EP0246220A1 - Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren - Google Patents

Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren Download PDF

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EP0246220A1
EP0246220A1 EP87890095A EP87890095A EP0246220A1 EP 0246220 A1 EP0246220 A1 EP 0246220A1 EP 87890095 A EP87890095 A EP 87890095A EP 87890095 A EP87890095 A EP 87890095A EP 0246220 A1 EP0246220 A1 EP 0246220A1
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valve stem
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stem
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AVL List GmbH
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    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift

Definitions

  • the invention relates to an injection nozzle for internal combustion engines, in particular diesel engines, with a poppet valve which consists of a valve disk and valve stem and which opens due to the fuel pressure in the flow direction with a very small stroke, the stroke of the poppet valve being limited by a stop which is in the vicinity of the valve disk is provided.
  • Such an injection nozzle is used for the uniform distribution of the fuel along the circumference of an at least approximately rotationally shaped combustion chamber, the injection nozzle being arranged approximately in the axis of the combustion chamber.
  • the fuel emerges from the injection nozzle in the form of a cone jacket with a very small wall thickness; it offers the little moving combustion air in the combustion chamber a very large target. As it moves against the circumference of the combustion chamber at high speed during injection, there is a strong friction between the fuel and the air, which splits the fuel into tiny droplets. The air is accelerated by the impulse of the fuel moving at high speed in the direction of the circumference of the combustion chamber according to the impact laws, which creates flows in the combustion chamber which are directed from the injection nozzle to the circumference and then lead from the circumference against the injection nozzle.
  • the angle of the fuel jacket in the combustion chamber and this itself must be coordinated so that one is the same moderate mixture of fuel and air occurs.
  • the opening angle of the injected fuel cone jacket is at least 90 °, preferably 120 to 160 °.
  • the stroke of the valve plate is accordingly very small, approximately in the order of magnitude of one or several hundredths of a millimeter.
  • valve stem has an area with a smaller cross section than the rest of the valve stem, following the valve disk. This area is relatively short and the shoulder closing this area serves as a second valve and at the same time as a limitation for the opening path of the valve disk.
  • an injection nozzle was known from DE-OS 31 39 948, in which, however, the stop limiting the stroke of the valve plate is at a very considerable distance from the valve plate.
  • the valve plate has a larger diameter than the valve stem, which has an annular groove immediately above the valve plate, in which transverse bores end, which establish a connection to a central blind bores through which the fuel can be supplied.
  • the stop is formed by a sleeve held in the upper region of the valve stem, which is acted upon by a spring and is supported via intermediate elements on an O-ring held on the valve stem.
  • This injector also has the disadvantage that the valve is only accessible when the injector is practically completely disassembled, which results in a correspondingly high level of maintenance.
  • due to the relatively large distance between the stop and the Valve seat an undesirable considerable thermal influence on the largest opening gap of the valve.
  • the aim of the invention is to propose an injection nozzle of the type mentioned at the outset which, while ensuring the largest opening gap, is distinguished by a simple structure and by a high degree of ease of maintenance.
  • this is achieved in that in the vicinity of the valve plate there are projections in the valve housing inwards and projections on the outside of the valve stem and their facing contact surfaces project from one another by the desired maximum valve lift when the valve is closed.
  • the stop can be easily manufactured with the necessary accuracy. Different thermal expansions from the valve stem and valve housing can only have a minor effect on the maximum valve lift.
  • An embodiment is advantageous in which the projections extend diametrically opposite each other over less than 90 degrees of angle and the axial coverage of these projections is achieved by turning the valve stem. This results in a simple design and simple installation option.
  • a plate spring which is arranged coaxially to the valve stem and which is supported on the one hand on the valve housing and on the other hand on nuts screwed onto the valve stem can be provided on the end of the valve stem opposite the valve stem.
  • the plate spring can also be used to secure the valve stem against rotation by, after a Another feature of the invention, on the one hand the valve stem with a flat and the plate spring with a corresponding recess and on the other hand a pin is provided to prevent rotation of the plate spring relative to the valve housing.
  • a filter for the fuel can be provided between the access of the fuel to the valve and the exit from the valve, which filter retains at least dirt particles that are larger than the maximum valve lift. This prevents clogging of the very small valve gap.
  • the fuel filter can be formed by alternately starting from an upper and a lower annular groove and ending in front of the other annular groove on the valve stem and a play of the valve stem in the valve housing, which is smaller than the maximum valve lift.
  • the injection nozzle according to the invention shown in Figures 1 to 3 consists of the valve housing 1, in which the valve stem 2 is axially slidably mounted with play. At at its lower end, the valve stem 2 has a valve disk 3 with a conical seat surface 4, the cone angle of which is denoted by 5 and is approximately 140 ° in the present example.
  • the injection nozzle is designed so that it opens in the direction of flow due to the pressure of the fuel supplied.
  • a plate spring consisting of two similar parts 6 and 7, which is said to be generally very rigid.
  • the upper part 8 of the valve stem 2 is provided with a thread, preferably a fine thread, and two nuts 9.
  • the maximum stroke of the valve is very small, about one to several hundredths of a millimeter. It is illustrated schematically in the drawing by dimension 10.
  • the stop which limits the maximum stroke 10 is formed by the outward projections 11 on the stem 2, on the one hand, and the inward projections 12 in the valve housing 1, on the other hand.
  • the valve stem 2 can be inserted into the valve housing 1 through corresponding recesses 13, which must be slightly larger than the projections 11, so that the projections 11 come to rest on the side of the projections 12 facing away from the valve plate 3.
  • the valve stem is now rotated 2 and 90 °, so that the projections 11 on the valve stem 2 and the projections 12 in the valve housing 1 overlap in the axial direction and in this way result in the stroke limitation.
  • the plate spring 7 is used, which has an opening 14 for the flattened 15 upper part of the valve stem 2 and is also prevented by the pin 16 from rotating relative to the valve housing 1.
  • the pressure pipe coming from the injection pump, not shown, is connected in the bore 17, from there the fuel is supplied via the bore 18 of the ring groove 19, which is arranged in the valve stem 2.
  • the fuel is supplied to the annular groove 21 via the valve disk 3.
  • the number of grooves 20 to be carried out axially is to be selected so that the distribution on the circumference is sufficient.
  • the leak fuel is supplied to the leak fuel drain 24 via the bore 23.
  • FIG. 4 shows an embodiment according to the invention, in which the upper contour of the inlet into the valve gap is rounded in contrast to the embodiment according to FIG. 1. In this way, the location of the highest fuel speed is moved in the vicinity of the exit of the jet, as a result of which a larger part of the pressure energy is converted into kinetic energy of the jet.
  • valve stem 2 differs from that of Figure 1 in that the axially extending grooves between the annular grooves 19 and 25 are not continuous, but that axial grooves 26 and 27 are provided, which alternate from the upper annular groove 19 and go out of the lower annular groove 25 and each end before the other annular groove.
  • the fuel is forced to take the path via the clearance between the valve stem 2 and the valve housing 1.
  • This game is dimensioned smaller than the maximum valve lift 10, so that dirt particles are retained which could clog the valve gap.

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Abstract

Bei einer Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit einem durch den Kraftstoffdruck in Strömungsrichtung mit sehr geringem Hub öffnenden Tellerventil beträgt der maximale Ventilhub (10) etwa ein bis mehrere hundertstel Milime­ter. Um diesen maximalen Ventilhub durch einen einfachen Aufbau und eine hohes Maß am Wartungsfreundlichkeit sicher­zustellen sind in der Nähe des Ventiltellers (3) Vorsprün­ge (12) im Ventilgehäuse (1) nach innen und Vorsprünge (11) außen am Ventilschaft (2) vorgesehen, deren zugewandten Kontakflächen bei geschlossenem Ventil um den gewünschten maximalen Ventilhub (10) voneinander abstehen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem durch den Kraftstoffdruck in Strömungsrichtung mit sehr geringem Hub öffnenden, aus Ventilteller und Ventil­schaft bestehendem Tellerventil, wobei der Hub des Tel­lerventils durch einen Anschlag begrenzt ist, der in der Nähe des Ventiltellers vorgesehen ist.
  • Eine solche Einspritzdüse dient zur gleichmäßigen Ver­teilung des Kraftstoffes längs des Umfanges eines wenig­stens annähernd rotationsförmigen Brennraumes, wobei die Einspritzdüse etwa in der Achse des Brennraumes angeord­net ist.
  • Der Kraftstoff tritt dabei aus der Einspritzdüse in Form eines Kegelmantels mit sehr kleiner Wandstärke aus; er bietet der wenig bewegten Verbrennungsluft im Brennraum eine sehr große Angriffsfläche. Da er sich mit großer Geschwindigkeit beim Einspritzen gegen den Umfang des Brennraumes bewegt,entsteht eine starke Reibung zwischen dem Kraftstoff und der Luft, die den Kraftstoff in klein­ste Tröpfchen zerteilt. Die Luft wird durch den Impuls des mit hoher Geschwindigkeit bewegten Kraftstoffes in der Richtung zum Umfang des Brennraumes nach den Stoßge­setzen beschleunigt, wodurch Strömungen im Brennraum ent­stehen, die von der Einspritzdüse an den Umfang gerichtet sind und sodann vom Umfang gegen die Einspritzdüse führen. Der Winkel des Kraftstoffmantels im Brennraum und dieser selbst sind so aufeinander abzustimmen, daß eine gleich­ mäßige Mischung von Kraftstoff und Luft eintritt. Der Öffnungswinkel des eingespritzten Kraftstoff-Kegelman­tels beträgt hierbei mindestens 90°, vorzugsweise 120 bis 160°. Der Hub des Ventiltellers ist dementsprechend sehr klein, etwa in der Größenordnung von einem oder mehreren hunderstel Millimeter.
  • Eine Düse der eingangs erwähnten Art, bei welcher aber eine schwingende Düsennadel eine absatzweise vor sich gehende Brennstoffeinspritzung steuert, wurde durch die DE-PS 475 116 bekannt. Bei dieser weist der Ventilschaft im Anschluß an den Ventilteller einen Bereich mit geringe­rem Querschnitt als der übrige Ventilschaft auf. Dieser Bereich ist relativ kurz und die diesen Bereich ab­schließende Schulter dient als zweites Ventil und gleich­zeitig als Begrenzung für den Öffnungsweg des Ventil­tellers. Dabei ist es allerdings erforderlich, entweder den Ventilschaft oder aber die zur Führung der Düsennadel dienende Büchse geteilt auszuführen. In jedem Falle ist ein Zerlegen der Düse mit einem erheblichen Aufwand ver­bunden.
  • Weiters wurde durch die DE-OS 31 39 948 eine Einspritz­düse bekannt, bei der allerdings der den Hub des Ventil­tellers begrenzende Anschlag einen sehr erheblichen Ab­stand vom Ventilteller aufweist. Bei dieser Düse weist der Ventilteller einen größeren Durchmesser als der Ven­tilschaft auf, der unmittelbar oberhalb des Ventiltellers eine Ringnut aufweist, in der Querbohrungen enden, die eine Verbindung zu einer zentralen Sackbohrungen herstellen, über die der Kraftstoff zuführbar ist. Der Anschlag ist dabei durch eine im oberen Bereich des Ventilschaftes ge­haltene Hülse gebildet, die von einer Feder beaufschlagt ist und sich über Zwischenelemente an einem am Ventil­schaft gehaltenen O-Ring abstützt. Bei dieser Einspritz­düse ergibt sich aber ebenfalls der Nachteil, daß das Ventil nur bei praktisch vollständiger Zerlegung der Ein­spritzdüse zugänglich ist, woraus ein entsprechend hoher Wartungsaufwand resultiert. Außerdem ergibt sich aufgrund des relativ großen Abstandes zwischen dem Anschlag und dem Ventilsitz eine unerwünschte beträchtliche thermische Beeinflussung des größten Öffnungsspaltes des Ventiles.
  • Ziel der Erfindung ist es, eine Einspritzdüse der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich unter Sicherstellung des größten Öffnungsspaltes durch einen einfachen Aufbau und durch ein hohes Maß an Wartungsfreundlichkeit aus­zeichnet.
  • Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß in der Nähe des Ventiltellers Vorsprünge im Ventilgehäuse nach innen und Vorsprünge außen am Ventilschaft vorgesehen sind und deren zugewandten Kontakflächen bei geschlosse­nem Ventil um den gewünschten maximalen Ventilhub vonein­ander abstehen. Auf diese Weise kann der Anschlag mit der nötigen Genauigkeit auf einfache Weise hergestellt werden. Verschiedene Wärmedehnungen vom Ventilschaft und Ventilge­häuse können sich auf den maximalen Ventilhub nur gering­fügig auswirken.
  • Vorteilhaft ist dabei eine Ausführung, bei welcher die Vorsprünge je diametral gegenüberliegend sich über weniger als 90 Winkelgrade erstrecken und die axiale Deckung die­ser Vorsprünge durch Verdrehung des Ventilschaftes er­reicht wird. Dies ergibt eine einfache Ausführung und ein­fache Montagemöglichkeit.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann an dem den Ventilteller gegenüberliegenden Ende des Ventilschaftes eine koaxial zum Ventilschaft angeordnete Tellerfeder vor­gesehen sein, die sich einerseits am Ventilgehäuse und an­dererseits an auf dem Ventilschaft aufgeschraubten Muttern abstützt. Diese Ausführung gibt eine baulich sehr einfa­che und zweckmäßige Lösung, weil die Tellerfeder für den sehr geringen Maximalhub des Ventils ausreichend ist und in axialer Richtung eine sehr geringe Bauhöhe aufweisen kann.
  • Die Tellerfeder kann gleichzeitig auch zur Drehsicherung des Ventilschaftes herangezogen werden indem, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, einerseits der Ventil­schaft mit einer Abflachung und die Tellerfeder mit einer dementsprechenden Ausnehmung versehen und andererseits ein Stift zur Drehsicherung der Tellerfeder gegenüber dem Ventilgehäuse vorgesehen ist.
  • In Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen dem Zutritt des Kraftstoffes zum Ventil und dem Austritt aus dem Ven­til ein Filter für den Kraftstoff vorgesehen sein, das min­destens Schmutzteilchen zurückhält, die größer sind als der maximale Ventilhub. Dadurch wird ein Verstopfen des sehr kleinen Ventilspaltes vermieden. Im Rahmen der Er­findung kann das Kraftstoffilter durch abwechselnd von einer oberen und einer unteren Ringnut ausgehenden und je­weils vor der anderen Ringnut endenden axialen Nuten am Ventilschaft und ein Spiel des Ventilschaftes im Ventil­gehäuse gebildet sein, das kleiner ist als der maximale Ventilhub. Dadurch wird auf einfache und zuverlässige Weise die angestrebte Filterwirkung erzielt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 eine erfindungsgemäße Einspritzdüse im Axial­schnitt,
    • Figur 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Figur 1,
    • Figur 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in Figur 1,
    • Figur 4 einen Detail einer anderen Ausführungsform in ver­größerter Darstellung und
    • Figur 5 den Ventilschaft einer weiteren Ausführungsform mit weggeschnittenem Mittelteil.
    Gleiche Teile sind mit den selben Bezugszeichen versehen.
  • Die in Figur 1 bis 3 dargestellte erfindungsgemäß Ein­spritzdüse besteht aus dem Ventilgehäuse 1, in welchem der Ventilschaft 2 mit Spiel axial gleitbar gelagert ist. An seinem unteren Ende weist der Ventilschaft 2 einen Ven­tilteller 3 mit einer konischen Sitzfläche 4 auf, deren Konuswinkel mit 5 bezeichnet ist und beim vorliegenden Beispiel etwa 140° beträgt. Die Einspritzdüse ist so ge­staltet, daß sie durch den Druck des zugeführten Kraft­stoffes in Strömungsrichtung öffnet.
  • Am anderen Ende des Ventilschaftes 2 greift eine aus zwei gleichartigen Teilen 6 und 7 bestehende Tellerfeder an, die im allgemeinen sehr steif sein soll. Zum Anspannen der Tellerfeder 6, 7 ist der obere Teil 8 des Ventilschaf­tes 2 mit einem Gewinde, vorzugsweise Feingewinde, und zwei Muttern 9 versehen. Der maximale Hub des Ventiles ist sehr klein, etwa in der Größenordnung von ein bis mehreren hundertstel Millimeter zu bemessen. Er ist in der Zeichnung schematisch durch das Maß 10 veranschaulicht.
  • Der Anschlag, der den maximalen Hub 10 begrenzt, wird durch die nach außen liegenden Vorsprünge 11 am Schaft 2 einerseits und die im Ventilgehäuse 1 nach innen gerich­teten Vorsprünge 12 anderseits, gebildet. Den Ventilschaft 2 kann man in das Ventilgehäuse 1 durch entsprechende Aus­nehmungen 13, die etwas größer als die Vorsprünge 11 be­messen sein müssen, einstecken, so daß die Vorsprünge 11 auf der dem Ventilteller 3 abgekehrten Seite der Vorsprün­ge 12 zu liegen kommen. Beim dargestellten Ausführungsbei­spiel dreht man nun den Ventilschaft 2 und 90°, sodaß sich die Vorsprünge 11 am Ventilschaft 2 und die Vorsprünge 12 im Ventilgehäuse 1 in axialer Richtung decken und auf die­se Weise die Hubbegrenzung ergeben.
  • Zur Sicherung gegen Verdrehung des Ventilschaftes 2 aus dieser Lage dient die Tellerfeder 7, welche eine Durch­brechung 14 für den mit Abflachungen 15 versehenen oberen Teil des Ventilschaftes 2 aufweist und außerdem durch den Stift 16 am Verdrehen gegenüber dem Ventilgehäuse 1 ver­hindert wird.
  • Das von der nicht dargestellte Einspritzpumpe kommende Druckrohr ist in der Bohrung 17 angeschlossen, von dort wird der Kraftstoff über die Bohrung 18 der Ringut 19 zu­geführt, die im Ventilschaft 2 angeordnet ist. Durch die Nuten 20, die am Umfang des Ventilschaftes 2 in axialer Richtung angebracht sind, wird der Kraftstoff der Ringnut 21 über dem Ventilteller 3 zugeführt. Die Anzahl der axial auszuführenden Nuten 20 ist so zu wählen, daß die Verteilung am Umfang genügen gleichmäßig wird. Durch die Ringnut 22 wird der Leckkraftstoff über die Bohrung 23 dem Leckkraftstoffabfluß 24 zugeführt.
  • Der Kegelwinkel 5 des Kraftstoffmantels im Brennraum und dieser selbst sind so aufeinander abzustimmen, daß eine gleichmäßige Mischung von Kraftstoff und Luft eintritt. In Figur 4 ist eine Ausführung gemäß der Erfindung dar­gestellt, bei der die obere Kontur des Einlaufes in den Ventilspalt im Gegensatz zur Ausführung gemäß Figur 1 ab­gerundet ist. Auf diese Weise wird die Stelle höchster Kraftstoffgeschwindigkeit in die Nähe des Austrittes des Strahles verlegt, wodurch ein größerer Teil der Druck­energie in kinetische Energie des Strahles umgesetzt wird.
  • Die Ausführung des Ventilschaftes 2 gemäß Figur 5 unter­scheidet sich von jener nach Figur 1 dadurch, daß die axial verlaufenden Nuten zwischen den Ringnuten 19 und 25 nicht durchgehend sind, sondern daß axiale Nuten 26 und 27 vorgesehen sind, die abwechselnd von der oberen Ringnut 19 und der unteren Ringnut 25 ausgehen und jeweils vor der anderen Ringnut enden. Dadurch wird der Kraftstoff gezun­gen, den Weg über den Spielraum zwischen dem Ventilschaft 2 und dem Ventilgehäuse 1 zu nehmen. Dieses Spiel ist kleiner bemessen als der maximale Ventilhub 10, sodaß Schmutzteilchen zurückgehalten werden, welche den Ventil­spalt verstopfen könnten.

Claims (6)

1. Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem durch den Kraftstoffdruck in Strömungsrichtung mit sehr geringem Hub öffnenden, aus Ventilteller und Ventilschaft bestehendem Tellerventil, wobei der Hub des Tellerventiles durch einen Anschlag begrenzt ist, der in der Nähe des Ventiltellers vorge­sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Ventilteller (3) Vorsprünge (12) im Ventilgehäuse (1) nach innen und Vorsprünge (11) außen am Ventilschaft (2) vorgesehen sind und deren zugewandten Kontakflächen bei geschlossenem Ventil um den gewünschten maximalen Ventilhub (10) voneinander abstehen.
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (11, 12) je diametral gegenüber­liegend sich über weniger als 90 Winkelgrade erstrek­ken und daß die axiale Deckung dieser Vorsprünge (11, 12) durch Verdrehung des Ventilschaftes erreicht wird.
3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß an dem Ventilteller (3) gegenüberliegen­den Ende des Ventilschaftes (2) koaxial zum Ventil­schaft (2) angeordnete Tellerfedern (6, 7) vorgesehen sind, die sich einerseits am Ventilgehäuse (1) und an­dererseits an auf dem Ventilschaft (2) aufgeschraubten Muttern (9) abstützt.
4. Einspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehsicherung des Ventilschaftes (2) durch das Zusammenwirken einer Abflachung (15) des Ventilschaftes (2) und einer dementsprechenden Ausnehmung (14) der Tellerfeder (7) einerseits und durch einen Stift (16) zur Drehsicherung der Tellerfeder (7) gegenüber dem Ventilgehäuse (1) andererseits gebildet ist.
5. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zutritt des Kraftstoffes zum Ventil und dem Austritt aus dem Ven­til ein Filter für den Kraftstoff vorgesehen ist, das mindestens Schmutzteilchen zurückhält, die größer sind als der maximale Ventilhub (10).
6. Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffilter durch abwechselnd von einer oberen (19) und einer unteren Ringnut (15) ausgehenden und jeweils vor der anderen Ringnut endenden axialen Nuten (26, 27) am Ventilschaft (2) und ein Spiel des Ventilschaftes (2) im Ventilgehäuse (1) gebildet ist, das kleiner ist als der maximale Ventilhub (10).
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