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Flüssigkeitsgesteuertes Einspritzventil für Brennkraftmaschinen Die
Erfindung bezieht sich auf ein flüssigkeitsgesteuertes Einspritzventil für Brennkraftmaschi.nen
mit einer in der Strömungsrichtung des Kraftstoffs entgegen dem Druck einer Schließfeder
öffnenden Ventilnadel, die mit ihrer an der zuflußseitigen Nadelstirn befindlichen
Sitzfläche in der Schließstellung die Zuflußbohrung abschließt und die in Strömungsrichtung
des Kraftstoffs hinter ihrem Sitz einen über den ersten Teil des Nadelöffnungshubes
in eine Führung im Ventilkörper mit engem Spiel eintauchenden Ansatz hat, der so
bemessen ist, daß die an der Nadel über diesen ersten Hubteil im Öffnungssinn angreifende
Kraft mindestens gleich groß ist wie die das Abheben der Nadel von ihrem Sitz verursachende
Kraft.
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Bei den bisher vorgeschlagenen Einspritzventilen dieser Bauart befindet
sich zwischen dem Ansatz und der oder den Spritzöffnungen ein verhältnismäßig großer
Raum, der die Schließfeder enthält. -Dieser wirkt sich bei Einspritzung kleiner
Kraftstoffmengen, wie sie z. B. bei Fahrzeugeinspritz- insbesondere
Fahrzeugdieselmotoren
vorkommen, ungünstig aus. Diese ungünstige Wirkung des genannten Raumes wird vermieden,
wenn gemäß der Erfindung der Ansatz möglichst nahe bei der Spritzöffnung angeordnet
ist.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung an drei Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Abb. i zeigt das erste. Abb. 2 das zweite und Abh. 3 das, dritte Beispiel
jeweils im Schnitt; Abb. q. zeigt ein Schaubild über die Abwandlung des Fördergesetzes
der Einspritzpumpe durch ein Einspritzventil nach dem dritten Beispiel.
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In einem Ventilkörper i eines Einspritzventils gleitet eine Vetitilnadel2,
die in der gezeichneten Stellung durch eine an ihrem Bund 21 angreifende Schließfeder
3 gegen einen in den Ventilkörper eingeschraubten Nippel q. gedrückt wird. Die als
Schraubenfeder ausgebildete Schließfeder umgibt die Nadel und stützt sich auf einer
Schulter i i des Ventilkörpers i ah. Der Schließfederraum 31 befindet sich zwischen
Sitz und Führung der Nadel im Ventilkörper. In der gezeichneten Schließstellung
liegt die Nadel 2 mit ihrer Sitzfläche 5 an der am Nippel vorgesehenen Gegensitzfläche
6 an und schließt dein Mündungsquerschnitt der durch den Nippel führenden Zuflußbohrung
7 ab. In dieser Stellung der Nadel ist der zylindrische Teil ihres Spritzzapfens,
der Ansatz 8, in die Mündungsbohrung 9 des Ventilkörpers i eingetaucht, in die er
möglichst dicht, z. B. mit einem Durchmesserspiel von o,oo5 mm, eingepaßt ist. Der
Durchmesser dz des Ansatzes ist etwa 1,5mal so groß als der Durchmesser dl der Mündung
der Zuflußbohrung 7. Der Nadelschaft hat eine Schulter io, die in der anderen Endstellung
der Nadel an einer Schulter i i des Ventilkörpers i anliegt. Im geführten Teil des
Nadelschaftes sind Kraftstoffkanäle 12 angeordnet.
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Der durch die nicht dargestellte Einspritzpumpe geförderte Kraftstoff
drückt bei geschlossenem Ventil zunächst auf eine Kreisfläche mit Durchmesser d1
der Nadelstirn und hebt die Nadel von ihrem Sitz ab. Solange nach dem Abheben der
Nadel der zylindrische Teil des Spritzzapfens, der Ansatz 8, die Mündungsbohrung
9 noch nicht verläßt, wirkt der Kraftstoffdruck im Öffnungssinn außer auf die vorltergenannte
Kreisfläche mit Durchmesser dl noch auf eine zusätzliche Kreisringfläche mit den
Durchmessern d1 und d2, also insgesamt auf eine Kreisfläche mit Durchmesser d2 des
Ansatzes B. Da diese bei den angegebenen Abmessungen etwa 2,5mal so groß ist als
die Fläche dl, erfährt die Nadelbewegung eine-erhebliche Beschleunigung, die nach
Austauchen des. Ansatzes sehr rasch zu einer erheblichen Vergrößerung des Ausflußquerschnittes
führt, so daß mehr Kraftstoff ausspritzt, als im gleichen Zeitabschnitt nachgefördert
wird. Dadurch fällt der hydraulische Druck bis zum Schließdruck ab, und das Ventil
schließt, um dann sofort wieder durch den infolge der fortschreitenden Förderung
der Einspritzpumpe ansteigenden Kraftstoffdruck geöffnet zu «-erden, worauf sich
der geschilderte Vorgang so lange wiederholt, bis die gesamte von der Pumpe geförderte
Kraftstoffmenge ausgespritzt ist. Dieses Zerhacken des Einspritzvorgangs äußert
sich in einem hörbaren Schnarren und führt besonders dort eine gute Zerstäubung
bei niederer Drehzahl (Anlassen, Leerlauf) herbei, wo das Einspritzventil zusammen
mit einer Einspritzpumpe verwendet wird, deren Fördergeschwindigkeit mit fallender
Drehzahl abnimmt. Damit bei kleiner Gesamteinspritzmenge mehrere Nadelschwingungen
innerhalb jedes Einspritzvorgangs erreicht «-erden, ist es empfehlenswert, den hydraulischen
Schließdruck des Ventils nahe seinem hydraulischen Öffnungsdruck zu legen. Dabei
muß das Verhältnis von Schließdruck zu Öffnungsdruck je nach dem Fördergesetz der
Einspritzpumpe und dem Ausflußquerschnitt des Einspritzventils gewählt werden.
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Da der hinter dem Sitz liegende Ansatz 8 ein Teil des Spritzzapfens
ist, befindet sich hinter dem Ansatz überhaupt kein Raum, der bei kleinen Einspritzmengen
ungünstig wirken könnte.
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Bei größerer Einspritzmenge und Fördergeschwindigkeit, insbesondere
bei Vollastbetrieb, unterbleibt das Schnarren: die Nadel wird dabei sofort bis zum
Anschlag ihrer Schulter io an der Gegenschulter i i um den Gesamthub li bewegt,
so daß der Spritzzapfen den größtmöglichen Ausflüßquerschnitt freigibt, wobei der
Ansatz 8 mit Höhe a < haus der Mündungsbohrung 9 völlig austaucht.
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Das zweite Beispiel zeigt ein Einspritzventil mit -.%LIehrlochdüse
und unterscheidet sich vom ersten Beispiel durch eine entsprechend andere Ausführung
des Ventilkörpers i, der hier hinter der Führungsbohrung 9 für den Ansatz 8 eine
kleine Kammer i-. besitzt, von der die Spritzlöcher 15 ausgehen. Um den Raum der
Kammer 1:I möglichst klein zu halten, trägt der Nadelzapfen 8 einen kegeligen Fortsatz
16. Bei diesem Beispiel befindet sich der geführte Teil des Nadelschaftes mit den
Kraftstoffkanälen i2 vordem Schließfederraum, der hier zwischen der Führung der
Nadel und der den Ansatz e aufnehmenden Bohrung 9 angeordnet ist. Zwischen Nippel
4 und Nadel 2 befindet sich eine Sitzplatte 17.
Die Wirkungsweise
des zweiten .Beispiels ist dieselbe wie die des ersten, mit dem Unterschied, daß
der nach Austauchen des Ansatzes 8 aus der Bohrung 9 austretende Kraftstoff in die
Kammer 14 gelangt und von dort durch die Spritzöffnungen 15 ausgespritzt wird.
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Als drittes Beispiel ist ein Einspritzventil mit Zapfendüse gewählt.
Der Unterschied gegenüber dem ersten Beispiel besteht in der Ausbildung des Ansatzes
B. Dieser ist hier länger und hat - etwas mehr Spiel, z. B. o,o2 mm im Durchmesser,
in der Mündungsbohrung 9, so daß eine bestimmte, zur Ein-; leitung der Zündung notwendige
Kraftstoffmenge durchtreten kann, solange der Ansatz 8 noch in die Bohrung 9 eingetaucht
ist. Der Durchmesser d2 des Ansatzes ist in diesem Falle gleich dem Durchmesser
dl der Mündung der Zulaufbohrung 7.
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Dieses Einspritzventil eignet sich besonders für Dieselmotoren. Seine
Wirkungsweise unterscheidet sich von der des ersten Beispiels infolge der anderen
Ausführung des Spritz-; zapfens durch eine andere Spritzeigenschaft. Nach Abheben
der Nadel 2 vom Gegensitz 6 bietet sie dem Kraftstoff keine vergrößerte Angriffsfläche.
Die Nadel bleibt also eine kurze Zeit in dieser Teilhubstellung gewisser-, maßen
stehen, und eine bestimmte Menge Kraftstoff wird durch den engen Drosselspalt zwischen
Ansatz 8 und Mündungsbohrung 9 ausgespritzt. Da aber die Einspritzpumpe mehr Kraftstoff
nachfördert, als aus dem i engen Drosselspalt austritt, - erhöht sich der Kraftstoffdruck,
so daß die Nadel weiterbewegt wird und der Ansatz 8 aus der Bohrung 9 austaucht.
Dabei gibt der Spritzzapfen einen wesentlich größeren Austritts-> querschnitt frei.
Bei genügend großer Nachförderung wird die Nadel bis zum Anschlag ihrer Schulter
io an der Schulter ii des Ventilkörpers weiterbewegt. Bei diesem Beispiel ist die
Schließfeder zur Eintauchtiefe, i Spiel des Ansatzes sowie seines Durchmessers im
Verhältnis zum Mündungsdurchmesser der Zulaufbohrung so abgestimmt, daß das Einspritzventil
das Fördergesetz der Einspritzpumpe abwandelt, indem es. über einen ersten Abschnitt
der Vollasteinspritzdauer, der vorzugsweise der Zündverzugszeit angepaßt ist, eine
kleinere als die dabei von der Einspritzpumpe angelieferte Kraftstoffmenge austreten
läßt. Dieser Vorgang ist in Abb. 4 dargestellt, i in der die ausgezogen gezeichnete
Kurve A die von der Einspritzpumpe geförderte Kraftstoffmenge je Grad Nockenwinkel
und die gestrichelt gezeichnete Kurve B, die aus dem Einspritzventil ausgespritzte
Kraftstoffmenge je Grad Nockenwinkel darstellt. Die Fläche F1 ist dabei gleich der
Fläche F2. Durch diese Abwandlung des Fördergesetzes der Einspritzpumpe wird in
vielen Fällen ein weicher Gang des Motors erzielt. Bei einem solchen Einspritzventil
wird zugunsten des erzielten weichen Ganges auf gutes Schnarren der Düse verzichtet.
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Je nach dem Fördergesetz der Einspritzpumpe, .der Steifigkeit der
Schließfeder 3, dem Spiel ' und der Eintauchtiefe des Spritzzapfens 8 ist es bei
einem Einspritzventil mit einer sog. Drosseldüse nach Art des dritten Beispiels
von Vorteil, wenn der Durchmesser d2 des Spritzzapfens 8 etwas größer ist als der
Durchmesser d, der Zulaufbohrung 7. In beiden Fällen muß aber über die gewünschte
Dauer der gedrosselten Einspritzung, die innerhalb des ersten Hubteiles erfolgt,
die Zunahme der an der Nadel im Öffnungssinne angreifenden hydraulischen Kraft kleiner
sein als -die Zunahme der Federkraft, weiche diese erfahren würde, wenn die Feder
bis zum Austreten des Ansatzes 8 aus der Bohrung 9 gespannt würde.
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In Abwandlung des Beispiels nach Abb. 3 kann es empfehlenswert sein,
das Ende des Spritzzapfens, so zu verstärken, daß es beim Eintauchen über einen
ganz kleinen letzten Hubabschnitt ebenso wie die Ansätze S beim ersten und zweiten
Beispiel gewissermaßen als Dichtzapfen wirkt.