DE3513080A1

DE3513080A1 - INJECTION NOZZLE FOR AN ENGINE

Info

Publication number: DE3513080A1
Application number: DE19853513080
Authority: DE
Inventors: Godfrey Hatch End Middlesex Greeves
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1984-04-26
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1985-10-31
Also published as: IT8520418A0; GB2158151A; IT1184757B; GB8508343D0; FR2563581A1; JPS60240871A; GB8410749D0

Description

Anmelderin: Firma LUCAS INDUSTRIES public limited company Applicant: LUCAS INDUSTRIES public limited company

Titel: Einspritzdüse für eine Kraftmaschine Title: Injector for an engine

description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse zum Einspritzen von flüssigem Brennstoff in eine Verbrennungs-Kraftmaschiene, bei der in einer Bohrung eines Grundkörpers ein vom Brennstoffdruck betätigtes Ventilglied gleitbar ist, die Bohrung einen zylindrischen Bereich, von dem eine Auslaß-Bohrung zum Äußeren des Grundkörpers führt, aufweist und der Ventilkörper einen zylindrischen Ventilbereich umfaßt, der in dem zylindrischen Bohrungs-Bereich gleitbar ist und eine Ventilkante bildet, die bei Verschiebung des Ventilgliedes durch Brennstoffdruck den Einlaß zu der Auslaß-Bohrung gegenüber einem im Grundkörper vorgesehenen Raum freigibt, der Brennstoff unter hohem Druck enthält.The invention relates to an injection nozzle for injecting liquid fuel into a combustion engine, in which a valve member actuated by the fuel pressure is slidable in a bore of a base body, the bore has a cylindrical area from which an outlet bore leads to the exterior of the base body and the valve body includes a cylindrical valve portion slidable in the cylindrical bore portion and forms a valve edge which, when the valve member is displaced by fuel pressure, forms the inlet to the outlet bore Releases to a space provided in the base body which contains fuel under high pressure.

Eine Einspritzdüse dieser Art kann vom Typ mit Einwärts-Öffnung oder vom Typ mit Auswärts-Öffnung sein und das Ausmaß, um das sich der Ventilkörper verschiebt, hängt vom Brennstoffdruck ab, der sich wiederum mit der Maschinengeschwindigkeit und der Menge der Brennstoffzufuhr zu der Maschine ändert. Die Tatsache, daß der Bereich des inneren Endes der Auslaß-Bohrung von der Stellung des Ven-An injector of this type may be of the inward port type or of the outward opening type and the amount that the valve body translates depends on the fuel pressure, which in turn depends on the engine speed and the amount of fuel supplied to the engine changes. The fact that the area of the inner end of the outlet bore from the position of the valve

tilgliedes abhängt, ermöglicht es der Einspritzdüse, sich selbsttätig an sich ändernde Maschinengeschwindigkeiten und Brennstoffzufuhrmengen anzupassen. Z.B. ist bei geringen Geschwindigkeiten ein kleinerer Bereich und bei höheren Geschwindigkeiten ein größerer Bereich erforderlich, um die sich ergebende Brennstoff-Einsprühung genau auf die Maschinengeschwindigkeit abzustimmen. Der Querschnitt der Auslaß-Bohrung ist jedoch festgelegt und muß ausreichend groß sein, um die bei hohen Maschinengeschwindigkeiten und hohen Zufuhrmengen erforderliche Brennstoff-Sprühung zu schaffen. Obwohl der Einlaßbereich durch das Ventilglied verkleinert werden kann, lassen sich die theoretisch davon abhängigen Vorteile nicht verwirklichen, wenn die Brennstoff-Strömungs-Bedingungen entlang der Auslaß-Bohrung so sind, daß sie die Brennstoffdruekenergie des Brennstoffes wesentlich vermindern, wenn dieser entlang der Auslaß-Bohrung fließt. Wenn die Energie des Brennstoffes verloren ist, dann ist die Versprühung des Brennstoffes beim Verlassen der Auslaß-Bohrung verschlechtert. Depending on the valve member, it enables the injection nozzle to adapt automatically to changing machine speeds and adjust fuel feed rates. E.g. is at low Speeds a smaller range and at higher speeds a larger range is required, to match the resulting fuel injection precisely to the engine speed. The cross section however, the outlet bore is fixed and must be large enough to withstand high machine speeds and high feed rates required fuel spray to accomplish. Although the inlet area through the valve member can be reduced in size, the theoretically dependent advantages do not materialize if the fuel flow conditions along the The outlet bore is such that it absorbs the fuel pressure energy of the fuel decrease significantly as it flows along the outlet bore. When the energy of the Fuel is lost, then the spraying of the fuel is worsened when it leaves the outlet bore.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzdüse der eingangs genannten Art unter Vermeidung der geschilderten Nachteile in einfacher und praktischer Form zu schaffen. Die erfindungsgemäße Einspritzdüse ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkante durch den Mantel des zylindrischen Ventilbereiches und eineIt is an object of the invention to provide an injection nozzle of the type mentioned at the outset while avoiding those described To create disadvantages in a simple and practical form. The injection nozzle according to the invention is, solving this problem, characterized in that the valve edge through the jacket of the cylindrical valve area and a

Fläche bestimmt ist, die Teil der Begrenzungswandung des Raumes, der Brennstoff unter hohem Druck enthält, ist und daß der Winkel zwischen der Fläche und der Längsachse der Auslaß-Bohrung so ist, daß Brennstoff, der bei nur teilweise offenem Einlaß zu der Auslaß-Bohrung in diese fließt, von der Ventilkante abreißt und in der Auslaß-Bohrung eine Brennstoff-Säule bildet, die in der Auslaß-Bohrung eine freie Oberfläche hat.Area is determined to be part of the boundary wall of the Space containing fuel under high pressure is and that the angle between the surface and the longitudinal axis of the The outlet bore is such that fuel, when the inlet to the outlet bore is only partially open, enters it flows, tears off the valve edge and forms a fuel column in the outlet bore, which in the outlet bore has a free surface.

Wenn der Einlaß zu der Bohrung offen ist, hat der durch die kleine Bohrung fließende Brennstoff eine von der Wandung der Bohrung getrennte Oberfläche. Dadurch ist der Verlust an Brennstoffdruckenergie in der Bohrung minimiert. If the inlet to the bore is open, it has through The fuel flowing through the small bore has a surface separate from the wall of the bore. This is the Loss of fuel pressure energy in the well is minimized.

In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und zeigtIn the drawing are preferred embodiments of the invention illustrated and shows

Fig. 1 schematisch und teilweise im Schnitt eine Einspritzdüse für eine Kraftmaschine,1 shows schematically and partially in section an injection nozzle for an engine,

Fig. 2 einen Längsschnitt des Endbereiches der Einspritzdüse gemäß Fig. 1 in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab bei Schließstellung der Einspritzdüse, 2 shows a longitudinal section of the end region of the injection nozzle according to FIG. 1 on an enlarged scale compared to FIG. 1 with the injection nozzle in the closed position,

Fig. 3 eine der Fig. 2 vergleichbare Darstellung, jedoch bei teilweise geöffneter Stellung der Einspritzdüse und
Fig. 4 einen Schnitt eines Teiles einer Einspritzdüse fürFIG. 3 shows a representation comparable to FIG. 2, but with the injection nozzle in a partially open position and FIG
Fig. 4 is a section of part of an injection nozzle for

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eine Kraftmaschine, mit Auswärts-Öffnung.a prime mover, with outward opening.

Die Einspritzdüse gem-äß Fig. 1-3 meist einen Grundkörper 10 auf, in dem eine Bohrung 11 vorgesehen ist. Die Bohrung 11 verjüngt sich nach innen hin und bildet so einen Sitz 12; sie endet in einem zylindrischen Bereich 13, der vorzugsweise von genau zylindrischer Form ist, der sich aber auch ganz allmählich in Richtung zum Grund der Bohrung verjüngen kann. In der Bohrung ist ein Ventilglied 14 gleitbar, dessen Durchmesser zwischen einer Vergrößerung 11 Ä der Bohrung und dem Sitz verringert ist. Die Vergrößerung steht beim Gebrauch mit dem Auslaß einer Hochdruck-Brennstoffeinspritzpumpe 9 in Verbindung, die zeitlich abgestimmt auf eine zugeordnete Maschine angetrieben ist.The injection nozzle according to FIGS. 1-3 usually has a base body 10 on, in which a bore 11 is provided. The bore 11 tapers inwards and thus forms a seat 12; she ends in a cylindrical region 13, which is preferably of is exactly cylindrical in shape, but which can also taper very gradually towards the bottom of the hole. In the bore is a valve member 14 slidable, the diameter of which is between an enlargement 11 Å of the bore and the seat is decreased. The enlargement is in use with the outlet of a high pressure fuel injection pump 9 in connection, which is driven in a timed manner on an assigned machine.

Das Ventilglied 14 ist zum Zusammenwirken mit dem Sitz 12 geeignet ausgebildet und wird mittels einer wendelf örmigen Druckfeder 8 in Berührung mit dem Sitz 12 gedruckt. Zwischen dem im Durchmesser verjüngten Teil des Ventilgliedes 14 und der Bohrung 11 befindet sich ein Spalt 15 und dann, wenn das Ventilglied angehoben ist, kann aufgrund des Brennstoffdruckes Brennstoff entlang dem Spalt fließen. Das Ventilglied 14 besitzt an dem der Feder 8 entgegenliegenden Ende einen zylindrischen Ventilbereich 16, der vorzugsweise von genau zylindrischer Form ist und der eine brennstoffdichte Dichtung mit dem Bereich 13 der Bohrung bildet.The valve member 14 is suitable for cooperation with the seat 12 and is pressed into contact with the seat 12 by means of a helical compression spring 8. Between the tapered diameter part of the valve member 14 and the bore 11 is a gap 15 and then, if the Valve member is raised, can due to the fuel pressure Flow fuel along the gap. The valve member 14 has at the end opposite the spring 8 one cylindrical valve area 16, which is preferably of exactly is cylindrical in shape and has a fuel-tight seal forms with the area 13 of the bore.

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Durch die Wandung des zylindrischen Bereiches 13 der Bohrung ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein Paar von Auslaß-Bohrungen 17 vorgesehen. Diese sind gegenüber der Achse 18 der Einspritzdüse geneigt, die mit der Längsachse der Bohrung und des Ventilgliedes 14 zusammenfällt. Wie die Zeichnung zeigt, ist die Neigung der beiden Auslaß-Bohrungen nicht die gleiche und die jeweilige Neigung ist in Anpassung an die Verbrennungskammer der zugeordneten Maschine gewählt. Die hinteren Enden der Auslaß-Bohrungen 17 sind, wie Fig. 2 zeigt, bei der schließenden Stellung des Ventilgliedes 14 von dem Ventilbereich 16 des Ventilgliedes überdeckt. Am Ende der Bohrung 11 ist ein Raum 19 abgegrenzt und dieser Raum stellt über eine Mittelbohrung 20 und Seitenbohrungen 21 mit dem Bohrungsbereich, der in Strömungsrichtung an den Sitz 21 anschließt, in Verbindung.Through the wall of the cylindrical area 13 of the bore is a pair of outlet bores in the present embodiment 17 provided. These are inclined with respect to the axis 18 of the injection nozzle, which coincides with the longitudinal axis of the bore and the valve member 14 collapses. Like the drawing shows, the inclination of the two outlet bores is not the same and the respective inclination is in adaptation to the Combustion chamber of the associated machine selected. The rear ends of the outlet bores 17 are like FIG. 2 shows, in the closing position of the valve member 14 covered by the valve region 16 of the valve member. At the end of Bore 11 is a space 19 delimited and this space represents a central bore 20 and side bores 21 with the Borehole area which adjoins the seat 21 in the direction of flow, in connection.

Wenn dem ringförmigen Spalt 15 Brennstoff unter Druck zugeführt wird, wirkt der Druck auf eine Differenzialfläche des Ventilgliedes und hebt dieses gegen die Wirkung der Feder 8 von dem Sitz 12 ab; nach dieser Bewegung fließt Brennstoff von dem Spalt 15 über die Seitenbohrungen 21 und die Mittelbohrung 20 in den Raum 19. Es muß eine nennenswerte Bewegung des Ventilgliedes auftreten, bevor die inneren Enden der Bohrungen 17 freigegeben werden; aber wenn diese inneren Enden freigegeben sind, dann fließt Brennstoff durch die Bohrungen und zerstäubt, wenn er die Bohrungen verläßt.When fuel is supplied under pressure to the annular gap 15, the pressure acts on a differential area of the Valve member and lifts this against the action of the spring 8 from the seat 12; after this movement fuel flows from the gap 15 via the side bores 21 and the central bore 20 into space 19. There must be significant movement of the valve member before the inner ends of the bores 17 to be released; but when these inner ends are released, fuel will flow through the bores and atomized when it leaves the bores.

Gemäß Fig. 3 befindet sich das Ventilglied in einer teilweise offenen Stellung und die Spritzdüse ist vom verschiedenflächigen Typ. Hierbei ändert sich vorteilhafterweise die wirksame Größe des Einlasses der Bohrungen in Abhängigkeit von der axialen Stellung des Ventilgliedes und diese ändert sich üblicherweise mit der Geschwindigkeit und der Menge des zu der Maschine gelieferten Brennstoffes. Wenn man gute Zerstäubung des Brennstoffes sicherstellen will, wenn die Flächen der Einlasse in die Bohrungen klein sind, muß man sicherstellen, daß die Geschwindigkeit des Brennstoffes aufrechterhalten wird, wenn dieser entlang den Bohrungen fließt. Um dies zu erreichen, ist es nötig, daß die Ventilkanten 22 von korrekter Gestalt sind, so daß sichergestellt ist, daß der Brennstoff von den Kanten reißt und, wenn er entlang der Bohrungen 17 fließt, eine freie Oberfläche 23 (Fig. 3) bildet. Die Ventilkante 22 ist von dem genau zylindrischen Ventilbereich 16 und einer Fläche 24 gebildet, die am Ende des Ventilgliedes vorgesehen ist und die mit der Achse 18 des Ventilgliedes einen Winkel bildet, der geringfügig kleiner ist als der Winkel der Bohrung. In Fig. 2 ist der Winkel der Bohrung 17 durch den Buchstaben J wiedergegeben und ist der Winkel der Fläche 24 durch den Buchstaben H wiedergegeben. Es ist festgestellt worden, daß sich zufriedenstellende Ergebnisse erzielen lassen, indem man den Winkel H kleiner als den Winkel J macht. Die Fläche 24 wird durch eine einfache Drehoperation hergestellt. In dem Fall, wenn die Winkel J der zwei oder auch mehr Bohrungen 17 verschieden sind, wird derAccording to Fig. 3, the valve member is in a partial open position and the spray nozzle is of the variegated type. This advantageously changes the effective size of the inlet of the bores depending on the axial position of the valve member and this changes usually with the speed and amount of the fuel delivered to the machine. If you have good atomization wants to ensure the fuel, if the areas of the inlets in the bores are small, one must ensure that the speed of the fuel is maintained as it flows along the bores. In order to achieve this, it is necessary that the valve edges 22 are of the correct shape to ensure that the fuel tears off the edges and, as it flows along the bores 17, forms a free surface 23 (Fig. 3). The valve edge 22 is formed by the precisely cylindrical valve region 16 and a surface 24 which is at the end of the Valve member is provided and which forms an angle with the axis 18 of the valve member which is slightly smaller is than the angle of the hole. In Fig. 2, the angle of the bore 17 is represented by the letter J and is the Angle of surface 24 represented by the letter H. It has been found that the results are satisfactory can be achieved by making the angle H smaller than the angle J. The surface 24 is produced by a simple turning operation. In the case when the angles J the two or more holes 17 are different, the

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Winkel H der Fläche 24 so gewählt, daß er der Bohrung angepaßt ist, die den kleinsten Winkel J hat.Angle H of the surface 24 is chosen so that it is adapted to the bore which has the smallest angle J.

Die bisher beschriebene Spritzdüse weist Einwärts-Öffnung auf. Es ist aber auch möglich, die hier interessierende Gestaltung bei einer Spritzdüse mit Auswärts-Öffnung anzuwenden; bei dieser hat gemäß Fig. 4 das Ventilglied 25 einen Kopf 26 mit genau zylindrischer Form am äußeren Ende, der die inneren Enden von Bohrungen 27 des Ventil-Grundkörpers 28 freigibt, wenn er sich aus Zusammenwirkung mit einem Sitz in seine voll öffnende Stellung bewegt. Der Kopf 26 bildet an dem Übergang der zylindrischen Mantelfläche des Ventilgliedes und einer ringförmigen Fläche 30 eine Ventilkante 29. In Fig. 4 sind die Winkel H und J ebenfalls angegeben, die jedoch, da es sich um eine Spritzdüse mit Auswärts-Öffnung handelt, in Bezug auf eine Ebene angegeben sind, die rechtwinkelig zur Achse der Spritzdüse verläuft. Der weiter oben erörterte Raum ist hier durch einen verringerten Bereich des Kopfes in Strömungsrichtung gesehen vor den Sitz gebildet.The spray nozzle described so far has an inward opening on. But it is also possible to use the design that is of interest here to be used with a spray nozzle with an outward opening; in this, according to FIG. 4, the valve member 25 has a Head 26 with an exactly cylindrical shape at the outer end, which forms the inner ends of bores 27 of the valve base body 28 releases when it moves into its fully open position as a result of interaction with a seat. The head 26 forms the transition of the cylindrical jacket surface of the valve member and an annular surface 30 is a valve edge 29. In Fig. 4, the angles H and J are also indicated, but since it is a spray nozzle with an outward opening, in With reference to a plane which is perpendicular to the axis of the spray nozzle. The room discussed above is formed here by a reduced area of the head in front of the seat, viewed in the direction of flow.

Claims

. BÖHME VA * 8500 NÜRNBERG7O, the DIPL.-ING. E. KESSEL Frauentorgraben 73 (am Plärrer) niPI -IKIf- V RAMMP Telephone: (0911) 227362, 204296 DIPL.-ING. V.BUMMt Telegram address: PATBOM PATENTANWÄLTE Telex No .: 0623638 Bank account: Deutsche Bank Nürnberg (BLZ 76070012) No. 0137315 O C 1 Q Π Q fj Postgirokonto: Amt Nürnberg No. 448 52-853 ^ ^ I O U O U Patent Claims

1.) Injection nozzle for injecting liquid fuel into an internal combustion engine, in which a valve member actuated by the fuel pressure is slidable in a bore of a base body, the bore has a cylindrical area from which an outlet bore leads to the exterior of the base body and the valve body comprises a cylindrical valve area which is slidable in the cylindrical bore area and forms a valve edge which, when the valve member is displaced by fuel pressure, opens the inlet to the outlet bore in relation to a space provided in the base body, the fuel under high Contains pressure, characterized in that the valve edge (22) is determined by the jacket of the cylindrical valve region (16) and an area which is part of the boundary wall of the space (19) containing fuel under high pressure, and that the Wi rs !: al between the surface (24) and the longitudinal axis of the AuslaT'bohrung (17) is such that fuel ff, which flows into the outlet bore when the inlet is only partially open, tears away from the valve edge and forms a dehydrating substance column in the outlet bore which has a free surface in the outlet bore.

2. Injection nozzle according to claim 1, characterized in that it is designed with an inward opening, the space (19) containing fuel under high pressure at the end of the cylindrical region (13) of the bore (11) is formed in the valve member ( 14) Passages (20, 21,) through which fuel can flow into the space (19) are provided, a seat (12) is defined in the bore, the valve member is designed to interact with the seat and the valve member in the closed position cooperates with the seat to prevent the flow of fuel through the passages.

3. Injection nozzle according to claim 2, characterized in that the valve edge (22) is determined by the cylindrical outer surface of the valve region (16) and a further surface (24) formed at the end of the valve member, which is inclined to the axis of the injection nozzle at an angle , which is slightly smaller than the angle of the outlet bore (17) relative to this axis.

4. Injection nozzle according to claim 1, characterized in that it is designed with an outward opening, the valve member
(25) forms a head (26) of cylindrical shape which releases the inlet to the outlet bore (27), the valve edge (29) through the cylindrical outer surface of the valve head (26 ·) and another surface provided on the valve head (30) is determined, which is at an angle with respect to a right to the axis of the injection nozzle -

angular plane is inclined, this angle being slightly smaller than the angle opposite the outlet bore this level is.

5. Injection nozzle according to claim 3 or 4, characterized in that the further surface (24, 30) is annular.