden die Löcher 104 und 106 eine Durchflußverbindung zwischen den unteren Enden der flachen Seiten 103 und dem oberen Ende des Düsenventils. An den unteren Enden der flachen Seiten 103 ist eine Steuerkante 105 an dem Düsenventil 97 gebildet, die mit einer Steuerkante 100 am unteren Ende des Durchflußabschnitts 89 zusammenarbeitet, wie das nachstehend noch näher erläutert wird.

Die Düsenventilanordnung 96 umfaßt ferner eine äussere Druckfeder 111, eine innere Druckfeder 112, eine Beilagscheibe 113 und einen Anschlagkörper 114. Der Anschlagkörper 114 ist zwischen dem Kopf 98 des Düsenventils und der Beilagscheibe 113 angeordnet und die äußere Druckfeder 111 ist zwischen der Beilagscheibe 113 und einem Absatz 116 der Düse 71, der die Bodenfläche des erweiterten Abschnitts 88 der Zumeßkammer 86 bildet, angebracht. Die innere Druckfeder 112 liegt zwischen dem Sprengring 99 und der Beilagscheibe 113. Wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, hat die innere Druckfeder 112 einen kleineren Durchmesser als die äußere Feder 111 und sie ist konzentrisch innerhalb der äußeren Feder 111 angeordnet.

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Der Anschlagkörper 114 ist von ringförmiger Gestalt und paßt um den Schaft des Düsenventils 97 unterhalb des Kopfes 98, wie das vorstehend erwähnt wurde. Die obere Fläche des Anschlagkörpers 114 liegt normalerweise an der Unterseite des Kopfes 98 an und die äußere Umfangsflache des Anschlagkörpers 114 ist bei 119 abgestuft. Der untere Abschnitt des Anschlagkörpers 114 hat einen hinreichend großen Durchmesser, um unter das untere Ende 77 des Kolbens 73 zu greifen und daran anzuliegen, während der obere Abschnitt des Anschlagkörpers 114 einen verringerten Durchmesser aufweist und in den Hohlraum 78 reicht.

Die Düse 71 weist ferner eine Anzahl darin gebildeter Brennstoffdurchflußkanäle auf, einschließlich eines Brennstoff zufuhrkanals 126. Das obere Ende des Brennstoffzufuhrkanals 126 steht in Durchflußverbindung mit einem Zufuhrkanal 121 in dem oben erläuterten Übergangsstück 70 und empfängt Brennstoff von dem Brennstoffzufuhrkanal 41 und dem Zulauf 42. Der in dem Übergangsstück 70 gebildete Zufuhrkanal kann mit dem Kanal 165 gemäß Figur 2 der genannten US-PS 3 831 übereinstimmen und das obere Ende des Kanals 126 ist mit dem Zufuhrkanal 121 des Übergangsstücks verbunden. Ein Einweg-Rückschlagventil 122 ist vorzugsweise in dem Zufuhrkanal 126 angeordnet. Der Kanal 126 ist mit der Zumeßkammer 86 durch eine Dosieröffnung 127, die sich zwischen dem unteren Ende des Kanals 126 und der Zumeßkammer befindet, verbunden. Die Dosieröffnung 127 kann beispielsweise gebildet werden, indem man Löcher radial einwärts durch den Düsenkörper 71 bohrt und hierdurch ein Kanalstück 128 und die öffnung 127 erzeugt und dann das äußere Ende des Kanalstücks 128 mit einem Stöpsel 129 abdichtet. Der Kanal 126 steht auch mit der Kolbenbohrung 76 in Verbindung, und zwar über einen Durchflußkanal 131 und eine öffnung 133, wobei diese wiederum durch Bohren radial einwärts von der Aussenseite des Düsenkörpers 71 und nachfol-

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gendes Abdichten des äußeren Endes des gebohrten Kanals 131 mit einem Stöpsel 132 erzeugt werden können. Die Öffnung verbindet den Kanal 131 mit der Kolbenbohrung 76, wobei die Öffnung 133 verringerte Größe aufweist, um in dem Brennstoffzufuhrkanal 126 Druck aufrecht zu erhalten.

Die Düse 71 weist weiterhin zwei Brennstoffrückleitungskanäle auf, nämlich einen Uberlaufkanal 134 und einen Durchflußkanal 136. Der Uberlaufkanal 134 öffnet sich in die Kolbenbohrung 76 an einer Stelle 135, die sich etwas oberhalb der Höhe der Dosieröffnung 127 befindet. Der«Durchflußkanal 136 öffnet sich in die Kolbenbohrung 76 in etwa der gleichen Höhe wie die Durchflußöffnung 133.

Die Kanäle 134 und 136 stehen mit Kanälen 123 und 124 in dem Übergangsstück 70 in Verbindung; die Kanäle 123 und 124 können mit den Kanälen 176 und 177 gemäß Figur 2 der genannten US-PS 3 831 846 übereinstimmen. Die Rückleitungskanäle stehen in kommunizierender Verbindung mit dem Ringkanal 43 des Einspritzers gemäß der Erfindung.

In den Figuren 2 bis 6 zeigt die Figur 2 die Stellung der Einspritzerteile während der Zumessung von Brennstoff in die Zumeßkammer 86, die Figur 3 zeigt die Stellung zu Beginn der Einspritzung von Brennstoff in die Verbrennungskammer 16, die Figur 4 zeigt ''während der Einspritzung von Brennstoff, die Figur 5 zeigt die Stellung bei Beendigung der Einspritzung und die Figur 6 zeigt die Stellung nach Beendigung und während eines Durchflusses von Brennstoff.

Zunächst ist gemäß Figur 2 während des Zeitraums, in dem Brennstoff in die Zumeßkammer 86 eingeführt wird, die Stellung des Nockens 58 (Figur 1) so, daß die Folgerolle oder der Wälzkörper 62 auf der Basis 64 läuft. Der Wälzkörper 62 befindet sich in seiner untersten Lage und die eingangs

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erwähnte Rückholfeder hat die Verbindungsstange 51 und den Kolben 73 in seine oberste zurückgezogene Stellung gemäß Figur 2 bewegt. Die Anordnung der Rückholfeder und ihre Anbringung in dem Übergangsstück und ihre Verbindung mit dem Kolben können genau so sein wie das in der Figur 2 der erwähnten US-PS 3 831 846 gezeigt ist. Die Dosieröffnung 127 ist so angeordnet, da/3 sich das untere Ende 77 des Kolbens 73 oberhalb der Dosieröffnung 127 befindet, wenn sich der Kolben 73 in seiner in Figur 2 dargestellten zurückgezogenen Stellung befindet. Demgemäß ist die öffnung 127 offen und Brennstoff kann durch den Brennstoffzufuhrkanal 126 und durch die öffnung 127 in die Zumeßkammer 86 fließen. Das Rückschlagventil 122 ist natürlich so eingefügt, daß es einen Fluß in dieser Richtung gestattet. Der Überlaufkanal 134 ist so angebracht, daß der Teil des Kolbens, der sich zwischen dem Ende 77 und der überlaufrinne 79 befindet, den Überlaufkanal 134 schließt. Weiterhin sind die Durchflußöffnung 133 und der Kanal 136 so angeordnet, daß sie durch den Abschnitt des Kolbens 73 zwischen den Rinnen 79 und 84 geschlossen werden. Demgemäß fließt Brennstoff durch den Kanal 126 und die öffnung 127, nicht aber durch die öffnung 133 und die Kanäle 134 und 136.

Aus der Dosieröffnung 127 ausfließender Brennstoff tritt in den oberen Abschnitt 87 der Zumeßkammer 86 ein und füllt die Zumeßkammer 86 teilweise oder vollständig. Wie das noch näher in der erwähnten US-PS beschrieben ist, hängt die in die Kammer 86 eingemessene Brennstoffmenge von dem Druck des Brennstoffs in dem Brennstoffzufuhrkanal 37 und von der Zeitdauer, die die Dosieröffnung 127 offen ist, ab. Die öffnung 127 ist nur während der Zeitspanne offen, in der der Kolben 73 in seiner zurückgezogenen Stellung ist, und natürlich ist diese Zeitdauer eine Funktion der Maschinenlaufgeschwindigkeit. Der Brennstoff fließt in den erweiterten Ab-

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schnitt 88 und in die Räume zwischen den flachen Seiten 103 und der Wandung des Durchflußabschnitts 89. Der Brennstoff fließt weiter in die Löcher 104 und 106 und wenn genügend Brennstoff in die Kammer 86 eingemessen wird, kann er den Hohlraum 78 am unteren Ende des Kolbens 73 füllen.

Der in die Kammer 86 eintretende Brennstoff ist jedoch nicht in der Lage, in den unteren,Abschnitt 90 zu fliessen, da der zylindrische Stegabschnitt 102, der dichte Gleitpassung mit der Wandung des Durchflußabschnitts 89 aufweist, eine Abdichtung des unteren Endes des DurchflußabSchnitts 89 bewirkt. Diese Abdichtung erfüllt zwei Funktionen. Zunächst verhindert sie vor allem, daß vor dem Beginn der ordnungsgemäßen Einspritzung Brennstoff aus der Zumeßkammer 86 durch die Zerstäubungsöffnungen 23 fließt und in die Verbrennungskammer 16 tröpfelt. Zweitens verhindert sie, daß Luft aus der Verbrennungskammer durch die Zerstäubungsöffnungen 23 und den unteren Abschnitt 90 fließt und sich mit dem Brennstoff in der Zumeßkammer vermischt. Die hierauf beruhenden Vorteile v/erden später noch erläutert.

Während der Zumeßphase des Einspritzerkreislaufes übt die äußere Feder 111 eine aufwärts gerichtete Kraft auf die Beilagscheibe 113 aus und der Anschlagkörper 114 wird in Anlage am unteren Ende 77 des Kolbens 73 gehalten. Der Aussendurchmesser des unteren Abschnitts des Anschlagkörpers 114 ist klein genug, daß er einen freien Raum für den Fluß von Brennstoff von der Dosieröffnung 127 in die Zumeßkammer 86 schafft. Die Federn 111 und 112 halten das Düsenventil 97 in der aufwärts geschobenen Lage gemäß Figur 2 und die Länge des Düsenventils 97 ist so bemessen, daß sich der zylindrische Steg 102 im unteren Ende des Abschnitts 89 befindet. Dies kann als die Abdichtstellung des Düsenventils 97 bezeichnet werden.

Die Einspritzphase des Einspritzerkreislaufs beginnt,

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wenn sich der Nocken 58 dreht und sich die Böschung 66 unter den Wälzkörper 62 schiebt. Wenn dies eintritt, wird die Schubstange 56 aufwärts gedrückt und der Kolben 73 wird in einen Einspritzhub abwärts getrieben. Wenn sich der Kolben 73 abwärts bewegt, schiebt er natürlich den Anschlagkörper 114 abwärts und infolge der inneren Feder 112 wird auch das Düsenventil 97 abwärts geschoben. Bei seiner Abwärtsbewegung schließt der Kolben 73 die Dosieröffnung 127. Der Abstand vom unteren Ende 77 des Kolbens bis zu der Steuerkante 105 des Düsenventils und der Abstand vom unteren Rand der Dosieröffnung 127 bis zu der Steuerkante 100 der Düse sind so bemessen, daß zu dem gleicfcfzeitpunkt oder geringfügig nach dem Zeitpunkt, zu dem das untere Ende 77 die Dosieröffnung 127 vollständig schließt, die Steuerkante 105 an der Steuerkante 100 vorbeiläuft und damit die Steuerkante 100 freigibt (Figur 3). Der Kolben 73 verdrängt Brennstoff aus dem oberen Abschnitt 87 der Zumeßkammer 86 in den unteren Abschnitt 90, sobald die Steuerkante 105 die Steuerkante 100 passiert. Der in die Zumeßkammer 86 eingeschlossene Brennstoff wird durch den unteren Abschnitt 90 und aus den Zerstäubungsöffnungen 23 herausgepreßt, und zwar unter extrem hohem Druck. Diese Phase des Kreislaufes ist in der Figur 4 veranschaulicht, die den Weg des Brennstoffs von dem oberen Kammerabschnitt 87 durch den ,Durchflußabschnitt 89 in den durch die flachen Seiten 103 gebildeten Räumen, durch den unteren Abschnitt 90 und heraus aus den Zerstäubungsöffnungen 23 zeigt. Diese Lage kann als eine Zwischenstellung des Düsenventils 97 bezeichnet werden. Während dieses in den Figuren 3 und 4 veranschaulichten Abschnitts des Kreislaufes ist die Lage der Durchflußrinne 84 des Kolbens in Bezug auf die öffnung 133 und den Kanal 136 so, daß letztere durch die untere oder Steuerkante 85 der Durchflußrinne 84 etwa zu dem gleichen Zeitpunkt geöffnet werden, zu dem das untere Ende 77 des Kolbens 73 die Dosieröffnung 127 schließt. Demgemäß fließt während der Brennstoffeinspritzung Brennstoff von dem Zufuhrkanal 126 durch die

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Durchflußöffnung 133, die Rinne 84, den Durchflußkanal 136 und heraus aus dem Einspritzer durch den Rückleitungskanal 39 zu dem Sumpf oder Sammeltank. Aus den Figuren 3 und 4 ist ferner ersichtlich, daß der Überlaufkanal 134 zu dieser Zeit geschlossen ist.

Die Abwärtsbewegung des Kolbens 73 und des Dtisenventils 97 unter Anlage des Kolbens 73 an dem Anschlagkörper 114 setzt sich fort, bis der Ventilkegel 101 des Düsenventils 97 dem Ventilkegelbereich 93 nahekommt. Wie das im einzelnen in der genannten US-PS 3 831 846 beschrieben ist, entwickelt sich, wenn der Brennstoffdurchflußbereich zwischen dem Ventilkegel 101 und dem Kegelbereich 93 kleiner wird als der Durchflußbereich durch die Zerstäubungsöffnungen 23,eine hydraulische Kraft an dem Düsenventil 97, die das Düsenventil 97 sehr rasch in die in Figur 5 gezeigte Stellung bewegt, in der der Ventilkegel 101 dicht auf dem Kegelbereich 93 aufliegt und somit die Zerstäubungsöffnungen 23 schließt. Diese hydraulische Kraft entwickelt sich, weil der beschränkte Durchflußbereich zwischen dem Ventilkegel 101' und der Kegelfläche 93 den Brennstofffluß drosselt und ein Druckgefälle durch diesen Durchf^lußbereich herbeiführt, so daß sich ein entsprechend höherer Druck auf den oberen Bereich des Düsenventils 97 als auf sein unteres Ende ergibt. Diese hydraulische Kraft genügt, um das Düsenventil 97 rasch in einem Einrast- oder Schnappvorgang abwärts in Anlage an die Kegelfläche 93 zu bewegen. Der Anschlagkörper 114 wird zu dieser Zeit durch das Düsenventil abwärts heraus aus dem Eingriff mit dem unteren Ende 77 des Kolbens 73 gezogen, da sich das Düsenventil rascher bewegt als der Kolben.

Sobald der Ventilkegel 101 auf dem Kegelbereich aufsitzt, werden die Zerstäubungsöffnungen 23 geschlossen und die Einspritzung abrupt beendet. Eine solche Stellung der Teile ist auch in der Figur 2 der erwähnten US-PS veranschaulicht.

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Die Lage der überlaufrinne 79 und der öffnung 135 des Überlaufkanals 134 sind so, daß die Einspritzung zum gleichen Zeitpunkt oder geringfügig vor dem Zeitpunkt endet, zu dem die untere oder Steuerkante 80 der überlaufrinne 79 den Überlaufkanal 134 öffnet. Sobald die Zerstäubungsöffnungen 23 schließen, baut sich Druck in der Zumeßkairaner 86 auf und wirkt hierdurch eine hohe abwärts"gerichtete Kraft auf das Düsenventil 97 ein, wobei diese Kraft das Düsenventil fest auf seinem Sitz auf der Kegelfläche 93 hält und hierdurch ein Rückprallen des Kegelventils 97 von der Kegelfläche 93 verhindert. Weiterhin bewirkt dieser hohe Druckaufbau die Beendigung der Abwärtsbewegung des Kolbens 73 ohne ein mechanisches Aufeinanderschl^agen von Teilen des Einspritzers.

Wenn die Steuerkante 80 den überlaufkanal 134 öffnet, erfolgt der Druckrückgang in der Zumeßkammer 86 allmählich, und zwar wegen des allmählichen öffnens bei der Voranbewegung des Kolbens 73 von'der Stellung gemäß Figur 5 in die Stellung gemäß Figur 6. Aus der Figur 6 ist ersichtlich, daß der Druck in der Zumeßkammer 86 abgebaut wird durch den Fluß von Brennstoff aus der Zumeßkammer 86 durch die Löcher 104 und 106 in dem Düsenventil 97 in den Hohlraum 78 des Kolbens 73 und dann durch die Löcher 82 und 83 des Kolbens und durch die überlaufrinne 79. Wie bereits erwähnt, bewegt sich der Anschlagkörper 114 abwärts heraus aus dem Eingriff mit dem unteren Ende 77 des Kolbens 73, wenn das Düsenventil 97 auf dem Kegelbereich 93 aufsitzt. Wenn der Kolben 73 seine Abwärtsbewegung fortsetzt, greift er wieder an dem Anschlagkörper 114 an, wie das in der Figur 5 veranschaulicht ist, und eine weitere Abwärtsbewegung des Kolbens 73 am Ende des " Einspritzhubes führt dazu, daß der Anschlagkörper 114 durch den Kolben 73 abwärts bewegt wird, wie das in der Figur 6 gezeigt ist. Die innere Feder 112 und die äußere Feder 111 werden während dieser Nachlaufperiode des Kolbens 73 weiter zusammengedrückt und durch die gesteigerte Kompression der

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inneren Feder 112 wird eine hohe Kraft an das Düsenventil 97 angelegt, die das Düsenventil in sitzender Auflage auf dem Kegelbereich 93 hält und somit ein Eintröpfeln oder Sekundäreinführung von Brennstoff in die Verbrennungskammer 16 verhindert. Die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Lage des Düsenventils kann als seine "Einspritzbeendigungsstellung bezeichnet werden.

Während der Zeitspanne, zu der sich der erhöhte Abschnitt 63 des Nockens 58 in Eingriff mit dem Wälzkörper 62 befindet, werden der Kolben 73 und das Düsenventil 97 in der in Figur 6 dargestellten Stellung gehalten. Brennstoff fließt weiter von der öffnung 133 durch die Durchflußrinne 84 und heraus aus dem Einspritzer durch den Kanal 136. Der Brennstoff, der aus der Zumeßkammer 86 durch das Düsenventil und die überlaufrinne 79 abfließt, strömt durch den Uberlaufkanal 134 zu dem Sumpf. Der Nachlauf des Kolbens 73 bewirkt, durch Herausdrücken von Brennstoff aus der Zumeßkammer 86 auf dem in der Figur 6 veranschaulichten Weg, eine Entfernung oder Ausspülung jeglicher Verunreinigungen und Luft aus der Zumeßkammer 86. Weiterhin dient der Brennstofffluß durch die überlaufrinne 84 und durch den Überlaufkanal 134 während dieses Abschnitts des Einspritzerkreislaufes auch zur Kühlung der Einspritzerteile.

Die Einspritzerteile werden in der Stellung gemäß Figur 6 gehalten, bis die Böschung 67 unter den Wälzkörper 62 gelangt und der Wälzkörper 62 abwärts zur Basis 64 des Nockens 58 läuft. Wenn dies eintritt, bewegt die erwähnte Rückhol- oder Rückführfeder den Kolben 73 in seinem Rückhol- oder Rückführtakt wieder aufwärts, bis die Basis 64 des Nockens 58 unter dem Wälzkörper 62 läuft; zu dieser Zeit befinden sich die Einspritzerteile in der in Figur 2 dargestellten Lage. Die äußere Feder 111 der Düsenventilanordnung 96 hält natürlich den Anschlagkörper 114 in Eingriff mit dem unteren Ende 77 des Kolbens 73 und schiebt das Düsenventil 97 aufwärts. Die Einspritzvorri.ch-

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tung befindet sich dann am Beginn eines erneuten Zumeßabschnitts des Kreislaufs.

Wie bereits erwähnt/ können die Abmessungen der Einspritzerteile so gewählt werden, daß die Steuerkanten 105 und 100 nach dem Zeitpunkt voneinander frei kommen/ zu dem das Ende 77 des Kolbens 73 die Zumeßöffnung 127 schließt. Wenn dies geschieht, erfolgt eine Vorkompression des Brennstoffs in der Zumeßkammer 86, und der Betrag dieser Vorkompression wird bestimmt durch die Kraft der äußeren Feder 111. Dies beruht darauf, daß der komprimierte Brennstoff in dem oberen Abschnitt 87 der Zumeßkammer eine abwärts gerichtete Kraft auf die Steuerkante 105 des Düsenventils 97 ausübt. Wenn diese abwärts gerichtete hydraulische Kraft die Kraft der äußeren Feder 111 übersteigt, schiebt die hydraulische Kraft das Düsenventil 97 etwas nach unten und bewirkt, daß die Steuerkanten 105 und 100 voneinander frei kommen. Dann fließt Brennstoff aus dem Durchflußabschnitt 89 heraus und die Einspritzung wird eingeleitet.

Ein Weg, auf dem die im vorstehenden Absatz beschriebene Arbeitsweise herbeigeführt werden kann, besteht einfach darin, die Steuerkante 105 des Düsenventils 97 etwas höher anzuordnen, als das oben beschrieben wurde. Diese Abwandlung ist in der Figur 3 durch die gestrichelten Linien der Steuerkante 105a angedeutet. Der zylindrische Stegabschnitt 102 hat dann eine etwas größere axiale Länge. Bei Anwendung dieser abgewandelten Aus führungs form wird die Dosieröffnung 127 durch das Ende 77 geschlossen, etwas bevor die Steuerkante 105a von der Steuerkante 100 frei kommt. Der Druck des im oberen Teil der Zumeßkammer eingeschlossenen Brennstoffs übt eine abwärts gerichtete Kraft auf das Düsenventil 97 aus, die das Düsenventil abwärts bewegt, sobald die Kraft der äußeren Feder 111 überwunden wird. Das Düsenventil 97 und der Anschlagkörper 114 werden durch diese Kraft vor dem Kolben 73 abwärts bewegt. Der Brennstoff in dem oberen Abschnitt der Zumeßkammer ist unter Vorkompression, wenn die Steuerkante 105a von der Steuerkante

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100 frei kommt, und das Ausmaß der Vorkompression wird bestimmt durch die Stärke der Feder 111.

Die Brennstoffeinspritzvorrichtung der Erfindung weist eine Reihe wesentlicher Vorteile auf. Zum einen gewährleistet sie die Vorteile, die mit der in der erwähnten US-PS 3 831 846 beschriebenen Einspritzvorrichtung einhergehen. Weiterhin umfaßt sie, wenngleich die erfindungsgemäß vorgesehene Einspritzvorrichtung als Einspritzvorrichtung vom Typ mit offener oder halboffener Düse klassifiziert werden kann, eine Düsenventileinrichtung zur eindeutigen Trennung des zugemessenen Brennstoffs von der Zylinderluft. Demgemäß kann sich, obwohl die Einspritzerzeitabstimmung für späte Einspritzung eingestellt werden kann und selbst bei Bedingungen niedriger Geschwindigkeit und geringer Last, die Zylinderluft nicht mit dem zugemessenen Brennstoff mischen. Wenn eine solche Vermischung stattfinden würde, enthielte der Einspritzer ein stark verdünntes Luft-Brennstoff-Gemisch, das einen niedrigen reziproken Wert der Kompressibilität (hohe Kompressibilität) hat. Demzufolge wäre der Einspritzdruck niedrig und es könnte eine frühe Voreinspritzung geringer Intensität stattfinden. Ein solcher Vorgang kann bei der Einspritzvorrichtung der Erfindung nicht eintreten.

Die Trennung der Zylinderluft von dem zugemessenen Brennstoff durch das Düsenventil ist auch dahingehend vorteilhaft, daß sie den Eintritt unerwünschter chemischer Reaktionen, z.B. Kohlenstoff- oder Rußbildung, verhindert. Weiterhin verhindert die Trennung ein frühes Durchsickern oder Voreinspritzen von Brennstoff in den Zylinder, das Motorqualm erzeugen kann.

Ferner ist es möglich, eine Vorkomprimierung des Brennstoffs beim Beginn der Einspritzung herbeizuführen, wobei das Ausmaß der Vorkomprimierung sehr einfach durch Änderung der Kraft der äußeren Feder 111 gesteuert werden kann. Die Höhe einer solchen Vorkomprimierung kann beispielsweise von Null bis etwa 280 at (4000 psi) geändert werden.

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Claims

22. Oktober 1976 C 901/76

Patentansprüche

Μ./Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem langgestreckten Düsenventil, das an seinem einen Ende einen Ventilaufsitzteil aufweist, und einem Brennstofffließkanal an dem Düsenventil/ der sich in Längsrichtung des Düsenventils erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenventil (97) zwischen dem Brennstofffließkanal (103/89) und dem Ventilaufsitzteil (101) eine Einrichtung (102) zur Sperrung des Flusses von Brennstoff längs des Brennstofffließkanals (103/89) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Sperrung des Flusses von Brennstoff längs des Brennstofffließkanals (103/89) einen auf dem Düsenventil (97) gebildeten, im wesentlichen zylindrischen Steg (102) umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstofffließkanal (103/89) in der äußeren Oberfläche des Düsenventils (97) gebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem anderen Ende des Düsenventils (97) eine Federanordnung angebracht ist, die einen Anschlagkörper (114), der beweglich an dem anderen Ende des Düsenventils angebracht ist, eine erste Feder (112), die zwischen dem Anschlagkörper und dem Düsenventil angeordnet ist, und eine zweite Feder (111), deren eines Ende an dem Anschlagkörper (114) angreift, umfaßt.

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenventil (97) in einem Düsenkörper (71) angeordnet ist, der eine Zumeßkammer (86) umgibt und Zerstäubungsöffnungen (23) aufweist, das Düsenventil (97) beweglich in dem Düsenkörper (71) im Weg des Brennstoffflusses von der Zumeßkammer (86) zu den Zerstäubungsöffnungen (23) angebracht ist, der Düsenkörper (71) eine erste Dichtungsfläche (93) benachbart zu dem Ventilaufsitzteil (101) und eine zweite Dichtungsfläche (100) benachbart zu der Sperreinrichtung (102) aufweist, das Düsenventil (97) in eine erste Stellung (Fig. 5, 6), in der der Ventilaufsitζteil (101) auf der ersten Dichtungsfläche (93) aufliegt, und in eine zweite Stellung (Fig. 2), in der die Sperreinrichtung (102) mit der zweiten Dichtungsfläche (100) in Eingriff steht, verschiebbar ist und das Düsenventil

(97) den Fluß von Brennstoff von der Zumeßkammer (86) zu den Zerstäubungsöffnungen (23) verhindert, wenn es sich in diesen beiden Stellungen befindet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (71) eine Bohrung (76) aufweist, ein Kolben (73) zu hin- und hergehender Bewegung, in der Bohrung angeordnet ist, der Kolben (73) in einem Einspritzhub zum Angriff an dem Anschlagkörper (114) und Bewegung des Düsenventils (97)

in die erste Stellung verschiebbar ist, das andere Ende der zweiten Feder (111) an dem Düsenkörper (71) angreift und die zweite Feder (111). das Düsenventil (97) in die zweite Stellung zu drücken sucht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Düsenventil (97) ein weiterer, zweiter Brennstofffließkanal (106) befindet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der der Düsenkörper (71) einen Brennstoffzufuhrkanal (127) aufweist, der während des Einspritzhubes von dem Kolben (73) geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (102) etwa zu

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der gleichen Zeit, zu der der Kolben (73) den Brennstoffzufuhrkanal (127) schließt, aus dem Eingriff mit der zweiten Dichtungsfläche (100) frei kommt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der der Düsenkörper (71) einen Brennstoffzufuhrkanal (127) aufweist, der während des Einspritzhubes von dem Kolben (73) geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (102) etwas nach dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben (73) den Brennstoffzufuhrkanal (127) schließt, aus dem Eingriff mit der zweiten Dichtungsfläche (100) frei kommt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffdurchflußbereich (Strömungsquerschnitt) zwischen dem Ventilaufsitzteil (101) des Düsenventils (97) und der ersten Dichtungsfläche (93) kleiner wird als der Durchflußbereich (Strömungsquerschnitt) durch die Zerstäubungsöffnungen (23), wenn sich das Düsenventil (97) der zweiten Stellung stark nähert, so daß sich eine hydraulische Kraft ergibt, die das Düsenventil (97) abrupt in die zweite Stellung bewegt.

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