DE2742230A1

DE2742230A1 - Fuel injection nozzle opened by fuel pressure - uses fuel pressure acting in opposition to external pressure applied to free piston

Info

Publication number: DE2742230A1
Application number: DE19772742230
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl Ing Decker; Wolfgang Dr Ing Schaffitz
Original assignee: Inst Motorenbau Prof Huber E V
Current assignee: Inst Motorenbau Prof Huber E V
Priority date: 1977-09-20
Filing date: 1977-09-20
Publication date: 1979-03-22
Also published as: DE2742230C2

Abstract

A fuel injection nozzle is used. It has a closure needle (1) which is opened by fuel pressure in opposition to a spring (4). The opening of the needle is also opposed by a piston (6) subject to an external fluid pressure. The piston is freely movable between fixed abutments (9, 10) and is abutted by an extension (5) of the needle when the needle opens. The external pressure may be regulated to control the opening and the closing action of the needle in response to selected engine parameters.

Description

Brennstoff-Einspritzdüse mit Steuerkolben Fuel injection nozzle with control piston

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzdüse für Verbrennungsmotoren mit, in bekannter Weise, entgegen der Brennstoffströmungsrichtung öffnender Düsennadel, die unter der in Schließrichtung wirkenden Kraft einer mechanischen Feder steht und deren maximal möglicher Hub durch einen mechanischen Anschlag begrenzt ist.The invention relates to a fuel injection nozzle for internal combustion engines with, in a known way, against the fuel flow direction opening nozzle needle, which is under the force of a mechanical spring acting in the closing direction and whose maximum possible stroke is limited by a mechanical stop.

Bei solchen Einspritzdüsen ist es u.a. erforderlich, den zeitlichen Mengenstrom des durch die Einspritzdüse in den Brennraum tretenden Brennstoffs so zu steuern, daß ein befriedigender Ablauf des Gemischbildungs- und Verbrennungsprozesses erreicht wird. Von der richtigen Steuerung dieser beiden Prozesse hängen in entscheidendem Maße der thermische Wirkungsgrad des Dieselmotors sowie seine umweltschädlichen chemischen und akustischen Emissionen ab. Der zeitliche Verlauf des Brennstoffmengenstroms durch die Einspritzdüse wird wesentlich mit beeinflußt durch den Bewegungsablauf der Düsennadel, da diese den Mengenstrom auf zweifache Weise beeinflußt: Durch die Größe des nadelhubabhängigen wirksamen Düsenquerschnitts und die speichernde bzw. verdrängende Wirkung der momentanen Nadelbewegung.In the case of such injection nozzles, it is necessary, among other things, to determine the time Flow rate of the fuel entering the combustion chamber through the injection nozzle as follows to control that a satisfactory course of the mixture formation and combustion process is achieved. The correct control of these two processes depend in a crucial way Measure the thermal efficiency of the diesel engine as well as its environmentally harmful chemical and acoustic emissions. The time course of the fuel mass flow by the injection nozzle is significantly influenced by the sequence of movements the nozzle needle, as this influences the flow rate in two ways: Through the Size of the effective nozzle cross-section dependent on the needle stroke and the storing or displacing effect of the current needle movement.

Stand der Technik ist es, Einspritzdüsen zu verwenden, deren Bewegungsablauf bestimmt wird von - den sich auf der Brennstoffförderseite ergebenden Drücken - der Einwirkung einer aus einer mechanischen Feder nadelhubabhängig wirkenden Federkraft - der Einwirkung eines nadelhubabhängigen wirksamen Ausflußquerschnitts von der Einspritzdüse zum Brennraum hin.The state of the art is to use injection nozzles, their movement sequence is determined by - the pressures on the fuel delivery side - the action of a spring force acting as a function of the needle stroke from a mechanical spring - The effect of a needle stroke-dependent effective outflow cross-section of the Injection nozzle towards the combustion chamber.

Nachteilig an den bisher bekannten Einspritzsystemen ist es, daß außer den genannten Eingriffsmöglichkeiten an der Düse keine Beeinflussungsmöglichkeit der Düsennadelbewegung und damit des Einspritzmengenverlaufs gegeben ist. So besteht düsenseitig bisher keine Möglichkeit, die Kraft, die in Schließrichtung auf die Düsennadel wirkt, abhängig vom Betriebszustand des Motors zu steuern und/oder den maximal möglichen Hub der Düsennadel vom Motor-Betriebszustand zu verändern.The disadvantage of the previously known injection systems is that besides There is no possibility of influencing the above-mentioned intervention options on the nozzle the nozzle needle movement and thus the course of the injection quantity is given. So there is on the nozzle side so far no possibility of the force that acts on the in the closing direction The nozzle needle acts to control and / or the depending on the operating state of the engine to change the maximum possible stroke of the nozzle needle from the engine operating state.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zusätzliche Eingriffsmöglichkeiten auf die Düsennadelbewegung und damit den zeitlichen Verlauf der eingespritzten Brennstoffmenge zu schaffen, deren Funktion abhängig vom Motor-Betriebszustand in Kraft gesetzt oder aufgehoben werden kann.The invention is based on the object of providing additional options for intervention on the nozzle needle movement and thus the time course of the injected fuel quantity to create the function of which is put into effect depending on the engine operating state or can be canceled.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Düsenhalter koaxial zur Düsennadelachse ein "Steuerkolben" angeordnet wird, der in der Öffnungsrichtung der Düsennadel unter der Wirkung einer mechanischen Feder, in Schließrichtung unter der Wirkung der aus dem über die Kolbenfläche wirkenden Drucks eines flüssigen oder gasförmigen Mediums resultierenden Kraft steht, die abhängig vom jeweiligen Motor-Betriebszustand wirksam gemacht oder aufgehoben wird. Dieser Steuerkolben beeinflußt die Düsennadelbewegung dadurch, daß die Düsennadel, nach Erreichen eines wählbaren Hubs, auf dem Steuerkolben mechanisch zur Anlage kommt und dann ihre Bewegung, unter der zusätzlichen Wirkung der vom Steuerkolben aufgeprägten Kraft, vollzieht. Dieser wählbare Hub kann konstruktiv durch die Abmessungen der maßgebenden Bauteile festgelegt werden. Die in Nadelschließrichtung wirkende Kraft kann beeinflußt werden durch: - Art des Mediums - extern aufgeprägten Druck des Mediums - Ausformung und Bemessung des Kanals, der Medium-Druckerzeuger und Steuerkolbenoberseite verbindet bzw. trennt.This object is achieved according to the invention in that in the nozzle holder a "control piston" is arranged coaxially to the nozzle needle axis, which in the opening direction the nozzle needle under the action of a mechanical spring, in the closing direction below the effect of the pressure of a liquid or from the pressure acting on the piston surface The force resulting from the gaseous medium is dependent on the respective engine operating state is made effective or repealed. This control piston influences the nozzle needle movement in that the nozzle needle, after reaching a selectable stroke, on the control piston mechanically comes into contact and then their movement, under the additional effect the force applied by the control piston. This selectable hub can be constructive be determined by the dimensions of the relevant components. The one in the needle closing direction Acting force can be influenced by: - type of medium - externally applied Pressure of the medium - shaping and dimensioning of the duct, the medium pressure generator and control piston top connects or separates.

Der auf die Oberseite des "Steuerkolbens" aufgeprägte Druck wird von der Brennkraftmaschine selbst oder von einer fremd angetriebenen Pumpe erzeugt. Zwischen Pumpe und "Steuerkolben" sind ein oder mehrere mechanisch, hydraulisch, elektrisch oder pneumatisch arbeitende Schaltorgane angeordnet, die, je nach Schaltstellung, den von der Pumpe erzeugten Druck zum Steuerkolben leiten oder von ihm abschalten. Diese Schaltorgange werden von jeweils einer oder mehreren der folgenden Größen betätigt, deren Anzahl bei Bedarf erweitert werden kann: - der Temperatur des Kühlmediums des Motors - der Motor-Drehzahl - der die Brennstoff-Einspritzmenge bestimmenden Stellgröße der Einspritzanlage - der Zeit, die vom Start des Motors aus gemessen wird Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß durch - abhängig vom Motorbetriebszustand einschaltbarer zusätzlicher Kraft auf die Nadel der Einspritzdüse - der zeitlicht Verlauf der eingespritzten Brennstoffmenge abhängig vom Betriebszustand des Motors verändert werden kann.The pressure on the top of the "control piston" is controlled by generated by the internal combustion engine itself or by an externally driven pump. Between the pump and the "control piston" there are one or more mechanical, hydraulic, electrically or pneumatically operating switching elements are arranged which, depending on the switching position, direct the pressure generated by the pump to the control piston or switch it off from it. These switching organs are each one or more of the following sizes actuated, the number of which can be increased if necessary: - the temperature of the cooling medium of the engine - the engine speed - the one that determines the fuel injection quantity Injection system manipulated variable - the time measured from the start of the engine The advantages that can be achieved with the invention are that through - dependent Additional force that can be switched on by the engine operating state on the needle of the injection nozzle - the temporal progression of the amount of fuel injected depending on the operating status of the motor can be changed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt.An embodiment of the invention is shown in FIG.

Eine Einspritzdüse, bestehend aus Düsennadel (1) und Düsenkörper (2) ist in einen Düsenhalter (3) eingespannt. Die Düsennadel (1) steht unter der Wirkung der Düsenfeder (4), die ihre Kraft über die Druckstelze (5) auf diese überträgt. Im Düsenhalter (3) ist ferner ein Steuerkolben (6) angeordnet. Dieser steht auf seiner Unterseite unter der Wirkung der von der Druckfeder (7) ausgeübten Kraft. Auf seine Oberseite wirkt der Druck eines Mediums, der von einer geeigneten Pumpe erzeugt wird und über die Steuerorgane über eine Druckleitung (8) der Oberseite des Steuerkolbens zugeführt wird.An injection nozzle, consisting of a nozzle needle (1) and nozzle body (2) is clamped in a nozzle holder (3). The nozzle needle (1) is under the effect the nozzle spring (4), which transmits its force to the pressure stilt (5). A control piston (6) is also arranged in the nozzle holder (3). This stands up its underside under the action of the force exerted by the compression spring (7). The pressure of a medium, generated by a suitable pump, acts on its upper side is generated and via the control elements via a pressure line (8) on the top of the control piston is supplied.

Ist auf die Oberseite des Steuerkolbens der Druck eines flüssigen oder gasförmigen Mediums aufgeschaltet, so berührt die Druckstelze (5) nach Durchlaufen eines definierten Hubes (9) den Steuerkolben (6) so, daß die Düsennadelbewegung von diesem Hub (9) an unter der Mitwirkung der vom Steuerkolben (6) auf die Druckstelze (5) ausgeübten Kraft erfolgt. Ist auf die Oberseite des Steuerkolbens (6) kein von außen erzeugter Druck aufgeschaltet, so befindet sich der Steuerkolben (6) unter der Kraftwirkung der Feder (7) auf seinem oberen Anschlag (10) und beeinflußt die Bewegung der Düsennadel (1) nicht, weil dann der Nadelhub durch den Anschlag (12) begrenzt ist. Die untere Grenzlage des Steuerkolbens (6) wird durch einen mechanischen Anschlag (11) begrenzt, den der Kolben (6) unter der Wirkung des auf seiner Oberseite aufgeprägten Druckes erreicht.Is the pressure of a liquid on the top of the control piston or gaseous medium is switched on, then touches the pressure stilt (5) after it has passed through a defined stroke (9) the control piston (6) so that the nozzle needle movement from this stroke (9) on with the assistance of the control piston (6) on the pressure stilt (5) force exerted. If there is no of on the top of the control piston (6) externally generated pressure is applied, the control piston (6) is below the force of the spring (7) on its upper stop (10) and influences the No movement of the nozzle needle (1) because then the needle stroke is caused by the stop (12) is limited. The lower limit position of the control piston (6) is controlled by a mechanical Limit stop (11) that the piston (6) under the action of on its top impressed pressure achieved.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Beaufschlagung des Steuerkolbens (6) über die Druckleitung (8). Ein Motor (14) treibt eine Pumpe (15) an. Diese erzeugt Flüssigkeits- oder Gasdruck, dessen Höhe durch ein Druckventil (16) begrenzt wird.Fig. 2 shows an embodiment for the application of the control piston (6) via the pressure line (8). A motor (14) drives a pump (15). This generated Liquid or gas pressure, the level of which is limited by a pressure valve (16).

Dieser Druck wird in Steuerorgane (13) eingespeist, die in 4/2-Wegebauart ausgeführt sind. In Schaltstellung 0 dieser Steuerorgane wird der von der Pumpe (15) erzeugte Druck über die Druckleitung (8) auf den Steuerkolben (6) geleitet, in der Schaltstellung 1 fördert die Pumpe (15) drucklos in den Rücklauf (17) und die Druckleitung (8) ist ebenfalls mit dem Rücklauf (17) verbunden. Jedes dieser Steuerorgane kann von jeweils einer der den Motorbetriebszustand kennzeichnenden Größen -hier Motordrehzahl nMot, Kühlmitteltemperatur TKM, Motordrehmoment MMott Betriebsdauer nach dem Anlassen des Motors t -in die Schaltstellung 0 oder 1 gebracht werden.This pressure is fed into control elements (13), which are of the 4/2-way design are executed. In switching position 0 of these control elements, the pump (15) the pressure generated is passed through the pressure line (8) to the control piston (6), in switching position 1, the pump (15) conveys unpressurized into the return (17) and the pressure line (8) is also connected to the return (17). Each of these Control organs can each of one of the engine operating state characterizing Sizes - here engine speed nMot, coolant temperature TKM, engine torque MMott Operating time after starting the engine t - brought to switch position 0 or 1 will.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens (6). Hier wird der von der Pumpe (15), die von der Einspritzpumpe angetrieben wird, erzeugte Brennstoffdruck zur Beaufschlagung des Steuerkolbens (6) verwendet. Dieser ist in bekannter Weise durch ein Druckventil (16) begrenzt und wird zu Steuerorganen (19) geführt, die in 3/2-Wegebauart ausgeführt sind. D,e Schaltstellung dieser Steuerorgane wird im gezeigten Ausführungsbeispiel durch jeweils eine der Größen nMOt, TKM, MMot t bestimmt. In Schaltstellung O ist die Druckleitung (8) zum Rücklauf des Brennstoff-Versorgungssystems geöffnet und drucklos und der Weg von der Pumpe (15) durch das Steuerventil (19) gesperrt. In Schaltstellung 1 ist die Druckseite der Pumpe (15) mit der Druckleitung (8), über die der Steuerkolben (6) beaufschlagt wird, verbunden.Fig. 3 shows a further embodiment for the application of pressure of the control piston (6). Here the one from the pump (15) that from the injection pump is driven, generated fuel pressure to act on the control piston (6) used. This is in a known manner by a pressure valve (16) and is led to control elements (19), which are designed in 3/2-way design are. D, e switching position of these control elements is in the embodiment shown determined by one of the variables nMOt, TKM, MMot t. In switching position O is the pressure line (8) to the return of the fuel supply system is opened and depressurized and the path from the pump (15) blocked by the control valve (19). In Switching position 1 is the pressure side of the pump (15) with the pressure line (8), above which the control piston (6) is acted upon, connected.

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Claims

Claims e fuel injector for internal combustion engines with nozzle needle (1) opening against the direction of fuel flow, which under the action of a nozzle spring (4), characterized in that in the nozzle holder (3) a movable control piston (6) is arranged coaxially to the nozzle needle, the on its end face facing the injection nozzle under the action of a compression spring (7) stands and is under the effect on the end face facing away from the injection nozzle the force of a liquid or gaseous medium that flows through a pressure line (8) is fed in, the stroke of which is fixed on both sides by fixed stops (10 and 11) is limited and in certain stroke positions via the pressure stilt (5) in mechanical contact with the nozzle needle (1).

2) nozzle holder according to claim 1, characterized in that the on Gas or liquid pressure acting on the control piston, depending on the operating status of the engine, can be switched on and off by suitable control units.

3) nozzle holder according to claim 1 and 2, characterized in that the pressurization of the control piston by control elements outside the nozzle holder takes place, which, arranged centrally, several or all nozzle holders of a multi-cylinder machine drive.

4) nozzle holder according to claim 1 to 3, characterized in that the pressurization of the control piston via the control element, depending on the Engine speed, the joystick position, the cooling water temperature and the time after starting the engine or one or more of these or other variables.

5) nozzle holder according to claim 1 to 4, characterized in that the pressure on the control piston from an externally and centrally arranged, from the engine driven pump is generated which compresses a gaseous or liquid medium, to provide the required pressure on the top of the piston.

6) nozzle holder according to claim 1 to 5, characterized in that the pressure on the top of the piston from the fuel feed pump of the Injection system is generated.