CH636409A5 - Injection valve on a reciprocating piston internal combustion engine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil an einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit einem in den Brennraum des Zylinders ragenden Düsenkörper, der in seinem Innern eine mit einem Ventilsitz zusammenwirkende Ventilnadel und über seinen Umfang verteilt mehrere Düsenbohrungen aufweist, über die der Brennstoff taktweise unter Abheben der Ventilnadel von dem Ventilsitz in den Brennraum austritt.

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, auch bei Teillast eine gute Strahlbildung und damit eine gute Verbrennung des Brennstoffs zu erhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,

dass das Einspritzventil mit einer von der Ventilnadel getrennten, bei Teillast der Maschine einen Teil des Querschnitts mindestens eines Teils der Düsenbohrungen freigebenden und bei Vollast den ganzen Querschnitt aller Düsenbohrungen freigebenden Vorrichtung versehen ist.

Mit dieser Vorrichtung wird es auf einfache Weise möglich, bei Teillastbetrieb der Maschine den Querschnitt mindestens eines Teils der Düsenbohrungen so zu verkleinern, dass eine gute Strahlbildung und damit eine gute Verbrennung des Brennstoffs erhalten bleibt. Bei Vollast der Maschine wird die Vorrichtung dann so betätigt, dass der volle Querschnitt aller Düsenbohrungen freigegeben ist.

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

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein Einspritzventil nach der Erfindung,

Fig. 2a und 2b je einen Teil einer Abwicklung im Bereich der Düsenbohrungen im grösseren Masstab als Fig. 1,

Fig. 3a und 3b je einen Ausschnitt im Bereich der Düsenbohrungen einer abgewandelten Ausführungsform des Einspritzventils,

Fig. 3c einen Schnitt entsprechend der Linie III-III in Fig. 3 a,

Fig. 4a und 4b je einen Ausschnitt im Bereich der Düsenbohrungen einer weiteren abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 5a und 5b sowie Fig. 6a und 6b je einen Ausschnitt im Bereich der Düsenbohrungen zweier weiterer abgewandelter Ausführungsformen.

Gemäss Fig. 1 weist das Einspritzventil einen Ventilkörper

1 auf, der aus einem oberen Teil 2 und einem unteren Teil 3 besteht, die durch eine Überwurfmutter 4 zusammengehalten werden. Der Ventilkörper 1 ruht mit einem Flansch 5 auf dem Zylinderkopf 6, der den Brennraum 8 des Zylinders der Hubkolbenbrennkraftmaschine nach oben abschliesst. Der Ventilkörper durchdringt den Zylinderkopf 6 und ragt mit dem unteren, mehrere Düsenbohrungen 7 aufweisenden Ende seines Teils 3 in den Brennraum 8.

Für die Brennstoffzufuhr weist der Ventilkörper 1 einen Kanal 10 auf, der sich zunächst radial durch den Flansch 5 erstreckt und dann im wesentlichen in Längsrichtung des Ventilkörpers durch die Teile 2 und 3 geführt ist, bis in den Bereich des unteren Endes des Teils 3. Der Kanal 10 endet dort in einem Ringraum 11. Im Zentrum des Ventilkörpers 1 ist eine axial verschiebbare Ventilnadel 12 vorgesehen, die sich mit ihrem oberen Ende über einen Federteller 13 an einer Druckfeder 14 abstützt. Am unteren Ende der Ventilnadel 12 weist diese eine kegelige Sitzfläche 15 auf, die mit einer entsprechend kegeligen Sitzfläche in einer Hülse 16 zusammenwirkt, die die Nadel 12 umgibt und in dem Teil 3 des Ventilkörpers 1 axial verschiebbar gelagert ist.

Im Bereich des Ringraumes 11 weist die Hülse 16 mehrere Bohrungen 17 auf, die dem Übertritt des Brennstoffes vom Ringraum 11 in einen Ringraum 19 dienen, der zwischen der Hülse 16 und einem Abschnitt 18 der Ventilnadel 12 freigelassen ist. Der Ringraum 19 grenzt an seinem unteren Ende an die Sitzfläche 15. Unterhalb der Bohrungen 17 weist die Hülse 16 eine kegelige Ventilsitzfläche 20 auf, die mit einer entsprechenden Sitzfläche im Teil 3 des Ventilkörpers 1 zusammenwirkt. Unterhalb der Ventilsitzflächen 20 und 15 weist die Hülse 16 einen aussen zylindrischen Ansatz 21 auf, dessen unteres Ende als Steuerkante 22 ausgebildet ist, die mit den Düsenbohrungen 7 zusammenwirkt und abhängig von der Höhenlage der Hülse 16 den Querschnitt eines Teils der Düsenbohrungen 7 verändert, was in Fig. 2a und 2b besser zu erkennen ist.

Die gegen Verdrehung relativ zum Teil 3 gesicherte Hülse 16 stützt sich mit ihrem oberen Ende an einem kolbenartigen Zwischenstück 25 ab, das in einer Zylinderbohrung des Teils

2 des Ventilkörpers 1 gleitet und das mit seinem oberen Ende an einer weiteren Hülse 26 anliegt. Das kolbenartige Zwischenstück 25 wie auch die weitere Hülse 26 umgeben ebenfalls die Ventilnadel 12. Die Hülse 26 ihrerseits stützt sich über einen Federteller 27 an einer Druckfeder 28 ab, die mit ihrem oberen Ende an einem Federteller 29 anliegt, der im Ventilkörper 1 unterhalb des Federtellers 13 der Druckfeder 14 angeordnet ist. Der Federteller 29 wird über eine Distanzhülse 30 und eine hohle Schraube 31, die in den Flansch 5 eingeschraubt ist, im Ventilkörper 1 fixiert. Die Hohlschraube

31 umgibt das obere Ende der Druckfeder 14, die an einer in die Hohlschraube eingeschraubten Schraube 32 anliegt.

In dem das kolbenartige Zwischenstück 25 aufnehmenden Zylinderraum mündet ein Kanal 36, der sich im wesentlichen in Längsrichtung durch den Ventilkörper 1 erstreckt und an seinem oberen Ende radial im Flansch 5 beginnt. Der Kanal 36 steht mit einer nicht näher dargestellten Druckmittelquelle

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

in Verbindung, die am Flansch 5 unter Zwischenschaltung eines Ventils angeschlossen ist. Die obere Begrenzungsfläche 35 des genannten Zylinderraumes bildet für die Bewegung des Zwischenstücks 25 einen Anschlag, der gewünschtenfalls verstellbar ausgebildet werden kann, wobei zum Verstellen mechanische oder auch hydraulische Mittel verwendet werden können.

Das beschriebene Einspritzventil arbeitet wie folgt: Bei Vollast der Brennkraftmaschine wird die Zufuhr von Druckmittel über den Kanal 36 abgesperrt, so dass die Hülse 16 nur unter dem Druck der Druckfeder 28 steht. Der taktweise und unter hohem Druck über den Kanal 10 zugeführte Brennstoff gelangt über die Bohrungen 17 in den Ringraum 19, wo zunächst die Ventilnadel 12 gegen den Druck der Feder 14 angehoben wird. Damit hebt die Ventilsitzfläche 15 von der entsprechenden Sitzfläche in der Hülse 16 ab und der Brennstoff gelangt in den Raum vor den Düsenbohrungen 7. Da auf die Hülse 16 nur der Druck der Feder 28 wirkt, wird durch den Druck des Brennstoffs auch die Hülse 16 nach oben verschoben, so dass deren Steuerkante 22 alle Düsenbohrungen 7 freigibt und der Brennstoff über den vollen Querschnitt der Bohrungen 7 in den Brennraum 8 des Zylinders gelangt, ohne dabei von der Steuerkante 22 behindert zu werden (Fig. 2b). Danach gehen wegen des abfallenden Brennstoffdruckes die Hülse 16 und die Ventilnadel 12 wieder in die in Fig. 1 gezeichnete Ausgangsstellung zurück.

Soll die Brennkraftmaschine mit Teillast gefahren werden, so wird die Druckmittelzufuhr über den Kanal 36 eingeschaltet, so dass auf die Hülse 16 ausser dem Druck der Feder 28 auch der Druck des Druckmittels über das kolbenförmige Zwischenstück 25 wirkt und die Hülse 16 in ihrer unteren Stellung blockiert. Der über den Kanal 10 zugeführte Brennstoff gelangt wiederum in den Ringraum 11 und über die Bohrungen 17 in den Ringraum 19, wo er die Nadel 12 gegen den Druck der Feder 14 nach oben verschiebt, so dass er in den Raum vor den Düsenbohrungen 7 weiterströmen kann. Von diesem Raum aus gelangt dann der Brennstoff über jede zweite Bohrung 7 in den Brennraum 8 des Zylinders, wobei der Querschnitt aller Bohrungen 7 verkleinert ist, weil die Steuerkante 22 der Hülse 16 einen Teil des Eintrittsquerschnitts jeder zweiten Düsenbohrung 7 überdeckt, während die Querschnitte der restlichen Düsenbohrungen von der Hülse 16 ganz verschlossen bleiben (Fig. 2a).

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3a-c ist das untere, mit den Düsenbohrungen 7 zusammenwirkende Ende der Hülse 16 als Zackenkranz ausgebildet, der soviel Zacken 40 aufweist, wie Düsnbohrungen vorhanden sind. Jede Zacke 40 verjüngt sich von der Hülse 16 ausgehend nach unten und vom äusseren Hülsenumfang aus zum inneren Hülsenumfang hin, wo sie in eine spitzwinklige Schneide ausläuft. Die grösste Breite jeder Zacke 40 ist etwa gleich dem Durch636409

messer einer Düsenbohrung und die Höhe jeder Zacke etwas grösser als dieser Durchmesser. Bei Teillast nimmt die Hülse 16 die in Fig. 3a gezeigte Position ein, in der vor jeder Düsenbohrung 7 eine Zacke 40 steht, die einerseits einen Teil des Querschnitts der Bohrung 7 für den Brennstoff freigibt und andererseits den die Bohrung 7 passierenden Brennstoffstrahl zerfetzt, so dass im Brennraum 8 der Luftsauerstoff guten Zugang zu den Brennstoffteilchen hat. Somit findet auch bei Teillast eine vollständige Verbrennung statt. Bei Vollast hat die Hülse 16 die in Fig. 3b dargestellte Position inne, in der der Brennstoff ungehindert durch den Zackenkranz zu den Düsenbohrungen 7 strömt.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4a und 4b ist die Steuerkante 22 der Hülse 16 mit radialen Einschnitten 41 versehen, von denen jeweils einer einer Düsenbohrung 7 zugeordnet ist und die dreieckigen Querschnitt aufweisen. Auch hier wird bei Teillast nur ein Teil des Querschnitts jeder Düsenbohrung 7 freigegeben (Fig. 4a) und ausserdem der die Bohrung passierende Brennstoffstrahl durch die Einschnitte 41 in viele kleine Teilchen aufgelöst, was eine gute Verbrennung zur Folge hat. Bei Vollast dagegen kann der Brennstoff ungehindert den ganzen Querschnitt aller Düsenbohrungen durchströmen (Fig. 4b).

Das gleiche gilt auch für die Ausführungsform gemäss Fig. 5a (Teillast) und Fig. 5b (Vollast), bei der die Steuerkante 22 der Hülse 16 im Bereich jeder Düsenöffnung mit einem doppelten Einschnitt 42 in radialer Richtung versehen ist.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6a und 6b ist die Steuerkante 22 als umlaufende glatte Kante der Hülse 16 ausgebildet, und die Düsenbohrungen 7 sind in zwei übereinander angeordneten Reihen im Teil 3 angebracht. Bei Teillast wird der Querschnitt der Düsenbohrungen der oberen Reihe nur zum Teil freigegeben und gleichzeitig alle Düsenbohrungen der unteren Reihe (Fig. 6a). Bei Vollast sind ausser der unteren Reihe auch alle Düsenbohrungen der oberen Reihe mit ihrem vollen Querschnitt frei für das Durchströmen des Brennstoffes (Fig. 6b).

Wenn - wie schon erwähnt - die Anschlagfläche 35 verstellbar ist, lässt sich bei den Ausführungsformen gemäss Fig. 3a-6a erreichen, dass beim Einspritzen des Brennstoffes auch Zwischenstellungen der Steuerkante 22 eingenommen werden, so dass die Änderung des Querschnitts der Düsenbohrungen etwas weniger gross, als in den erwähnten Figuren gezeichnet, sein können.

Eine weitere Abwandlung der erfindungsgemässen Vorrichtung kann darin bestehen, dass die Ventilnadel als hohle Nadel ausgebildet ist und dass die Funktion der den Querschnitt der Düsenbohrungen verändernden Hülse von einer in der hohlen Ventilnadel gelagerten Stange übernommen wird, wie dies gemäss Fig. 4 und 5 des CH-Patentes 622 588 der Fall ist.

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

B

3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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1. Einspritzventil an Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit einem in den Brennraum des Zylinders ragenden Düsenkörper, der in seinem Innern eine mit einem Ventilsitz zusammenwirkende Ventilnadel und über seinen Umfang verteilt mehrere Düsenbohrungen aufweist, über die der Brennstoff taktweise unter Abheben der Ventilnadel von dem Ventilsitz in den Brennraum austritt, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil mit einer von der Ventilnadel getrennten, bei Teillast der Maschine einen Teil des Querschnitts mindestens eines Teils der Düsenbohrungen freigebenden und bei Vollast den ganzen Querschnitt aller Düsenbohrungen freigebenden Vorrichtung versehen ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung im Ventilkörper axial verschiebbar angeordnet ist und eine Steuerkante aufweist, die bei Teillast den Querschnitt mindestens eines Teils der Düsenbohrungen auf deren Eintrittsseite verändert.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkante eine Form aufweist, die ein Zerfetzen des Brennstoffstrahles bewirkt.