DE4304068A1

DE4304068A1 - Injection valve

Info

Publication number: DE4304068A1
Application number: DE19934304068
Authority: DE
Inventors: Peter Swoboda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-11
Filing date: 1993-02-11
Publication date: 1994-08-18

Abstract

Injection valve, indirectly actuated for continuous and intermittent combustion, comprising a swirl nozzle, which is provided with an indirectly actuated valve (6), the space situated between the valve (6) and the nozzle aperture (4) having a volume smaller than 500mm<3>, thereby permitting a control ratio of more than 1:10. <IMAGE>

Description

State of the art

Die Einspritzung von Kraftstoffen wird bei intermit tierender Verbrennung, z. B. bei Diesel- oder Otto- Motoren, mit geraden Düsen durchgeführt, welche üblicher weise als Zapfen- oder Nadeldüsen ausgeführt sind. Während des Einspritzvorgangs gibt die Absperrvorrich tung die Düsenöffnung für kurze Zeit frei. Durch die Öffnungszeit und die Einspritzfrequenz kann das einge spritzte Kraftstoffvolumen sehr gut geregelt werden.The fuel injection is done at intermit animal combustion, e.g. B. with diesel or petrol Motors, carried out with straight nozzles, which are more common are designed as pin or needle nozzles. The shut-off device releases during the injection process free the nozzle opening for a short time. Through the Opening time and the injection frequency can do that sprayed fuel volume can be regulated very well.

Um mit einer geraden Düse eine Zerstäubung des Kraftstoff s zu erzielen, wird ein sehr hoher Druck benötigt. Neue Ein spritzanlagen arbeiten mit bis zu 1500 bar.To atomize the fuel with a straight nozzle to achieve a very high pressure is required. New one spraying systems work with up to 1500 bar.

Die Kraftstoffeinspritzung bei kontinuierlicher Verbren nung, z. B. bei Ölbrennern oder Gasturbinen, erfolgt mit Dralldüsen. Diese Düsenart zeichnet sich dadurch aus, daß der gesamte zu zerstäubende Kraftstoff durch Tangential schlitze in einer Drallkammer in einen schnellen Wirbel versetzt wird, welcher sich durch die Düsenbohrung hin durch fortsetzt. Stromab der Düsenbohrung bildet sich ein Kraftstoffkegel aus, welcher infolge der Zentrifugalkraft in feine Tröpfchen zerstäubt wird. Eine derartige Düse kann schon bei einem Druck von 10 bar eine gute Zerstäubung bewirken. Der Nachteil liegt bei der Dralldüse darin, daß die Regelfähigkeit sehr schlecht ist.The fuel injection with continuous combustion tion, e.g. B. in oil burners or gas turbines, takes place with Swirl nozzles. This type of nozzle is characterized in that all the fuel to be atomized by tangential slit into a swirl in a swirl chamber is displaced, which extends through the nozzle bore through continues. Forms downstream of the nozzle bore Fuel cone, which is due to the centrifugal force is atomized into fine droplets. Such a nozzle can atomize well at a pressure of 10 bar cause. The disadvantage of the swirl nozzle is that that the control ability is very poor.

Es gab zwar bei Zapfen- oder Nadeldüsen verschiedentlich Versuche, eine gewisse Drallwirkung zu erzielen, jedoch ist es konstruktiv nie gelungen, die gesamte Kraftstoff menge in ausreichenden Drall zu versetzen, damit schon bei relativ niedrigem Druck eine feine Zerstäubung zu stande kommt.There were various types of cone or needle nozzles Try to get some twist, however constructively it has never succeeded in using all of the fuel to put enough in a swirl, so yes fine atomization at relatively low pressure came.

Außerdem stört ein Zapfen oder eine Düsennadel die Drall erzeugung, wenn sich solche Teile während des Einspritz vorganges in der Strömung befinden.In addition, a spigot or a nozzle needle disturbs the swirl generation when such parts are injected process in the flow.

Underlying task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der Dralldüse und der Nadeldüse zu kombinieren, um die Verwendung sowohl bei kontinuierlicher als auch bei intermittierender Verbrennung zu ermöglichen.The invention has for its object the advantages the swirl nozzle and the needle nozzle to combine the Use with both continuous and to allow intermittent combustion.

Advantages of the invention

Das Einspritzventil als Lösung dieser Aufgabe, mit den kennzeichnendenden Merkmalen des Hauptanspruchs, hat ge genüber den bekannten Einrichtungen dieser Art den Vor teil, daß beim Einsatz in Diesel- und Otto-Motoren bei niedrigem Druck eine feinere Zerstäubung erzielt wird, als mit den bekannten Einrichtungen dieser Art. Ebenso ergibt sich bei kontinuierlicher Verbrennung der Vorteil einer Regelfähigkeit größer als 1 : 10.The injection valve as a solution to this problem, with the characteristic features of the main claim, has ge compared to the known devices of this type part that when used in diesel and petrol engines low pressure a finer atomization is achieved than with the known devices of this type. Likewise the advantage results from continuous combustion a control ability greater than 1:10.

drawing

Drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Three embodiments of the subject of the invention are shown in the drawing and are shown below described in more detail.

Die Fig. 1 zeigt den Düsenkörper 1, den Drallkegel 2 mit den Drallschlitzen 3 und der Düsenbohrung 4. Der Drall kegel 2 ist mit dem O-Ring 10 gegen den Düsenkörper 1 abgedichtet. Wird über den Zulauf 9 ein Druckstoß von einer hier nicht gezeigten Einrichtung zur Düse geleitet, gelangt über die Zulaufbohrungen 14 Kraftstoff in den Ringraum 16, dabei wird der Ventilkolben gegen die Ventil feder 7 aufgedrückt. Der mit dem Ventilkolben 13 verbun dene Ventilkegel 6 wird angehoben, wobei Kraftstoff über die Verteilungsbohrungen 12 in die Drallschlitze 3 gelangt. Das Einspritzventil wird also indirekt von einer in gewis ser Entfernung angeordneten, mit einer Kraftstoffleitung verbundenen Einrichtung mit Druckimpulsen getaktet. Diese die Druckimpulse erzeugende Einrichtung kann beliebig aus gebildet sein. Fig. 1 shows the nozzle body 1, the swirl cone 2 with the swirl slots 3 and the nozzle bore 4. The swirl cone 2 is sealed with the O-ring 10 against the nozzle body 1 . If a pressure surge is passed via the inlet 9 from a device (not shown here) to the nozzle, fuel passes through the inlet bores 14 into the annular space 16 , the valve piston being pressed against the valve spring 7 . The verbun with the valve piston 13 valve cone 6 is raised, fuel reaching the swirl slots 3 via the distribution bores 12 . The injection valve is thus indirectly clocked by a device arranged at a certain distance and connected to a fuel line with pressure pulses. This device generating the pressure pulses can be formed as desired.

Der von den Drallschlitzen 3 geführte Kraftstoff gelangt in die Drallkammer 5, in welcher ein Flüssigkeitswirbel erzeugt wird, welcher dann aus der Düsenbohrung austritt und durch die Zentrifugalkraft zerstäubt wird. Beim Ab heben des Ventilkegels 6 wird an der der Ventilfeder 7 zugewandte Teil des Kolbens 13 den dort befindlichen Kraft stoff in den Rücklauf 1 verdrängen.The fuel guided by the swirl slots 3 enters the swirl chamber 5 , in which a swirl of liquid is generated, which then emerges from the nozzle bore and is atomized by the centrifugal force. When lifting off the valve cone 6 , the part of the piston 13 facing the valve spring 7 will displace the fuel located there in the return 1 .

Es hat sich bewährt, den Ventilkolben 13 mit genügend Spiel auszuführen und eine gewisse Leckmenge an Kraftstoff in den Rücklauf zu leiten.It has proven useful to run the valve piston 13 with sufficient play and to guide a certain amount of leakage of fuel into the return.

Ein mittels Dichtungen absolut leckfreier Kolben würde zwar keinen Rücklauf benötigen, aber die durch Dichtungen verursachte Reibung würde bei großer Einspritzfrequenz das Ventil zu träge reagieren lassen; außerdem könnte Verschleiß an den Kolbendichtungen entstehen.A piston that was absolutely leak-free by means of seals would do not need a return line, but they need seals friction caused at high injection frequency make the valve react too slowly; besides, could Wear on the piston seals.

Ist der Druckstoß beendet bzw. die vom Druckstoß beförder te Flüssigkeitsmenge aus der Düsenbohrung 4 ausgetreten, wird die Ventilfeder 7 den Ventilkolben 13 und damit den Ventilkegel 6 auf seinen Sitz drücken, damit ist der Einspritzvorgang beendet. If the pressure surge has ended or the quantity of liquid conveyed by the pressure surge has emerged from the nozzle bore 4 , the valve spring 7 will press the valve piston 13 and thus the valve cone 6 onto its seat, so that the injection process is ended.

Dieselöl bzw. Heizöl ist etwa doppelt so kompressibel wie Wasser. Hinzu kommt, daß diese Kraftstoffe meistens grö ßere Mengen an Luft absorbiert haben, welche die Kompressi bilität weiter erhöhen. Wenn man davon ausgeht, daß bei einer kontinuierlichen Verbrennung eine Einspritzfrequenz von mindestens 10 Hz erforderlich ist, muß die zwischen Ventilsitz und Düsenbohrung befindliche Kraftstoffmenge kleiner als 500 mm³ sein. Nur dann ist gewährleistet, daß nach dem Schließen des Ventils kein Kraftstoff aus der Düsenbohrung austritt und ein sauberes Abschneiden der Flüssigkeit zustande kommt.Diesel oil or heating oil is about twice as compressible as water. In addition, these fuels have mostly absorbed larger amounts of air, which further increase the compressibility. If it is assumed that an injection frequency of at least 10 Hz is required for continuous combustion, the amount of fuel between the valve seat and the nozzle bore must be less than 500 mm ³ . This is the only way to ensure that no fuel escapes from the nozzle bore after the valve is closed and that the liquid is cut off cleanly.

Bei einer Einspritzfrequenz von ca. 25-40 Hz sollte die se Kraftstoffmenge geringer sein als 150 mm³.At an injection frequency of approx. 25-40 Hz, the amount of fuel should be less than 150 mm ³ .

Bei großer Einspritzfrequenz, wie sie bei schnell laufenden Verbrennungsmotoren erforderlich wird, muß dieses mögliche Kompressionsvolumen weiter reduziert werden.With a high injection frequency, as with a high-speed injection Internal combustion engines is required, this must be possible Compression volume can be further reduced.

Fig. 2 zeigt wieder den Düsenkörper 1 mit dem flach ausge führten Drallkörper 2, den Drallschlitzen 3 und der Düsen bohrung 4. Das Ventil 6 liegt innen an der Düsenplatte an und füllt im geschlossenen Zustand die Drallkammer 5 aus. Der Ventilkolben 13 drückt über die Feder 7, welche sich an der Befestigungsschraube 15 abstützt, das Ventil 6 zu. Sobald ein Druckstoß über den Zulauf 9 Kraftstoff in den Ringraum 16 fördert, wird das Ventil 6 geöffnet und gibt die Drallkammer 5 frei. Der Zerstäubungsvorgang kann wie zuvor beschrieben erfolgen. Fig. 2 shows again the nozzle body 1 with the flat out swirl body 2 , the swirl slots 3 and the nozzle bore 4th The valve 6 lies against the inside of the nozzle plate and fills the swirl chamber 5 in the closed state. The valve piston 13 presses the valve 6 via the spring 7 , which is supported on the fastening screw 15 . As soon as a pressure surge delivers fuel into the annular space 16 via the inlet 9 , the valve 6 is opened and releases the swirl chamber 5 . The atomization process can be carried out as previously described.

Der Schließvorgang erfolgt am schnellsten, wenn der auf den Ventilkolben 13 drückende Kraftstoff in den Rücklauf 11 abfließen kann. Am einfachsten geschieht dies über eine definierte Leckage des Ventilkolbens 13, es kann aber auch eine Steuerkante vorgesehen werden, welche einen entsprechenden Abströmquerschnitt freigibt. The closing process takes place fastest when the fuel pressing on the valve piston 13 can flow into the return 11 . The easiest way to do this is via a defined leakage of the valve piston 13 , but a control edge can also be provided, which releases a corresponding outflow cross section.

Fig. 3 stellt ein einfaches Ventil ohne Rücklauf dar, worin für dieselben Teile wieder die entsprechenden Bezugszahlen gewählt wurden. Fig. 3 shows a simple valve without return, in which the same reference numbers have been chosen for the same parts.

Der Ventilkegel 6 und die Feder 7 sind auf dem konstruk tiv kürzesten Weg im Drallkörper 2 angeordnet.The valve cone 6 and the spring 7 are arranged on the constructively shortest path in the swirl body 2 .

Ist die Feder des Ventils entsprechend ausgelegt und die die Druckstöße erzeugende Einrichtung in der Lage, hohe Frequenzen zu erbringen, kann die Einspritzfolge mehr als 100 Hz betragen.Is the spring of the valve designed accordingly and the device generating the pressure surges is able to The injection sequence can produce high frequencies be more than 100 Hz.

Bei kontinuierlicher Verbrennung kann der Brennstoff durchsatz sowohl über die Einspritzfrequenz als auch über die Zeit des Druckimpulses geregelt werden. Auf diese Weise ist ein Regelverhältnis von mehr als 1 : 10 möglich.With continuous combustion, the fuel can throughput both over the injection frequency as well can be regulated via the time of the pressure pulse. On this is a control ratio of more than 1:10 possible.

Claims

1. Injector indirectly actuated for continuous and intermittent combustion, characterized in that a swirl nozzle, which guides the entire injection quantity via swirl slots ( 3 ), is provided with an indirectly actuated valve ( 6 ) and that between the valve ( 6 ) and the volume of the nozzle bore ( 4 ) is less than 500 mm ³ .

2. Injection valve according to claim 1, characterized in that the valve cone ( 6 ) is guided by the swirl body ( 2 ) and lies sealingly on the inside of the nozzle bore ( 4 ) in the closed state and thereby completely or partially fills the swirl chamber ( 5 ) .

3. Injection valve according to claim 1, characterized in that the valve seat is arranged in the swirl body ( 2 ) and from there distribution bores ( 12 ) to the swirl slots ( 3 ).