DE3217844A1

DE3217844A1 - Kraftstoffeinspritzduese fuer dieselmaschinen

Info

Publication number: DE3217844A1
Application number: DE19823217844
Authority: DE
Inventors: Arthur Rune 48864 Okemos Mich. Frelund
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1982-05-07
Publication date: 1982-12-16
Also published as: GB2099505B; US4408722A; JPS57203856A; GB2099505A; CA1167714A

Description

Kraftstoffeinspritzdüsen mit Einspritzventil für Dieselmaschinen sind bekannt«

Diese weisen ein Ventilglied auf, das durch den Kraftstoffdruck in die Offenlage bewegbar ist. Der Kraftstoff wird hierbei periodisch von einer Hochdruckpumpe zugefördert. Das Schließen des Einspritzventils erfolgt durch eine ^eder, die den Schaft des Ventilglieds lose umgibt und sich mit ihrem einen Ende an diesem abstützt.

Bei einer bekannten Bauart (US-PS 2 878 064) ist der Kopf des Ventilglieds im Bereich des Spritzkopfes mit einer Aussparung versehen, wodurch in d'er Offenstellung des Einspritzventils ein ringförmiger Spritzkanal gebildet wird»

Der Kopf des Ventilglieds ist mit einem Zapfen versehen, der in der Bohrung des Spritzkopfes liegt. Es wird hierdurch beim anfänglichen öffnen des Einspritzventils ein einleitender Strom zerstäubten Kraftstoffs gebildet. Nach dem vollen Öffnen des Einspritzventils wird dai..a der Kraftstoff durch den Spritzkanal als ringförmig r Fächer ausgespritzt, der verhältnismässig tief in den zugeordneten Verbrennungsraum eintritt.

Bei diesen Kraftstoffeinspritzdüsen kann ;jedoch ein Absetzen von Kohlenstoff innerhalb der Einspritzdüse eintreten, wodurch sowohl die zugemessene Kraftstoffmenge als auch die einwandfreie Ausbildung des Einspritzstrahls ungünstig beeinflusst wird.

-4-

Man hat nun erkannt, dass diesea Absetzen von Kohlenstoff sowohl durch die Verbrennungsprodukte der Maschine als auch durch das Aufheizen der Einspritzdüsen und des in diesen befindlichen Kraftstoffs durch die hohen Verbrennungs temperaturen begünstigt wird. Man vermutet, dass hierbei der Einfluß der Wärme von grösserer Bedeutung ist. Der innerhalb der Einspritzdüse eingeschlossene Kraftstoff kann nämlich durch die Wärmeeinwirkung verkoken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Absetzen von Kohle in den Einspritzdüsen zu verringern oder sogar zu unterbinden, ohne die an sich günstigen Einspritzbedingungen zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 herausgestellten Merkmale gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kraftstoffeinspritzdüüe nach der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 1

mit dem Einspritzventil in der Schließlage,

Pig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit dem Einspritzventil in der Offenlage.

Die Fig. 2 und 3 sind in grösserem Maßstab gezeichnet.

—5-

Die in Pig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzdüse kann beispielsweise in den Zylinderkopf einer Dieselmaschine eingeschraubt werden, um Kraftstoff in einen ^verbrennungsrauin einzuspritzen.

Die Einspritzdüse 5 besteht aus mehrenen teilen, nämlich einem rohrförmigen Pitting 10, einem rohrförmigen

j Gehäuse 11 und einem Spritzkopf 12, die in üblicher Weise I

miteinander verbunden sind. Der Pittung 10 ist mit einem

Hl

lau s es/ar

Aussengewinde 14 in ein Innengewinde 15 des Gehäusesyan dessen oberen Ende eingeschraubt, wobei ein radialer Bund 12a des Spritzkopfes 12 zwischen der unteren Stirnfläche

16 eines rohrförmigen Teils 17 des Pittings 10 und dem einwärts gebogenen unteren Rand 11a des Gehäuses 11 eingespannt ist.

Das obere Teil des Pittings 10 enthält eine axiale Bohrung 18, die in eine zylindrische Kraftstoffkammer mündet, die zum Teil durch die Innenwandung 17a des ^eils

17 ia unteren bereich des Pittings 10 begrenzt ist. .er Pitting 10 hat oben ein Aussengewinde 21, über C -^s er in nicht dargestellter aber bekannter Weise mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe verbunden wird, die die Einspritzdüse versorgt.

Der Spritzkopf 12 enthält eine durchgehende abgeseta-· :.te Bohrung, wobei das untere Wandungsteil 24 gröeseren Innendurchmesser als das obere Wandungsteil 23 hat. Das untere Wandungsteil 24 begrenzt den Einspritzkanal. Beide

-6-

Wandungsteile 23 und 24 sind durch eine schräge Schulter miteinander verbunden, die einen ringförmigen Ventilsitz 25 darstellt. Ferner ist mindestens eine radiale öffnung 26 im Spritzkopf 12 gebildet, die Verbindung mit dem oberhalb des V_en-tilsitzes 25 liegenden Bohrungsteil hat.

Das Einspritzen des Kraftstoffs durch den Spritzkanal wird durch ein Einspritzventil gesteuert, dessen Ventilglied 30 in der Bohrung 22 des Spritzkopfes 12 axial beweglich angeordnet ist.

Das Ventilglied 30 hat einen Ventilkopf 31 mit einer ringförmigen Fläche 32, die abdichtend gegen den Ventilsitz 25 bewegbar ist, und einen nach oben gerichteten Schaft 33, der in einem erweiterten Schaftkopf 34 endet«,

Das ^entilglied 30 wird normalerweise durch eine Schraubenfeder 35 mit seiner Fläche 32 in Anlage gegen den Ventilsitz 25 gehalten. Das eine Ende der ^eder 35 stützt sich am Eund 12a des Spritzkopfes 12 ab, während ihr anderes Ende gegen eine Büchse 36 anliegt, die ihrerseits an einem scheibenförmigen Kragen 37 abgestützt ist„ der mit dem Schafskopf 34 verbunden 1st.

Die Innenwandung 17a des Fittings 10 ist so bemessen, daß sie die Büchse 36 und den Kragen 37 lose aufnimmt und ein ausreichendes Spiel bleibt, durch das ein axialer Kraftatoffstromjfliessen kann, wie dies an sich bekannt ist.

Der Schaft 33 des ^ventilglieds 30 hat zwei axialen Abstand voneinander aufweisende Bunde 40 und 41, die in

—7—

gleitend in der Bohrungswandung 23 geführt sind« Der untere Bund 41 ist mit über den Umfang verteilten axialen Nuten 42 ersehen. Die Bunde 40 und 41 sind zur radialen Öffnung 26 des Spritzkopfes 12 so angeordnet, daß bei der normalen Eewegung des ^ventilglieds zwischen seinen Grenzlagen dem Bdrlirungsteil 23 Kraftstoff zugeleitet wird.

Das Ventilglied 30 ist mit einem Zapfen 50 am Ventilkopf 31 versehen, der sich von der ringförmigen Fläche abgewandt nach unten erstreckt. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, "besteht der Zapfen 50 aus einem schmalen zylindrischen Bund 51 am freien Ende und einem nach oben sich anschliesser denjsich keglig verjüngenden Bund 52, der einen Neigungswinkel von etwa 5° hat.

Das Ventilglied 30 und sein Zapfen 50 sind axial verschieblich innerhalb des Wandungsteils 24 beweglich und bestimmen des Einspritzkanal 53, der ringförmige Gestalt hat und im Bereich der unteren Stirnfläche 54 des Spritzkopfes 12 liegt.

Die axiale Länge des Zapfens 50 ist auf d* j axiale länge des Wandungsteils 24 des Spritzkopfs 12 so abgestimmt daß bei geschlossenem Einspritzventil (Fig. 1 und 2) der Bund 51 des Zapfens 50 völlig im Bereich des Wandungsteils 24 liegt. (Fig.2). Es liegt dann die freie Stirnfläche des Zapfens 50 ausgerichtet zur unteren Stirnfläche 54 des Spritzkopfs 12.

Ferner ist die axiale Länge des Bunds 51, sowie ·

-8-

der Neigungswinkel und die axiale Länge des Bunds 52 zum Hub des Ventilglieds 30 so abgestimmt, dasspijei voll geöffnetem Einspritzventil (Fig„3) ein der jeweiligen Maschine angepasstes Einspritzmuster ergibto

Während des Einspritzvorgangs wird durch diese Teile ein Spritzkanal mit sich ändernden Querschnitt bestimmt. Zunächst begrenzt der Zapfen 50 mit dem Wandungsteil 24 einen gleichbleibenden Spritzkanal durch den Bund 51, danach durch den kegligen Bund 52 einen sich kontinuierlich ändernden Spritzkanal.

Bei einer ausgeführten Bauform beträgt zum "°eispiel der Hub des ^ventilglieds 0,762 mm. Der Innendurchmesser des Wandungsteils 24 des Spritzkopfs wurde mit 3,708 bis 3,759 mm, und der Aussendurchmesser des Bunds 51 mit 25^XiJiEXXiXX 2φϋΧ22Χ 3,70 bis 3,74 mm gewählt» Die axiale Länge des Bunds 51 betrug hierbei zwischen 0,46 und 0,41 mm und der Neigungswinkel des Bundes 52 zwischen 5 15' und 5 o¹ .

Die Kraft der """eder 35 war so gewählt, dass ein Öffnen des Einspritzventils bei einem Kraftstoffdruck von 8446.08 kPa eintritt. Der Schließdruck dieser Kraftstoffeinapritzdüse betrügt etwa 5515,8 kPa. Diese Werte entsprechen statischen Betriebsbedingungen, entsprechen also nicht den Drücken bei normalen betrieb an einer Dieselmaschine.

Der ^ventilkopf 31 ist nun erfindungsgemäss mit einer Ringnut 60 im Bereich des kegligen Bundes 52 des Zapfens 50 vergehen» Diese Ringnut hat.e.iH£L..aiiale Breite W und

einen Innendurchmesser D. Die Ringnut 60 weist einen axialei Abstand X von der freien Stirnfläche 55 des Zapfens 50 auf, so daß die stromabwärtige Kante 61 der Ringnut 60 bei voll geöffnetem Einspritzventil nicht über die untere Stirnfläche 54 des Spritzkopfs 12 hinausragt. Die Maße W, D und X sind den jeweiligen Bedingungen einer auszurüstenden Maschine anzupassen, wobei aber der Abstand X jeweils grosser als der Hub des Ventilglieds 30 gewählt werden muss,

Die im Bereich des Bundes 52 des Zapfens 50 vorgesehene Ringnut 60 wirkt bei laufender Maschine als Wärmebremse und verursacht einen turbulenten Kräftstoffstrom beim Einspritzen. Bei richtiger Dimensionierung tritt diese Wirkung ein, ohne das gewünschte Einspritzmuster wesentlich zu beeinflussen.

Hierzu ist es zweckmässig, dass die Ringnut 60 so schmal.und so tief ausgebildet ist und einen axialen Abstand von der freien Stirnfläche 55 des XgXXIX Zapfens 50 hat, daß sie bei voll geöffnetem Einspritzventil v^xiig innerhalb des Wandungsteils 24 verbleibt« Die a'.xale Breite der Ringnut sollte so klein als praktisch tragbar gemacht werden, um das restliche Kraftstoffvolumen in der Kraftstoffeinspritzdüse klein zu halten. Da die Bauteile an sich kleine Abmessungen haben, können die Abmessungen der Ringnut optimale Werte unter Umständen nicht erhalten, um die Massenfertigung mit dort möglichen Abmessungen zu ermöglichen.

- ίο -

Um eine Änderung des Einspritzmusters während des Einspritzvorgangs zu verhindern, ist ebenfalls notwendig, die untere Kante 61 der Ringnut 60 eteie innerhalb des Spritzkopfes 12 zu lassen.

So wurde in dem erwähnten Aucführungsbeispiel die axiale Breite der Ringnut mit W= 0,381 bis 0,5334 mm, der Durchmesser D mit 3,0988 und der Abstand X mit 0,8382 gewählt. Der untere Wert für die axiale Breite von W= 0,381 mm wurde hierbei als Mindestwert für die ^aerstellungsmöglichkeit erforderlich und stellte nicht den funktionsmässig

kleinsten Wert dar_p

Bei Versuchen wurden Ventilglieder 30, bei denen die Kante 61 der Ringnut 60 bei geöffnetem Einspritzventil nichi: aus dem Spritzkopf 12 ragten, und solche gleicher Bauart, aber ohne Ringnut verglichen. Sie zeigten im wesentlichen gleiche Stromcharakter über den Hub des Ventilglieds und gleiche Einspritzmuster. Damit war bewiesen, dass die Ringnut 60 die an sich gewünschten und erreichten -^inspritzeigenschaften nicht beeinträchtigt, so dass das Vermeiden des Absetzens von Kohle in der Kraftstoffeinspritzdüse ohne Nachteile in Kauf nehmen zu müssen erreicht wird.

Offensichtlich werden durch die erzeugte turbulente Kraftstoffströmung eventuell anfallende Kohlepartikel mitgerissen; weiterhin wird durch die geschaffene Wärmebremse die Bildung von Kohlepartikeln verhindert,, Es wurde im übrigen festgestellt, dass selbst nach

-11-

längerer -^etriebszeit der Bereich der Ringnut einen blanken Werkstoff zeigte, wie er beim ursprünglichen Einbau war. Dies zeigt deutlich an, dass das obere ^eil des fcegligen Bundes 52 des ^ventilglieds 30 nicht den gleichen Temperaturen ausgesetzt ist wie der untere Bereich des Zapfens, j dass also eine wirksame V/ärmesperre besteht.

Es ist jedoch nicht erforderlich^ obere oder untere Grenzen für die Abmessungen der Ringnut 60 anzugeben, da es für den Fachmann genügt, nunmehr zu wissen, diese Ringnut im Rahmen des Möglichen so schmal und so tief zu machen dass die Wärmesperre eintritt, aber das restliche Kraftstoff volumen in der Kraftstoffeinspritzdüse genügend klein bleibt.

Wenn im Ausführungsbeispiel die Ringnut 60 halbkreis föraigen Querschnitt hat, so könnte dieser Querschnitt auch anders ausgestaltet sein, beispielsweise als Viereck oder als ü

Leerseite

Claims

Patentanwalt

Dipl.-Ing. K. Walther _inQ ^

Bo;ivaraliee 9 ^{luy 4}^?" "--" ^: *--*—* " 3217844

BERLIN 19

7.Mai 1982 W-w-3495

General Motors Corporation, Detroit, Michigan, V.St.A.

Kraftstoffeinspritzdüse mit Einspritzventil für Dieselmaschinen

Patentansprüche :

1 J Kraftstoffeinspritzdüse mit Einspritzventil für Dieselmaschinen folgender Ausgestaltung:

a) Ein Gehäuse enthält eine axiale Bohrung und eine durch eine zylindrische Wandung begrenzte Mündung und einen ringförmigen Ventilsitz in axialem Abstand von der Mündung ;

b) in der Bohrung ist axial verschieblich ein Ventilgied vorgesehen, das eine mit dem Ventilsitz abdichtend zusammenarbeitende Ringfläche aufweist;

c) das Ventilglied hat einen axialen Zapfen, de mit der Wandung der Bohrung einen ringförmigen Spr.- fczkanal begrenzt und am freien Ende einen zylindrischen Bund aufweist, an den sich dem Ventilsitz zugewandt ein keglig verjüngter Bund anschließt,

gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

d) Das Ventilglied (30) enthält eine Ringnut (60) im Bereich des keglig verjüngten Bundes (52) des Zapfens (50)

-2-

die einen vorgegebenen Abstand (Χ) von der freien Stirnfläche (55) des Zapfens (50) hat;

e) dieser Abstand (X) ist grosser als der axiale Hub des Ventilglieds (30), so dass bei Bewegen des ^entilglieds in die den Einspritzkanal voll öffnende Stellung die Ringnut im Bereich der Spritzkopfwandung (24) verbleibt und keinen Einfluß auf den gebildeten Einspritz-strahl hat, jedoch die Ringnut durch Bilden einer turbulenten Strömung des Kraftstoffs sowohl eine Wärmesperre bildet als auch das Absetzen von Kohle innerhalb der Einsprltzdüse verhinderte

2; Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, bei der das Ventilsitz einen Ventilkopf mit einer ringförmigen mit dem Ventilsitz zusammenarbeitenden Fläche sowie einen Zapfen aufweist, dessen freie Stirnfläche bei geschloßenem Ventil mit der Stirnfläche des Spritzkopfes fluchtet, dadurch gekennzeichnet, daß die Rmgnut eine geringe Tiefe und axiale Breite aufweist, die ein geringes restliches Kraftstoffvolumen bedingen.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (60) eine axiale Breite zwischen 0, 381 und 0,5334 mm aufweist und einen Abstand von 0,8382 nun von der freien Stirnfläche (55) des Zapfens (50) hat.

-3-