EP0972932A1 - Einspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0972932A1
EP0972932A1 EP99107868A EP99107868A EP0972932A1 EP 0972932 A1 EP0972932 A1 EP 0972932A1 EP 99107868 A EP99107868 A EP 99107868A EP 99107868 A EP99107868 A EP 99107868A EP 0972932 A1 EP0972932 A1 EP 0972932A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
valve
injection
needle
nozzle bores
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99107868A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Jürgen Schacht
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Motoren GmbH and Co KG
Original Assignee
MaK Motoren GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by MaK Motoren GmbH and Co KG filed Critical MaK Motoren GmbH and Co KG
Publication of EP0972932A1 publication Critical patent/EP0972932A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—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
    • 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
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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 for Internal combustion engines, with adjustable variable flow, being a valve body with in two on top of each other provided levels provided nozzle holes are controllable via assigned valve needles are.
  • EP 0 546 985 A1 describes a fuel injection valve for an internal combustion engine known for an optional operation with diesel oil or with a gaseous fuel is designed.
  • the injector has an injection nozzle with one above the other Nozzle holes in the valve body and in the actual nozzle.
  • An inner valve needle is in this body and an outer valve needle is on one guided sleeve surrounding the nozzle body. Both Valve needles close the nozzle bores via a conical seat from.
  • the object of the invention is to provide an injection valve for to create an internal combustion engine that depends control of the valve needle from the operating state for opening and closing nozzle bores in the injection nozzle guaranteed for variable flow.
  • nozzle holes in a stepped Blind hole of the injector are arranged and that an inner central one in an outer valve needle Valve needle is arranged, and that in the first arranged lower region of the blind bore Nozzle holes at full load from the inner Nozzle needle to be opened and the second upper Area of the blind bore arranged further Nozzle bores for partial load operation or for the Ignition beam in dual-fuel operation from the outside Nozzle needle must be opened via the injection pressure.
  • the outer valve needle forms with a first stage the blind bore a valve seat, the inner Valve needle with the second stage of the blind bore as well forms a valve seat.
  • the valve needles are hydraulically controlled, such that during an injection process the nozzle holes of the lower level are closed stay when the part load or with a Firing beam operation occurs.
  • the upper level nozzle holes are for a partial load operation and the nozzle bores of both Layers designed for full load operation.
  • the valve's injector Controllable via the inner valve needle in such a way that at small injection quantities a small one Flow cross-section of the upper bores and at a large flow cross-section all holes can be achieved.
  • the advantage of this nozzle arrangement is that the pressure level for opening in all operating states can be kept the same. Furthermore, the flows cooling fuel through the valve needle seat of the nozzle in all load conditions, which is why an extra nozzle line may not be required. The injector can quickly and above all safe, regardless of the injection pressures of one Operating state switched to another operating state become.
  • An embodiment of the invention is in the Drawing shown schematically, with a cross section through an injection valve with injection nozzle as well inner and outer valve needle is shown.
  • An injection valve 1 for an internal combustion engine comprises a valve body 2 in which an outer valve needle 3 with pressure stage 18 and an inner valve needle 4 are arranged without pressure stage.
  • the valve needle 3 will opened by the injection pressure.
  • the closing forces the valve needle 4 are electromagnetic or generated hydraulically. In this case it is hydraulic adjustment provided.
  • the inner nozzle needle 4 is centered in the outer Nozzle needle 3 is arranged and has a valve seat 12 in the lower stage II of the blind bore 7. about this valve seat 12, the nozzle bores 10 and 11 completed or opened in the lower level X-X.
  • the outer nozzle needle 3 has a valve seat 13 in the upper stage I of the blind bore 7. about this valve seat 13, the nozzle bores 8, 9 are closed or opened again.
  • the injection valve 1 By designing the injection valve 1 with the Nozzle 6 and the inner valve needle 4 it is possible the lower nozzle bores 10, 11 by hydraulic Press down to close the valve seat the inner valve pin 4 remains closed. in the If necessary, the valve needle 4 is opened so that also an injection through the nozzle bores 10, 11 he follows.
  • the injection nozzle 6 is via the inner valve needle 4th varies and can be part of the flow area cordon off.
  • the blind bore 7 with the stages I and II provided, with the bottom of the Blind bore 7, the nozzle bores 10, 11 for one Full load operation and in the upper range Nozzle holes 8, 9 are located for partial load operation.
  • the valve needle 4 sits with its sealing cone on the Stage II of the blind bore 7 and is by a controllable force during idling or during Part load operation or micropilot operation and kept tightly closed in dual-fuel mode.
  • valve needle 3 is in a known manner Spring assemblies 13 arranged biased.
  • the inner one Valve needle 4 is also for adjustment with a Control piston 15 provided, via a control line 16 is hydraulically adjustable in a piston chamber 17.
  • the assigned valve seat thus remains fixed locked when the full load is not needed becomes.

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Abstract

Das Einspritzventil umfaßt eine äußere Ventilnadel (3) und eine zentrale innere Ventilnadel (4), die jeweils einen Ventilsitz (12,13) in einer zweistufigen Sackbohrung (7) der Einspritzdüse aufweisen. Jede Ventilnadel (3,4) schließt über dem Ventilsitz (12,13) zugeordnete Düsenbohrungen (8,9,10,11) ab, die in übereinander angeordneten Ebenen (X-X,Y-Y) vorgesehen sind. Dabei ist jede Ventilnadel (3,4) separat steuerbar. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einstellbarem variablen Durchfluß, wobei ein Ventilkörper mit in zwei übereinander angeordneten Ebenen vorgesehene Düsenbohrungen vorgesehen sind, die über zugeordnete Ventilnadeln steuerbar sind.
Aus der EP 0 546 985 A1 ist ein Brennstoff-Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine bekannt, das für einen wahlweise Betrieb mit Dieselöl oder mit einem gasförmigen Brennstoff ausgelegt ist. Das Einspritzventil weist eine Einspritzdüse mit übereinander angeordneten Düsenbohrungen im Ventilkörper und in der eigentlichen Düse auf. Eine innere Ventilnadel ist in diesem Körper und eine äußere Ventilnadel ist auf einer den Düsenkörper umhüllenden Hülse geführt. Beide Ventilnadeln schließen über einen Kegelsitz die Düsenbohrungen ab.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, das in Abhängigkeit vom Betriebszustand eine Steuerung der Ventilnadel zum Öffnen und Schließen von Düsenbohrungen in der Einspritzdüse zum variablen Durchfluß gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Düsenbohrungen in einer stufenförmig abgesetzten Sackbohrung der Einspritzdüse angeordnet sind und daß in einer äußeren Ventilnadel eine innere zentrale Ventilnadel angeordnet ist, und daß die im ersten unteren Bereich der Sackbohrung angeordneten Düsenbohrungen bei Vollastbetrieb von der inneren Düsennadel geöffnet werden und die im zweiten oberen Bereich der Sackbohrung angeordneten weiteren Düsenbohrungen für den Teillastbetrieb bzw. für den Zündstrahl bei Dual-Fuel-Betrieb von der äußeren Düsennadel über den Einspritzdruck geöffent werden.
Die äußere Ventilnadel bildet mit einer ersten Stufe der Sackbohrung einen Ventilsitz, wobei die innere Ventilnadel mit der zweiten Stufe der Sackbohrung ebenfalls einen Ventilsitz bildet. Die Ventilnadeln werden hydraulisch angesteuert, derart, daß bei einem Einspritzvorgang die Düsenbohrungen der unteren Ebene verschlossen bleiben, wenn die Teillast oder mit einem Zündstrahl ein Betrieb erfolgt.
Durch die in zwei Ebenen angeordneten Düsenbohrungen in der Einspritzdüse und der beiden Ventilnadeln, wird es möglich, entsprechend dem Betriebszustand, mittels der Ventilnadeln die unteren Düsenbohrungen zu öffnen oder geschlossen zu halten. Im Teillastbetrieb und bei DualFuel-Betrieb werden über die innere Ventilnadel die Düsenbohrungen der unteren Ebene fest verschlossen gehalten, so daß ein Einspritzvorgang nur über die Düsenbohrungen der Ebene als Zündstrahl erfolgen kann. Die Betätigung der inneren Ventilnadel bzw. die Schließkräfte werden elektromagnetisch bzw. hydraulisch erzeugt.
Ansonsten sind die Düsenbohrungen der oberen Ebene für einen Teillastbetrieb und die Düsenbohrungen beider Ebenen für einen Vollastbetrieb ausgelegt. Im Bereich Leerlauf bis Vollast ist die Einspritzdüse des Ventils über die innere Ventilnadel derart ansteuerbar, daß bei kleinen Einspritzmengen ein kleiner Durchflußquerschnitt der oberen Bohrungen und bei voller Einspritzmenge ein großer Durchflußquerschnitt aller Bohrungen erzielbar ist.
Der Vorteil dieser Düsenanordnung besteht darin, daß die Druckstufe zum Öffnen in allen Betriebszuständen gleichgehalten werden kann. Desweiteren fließt der kühlende Kraftstoff über den Ventilnadelsitz der Düse und zwar bei allen Lastzuständen, weshalb eine Extradüsenleitung möglicherweise nicht erforderlich ist. Durch die Einspritzdüse kann schnell und vor allem sicher, unabhängig von den Einspritzdrücken von einem Betriebszustand in einen anderen Betriebszustand umgeschaltet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, wobei ein Querschnitt durch ein Einspritzventil mit Einspritzdüse sowie innerer und äußerer Ventilnadel dargestellt ist.
Ein Einspritzventil 1 für eine Brennkraftmaschine umfaßt einen Ventilkörper 2, in dem eine äußere Ventilnadel 3 mit Druckstufe 18 und eine innere Ventilnadel 4 ohne Druckstufe angeordnet sind. Die Ventilnadel 3 wird durch den Einspritzdruck geöffnet. Die Schließkräfte der Ventilnadel 4 werden elektromagnetisch bzw. hydraulisch erzeugt. In diesem Fall ist eine hydraulische Einstellung vorgesehen.
Die innere Düsennadel 4 ist zentrisch in der äußeren Düsennadel 3 angeordnet und weist einen Ventilsitz 12 in der unteren Stufe II der Sackbohrung 7 auf. Über diesen Ventilsitz 12 werden die Düsenbohrungen 10 und 11 in der unteren Ebene X-X abgeschlossen bzw. geöffnet. Die äußere Düsennadel 3 weist einen Ventilsitz 13 in der oberen Stufe I der Sackbohrung 7 auf. Über diesen Ventilsitz 13 werden die Düsenbohrungen 8, 9 abgeschlossen bzw. wieder geöffnet.
Durch die Ausbildung des Einspritzventils 1 mit der Düse 6 und der inneren Ventilnadel 4 ist es möglich, die unteren Düsenbohrungen 10, 11 durch hydraulisches Niederpressen zu verschließen, so daß der Ventilsitz der inneren Ventilmadel 4 geschlossen bleibt. Im Bedarfsfall wird die Ventilnadel 4 geöffnet, so daß auch eine Einspritzung durch die Düsenbohrungen 10, 11 erfolgt.
Es wird hierdurch eine Einspritzdüse 6 mit variablem Durchflußquerschnitt geschaffen, die sowohl bei Dieselbetrieb im Bereich Leerlauf bis Vollast als auch bei Dual-Fluel-Betrieb zur Zuführung eines Zündstrahls arbeitet. Diese Einspritzdüse 6 kann somit bei kleineren Einspritzmengen einen kleineren Durchflußquerschnitt und bei vollen Einspritzmengen einen großen Durchflußquerschnitt aufweisen.
Die Einspritzdüse 6 wird über die innere Ventilnadel 4 variiert und kann einen Teil des Durchflußquerschnitts absperren.
Zu diesem Zweck ist die Sackbohrung 7 mit den Stufen I und II versehen, wobei sich im unteren Bereich der Sackbohrung 7 die Düsenbohrungen 10, 11 für einen Vollastbetrieb und im oberen Bereich sich die Düsenbohrungen 8, 9 für den Teillastbetrieb befinden. Die Ventilnadel 4 sitzt mit ihrem Dichtkegel auf der Stufe II der Sackbohrung 7 auf und wird durch eine steuerbare Kraft während des Leerlaufs bzw. während des Teillastbetriebs oder des Micropilot-Betriebs betrieben und im Dual-Fuel-Betrieb fest verschlossen gehalten.
Die Ventilnadel 3 ist in bekannter Weise durch Federanordnungen 13 vorgespannt angeordnet. Die innere Ventilnadel 4 ist zur Einstellung zusätzlich mit einem Steuerkolben 15 versehen, der über eine Steuerleitung 16 in einen Kolbenraum 17 hydraulisch einstellbar ist. Somit bleibt der zugeordnete Ventilsitz fest verschlossen, wenn die Vollastmenge nicht gebraucht wird.

Claims (7)

  1. Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einstellbarem variablen Durchfluß, wobei ein Ventilkörper mit in zwei übereinander angeordneten Ebenen vorgesehene Düsenbohrungen vorgesehen sind, die über zugeordnete Ventilnadeln steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenbohrungen (8 bis 11) in einer stufenförmig abgesetzten Sackbohrung (7) der Einspritzdüse (6) angeordnet sind und daß in einer äußeren Ventilnadel (3) eine innere zentrale Ventilnadel (4) angeordnet ist, und daß die im ersten unteren Bereich (Y-Y) der Sackbohrung (7) angeordneten Düsenbohrungen (10, 11) bei Vollastbetrieb von der inneren Düsennadel (4) geöffnet werden und die im zweiten oberen Bereich (X-X) der Sackbohrung (7) angeordneten weiteren Düsenbohrungen (8, 9) für den Teillastbetrieb bzw. für den Zündstrahl bei Dual-Fuel-Betrieb von der äußeren Düsennadel (3) über den Einspritzdruck geöffent werden.
  2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Ventilnadel (3) mit einer ersten Stufe (I) und die innere Ventilnadel (4) mit einer zweiten Stufe (II) der Sackbohrung (7) jeweils einen Ventilsitz (13, 12) bildet.
  3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Ventilnadel (4) hydraulisch bzw. elektromagnetisch ansteuerbar ist, daß beim Einspritzvorgang die Düsenbohrungen (10, 11) der unteren Ebene (Y-Y) verschließbar sind.
  4. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Ventilnadel (4) derart ansteuerbar ist, daß ein Teil des Durchflußquerschnitts absperrbar ist.
  5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich Leerlauf bis Vollast die Einspritzdüse (6) des Ventils (1) über die innere und äußere Ventilnadel (4, 3) derart ansteuerbar ist, daß bei kleinen Einspritzmengen ein kleiner Durchflußquerschnitt und bei vollen Einspritzmengen der volle Durchflußquerschnitt aller Düsenbohrungen (8 - 11) einstellbar ist.
  6. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenbohrungen (8, 9) der oberen Ebene (X-X) für einen Teillastbetrieb und alle Düsenbohrungen (8 - 11) beider Ebenen für einen Vollastbetrieb ausgelegt sind.
  7. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenbohrungen (10, 11) im Teillastbetrieb und im Dual-Fluel-Betrieb über die innere Ventilnadel (4) mittels einer gesteuerten Schließkraft verschlossen sind.
EP99107868A 1998-07-16 1999-04-21 Einspritzventil für Brennkraftmaschinen Withdrawn EP0972932A1 (de)

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