EP0267177A1 - Kraftstoffeinspritzdüse - Google Patents

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EP0267177A1
EP0267177A1 EP87890231A EP87890231A EP0267177A1 EP 0267177 A1 EP0267177 A1 EP 0267177A1 EP 87890231 A EP87890231 A EP 87890231A EP 87890231 A EP87890231 A EP 87890231A EP 0267177 A1 EP0267177 A1 EP 0267177A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
nozzle needle
needle spring
fuel injection
evasive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP87890231A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gottfried Dipl.-Ing. Haider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voestalpine Metal Forming GmbH
Original Assignee
Voestalpine Metal Forming GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/50—Arrangements of springs for valves used in fuel injectors or fuel injection pumps
    • F02M2200/505—Adjusting spring tension by sliding spring seats

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection nozzle for internal combustion engines, in particular diesel engines, with a spring-loaded nozzle needle and an evasive piston displaceable coaxially with the latter against the force of the nozzle needle spring, in which the evasive piston and the nozzle needle are connected to the fuel pressure chamber of an injection pump.
  • a device of the type mentioned above can be found, for example, in DE-OS 34 09 924.
  • the arrangement of the evasive piston, which is connected in parallel to the nozzle needle with regard to the action of the fuel, serves the purpose of dividing the injection process into a pre-injection and a separate main injection. For this purpose, when the pressure in the fuel pressure line builds up, the nozzle needle is first raised against the force of the nozzle needle spring, as a result of which the injection process begins.
  • the evasive piston is also moved against the force of the nozzle needle spring, which on the one hand increases the spring force on the nozzle needle spring and on the other hand, due to the evasive volume that is released, the pressure drops briefly, which leads to a short-term closing the nozzle needle leads.
  • the pressure which subsequently builds up is then able to lift the nozzle needle again against the pressure of the nozzle needle spring which is now preloaded, as a result of which the main injection begins.
  • the escape piston was arranged in a separate component, this additional component being accommodated in a chain of high-pressure parts braced against one another.
  • the additional component led to an increase in the overall length of the nozzle construction and with due regard to unfavorable ratio of piston opening cross-section to piston guide cross-section in these known devices, the pressure relief takes place relatively slowly, especially in the higher speed range.
  • the arrangement of a longer escape piston would require larger dimensions and further increase the inertia of the arrangement.
  • a relatively small ratio of the guide diameter to the guide length of the alternative piston had to be maintained, which in turn resulted in high leakage oil quantities and there was a risk of the alternative piston becoming jammed and blocked.
  • the design according to the invention essentially consists in the fact that the evasive piston is arranged in the nozzle needle spring chamber and overlaps the nozzle needle spring in the axial direction.
  • the fact that the evasive piston is arranged in the nozzle needle spring space means that a separate component for accommodating the evasive piston can be dispensed with, and because the evasive piston engages over the nozzle needle spring in the axial direction, a large guide length can be ensured, which counteracts canting and premature wear of the evasive piston.
  • the design is advantageously made such that the axial length of the region of the escape piston which overlaps the nozzle needle spring corresponds to at least twice the diameter of the escape piston.
  • protruding projections can be arranged in the nozzle needle spring chamber.
  • the nozzle body connecting in the direction of the spray holes can serve as a stop for the evasive piston, which results in a particularly simple design in which no complex processing steps are required.
  • the nozzle needle spring itself always takes up a certain amount of axial length and the space required for this does not have to be increased in any case if the escape piston is arranged in the nozzle needle spring chamber. Overall, the entire height of an additional component for accommodating the evasive piston is thus saved, resulting in a compact and simple construction.
  • the design is preferably developed such that the jacket of the escape piston spanning the nozzle needle spring has at least one radial opening aligned with a leak oil bore, preferably the radial opening opens into a circumferential groove arranged on the outer circumference of the escape piston.
  • the design is preferably such that the evasive piston is conical on the side facing the fuel pressure chamber and interacts with a hollow-cone-shaped end wall of the nozzle needle spring chamber that has a central bore.
  • FIG. 1 shows an arrangement of an evasive piston according to the invention in a pump nozzle assembly
  • FIG. 2 shows an injection nozzle with the arrangement of the evasive piston according to the invention.
  • 1 denotes the pump piston of a pump nozzle assembly.
  • the pump piston generates in the pump piston sleeve 2 the fuel pressure required for the injection, which reaches the seat of the nozzle needle 5 via a transverse groove 3 and a bore 4.
  • the nozzle needle 5 can lift off its seat against the force of the nozzle needle spring 6, with which the pre-injection begins.
  • the pressure continues to rise, whereupon the pressure built up, overcoming the force of the nozzle needle spring 6, moves the evasive piston 7 downward.
  • the partial region of the jacket of the hollow-shaped escape piston 7 which overlaps the nozzle needle spring 6 has a bore 9 which opens into an annular groove 10 on the outside of the escape piston 7.
  • the bore 9 and the annular groove 10 are aligned with a leak oil discharge bore 11, so that any leakage of the leak oil is ensured at any rotational position of the escape piston 7.
  • the preload of the nozzle needle spring 6 can be adjusted by means of spacers 12 inserted into the interior of the escape piston 7.
  • the nozzle needle 5 has at its end projecting into the nozzle needle spring chamber 8 a spring plate 13 for support against the force of the nozzle needle spring 6.
  • the maximum opening stroke of the nozzle needle 5 is limited by the stop and is denoted by h.
  • the maximum evasive stroke h E of the evasive piston 7 is limited by a stop 14 at the base of the nozzle needle spring chamber 8.
  • the guide length of the avoiding piston 7 is greater than twice the guide diameter D, and is arranged overlapping the nozzle needle spring 6, as a result of which a large cross-sectional change is achieved when the avoiding piston is opened. In this way, an exact separation of pre-injection and main injection is achieved even at high engine speeds.
  • the mass of the piston remains low due to the thin-walled hollow cylinder shape, so that the inertia is low.
  • the enlarged guide diameter and the large sealing length simplify production and improve the high-pressure sealing and guidance of the escape piston 7.
  • a nozzle holder which is separate from a pump is shown.
  • the escape piston 7 is in arranged a screw-in part 15 and in turn encompasses the nozzle needle spring 6. The risk of settling is reduced by the small number of parting lines between the parts braced by the screw connection 16 and the screw-in part 15.

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Abstract

Bei einer Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen ist eine Düsennadel sowie eine Düsennadelfeder angeordnet, wobei die Düsennadel entgegen der Kraft der Düsennadelfeder (6) geöffnet werden kann. Im Düsennadelfederraum (8) ist ein Ausweichkolben (7) die Düsennadelfeder (6) übergreifend angeordnet, welcher nach einer Voreinspritzung ein Ausweichvolumen freigibt, so daß die Voreinspritzung von der Haupteinspritzung getrennt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einer federbelasteten Düsennadel und einem gleichachsig mit dieser gegen die Kraft der Düsennadelfeder verschieblichen Ausweichkolben, bei welcher der Ausweichkolben und die Düsennadel mit dem Kraftstoffdruckraum einer Einspritzpumpe verbunden sind.
  • Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise der DE-OS 34 09 924 zu entnehmen. Die Anordnung des Ausweichkolbens, welcher hinsichtlich der Beaufschlagung durch den Kraftstoff parallel zur Düsennadel geschaltet ist, dient hiebei dem Zweck, den Einspritzvorgang in eine Voreinspritzung und eine getrennte Haupteinspritzung zu unterteilen. Zu diesem Zweck wird bei einem Druckaufbau in der Kraftstoffdruckleitung zunächst die Düsennadel entgegen der Kraft der Düsennadelfeder angehoben, wodurch der Einspritzvorgang beginnt. In der Folge wird auf Grund des Druckanstieges in der Druckleitung auch der Ausweichkolben entgegen der Kraft der Düsennadelfeder verschoben, wodurch zum Einen die Federkraft auf die Düsennadelfeder zunimmt und zum Anderen auf Grund des freiwerdenden Ausweichvolumens eine kurze Absenkung des Druckes eintritt, welche zu einem kurzfristigen Schließen der Düsennadel führt. Der in der Folge sich weiter aufbauende Druck vermag dann die Düsennadel neuerlich gegen den Druck der nunmehr vorgespannten Düsennadelfeder zu heben, wodurch die Haupteinspritzung beginnt.
  • Bei den bekannten Einrichtungen der eingangs genannten Art war der Ausweichkolben in einem gesonderten Bauteil angeordnet, wobei dieser zusätzliche Bauteil in einer Kette gegeneinander verspannter Hochdruckteile untergebracht war. Der zusätzliche Bauteil führte dabei zu einer Erhöhung der Baulänge der Düsenkonstruktion und mit Rücksicht auf ein ungünstiges Verhältnis von Kolbenöffnungsquerschnitt zu Kolbenführungsquerschnitt erfolgt bei diesen bekannten Einrichtungen die Druckentlastung besonders im höheren Drehzahlbereich relativ langsam. Die Anordnung eines längeren Ausweichkolbens würde größere Baumaße bedingen und darüberhinaus die Trägheit der Anordnung vergrößern. Um die Bauhöhe gering zu halten, mußte daher ein relativ kleines Verhältnis von Führungsdurchmesser zur Führungslänge des Ausweichkolbens eingehalten werden, wodurch wiederum hohe Leckölmengen auftraten und die Gefahr eines Verkantens und Blockierens des Ausweichkolbens bestand.
  • Besonders für die Verwendung in einer Pumpedüse ist der zusätzliche Beitrag zur Bauhöhe, welcher durch ein derartiges Zwischenstück gegeben ist, besonders nachteilig.
  • Die Erfindung zielt nun darauf ab eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der konstruktive Aufwand geringer ist und mit geringer Bauhöhe der Verschleiß und die Gefahr eines Verkantens des Ausweichkolbens verringert wird. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Ausbildung im wesentlichen darin, daß der Ausweichkolben im Düsennadelfederraum angeordnet ist und die Düsennadelfeder in axialer Richtung übergreift. Dadurch, daß der Ausweichkolben im Düsennadelfederraum angeordnet ist, kann ein gesonderter Bauteil für die Aufnahme des Ausweichkolbens entfallen und dadurch daß der Ausweichkolben die Düsennadelfeder in axialer Richtung übergreift, kann eine große Führungslänge sichergestellt werden, welche einem Verkanten und einem vorzeitigen Verschleiß des Ausweichkolbens entgegenwirkt.
  • Die Ausbildung ist hiezu mit Vorteil so getroffen, daß die axiale Länge des die Düsennadelfeder übergreifenden Bereiches des Ausweichkolbens wenigstens dem doppelten Durchmesser des Ausweichkolbens entspricht.
  • Zur Begrenzung des Hubes des Ausweichkolbens können im Düsennadelfederraum einwärtsragende Vorsprünge angeordnet sein. In besonders einfacher Weise kann der in Richtung der Spritzlöcher anschließende Düs enkörper als Anschlag für den Ausweichkolben dienen, wodurch sich eine besonders einfache Ausbildung ergibt, bei welcher keine aufwendigen Bearbeitungsschritte erforderlich sind. Die Düsennadelfeder selbst beansprucht immer ein gewisses Maß an axialer Länge und der hiefür erforderliche Raum muß bei Anordnung des Ausweichkolbens im Düsennadelfederraum keinesfalls vergrößert werden. Insgesamt wird somit die gesamte Bauhöhe eines zusätzlichen Bauteiles für die Aufnahme des Ausweichkolbens eingespart, wodurch sich eine kompakte und einfache Bauweise ergibt.
  • Durch die Verbesserung der Führung des Ausweichkolbens auf Grund der wesentlich vergrößerten Führungslänge ist auch eine wesentlich geringere Leckage zu beobachten.
  • Um sicherzustellen, daß gegebenenfalls über den Ausweichkolben austretendes Lecköl die Funktion des Ausweichkolbens in keiner Weise beeinträchtigt ist die Ausgestaltung mit Vorzug so weitergebildet, daß der Mantel des die Düsennadelfeder übergreifenden Ausweichkolbens wenigstens eine mit einer Leckölbohrung fluchtende, radiale Durchbrechung aufweist, wobei vorzugsweise die radiale Durchbrechung in eine am Außenumfang des Ausweichkolbens angeordnete Umfangsnut mündet.
  • Zur Einstellung eines günstigen Querschnittverhältnisses zwischen Kolbenöffnungsquerschnitt und Führungsquerschnitt des Ausweichkolbens ist die Ausbildung mit Vorzug so getroffen, daß der Ausweichkolben an der dem Kraftstoffdruckraum zugewandten Seite kegelförmig ausgebildet ist und mit einer hohlkegelig ausgebildeten, eine zentrale Bohrung aufweisenden, Stirnwand des Düsennadelfederraumes zusammenwirkt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Auführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig.1 eine erfindungsgemäße Anordnung eines Ausweichkolbens in einer Pumpedüsebaueinheit und Fig.2 eine Einspritzdüse mit der erfindungsgemäßen Anordnung des Ausweichkolbens.
  • In Fig.1 ist mit 1 der Pumpenkolben einer Pumpedüsebaueinheit bezeichnet. Der Pumpenkolben erzeugt in der Pumpenkolbenbüchse 2 bei seinem Kompressionshub den für die Einspritzung erforderlichen Kraftstoffdruck, der über eine Quernut 3 und eine Bohrung 4 zum Sitz der Düsennadel 5 gelangt. Die Düsennadel 5 kann nach Erreichen eines vorbestimmten Druckes entgegen der Kraft der Düsennadelfeder 6 von ihrem Sitz abheben, womit die Voreinspritzung beginnt. Nach einem weiteren Kolbenweg des Einspritzpumpenkolbens 1 steigt der Druck weiter an, worauf der aufgebaute Druck unter Überwindung der Kraft der Düsennadelfeder 6 den Ausweichkolben 7 nach unten bewegt. Auf Grund der bedeutenden Durchmesservergrößerung zwischen dem Eintrittsdurchmesser d und dem Durchmesser D des Ausweichkolbens steht schlagartig ein großes Ausweichvolumen zur Verfügung, welches durch den Ausweichhub h E begrenzt ist. Gleichzeitig mit der Kompression der Feder 6 kommt es somit zu einer schlagartigen Druckentlastung und die Düsennadel 5 gelangt unter Abschluß der Spritzlöcher wiederum an ihren Sitz. Die durch den Druckabfall in der Bohrung 4 eingeleitete Schließbewegung der Düsennadel 5 wird hiebei durch die zusätzliche Vorspannung der Feder 6 unterstützt.
  • Nach dem Zurücklegen des Hubes h E steht kein weiteres Ausgleichsvolumen zur Verfügung und der Druck kann wiederum weiter ansteigen, bis er den Düsenöffnungsdruck der Düsennadel 5 wiederum übersteigt. In der Folge erfolgt die Haupteinspritzung nach dem neuerlichen Öffnen der Düsennadel 5.
  • Gegebenenfalls in den Düsennadelfederraum 8 eintretendes Lecköl muß für die Aufrechterhaltung der sicheren Funktion des Ausweichkolbens 7 abgeführt werden. Hiezu weist der die Düsennadelfeder 6 übergreifende Teilbereich des Mantels des hohl ausgebildeten Ausweichkolbens 7 eine Bohrung 9 auf, welche in eine Ringnut 10 an der Außenseite des Ausweichkolbens 7 mündet. Die Bohrung 9 sowie die Ringnut 10 fluchten mit einer Leckölabführungsbohrung 11, so daß bei beliebiger Drehlage des Ausweichkolbens 7 eine Abführung des Lecköles sichergestellt wird.
  • Die Vorspannung der Düsennadelfeder 6 kann durch in das Innere des Ausweichkolbens 7 eingelegte Distanzscheiben 12 eingestellt werden. Die Düsennadel 5 weist an ihrem in den Düsennadelfederraum 8 ragenden Ende einen Federteller 13 zur Abstützung gegen die Kraft der Düsennadelfeder 6 auf.
  • Der maximale Öffnungshub der Düsennadel 5 wird durch Anschlag begrenzt und ist mit h bezeichnet. Der maximale Ausweichhub h E des Ausweichkolbens 7 wird durch einen Anschlag 14 am Grund des Düsennadelfederraumes 8 begrenzt.
  • Die Führungslänge des Ausweichkolbens 7 ist größer als der doppelte Führungsdurchmesser D, und ist übergreifend zur Düsennadelfeder 6 angeordnet, wodurch eine große Querschnittsveränderung bei Öffnen des Ausweichkolbens erzielt wird. Auf diese Weise wird auch bei großen Drehzahlen noch eine exakte Trennung von Vor- und Haupteinspritzung bewirkt. Die Masse des Kolbens bleibt bedingt durch die dünnwandige Hohlzylinderform gering, so daß die Trägheit gering ist. Der vergrößerte Führungsdurchmesser und die große Dichtlänge erleichtern die Fertigung und verbessern die Hochdruckabdichtung und Führung des Ausweichkolbens 7.
  • Bei der Ausbildung nach Fig.2 ist ein von einer Pumpe getrennter Düsenhalter dargestellt. Der Ausweichkolben 7 ist in einem Einschraubteil 15 angeordnet und umgreift wiederum die Düsennadelfeder 6. Durch die geringe Anzahl der Trennfugen zwischen den, durch die Verschraubung 16 und den Einschraubteil 15 verspannten Teilen wird die Setzgefahr verkleinert.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einer federbelasteten Düsennadel (5) und einem gleichachsig mit dieser gegen die Kraft der Düsennadelfeder (6) verschieblichen Ausweichkolben (7), bei welcher der Ausweichkolben (7) und die Düsennadel (5) mit dem Kraftstoffdruckraum einer Einspritzpumpe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausweichkolben (7) im Düsennadelfederraum (8) angeordnet ist und die Düsennadelfeder (6) in axialer Richtung übergreift.
2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des die Düsennadelfeder (6) übergreifenden Bereiches des Ausweichkolbens (7) wenigstens dem doppelten Durchmesser (D) des Ausweichkolbens (7) entspricht.
3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsennadelfederraum (8) einwärts ragende Vorsprünge (14) für die Begrenzung des Hubes des Ausweichkolbens (7) aufweist.
4. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des die Düsennadelfeder (6) übergreifenden Ausweichkolbens (7) wenigstens eine mit einer Leckölbohrung (11) fluchtende, radiale Durchbrechung (9) aufweist.
5. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Durchbrechung (9) in eine am Außenumfang des Ausweichkolbens (7) angeordnete Umfangsnut (10) mündet.
6. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausweichkolben (7) an der dem Kraftstoffdruckraum zugewandten Seite kegelförmig ausgebildet ist und mit einer hohlkegelig ausgebildeten, eine zentrale Bohrung aufweisenden, Stirnwand des Düsennadelfederraumes (8) zusammenwirkt.
EP87890231A 1986-10-30 1987-10-21 Kraftstoffeinspritzdüse Withdrawn EP0267177A1 (de)

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