DE2740880A1

DE2740880A1 - Einspritzventil fuer hubkolbenbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2740880A1
Application number: DE19772740880
Authority: DE
Inventors: Peter Fuchs
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1977-09-01
Filing date: 1977-09-10
Publication date: 1979-03-15
Also published as: SE430353B; NL183667B; IT1098732B; FR2402079B1; NL183667C; SE7809201L; DK147381B; JPS5447028A; DK368478A; DE2759403C2; IT7827194A0; GB2003550A; JPS5848748B2; FR2402079A1; GB2003550B; DK147381C; CH623114A5; NL7808497A

Description

P 5200/St/Od

Gebrüder SULZER Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz Einspritzventil für Hubkolbenbrennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für Hubkolbenbrennkraf tmaschinen, mit einem in den Brennraum des Zylinder^ ragenden Ventilkörper, der in seinem Innern eine mit einem Ventilsitz zusammenwirkende Ventilnadel und der an seinem brennraumseitigen Ende mindestens zwei Reihen von über den Umfang verteilten Düsenbohrungen aufweist, über die der Brennstoff taktweise unter Abheben der Ventilnadel von dem Ventilsitz in den Brennraum gelangt.

Einspritzventile werden im allgemeinen so dimensioniert, dass bei Vollast der Maschine eine gute BrennstoffStrahlbildung und damit eine gute, rauchlose Verbrennung im Brennraum des Zylinders stattfindet. Bei der Dimensionierung ergibt sich entweder eine Reihe von Düsenbohrungen mit relativ grossem Durchmesser oder die Düsenbohrungen werden in zwei Reihen angeordnet, wobei der Bohrungsdurchmesser entsprechend kleiner gewählt wird. Wird die Brennkraftmaschine mit Teillast gefahren, so bestehen bezüglich Strahlbildung und Verbrennung keine optimalen Bedingungen mehr, was man bisher in Kauf genommen hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das gestattet, sowohl bei Volllast wie auch bei Teillast mit gleich guter Bildung der Brennstoffstrahlen zu fahren.

909811/0498

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Reihen von Düsenbohrungen brennstoffseitig voneinander getrennt im Ventilkörper angeordnet sind und die Brennstoffzufuhr zu jeder Reihe über eine eigene Ventilnadel steuerbar ist.

Mit dieser Gestaltung wird es möglich, bei Vollast mit einer Düsenreihe und bei Teillast mit einer andern Düsenreihe zu fahren, wobei die Düsenbohrungen jeder Reihe für die ihrer Last entsprechende Brennstoffmenge dimensioniert sind. Damit ergibt sich nicht nur bei Vollast, sondern auch bei Teillast eine gute BrennstoffStrahlbildung mit guter Verbrennung.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. la und Ib einen axialen Schnitt durch ein Einspritzventil

nach der Erfindung,

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch ein abgewandeltes

Einspritzventil,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Ventil entsprechend

der Linie III - III in Fig. 2 und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für die Steuerung eines

erfindungsgemässen Einspritzventils.

Gemäss Fig. la und Ib weist das Einspritzventil einen Ventilkörper 1 auf, der aus einem oberen Teil 2 und einem unteren Teil 3 besteht, die durch eine Ueberwurfmutter 4 zusammengehalten werden. Der Ventilkörper 1 ruht mit einem an seinem oberen Ende vorgesehenen Flansch 5 auf dem nicht näher dargestellten Zylinderkopf, der den Brennraum 7 des Zylinders der Hubkolbenbrennkraftmaschine nach oben abschliesst. Der Ventilkörper 1 durchdringt den Zylinderkopf und ragt mit dem unteren Ende seines Teils 3 in den Brennraum 7. In dem unteren Ende des Teils 3 sind übereinander zwei Reihen von Düsenbohrungen 8 und 9 vorgesehen. Die Mittelachsen der Düsenbohrungen jeweils einer Reihe

90981 1 /0498

~^?'~ 27A0880

liegen auf einem Kegelmantel, wobei die Kegelwinkel der beiden Kegel etwas voneinander abweichen.

Die beiden Reihen von Diisenbohrungen 8 und 9 sind brennstoffseitig voneinander getrennt, indem zwischen den beiden Reihen im Teil 3 eine kegelige Dichtfläche 10 vorgesehen ist, auf der eine zylindrische Hülse 11 ruht, die an ihrem unteren Ende eine der Dichtfläche 10 entsprechende Kegelfläche aufweist und die von einer Druckfeder 12 (Fig. Ib) gegen die Dichtfläche 10 gepresst wird. Die Druckkraft der Feder 12 wird über einen Federteller und eine weitere Hülse 14 auf die Hülse 11 übertragen. Die Feder 12 ist so bemessen, dass während des Betriebes des Einspritzventils kein Abheben der Hülse 11 von der Dichtfläche 10 eintritt.

Ausser der mit der Dichtfläche 10 zusammenwirkenden äusseren Kegelfläche weist die Hülse 11 an ihrer Innenfläche eine kegelige Ventilsitzfläche 15 auf, die mit der entsprechend ausgebildeten Ventilsitzfläche einer Ventilnadel 16 zusammenwirkt, die in der Hülse 11 verschiebbar angeordnet ist. Der untere Abschnitt 17 der Ventilnadel 16 ist im Durchmesser abgesetzt, so dass zwischen der Hülse 11 und dem Abschnitt 17 ein Ringraum 18 gebildet wird. Der unteren Reihe von Düsenbohrungen 9 ist also bezüglich der Brennstoffzufuhr die Ventilnadel 16 zugeordnet. Die Ventilnadel 16 wird von einer, Druckfeder 20 (Fig. Ib) gegen die Ventilsitzfläche 15

und Feder
gepresst/ die/ ist über einen Federteller 21 am oberen Ende der Ventilnadel 16 abgestützt.

Die Brennstoffzufuhr zur oberen Reihe von Düsenbohrungen 8 wird von einer zweiten Ventilnadel 22 beeinflusst, die hohl ausgebildet ist und die auf der die beiden Düsenbohrungsreihen trennenden Hülse 11 verschiebbar angeordnet ist. Der oberen Reihe von Düsenbohrungen 8 ist im Teil 3 eine kegelige Ventilsitzfläche 25 zugeordnet, die mit einer entsprechend ausgebildeten Sitzfläche am unteren Ende der hohlen Ventilnadel 22 zusammenwirkt. Die hohle Ventilnadel 22 wird von einer Druckfeder 26 gegen die Sitzfläche 2 gepresst. Die Feder 26 stützt sich über einen Federteller 27 und

909811/0498

27A0880

eine Hülse 28 auf dem oberen Ende der hohlen Nadel 22 ab. Das obere Ende der Feder 26 liegt an einem Federteller 29 an, der über eine Distanzhülse 30 und eine hohle Schraube 31, die in den Flansch 5 eingeschraubt ist, im Ventilkörper 1 fixiert ist. Die hohle Schraube 31 umgibt die oberen Enden der konzentrisch ineinander angeordneten Druckfedern 12 und 20, die an einer in die Schraube 31 eingeschraubten weiteren hohlen Schraube 32 anliegen. Eine in die Schraube 32 eingeschraubte Schraube 33 bildet mit ihrem unteren Ende eine Zentrierung für die innere Druckfeder 20, wogegen für die Zentrierung der Druckfeder 12 die hohle Schraube 32 einen stufenförmig abgesetzten Abschnitt 32· aufweist.

Für die Brennstoffzufuhr zu den beiden Reihen von Düsenbohrungen 8 und 9 ist je ein Brennstoffzufuhrkanal 35 bzw. 45 im Düsenkörper 1 vorgesehen. Der Kanal 35 beginnt radial im Flansch 5 und erstreckt sich dann in Längsrichtung durch die Teile 2 und 3 des Ventilkörpers. Das untere Ende des Kanals 35 mündet in einen Ringraum 36, der sich stromoberhalb der Ventilsitzfläche 25 befindet und zwischen der hohlen Ventilnadel 22 und dem Teil 3 ausgebildet ist. Der Kanal 45 beginnt ebenfalls radial im Flansch 5 und erstreckt sich in Längsrichtung durch die Teile 2 und 3 des Ventilkörpers 1. Das untere Ende des Kanals 45 mündet in einen Ringraum 37, der im Teil 3 ausgebildet ist. Vom Ringraum 37 aus erstrecken sich mehrere radiale Löcher 38 durch die hohle Ventilnadel 22 bis zu einem Ringraum 39, der in der Innenfläche der hohlen Ventilnadel 22 ausgespart ist und die Hülse 11 umgibt. Im Bereich des Ringraums 39 weist die Hülse 11 mehrere radiale Löcher 40 auf, die die Verbindung mit dem Ringraum 18 herstellen. Unterhalb des Ringraumes 39 kann ein weiterer Ring-in der hohlen Nadel 22 vorgesehen sein, an dem ein nach oben aus dem Einspritzventil herausführender Absaug-Kanal angeschlossen ist, um zu verhindern, dass Brennstoff aus dem Ringraum 39 entlang den aufeinander gleitenden Flächen der hohlen Nadel 22 und der Hülse 11 zur Reihe der Düsenbohrungen 8 gelangt.

90981 1 /0498

Die beiden Kanäle 35 und 45 sind an eine gemeinsame, nicht dargestellte Brennstoffpumpe angeschlossen, wobei zwischen dieser Pumpe und den beiden Kanälen ein ebenfalls nicht dargestellter Steuerschieber vorgesehen ist, der lastabhängig einen der beiden Kanäle 35 und 45 mit der Druckseite der Brennstoffpumpe verbindet.

Bei Vollast der Maschine ist beispielsweise die untere Reihe von z. B. elf Düsenbohrungen 9 in Betrieb. Der unter hohem Druck befindliche Brennstoff strömt in diesem Fall durch den Kanal 45 und gelangt über den Ringraum 37, die Löcher 38, den Ringraum 39 und die Löcher 40 in den Ringraum 18. Der Druck des Brennstoffs hebt die Ventilnadel 16 von der Ventilsitzfläche 15 ab, so dass dann der Brennstoff über die Düsenbohrungen 9 in den Brennraum 7 austritt.

Bei Teillast wird die Brennstoffzufuhr zum Kanal 4 5 gesperrt und dafür die Brennstoffzufuhr zum Kanal 35 freigegeben. Der unter hohem Druck befindliche Brennstoff gelangt also in den Ringraum 36, wo er die hohle Ventilnadel 22 von der Ventilsitzfläche 25 abhebt, so dass der Durchfluss zu den z. B. sechzehn Düsenbohrungen 8 frei wird und der Brennstoff nunmehr über diese Bohrungen in den Brennraum 7 gelangt.

Gemäss Fig. 2-und 3 werden statt zwei koaxialer Ventilnadeln zwei parallel nebeneinander angeordnete Ventilnadeln 50 und 51 verwendet. Der Ventilkörper 1 weist einen gehäuseartig ausgebildeten Teil 52 auf, der an seinem unteren Ende einen Einsatz 53 enthält, intern die beiden Reihen von Düsenbohrungen 8 und 9 vorgesehen sind. Die brennstoffseitige Trennung der beiden DUsenbohrungsreihen geschieht hier dadurch, dass im Einsatz 53 für die untere Reihe von DUsenbohrungen 9 ein zentraler Kanal 54 und für die obere Reihe von Düsenbohrungen 8 mehrere achsparallele Kanäle 55 vorgesehen sind.

909811/0498

Es wird hjLer also kein besonderer, der Hülse 11 in Fig. la entsprechender Teil mit kegeliger Dichtfläche vorgesehen. Die Kanäle 55 sind an ihrem oberen Ende über eine Ringnut 55' miteinander verbunden. An den Einsatz 53 schliesst sich nach oben hin ein weiterer Einsatz 58 an, der die Ventilnadeln 50 und 51 aufnimmt. Der zentrale Kanal 54 setzt sich im Einsatz 58 schräg nach oben verlaufend zu einem Raum 59 fort, der unterhalb einer kegeligen Ventilsitzfläche 60 angeordnet ist. Die kegelige Sitzfläche 60 wirkt mit der entsprechend geformten Sitzfläche der Ventilnadel 50 zusammen, deren unterer, im Durchmesser abgesetzter Abschnitt 50' von einem im Einsatz 58 ausgebildeten Ringraum 61 umgeben ist. Vom Ringraum 61 erstreckt sich schräg nach oben verlaufend ein Brennstoffkanal 62 (Fig. 3). Die Ringnut 55' ist mit einem achsparallelen Kanal 63 verbunden, der sich im Einsatz 58 unterhalb einer kegeligen Ventilsitzfläche 64 für die Ventilnadel 51 befindet. Aehnlich wie bei der Ventilnadel 50 ist auch bei der Ventilnadel 51 ein Ringraum vorgesehen, an den ein schräg nach oben verlaufender Kanal 66 angeschlossen ist. Auf dem oberen Ende des Einsatzes 58 ruht eine Scheibe 67, die zwei axiale Löcher 68 und 69 als Fortsetzung der Kanäle 62 bzw. 66 aufweist, sowie zwei axiale Oeffnungen 70 und 71, durch die sich jeweils ein zapfenartiges Ende der Ventilnadel 50 bzw. 51 erstreckt. Die Scheibe 67 wird in nicht näher dargestellter Weise über einen im Teil 52 angeordneten Einsatz 72 nach unten gegen den Einsatz 58 gepresst. Der Einsatz 72 weist zwei Brennstoffkanäle auf, die sich in Achsrichtung.der Löcher 68 und 69 fortsetzen und von denen in Fig. 2 nur der dem Loch 69 zugeordnete Kanal dargestellt ist. Im Zentrum des Einsatzes 72 ist eine Stange 73 vorgesehen, die an ihrem oberen Ende unter dem Einfluss einer Druckfeder 74 steht und die sich mit dem unteren Ende in der Mitte eines waagebalkenartigen Teils 75 abstützt. Die beiden Enden des Teils 75 stützen sich auf den oberen zapfenartigen Enden der beiden Ventilnadeln 50 und 51 ab.

90981 1 /0498

Bei Vollastbetrieb der Maschine wird der der Ventilnadel 50 zugeordnete Brennstoffkanal mit der Druckseite der Brennstoffpumpe verbunden, so dass der Brennstoff über den Kanal 62 in den Ringraum 61 gelangt. Hier hebt der unter hohem Druck befindliche Brennstoff das Nadelventil 50 von der Ventilsitzfläche 60 ab und gelangt über den Raum 59 in den zentralen Kanal 54, von wo aus er über die DUsenbohrungen 9 in den Brennraum austritt. Bei Teillast gelangt der unter hohem Druck befindliche Brennstoff über den Kanal 66 in den Ringraum 65 und hebt die Ventilnadel 51 von der Ventilsitzfläche 64 ab. Ueber den Kanal 63, die Ringnut 55' und die Kanäle 55 gelangt dann der Brennstoff in die Diisenbohrungen 8 der oberen Reihe.

Anstelle der oben beschriebenen Anordnung eines Steuerschiebers zur abwechselnden Beaufschlagung der im Ventilkörper angeordneten Brennstoffkanäle kann auch die in Fig. 4 dargestellte Anordnung verwendet werden, geinäss der zwischen der Brennstoffpumpe und den beiden Ventilnadeln je ein Stufenkolben 80 bzw. 81 vorgesehen ist. Die unteren Enden dieser beiden Kolben sind wie die mit kegeligen Sitzflächen versehenen Ventilnadeln ausgebildet und stehen über je einen Kanal 83 bzw. 84 mit, einem gemeinsamen Kanal 82 in Verbindung, der seinerseits mit der Druckseite der Brennstoffpumpe in Verbindung steht. An die Ventilsitzflächen 85 bzw. 86 der beiden Kolben 80 bzw. 81 schliesst sich je ein zu der Ventilnadel 16 bzw. 22 (Fig. 1) oder 50 bzw. 51 (Fig. 2) führender Brennstoffkanal 89 bzw. 90 an. Dem Brennstoff druck entgegen wirken auf die Oberseite der Kolben 80 und 81 die verschieden eingestellten Drücke eines Druckmittels, das in Fig. durch die Pfeile 87 und 88 angedeutet ist.und von einer gemeinsamen Pumpe kommen kann.

Bei Vollast wird beispielsweise der Kolben 80 vom Brennstoffdruck angehoben, weil auf die Oberseite dieses Kolbens das Druckmittel mit dem niedrigeren Druck wirkt, während die Oberseite des Kolbens 81 mit Druckmittel höheren Druckes beaufschlagt ist. Somit strömt der Brennstoff über die Ventilsitzfläche 85

909811/0498

'f~ 27A0880

und den Kanal 89 zur zugeordneten Ventilnadel und dann diese abhebend zur entsprechenden Reihe von Düsenbohrungen. Bei Teillast der Maschine wird die Druckmittelbeaufschlagung der Oberseite der Kolben 80 und 81 umgesteuert, so dass nunmehr der Kolben 81 von der Ventilsitzfläche 86 abgehoben wird und der Brennstoff über den Kanal 90 zur diesem Kanal zugeordneten Ventilnadel und anschliessend zur anderen Reihe von Düsenbohrungen gelangt, während die Ventilsitzfläche 85 des Kolbens 80 in geschlossener Stellung bleibt.

909811/0498

Claims

Gebrüder Sulzer AG P 5200/St/Od Patentansprüche

1.) Einspritzventil für Hubkolbenbrennkraftmaschinen, mit einem in den Brennraum des Zylinders ragenden Ventilkörper, der in seinem Innern eine mit einem Ventilsitz zusammenwirkende
Ventilnadel und der an seinem brennraumseitigen Ende mindestens zwei Reihen von über den Umfang verteilten Düsenbohrungen aufweist, über die der Brennstoff taktweise unter
Abheben der Ventilnadel von dem Ventilsitz in den Brennraum gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen von Düsenbohrungen brennstoffseitig voneinander getrennt im Ventilkörper angeordnet sind und die Brennstoffzufuhr zu jeder
Reihe über eine eigene Ventilnadel steuerbar ist.

90981 1 /0498

A 2

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadeln achsparallel nebeneinander im Ventilkörper
angeordnet sind.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadeln koaxial ineinander angeordnet sind.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Ventilnadeln eine Hülse vorgesehen ist, die dichtend gegen eine zwischen den beiden Reihen von Düsenbohrungen befindliche Dichtfläche gedrückt ist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere, hohlausgebildete Ventilnadel und die Hülse miteinander kommunizierende Durchgänge für den Durchtritt
von Brennstoff zur inneren Ventilnadel aufweisen.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerschieber vorgesehen ist, der
wechselweise in Abhängigkeit der Last der Maschine die
Brennstoffzufuhr zu einer der Ventilnadeln freigibt.

90981 1/0498

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ventilnadel ein eine Ventilsitzfläche aufweisender Kolben zugeordnet ist, der auf seiner der Ventilsitzfläche abgewendeten Kolbenseite

Druck von einem Druckmittel mit wechselndem/beaufschlagt ist und der unter dem Druck des taktweise zugeführten Brennstoffs unter gleichzeitigem Abheben seiner Ventilsitzfläche den Brennstoffstrom zur zugehörigen Ventilnadel freigibt, wobei die Steuerung des Druckes des Druckmittels so erfolgt, dass immer nur ein Kolben unter dem Einfluss des Brennstoffdruckes abhebt.

90981 1 /0498