DE802601C

DE802601C - Fuel injector for internal combustion engines

Info

Publication number: DE802601C
Application number: DEK1790A
Authority: DE
Inventors: George Stephen Kammer
Original assignee: KAMMER ENGINES Ltd
Current assignee: KAMMER ENGINES Ltd
Priority date: 1949-02-25
Filing date: 1950-02-14
Publication date: 1951-02-15

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoff-Einspritzvorrichtung für Verbrennungsmotoren, die mit Voreinspritzung bei Verwendung einer Brennstoffpumpe arbeiten, welche während der Einspritzperiode gleichbleibenden oder gleichmäßig anwachsenden Ausstoß aufweist. In einigen dieser Einspritzvorrichtungen werden die Vor- und die Haupteinspritzmenge des Brennstoffs durch verschiedene Auslässe ausgespritzt, während in anderen ίο der Gebrauch des gleichen Auslasses für beide, Vor- und Hauptbrennstoffmenge, vorgezogen wird. Die Steuerung der zwei Teileinspritzmengen wird dann durch den Druck des Brennstoffs innerhalb der Einspritzvorrichtung bewirkt; auf diese Gattung von Einspritzvorrichtungen bezieht sich die Erfindung.The invention relates to a fuel injection device for internal combustion engines which work with pre-injection when using a fuel pump which has a constant or evenly increasing output during the injection period. In some of these injectors, the pilot and main injection quantities of fuel are injected through different outlets, while in others ίο the use of the same outlet for both pilot and main fuel quantities is preferred. The control of the two partial injection quantities is then effected by the pressure of the fuel within the injector; the invention relates to this type of injection device.

Eine geeignete Anordnung für die Steuerung der Einspritzteilmenge ist ein Steuerkolben, der sich entgegen einer Feder verschiebt, sobald der durch die Einspritzpumpe gelieferte Brennstoff ao mengenmäßig größer ist als für die Einspritzmenge erforderlich. Der Kolben wird am Ende seines Wegs angehalten, wodurch der Druck des Brennstoffs in der Einspritzvorrichtung so sehr steigt, daß die Einführung der Hauptbrennstoffmenge möglich wird.A suitable arrangement for controlling the partial injection quantity is a control piston, the moves against a spring as soon as the fuel supplied by the injection pump ao in terms of quantity is greater than required for the injection quantity. The piston will be at the end of his Stopped on its way causing the pressure of the fuel in the injector to rise so much that the introduction of the main amount of fuel becomes possible.

Bei Einspritzvorrichtungen dieser Art wurde festgestellt, daß beim Aufhören der Einspritzung,In injectors of this type it has been found that when the injection is stopped,

entsprechend dem Arbeiten von Einspritzpumpen mit üblichem Auslaß für Überschußmengen, eine Druckwelle in der Ölleitung von der Pumpe zur Einspritzvorrichtung hervorgerufen wird, die eine nochmalige öffnung des Einspritzventils und eine zusätzliche bzw. sekundäre Einspritzung verursacht, die unerwünscht ist. Die so entstandene Druckwelle läuft durch die Brennstoffsäule zwischen Pumpe und Einspritzvorrichtung mit dercorresponding to the operation of injection pumps with the usual outlet for excess quantities, one Pressure wave is caused in the oil line from the pump to the injection device, which is a repeated opening of the injection valve and an additional or secondary injection caused, which is undesirable. The resulting pressure wave runs through the fuel column between Pump and injector with the

ίο gleichen Geschwindigkeit wie eine Schallwelle durch das gleiche Medium laufen würde. Infolge des Rückwurfs an der Pumpe kann gelegentlich sogar noch eine weitere unerwünschte Einspritzung erfolgen, aber die Schwingungen werden infolge der Reibung in den Rohrleitungen und der geringen Durchlaßfähigkeit in den Nippeln und ähnlichen Yerbindungsteilen sehr schnell gedämpft.ίο same speed as a sound wave would run through the same medium. As a result of the reflection at the pump can even occasionally Another undesired injection occurs, but the vibrations are a result the friction in the pipelines and the low permeability in the nipples and the like Connection parts dampened very quickly.

Zweck der Erfindung ist es nun, solch eine Rückwurfwelle daran zu hindern, daß sie die Ursache einer zusätzlichen Einspritzung nach Beendigung der normalen Einspritzung wird, und die Erfindung macht Gebrauch von dem Grundsatz der Umwandlungsmöglichkeit der in der neuerlichen Welle enthaltenen Energie in eine in der Steuerkolbenfeder aufgespeicherte potentielle Energie.The purpose of the invention is now to prevent such a throwback wave from being the cause an additional injection after the normal injection has ended, and the invention makes use of the principle of the possibility of conversion in the new Energy contained in the shaft into a potential energy stored in the control piston spring.

Mit Einspritzvorrichtungen der geschilderten Art muß so gearbeitet werden, daß die Brennstoffeinpressung mit einem vergleichsweise niedrigen Einspritzdruck, etwa 70 bis 80 at, beginnt und während der Periode vom Einspritzbeginn bis zum Yerbrennungsbeginn möglichst auf ungefähr dem gleichen Druck bleibt. Hernach wird der Druck auf einen viel größeren Betrag erhöht, damit die Hauptmenge des Brennstoffs in den Zylinder eintreten kann. Konstruktion und Einstellung der Einspritzvorrichtung müssen dem verhältnismäßig niedrigen Einspritzdruck der Voreinspritzmenge angepaßt sein, und das bringt die Gefahr eines Wiederöffnens des Einspritzventils nach Beendigung der Einspritzung mit sich.Injectors of the type described must be used in such a way that the fuel injection starts with a comparatively low injection pressure, around 70 to 80 at, and during the period from the start of injection to the start of combustion, if possible, to approximately the same pressure remains. Thereafter the pressure is increased to a much larger amount, so that the main amount of the fuel can enter the cylinder. Construction and adjustment of the injection device must be adapted to the relatively low injection pressure of the pilot injection quantity be, and that brings the risk of reopening the injection valve after the end of the injection with himself.

Erfindungsmäßig wird der Beginn der Einspritzung so lange verhindert, bis der Steuerkolben um ein Maß fortbewegt worden ist, das nicht geringer ist als jenes, um das beim Aufhören der Einspritzung der entstehende Wellendruck den Kolben bewegen kann. In den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung ist die Erfindung durch einige Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigtAccording to the invention, the start of the injection is prevented until the control piston has been advanced by an amount no less than that when the injection ceased the resulting wave pressure can move the piston. In Figs. 1 to 4 of the drawing the invention is illustrated by some exemplary embodiments. It shows

Fig. ι eine erfindungsmäßige Einspritzvorrichtung im Mittellängsschnitt,Fig. Ι an injection device according to the invention in the middle longitudinal section,

Fig. 2 in einem vergrößerten Maßstab einen Teil der Fig. 1 in etwas geänderter Gestaltung,FIG. 2 shows, on an enlarged scale, a part of FIG. 1 in a somewhat modified design,

Fig. 3 und 4 abgewandelte Formen für einen Teil der Fig. 2.FIGS. 3 and 4 modified forms for part of FIG. 2.

Nach Fig. 1 ist ein Mundstückhalter 10 zur Befestigung auf irgendeine (nicht dargestellte) Weise in dem Zylinder eines Verbrennungsmotors eingerichtet. Am Ende des Mundstückhalters sind aufeinanderfolgend ein Steuerstutzen 7, ein Zwischenstück 23 und ein Mundstückkörper 17 eingebaut, wobei die aneinanderstoßenden Stirnflächen dieser Teile genau eben gearbeitet sein müssen. Die Teile 7, 23 und 17 sind durch eine kappenförmige Abstützung 22 zusammengehalten und an den Mundstückhalter 10 angepreßt.According to Fig. 1, a mouthpiece holder 10 is for attachment established in some way (not shown) in the cylinder of an internal combustion engine. At the end of the mouthpiece holder are a control port 7, an intermediate piece 23 and a mouthpiece body 17 installed, the abutting end faces of this Parts have to be worked exactly. The parts 7, 23 and 17 are by a cap-shaped Support 22 held together and pressed against the mouthpiece holder 10.

Ein Steuerkolben 6 ist im Steuerstutzen 7 axial beweglich, um die Einspritzdosis, wie später beschrieben wird, zu steuern. Der Steuerkolben 6 hat an einem Ende einen abgesetzten Durchmesser, der einen ringförmigen Raum 5 zwischen dem Kolben, dem Zwischenstück 23 und dem Steuerstutzen 7 beläßt. Der Steuerkolben 6 wird durch eine Feder 9, die gegen den Druckstift 9 wirkt, in die durch die Figur dargestellte Lage gedrängt.A control piston 6 is axially movable in the control port 7 in order to control the injection dose, as will be described later will control. The control piston 6 has at one end a stepped diameter, which an annular space 5 between the piston, the intermediate piece 23 and the control port 7 leaves. The control piston 6 is by a spring 9, which acts against the pressure pin 9, in the by the Figure depicted situation crowded.

Die Zuführung von der Brennstoffpumpe her ist mit dem Brennstoffeinlaß 1 verbunden, von welchem eine Leitung 2 durch den Mundstückhalter 10 zu dessen Endfläche führt. Die Leitung 2 stößt bündig ! auf die Leitung 3, welche in axialer Richtung den j Steuerstutzen 7 durchzieht. Eine im Zwischenstück j 23 eingearbeitete Höhlung 4 stellt die Verbindung zwischen dem Ende der Leitung 3 und dem Ringraum 5 her.The feed from the fuel pump is connected to the fuel inlet 1, from which a line 2 leads through the mouthpiece holder 10 to the end face thereof. Line 2 is flush ! onto the line 3, which runs through the control port 7 in the axial direction. One in the intermediate piece J 23 incorporated cavity 4 provides the connection between the end of the line 3 and the annulus 5 ago.

Ein Durchlaß n in der Innenwandung des Steuerstutzens 7 wird normal durch den Steuerkolben 6 abgedeckt und führt in eine Leitung 12, die bündig auf eine Leitung 13 stößt, welche durch das Zwischenstück 23 geht. Die Leitung 13 endet in einer scheibenartigen Vertiefung 14 im Teil 23, die einer Vertiefung 24 im Mundstückkörper 17 genau gegenüberliegt.A passage n in the inner wall of the control port 7 is normal through the control piston 6 covered and leads into a line 12, which abuts flush with a line 13, which through the intermediate piece 23 goes. The line 13 ends in a disk-like recess 14 in part 23, the a recess 24 in the mouthpiece body 17 is exactly opposite.

In den Mundstückkörper 17 ist ein Ventilsitzglied 16 eingeschraubt, das eine zentrale Längsleitung 15 enthält, welche die Verbindung zwischen der Vertiefung 24 und der Ventilsitzfläche 25 herstellt. Der Ventilsitz 25 ist normal durch ein Ventil 18 geschlossen, das durch eine Feder 19 an den Sitz gedrängt wird. Wenn das Ventil 18 sich von seinem Sitz 25 entfernt, steht die Leitung 15 durch das Innere des Ventils 18 mit einer Spritz-Strahlbohrung 20 in Verbindung, von welcher Mündungen 21 den Brennstoff in den Zylinder treten lassen. Es ist zu beachten, daß die Kante des Steuerkolbens 6 nächst dem Raum 5 über die Kante des Durchlasses 11 hinwegreicht, so daß kein Brennstoff das Ventil 18 erreichen kann, solange nicht der Kolben 6 einen Weg χ nach aufwärts zurückgelegt hat, der in den Fig. 2, 3 und 4 zu erkennen ist.A valve seat member 16 is screwed into the mouthpiece body 17 and contains a central longitudinal line 15 which establishes the connection between the recess 24 and the valve seat surface 25. The valve seat 25 is normally closed by a valve 18 which is urged against the seat by a spring 19. When the valve 18 moves away from its seat 25, the line 15 communicates through the interior of the valve 18 with a spray jet bore 20, from which orifices 21 allow the fuel to pass into the cylinder. It should be noted that the edge of the control piston 6 next to the space 5 extends beyond the edge of the passage 11, so that no fuel can reach the valve 18 as long as the piston 6 has not covered a path χ upwards, which is shown in FIGS 2, 3 and 4 can be seen.

Beim Funktionieren der Vorrichtung wird der Brennstoff durch die Einspritzpumpe über den Einlaß i, die Leitungen 2, 3 und die Höhlung 4 in den Raum 5 geliefert. Die erste Wirkung besteht in der Bewegung des Steuerkolbens 6 weg vom Zwischenstück 23, bis die Kante des Kolbens beginnt, den Durchlaß 11 freizugeben. Erst nach diesem kurzen Weg kann Brennstoff durch den Durchlaß 11, die Leitungen 12 und 13, die Räume 14 und 24 sowie die Leitung 15 zum Ventil 18 gelangen. Das Ventil 18 wird dann dadurch von seinem Sitz wegbewegt. Die Bewegung des Kolbens 6 erfolgt entgegen dem Druck der Feder 9, welche dementsprechend den Druck im Raum 5 in Grenzen hält. Der im Raum 5 erzeugte Druck ist ein solcher, daß in Ansehung der Querschnittsfläche der Mündungen 21 der Brennstoff in der gewünschten Teilmenge in denWhen the device is working, the fuel is fed through the inlet by the injection pump i, the lines 2, 3 and the cavity 4 are delivered into the space 5. The first effect is that Movement of the control piston 6 away from the intermediate piece 23 until the edge of the piston begins Release passage 11. Only after this short path can fuel through the passage 11, the Lines 12 and 13, rooms 14 and 24 as well line 15 to reach valve 18. The valve 18 is then thereby moved away from its seat. The movement of the piston 6 takes place against the pressure of the spring 9, which accordingly the Keeps pressure in room 5 within limits. The pressure generated in space 5 is such that in consideration the cross-sectional area of the orifices 21 of the fuel in the desired portion in the

Zylinder tritt, nämlich in der für die Voreinspritzung vorgesehenen Dosis.Cylinder occurs, namely in the dose provided for the pre-injection.

Der Brennstoff wird jedoch der Einspritzvorrichtung durch die Pumpe in größerer Menge geliefert, und die Überschußlieferung bewegt den Kolben 6 weiter entgegen der Wirkung der Feder 9, wodurch das Volumen des Raums 5 wächst, der sich mit Brennstoff füllt, welcher bei dem noch herrschenden Druck nicht in den Zylinder eintreten kann. Der durch die Feder 9 ausgeübte Druck verändert sich innerhalb der Reichweite der Bewegung nur wenig, bis schließlich das Ende des Kolbens 6 an das Ende des Mundstückhalters 10 anstößt. Jetzt ist keine weitere Ausdehnung des Raums 5 mehr möglich und demgemäß muß nun der Druck in diesem Raum ansteigen. Hierdurch ergibt sich auch ein korrespondierender Anstieg der durch die Mündungen durchgehenden Brennstoffmengen; diese entsprechen nunmehr der Haupteinspritzdosis.However, the fuel is supplied to the injector in larger quantities by the pump, and the excess delivery moves the piston 6 further against the action of the spring 9, whereby the volume of the space 5 increases, which fills with fuel, which in the still prevailing Pressure cannot enter the cylinder. The pressure exerted by the spring 9 changes within the range of the movement only a little, until finally the end of the piston 6 abuts the end of the mouthpiece holder 10. Now there is no further expansion of space 5 more possible and accordingly the pressure in this space must now increase. This also results a corresponding increase in the amount of fuel passing through the orifices; these now correspond to the main injection dose.

ao Sobald ein Austreten von Überschußmengen in der Einspritzpumpe erfolgt, gestattet die dadurch ermöglichte Druckverminderung den Federn 9 und 19 die Rückführung des Kolbens 6 und des Ventils 18 in ihre Normalstellungen, wie sie in der Figur dargestellt sind, und die Einspritzung hört auf. Die durch die plötzliche Entlastung entstehende und durch die verschiedenen Leitungen, zur Pumpe zurückflutende Druckwelle wird dort reflektiert und verursacht eine vorübergehende leichte Bewegung des Kolbens 6. Der Abstand zwischen der Kante des Kolbens 6 und der Kante des Durchlasses 11 ist jedoch mindestens so groß wie diese Bewegung des Kolbens 6 und demzufolge wird durch die reflektierte Druckwelle keine zweite Einspritzung herbeigeführt.ao As soon as there is an escape of excess quantities in the injection pump, this allows pressure reduction enabled springs 9 and 19 to return piston 6 and valve 18 in their normal positions, as shown in the figure, and the injection ceases. the through the sudden relief and through the various lines to the pump backflowing pressure wave is reflected there and causes a temporary slight movement of the piston 6. The distance between the edge of the piston 6 and the edge of the passage 11 however, is at least as great as this movement of the piston 6 and consequently is through the reflected pressure wave does not bring about a second injection.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Mundstückkörpers. Das Ausflußventil 26 sitzt hier im Zwischenstück 23 und wird durch eine Feder 27 auf seinen Sitz gepreßt. Eine geneigte Leitung 28 im Teil 23 stellt die Verbindung zwischen der Leitung 12 und dem Ventilsitz 29 her. Der durch Ventil 26 geflossene Brennstoff wird durch eine Leitung 30 im Mundstückkörper geführt, um schließlich durch die Mündungen 21 ausgespritzt zu werden. In Fig. 2 ist die Wegstrecke, die der Kolben vor der Freigebung des Durchlasses n zurücklegen muß, mit χ bezeichnet.Fig. 2 shows a modified embodiment of the mouthpiece body. The outflow valve 26 is seated here in the intermediate piece 23 and is pressed onto its seat by a spring 27. An inclined line 28 in part 23 establishes the connection between line 12 and valve seat 29. The fuel which has flowed through valve 26 is guided through a line 30 in the mouthpiece body in order to finally be ejected through the mouths 21. In Fig. 2, the distance that the piston must cover before the opening of the passage n is denoted by χ.

Eine weitere Abwandlungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Hier ist die Leitung 3 durch eine geneigte Leitung 31 unmittelbar mit dem Raum 5 am Ende des Steuerkolbens 6 verbunden. Ein Zentralstift 32 dringt in eine Zentralleitung 33 ein, die zum Ventilsitz 29 führt. Der Stift 32 ist über eine Länge χ zylindrisch gehalten, so daß er die Leitung 33 geschlossen hält, bis der Kolben 6 die Wegstrecke χ zurückgelegt hat.Another modification is shown in FIG. 3. Here the line 3 is directly connected to the space 5 at the end of the control piston 6 by an inclined line 31. A central pin 32 penetrates a central line 33 which leads to the valve seat 29. The pin 32 is held cylindrical over a length χ so that it keeps the line 33 closed until the piston 6 has covered the distance χ .

Die Anordnung nach Fig. 4 ist die gleiche wie in Fig. 3, doch ist der Stift 32 als besonderes Glied in den Kolben 6 eingelassen und durch einen Gewindepfropf 34 in Stellung gehalten, der auf einen verbreiterten Kopf 35 des Stiftes 32 drückt. Hierdurch ergibt sich eine Einstellungsmöglichkeit für die Strecke χ durch Auswechslung des Stiftes 32 oder durch eine zwischen Kopf 35 und dessen Sitz im Kolben 6 eingelegte Unterlagscheibe oder durch Abarbeiten der unteren Fläche des Kopfes 35.The arrangement according to FIG. 4 is the same as in FIG. 3, but the pin 32 is let into the piston 6 as a special member and is held in position by a threaded plug 34 which presses on a widened head 35 of the pin 32. This results in an adjustment option for the distance χ by replacing the pin 32 or by a washer inserted between the head 35 and its seat in the piston 6 or by machining the lower surface of the head 35.

Durch die Erfindung wird ermöglicht, Einspritzpumpen mit gleichbleibendem oder gleichmäßig ansteigendem Nockenhub ohne Gefahr einer sekundären Einspritzung zu verwenden.The invention makes it possible to produce injection pumps with a constant or evenly increasing To use cam lift without the risk of secondary injection.

Beim Entwurf der verschiedenen Teile muß dem Umstand Rechnung getragen werden, daß das Rückschlagventil 18 oder 26 nicht nur durch seine Feder 19 oder 27 in seine Schließstellung gedrängt wird, sondern auch, über die Mündungen 21, durch den Gasdruck im Zylinder des Verbrennungsmotors. Am Anfang der Einspritzung ist dieser Druck nur derjenige der komprimierten Verbrennungsluft; aber wenn die Einspritzung aufhört, hat sich der Druck einem Wert genähert, der jenem am Beginn des Arbeitshubs entspricht. Diesem Umstand Rechnung tragend, wird das Rückschlagventil gewöhnlich schon schließen, bevor der Steuerkolben 6 Zeit gehabt hat in seine Normalstellung zurückzukehren. Wenn dann eine zurückgeworfene Druckwelle zum Ventil vorstoßen sollte, so wird der Druck durch ein sofortiges Nachgeben des Kolbens 6 vermindert, wobei das Volumen des Raums 5 etwas anwächst.When designing the various parts, account must be taken of the fact that the check valve 18 or 26 is not only urged into its closed position by its spring 19 or 27 , but also, via the orifices 21, by the gas pressure in the cylinder of the internal combustion engine. At the beginning of the injection this pressure is only that of the compressed combustion air; but when the injection ceases, the pressure has approached a value corresponding to that at the beginning of the power stroke. Taking this into account, the check valve will usually close before the control piston 6 has had time to return to its normal position. If then a reflected pressure wave should push forward to the valve, the pressure is reduced by an immediate yielding of the piston 6, whereby the volume of the space 5 increases somewhat.

Die Erfindung ist auch bei Einspritzpumpen anwendbar, die der üblichen Bauart mit unter Druckdifferenz stehender Ventilnadel entsprechen. In solch einem Fall trachtet der Gasdruck im Zylinder den sog. Schließdruck des Nadelventils zu erniedrigen, statt ihn zu heben. Der Kisseneffekt kann dann nur vom Kolben 6 aus bewirkt werden, der bei Beendigung der Einspritzung weit genug zurückgehen muß, um den Brennstoffdurchlaß zu schließen, bevor die zurückgeworfene Druckwelle Zeit hat, zur Einspritzvorrichtung zurückzukehren.The invention is also applicable to injection pumps of the usual type with a pressure difference upright valve needle. In such a case, the gas pressure in the cylinder takes effect to lower the so-called closing pressure of the needle valve instead of increasing it. The pillow effect can then can only be caused by the piston 6, which will go back far enough when the injection is completed must to close the fuel passage before the reflected pressure wave time has to return to the injector.

Wie aus allen den beschriebenen Ausführungsformen ersehen werden kann, wird die Energie der erneuerten Druckwelle zufolge des plötzlichen Aufhörens der Einspritzung in potentielle (Zusammendrückungs-) Energie der Feder 9 umgewandelt.As can be seen from all of the embodiments described, the energy is the renewed pressure wave due to the sudden cessation of injection into potential (compression) Energy of the spring 9 converted.

Claims

Patent claims:

1. Fuel injection device for internal combustion engines with pre-injection when using an injection pump with constant or evenly increasing output during the injection period, characterized in that a control piston which regulates the pre-injection and main injection quantity of the fuel by fuel pressure has to cover a distance (x) before the start of the injection which is not less than that by which it can be shifted by the pressure wave that forms when the injection is stopped.

2. Injection device according to claim 1, characterized in that the control piston (6) normally a passage (11) in the wall of a control port containing the piston (7) covers, this passage leading the way to

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only releases the mouths (21) protruding into the cylinder after the piston (6) has covered the distance (x) according to claim 1.

3. Injection device according to claim 1, characterized in that the control piston (6) normally covers a passage in the end face of its housing, from where the fuel has access to the mouths (21) through a central line (33), and that a central one pin-like member (32) on the piston keeps the passage closed until the piston (6) has covered the distance (x) according to claim I.

4. Injection device according to one of the preceding claims, characterized in that that between the control piston (6) and the mouths (21) a check valve (18 or 26) is provided so that the fuel only flows in the direction of flow towards the orifices allow, and that the spring (19 or 27) of the check valve is so strong that they Fuel flow prevented until the fuel pressure has reached a desired minimum.

1 sheet of drawings

I 3380 2.I 3380 2.