DE2935850A1 - FUEL INJECTION VALVE - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Treibstoff-Einspritzventil nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a fuel injection valve according to the Preamble to the main claim.
Treibstoffinjektoren, die mit elektromagnetischen Solenoiden arbeiten, werden allgemein in elektronischen "Mehrpunkt"-Treibstoffeinspritzsystemen von Automobilen verwendet. Derartige Injektoren sind an jedem Motorzylinder angeordnet und sprühen eine vernebelte Treibstoffcharge in den Einsaugstutzen nahe am zugeordneten Einlaßventil. Wenn das Einlaßventil öffnet, werden der vernebelte Treibstoff und Luft aus dem Ansaugstutzen in den Zylinder eingesaugt und verbrannt. Dadurch, daß die Dauer der Funktionszeiten der Injektoren mit einem impulsbreiten-modulierten Steuersignal aus einem elektronischen Impulsbreitenrechner geregelt werden, wurde die Genauigkeit der Treibstoffzufuhr bei Verbrennungsmotoren erheblich verbessert. Der Treibstoff wird unter Berücksichtigung vieler verschiedener Betriebsparameter des Motors, einschließlich des Luftdruckes im Ansaugstutzen, der Drehgeschwindigkeit, der Temperatur und weiteren, genau abgemessen. Bei dieser Genauigkeit ist die Möglichkeit, Treibstoffersparnisse zu erzielen, die Emissionen zu regeln bzw. die Fahrfähigkeit zu erhöhen, derart, daß herkömmliche Vergaser vermutlich in der Zukunft durch derartige Einspritzsysteme als Hauptsteuergerät für den Treibstoff ersetzt werden.Fuel injectors that work with electromagnetic solenoids, are commonly used in "multipoint" electronic fuel injection systems used by automobiles. Such injectors are arranged on each engine cylinder and spray a nebulized Charge of fuel in the intake manifold close to the associated intake valve. When the intake valve opens, the atomized fuel and air are drawn into the cylinder from the intake manifold and burned. The fact that the duration of the operating times of the injectors with a pulse-width-modulated control signal Controlled from an electronic pulse width calculator, the accuracy of the fuel supply in internal combustion engines vastly improved. The fuel is made taking into account many different engine operating parameters including the air pressure in the intake manifold, the speed of rotation, the temperature and others, precisely measured. With this accuracy is the way to achieve fuel savings, the emissions to regulate or to increase the driving ability, so that conventional carburetors probably in the future by such Injection systems as the main control unit for the fuel are replaced.
Eine weitere jüngere Entwicklung bei der Beherrschung des Treibstoffes, welche zum Ersatz des herkömmlichen Vergasers führen kann, ist das "Einpunkt"-Einspritzsystem. Dieses hängt genau wie sein Gegenstück, das "Mehrpunkt"-Einspritzsystem von der Genauigkeit ab, mit der ein elektromagnetischer Solenoid-Injektor gesteuertAnother recent development in fuel control, which can lead to the replacement of the conventional carburetor is the "one-point" injection system. This depends exactly how his Counterpart, the "multipoint" injection system depends on the accuracy with which an electromagnetic solenoid injector is controlled
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-5- 2 ü 3 ü U 5 O- 5 - 2 ü 3 ü U 5 O
"Einpunkt"-Systeme besitzen üblicherweise einen Injektor, der Treibstoff mehreren Motorzylindern an einem einzigen Einspritzpunkt zuführt. Sie stehen somit im Gegensatz zu den "Mehrpunkf-Systemen, b.i denen eine 1:1-Korrespondenz vorliegt. Diese Injektionspunkte können variabel innerhalb des Ansaugstutzens oder der Drosselbohrungen eines Luftfluß-Regelgerätes, welche zum Einsaugstutzen führen, angebracht werden. Wenn die Injektoren in den Drosselbohrungen angeordnet werden, können sie über oder unter den Drosselblättern vorgesehen werden, wie dies bei der jeweiligen Injektorbauweise zur vorteilhaftesten Konfiguration führt. Dadurch, daß ein Injektor anstelle mehrerer Injektoren verwerden, sind beim "Einpunkt"-Einspritzsystem die Kompliziertheit und die Kosten gegenüber vielen "Mehrpunkf'-Konzeptionen geringer; gleichwohl besitzt dieses System die meisten Bedienungsvorteile des Einspritzsystemes, vergleicht man dies mit herkömmlichen Vergasern."One point" systems usually have one injector, the fuel multiple engine cylinders at a single injection point. They are thus in contrast to the "multi-point systems, b. who have 1: 1 correspondence. These injection points can be varied within the intake port or the throttle bores of an air flow control device, which lead to the intake port, be attached. If the injectors are arranged in the throttle bores, they can be above or below the throttle blades can be provided, as this leads to the most advantageous configuration for the respective injector design. By having an injector Instead of using multiple injectors, the "single point" injection system has the complexity and cost over many "Mehrpunkf" -conceptions lower; nevertheless this system has Most of the operating advantages of the injection system are compared to conventional carburetors.
Bei derartigen "Einpunkt"-Systemen sollte die Einspritzung mindestens einmal pro Motorereignis (Umdrehung) oder sogar so schnell, wie jede Einlaßventilöffnung stattfindet, erfolgen. Da ein Injektor mehrere Injektoren ersetzt, manchmal sogar vier bei einem Achtzylindermotor mit einem in zwei Ebenen liegenden Rohrverteiler, muß der "Einpunkf'-Injektor eine höhere Treibstoff-Strömungsgeschwindigkeit als ein entsprechender "Mehrpunkt"-Injektor aufweisen. Bei Verwendung in Motoren mit größerem Hubraum ist, unabhängig davon, ob es sich um ein "Mehrpunkt"- oder "Einpunkt"-System handelt, ein elektromagnetischer Solenoid-Injektor mit höherer Strömungsgeschwindigkeit wünschenswert.In such "one point" systems, the injection should be at least once per engine event (revolution) or even as fast as each intake valve opening occurs. As an injector Replaced several injectors, sometimes even four in an eight-cylinder engine with a two-level manifold, the must "Single point" injector provides higher fuel flow rate as a corresponding "multipoint" injector. Using in larger displacement engines, regardless of whether it is a "multipoint" or a "single-point" system, is an electromagnetic one Higher flow rate solenoid injectors are desirable.
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Aufgrund der bevorzugten Einpunkt-Einspritzzeit muß diese höhere Strömungsgeschwindigkeit erzielt werden, ohne daß der Injektor an Geschwindigkeit einbüßt. Wenn möglich, sollte sogar eine Steuerung so erfolgen können, daß auch die Injektorgeschwindigkeit anwächst. Wenn die höhere Strömungsgeschwindigkeit auf Kosten der Betriebsgeschwindigkeit geht, ist ein Injektor nicht genauso günstig, wie wenn beide Ziele erreicht werden. Jfe langsamer die Injektor-Betriebszeit, desto weniger Treibstoff kann der Injektor insgesamt im hohen Drehzahlbereich des Motors abgeben.Because of the preferred one-point injection time, this higher flow rate must be achieved without the injector being switched on Losing speed. If possible, it should even be possible to control it in such a way that the injector speed also increases. When the higher flow rate comes at the expense of the operating speed, an injector is not as cheap as it is if both goals are achieved. Jfe slower the injector operating time, the less fuel the injector can deliver overall in the high speed range of the engine.
Gegenwärtig kann eine höhere Strömungsgeschwindigkeit bei Einspritzventilen dadurch erhalten werden, daß der Querschnitt der Abmeßöffnung vergrößert wird, daß der Eingangsdruck vergrößert wird, oder daß beide Maßnahmen verwendet werden. Eine Erhöhung im Eingangsdruck des Treibstoffes bei einem Einpunkt-System würde jedoch zusätzliche Kosten für eine bei höherem Druck arbeitende Kombination aus Treibstoffpumpe und Druckregeier bedeuten. Diese Lösung eignet sich somit angesichts der Grundprämisse von Einpunkt-Systemen, der Verringerung der Kompliziertheit nicht.At present, a higher flow rate can be used in injectors can be obtained in that the cross section of the metering opening is enlarged that the inlet pressure is increased or that both measures are used. An increase in the inlet pressure of the fuel in a one-point system would however, mean additional costs for a combination of fuel pump and pressure regulator operating at higher pressure. These The solution is therefore not suitable in view of the basic premise of one-point systems, the reduction in complexity.
Die Vergrößerung des Querschnittes der Abmeßöffnung, mit der ein herkömmlicher "Mehrpunkt"-Injektor zu einem "Einpunkf'-Injektor aufgewertet wird, führt zu anderen Problemen. Zunächst wird die Öffnungszeit und somit die Funktionsfähigkeit des Injektors nachteilig beeinflußt, da die Masse des Nadelventils anwächst. Die Masse des Nadelventils wächst proportional zu der Volumenzunahme des Materials und nicht linear mit der Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit. Außerdem sind die Strömungswege herkömmlicher "Mehrpunkt"-Ventile in ungünstiger Weise für den Einsatz in "Ein-The enlargement of the cross section of the measuring opening with which a conventional "multi-point" injector to a "single point" injector upgrading leads to other problems. First of all, the opening time and thus the functionality of the injector are disadvantageous affects as the mass of the needle valve increases. The mass of the needle valve increases proportionally to the increase in volume of the material and not linearly with the increase in flow velocity. In addition, the flow paths of conventional "multipoint" valves are unfavorable for use in "one-way"
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punkt"-Systemen gedrosselt und besitzen keinen ausreichenden Strömungsquerschnitt, mit dem die vergrößerte Strömungsgeschwindigkeit zu einer größeren Abmeßöffnung bewältigt werden könnte.point "systems and do not have a sufficient flow cross-section, with which the increased flow velocity to a larger measuring opening could be managed.
Derartige "Mehrpunkt"-Ventile sind in den US-PS'en 4 007 800 und 3 967 597 beschrieben. Hier wird ein Nadelventil in einem elektromagnetischen Injektor verwendet, welches an vier Seiten des Schaftes flache Ausschneidungen besitzt. Diese Konfiguration drosselt in ungünstiger Weise die Strömung durch das Einspritzventil und vergrößert die Nadelmasse, wenn sie bei einem Injektor mit hoher Strömungsgeschwindigkeit verwendet wird.Such "multipoint" valves are disclosed in U.S. Patents 4,007,800 and US Pat 3,967,597. Here a needle valve is used in an electromagnetic injector, which is located on four sides of the shaft Has flat cutouts. This configuration unfavorably throttles and increases the flow through the injector the needle mass when used with a high flow rate injector.
In der US-PS 3 069 099 ist eine Treibstoff-Einspritzdüse mit einer dreiseitigen Federhalteplatte gezeigt. Bei dieser Konfiguration ist zwar die Treibstoffströmung in der dargestellten, druckbetriebenen Einspritzdüse nicht gedrosselt; gleichwohl ist diese Anordnung für genaue elektromagnetische Solenoid-Einspritzventile nicht geeignet, wo eine genaue Abmessung und ein zuverlässiges Schließen notwendig sind.In US Pat. No. 3,069,099 there is a fuel injector nozzle with a three-sided spring retainer plate shown. In this configuration, although the fuel flow is in that illustrated, pressure-driven Injector not throttled; however, this arrangement is not for accurate electromagnetic solenoid injectors suitable where precise dimensions and reliable closing are required.
Ein weiteres Problem, das bei der Aufwertung herkömmlicher "Mehrpunkf'-Injektoren zu "Einpunkf'-Injektor auftritt, besteht darin, daß viele Injektoren keine stabile Strömung bei verschiedenen Drücken und Zeiten erzeugen. Beispielsweise unterscheidet sich bei einem bestimmten Druck die statische Strömungsgeschwindigkeit zeitweilig; das Auftreten der Instabilität läßt sich nicht vorhersagen. Dieser Fehler verschlechtert sich bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten und höhere Drücken und ist im Bereich der "Einpunkt"-Strömungsgeschwindigkeiten und Drücke nicht mehr hinnehmbar. Ver-Another problem with upgrading conventional "multi-point" injectors To "one-point" injector occurs is that many injectors do not have a stable flow at different Press and generate times. For example, the static flow velocity differs at a certain pressure temporarily; the occurrence of the instability cannot be predicted. This error worsens at higher flow velocities and higher pressures and is in the range of "one point" flow rates and pressures no longer acceptable. Ver
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änderungen zwischen 5 und 7 % wurden bei demselben Injektor, der bei einem bestimmten Druck betrieben wurde, festgestellt. Die Unvorhersehbarkeit der Strömungsgeschwindigkeit aus dem Injektor widerspricht der Genauigkeit, die mit den elektronischen Einspritzsystemen bei der Abmessung von Treibstoff erzielt werden können.Changes between 5 and 7% were noted with the same injector operating at a given pressure. The unpredictability the flow rate from the injector contradicts the accuracy achieved with the electronic injection systems can be achieved in the dimensioning of fuel.
Das geschilderte Problem mit der unstabilen Strömung scheint in der Zwischenfläche zwischen Ventilsitz und Abmeßöffnung begründet zu sein, wo die zylindrische Abmeßöffnung durch den Konus des Ventilsitzes tritt. Man glaubt, daß der Treibstoff sich beim Durchtritt durch die Zwischenfläche zwischen Schließfläche und Ventilsitz beschleunigt und dann in nicht vorhersehbaren Intervallen ungleichmäßig in die Austrittsöffnung fließt. Wenn eine Abtrennung an der Austrittsöffnung erfolgt, wird der Treibstoff durcii die Fläche zwischen der Außenwand der öffnung und einem Düsenzapfen der Ventilspitze nicht mehr genau abgemessen. Dieser Effekt ähnelt dem "vena contracta"-Phänomen, das man in der Hydraulik findet, wenn ein Druckmittel um eine scharfe Kante herumfließt und eine extreme Impulsveränderung erfährt und sich daher von der Oberfläche einer öffnung ablöst.The problem described with the unstable flow seems to be due to the interface between the valve seat and the measuring opening to be where the cylindrical metering opening passes through the cone of the valve seat. It is believed that the fuel is changing as it passes through through the intermediate surface between the closing surface and the valve seat accelerated and then flows unevenly into the outlet opening at unpredictable intervals. When a severance takes place at the outlet opening, the fuel is thru the surface between the outer wall of the opening and a nozzle pin of the Valve tip no longer precisely measured. This effect is similar to the "vena contracta" phenomenon found in hydraulics, if a pressure medium flows around a sharp edge and experiences an extreme change in momentum and therefore moves away from the surface of a opening.
Bei Einspritzventilen mit höhere Strömungsgeschwindigkeit ist der Winkel, unter dem die Ventilsitzfläche die zylindrische Abmeßöffnung schneidet, verhältnismäßig groß, da ein flacher Konuswinkel des Ventilsitzes notwendig ist, um die hohen Strömungsgeschwindigkeiten bei einem möglichst kleinen Hub des Nadelventils zu erzeugen. Dieser Schnittwinkel sollte nach Möglichkeit reduziert werden, ohne daß die mit minimalem Abhub arbeitende, konische Ventilsitzfläche modifiziert wird. Eine Abwandlung der Zwischenfläche zwi-In the case of injection valves with a higher flow rate, the is Angle at which the valve seat surface meets the cylindrical measuring opening cuts, relatively large, since a shallow cone angle of the valve seat is necessary to handle the high flow velocities to be generated with the smallest possible stroke of the needle valve. This cutting angle should be reduced if possible, without modifying the conical valve seat surface, which operates with minimal lift. A modification of the interface between
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sehen Ventilsitz und Ventilspitze eines Injektors ist in Fig. 4 der US-PS 3 241 768 beschrieben, dient jedoch dem Zweck, eine konstante Strömungsfläche auszubilden.see valve seat and valve tip of an injector is in Fig. 4 in US Pat. No. 3,241,768, but serves the purpose of creating a constant flow area.
Ein weiteres Problem, welches bei bekannten Einspritzventilen mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten auftritt, liegt in einem Resttreibstoff tropfen, der an dem Injektor oder an der Injektorspitzenfläche zurückbleibt. Dieser beeinflußt die Genauigkeit der Treibstoffeinspritzung bei darauffolgenden öffnungen. Wenn ein Resttreibstoff am Injektor zurückbleibt, führt dies auch zu Verunreinigungen, wenn er verdampft; er kann die Abmeßöffnung verstopfen.Another problem which occurs with known injection valves with high flow velocities is residual fuel drip on the injector or on the injector tip surface remains behind. This affects the accuracy of the fuel injection at subsequent openings. If a residual fuel remains on the injector, it also leads to contamination when it vaporizes; it can clog the measuring opening.
Eine Formung des Sprühmusters wurde bei "Mehrpunkf'-Treibstoffinjektoren und auch bei "Einpunkf'-Injektoren versucht. Die Form des Musters ist bei "Einpunkt"-Anwendungen wichtig, da ein Injektor den Treibstoff zu einer bestimmten Zeit in den Luftstrom einbringt und die folgende Charge an eine bestimmte Vielzahl von Zylindern abgegeben werden soll. Wenn die Genauigkeit im Verhältnis zwischen Luft und Treibstoff aufrechterhalten und die Verteilungsfehler von Zylinder zu Zylinder minimalisiert werden sollen, muß das Flußmuster richtig gebildet und bei jedem Einspritzvorgang reproduzierbar sein. Hierdurch wird die Wandbenetzung und eine erwünschte Kondensation des Treibstoffes auf der Drossel und auf anderen Flächen minimalisiert·A shaping of the spray pattern was used with "multi-point" fuel injectors and also tried "Einpunkf" injectors. The shape of the Pattern is important in "single point" applications as an injector injects the fuel into the air stream at a specific time and the following batch is to be delivered to a certain number of cylinders. If the accuracy is in the ratio between Maintaining air and fuel and minimizing cylinder-to-cylinder distribution errors must be the flow pattern correctly formed and reproducible with each injection process. This makes the wall wetting and a desirable one Condensation of the fuel on the throttle and on other surfaces minimized
Ein Sprühmuster, das bei der "Einpunkt"-Einspritzung zunehmend beliebt wird, ist das Muster eines hohlen Konus. Hier wird der Treibstoff auf ein Volumen zwischen zwei Konen unterschiedlicher Größe begrenzt, deren Scheitel bei der Injektorspitze liegt. Dieses Mu-A spray pattern that is becoming increasingly popular with "single point" injection is the pattern of a hollow cone. Here the fuel is on a volume between two cones of different sizes limited whose apex is at the injector tip. This mu-
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ster sollte bei derselben Injektorbauweise über einen weiten Bereich von Betriebsdrücken und Strömungsgeschwindigkeiten hinweg reproduzierbar sein.ster should be over a wide area with the same injector design be reproducible across operating pressures and flow velocities.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Treibstoff-Einspritzventil der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung derart weiterzubilden, daß es die oben geschilderten, erwünschten Vorteile aufweist.The object of the present invention is to provide a fuel injection valve to develop the genus specified in the preamble of the main claim in such a way that the above-described, desired Has advantages.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den ünteransprüchen angegeben.This task is described in the characterizing part of the main claim Invention solved; advantageous developments are specified in the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigenAn exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing; show it
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Abmeßkombination von Injektorgehäuse und Nadelventil, welches in der Schließstellung dargestellt ist;Fig. 1 is a cross section through a dimensional combination of injector housing and needle valve, which is shown in the closed position;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Kombination von Injektorgehäuse und Nadelventil, die in Fig. 1 gezeigt ist, in der Offenstellung;Fig. 2 shows a cross section through the combination of injector housing and needle valve shown in Figure 1 in the open position;
Fig. 3 eine vergrößerte Teilseitenansicht im Querschnitt der konturierten Zwischenfläche zwischen Ventilsitz und Nadelventil bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Abmeßkombination ;3 shows an enlarged partial side view in cross section of the contoured interface between the valve seat and the needle valve in the measurement combination shown in Figures 1 and 2;
Fig. 4 eine Graphik, in welcher die Strömungszone als Funktion verschiedener Punkte entlang der Zwischenfläche zwischen Ventilsitz und Nadelventil, die in Fig. 3 dargestellt ist, gezeigt ist.4 is a graph in which the flow zone as a function of various points along the interface between The valve seat and needle valve shown in Fig. 3 is shown.
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In Fig. 1 ist der Abmeßabschnitt eines Einspritzventils, der eine für den Einsatz in "Einpunkt"-System geeignete Treibstoffströmungsgeschwindigkeit besitzt, in der Schließstellung gezeigt. Er umfaßt ein Ventilgehäuse 100 und ein Nadelventil 107, welches in einem Injektorgehäuse 104 des Ventils montiert ist. Die Konstruktion des Injektorventiles,soweit sie nicht den Abmeßabschnitt betrifft, ist nicht gezeigt; sie ist herkömmlich und für die Erörterung der Erfindung unerheblich. Diese weggelassenen Teile enthalten beispielsweise ein Solenoid, welches an der Armatur mit dem Nadelventil 107 verbunden ist. Dies ist beispielsweise in der oben genannten US-PS 4 007 800 dargestellt.In Fig. 1, the metering portion of an injector, the one fuel flow rate suitable for use in "single point" systems possesses, shown in the closed position. It comprises a valve housing 100 and a needle valve 107 which is in an injector housing 104 of the valve is mounted. The construction of the injector valve, as far as it does not concern the measuring section, is Not shown; it is conventional and irrelevant to the discussion of the invention. These omitted parts include, for example a solenoid which is connected to the needle valve 107 on the armature. This is for example in the above-mentioned US-PS 4 007 800 shown.
Das Ventilgehäuse 100 ist von einer Montagekammer 102 des fInjektorgehäuses 104 aufgenommen und erh< durch eine C-förmige Abstands-The valve housing 100 is received in a mounting chamber 102 of the injector housing 104 and f erh & lt through a C-shaped distance
• *• *
scheibe 106 einen genauen Abstand«»Deren Abmessungen werden genau eingestellt, indem beide Stirnfläche bearbeitet werden. Das Ventilgehäuse 100 wird in der Montagekammer 102 festgehalten, indem der Rand 114 des Injektorgehäuses 104 über eine Außenschulter des Ventilgehäuses gebördelt wird. Ein geeigneter O-Ring 112 dichtet die Zwischenfläche von Montagekammer 102 und Ventilgehäuse 1OO ab.washer 106 an exact distance "" Their dimensions will be exact adjusted by machining both end faces. The valve housing 100 is held in the mounting chamber 102 by the Edge 114 of the injector housing 104 over an outer shoulder of the valve housing is crimped. A suitable O-ring 112 seals the The intermediate surface of the assembly chamber 102 and the valve housing 1OO.
Das Ventilgehäuse 100 ist mit einer im wesentlichen mittig verlaufenden Gehäusebohrung 116 versehen. Das Nadelventil 107 umfaßt einen Schaftabschnitt 108, der durch die C-förmige Abstandsscheibe 106 hindurchpaßt und sich dann in einen radial nach außen laufenden Abstandskragen 110 erweitert. Der Abstandskragen 110 grenzt an einen im wesentlichen im Querschnitt dreieckigen Mittelabschnitt an, der drei gleichseitige Lagerflächen 118 besitzt. Diese sind über die Ventilgehäusebohrung 116 gleichmäßig verteilt und zentrieren dasThe valve housing 100 has a substantially centrally extending Housing bore 116 provided. The needle valve 107 includes a shaft portion 108 passing through the C-shaped spacer washer 106 fits through and then widens into a radially outwardly extending spacer collar 110. The spacer collar 110 is adjacent to one A central section which is essentially triangular in cross section and has three bearing surfaces 118 on the same side. These are about the Valve housing bore 116 evenly distributed and center the
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Nadelventil 107 innerhalb der Bohrung.Needle valve 107 within the bore.
Der Mittelabschnitt führt zu einer Ventilspitze 122. Diese besitzt eine Schließfläche 124, welche einer kegelstumpfförmigen Ventilsitzfläche 126 angepaßt ist, und verschmälert sich dann zu einem länglichen Düsenzapfen 128. Der Düsenzapfen 128 erstreckt sich durch eine zylindrische Abmeßöffnung 132 und endet in einer Ablenkkappe 130. Die Lagerflächen 118 gleiten in der Bohrung 116 und sind über zurückgenommene Flächen 120 miteinander verbunden, die zwischen sich und der Ventilgehäusebohrung 116 Strömungsmittelkanäle bilden.The middle section leads to a valve tip 122. This has a closing surface 124 which is a frustoconical valve seat surface 126 is adapted, and then tapers to an elongated nozzle post 128. The nozzle post 128 extends through a cylindrical metering opening 132 and terminating in a baffle cap 130. The bearing surfaces 118 slide in the bore 116 and are connected to one another via recessed surfaces 120, the fluid channels between them and the valve housing bore 116 form.
Unter Druck stehender Treibstoff fließt in die Treibstoffkanäle zwischen dem Nadelventil und der Gehäusebohrung 116 aus einer Druckquelle (nicht gezeigt), welche Treibstoff durch die öffnung in der Abstandsscheibe 106 einspeist. Der Austritt des Treibstoffes aus einem ringförmigen Kanal, der zwischen der zylindrischen öffnung 132 und dem Düsenzapfen 128 gebildet wird, wird mittels einer Schließkraft 105 verhindert, welche die Nadelventilspitze dicht gegen die Ventilsitzfläche 126 andrückt.Pressurized fuel flows into the fuel channels between the needle valve and the housing bore 116 from a pressure source (not shown) which feeds fuel through the opening in the spacer disk 106. The escape of the fuel from an annular channel which is formed between the cylindrical opening 132 and the nozzle pin 128 is prevented by means of a closing force 105 which presses the needle valve tip tightly against the valve seat surface 126.
In Fig. 2 wird aus dem Ventil Treibstoff abgemessen, indem eine Öffnungskraft 134 angelegt wird. Diese hebt das Nadelventil 1O7 von der Sitzfläche weg und läßt Treibstoff durch die Zwischenfläche 126 zwischen Schließfläche 124 und Ventilsitzfläche und danach durch die öffnung 132 durchtreten. Das Nadelventil 107 wird so weit angehoben, bis der Abstandskragen 110 an der Scheibe 106 anstößt. Die Öffnungskraft 134 und die Schließkraft 105 können auf verschiedene Weise, beispielsweise durch ein Solenoid, durch DruckIn Fig. 2, fuel is metered from the valve by applying an opening force 134. This lifts the needle valve 107 away from the seat surface and allows fuel to pass through the intermediate surface 126 between the closing surface 124 and the valve seat surface and then through the opening 132. The needle valve 107 is raised until the spacer collar 110 strikes the disk 106. The opening force 134 and the closing force 105 can be in various ways, for example by a solenoid, by pressure
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oder mechanisch, erhalten werden.or mechanically.
Wenn das Ventil offen ist, wird Treibstoff durch den Ringkanal zwischen Düsenzapfen 128 und zylindrischer Abmeßöffnung 132 abgemessen. Die Strömungsfläche des Kanals wird genau gesteuert, so daß eine gewünschte Menge pro Zeiteinheit beim Betriebsdruck des Ventils eingespritz wird. Die Treibstoffströmung wird zu einem Hohlkonus-Muster durch die Ablenkkappe 130 geformt. Das Muster besitzt einen äußeren Konuswinkel A und einen inneren Konuswinkel B. Zwischen diesen befindet sich praktisch die gesamte TreibstoffStrömung.When the valve is open, fuel is passed through the annular channel between Nozzle pin 128 and cylindrical measuring opening 132 measured. The flow area of the channel is precisely controlled so that a desired amount is injected per unit of time at the operating pressure of the valve. The flow of fuel becomes a hollow cone pattern formed by the baffle cap 130. The pattern has an outer cone angle A and an inner cone angle B. Between This is where practically the entire fuel flow is located.
Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch die Zwischenfläche zwischen Ventilspitze 122 und Ventilsitz 126. Aus der Figur ist zu erkennen, daß die Schnittstelle zwischen Ventilsitzfläche und Abmeßöffnung, an der zuvor eine scharfe Kante mit einem relativ großen Winkel lag (durch die gestrichelte Linie 140 angedeutet) nun zu einer Übergangsfläche 144 geformt wurde, welche zwischen der konischen Fläche des Ventilsitzes und der zylindrischen Öffnung ihre Richtung glatt verändert. Die Übergangsfläche 144 ist als Kurve gezeigt, welche an der Austrittsöffnung beginnt und bis zu einer Stelle reicht, an der sie tangential zur Ventilsitzfläche 126 ist.3 shows an enlarged cross section through the intermediate surface between valve tip 122 and valve seat 126. From the figure it can be seen that the interface between the valve seat surface and measuring opening, at which previously a sharp edge with a relative large angle (indicated by the dashed line 140) was now formed into a transition surface 144, which between the conical surface of the valve seat and the cylindrical opening changed their direction smoothly. The transition surface 144 is shown as a curve which begins at the outlet opening and extends to a point where it is tangential to the valve seat surface 126 is.
Dies ist die bevorzugte Form; ihr Querschnitt kann ein Kreisbogen oder eine Kurve höherer Ordnung sein. Jede Übergangsfläche, welche die Treibstoffrichtung allmählich genug verändert, ohne daß also eine Trennung oder Kavitation der Treibstoffströmung erfolgt, ist für die Zwischenfläche geeignet. Die einfachste Form der Übergangsfläche ist eine Kegelstumpffläche, die an der Ventilsitzfläche be- This is the preferred form; its cross-section can be an arc of a circle or a curve of a higher order. Any transition surface, which the direction of the propellant has changed gradually enough without a separation or cavitation of the propellant flow taking place suitable for the intermediate surface. The simplest form of the transition surface is a truncated cone surface, which acts on the valve seat surface.
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ginnt und zur zylindrischen Abmeßöffnung führt. Die konische Übergangsfläche besitzt dann eine größere Neigung als die Ventilsitzfläche, jedoch eine geringere als der senkrechte Winkel der Abmeßöf fnung.starts and leads to the cylindrical measuring opening. The conical transition surface then has a greater inclination than the valve seat surface, but less than the perpendicular angle of the Abmeßöf opening.
Zur Ergänzung der Übergangsfläche ist auch die Ventilspitze 122 zwischen der Schließfläche und dem Düsenzapfen gegenüber der früheren Form, die durch die gestrichelte Linie 142 dargestellt ist, zu der Flächenkonfiguration abgewandelt, die mit 146 dargestellt ist. Nimmt man den Strömungsquerschnitt bei unterschiedlichen Positionen zwischen der Ventilspitze und der Ventilsitzzwischenfläche, so sieht man aus Fig. 4, daß diese vom Punkt A bis zum Punkt B aufgrund der Drosselung der Schließfläche und des Ventilsitzes abnimmt. Vom Punkt B bis zum Punkt D wächst sie langsam an; an den Punkten D-F wird ein Plateau erreicht. Vom Punkt F bis zum Strömungsquerschnitt des Ringkanals I, nimmt der Strömungsquerschnitt allmählich und gleichmäßig ab.The valve tip 122 is also used to supplement the transition area between the closing surface and the nozzle pin compared to the previous one The shape shown by the dashed line 142 is modified to the surface configuration shown at 146. If one takes the flow cross-section at different positions between the valve tip and the valve seat interface, so it can be seen from Fig. 4 that this decreases from point A to point B due to the throttling of the closing surface and the valve seat. It grows slowly from point B to point D; a plateau is reached at points D-F. From point F to the flow cross section of the annular channel I, the flow cross-section decreases gradually and evenly.
Die Strömungsfläche zwischen den Punkten B und F läßt den Treibstoff den Druck zurückgewinnen, der durch die gedrosselte Fläche zwischen A und B verlorenging, und verlangsamt die Geschwindigkeit. Vom Punkt F an verhindert der glatte Eintritt des Treibstoffes entlang der Übergangsfläche in die Austrittsöffnung 132, daß das Strömungsmittel unter den Dampfdruck abfällt, so daß die Strömungsgeschwindigkeit stabil ist und eine Kavitation und eine Ablösung verhindert werden.The flow area between points B and F lets the fuel regain the pressure lost by the restricted area between A and B and slow down the speed. From point F onward, the smooth entry of the fuel along the transition surface into exit port 132 prevents the Fluid drops below vapor pressure so that the flow rate is stable and there is cavitation and separation be prevented.
Die Kontur der Ventilspitze 122 und die Kontur der Übergangsfläche 144 tragen beide dazu bei, ein Abmeßventil zu schaffen, das eineThe contour of the valve tip 122 and the contour of the transition surface 144 both help create a metering valve, the one
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stabile Strömungsgeschwindigkeit besitzt. Jede Maßnahme kann jedoch auch einzeln dazu verwendet werden, bei Einspritzventilen eine Stabilität herbeizuführen. Vorzugsweise werden jedoch diese Merkmale gemeinsam benutzt, wodurch ihre einzelnen Beiträge verbunden werden.has a stable flow rate. Any measure can, however can also be used individually to bring about stability in injection valves. However, these are preferred Features are shared, thus connecting their individual contributions.
Die Ausbildung des Sprühmusters als hohler Konus geschieht durch die Ablenkkappe 130, die am Ende des Düsenzapfens als Konus mit flachem Ablenkrand 138 und als kleine Rundung 150, die zum Schaft des Düsenzapfens 128 führt, ausgebildet ist. Die Sprühachse C-C gibt die Richtung des Strömungsmittelimpulses an, wenn der Treibstoff aus der öffnung 132 austritt. Nimmt man für den Injektor einen konstanten Druck an, so wird das Sprühmuster des hohlen Konus durch Kontrolle von drei Variablen erzeugt. Dabei handelt es sich um: den ringförmigen Strömungsquerschnitt des Treibstoffkanals zwischen der Abmeßöffnung und dem Düsenzapfen; die Entfernung zwischen dem Ende des Injektorgehäuses und der flachen Ablenkfläche 148, die mit d.. bezeichnet ist; die Differenz zwischen dem Durchmesser der öffnung und dem Durchmesser der Basis der Ablenkkappe, die mit d_bezeichnet ist.The formation of the spray pattern as a hollow cone is done by the deflection cap 130, which is at the end of the nozzle pin as a cone flat deflection edge 138 and as a small rounding 150, which leads to the shaft of the nozzle pin 128 is formed. The spray axis C-C indicates the direction of the fluid impulse when the fuel is running out emerges from the opening 132. If a constant pressure is assumed for the injector, the spray pattern becomes the hollow cone generated by controlling three variables. These are: the annular flow cross-section of the fuel channel between the measuring opening and the nozzle pin; is the distance between the end of the injector housing and the flat baffle 148, which is designated by d ..; the difference between the diameter of the opening and the diameter of the base of the deflector cap, which is marked with d_.
Allgemein gesprochen gilt: je kleiner die Entfernung d., desto breiter ist das Sprühmuster, wenn der Injektor offen ist. In ähnlicher Weise gilt, daß der Sprühmusterwinkel um so größer ist, um so kleiner die Entfernung d~ ist. Eine Einschränkung besteht darin, daß die Entfernung d.. größer als diejenige sein muß, die zur Verhinderung einer Drosselung der Abmeßöffnung notwendig ist. Die Ablenkkappe 130 dient nämlich bei dem beschriebenen Ventil dem Zweck, die Formfunktion von der Abmeßfunktion zu trennen.Generally speaking, the smaller the distance d., The smaller the distance the spray pattern is wider when the injector is open. Similarly, the greater the spray pattern angle, the smaller the distance d ~ is. One restriction is that the distance d .. must be greater than that which is necessary to prevent throttling of the measuring opening. The deflection cap 130 is used in the valve described Purpose to separate the form function from the measure function.
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Wenn die Treibstoffströmung austritt und auf die Ablenkfläche 148 auftrifft, verändert sie die Richtung des Strömungsmittels, welches durch die Ablenkentfernung d_ fließt, wodurch der Sprühkonus mit den zwei Konuswinkeln gebildet wird. Das Strömungsmittel, welches im wesentlichen senkrecht zur Sprühachse C-C von der Ablenkfläche 138 abgelenkt wird, verursacht eine Bewegung von der Sprühachse in horizontaler Richtung weg, die mit der Strömungsmenge und der Menge der abgelenkten Strömung verknüpft ist. Je größer die Menge der abgelenkten Strömung verglichen mit der gesamten Strömung ist, desto kleiner Bind die Winkel des Hohlkonusmusters.As the fuel flow exits and strikes the deflector surface 148 , it changes the direction of the fluid flowing through the deflection distance d_, thereby forming the spray cone with the two cone angles. The fluid which is deflected by the deflector surface 138 substantially perpendicular to the spray axis CC causes a movement away from the spray axis in a horizontal direction which is related to the flow rate and the amount of the deflected flow. The greater the amount of deflected flow compared to the total flow, the smaller the angles of the hollow cone pattern.
Beispielsweise kann ein ßprühmuster mit einem inneren Konuswinkel B von 60° und einem äußeren Konuswinkel von 30° dadurch gebildet werden, daß ein Injektor mit einer Abmeßöffnung von 0,84 mm Durchmesser und einem Düsenzapfendurchmesser von 0,56 mm verwendet wird. Die Entfernung d1 liegt bei diesem Injektor ungefähr bei 0,41 mm; die Entfernung d_ beträgt 0,25 mm. Der Außendurchmesser der Basis der Ablenkkappe ist 0,81 mm. Ein derartiger Injektor arbeitet beiFor example, a spray pattern with an inner cone angle B of 60 ° and an outer cone angle of 30 ° can be formed by using an injector with a measuring opening of 0.84 mm diameter and a nozzle pin diameter of 0.56 mm . The distance d 1 in this injector is approximately 0.41 mm; the distance d_ is 0.25 mm. The outer diameter of the base of the deflector cap is 0.81 mm. Such an injector works at
einem Druck von ungefähr 0,8 kg/cm und einer "Einpunkt"-Strömungsgeschwindigkeit von ungefähr 20 kg/h.a pressure of approximately 0.8 kg / cm and a "one point" flow rate of about 20 kg / h.
Ein Injektor, der bei einem niedrigeren Druck von ungefähr 1 kg/cm und derselben Geschwindigkeit mit einem inneren Konuswinkel B von 30 und einem äußeren Konuswinkel A von 10° arbeitet, läßt sich dadurch erhalten, daß die Abmeßöffnung 1,12 mm und der Außendurchmesser des Düsenzapfens 0,64 mm beträgt. Dieses Ventil besitzt eine Entfernung d1 von 0,61 mm. Zu diesem Sprühwinkel wird eine Differenz von 0,05 mm bzw. eine Entfernung d„ zwischen dem Außendurchmesser der Basis der Ablenkkappe und der Abmeßöffnung benötigt, d.h.,An injector operating at a lower pressure of about 1 kg / cm and the same speed with an inner cone angle B of 30 and an outer cone angle A of 10 ° can be obtained by making the measuring opening 1.12 mm and the outer diameter of the Nozzle pin is 0.64 mm. This valve has a distance d 1 of 0.61 mm. For this spray angle, a difference of 0.05 mm or a distance d "is required between the outer diameter of the base of the deflection cap and the measuring opening, ie
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der Durchmesser der Basis der Ablenkkappe beträgt 1,07mm.the diameter of the base of the deflector cap is 1.07mm.
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