FR2520262A1

FR2520262A1 - Liquid injector with needle plunger - has two springs of different stiffness resisting normal maximum liquid pressure

Info

Publication number: FR2520262A1
Application number: FR8301114A
Authority: FR
Inventors: Johannes Albertus Jac Ginhoven
Original assignee: Stork Werkspoor Diesel BV
Current assignee: Stork Werkspoor Diesel BV
Priority date: 1982-01-26
Filing date: 1983-01-25
Publication date: 1983-07-29
Also published as: NL8200281A

Abstract

The liquid injector comprises a housing (3) with pressure chamber (8) containing inlet and outlet ports, also a needle plunger (4) shutting off the outlet port from the inside, being particularly for use a a Diesel engine fuel injector. The plunger lifts, in opposition to several springs, under the effect of pressure in the chamber, a first spring (12) acting over its entire movement and a second one (13) over only a part. The stiffness of the first spring is less than that of the second, the two together being capable of resisting the normal maximum liquid pressure acting on the plunger.

Description

Dispositif d'injection de liquide avec aiguille d'arrêt commandée progressivement par ressort. Liquid injection device with stop needle progressively controlled by spring.

La. pxese.nte invention est relative à. un dispositif d'injection de liquide comportant Un bottier muni d'une chambre de pression ayant une ouverture d'entrée et de sortie et un plongeur en forme d'aiguille fermant cette ouverture de sortie dès l'intérieur et pouvant etre levé à l'encontre de l'action d'un système à plusieurs ressorts à partir de l'ouverture de sortie par suite de la pression du liquide dans la chambre, un premier ressort du système affectant tout le trajet de déplacement de l'aiguille et un second ressort affectant une partie du trajet, par exemple, un pulvérisateur du carburant d'un moteur Diesel. The .pxese.nte invention relates to. a liquid injection device comprising a shoemaker provided with a pressure chamber having an inlet and outlet opening and a needle-shaped plunger closing this outlet opening from the inside and being able to be lifted counteract the action of a multiple spring system from the outlet opening due to the pressure of the liquid in the chamber, a first spring of the system affecting the entire path of movement of the needle and a second spring affecting part of the journey, for example, a fuel sprayer from a diesel engine.

Les pulvérisateurs de carburant de ce type sont connus partout. L'aiguille du pulvérisateur possèdegéné- ralement, & une extrémité, une face conique, dont une partie s'appuie avec précision sur un siège autour de l'ouverture de sortie du bottier. Quand la pression du carburant fournie au pulvérisateur tombe au-dessous d'un niveau donné (pression de fermeture), la force de soulèvement produite par la pression du carburant devient inférieure à la force réactive exercée par le système de ressorts sur l'aiguille, de sorte que l'aiguille du pulvérisateur s'approche du siège et bloque l'alimentation en carburant d'une enceinte collectrice de carburant avec des trous de pulvérisation. Fuel sprayers of this type are known everywhere. The sprayer needle generally has, at one end, a conical face, part of which rests precisely on a seat around the outlet opening of the case. When the fuel pressure supplied to the sprayer drops below a given level (closing pressure), the lifting force produced by the fuel pressure becomes less than the reactive force exerted by the spring system on the needle, so that the sprayer needle approaches the seat and blocks the fuel supply to a fuel collection enclosure with spray holes.

L'accroissement de la pression du carburant dans le système est inverse quand un niveau de pression déterminé (pression d'ouverture) est dépassé, de sorte qu'après avoir surmonté la pression du premier ressort, l'aiguille du pulvérisateur est soulevée du siège et après avoir surmonté la pression totale des ressorts, elle heurte une butée, permettant ainsi la pulvérisation du carburant.The increase in the fuel pressure in the system is reversed when a determined pressure level (opening pressure) is exceeded, so that after having overcome the pressure of the first spring, the sprayer needle is lifted from the seat and after having overcome the total pressure of the springs, it strikes a stop, thus allowing the fuel to be sprayed.

D'une manière d'ailleurs supposée connue, la pression d'alimentation de carburant est rapidement accrue dès un niveau déterminé de pression résiduelle et après une courte période rapidement abaissée à ce niveau de pression rés i- duelle. Dans cette forme de réalisation, l'aiguille du pulvérisateur heurte ane butée, ce qui donne lien CL l'i-n- convénient que le mouvement de fermeture de l'aiguille ne se produit qu' a une valeur inférieure à celle de la pression maximum du carburant, ladite valeur étant, en outre, encore inférieure à celle se présentant au soulèvement de l'aiguille.La proportion entre les pressions de carburant se présentant au commencement de l'ouverture et de la fermeture de l'aiguille est égale à la.proportion entre toute la face conique et la partie de la base du cône n'entrant pas en contact avec le siège dans la position fermée de l'aiguille. Pendant une grande partie du trajet, où la pression. du carburant décroit rapidement afin de terminer l'injection, l'aiguille reste dans la position ouverte. In a manner, moreover, assumed to be known, the fuel supply pressure is rapidly increased from a determined level of residual pressure and after a short period rapidly lowered to this residual pressure level. In this embodiment, the needle of the sprayer strikes an abutment stop, which gives link CL the i-n- agrees that the closing movement of the needle only occurs at a value lower than that of the pressure maximum of fuel, said value being, furthermore, still lower than that occurring at the raising of the needle. The proportion between the fuel pressures occurring at the beginning of opening and closing of the needle is equal to la.proportion between the entire conical face and the part of the base of the cone not coming into contact with the seat in the closed position of the needle. During much of the journey, where the pressure. fuel decreases rapidly in order to complete the injection, the needle remains in the open position.

Cependant, il est désirable que l'injection soit terminée aussi rapidement que possible après que la pression du carburant a diminué à partir du niveau maximum jusqu'au niveau de pression résiduelle afin que l'atomisation se produise à une pression moyenne aussi élevée que possible.However, it is desirable that the injection be completed as quickly as possible after the fuel pressure has decreased from the maximum level to the residual pressure level so that atomization occurs at as high an average pressure as possible .

Conformément à l'invention, on obtient ce résultat en munissant l'aiguille du pulvérisateur d'un système deressorts, dont le premier ressort a une rigidité inférieure à celle du second, les deux ressorts ensemble étant capables de résister à la pression maximum normale du carburant imposée à 11 aiguille. A cause de l'absence de la butée classique des pulvérisateurs connus de carburant, où le soulèvement maximum de l'aiguille est déjà atteint à une pression du carburant largement inférieure à la pression maximum du carburant, le mouvement de l'aiguille pour fermer le pulvérisateur est déclenché aussitt que la pression maximum baisse et, à l'instant où la pression de fermeture est atteinte et que le mouvement de fermeture commence dans es puulverisateurs connus, ce mouvement est déjà pratiquement accompli dans le pulvérisateur conforme à l'invention. In accordance with the invention, this is obtained by providing the needle of the sprayer with a spring system, the first spring of which has a rigidity less than that of the second, the two springs together being able to withstand the normal maximum pressure of the fuel imposed on 11 needle. Because of the absence of the conventional stopper of known fuel sprayers, where the maximum lifting of the needle is already reached at a fuel pressure much lower than the maximum fuel pressure, the movement of the needle to close the sprayer is triggered as soon as the maximum pressure drops and, at the moment when the closing pressure is reached and the closing movement begins in known sprayers, this movement is already practically accomplished in the sprayer according to the invention.

Un autre avantage de l'tnyentión est que par suite de l'effet progressif du système de ressorts, le mouvement de l'aiguille pour ouvrir le pulvérisateur se produit de façon telle que le volume du système extrait par le mouvement de l'aiguille pour remplir l'enceinte collectrice du carburant à un niveau de pression relativement faible est considérablement réduit en faveur de la production de pression dans le système d'alimentation de carburant. Another advantage of the tnyentión is that due to the progressive effect of the spring system, the movement of the needle to open the sprayer occurs in such a way that the volume of the system extracted by the movement of the needle to filling the manifold with fuel at a relatively low pressure level is greatly reduced in favor of producing pressure in the fuel supply system.

Une faible longueur du système de ressorts à incorporer s'obtient en combinant deux ressorts, dont le ressort de rigidité inférieure en forme d'un ressort héli cotidal est précontraint et le second ressort constitue une barre de torsion non-précontrainte, qui entrent en contact avec l'aiguille après que celle-ci a accompli une partie de sa course totale. A short length of the spring system to be incorporated is obtained by combining two springs, the spring of lower rigidity in the form of a heli cotidal spring is prestressed and the second spring constitutes a non-prestressed torsion bar, which come into contact with the needle after it has completed part of its total travel.

L'invention sera expliquée davantage en se référant aux dessins annexés, la forme de réalisation illustrée étant donnée à titre d'exemple non limitatif.Sur ces dessins
la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un pulvérisateur de carburant;
la figure 2 est un diagramme de la trajectoire des forces d'un système de ressorts comprenant un ressort hélicoïdal précontraint et une barre de torsion; et
la figure 3 est un diagramme du déplacement de l'aiguille dans une forme de réalisation classique et dans une forme de réalisation selon l'invention.The invention will be further explained with reference to the accompanying drawings, the illustrated embodiment being given by way of non-limiting example.
Figure 1 is a longitudinal sectional view of a fuel sprayer;
FIG. 2 is a diagram of the force path of a spring system comprising a prestressed helical spring and a torsion bar; and
FIG. 3 is a diagram of the movement of the needle in a conventional embodiment and in an embodiment according to the invention.

La figure 1 montre schématiquement un pulvérisateur de carburant 1 comportant une tête pulvérisante 2 et un bottier 3. L'aiguille 4 du pulvérisateur se déplace avec précision dans le trou central 5 dans la tête et elle est munie d'une pointe conique 6 s'appuyant, dans sa position inférieure, sur le bord d'un siège 7 ménagé entre une enceinte de pression de carburant 8 et une enceinte collectrice de carburant 9. Plusieurs passages 10 de pulvéristation débouchent dans l'enceinte collectrice 9 du carburant. Le bottier 3 comporte un perçage 11 logeant l'épaule 12 de l'aiguille 4. Entre l'épaule 12 et le bord supérieur du perçage est disposé un premier ressort 14 précontraint poussant l'aiguille 4 contre le siège 7. Au centre du perçage 11 est disposé un second ressort 13 en forme d'une barre de torsion.La longueur delta barre est telle que, dans la position inférieure de l'aiguille 4,il se forme une fente S1 5. Quand la pression du carburant dans l'enceinte de pression communiquant par une ouverturè d'entrée avec un système alimenteur de carburant (nonillustré), est augmentée par rapport à une pression résiduelle, une force hydraulique s'opposant à la force du ressort 12 est exercée à partir de la base de la face conique de la pointe 6 faisant saillie du siège 7. Aussitôt que cette force devient supérieure à la force du ressort et à la résistance de frottement de l'aiguille, celle-ci se soulève du siège 7 de sorte que la pression hydraulique s'applique à toute la face conique de la pointe 6 et l'aiguille se soulève davantage en étant accélérée à l'encontre de la force du ressort 12. FIG. 1 schematically shows a fuel sprayer 1 comprising a spraying head 2 and a case 3. The needle 4 of the sprayer moves precisely in the central hole 5 in the head and is provided with a conical tip 6 s' pressing, in its lower position, on the edge of a seat 7 formed between a fuel pressure enclosure 8 and a fuel collecting enclosure 9. Several spraying passages 10 open into the fuel collecting enclosure 9. The case 3 includes a bore 11 housing the shoulder 12 of the needle 4. Between the shoulder 12 and the upper edge of the bore is disposed a first prestressed spring 14 pushing the needle 4 against the seat 7. In the center of the bore 11 is arranged a second spring 13 in the form of a torsion bar. The length of the bar is such that, in the lower position of the needle 4, a slit S1 5 is formed. When the fuel pressure in the pressure enclosure communicating through an inlet opening with a fuel supply system (not illustrated), is increased relative to a residual pressure, a hydraulic force opposing the force of the spring 12 is exerted from the base of the conical face of the tip 6 protruding from the seat 7. As soon as this force becomes greater than the force of the spring and the friction resistance of the needle, the latter is raised from the seat 7 so that the hydraulic pressure applies to the entire conical face of the tip 6 and the needle lifts further by being accelerated against the force of the spring 12.

Quand, sous l'action de la pression croissante du carburant, l'aiguille 4 s'est déplacée sur une distance le ressort 13 devient actif. La constante de rappel du ressort 13 est supérieure à celle du ressort 12. A une augmentation ultérieure de la pression du carburant jusqu'à la pression maximum, le ressort 13 est comprimé sur une distance
La figure 2 montre le diagramme de la trajectoire des forces du système de ressorts à action progressive décrit ci-dessus. Il faut noter que par des mesures, d'ailleurs supposées connues, la variation des constantes de rappel des deux ressorts peut être influencée de façon telle qu'il se produise une variation plua douce du diagramme de la courbe des forces que dans le cas de deux ressorts li nEatres représentés à titre d'exemple sur la figure 2.Les variations d'un déplacement de l'aiguille d'un pulvérisateur de carburant conforme à l'invention par rapport à. un pulvé- risateur dans le mode de réalisation connu avec une butée sont illustrées sur la figure 3. La même variation de pression du carburant pendant un cycle d'injection est prise comme base et est indiquée dans la représentation graphique par la ligne continue P. Le déplacement de l'aiguille dans un pulvérisateur classique est indiqué par la ligne h en traits interrompus et celui d'un pulvérisateur selon l'invention par la ligne h' en traits mixtes.When, under the action of the increasing pressure of the fuel, the needle 4 has moved over a distance, the spring 13 becomes active. The return constant of the spring 13 is greater than that of the spring 12. When the fuel pressure increases further up to the maximum pressure, the spring 13 is compressed over a distance
Figure 2 shows the diagram of the force path of the progressive action spring system described above. It should be noted that by measures, which are, moreover, assumed to be known, the variation in the return constants of the two springs can be influenced in such a way that a more gentle variation in the diagram of the force curve occurs than in the case of two li nEatres springs shown by way of example in FIG. 2. The variations in displacement of the needle of a fuel sprayer according to the invention with respect to. a sprayer in the known embodiment with a stopper are illustrated in FIG. 3. The same variation in fuel pressure during an injection cycle is taken as a basis and is indicated in the graphical representation by the solid line P. The displacement of the needle in a conventional sprayer is indicated by the line h in broken lines and that of a sprayer according to the invention by the line h 'in dashed lines.

En regardant le pulvérisateur de carburant dans le mode de réalisation connu, on constate qu'à l'instant tb la pression du carburant augmente à partir d'une pression résiduelle Pr jusqu'à une valeur maximum Pmax à l'instant tpmaXt la pression diminuant ensuite rapidement jusqu'à la pression résiduelle P à l'instant t . Quand la pression
r e croissante a atteint la valeur P1 à l'instant tpl, le déplacement de l'aiguille commence à l'encontre de la pression du ressort. A l'instant ta, la pression a atteint la valeur Pa et l'aiguille frappe une butée. La pression du carburant augmente davantage jusqu'à la valeur Pmax à l'instant tpmax et décrott ensuite rapidement pour atteindre la valeur P2 à l'instant tp2.La force hydraulique opposée à la pression du ressort par suite de la pression du carburant sur toute la surface conique de la pointe de l'aiguille est alors exactement égale à la pression du ressort.Looking at the fuel sprayer in the known embodiment, it can be seen that at the instant tb the fuel pressure increases from a residual pressure Pr to a maximum value Pmax at the instant tpmaXt the pressure decreasing then quickly to the residual pressure P at time t. When the pressure
increasing re has reached the value P1 at time tpl, the movement of the needle begins against the pressure of the spring. At time ta, the pressure has reached the value Pa and the needle strikes a stop. The fuel pressure increases further up to the value Pmax at the instant tpmax and then quickly descends to reach the value P2 at the instant tp2. The hydraulic force opposed to the spring pressure due to the fuel pressure over all the conical surface of the tip of the needle is then exactly equal to the pressure of the spring.

Pendant la diminution ultérieure de la pression du carburant, l'aiguille commence à descendre à partir de l'instant tp2 avec une vitesse zéro et à l'instant tselle arrive au siège, ce qui termine l'injection. Pendant la période tp2 à t5,l'injection continue à une pression moyenne faible du carburant. During the subsequent decrease in the fuel pressure, the needle begins to descend from instant tp2 with zero speed and at the instant tselle arrives at the seat, which ends the injection. During the period tp2 to t5, the injection continues at a low average fuel pressure.

En considérant le pulvérisateur de carburant conforme à l'invention et en supposant que les caractéristiques de ressort et la tension du premier ressort correspondent ê celles du ressort dans le pulvérisateur classique le dEpla- cement ae l'aiguille commence au mCe instant tpl que dans le pulvérisateur classique quand la pression du carburant augmente à partir de la pression résiduelle p r à l'instant A A l'instant tps l'aiguille s'est déplacée sur une distance sl et le second ressort plus rigide devient actif. Considering the fuel sprayer according to the invention and assuming that the characteristics of the spring and the tension of the first spring correspond to those of the spring in the conventional sprayer, the movement of the needle begins at the same time as in the conventional sprayer when the fuel pressure increases from the residual pressure pr at instant AA the instant tps the needle has moved over a distance sl and the second more rigid spring becomes active.

Par rapport au pulvérisateur connu, on obtient ainsi l'avan- tage qu'd l'instant ta où la pression atteint la valeur l'aiguille s'est déplacée sur une distance plus courte, ce qui. se traduit par une réduction considérable du volume de carburant à fournir à un niveau relativement faible de la pression en faveur de la production de pression dans le système. Quand de la pression du carburant a augmenté jusqu'à une valeur Pmax à l'instant tpmax l'aiguille s'est déplacée vers le haut à l'encontre des forces combinées des deux ressorts sur une distance s1 + s2. Quand ensuite, la pression tombe, l'aiguille se déplace vers le bas sous l'effet de la force de ressort, en commençant avec une vitesse zéro.Compared to the known sprayer, the advantage is thus obtained that from the instant ta when the pressure reaches the value the needle has moved over a shorter distance, which. results in a considerable reduction in the volume of fuel to be supplied at a relatively low level of pressure in favor of producing pressure in the system. When fuel pressure increased to a value Pmax at time tpmax the needle moved upwards against the combined forces of the two springs over a distance s1 + s2. When the pressure then drops, the needle moves down under the effect of the spring force, starting at zero speed.

Par suite d'une certaine inertie, l'aiguille a descendu d'une distance s2 quand la pression du carburant est tombée à une valeur plus faible que Ps1. Lors d'une diminution ultérieure de la pression du carburant, l'aiguille commençant déjà à se déplacer cet instant avec une vitesse donnée sous l'effet du premier ressort, se déplace davantage sur s1 jusqu'à ce qu'elle arrive au siège à l'instant t et l'injection se termine. As a result of some inertia, the needle descended by a distance s2 when the fuel pressure fell to a value lower than Ps1. During a subsequent decrease in the fuel pressure, the needle already starting to move this instant with a given speed under the effect of the first spring, moves further on s1 until it reaches the seat at time t and the injection ends.

s
La fermeture par l'aiguille se produit alors dans la période tPmax à t5 et pendant cette période, la pression moyenne d'injection est supérieure à celle du pulvérisateur clas- sique et l'injection se termine plus tôt après la dim- nution de la pression du carburant à partir de Par. A l'instant où, dans le pulvérisateur classique, le mouvement de fermeture de l'aiguille ne commence qu'après que la pression du carburant a diminué jusqu'8 P2, l'aiguille du pulvérisateur selon l'invention a pratiquement parcouru le trajet de fermeture.s
Closure by the needle then occurs in the period tPmax to t5 and during this period, the average injection pressure is higher than that of the conventional sprayer and the injection ends sooner after the reduction of the fuel pressure from Par. At the moment when, in the conventional sprayer, the movement for closing the needle only begins after the fuel pressure has decreased to 8 P2, the needle of the sprayer according to the invention has practically traveled the route closing.

La rigidité et la longueur du second ressort peuvent être choisies de façon telle que, sous l'influence de la pression du système, de la tension du ressort et de l'inertie, après l'amorçage de la diminution de pression à partir de P max à l'instant t . il se produit un mouvement d'aiguille d'autant plus rapide que l'aiguille tarde très peu à suivre la pression du carburant. The rigidity and the length of the second spring can be chosen in such a way that, under the influence of the system pressure, the spring tension and the inertia, after the initiation of the pressure decrease from P max at time t. a needle movement occurs all the more quickly when the needle takes very little time to follow the fuel pressure.

La rigidité du second ressort sera, de préférence, 3 à 50 fois celle du premier ressort (mis en précontrainte). The rigidity of the second spring will preferably be 3 to 50 times that of the first spring (pre-stressed).

De plus, de préférence, le trajet de soulèvement de l'aiguille sera tel que le premier ressort se trouve entre 1/2 et 5/6 fois le trajet total de soulèvement.In addition, preferably, the needle lifting path will be such that the first spring is between 1/2 and 5/6 times the total lifting path.

Sans nuire au bon fonctionnement recherché du pulvérisateurde carburant selon l'invention, on peut prévoir une butée pour protéger le système de ressorts contre des impulsions éventuelles se produisant dans le système du carburant, impulsions qui atteignent une valeur à peu près égale à la pression normale maximum du carburant. Without detracting from the desired good functioning of the fuel sprayer according to the invention, a stop can be provided to protect the spring system against possible pulses occurring in the fuel system, pulses which reach a value approximately equal to normal pressure maximum fuel.

Claims

1. Liquid injection device comprising a -bottle (3) comprising a pressure enclosure (8) with an inlet and outlet opening of the liquid and a needle-shaped plunger (4) closing this outlet opening to inside and being able to be lifted against the effect of a system of several springs by the pressure of the liquid in the enclosure from the outlet opening, a first spring (12) of the system having its effect on the total path of the needle and a second spring (13) having its effect on a part of the path, for example, the fuel sprayer of a diesel engine, characterized in that the first spring (12) has a inferior in rigidity to that of the second spring (13), the two springs in common being capable of withstanding the maximum normal pressure of the liquid exerted on the plunger (4).

2. liquid injection device according to claim 1, characterized in that the first spring with lower rigidity is read in prestressing and the second spring with higher rigidity and affecting the last part of the lifting path is not prestressed inside the case.

3. Liquid injection device according to claim 2, characterized in that the second spring has a rigidity of 3 to 50 times higher than that of the first spring.

4. liquid injection device according to claim 3, characterized in that the lifting path of the needle until it comes into contact with the second spring is between 1/2 and 5/6 times the total lift path.

5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the second spring is a torsion bar arranged coaxially in the first spring formed by a helical spring