EP0685642A1 - Einspritzventil für luftverdichtende Brennkraftmaschinen - Google Patents
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- 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
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- F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
- F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies
Definitions
- the invention relates to an injection valve according to the generic term.
- an injection nozzle is known in which, in addition to the nozzle needle, a concentrically surrounding hollow needle is also provided.
- the nozzle needle is axially movably guided in the hollow needle and the hollow needle is in turn guided in the nozzle body.
- the hollow needle is held in the closed position by a first compression spring, while the nozzle needle is loaded by a second compression spring.
- the hollow needle is first raised by the fuel pressure against the force of the first compression spring and a first row of spray bores is released. Due to the pressure of the fuel in the space below the hollow needle, the nozzle needle is then opened against the force of the second compression spring and opens a second spray hole.
- the object of the invention is to design a pre-injection according to the quantity, time course and pressure.
- the pre-injection quantity expelled from the displacement chamber is reproducibly defined by the stroke and cross section of the displacement needle.
- the time course of the pre-injection results is derived from the delivery rate of the pump element of the injection pump, which determines the movement sequence thereof via the piston of the displacement needle.
- the pre-injection pressure in the displacement chamber depends on the cross-sectional ratio of the displacement needle to the piston of the displacement needle and the spray cross-section. The pre-injection pressure is limited by the locking force of the first compression spring acting on the hollow valve needle.
- An advantageous further development can consist, according to claim 2, in that the number of covered first spray bores is zero and all spray bores start from the displacement chamber.
- a displacement needle 6 is mounted concentrically and also axially movably in the hollow needle 2.
- the displacement needle 6 is held in the rest position by a second compression spring 7.
- the and the displacement needle is limited by a second stop 9 a.
- Fuel is supplied to the injection nozzle via an inlet 10 from a pump element (not shown) of an injection pump.
- the pressure of the fuel initially acts on the piston 9 and moves it together with the displacement needle 6 against the force of the second compression spring 7 downward until the movement of the piston 9 is ended by the second stop 9 a.
- the displacement needle 6 is immersed in the displacement chamber 8 by the movement. Since the first spray bores 4 are still blocked by the hollow needle 2, a fuel remaining from the previous injection in the displacement chamber 8 is expelled by means of the displacement needle 6 via second spray bores 12 as a pre-injection.
- the pre-injection quantity is determined by the precisely defined lifting height and the cross section of the displacement needle 6.
- the piston 9 with displacement needle 6 in the nozzle body 1 is first set in motion at line pressures below the nozzle opening pressure against the force of the second compression spring 7 acting as a return spring. The pre-injection then begins.
- the pre-injection duration is a first approximation of the delivery rate of the pump element and the swallowing volume of the piston 9 of the displacement needle 6. For example, with a piston diameter of 4 mm and a stroke of 4 mm, a volume of 50 mm3 has to be filled.
- the pilot injection has ended when the displacement needle 6 has reached the second stop 9 a.
- the pre-injection pressure in the displacement chamber 8 can, based on the line pressure, which is limited by the locking force of the first compression spring 5, in the ratio of the areas of the pistons 9 and displacement needle 6 are reinforced.
- the pressure resulting from the force of the second compression spring 7 is to be subtracted from the line pressure.
- the pre-injection pressure actually reached is determined by the available injection cross-section. Assuming that the first and second injection bores 4 and 12 matched for the main injection all have the same cross-section, the pre-injection pressure results from the number of injection holes which start from the displacement chamber 8 and are not covered by the hollow needle 2.
- the displacer needle 6 and piston 9 are first moved back into the starting position by the second compression spring 7 before the hollow valve needle 2 closes completely. During this time, the pilot injection quantity in the displacement chamber 8 is supplemented. In principle, this fuel volume is fed in excess from the return volumes of the hollow valve needle 2 and the piston 9. This dynamic process is coordinated by dimensioning the diameters involved, spring forces, masses, backflow restrictors, constant pressure valves etc. in such a way that droplet formation is largely avoided when the end of the injection is as steep as possible.
- Figure 2 shows constructive details of the injection valve according to the invention.
- the fuel is supplied via an inlet 10 and can initially move the piston 9 with displacement needle 6 against the restoring force of the second compression spring 7 in order to accomplish the pre-injection described.
- FIG. 3 A detailed illustration of the tip of the injection nozzle is shown in FIG. 3. As in FIG. 3, the second spray bores 12 are also shown offset in the circumferential direction in relation to the first spray bores 4 in the subsequent FIG.
- the hollow needle 2 is in the lowermost position and still closes the first spray holes 4.
- the displacement needle 6 is shown in its rest position in the left half of the figure. Fuel from the previous injection is located in the displacement chamber 8.
- the displacement needle 6 is now moved downward by the piston 9 (FIG. 1), as shown in the right half of the figure, until its movement is ended at the second stop 9a.
- the displacement needle 6 now drives out the fuel via the second spray bores 12.
- the sprayed-off quantity results from the product of the cross section and stroke of the displacement needle 6.
- the hollow valve needle 2 is raised for the main injection and thereby releases both the first spray bores 4 and the second spray bores 12 for the main injection.
- the displacement needle 6 is still in the lowest position, since the delivery of the fuel from the pump element and thus the line pressure on the piston 9 still continues.
- the main injection takes place through all the spray bores 4, 12.
- the displacing needle 6 At the end of the delivery, the displacing needle 6 first moves back into the rest position, as shown in the right half of the figure. Before the hollow needle 2 completely goes into the closed position, the displacement chamber 8 is filled up via an annular gap 16 between the hollow needle 2 and the nozzle body 1 in order to be ready for the next pre-injection.
- FIG. 5 shows in section VV from FIG. 3 the arrangement of the first and second spray bores 4, 12.
- a second spray bore 12 for preliminary and main injection and seven first spray bores 4 for the main injection, that is to say a total of eight spray bores for the main injection, are provided .
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Einspritzventil gemäß dem Gattungsbegriff.
- Aus DE-OS 27 10 138 ist eine Einspritzdüse bekannt, bei der neben der Düsennadel noch eine diese konzentrisch umgebende Hohlnadel vorgesehen ist. Dabei ist die Düsennadel in der Hohlnadel axial beweglich geführt und die Hohlnadel wiederum wird im Düsenkörper geführt. Durch eine erste Druckfeder wird die Hohlnadel in Schließstellung gehalten, während die Düsennadel durch eine zweite Druckfeder belastet ist. Zu Beginn der Einspritzung wird zunächst die Hohlnadel durch den Brennstoffdruck gegen die Kraft der ersten Druckfeder angehoben und es wird eine erste Reihe von Spritzbohrungen freigegeben. Durch den Druck des Brennstoffes im Raum unterhalb der Hohlnadel wird anschließend die Düsennadel gegen die Kraft der zweiten Druckfeder geöffnet und gibt eine zweite Spritzbohrung frei. Mit einer derartigen Einspritzdüse ist man zwar in der Lage, den Einspritzverlauf zu unterteilen, eine nach Menge und Zeit geregelte Voreinspritzung ist damit nicht realisierbar.
- Ausgehend von einem Einspritzventil gemäß dem Gattungsbegriff liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Voreinspritzung nach Menge, Zeitverlauf und Druck zu gestalten.
- Gelöst wird diese Aufgabe nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1.
- Durch Hub und Querschnitt der Verdrängernadel ist die aus der Verdrängerkammer ausgetriebene Voreinspritzmenge reproduzierbar definiert. Der zeitliche Verlauf der Voreinspritzung ergibt sich aus der Förderrate des Pumpenelements der Einspritzpumpe welche über den Kolben der Verdrängernadel deren Bewegungsablauf bestimmt. Der Voreinspritzdruck in der Verdrängerkammer hängt vom Querschnittsverhältnis der Verdrängernadel zum Kolben der Verdrängernadel und dem Spritzquerschnitt ab. Der Voreinspritzdruck wird durch die an der Ventil-Hohlnadel wirkende Zuhaltekraft der ersten Druckfeder begrenzt.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung kann nach Anspruch 2 darin bestehen, daß die Anzahl der abgedeckten ersten Spritzbohrungen gleich Null ist und alle Spritzbohrungen von der Verdrängerkammer ausgehen.
- Ein Ausführungsbeispiel der Einspritzdüse ist an Hand von Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
- Figur 1
- ein Funktionsschema des Einspritzventils
- Figur 2
- eine konstruktive Lösung des Einspritzventils
- Figur 3
- eine detaillierte Darstellung der Spitze der Einspritzdüse zur Erläuterung der Voreinspritzung
- Figur 4
- eine detaillierte Darstellung der Spitze der Einspritzduse zur Erläuterung der Haupteinspritzung
- Figur 5
- einen Schnitt V-V durch die Spritzbohrungen für die Vor- und Haupteinspritzung
- In der Hohlnadel 2 wird eine Verdrängernadel 6 konzentrisch und ebenfalls axial beweglich gelagert. Die Verdrängernadel 6 wird durch eine zweite Druckfeder 7 in Ruhestellung gehalten. Die und der Verdrängernadel ist durch einen zweiten Anschlag 9 a begrenzt.
- Von einem nicht dargestellten Pumpenelement einer Einspritzpumpe wird der Einspritzdüse über einen Zulauf 10 Brennstoff zugeführt. Der Druck des Brennstoffes wirkt zunächst auf den Kolben 9 und verschiebt diesen zusammen mit der Verdrängernadel 6 gegen die Kraft der zweiten Druckfeder 7 nach unten, bis die Bewegung des Kolbens 9 durch den zweiten Anschlag 9 a beendet ist. Die Verdrängernadel 6 taucht durch die Bewegung in die Verdrängerkammer 8 ein. Da die ersten Spritzbohrungen 4 noch durch die Hohlnadel 2 versperrt sind, wird ein von der vorherigen Einspritzung in der Verdrängerkammer 8 verbliebener Brennstoff mittels der Verdrängernadel 6 über zweite Spritzbohrungen 12 als Voreinspritzung ausgetrieben.
- Es ist leicht einzusehen, daß die Voreinspritzmenge durch die exakt definierte Hubhöhe und den Querschnitt der Verdrängernadel 6 festgelegt ist.
- Beispielsweise ergibt sich bei Nadeldurchmesser 2 mm und Hub 4 mm ein verdrängtes Volumen von 12,6 mm³. Nach Förderbeginn am Einspritzpumpenelement, veranlaßt durch Steuerkante oder Magnetventil, vorzugsweise im "Vorhubbereich" des Elements, wird zunächst bei Leitungsdrücken unterhalb des Düsenöffnungsdruckes der Kolben 9 mit Verdrängernadel 6 im Düsenkörper 1 gegen die Kraft der als Rückholfeder fungierenden zweiten Druckfeder 7 in Bewegung gesetzt. Danach beginnt die Voreinspritzung.
- Die Voreinspritzdauer ergibt sich in erster Näherung aus der Förderrate des Pumpenelementes und dem Schluckvolumen des Kolbens 9 der Verdrängernadel 6. Beispielsweise ist bei 4 mm Kolbendurchmesser und 4 mm Hub ein Volumen von 50 mm³ zu füllen. Die Voreinspritzung ist beendet, wenn die Verdrängernadel 6 den zweiten Anschlag 9 a erreicht hat.
- Der Voreinspritzdruck in der Verdrängerkammer 8 kann, ausgehend von dem Leitungsdruck, der durch die Zuhaltekraft der ersten Druckfeder 5 begrenzt ist, im Verhältnis der Flächen von Kolben 9 und Verdrängernadel 6 verstärkt werden. Vom Leitungsdruck ist dabei der Druck, der sich aus der Kraft der zweiten Druckfeder 7 ergibt, abzuziehen. Der tatsächlich erreichte Voreinspritzdruck wird durch den zur Verfügung stehenden Spritz-Querschnitt bestimmt. Unter der Annahme, daß die für die Haupteinspritzung abgestimmten ersten und zweiten Spritzbohrungen 4 und 12 alle den gleichen Querschnitt haben, ergibt sich der Voreinspritzdruck durch die Anzahl der Spritzlöcher, die von der Verdrängerkammer 8 ausgehen und nicht von der Hohlnadel 2 abgedeckt sind.
- Wenn das Schluckvolumen des Kolbens 9 gefüllt ist, steigt der Leitungsdruck weiter, bis der Düsenöffnungsdruck erreicht wird. Die Haupteinspritzung erfolgt durch alle Spritzbohrungen 4,12, gleichgültig, ob sie vom Ventilsitz 3 oder von der Verdrängerkammer 8 ausgehen.
- Wenn bei Förderende am Pumpenelement der Leitungsdruck am Einspritzventil abfällt, werden zunächst Verdrängernadel 6 und Kolben 9 durch die zweite Druckfeder 7 in die Ausgangslage zurückgefahren, bevor die Ventil-Hohlnadel 2 vollständig schließt. In dieser Zeit wird die Piloteinspritzmenge in der Verdrängerkammer 8 ergänzt. Prinzipiell wird dieses Brennstoffvolumen aus den Rückfördervolumina der Ventil-Hohlnadel 2 und des Kolbens 9 mit Überschuß gespeist. Dieser dynamische Vorgang wird durch Dimensionierung der beteiligten Durchmesser, Federkräfte, Massen, Rückströmdrosseln, Gleichdruckventile etc. so abgestimmt, daß bei einem möglichst steilen Einspritzende die Tröpfchenbildung weitgehend vermieden wird.
- Figur 2 zeigt konstruktive Details des erfindungsgemäßen Einspritzventils. Der Brennstoff wird über einen Zulauf 10 zugeführt und kann zunächst den Kolben 9 mit Verdrängernadel 6 gegen die Rückstellkraft der zweiten Druckfeder 7 verschieben, um die geschilderte Voreinspritzung zu bewerkstelligen.
- Nach Auschöpfung des Weges des Kolbens 9 bis zum zweiten Anschlag 9 a steigt der Druck weiter an. Der Brennstoff wird über eine Bohrung 13, einem Ringraum 14 zugeführt, wo er über eine Druckschulter 15 die Ventil-Hohlnadel 2 gegen die Rückstellkraft der ersten Druckfeder 5 zur Haupteinspritzung anhebt.
- Eine detaillierte Darstellung der Spitze der Einspritzdüse ist in Figur 3 wiedergegeben. Wie in Figur 3 sind auch in der nachfolgenden Figur 4 die zweiten Spritzbohrungen 12 gegenüber den ersten Spritzbohrungen 4 in Umfangsrichtung versetzt gezeichnet. Die Hohlnadel 2 ist in unterster Stellung und verschließt noch die ersten Spritzbohrungen 4. Die Verdrängernadel 6 ist in der linken Bildhälfte in ihrer Ruhestellung gezeigt. In der Verdrängerkammer 8 befindet sich Brennstoff von der vorherigen Einspritzung.
- Zur Voreinspritzung wird nun die Verdrängernadel 6 wie es die rechte Bildhälfte zeigt, durch den Kolben 9 (Figur 1) nach unten bewegt, bis ihre Bewegung am zweiten Anschlag 9 a beendet wird. Die Verdrängernnadel 6 treibt nun über die zweiten Spritzbohrungen 12 den Brennstoff aus. Die abgespritzte Menge ergibt sich aus dem Produkt von Querschnitt und Hub der Verdrängernadel 6.
- Nachdem die Bewegung der Verdrängernadel 6 am zweiten Anschlag 9 a beendet ist, steigt der Brennstoffdruck unter der Druckschulter 15 der Ventil-Hohlnadel 2 weiter an, bis die Ventil-Hohlnadel entgegen der Rückstellkraft der ersten Druckfeder 5 öffnet (Figur 2).
- Wie in Figur 4 dargestellt ist, wird die Ventil-Hohlnadel 2 für die Haupteinspritzung angehoben und gibt dadurch sowohl die ersten Spritzbohrungen 4 als auch die zweiten Spritzbohrungen 12 für die Haupteinspritzung frei. Wie die linke Bildhälfte zeigt, ist die Verdrängernadel 6 noch in unterster Stellung, da die Förderung des Brennstoffes vom Pumpenelement und damit der Leitungsdruck am Kolben 9 noch anhält. Die Haupteinspritzung erfolgt durch alle Spritzbohrungen 4, 12.
- Bei Förderende fährt zunächst die Verdrängernadel 6 in Ruhestellung zurück, wie es in der rechten Bildhälfte gezeigt ist. Bevor die Hohlnadel 2 vollends in Schließstellung geht wird über einen Ringspalt 16 zwischen der Hohlnadel 2 und dem Düsenkörper 1 die Verdrängerkammer 8 aufgefüllt, um für die nächste Voreinspritzung bereit zu sein.
- Figur 5 zeigt im Schnitt V-V aus Figur 3 die Anordnung der ersten und zweiten Spritzbohrungen 4, 12. Im Ausführungsbeipiel sind eine zweite Spritzbohrung 12 für Vor- und Haupteinspritzung und sieben erste Spritzbohrungen 4 für die Haupteinspritzung, das heißt insgesamt acht Spritzbohrungen für die Haupteinspritzung vorgesehen.
- Es versteht sich von selbst, daß Anzahl und Querschnitt der ersten und zweiten Spritzbohrungen, sowie ihre Verteilung am Düsenumfang an die gestellten, speziellen Anforderungen angepaßt werden können.
Claims (2)
- Einspritzventil für luftverdichtende Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem Düsenkörper, einer darin axial beweglichen Ventil-Hohlnadel, einer in dieser Ventil-Hohlnadel zentrisch geführten und ebenfalls axial beweglichen Vollnadel, wobei die Ventil-Hohlnadel durch eine erste Druckfeder in Schließstellung und die Vollnadel durch eine zweite Druckfeder in Ruhestellung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von ersten Spritzbohrungen (4) durch den Sitz der Ventil-Kohlnadel absperrbar ist, daß an der Spitze des Düsenkörpers (1) eine Verdrängerkammer (8) vorgesehen ist, daß diese Verdrängerkammer (8) mit mindestens einer zweiten Spritzbohrung (12) kommuniziert, welche durch die Hohlnadel (2) nicht abgedeckt ist, daß die Vollnadel als Verdrängernadel (6) ausgebildet ist und daß die Verdrängernadel (6) an dem der Verdrängerkammer (8) abgewandten Ende als Kolben (9) ausgebildet ist, welcher durch den Brennstoffdruck einer Einspritzpumpe beaufschlagbar ist.
- Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der durch die Ventil-Hohlnadel (2) abgedeckten ersten Spritzbohrungen (4) gleich Null ist und alle Spritzbohrungen von der Verdrängerkammer (8) ausgehen.
Applications Claiming Priority (2)
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| DE4419185A DE4419185C2 (de) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | Einspritzventil für luftverdichtende Brennkraftmaschinen |
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