DE3214040A1 - Fuel injection nozzle, especially for a high-speed vehicle diesel engine - Google Patents

Fuel injection nozzle, especially for a high-speed vehicle diesel engine

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DE3214040A1 DE19823214040 DE3214040A DE3214040A1 DE 3214040 A1 DE3214040 A1 DE 3214040A1 DE 19823214040 DE19823214040 DE 19823214040 DE 3214040 A DE3214040 A DE 3214040A DE 3214040 A1 DE3214040 A1 DE 3214040A1
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Abstract

In order to obviate the need for a special hydraulic fluid and a slide valve arrangement controlled by this for the two-stage operation of needle sleeves (8) and nozzle needle (11) by the fuel pressure in the nozzle body (1) without the risk of vibrations occurring in the system, at the end of the opening travel of the nozzle needle (11) a stop (29) on this presses the spring plate (26) for the closing spring (14) of the needle sleeve (8), which plate is in contact with the needle sleeve (8), against the action of this closing spring (14). <IMAGE>

Description

Kraftstoffeinspritzdüse, insbesondere für Fuel injection nozzle, especially for

einen schnellaufenden Fahrzeug-Dieselmotor Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine aus der DE-OS 29 43 896, F02M 63/02, bekannte Kraftstoff-Einspritzdüse mit diesen konstruktiven Merkmalen enthält für die Verbindung der beiden Druckräume mit der Kraftstoffzuführung getrennte Zulaufkanäle, in denen eine vom Druck einer Druckflüssigkeit gesteuerte Schieberanordnung liegt, die in Abhängigkeit von dem genannten Druck einen oder beide der Zulaufkanäle durchschaltet. Die Schließfedern für Düsennadel und Nadelhülse umgeben einander konzentrisch, und zwischen Düsennadel und Nadelhülse bestehen keii;rlei kraftübertragende Verbindungen. a high speed vehicle diesel engine The invention relates to a fuel injector according to the preamble of claim 1. One from DE-OS 29 43 896, F02M 63/02, known fuel injection nozzle with this constructive Contains features for the connection of the two pressure chambers with the fuel supply separate inlet channels, in which one is controlled by the pressure of a hydraulic fluid Slide arrangement is located, one or the other depending on the pressure mentioned switches through both of the inlet channels. The closing springs for the nozzle needle and needle sleeve surround each other concentrically, and there is nothing between the nozzle needle and the needle sleeve power-transmitting connections.

Die Düsennadel ist einschließlich ihres Dichtsitzes innerhalb der mit entsprechenden im wesentlichen radial verlaufenden Austrittsbohrungen versehenen Nadelhülse angeordnet, die ihrerseits mit ihrem brennraumseitigen Ende schieberartig in der Spitze des Düsenkörpers geführt ist.The nozzle needle, including its sealing seat, is within the provided with corresponding essentially radially extending outlet bores Arranged needle sleeve, which in turn is like a slide with its end on the combustion chamber side is guided in the tip of the nozzle body.

Insbesondere bei schnellaufenden Fahrzeug-Dieselmotoren mit Direkteinspritzung in den Brennraum lassen sich die großen Verhältnisse von größter zu kleinster Kraftstoffeinspritzmenge und auch größter zu kleinster Einspritz strahlgeschwindigkeit wegen der sehr hohen möglichen Motordrehzahlen nicht mehr durch eine einstufige" Ausführung der Kraftstoffeinspritzdüse beherrschen. Insbesondere das Verbrauchs- und Emissionsverhalten der Motoren fordert bei den verschiedenen Betriebsarten eine sehr hohe Gemischbildungsgüte, die von den herkömmlichen Konstruktionen, wie Ansaugluftdrallkanal und Mehrlocheinspritzdüsen, nur mit Einschränkungen gewährleistet werden kann. So bedingt eine gute Gemischbildung bei kleinen Drehzahlen und niedriger Last kleine Kraftstoff-Austrittslöcher (Düsenlöcher) an den Einspritzdüsen. Kleine Austrittslöcher bewirken aber bei hoher Last und hoher Drehzahl einen unerwünschten hohen Anstieg der Einspritzdrücke bei dennoch nicht immer ausreichend kurzen Einspritzzeiten. Demgegenüber hat eine Anpassung der Abmessungen der Austrittslöcher an die Erfordernisse der höheren Lastbereiche ein Absinken der Einspritzstrahlenergie und damit eine deutlich verschlechterte Gemischbildung im Teillastbereich zur Folge.Especially with high-speed vehicle diesel engines with direct injection The large ratios of the greatest to the smallest amount of fuel injected can be fed into the combustion chamber and also the greatest to the smallest injection jet speed because of the very high possible engine speeds no longer by a single-stage "design of the fuel injector dominate. In particular, the consumption and emission behavior of the engines calls a very high mixture formation quality in the various operating modes, which is achieved by the conventional constructions, such as intake air swirl duct and multi-hole injection nozzles, can only be guaranteed with restrictions. This requires a good mixture formation Small fuel outlet holes (nozzle holes) at low speeds and low loads on the injectors. However, small exit holes cause high loads and high loads Speed an undesirably high increase in injection pressures but not always sufficiently short injection times. In contrast, the dimensions have been adjusted the outlet holes to the requirements of the higher load ranges a decrease in the Injection jet energy and thus a significantly worsened mixture formation in the Partial load range result.

Es ist daher zweckmäßig, Kraftstoffeinspritzdüsen mit mehreren Austrittslöchern zu verwenden, die unterschiedlich dimensioniert sind und lastabhängig freigegeben werden. Der eingangs dargelegte Stand der Technik beschreibt eine "zweistufige" Kraftstoffeinspritzdüse, bei der beim Öffnungshub der Düsennadel Austrittslöcher am brennraumseitigen Ende der Nadelhülse und beim Öffnen der Nadelhülse Austrittslöcher an der Spitze des Düsenkörpers freigegeben, d.h. mit den Zulaufkanälen verbunden werden. Dabei erfolgt aber, wie beschrieben, nur die Betätigung von Düsennadel und Nadelhülse in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck, während die Zulaufleitungen durch die Schieberanordnung in Abhängigkeit vom Druck einer Druckflüssigkeit durchgeschaltet bzw. gesperrt werden. Dieses Konstruktionsprinzip erfordert mithin nicht nur eine zusätzliche Schieberanordnung, die im Düsengehäuse mit untergebracht werdeh muß, sondern auch eine zusätzliche Steuerung für diese.It is therefore advisable to use fuel injection nozzles with several outlet holes to be used, which are dimensioned differently and released depending on the load will. The prior art presented at the beginning describes a "two-stage" Fuel injection nozzle with exit holes during the opening stroke of the nozzle needle exit holes at the end of the needle sleeve on the combustion chamber side and when the needle sleeve is opened Released at the tip of the nozzle body, i.e. connected to the inlet channels will. However, as described, only the nozzle needle and are actuated Needle sleeve as a function of fuel pressure while the feed lines pass through the slide assembly switched through depending on the pressure of a hydraulic fluid or blocked. This design principle therefore does not require just one additional slide arrangement that must be accommodated in the nozzle housing, but also an additional control for this.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzdüse mit den Konstruktionsmerkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei der bei relativ niedrigen Kraftstoffdruckwerten nur die Nadelhülse, dagegen bei höheren Kraftstoffdruckwerten auch die Düsennadel vom zugehörigen Dichtsitz abhebt und trotz Verzichts auf Schieber oder Ventile im Zuge von Zulaufkanälen eine störende gegenseitige Beeinflussung der Arbeitsweise von Düsennadel und Nadelhülse unterbunden ist.The invention is based on the object of a fuel injection nozzle to create with the design features of the preamble of claim 1, in the case of the relatively low fuel pressure values only the needle sleeve, on the other hand at higher fuel pressure values also remove the nozzle needle from the associated sealing seat lifts off and despite the fact that there are no slides or valves in the course of inlet ducts disturbing mutual influence of the operation of the nozzle needle and needle sleeve is prevented.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.The inventive solution to this problem consists in the characterizing Features of claim 1.

Bei der Erfindung stehen also beide Druckräume in Dauerverbindung mit der Kraftstoffzuführung. Bei einem ersten vorgegebenen Druckwert in dem der Nadelhülse zugeordneten Druckraum öffnet diese entgegen der Kraft der ihr zugeordneten, entsprechend ausgelegten Schließfeder, wodurch sich bereits eine Vergrößerung dieses Druckraums und damit ein momentaner Druckabfall in diesem Druckraum ergibt. Sobald der Kraftstoffdruck einen so hohen Wert erreicht hat, daß die in dem Druckraum der Düsennadel auf diese ausgeübte Druckkraft die Gegenkraft der entsprechenden Schließfeder überwindet, hebt auch die Düsennadel von ihrem Dichtsitz ab. Dies bedeutet eine weitere Vergrößerung der kraftstoffgefüllten Räume im Düsengehäuse, so daß die Möglichkeit besteht, daß die der Nadelhülse zugeordnete Schließfeder diese wieder etwas in Richtung Schließstellung beschleunigt. Im Extremfall kann es demgemäß zumindest zu zeitweiligen Schwingungsvorgängen in dem System kommen, die durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen auf einfache Weise unterbunden werden: Sobald die Düsennadel einen Mindestöffnungshub vollführt hat, kommt der an ihr vorgesehene Anschlag in Berührung mit dem an der Nadelhülse vorgesehenen Federteller und übt auf diesen eine Kraft aus, die der von der Schließfeder der Nadelhülse ausgeübten Kraft entgegengerichtet ist. Damit erfolgt also gleichsam eine-Kompensation des durch die Vergrößerung des Volumens der kraftstofferfüllten Räume in der Einspritzdüse hervorgerufenen Abfalls an Öffnungskraft für die Nadelhülse.In the invention, both pressure chambers are in permanent communication with the fuel supply. At a first predetermined pressure value in which the The pressure chamber assigned to the needle sleeve opens it against the force of the pressure chamber assigned to it, appropriately designed closing spring, which already increases this Pressure chamber and thus a momentary pressure drop in this pressure chamber results. As soon the fuel pressure has reached such a high value that the in the pressure chamber of the Nozzle needle on this exerted pressure force the counterforce of the corresponding closing spring overcomes, also lifts the nozzle needle from its sealing seat. This means one further enlargement of the fuel-filled spaces in the nozzle housing, so that the possibility consists that the closing spring assigned to the needle sleeve this again somewhat in the direction Accelerated closed position. In the extreme case, it can be at least temporarily Vibration processes in the system are caused by the measures according to the invention be prevented in a simple way: As soon as the nozzle needle has a minimum opening stroke has performed, the stop provided on it comes into contact with that on the Needle sleeve provided spring plate and exerts a force on them that of the closing spring of the needle sleeve is counteracted by the force exerted. So it takes place thus, as it were, a compensation for the fuel-filled ones by increasing the volume Spaces in the injector caused drop in opening force for the needle sleeve.

Besonders vorteilhaft ist die Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 2, da hier irgendwelche Schieber in Brennraumnähe, die stets zum Verkoken neigen, vermieden sind und sich die beiden Kegelflächen leicht feinbearbeiten lassen.The development of the invention according to claim is particularly advantageous 2, because there are any slide valves in the vicinity of the combustion chamber that always tend to coke, are avoided and the two conical surfaces can easily be finely machined.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur erläutert, die einen Längsschnitt durch die Kraftstoffeinspritzdüse wiedergibt.An embodiment of the invention is described below with reference to the Figure explained, which reproduces a longitudinal section through the fuel injection nozzle.

Das Düsengehäuse besteht im wesentlichen aus den drei durch Verschraubung miteinander verbundenen Hauptbestandteilen 1, 2 und 3. Bei 4 mündet in das Düsengehäuse die zu einer üblichen Pumpe führende Kraftstoffzuführung ein, bei 5 geht die übliche Leckleitung ab. Im Düsengehäuse führt die gemeinsame Zulaufleitung 6 direkt zu dem Druckraum 7, der der Nadelhülse 8 zugeordnet ist, und indirekt über Bohrungen 9 zum Druckraum 10 innerhalb der Nadelhülse 8, der der Düsennadel 11 zugeordnet ist. Wie unmittelbar aus der Figur ersichtlich, werden die Druckräume 7 und 10 durch derart ausgerichtete Ringwände 12 und 13 an Nadelhülse 8 und Düsennadel 11 begrenzt, daß der Druck in den Druckräumen Uffnungsbewegungen der Teile 8 und 11 in Richtung nach oben entgegen der Kraft der ihnen zugeordneten Schließfedern 14 und 15 zu erzeugen sucht. Eine Öffnungabewegung der Nadelhülse 8, die also nur bei einem entsprechend großen Druckwert des Kraftstoffs im Druckraum 7 möglich ist, hat eine Freigabe der in einer ersten Reihe angeordneten Kraftstoff-Austrittslöcher 16 an der dem Brennraum zugekehrte Spitze 17 des Düsengehäuses 1 zur Folge, während die eine weitere Lochreihe bildenden Austrittslöcher 18 erst dann freigegeben, d.h. über Kanäle 19 mit der Zulaufleitung 6 verbunden werden, wenn bei einem noch höheren Wert des Kraftstoffdrucks auch die Düsennadel 11 in Richtung nach oben abgehoben hat. Die Dichtflächen werden durch die Innenkegelfläche 20 im Düsenkörper 1 einerseits und die Außenkegelflächen 21 und 22 an der Nadelhülse 8 und der Düsennadel 11 andererseits gebildet; Außen- und Innenkegelflächen haben etwa gleiche Kegelwinkel und solche Durchmesser, daß jede Außenkegelfläche eine Reihe von Austrittslöchern abdeckt.The nozzle housing essentially consists of the three by screwing interconnected main components 1, 2 and 3. At 4 opens into the Nozzle housing introduces the fuel supply leading to a conventional pump, at 5 the usual leakage line goes off. The common feed line runs in the nozzle housing 6 directly to the pressure chamber 7, which is assigned to the needle sleeve 8, and indirectly via Bores 9 to the pressure chamber 10 within the needle sleeve 8, which is assigned to the nozzle needle 11 is. As can be seen directly from the figure, the pressure spaces 7 and 10 are through Ring walls 12 and 13 aligned in this way are limited to the needle sleeve 8 and nozzle needle 11, that the pressure in the pressure chambers opening movements of the parts 8 and 11 in the direction to generate upwards against the force of their associated closing springs 14 and 15 seeks. An opening movement of the needle sleeve 8, which is therefore only corresponding to one large pressure value of the fuel in the pressure chamber 7 is possible, has a release of the fuel outlet holes 16 arranged in a first row at the combustion chamber facing tip 17 of the nozzle housing 1 result, while the one more row of holes only then released, i.e. via channels 19 with the Feed line 6 are connected when at an even higher value of the fuel pressure the nozzle needle 11 has also lifted off in the upward direction. The sealing surfaces are by the inner conical surface 20 in the nozzle body 1 on the one hand and the outer conical surfaces 21 and 22 formed on the needle sleeve 8 and the nozzle needle 11 on the other hand; Outside- and inner conical surfaces have approximately the same cone angles and such diameters that each outer conical surface covers a series of exit holes.

Betrachtet man nun die Anordnung der Schließfedern 14 und 15 im einzel- -nen, so sind diese koaxial, aber hintereinander angeordnet, wobei sich jede Schließfeder an einem düsengehäusefesten Federteller 23 bzw. 24 abstützt und einen an der Düsennadel 11 bzw. der Nadelhülse 8 angreifenden Federteller 25 bzw. 26 druckbeaufschlagt. Während der der Düsennadel 11 zugeordnete Federteller 25 frei längsbeweglich in der zentralen Ausnehmung des Düsengehäuses verschiebbar ist, ist der Federteller 26 der Nadelhülse 8, wie bei 27 angedeutet, mit Axialspiel in einer Ausnehmung des Düsenkörpers 1 geführt, das die Größe des Öffnungshubs der Nadelhülse 8 definiert.If we now consider the arrangement of the closing springs 14 and 15 in detail -nen, these are coaxial, but arranged one behind the other, each closing spring on a spring plate fixed to the nozzle housing 23 or 24 and one on the nozzle needle 11 or the needle sleeve 8 engaging spring plate 25 or 26 is pressurized. While the spring plate 25 assigned to the nozzle needle 11 is freely longitudinally movable in the central recess of the nozzle housing is displaceable, is the spring plate 26 of the needle sleeve 8, as indicated at 27, with axial play in a recess of the Nozzle body 1 out, which defines the size of the opening stroke of the needle sleeve 8.

Sobald auch die Düsennadel 11 sich von ihrem Dichtsitz um eine Strecke gehoben hat, die durch den Abstand 28 zwischen dem Anschlag 29 an der Düsennadel 11 einerseits und dem Federteller 26 andererseits bei vollständig geschlossener Einspritzdüse-gegeben ist, stößt die durch den Kraftstoffdruck beschleunigte Düsennadel 11 gleichsam an den Federteller 26, so daß kurzzeitig auf diesen eine Kraft ausgeübt wird, die der Schließkraft der Schließfeder 14 entgegenwirkt und der -kurzzeitigen- Absenkung des Kraftstoffdrucks im Düsengehäuse infolge Vergrößerung insbesondere des Druckraums 7 entgegenwirkt. Zwar wird durch die Vergrößerung des Druckraums 10 auch die in Richtung Schließstellung wirkende Druckbeaufschlagung der Nadelhülse 8 verringert, aber die entsprechende Begrenzungsfläche des Druckraums 7 an der Nadelhülse 8 ist infolge des größeren Durchmessers erheblich größer, so daß allein dadurch die Druckverringerung im Druckraum 7 nicht kompensiert wird. Die durch die Außenkegel 21 und 22 gebildeten Druckflächen, die ebenfalls in Richtung Uffnungsbewegung wirken, werden erst nach einiger Zeit wirksam; außerdem wird bei den Öffnungsbewegungen der sich dann unter ihnen bildende Raum zunehmend größer.As soon as the nozzle needle 11 moves away from its sealing seat by a certain distance has lifted by the distance 28 between the stop 29 on the nozzle needle 11 on the one hand and the spring plate 26 on the other hand when fully closed Is injector-given, pushes the fuel pressure accelerated nozzle needle 11 as it were to the spring plate 26, so that a force is briefly exerted on this which counteracts the closing force of the closing spring 14 and the -short-term- Lowering of the fuel pressure in the nozzle housing as a result of enlargement in particular of the pressure chamber 7 counteracts. It is true that the enlargement of the pressure chamber 10 also the pressurization of the needle sleeve acting in the direction of the closed position 8 reduced, but the corresponding boundary surface of the pressure chamber 7 on the needle sleeve 8 is considerably larger due to the larger diameter, so that by itself the pressure reduction in the pressure chamber 7 is not compensated for. The through the outer cone 21 and 22 formed pressure areas, which also act in the direction of the opening movement, take effect after a while; in addition, the opening movements the space that then forms below them becomes increasingly larger.

Man kann die Erfindung auch so betrachten, daß am Ende des dffnungshubs der Düsennadel 11 durch den Kontakt zwischen Federteller 26 und Anschlag 29 die beiden Schließfedern 14 und 15 parallel geschaltet sind. Dadurch, daß sie zuvor nicht in kraftübertragender Verbindung stehen, ist die Möglichkeit geschaffen, die Ansprechwerte, d.h. die Kraftstoffdruckwerte, die zum Öffnen von Nadelhülse und Düsennadel führen, individuell zu wählen.The invention can also be viewed in such a way that at the end of the opening stroke the nozzle needle 11 through the contact between the spring plate 26 and the stop 29 the two closing springs 14 and 15 are connected in parallel. By having them before are not in a force-transmitting connection, the possibility is created that Response values, i.e. the fuel pressure values required to open the needle sleeve and Guide nozzle needle to choose individually.

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Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE S Kraftstoffeinspritzdüse, insbesondere für einen schnellaufenden Fahrzeug-Dieselmotor mit Direkteinspritzung in den Brennraum, mit einem mit einer Kraftstoffzuführung versehenen Düsenkörper, in dem konzentrisch und längsverschiebbar eine Düsennadel und eine Nadelhülse mit Dichtsitzen an ihren brennraumseitigen Enden zum Unterbrechen von Kanälen zwischen Austrittslöchern im Düsenkörper einerseits und Druckräumen zur kraftstoffdruckabhängigen Betätigung von Düsennadel und Hohinadel andererseits angeordnet sind, sowie mit koaxial verlaufenden, als Wendelfedern ausgebildeten, für Düsennadel und Nadelhülse individuellen Schließfedernr d; sich zwischen einem düsenkörperfesten Federteller und einem Federteller an der Düsennadel bzw. der Nadelhülse, diese in Richtung-Brennraum und zugehörigen Dichtsitz vorspannend, erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß beide Druckräume (7,10) unter Verzicht auf Schieber und Ventile in Dauerverbindung mit der Kraftstoffzuführung (4) stehen, die Schließfedern (14,15) für Düsennadel (11) und Nadelhülse (8) in Richtung auf den Brennraum aufeinanderfolgen und die Düsennadel (11) den Federteller.(26) an der Nadelhülse (8) durchsetzt, der mit einem den Hub der Nadelhülse (8) definierenden Axialspiel (27) im Düsenkörper gelagert ist und dem ein ihn bei einem vorgegebenen Öffnungshub der Düsennadel (11) in Uffnungsrichtung der Nadelhülse (8) beaufschlagender Anschlag (29) an der Düsennadel (11) gegenübersteht. PATENT CLAIMS S fuel injector, especially for one high-speed vehicle diesel engine with direct injection into the combustion chamber, with a nozzle body provided with a fuel supply, in which concentrically and longitudinally displaceable a nozzle needle and a needle sleeve with sealing seats on their ends on the combustion chamber side to interrupt channels between outlet holes in the Nozzle body on the one hand and pressure chambers for fuel pressure-dependent actuation of the nozzle needle and hollow needle are arranged on the other hand, as well as with coaxially extending, designed as helical springs, individual closing spring no d; between a spring plate fixed to the nozzle body and a spring plate on the Nozzle needle or the needle sleeve, this in the direction of the combustion chamber and the associated sealing seat prestressing, extend, characterized in that both pressure chambers (7,10) below No slides and valves in permanent connection with the fuel supply (4), the closing springs (14,15) for the nozzle needle (11) and needle sleeve (8) in Direction towards the combustion chamber and the nozzle needle (11) the spring plate. (26) penetrated on the needle sleeve (8), the one defining the stroke of the needle sleeve (8) Axial play (27) is mounted in the nozzle body and the one him at a predetermined Opening stroke of the nozzle needle (11) in the opening direction of the needle sleeve (8) acting Stop (29) on the nozzle needle (11) is opposite. 2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper zumindest einen mit zumindest zwei Reihen von Austrittslöchern (16,18) versehenen innenkegelförmigen Dichtsitzbereich besitzt und die brennraumseitigen Enden von Düsennadel (11) und Nadelhülse (8) gegenkegelförmig mit solchen Durchmessern ausgeführt sind, daß beim Öffnen nur der Nadelhülse (8) nur ein Teil der Reihen von Austrittslöchern (16) freigegeben wird.2. Fuel injection nozzle according to claim 1, characterized in that that the nozzle body has at least one with at least two rows of exit holes (16,18) has an inner conical sealing seat area and the combustion chamber side Ends of the nozzle needle (11) and needle sleeve (8) are counter-conical with such diameters are designed that when you open only the needle sleeve (8) only part of the rows is released by outlet holes (16).
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