NL8200281A

NL8200281A - LIQUID INJECTION DEVICE WITH PROGRESSIVE SPRING-LOADED SEALING NEEDLE.

Info

Publication number: NL8200281A
Application number: NL8200281A
Authority: NL
Original assignee: Stork Werkspoor Diesel Bv
Priority date: 1982-01-26
Filing date: 1982-01-26
Publication date: 1983-08-16
Also published as: FR2520262A1

Description

* , ί*, ί

Hw/Mv/Stork 7Hw / Mv / Stork 7

Vloeistof-inspuitinrichting met progressief veerbelaste afsluitnaaldLiquid injection device with progressively spring-loaded sealing needle

De uitvinding heeft betrekking op een vloeistof-inspuitinrichting bestaande uit een huis voorzien van een drukkamer met een vloeistof toe- en afvoeropening en een die afvoeropening van binnenuit afsluitende naaldvormige 5 plunjer, die tegen de werking van een uit meer dan een veer bestaand veersysteem in ten gevolge van de vloeistofdruk in de kamer van de afvoeropening hefbaar is, waarbij een eerste veer van het veersysteem over het gehele naaldheftrajekt en een tweede veer over een gedeelte daarvan werkzaam is, zoals 10 bijvoorbeeld een brandstofverstuiver van een Dieselmotor.The invention relates to a liquid injection device consisting of a housing provided with a pressure chamber with a liquid supply and discharge opening and a needle-shaped plunger which closes the discharge opening from the inside, which counteracts the action of a spring system consisting of more than one spring due to the fluid pressure in the chamber of the discharge opening can be lifted, a first spring of the spring system acting over the entire needle lifting path and a second spring acting over a part thereof, such as, for example, a diesel engine fuel injector.

Dergelijke brandstofverstuivers zijn algemeen bekend. Hierbij is de verstuivernaald gewoonlijk aan één einde voorzien van een conisch vlak waarvan een deel nauwkeurig past in een zitting rond de afvoeropening in het’huis.Such fuel injectors are generally known. In this case, the atomizing needle is usually provided at one end with a conical surface, part of which fits precisely into a seat around the discharge opening in the housing.

15 Wanneer de druk van de aan de brandstofverstuiver toegevoerde brandstof beneden een bepaald niveau komt (sluitdruk), gaat de door de brandstofdruk veroorzaakte hefkracht kleiner worden dan de door het veersysteem op de naald uitgeoefende tegenkracht, waardoor de verstuivernaald zich tot op de zitting 20 beweegt en de brandstoftoevoer naar een brandstofverzamelka-mer met verstuivergaatjes afsluit. Bij toename van de brand-stofdruk in het systeem zal bij overschrijden van een bepaald drukniveau (openingsdruk) het omgekeerde gebeuren en zal de verstuivernaald na het overwinnen van de druk van de eerste 25 veer van de zitting worden geheven en na het overwinnen van de gezamelijke veerdruk tegen een aanslag bewegen, zodat brandstof onder druk kan worden verstoven.15 When the pressure of the fuel supplied to the fuel injector falls below a certain level (closing pressure), the lifting force caused by the fuel pressure will become less than the counterforce exerted on the needle by the spring system, causing the injector needle to move to the seat 20 and shut off the fuel supply to a fuel collection chamber with injector holes. If the fuel pressure in the system increases, if a certain pressure level (opening pressure) is exceeded, the reverse will happen and the injector needle will be lifted after overcoming the pressure of the first spring of the seat and after overcoming the joint move the spring pressure against a stop so that fuel can be atomized under pressure.

Op overigens bekend veronderstelde wijze wordt de brandstoftoevoerdruk periodiek vanaf een bepaald restdruk-30 niveau snel verhoogd en na een kort tijdsverloop weer snel verlaagd tot het restdrukniveau. Bij de hierboven genoemde uitvoering stuit de verstuivernaald tegen een aanslag. Hierbij treedt het nadeel op, dat de sluitbeweging van de naald pas intreedt bij een lagere waarde dan die van de maximale 8200281 -2- * 5 ‘ 4 brandstofdruk, welke waarde tevens lager ligt dan die bij het openen van de naald. De verhouding tussen de brandstofdrukken die bij het begin van openen respectievelijk sluiten van de naald is dezelfde als de verhouding tussen het gehele coni-5 sche oppervlak en dat deel dat in gesloten positie van de naald aan de basis van de conus vrij blijft van de zitting. Gedurende een groot gedeelte van het trajekt waarin de brandstofdruk voor het doen beëindigen van de inspuiting snel afneerat, blijft de naald nog in de geopende positie. Gewenst is 10 echter dat de inspuiting zo snel mogelijk beëindigd is nadat de brandstofdruk vanaf het maximum niveau wordt teruggebracht naar het restdrukniveau om de verstuiving bij een gemiddeld zo hoog mogelijke druk te doen plaatsvinden.Incidentally, it is assumed to be known that the fuel supply pressure is periodically increased from a certain residual pressure level periodically and quickly reduced again after a short period of time to the residual pressure level. In the above-mentioned embodiment, the atomizing needle bumps into a stop. The disadvantage here is that the closing movement of the needle only starts at a value lower than that of the maximum fuel pressure of 8200281 -2- * 5 ‘4, which value is also lower than that when the needle is opened. The ratio between the fuel pressures at the beginning of the opening or closing of the needle is the same as the ratio between the entire conical surface and that part which remains free of the seat in the closed position of the needle at the base of the cone. . The needle remains in the open position for a large portion of the range in which the fuel pressure rapidly decreases before the injection is ended. However, it is desired that the injection be completed as soon as possible after the fuel pressure is returned from the maximum level to the residual pressure level in order to have the atomization take place at the highest possible average pressure.

Volgens de uitvinding wordt dit 'bewerkstelligd 15 door de verstuivernaald te voorzien van een veersysteem waarvan de eerste veer een geringere stijfheid dan de tweede heeft en dat beide veren gezamenlijk de normale maximum brandstofdruk op de naald kunnen opnemen. Door het ontbreken van een bij bekende brandstofverstuivers gebruikelijke aan-20 slag waardoor de maximum naaldheffing reeds wordt bereikt bij een brandstofdruk die belangrijk lager ligt dan de maximum brandstofdruk, wordt de naaldbeweging voor het sluiten van de brandstofverstuiver ingezet zodra de maximum oliedruk daalt, en zal op het ogenblik dat de sluitdruk wordt bereikt en bij 25 de bekende brandstofverstuivers de sluitbeweging van de naald begint, deze bij de brandstofverstuiver volgens de uitvinding reeds vrijwel zijn voltooid.According to the invention this is accomplished by providing the atomizing needle with a spring system, the first spring of which has a lower stiffness than the second and that both springs can collectively take up the normal maximum fuel pressure on the needle. Due to the absence of a stop commonly used with known fuel injectors, whereby the maximum needle lift is already reached at a fuel pressure that is significantly lower than the maximum fuel pressure, the needle movement for closing the fuel injector is started as soon as the maximum oil pressure drops, and the moment the closing pressure is reached and the closing movement of the needle starts with the known fuel injectors, these have already almost been completed with the fuel injector according to the invention.

Een verder voordeel van de uitvinding is, dat de naaldbeweging voor het openen van de brandstofverstuiver 30 door de progressieve werking van het veersysteem zodanig verloopt, dat het door de naaldbeweging onttrokken systeemvolurne voor de vulling van de brandstofverzamelkamer op relatief laag drukniveau aanmerkelijk wordt gereduceerd ten gunste van de drukopbouw in het brandstoftoevoersysteem.A further advantage of the invention is that due to the progressive action of the spring system, the needle movement for opening the fuel injector 30 proceeds in such a way that the system volume for filling the fuel collection chamber at a relatively low pressure level, which is extracted by the needle movement, is considerably reduced. pressure build-up in the fuel delivery system.

35 Een korte inbouwlengte van het gewenste veer systeem kan worden verkregen door combinatie van twee veren, waarvan de veer met de geringste stijfheid in de vorm van een schroefveer is voorgespannen en de 8200281 -3- tweede veer bestaat uit een niet-voorgespannen staafveer, die in kontakt komt met de naald nadat deze een deel van de totale slag heeft uitgevoerd.A short installation length of the desired spring system can be obtained by a combination of two springs, the spring with the least stiffness is in the form of a coil spring and the 8200281 -3 second spring consists of a non-pretensioned rod spring, which comes into contact with the needle after it has performed part of the total stroke.

De uitvinding zal nader wordt toegelicht aan 5 de hand van de volgende figuren met de bemerking., dat het daar gegeven principiële uitvoeringsvoorbeeld niet beperkend moet worden geacht voor de uitvinding.The invention will be further elucidated with reference to the following figures, with the observation that the basic exemplary embodiment given therein should not be regarded as limiting for the invention.

Pig. 1 een langsdoorsnede van een brandstof- verstuiver, 10 Pig. 2 een kracht-weg diagram van een veersy- steem, bestaande uit een voorgespannen schroefveer en een staafveer.Pig. 1 is a longitudinal section of a fuel injector, 10 Pig. 2 is a force-path diagram of a spring system, consisting of a pretensioned coil spring and a rod spring.

Pig. 3 een naaldverplaatsingsdiagram bij een bekende uitvoering en bij uitvoering volgens uitvinding.Pig. 3 shows a needle displacement diagram in a known embodiment and in an embodiment according to the invention.

15 In fig. 1 is schematisch een brandstofve"rstui- ver 1 getekend, bestaande uit een verstuiverkop 2 en een huis 3. De verstuivernaald 4 is nauwpassend beweegbaar in een een-trale boring 5 in de kop en is voorzien van een conische punt 6, die in de onderste stand op de rand van de zich tussen een 20 brandstofdrukkamer 8 en een brandstofverzamelkamer 9 bevindende zitting 7 rust. Een aantal verstuiverkanalen 10 komen uit in de brandstofverzamelkamer 9. Het huis 3 is voorzien van een boring 11 waarin de borst 12 van de naald 4 past. Tussen de borst 12 en de bovenrand van de boring is een eer-25 ste voorgespannen veer 14 aangebracht, die de naald 4 tegen de zitting 7 drukt. Centraal in de boring 11 is een tweede en wel een staafveer 13 aangebracht. Deze veer heeft een zodanige lengte, dat in de onderste stand van de naald 4 een spleet S-j aanwezig is. Wanneer de brandstof in de brandstof drukkamer 30 8, welke via een toevoeropening in verbinding staat met een niet getekend brandstoftoevoersysteem ten opzichte van een restdruk in druk wordt verhoogd, wordt via de basis van het conische vlak van de punt 6 welke buiten de zitting 7 uitsteekt, een tegen de veerkracht van veer 12 gerichte hydrau-35 lische kracht uitgeoefend. Zodra deze groter wordt dan de veerkracht en de wrijvingskracht van de naald zal deze van de zitting 7 worden opgeheven, waarna de hydraulische druk op het gehele conische oppervlak van punt 6 werkzaam wordt, 8200281 -4-Fig. 1 schematically shows a fuel nozzle 1, consisting of an atomizing head 2 and a housing 3. The atomizing needle 4 is movable in a one-dimensional bore 5 in the head and is provided with a conical point 6 which rests in the lower position on the edge of the seat 7 located between a fuel pressure chamber 8 and a fuel collecting chamber 9. A number of atomizing channels 10 open into the fuel collecting chamber 9. The housing 3 is provided with a bore 11 in which the breast 12 of the needle 4. A first pretensioned spring 14 is arranged between the chest 12 and the top edge of the bore, which presses the needle 4 against the seat 7. Centrally in the bore 11 is a second rod spring 13 This spring has a length such that a slit Sj is present in the lower position of the needle 4. When the fuel is in the fuel pressure chamber 30, which communicates via an inlet opening with a fuel supply not shown system is increased in pressure relative to a residual pressure, a hydraulic force directed against the spring force of spring 12 is exerted via the base of the conical surface of the point 6 protruding outside the seat 7. As soon as it exceeds the spring force and the frictional force of the needle, it will be released from the seat 7, after which the hydraulic pressure becomes effective on the entire conical surface of point 6, 8200281-4-

1 * * V1 * * V

zodat de naald versneld tegen de veerkracht van veer 12 verder wordt opgeheven.so that the needle is further accelerated against the spring force of spring 12.

Wanneer de naald 4 onder inwerking van de toenemende brandstofdruk over een afstand s^ is verplaatst 5 treedt ook veer 13 in .werking. Deze veer 13 heeft een veer-cbnstante die groter is dan die van veer 12. Bij nog verdere toename van de brandstofdruk tot aan de maximum druk zal deze veer 13 over een afstand s2 worden ingedrukt.When the needle 4 has moved a distance s under the effect of the increasing fuel pressure, spring 13 also comes into effect. This spring 13 has a spring constant which is larger than that of spring 12. With a further increase in the fuel pressure up to the maximum pressure, this spring 13 will be compressed over a distance s2.

In fig. 2 is het kracht-weg diagram gegeven 10 voor het hierboven besproken progressief werkende veersy-steem. Opgemerkt wordt dat door overigens bekend veronderstelde maatregelen het verloop van de veerconstanten van beide veren zodanig beïnvloed kan worden dat een vloeiender verloop van het kracht-weg diagram ontstaat dan voor het in fig. 15 2 als voorbeeld getekende geval voor twee lineaire veren. De veranderingen in de naaldverplaatsing bij een brandstofverstuiver volgens de uitvinding ten opzichte van een brandstof-verstuiver volgens de bekende uitvoering met een aanslag zijn aangegeven in fig. 3. Hierbij is uitgegaan van hetzelfde 20 drukverloop in de brandstof tijdens een inspuit-cyclus, die in de grafiek is aangegeven door de getrokken lijn P. De naaldverplaatsing in een brandstofverstuiver volgens de bekende uitvoering is gegeven door de streeplijn h, die van een brandstofverstuiver volgens de uitvinding door de streepstip-25 pellijn h'.In Figure 2, the force-path diagram is given for the progressive spring system discussed above. It should be noted that measures assumed to be known in the art can influence the course of the spring constants of both springs in such a way that a smoother course of the force-path diagram is created than for the case shown in Fig. 15 for two linear springs as an example. The changes in the needle displacement in a fuel injector according to the invention compared to a fuel injector in the known embodiment with a stop are shown in fig. 3. The same is assumed in the pressure development in the fuel during an injection cycle, which the graph is indicated by the solid line P. The needle displacement in a fuel atomizer according to the known embodiment is given by the dashed line h, that of a fuel atomizer according to the invention by the dashed dot line h '.

Bij beschouwing van de brandstofverstuiver volgens de bekende uitvoering blijkt dan, dat op het tijdstip t^ de brandstofdruk vanaf een restdruk Pr begint op te lopen tot een maximum waarde van P op het tijdstip 30 t_ , waarna de druk snel afneemt tot wederom de restdruk P op het tijdstip t . Wanneer de oplopende druk de waar- L v« de P^ heeft bereikt op het tijdstip tp^ begint de verplaatsing van de naald tegen de veerdruk in. Op het tijdstip t heeft de druk de waarde P bereikt en slaat de naald a a 35 tegen een aanslag.Considering the fuel injector according to the known embodiment, it then appears that at the time t ^ the fuel pressure starts to rise from a residual pressure Pr to a maximum value of P at the time 30 t_, after which the pressure decreases rapidly again to the residual pressure P at time t. When the increasing pressure has reached the value of P ^ at time tp ^, the displacement of the needle starts against the spring pressure. At time t the pressure has reached the value P and the needle a a 35 strikes a stop.

De brandstofdruk wordt 'verder verhoogd tot de waarde P op het tijdstip t_ en neemt daarna snel af max irinax totdat deze een waarde P2 bereikt op het tijdstip tp2.The fuel pressure is further increased to the value P at time t_ and then decreases rapidly max irinax until it reaches a value P2 at time tp2.

8200281 ' t ' ψ ' -5-8200281 't' ψ '-5-

De tegen de veerdruk in gerichte hydraulische kracht als gevolg van de brandstofdruk °P gehele conische oppervlak van de punt van de naald is dan juist even groot als de veerkracht. Bij verder dalen van de brandstofdruk zal dan de 5 naald vanaf het tijdstip t^ beginnend met een snelheid 0 gaan dalen en uiteindelijk op het tijdstip t op de zitting zijn aangekomen waarmede de inspuiting is beëindigd. In het tijdtrajekt t ^ wordt bij een gemiddeld lage brandstofdruk nog ingespoten.The hydraulic force directed against the spring pressure as a result of the fuel pressure ° P entire conical surface of the tip of the needle is then just as great as the spring force. When the fuel pressure drops further, the needle will start to drop from the time t ^ starting at a speed 0 and finally arrive at the time t with which the injection is ended. In the time range t ^, injection is still carried out at an average low fuel pressure.

10 Beschouwt men nu de brandstofverstuiver vol gens de uitvinding en neemt men aan, dat veerkarakteristiek en veerspanning van de eerste veer overeenkomen met die van de veer in de bekende brandstofverstuiver dan zal bij het oplopen van de brandstofdruk vanaf de restdruk Pr op het' 15 tijdstip t^, op hetzelfde tijdstip tp^ als bij de bekende brandstofverstuiver de naaldverplaatsing beginnen. Op het * tijdstip tpg-| is de naald verplaatst over een afstand s^ en komt de tweede stijvere veer in werking. Ten opzichte van de bekende brandstofverstuiver is het voordeel ontstaan, dat 20 ten tijde van het bereiken van de druk P op het tijdstip t de naald over een geringere afstand is verplaatst, waar- cl door het op relatief laag drukniveau aan te vullen brandstof-systeem volume aanmerkelijk wordt gereduceerd ten gunste van drukopbouw in het systeem. Met de tot een waarde Pmax op-25 lopende brandstofdruk op het tijdstip tp^ zal dan de naald tegen de gecombineerde veerkrachten van beide veren omhoog worden verplaatst over een afstand s^ + ^2" de hierop volgende drukdaling zal de naald onder inwerking van de veerkracht, beginnend met een snelheid 0 zich naar beneden 30 verplaatsen.If we now consider the fuel injector according to the invention and it is assumed that the spring characteristic and spring tension of the first spring correspond to that of the spring in the known fuel injector, when the fuel pressure increases from the residual pressure Pr at the time t ^, at the same time tp ^ as with the known fuel injector start the needle displacement. At the * time tpg- | the needle has moved a distance s ^ and the second stiffer spring is activated. Compared to the known fuel injector, the advantage has arisen that at the time of reaching the pressure P at the time t the needle has moved a smaller distance, whereby the fuel system to be replenished at a relatively low pressure level volume is significantly reduced in favor of pressure build-up in the system. With the fuel pressure rising to a value Pmax at time tp ^, the needle will then be moved upwards against the combined spring forces of both springs by a distance s ^ + ^ 2 ". The subsequent pressure drop will cause the needle to resilience, starting at a speed 0 moving downwards 30.

Als gevolg van enige traagheid zal de naald over een afstand S2 zijn gedaald wanneer de brandstofdruk is gedaald tot Pg.j, die lager is dan Pg.j. Bij verdere daling van de brandstofdruk zal de naald, nu echter reeds met 35 een bepaalde snelheid beginnend, onder inwerking van de eerste veer verder worden verplaatst over s^ totdat op het tijdstip tg ^ naald op de zitting is aangekomen en de in- 8200281 *♦ -6- spuiting daardoor is beëindigd. Het sluiten door de naald geschiedt nu in het tijdtrajekt r en daarin is de gemiddelde inspuitdruk hoger dan bij de bekende brand-stofverstuiver en is de inspuiting sneller beëindigd na het 5 dalen van de brandstofdruk vanaf P „ . Waar bij de bekende max brandstofverstuiver de sluitbeweging van de naald pas begint wanneer de vloeistofdruk is gedaald tot P2, is bij de brandstofverstuiver volgens de uitvinding het sluittrajekt van de naald vrijwel voltooid.Due to some inertia, the needle will have dropped a distance S2 when the fuel pressure has dropped to Pg.j, which is lower than Pg.j. When the fuel pressure decreases further, the needle, now starting at a certain speed, will be moved further under the action of the first spring through s ^ until the needle has reached the seat at the time tg ^ and the 8200281 * ♦ -6- spraying has ended. The closing by the needle now takes place in the time range r and therein the average injection pressure is higher than with the known fuel atomizer and the injection is finished more quickly after the fuel pressure has fallen from P2. Where in the known max fuel atomizer the closing movement of the needle only starts when the liquid pressure has fallen to P2, in the fuel atomizer according to the invention the closing trajectory of the needle is almost complete.

10 De stijfheid en de lengte van de tweede veer kan zodanig worden gekozen, dat onder de invloed van de sy-steemdruk de veerspanning en de massakrachten na het inzetten van de drukdaling na het bereiken van Pmax op het tijdstip tpmax een zodanige snelle naaldbeweging wordt opgebouwd,' 15 dat deze weinig op de brandstofdruk naijlt.The stiffness and the length of the second spring can be chosen such that under the influence of the system pressure the spring tension and the mass forces after the pressure drop has been initiated after reaching Pmax at the time tpmax, such a rapid needle movement is built up. , '15 that it lags little on the fuel pressure.

De stijfheid van de tweede veer dient bij voorkeur 3 tot 50 maal zo groot te zijn als die van de eerste veer (in voorgespannen toestand). Verder dient bij voorkeur het heftrajekt van de naald totdat de eerste veer inkomt te 20 liggen tussen 1/2 en 5/6 van het totale heftrajekt.The stiffness of the second spring should preferably be 3 to 50 times greater than that of the first spring (pre-tensioned). Furthermore, the lifting range of the needle until the first spring comes in should preferably be between 1/2 and 5/6 of the total lifting range.

Zonder de goede en beoogde werking van de brandstofverstuiver volgens de uitvinding aan te tasten, kan in de brandstofverstuiver een aanslag zijn opgenomen ter bescherming van het veersysteem tegen eventueel in het brand-25 stofsysteem optredende drukstoten, wanneer deze een waarde bereiken van omstreeks de normale maximum brandstofdruk.Without affecting the proper and intended operation of the fuel injector according to the invention, a stop can be incorporated in the fuel injector to protect the suspension system against any pressure surges occurring in the fuel system when they reach a value of around the normal maximum fuel pressure.

82002818200281

Claims

1. Liquid injection device, consisting of a housing provided with a pressure chamber with a liquid supply and discharge opening, and a needle-shaped plunger closing the discharge opening from the inside, which acts against the action of a spring system consisting of more than one spring, as a result of the liquid pressure in the chamber of the discharge opening is liftable, a first spring of the spring system acting over the entire needle trajectory and a second spring acting over a part thereof, such as, for example, a fuel injector of a Diesel engine, characterized in that the first spring has a smaller has stiffness than the second, the two springs being able to collectively absorb the normal maximum fluid pressure acting on the plunger.

2. Liquid injection device according to claim 1, characterized in that the first spring of lower stiffness in prestressed state, and the second spring of greater stiffness and engaging over the last part of the lifting section in unstressed state in the housing has been applied.

Liquid injection device according to claim 2, characterized in that the second spring has a spring stiffness which is 3 to 50 times greater than that of the first spring.

4. Liquid injection device according to claim 3, characterized in that the lifting range of the needle, until the second spring contacts it, is between 1/2 and 5/6 of the total lifting range.

5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the second spring is a rod spring, which is arranged co-axially in the first spring designed as a coil spring. 8200281