DE827140C - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Description

• Brennstoffeinspritzventil Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmaschinen mit einer durch den Brennstoffdruck betätigten Düsennadel. Bei den bekannten Einspritzventilen dieser Art wird die Düsennadel durch Federspannung' auf den Sitz gepreßt und durch die mit Beginn der Pumpenförderung erzeugte Drucksteigerung in der Brennstoffdruckleitung angehoben, wodurch die Düsenbohrungen zur Einspritzung freigegeben werden. Da zum Öffnen der Nadel der Brennstoffdruck nur auf die Differenzfläche aus Nadelquerschnitt und Sitzquerschnitt wirkt, während bei der geöffneten Nadel der Brennstoffdruck auf den gesamten Nadelquerschnitt zur Auswirkung kommt, ist bei diesen Einspritzventilen der Nadelschließdruck wesentlich niedriger als der Nadelöffnungsdruck. Die Schließfedern der Düsennadeln müssen auf einen Öffnungsdruck von 16o bis Zoo atü vorgespannt werden, damit der Nadelschließdruck bei Beendigung der Einspritzung noch wenigstens 6o bis 8o atü beträgt. Ein solcher Nadelschließdruck ist mindestens notwendig, weil der Druck im Zylinder bei Einspritzende infolge der Verbrennung auch auf die Größenordnung angestiegen ist. Selbst bei diesen Einstellungen gelingt es jedoch nicht mit Sicherheit, das schädliche Nachspritzen von Brennstoff zu vermeiden, da die in der Druckleitung vor- und zurücklaufenden Druckwellen unter Umständen ein Wiederanheben der Nadel nach ihrem ersten Aufsitzen bewirken.
• Der sich bei einem Nadelschließdruck von einer gewissen Mindesthöhe (6o bis 8o atü) zwangsweise ergebende sehr hohe Nadelöffnungsdruck hat den Nachteil, daß der Beginn der Einspritzung sehr plötzlich vonstatten geht, d. h. gleich mit der Nadelöffnung eine verhältnismäßig große Brennstoffmenge in den Brennraum gelangt. Mit Rücksicht auf Ganghärte und Wirkungsgrad ist aber eine Einspritzung erwünscht, die sanft beginnt und rasch abschließt, d. h. die je Zeiteinheit bzw. je Kurbelwinkelgrad in den Brennraum gelangende Brenn-Stoffmenge soll bei Einspritzbeginn bedeutend kleiner sein als bei Einspritzende. Bei Einspritzventilen üblicher Ausführung ist gewöhnlich das Umgekehrte der Fall. Hierzu kommt noch der Nachteil, daß es bei den Einspritzventilen üblicher Ausführung sehr schwer, wenn nicht unmöglich ist, ein Vorspritzen von Brennstoff vor der Hauptbrennstoffmenge zu erreichen, was zum Erzielen eines weicheren Ganges erwünscht ist. Damit die Nadel überhaupt öffnet, muß der Druck in der Brennstoffleitung zwischen Pumpe und Düse höher werden als der Nadelöffnungsdruck. Wenn die Nadel dann einmal geöffnet hat, entleert sich die Brennstoffleitung über die Düse, selbst wenn die Brennstofförderung durch die Pumpe unterbrochen wird. Die zeitliche Einspritzgesetzmäßigkeit folgt infolge dieser Eigenart von Nadelschließ- und Öffnungsdruck gar nicht der Fördergesetzmäßigkeit der Pumpe.
• Zur Behebung der genannten Nachteile sind bereits Lösungen vorgeschlagen worden, bei denen mit doppelter Zuführung des Brennstoffes zur Düse und Rückschlagventilen in beiden Zuführungsleitungen sowie ähnlichen Einrichtungen gearbeitet wird. Der Erfolg dieser Vorschläge ist jedoch sehr zweifelhaft, da der Unterschied zwischen Nadelöffnungsdruck und Nadelschließdruck nur verhältnismäßig gering gemacht werden kann.
• Außerdem ist es bekannt geworden, die Vorspannung der N adelschließfeder dadurch zu ändern, daß diese während der Einspritzung durch einen gleichfalls vom Brennstoffdruck betätigten Kolben stärker zusammengedrückt und zwischen zwei Einspritzungen wieder entlastet wird. Diese Einrichtung erfordert einen beträchtlichen Bauaufwand. Außerdem hat sie erhöhte Leckverluste zur Folge, da hier nicht nur eine, sondern zwei Nadelführungen gegen den hohen Druck abdichten müssen.
• Die Nachteile der bekannten Ausführungen werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Düsennadel in ihren beiden Bewegungsrichtungen unmittelbar unter dem Einfluß des Brennstoffdruckes steht. Das Schließen der Nadel erfolgt dabei nicht wie üblich durch eine Feder, sondern unmittelbar durch den Brennstoff. Läßt man nämlich die Druckänderung, die im Öffnungssinne auf die Düsennadel wirkt, der Druckänderung, die im Schließsinne wirkt, voreilen, dann wird die Düsennadel zuerst durch den Brennstoffdruck angehoben und nach Beginn des Absinkens des Brennstoffdruckes in der Brennstoffleitung durch den Brennstoffdruck auch geschlossen, da auch beim Absinken der Öffnungsdruck dem Schließdruck voreilt und letzterer nach Druckumkehr höher ist als der Üffnungsdruck. Die Nacheilung des Schließdruckes kann durch einfache Mittel in der Ströinungsleitung des den Schließdruck auf die Düsennadel ausübenden Brennstoffes erzielt werden, beispielsweise durch den Einbau von Drosselbohrungen o. dgl. Nähere Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung zu ersehen.
• In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele eines Einspritzventils nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Axialschnitt durch ein Einspritzventil, Fig. 2 einen Axialschnitt durch ein Einspritzventil anderer Ausführung.
• Bei der Ausführung der Einspritzdüse nach Fig. i gelangt der Brennstoff von der Brennstoffdruckleitung i über den Hauptkanal 2 in einen Ringraum 3 über den Sitzt der Düsennadeln. Mit. ist der Anschlag für die obere Hubnadelbegrenzung bezeichnet. Über der Nadel 5 ist ein Pufferraum 8 angeordnet, der vollständig mit Brennstoff gefüllt ist. Zum Zwecke der Entlüftung ist im Kopf des Düsenkörpers 9 eine Entlüftungsbohrung io vorgesehen. Der Pufferraum 8 steht über eine Drosselbohrung i i mit der Brennstoff druckleitung i bzw. 2 in Verbindung. Vor Beginn der Einspritzung ist d 1 Nadel 5 geschlossen, indem sie durch ihr eigenes Gewicht auf dem Sitz ruht bzw. durch eine verhältnismäßig weiche Feder 6 auf den Sitz gedrückt wird. Bei Beginn der Einspritzung, d. h. beim Ansteigen des Brennstoffdruckes in der 1)ruckleitung2, wird die Nadel 5 angehoben, da der Druck in dem Raum 8 infolge der Drosselbohrung i i nicht so schnell ansteigt wie in der Druckleitung. Durch das Anheben der Nadel 5 wird der Brennstoff im Raum 8 zwar etwas zusammengedrückt, doch ist die dadurch hervorgerufene Druckerhöhung verhältnismäßig klein, da (las Volum des IZauines 8 gegenüber dem von der Nadel 5 verdrängten Volum verhältnismäßig groß ist. Durch entsprechende Abstimmung des Volums oberhalb der Nadel 5 und der Drosselbohrung i i kann man erreichen, daß bei einer bestimmten Druckänderung in der Leitung immer ein bestimmtes Nacheilen des Druckes im Raum 8, z. B. in der Größenordnung von ioo bis 200 atü, vorhanden ist. Die einmal geöffnete Nadel 5 bleibt daher geöffnet, so lange der Druck in der Leitung nicht fällt. Bei Beendigung der Einspritzung, d. h. beim öffnen des Überströmventils oder der Cberströmbohrung an der Brennstoffpumpe, wird die Druckleitung plötzlich entlastet. Dadurch kehren sich die Druckverhältnisse zwischen Pufferraum 8 und Druckleitung 2 um, d. h. der Druck im Pufferraum 8 ist höher als in der Druckleitung. Die Nadel wird auf den Sitz gedrückt und die Einspritzung plötzlich beendet. Durch gewisse konstruktive Gestaltung des Verbindungskanals i i hat man es in der Hand, die Druckdifferenz zwischen Raum 8 und Druckleitung 2 zu beeinflussen. Man kann z. B. diese Bohrung nach der einen Seite mit düsenförmigem Einlauf, nach der anderen Seite scharfkantig ausführen, so daß die Durchflußbeiwerte in beiden Richtungen verschieden sind. Dadurch erreicht man z. B., daß bei ansteigendem Druck der Druck ini Raum 8 dem Druck in der Leitung nur wenig nacheilt, während bei anfallendem Druck das Nacheilen stärker ist. Eine noch stärkere Beeinflussung der Druckverläufe ist möglich, wenn man die Verbindungsbohrung i i in Form einer Rückströmdrossel ausführt.
• In der einfachsten Ausführungsform braucht man bei diesem Ventil keinerlei Feder oder sonstige bewegte Teile, außer der Düsennadel 5. In diesem Fall ist allerdings der Nadelöffnungsdruck sehr klein, d. h. die Einspritzung wird sofort einsetzen, wenn der Druck in der Brennstoffleitung sich erhöht. Wenn man die Einspritzung bei ganz niedrigem Druck vermeiden will, kann die Nadel 5 zusätzlich mit einer weichen Feder 6 belastet werden. Außerdem ist es möglich, in der Brennsioffdruckleitung 2 kurz vor der Düse ein Rückschlagventili2 vorzusehen, das ein Zurückdrücken des Brennstoffes vom Zylinder her, etwa durch den Kompressionsdruck, in die Druckleitung unterbindet.
• Die Ausführungsform nach der Fig. i verlangt eine Abstimmung auf die Druckanstiegsgeschwindigkeit, d. h. im wesentlichen auf die Drehzahl der Einspritzpumpe. Um das Arbeiten des Nadelventils von der Drehzahl unabhängig zu machen, sind in Weiterausbildung derErfindung entsprechendFig.2 zusätzliche Rückschlagventile 13 und 14 zwischen dem Pufferraum8 und der Brennstoffdruckleitung2 angeordnet, die ein Nacheilen des Druckes im Pufferraum auch dann sicherstellen, wenn die Druckänderungsgeschwindigkeit in der Druckleitung klein ist. Die durch diese Ventile hervorgerufene Nacheilung des Druckes überlagert sich dann der durch die Drosselbohrung i i hervorgerufenen. Ein Brennstoffventil nach der Erfindung hat außer den bereits genannten noch den Vorteil, daß die Leckbrennstoffmenge zu Null gemacht werden kann, <1a etwaige Undichtheiten der Nadel 5 den Brennstoff nicht nach außen gelangen lassen. Man kann sogar die Nadel 5 absichtlich undicht machen bzw. mit einer entsprechenden feinen Drosselbohrung durchbohren und damit die Drosselbohrung i i überhaupt ersparen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRCCHE: i. Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmaschinen mit einer durch den Brennstoffdruck betätigten Düsennadel, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (5) in ihren beiden Bewegungsrichtungen unmittelbar unter dem Einfluß des Brennstoffdruckes steht. z. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Brennstoffpumpe hervorgerufene Druckänderung, welche im Öffnungssinne auf die Düsennadel (5) wirkt, der Druckänderung, die im Schließsinne auf die Düsennadel wirkt, voreilt. 3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß über der Düsennadel (5) ein Druckraum (8) angeordnet ist, der mit der Brennstoffdruckleitung (i bzw. 2) in Verbindung steht. 4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (i i) von der Brennstoff druckleitung (2) zum Pufferraum (8) derart ausgebildet ist, daß sie in beiden Strömungsrichtungen verschiedene Durchflußbeiwerte aufweist. 5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch i, dadurch .gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung (i i) von der Brennstoffdruckleitung (2) zum Pufferraum (8) Durchflußorgane, z. B. Düsen, Rückströmdrosseln usw., mit verschiedenen Durchflußbeiwerten in beiden Strömungseinrichtungen auswechselbar eingesetzt sind. 6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel zusätzlich unter der Einwirkung einer Schließfeder steht, die die Düsennadel (5) auf ihren Sitz (7) drückt, wenn der Brennstoffdruck auf beiden Seiten der Düsennadel (5) annähernd gleich groß ist. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennstoffdruckleitung (2) vor der Düse ein Rückschlagventil (i2) angeordnet ist. B. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (i i) von der Brennstoffdruckleitung (2) zum Pufferraum (8) parallel zueinander zwei Rückschlagventile (i3 und 4 angeordnet sind, von denen je eines für je eine der beiden Strömungsrichtungen wirksam ist.