DE905689C - Vorrichtung zur Erzeugung unterschiedlicher Steuerzeiten bei Verwendung einer Druckfluessigkeit aus einer gemeinsamen Druckquelle, insbesondere fuer Brennstoff-Einspritzventile von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Erzeugung unterschiedlicher Steuerzeiten bei Verwendung einer Druckflüssigkeit aus einer gemeinsamen Druckquelle, insbesondere für Brennstoff-Einspritzventile von Brennkraftmaschinen Es ist bekannt, daß Einspritznadelventile für Dieselmotoren infolge heftiger Schwingungen der Treibstoffsäule bei Verwendung verhältnismäßig langer Druckleitungen nachspritzen bzw. nachtropfen und somit die Verbrennung sehr ungünstig beeinflussen oder Koksansatz an der Düse hervorrufen. Die Ventilnadel wird bei beendeter Einspritzung durch den abklingenden Druckverlauf zwar geschlossen, doch verursachen die Schwingungen meist ein abermaliges schädliches Öffnen der Nadel. Durch eine Erhöhung des einstellbaren Nadelöffnungsdruckes (Abspritzdruck) kann dieser Nachteil bis zu einer gewissen Grenze in sehr geringem Umfang beseitigt werden. Gleichzeitig verursacht der erhöhte Öffnungsdruck in der nach dem Nadelventilsitz anschließenden Bohrung einen sehr steilen Druckanstieg, von dem auch der durch die Düse austretende Treibstoff' am Beginn der Verbrennung nachteilig betroffen wird. Der plötzliche und ungesteuerte Verbrennungsdruckanstieg im Zylinder als Folgeerscheinung des Zündverzuges sowie die Ganghärte des Motors werden dadurch zwangsläufig unterstützt.
• Da der \adelschließdruck kleiner ist als der Nadelöffnungsdruck, und zwar im Verhältnis der gedrückten Ringfläche der Nadel bei geschlossenem zur gedrückten Vollfläche bei geöffnetem Nadelventil, würde man bei gleichen angenommenen Drücken im Augenblick des Öffnens bzw. Schließens für letzteres eine Federschließkraft benötigen, die mindestens im Verhältnis der gedrückten Vollfläche der Nadel zur Ringfläche größer sein muß als die Federöffnungskraft. Nur dadurch würde ein sicheres Schließen des Nadelventils gewährleistet werden.
• Um jedoch zu Beginn einen sanften Verbrennungsablauf im Zylinder bei sehr mäßigen Abspritzdrücken zu erreichen, sind Nadelventile vorgeschlagen worden, bei denen nach dem Öffnen der Nadel die Ventilfeder mit einer gewissen Verzögerung gegenüber dem Druckverlauf in der Düse zusätzlich nachgespannt werden soll, damit im richtigen Augenblick die gewünschte Federschließkraft auftritt. Zu diesem Zweck ist eine entsprechende Drosseldüse vorgesehen, durch welche der vor dem Nadelventilsitz wirkende Druck abgezweigt wird, welcher über einen Pufferkolben die zusätzliche Nachspannung der Ventilfeder mit einer bestimmten zeitlichen Nacheilung bewirkt und im Augenblick der beendeten Einspritzung die Ventilnadel mit großer Kraft auf ihren Sitz preßt. Wie jedoch Messungen ergaben, fallen Beginn, Maximum und Schluß der beiden Druckverläufe zeitlich zusammen. Die Drosseldüse steuert somit nur die Druckamplitude.
• Es sind auch bereits Brennstoffeinspritzventile bekannt, bei denen von der zum Düsenvorraum der Einspritznadel führenden Leitung eine Drosselleitung abgezweigt ist, welche an einen mit der Ventilschließfeder zusammenwirkenden Kolben geführt ist. Dabei ist die Drosselleitung beispielsweise auch mit einem Ventil versehen, um erst von einem bestimmten Brennstoffdruck ab dieselbe unter Druck zu setzen. Diese Ausführungsformen haben jedoch den Nachteil, daß infolge Fehlens eines Druckentlastungsventils die Druckleitung nach dem Einspritzvorgang nicht auf geringen Druck entlastet wird und der Nadelschließdruck in der Leitung bestehenbleibt. Demzufolge bleibt aber der Kolben geöffnet und die Feder nachgespannt, wodurch sich der Nadelöffnungsdruck vergrößert und seinerseits einen erhöhten Nadelschließdruck zur Folge hat. Die ständige Steigerung des Druckes in der Hauptleitung stellt jedoch ein einwandfreies Funktionieren in Frage.
• Es ist auch ein Einspritzventil bekannt, bei welchem die Brennstoffzufuhrleitung in eine Vorkammer mündet, in welche das der Nadelspitze entgegengesetzte Ende der Nadel hineinragt und bei dem der Düsenhauptraum mit der Vorkammer durch eine Drosselbohrung verbunden ist. jedoch sind auch mit dieser Einrichtung die bereits erwähnten Nachteile nicht zu beheben, und insbesondere ist es nicht möglich, die Nachspannung im richtigen Zeitpunkt, d. h. mit Verzögerung einzuschalten. Um vor allem bei kleiner Pumpenstempelgeschwindigkeit und bei einem eventuell in der Druckleitung verbliebenen geringen Restdruck trotz Anwendung eines zusätzlichen Druckentlastungsventils in derselben das - Abspritzen des iVTadelventils bei einem verhältnismäßig kleinen Nadelöffnungsdruck sicher zu gewährleisten, ist es jedoch äußerst wichtig, den Zeitpunkt des Druckbeginns hinter der Drosseldüse bzw. über dem Pufferkolben mit einer gewissen Verzögerung einsetzen zu lassen. Dadurch wird ein vorzeitiges Nachspannen der Ventilnadelfeder und somit ein erhöhter N adelöffnungsdruck unbedingt vermieden.
• Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß zwischen der gemeinsamen Druckquelle und einer der Druckempfangsstellen eine Hilfsdruckleitung eingeschaltet ist, deren Länge unter Berücksichtigung der Schalldrucklaufzeit in der Druckflüssigkeit abgestimmt ist. Bei einem Einspritzventil zweigt diese lange, enge Hilfsdruckleitung zweckmäßig von der Brennstoffdruckleitung vor dem Ventilnadelsitz ab und ist bis über den zur Nachspannung der Nadelschließfeder dienenden Pufferkolben geführt. Vorteilhafterweise wird dabei -erfindungsgemäß die Hilfsdruckleitung wegen der rechnerisch zu ermittelnden großen Länge spiralförmig an den Pufferkolben geführt. Dadurch ist es möglich, die Leitung auf verhältnismäßig kleinem Raum innerhalb des Einspritzpumpenkörpers unterzubringen. Durch geeignete Hintereinanderschaltung scheibenförmiger Spiralen oder Anbringen der Spirale auf den Mantel eines Zylinders kann die Hilfsdruckleitung organisch in den Pumpenkörper einbezogen werden.
• Der zeitliche Unterschied in der Ankunft der Druckwellen, der durch die verschiedene Länge der Druckleitung und der Hilfsdruckleitung bedingt ist, bewirkt, daß Druckbeginn, Druckmaximum und Druckende dann in dem Raum oberhalb des Pufferkolbens gegenüber denen am Nadelsitz zeitlich verschoben sind.
• In derZeichnung sind zweiAusführungsbeispiele der Erfindung bei einem Brennstoffeinspritzventil dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Axialschnitt durch ein Einspritzventil und Fig.2 einen Axialschnitt durch eine Vorrichtung zur Steuerzeitvergrößerung anderer Ausführung in größerem Maßstab.
• In der Fig. i ist ein Einspritzventil dargestellt, das in seinem unteren Teil die übliche bekannte Konstruktion aufweist. Die Ventilnadel i schließt, wenn sie aufsitzt, den unteren Druckraum :2 gegen den Brennraum der Brennkraftmaschine ab. Vor der Bohrung im Nadelsitz ist die Düsenplatte mit den Austrittsöffnungen q. angeordnet. Zwischen der Ventilnadel i und dem unteren Federteller 5 der Ventilschließfeder 6 ist eine Stelze 7 eingeschaltet. Mit dem oberen Federteller 8 steht über eine weitere Stelze 9 ein Pufferkolben io in Verbindung, der in die Büchse i i dichtend eingeschliffen ist. Vor dem oberen Druckraum i2 ist eine Drosseldüse 13 eingesetzt. Darüber ist eine Anzahl von Platten 1q. angeordnet, die an einer ihrer Flächen je einen spiralig gewundenen engen Kanal 15 aufweisen. Die Platten 14 sind so aufeinander in den Raum des Düsenkopfes 16 gepaßt, daß bei ihrer Hintereinanderschaltung .eine zusammenhängende dichte Leitung von beträchtlicher Länge entsteht. Angeschlossen ist diese Leitung einerseits durch den Kanal 17 an die Brennstoffdruckleitung 18, die durch den Düsenkörper zum unteren Druckraum 2 führt, und andererseits über die Drosseldüse 13 an den oberen Druckraum 12 über den Pufferkolben 1o.
• Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig.2 ist auf den Düsenkopf 16 ein kolbenartiger Ansatz 2o aufgesetzt, über den ein Hohlzylinder 21 gestülpt ist. In den Mantel des kolbenartigen Ansatzes 20 ist eine schraubenförmig verlaufende Nut 22 eingeschnitten, die durch den dichten, umhüllenden Hohlzylinder 21 einen langen, engen Kanal bildet, dessen Enden über den Kanal 17 an die Brennstoffdruckleitung 18 und über die Bohrung 23 und die Drosseldüse 13 an den Druckraum 12 angeschlossen sind.
• Die Zeit für den Druckabbau in einer mit einem Entlastungsventil entlasteten Druckleitung beträgt rund 0,003 bis o,oo5 Sekunden. ;Dieser Zeitunterschied entspricht bei einer Schallgeschwindigkeit von 1500 m/s in Treiböl einer Hilfsleitungslänge von rund 4,5 bis 7,5 m. Dieselbe genügt für die gesteuerte Nacheilung des auf den Pufferkolben wirkenden Druckes. Der verzögerte Druckanstieg kann somit die Ventilschließfeder nicht vorzeitig nachspannen, und das Maximum der Federnachspannung fällt mit dem Schließen der Ventilnadel zusammen. Durch günstige Abstimmung des Querschnittes der Hilfsdruckleitung kann der Ströinungswiderstand auf einen bestimmten Wert festgelegt werden, so daß eventuell die Drosseldüse 13 in Fortfall kommen kann.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung für die zeitliche Verschiebung zweier Steuerzeiten mit einem Druckmittel von der gleichen Druckquelle ist selbstverständlich nicht allein auf Einspritzventile für Brennkraftmaschinen beschränkt, sondern kann überall dort Anwendung finden, wo zwei oder mehrere Druckempfangsstellen an die gleiche Druckquelle angeschlossen sind.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur Erzeugung unterschiedlicher Steuerzeiten, insbesondere bei Brennstoff-Einspritzventilen mit einer zum Düsenvorraum der Einspritznadel führenden Brennstoffleitung und einer davon abzweigenden Hilfsdruckleitung zum Nachspannen der Ventilnadel, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsdruckleitung spiralförmig an einen Pufferkolben oder die der Nadelspitze entgegengesetzte Vollfläche der Ventilnadel geführt ist, derart, daß das Maximum der Schließkraft mit dem Schließen der Ventilnadel zeitlich zusammenfällt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsdruckleitung innerhalb des Brennstoffventilkörpers untergebracht ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsdruckleitung auf einer Seite einer oder mehrerer Metallscheiben spiralig eingeschnitten ist, die einzelnen Spiralen hintereinandergeschaltet sind und die Scheiben übereinanderliegend dichtend in den Ventilkörper eingepaßt werden. q.. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsdruckleitung gewindeähnlich in einen Metallzylinder geschnitten ist, der von einer dichtsitzenden Hülse umgeben ist. Angezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschriften Nr. 276:244, 263 108; USA.-Patentschrift Nr. 2 283 725.