DE4235948C2

DE4235948C2 - Fuel injection nozzle for internal combustion engines

Info

Publication number: DE4235948C2
Application number: DE19924235948
Authority: DE
Inventors: Hermann Braun
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1995-08-31
Anticipated expiration: 2012-10-24
Also published as: JPH07506412A; WO1994010440A1; DE4235948A1; EP0618999A1

Description

Es ist bekannt, bei einer Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine die Einspritzquerschnitte der Spritzlöcher stufenlos zu variieren, um bei jeder Last unabhängig vom Kraftstoffdruck vor den Spritzlöchern eine gleichbleibend gute Strahlausbildung zu erreichen. Bei einer von einer Nockenwelle angetriebenen Einspritzpumpe ändert sich bekanntlich die pro Zeiteinheit geförderte Kraftstoffmenge und damit der Kraftstoffdruck mit der Drehzahl.It is known that in a fuel injector for an internal combustion engine Injection cross-sections of the spray holes can be varied continuously, regardless of the load Fuel pressure in front of the spray holes to achieve a consistently good spray pattern. As is known, the pro changes in an injection pump driven by a camshaft Unit of time delivered fuel quantity and thus the fuel pressure with the speed.

Die Einspritzdüse nach der DE 40 17 391 A1, Fig. 6 besitzt eine hohle Düsennadel, in der eine gegenüber dieser koaxial bewegliche Steuernadel angeordnet ist. Die hohle Düsennadel dient als Abdichtnadel, die der Steuernadel in Kraftstoffströmungsrichtung vorgeschaltet ist. Die Steuernadel weist an ihrem brennraumseitigen Ende eine kegelige Dichtfläche mit einer Keilverzahnung auf. Unter dem Druck des Kraftstoffs öffnet die Steuernadel, wobei die Spritzquerschnitte je nach Hub unterschiedlich groß sind. Die Spritzquerschnitte werden von den die Keilverzahnung bildenden Flächen an Steuernadel und Düsenkörper dargestellt. Die Hubbewegung der Steuernadel kann durch ein verstellbares Keilstück stufenlos eingestellt werden.The injection nozzle according to DE 40 17 391 A1, Fig. 6 has a hollow nozzle needle in which one is arranged opposite this coaxially movable control needle. The hollow nozzle needle serves as Sealing needle, which is connected upstream of the control needle in the direction of fuel flow. The Control needle has a conical sealing surface with a at its combustion chamber end Spline on. Under the pressure of the fuel, the control needle opens, the Spray cross-sections are different depending on the stroke. The injection cross sections are from the the splines forming surfaces on the control needle and nozzle body are shown. The The stroke movement of the control needle can be adjusted continuously using an adjustable wedge piece become.

Aus der CH-PS 622 588, Fig. 4 und 5, geht eine Einspritzdüse als bekannt hervor, bei der zum Verstellen des Einspritzquerschnitts und zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel zwei voneinander unabhängige Verstellmechanismen vorhanden sind. Das Stellorgan zur Verstellung des Einspritzquerschnitts ist als Stange ausgebildet, die in einer hohlen Düsennadel angeordnet ist. Bei Teillast wird die Stange gegen eine Feder durch den Kraftstoffdruck angehoben und überdeckt mit einem Flansch die Düsenbohrungen zu einem Teil, wodurch der Einspritzquerschnitt verkleinert wird. Bei Vollast wird die Stange durch eine verstellbare Schraube in einer Stellung gehalten, in der der volle Querschnitt der Düsenbohrungen zur Verfügung steht.From CH-PS 622 588, Fig. 4 and 5, an injection nozzle emerges as known, in which to Adjusting the injection cross-section and controlling the stroke movement of the nozzle needle two independent adjustment mechanisms are available. The actuator for adjustment of the injection cross section is designed as a rod, which is arranged in a hollow nozzle needle is. At part load, the rod is raised against a spring by the fuel pressure and partially covers the nozzle bores with a flange, whereby the Injection cross section is reduced. At full load, the bar becomes adjustable Screw held in a position in which the full cross section of the nozzle holes Available.

Bei einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der DE 40 34 203 A1 werden die Spritzlöcher gemeinsam von Flächen an der Düsennadel und einem Außenkörper begrenzt. Hierzu sind an der Düsennadel Stege ausgebildet, die in Nuten am Außenkörper angreifen. Wird die Düsennadel vom Kraftstoffdruck beaufschlagt, werden durch die Hubbewegung der Düsennadel zugleich die Spritzlöcher geöffnet. Die Öffnungsquerschnitte hängen ab von der Größe des maximalen Hubs, der einstellbar ist. Als nachteilig an dieser Kraftstoffeinspritzdüse wird empfunden, daß bedingt durch sich während eines Einspritzvorgangs aufgrund des Druckverlaufs ändernde Öffnungsquerschnitte der Spritzlöcher zumindest phasenweise ein nicht stabiles und wegen Reibungseinflüssen auch nicht reproduzierbares Bewegungsverhalten der Düsennadel resultiert, was sich auf die Strahlausbildung ungünstig auswirkt.In a fuel injection nozzle according to DE 40 34 203 A1, the spray holes are common bounded by areas on the nozzle needle and an outer body. For this purpose, the Nozzle needle bars are formed which engage in grooves on the outer body. Will the nozzle needle acted upon by the fuel pressure, the stroke of the nozzle needle at the same time Spray holes opened. The opening cross-sections depend on the size of the maximum stroke, which is adjustable. A disadvantage of this fuel injector is felt to be conditional due to changing during an injection process due to the pressure curve Opening cross-sections of the spray holes are at least sometimes unstable and because of Effects of friction also result in non-reproducible movement behavior of the nozzle needle, which has an unfavorable effect on the beam formation.

Bei einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der DE 36 23 364 A1 werden je nach Drehlage eines Schiebers eine größere oder kleinere Anzahl von Spritzlöchern an einem Düsenkörper freigegeben. Die axialverschiebliche Düsennadel dient allein dazu, den Kraftstoffluß zu den Spitzlöchern freizugeben. Die Drehlage des Sperrschiebers ist unabhängig vom Hub der Düsennadel einstellbar. An dieser Einrichtung ist nachteilig, daß die Einspritzquerschnitte nicht stufenlos variierbar sind. Darüber hinaus ist die Verteilung der aus dem Düsenkörper austretenden Kraftstoffstrahlen über dem Umfang ungleichmäßig.In a fuel injector according to DE 36 23 364 A1, depending on the rotational position Slider a larger or smaller number of spray holes on a nozzle body Approved. The axially displaceable nozzle needle serves only to flow the fuel to the To release pointed holes. The rotary position of the gate valve is independent of the stroke of the Nozzle needle adjustable. A disadvantage of this device is that the injection cross sections are not are infinitely variable. In addition, the distribution is from the nozzle body escaping fuel jets unevenly over the circumference.

In der DE 30 02 129 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einer axial verschiebbaren, zwischen einem Düsenkörper und der Düsennadel angeordneten Hülse zur Änderung der Einspritzquerschnitte dargestellt. Bei Teillast liegt die Hülse zum Teil vor den Öffnungen der Bohrungen im Düsenkörper. Wegen der unsymmetrischen einseitigen Abdeckung der Öffnungen kommt es zu einer plötzlichen einseitigen Erweiterung des Strömungsquerschnitts mit entsprechend ungünstigen Auswirkungen auf die Strahlausbildung.DE 30 02 129 A1 describes a fuel injection nozzle with an axially displaceable, between a nozzle body and the nozzle needle arranged sleeve for changing the Injection cross sections shown. At partial load, the sleeve is partially in front of the openings of the Holes in the nozzle body. Because of the asymmetrical covering of the openings on one side there is a sudden one-sided expansion of the flow cross-section correspondingly unfavorable effects on the beam formation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Bauweise einer Einspritzdüse mit stufenlos variierbaren Einspritzquerschnitten aufzuzeigen. The invention has for its object to provide an alternative construction of an injection nozzle to show continuously variable injection cross sections.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Für eine gute Strahlausbildung ist es günstig, wenn die Spritzlöcher zu Beginn der Einspritzung geöffnet sind und in dieser Stellung unveränderbar während des gesamten Einspritzvorgangs beibehalten werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß Querschnittsveränderungen der Spritzlöcher und die Bewegung der Düsennadel durch separate Verstellmechanismen erfolgen. Die als Hohlnadel ausgebildete Düsennadel dient alleine dazu, den Kraftstoffluß zu den Spritzlöchern freizugeben. In der Düsennadel ist ein drehbares Stellorgan angeordnet. Am Stellorgan sind Teilflächen vorgesehen, die in Anlage an weiteren Teilflächen am Düsenkörper gehalten werden. Die Einspritzquerschnitte werden von stufenförmigen Übergängen der in Umfangsrichtung geneigten Teilflächen gebildet. Die Öffnungsquerschnitte der Spritzlöcher können in den Einspritzpausen durch Verdrehen des Stellorgans den Betriebsbedingungen angepaßt und in der eingestellten Lage offengehalten werden, so daß auch schon zu Beginn der Einspritzung der geeignete Einspritzquerschnitt in voller Öffnung zur Verfügung steht und die Strahlausbildung störungsfrei, d. h. frei von instabilen Zuständen, wie sie etwa von Änderungen der Einspritzquerschnitte herrühren können, in kürzester Zeit erfolgen kann. Nach Anspruch 2 werden die Teilflächen durch eine vorgespannte Feder in Anlage aneinander gehalten. Nach Anspruch 3 wird ein mit dem Stellorgan verbundener Kolben mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagt, um die Teilflächen aneinander zu halten.This object is achieved by the features listed in claim 1. For a good It is favorable for the jet to form when the spray holes are open at the start of the injection and remain unchanged in this position throughout the injection process can be. This is achieved in that cross-sectional changes in the spray holes and the movement of the nozzle needle is carried out by separate adjustment mechanisms. The one as a hollow needle trained nozzle needle only serves to release the flow of fuel to the spray holes. A rotatable actuator is arranged in the nozzle needle. There are sections on the actuator provided, which are held in contact with other subareas on the nozzle body. The Injection cross sections are from step-shaped transitions of the inclined in the circumferential direction Partial areas formed. The opening cross sections of the spray holes can be in the injection breaks adjusted by turning the actuator to the operating conditions and in the set The position should be kept open, so that the suitable one is available even at the beginning of the injection Injection cross section in full opening is available and the jet formation trouble-free, d. H. free of unstable conditions such as changes in the Injection cross sections can result, can be done in the shortest possible time. According to claim 2 the sub-areas are held against one another by a prestressed spring. To Claim 3 is a piston connected to the actuator with the fuel pressure acted upon to hold the partial areas together.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is in the following described in more detail. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Einspritzdüse; Fig. 1 shows a longitudinal section through the injection nozzle;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Düsenkörpers im Bereich der Spritzlöcher in Richtung der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinien II-II gesehen; FIG. 2 is a cross-sectional view of the nozzle body in the area of the spray holes in the direction of the section lines II-II shown in FIG. 1;

Fig. 3 eine Abwicklung des Außenumfangs des Düsenkörpers im Bereich der Spritzlöcher. Fig. 3 is a development of the outer circumference of the nozzle body in the area of the spray holes.

Die in Fig. 1 in einem Längsschnitt dargestellte Einspritzdüse 1 umfaßt ein Stellorgan 2 und einen Düsenkörper 3. Das Stellorgan 2 ist als Welle ausgebildet und, wie durch einen Pfeil angedeutet, verdrehbar gelagert. Stellorgan 2 und Düsennadel 5 sind im Düsenkörper 3 aufgenommen. Der Düsenkörper 3 enthält die Kanäle 7 zur Zuführung des Kraftstoffs zu den Spritzlöchern 4. Das Stellorgan 2 und der Düsenkörper 3 liegen im Bereich der Spritzlöcher 4 an Teilflächen 11 und 12 aneinander an, die in Umfangsrichtung geneigt sind und durch Stufen ineinander übergehen. Die Spritzlöcher 4 werden von den Stufen gebildet und liegen in gleicher Höhe gleichmäßig auf einem Umfang verteilt angeordnet, wie in der Querschnittsansicht in Fig. 2 dargestellt. Den sägezahnförmigen Verlauf der Anlageflächen zeigt die Abwicklung des Außenumfangs des Düsenkörpers nach Fig. 3. Zur Änderung der Einspritzquerschnitte wird das Stellorgan 2 mittels einer geeigneten Einrichtung, die jedoch nicht dargestellt ist, gegen den Düsenkörper 3 verdreht. Das Stellorgan 2 wird in den Einspritzpausen durch eine Feder 8 in Anlage an den Teilflächen am Bauteil 3 gehalten. Damit das Stellorgan 2 auch während der Einspritzung - im Bereich der Spritzlöcher wirkt am Stellorgan 2 der Kraftstoffdruck - in Anlage am Düsenkörper 3 gehalten wird, ist das Stellorgan 2 zur Kompensation der aus der Beaufschlagung mit dem Kraftstoffdruck herrührenden Axialkräfte mit einem Kolben 9 versehen, der in umgekehrter Richtung mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagt ist. Die Zufuhr von Kraftstoff zum Kolben 9 erfolgt mit dem Kanal 10. Der Kolben 9 ist mit Stellorgan 2 verschraubt oder in anderer Weise daran befestigt. Der Kolben 9 kann auch einstückig mit dem Stellorgan 2 ausgebildet sein. Bei einstückiger Ausbildung des Stellorgans 2 mit dem Kolben 9 ist der Spritzlochträger aus Einbaugründen als separates Teil auszubilden, das am Stellorgan 2 zu befestigen ist.The injection nozzle 1 shown in FIG. 1 in a longitudinal section comprises an actuator 2 and a nozzle body 3 . The actuator 2 is designed as a shaft and, as indicated by an arrow, rotatably mounted. Actuator 2 and nozzle needle 5 are accommodated in the nozzle body 3 . The nozzle body 3 contains the channels 7 for supplying the fuel to the spray holes 4 . The actuator 2 and the nozzle body 3 lie in the area of the spray holes 4 on partial surfaces 11 and 12 which are inclined in the circumferential direction and merge into one another by steps. The spray holes 4 are formed by the steps and are evenly distributed over the circumference at the same height, as shown in the cross-sectional view in FIG. 2. The development of the outer circumference of the nozzle body according to FIG. 3 shows the sawtooth-shaped course of the contact surfaces . To change the injection cross sections, the actuator 2 is rotated against the nozzle body 3 by means of a suitable device, which is not shown, however. The actuator 2 is held in the injection pauses by a spring 8 in contact with the partial surfaces on the component 3 . So that the control element 2 is held in contact with the nozzle body 3 even during the injection - in the area of the spray holes, the fuel pressure acts on the control element 2 , the control element 2 is provided with a piston 9 to compensate for the axial forces resulting from the application of the fuel pressure in the opposite direction with the fuel pressure. The fuel is supplied to the piston 9 via the channel 10 . The piston 9 is screwed to the actuator 2 or attached to it in some other way. The piston 9 can also be formed in one piece with the actuator 2 . In the case of integral design of the actuator 2 with the piston 9 , the spray hole carrier is to be formed as a separate part for reasons of installation, which is to be fastened to the actuator 2 .

Bei der Einspritzung hebt der Kraftstoffdruck die am Stellorgan 2 geführte hülsenförmige Düsennadel 5 gegen die Kraft der Feder 6 von ihrem Sitz ab, so daß der Kraftstoff vor die Spritzlöcher 4 gelangt. Der Kraftstoff wird beispielsweise von einer als Hubkolbenpumpe ausgebildeten, nicht näher dargestellten Einspritzpumpe gefördert. Da die Düsennadel und der Düsenkörper 3 materiell und funktionell separate Bauteile darstellen, ist die Hubbewegung der Düsennadel auf die Öffnung der Spritzlöcher und damit auf die Strahlausbildung ohne Einfluß. Die Einspritzquerschnitte werden allein durch Verdrehung des Stellorgans 2 gegen den Düsenkörper 3 gesteuert. Auf diese Weise können stufenlos beliebige Öffnungsquerschnitte in Abhängigkeit von der Drehzahl, dem Kraftstoffdruck oder anderen Parametern voreingestellt werden. Die voreingestellten Einspritzquerschnitte stehen während des gesamten Einspritzvorgangs, also auch insbesondere zu Beginn und am Ende der Einspritzung, zur Verfügung, so daß die Strahlausbildung in kürzester Zeit stabil und störungsfrei in optimaler Weise erfolgen kann. Wenn die Düsennadel 5 durch die Wirkung der Feder 6 bei nachlassendem Kraftstoffdruck auf ihren Sitz am Bauteil 3 zurückgeführt wird, wird der Kraftstoffzufluß zu den Spritzlöchern unterbrochen und damit der Einspritzvorgang beendet. Die in den Figuren dargestellte Kraftstoffeinspritzdüse mit zur Variation der Einspritzquerschnitte in der Drehlage zueinander verstellbarem Stellorgan 2 ist fertigungstechnisch günstig. Die ebenen Paßflächen, an denen Stellorgan 2 und Düsenkörper 3 aneinander anliegen, sind gut zugänglich und können somit ohne Schwierigkeiten in der erforderlichen Weise bearbeitet werden.During the injection, the fuel pressure lifts the sleeve-shaped nozzle needle 5 guided on the actuator 2 against its force against the force of the spring 6 , so that the fuel reaches the spray holes 4 . The fuel is delivered, for example, by an injection pump, which is designed as a reciprocating piston pump and is not shown in detail. Since the nozzle needle and the nozzle body 3 represent material and functional separate components, the stroke movement of the nozzle needle has no influence on the opening of the spray holes and thus on the jet formation. The injection cross sections are controlled solely by rotating the actuator 2 against the nozzle body 3 . In this way, any opening cross-section can be preset depending on the speed, fuel pressure or other parameters. The preset injection cross-sections are available during the entire injection process, in particular also at the beginning and at the end of the injection, so that the jet formation can be carried out in a stable and trouble-free manner in an optimal manner in the shortest possible time. When the nozzle needle 5 is returned to its seat on the component 3 by the action of the spring 6 with decreasing fuel pressure, the fuel flow to the spray holes is interrupted and the injection process is thus ended. The fuel injector shown in the figures, with the actuator 2 adjustable in relation to one another for varying the injection cross sections, is favorable in terms of production technology. The flat mating surfaces on which the actuator 2 and nozzle body 3 abut one another are easily accessible and can therefore be processed in the required manner without difficulty.

Claims

1.Fuel injection nozzle for an internal combustion engine, with a sleeve-shaped nozzle needle guided axially in a nozzle body and closing in the direction of the fuel flow, which is supported on a sealing surface in the nozzle body when the valve is closed, with spray holes for injecting fuel into a combustion chamber, the cross sections of which are through a Relative displacement of two partial surfaces can be controlled depending on the load, the cross-sectional change of the spray holes and the movement of the nozzle needle being effected by separate adjustment mechanisms, characterized in that an essentially rotatable actuator ( 2 ) is arranged in the bore of the nozzle needle ( 5 ), that at the end on the combustion chamber side of the actuator ( 2 ) radially aligned, in the circumferential direction inclined first partial surfaces ( 12 ) are provided, which merge into one another by steps that second partial surfaces ( 11 ) of the same type are arranged on the combustion chamber end of the nozzle body ( 3 ) are, which rest on the first partial surfaces ( 12 ) and limit the injection cross-sections in the region of the step-shaped transitions, and that the actuator ( 2 ) is rotated to adjust the injection cross-sections.

2. Fuel injection nozzle according to claim 1, characterized in that the first partial surfaces ( 12 ) are held on the second partial surfaces ( 11 ) by means of a prestressed spring ( 8 ) which engages the actuator ( 2 ).

3. Fuel injection nozzle according to claim 1 or 2, characterized in that the contact of the first and second partial surfaces ( 12 , 11 ) is carried out by the fuel pressure which acts on a piston ( 9 ) connected to the actuator ( 2 ).